水分傳感器埋設(shè)位置對(duì)溫室基質(zhì)栽培番茄生長(zhǎng)特性的影響

曹少娜，李建設(shè)，2，*，高艷明，2，吳素萍，劉夢(mèng)錦，李 娟

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏現(xiàn)代設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021)； 3.寧夏大學(xué) 信息工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021

水分傳感器埋設(shè)位置對(duì)溫室基質(zhì)栽培番茄生長(zhǎng)特性的影響

曹少娜1，李建設(shè)1，2，*，高艷明1，2，吳素萍3，劉夢(mèng)錦1，李 娟1

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏現(xiàn)代設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021)； 3.寧夏大學(xué) 信息工程學(xué)院，寧夏 銀川 750021

為研究實(shí)時(shí)控制灌溉系統(tǒng)下水分傳感器埋設(shè)位置對(duì)溫室基質(zhì)栽培番茄生長(zhǎng)特性的影響，提高溫室基質(zhì)栽培水分管理的精準(zhǔn)化、智能化。以京番301為試驗(yàn)材料，采用單因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，共需18個(gè)水分傳感器。采用相同的水分上下限指導(dǎo)灌溉，分析不同處理對(duì)番茄的生長(zhǎng)指標(biāo)、光合指標(biāo)、品質(zhì)、產(chǎn)量、干物質(zhì)、灌溉指標(biāo)及植株養(yǎng)分的影響。結(jié)果表明，T3(距滴頭水平距離10 cm，距滴頭垂直距離10 cm)處理生長(zhǎng)指標(biāo)較好，根系發(fā)達(dá)，凈光合速率和蒸騰速率累計(jì)值均最大，植株鮮質(zhì)量最大，干物質(zhì)積累最多，根冠比也最大。T1(距滴頭水平距離5 cm，距滴頭垂直距離10 cm)處理植株養(yǎng)分積累最多，T4(距滴頭水平距離10 cm，距滴頭垂直距離15 cm)處理光能捕獲效率最高。但T3處理番茄果實(shí)口感較好，Vc含量最高，產(chǎn)量最大為59 749.21 kg·hm-2，顯著高于其他處理；水分生產(chǎn)效率也最高為9.58 kg·m-3，并顯著優(yōu)于T2(距滴頭水平距離5 cm，距滴頭垂直距離15 cm)處理。綜上，對(duì)于基質(zhì)槽栽培番茄來(lái)說(shuō)，在采用1個(gè)水分傳感器監(jiān)測(cè)水分的條件下，將其埋設(shè)在距滴頭水平距離10 cm，距滴頭垂直距離10 cm位置更合理。

番茄；基質(zhì)；傳感器；埋設(shè)位置

近年來(lái)，使用傳感器技術(shù)監(jiān)測(cè)土壤含水率指導(dǎo)灌溉，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化智能化灌溉中被廣泛應(yīng)用[1]。其中，水分傳感器的合理布設(shè)和埋設(shè)數(shù)量對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果尤為關(guān)鍵[2-3]，埋設(shè)數(shù)量越多，成本越高，不易推廣，而埋設(shè)位置主要受根系深度和土壤質(zhì)地的影響[4]。因此，研究并確定一個(gè)水分傳感器埋設(shè)位置，對(duì)節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)溫室基質(zhì)栽培灌溉的低成本智能化推廣有重要意義。

相比于傳統(tǒng)的水分監(jiān)測(cè)，傳感器技術(shù)應(yīng)用更能實(shí)現(xiàn)對(duì)水分的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。但傳感器技術(shù)在研究和應(yīng)用方面仍存在問(wèn)題，一是傳感器的應(yīng)用主要集中在傳統(tǒng)的土壤栽培和大田作物上，而對(duì)于設(shè)施園藝植物基質(zhì)栽培方面研究較少[5-11]。然而，截至2014年，全國(guó)設(shè)施蔬菜栽培面積達(dá)到386.2萬(wàn)hm2[12]，其中，設(shè)施基質(zhì)栽培在85%以上[13]，現(xiàn)在仍以非常迅猛的勢(shì)頭發(fā)展。二是傳感器在埋設(shè)深度上研究較多，而對(duì)埋設(shè)水平距離和埋設(shè)深度相結(jié)合的研究則較少[14-16]。為此，本試驗(yàn)以京番301為試驗(yàn)材料，研究實(shí)時(shí)控制灌溉系統(tǒng)下的水分傳感器埋設(shè)位置對(duì)溫室基質(zhì)栽培番茄生長(zhǎng)特性的影響，以期篩選出寧夏日光溫室基質(zhì)栽培番茄水分傳感器最佳的埋設(shè)位置，為寧夏日光溫室基質(zhì)栽培番茄水分管理的精確化、智能化提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.2 水分傳感器標(biāo)定

傳感器埋設(shè)前采用烘干法測(cè)定基質(zhì)含水率對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定，得到的擬合二次曲線為y=0.0009x2-0.2773x+48.7539，利用SPSS分析得出擬合值與烘干水分后得到的實(shí)測(cè)值在0.05水平顯著相關(guān)，說(shuō)明可以利用擬合后的傳感器測(cè)量值代表真實(shí)水分值。埋設(shè)時(shí)，先挖1個(gè)垂直剖面，量取并確定具體位置后，水平插入傳感器。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年2月—7月在寧夏大學(xué)農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地5號(hào)日光溫室進(jìn)行，2月23 日定植于栽培槽中，栽培槽長(zhǎng)7.5 m，寬60 cm，深20 cm，為防止土傳病害，在槽底部鋪設(shè)了土工布。種植行距為70 cm，株距為50 cm，種植密度為1 900株·667m-2。

試驗(yàn)結(jié)合番茄的根系和基質(zhì)濕潤(rùn)體分布狀況，采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)6個(gè)處理，分別記為T(mén)1(距滴頭水平距離5 cm，距滴頭垂直距離10 cm)、T2(距滴頭水平距離5 cm，距滴頭垂直距離15 cm)、T3(距滴頭水平距離10 cm，距滴頭垂直距離10 cm)、T4(距滴頭水平距離10 cm，距滴頭垂直距離15 cm)、T5(距滴頭水平距離15 cm，距滴頭垂直距離10 cm)和T6(距滴頭水平距離15 cm，距滴頭垂直距離15cm)。每處理重復(fù)3次。每溝為1小區(qū)，每小區(qū)面積為10.5 m2。每溝鋪設(shè)兩條滴灌帶，采用滴灌方式澆灌番茄營(yíng)養(yǎng)液肥。根據(jù)前人研究確定番茄整個(gè)生育期的水分上限(體積含水率)為田間持水率的90%，水分下限(體積含水率)為田間持水率的60%～70%[17]。其他管理與常規(guī)管理一致。

1.4 實(shí)時(shí)控制灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)總共由6部分組成，分別是MP406水分傳感器(澳大利亞)、主數(shù)據(jù)采集器、擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集器、GPRS無(wú)線傳輸模塊、PC端和手機(jī)端。將18個(gè)水分傳感器分為兩組，分別通過(guò)有線方式連接到主數(shù)據(jù)采集器和擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集器上，再將擴(kuò)展數(shù)據(jù)采集器和主數(shù)據(jù)采集器通過(guò)RS232串口線連接，最后將主數(shù)據(jù)采集器通過(guò)RS232串口線與GPRS無(wú)線傳輸模塊連接。手機(jī)端通過(guò)基站短信命令連接GPRS無(wú)線傳輸模塊，PC端再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在主采集器中下載實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，用戶(hù)利用手機(jī)端上已安裝的遠(yuǎn)程連接軟件(RD Client)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)傳感器測(cè)定值小于設(shè)定下限時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)灌水，當(dāng)傳感器測(cè)定值達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，關(guān)閉閥門(mén)停止灌水。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.5 測(cè)定指標(biāo)和方法

番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定。每處理選取6株代表性植物掛牌標(biāo)記，自番茄定植后每15 d測(cè)定番茄的株高、莖粗、最大葉片長(zhǎng)和葉片寬，葉面積參照文獻(xiàn)[18]計(jì)算并進(jìn)行方差分析，共取樣5次。并于拉秧前采用Epson expression 1680型掃描儀對(duì)根樣進(jìn)行掃描，掃描出的圖像利用Win-RHIZO根系分析軟件分析得到根長(zhǎng)等指標(biāo)。

番茄光合指標(biāo)的測(cè)定。在番茄盛果期，選擇無(wú)風(fēng)、晴朗天，利用德國(guó)WALZ GFS3000光合儀測(cè)定光合指標(biāo)，每處理選3株番茄，每株測(cè)3片功能葉，在9：00、11：00、13：00、15：00、17：00測(cè)定葉片凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度指標(biāo)，分析番茄光合指標(biāo)的日變化。

番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定。番茄定植后第55天的上午10：00每株選定同一部位葉片使用OS5P便攜式脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(美國(guó) Opti-Sciences系列)測(cè)定初始熒光(Fo)、最大熒光產(chǎn)量(Fm)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm) 、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量(Yield) 、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)，每處理測(cè)定6株。

番茄品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定。在番茄果實(shí)采收中期，每小區(qū)隨機(jī)采樣10個(gè)鮮果進(jìn)行測(cè)定：用鉬藍(lán)比色法測(cè)定抗壞血酸(Vc)含量；用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖；用酸堿滴定法測(cè)定有機(jī)酸；用酚二磺酸法測(cè)定硝酸鹽[19]；用手持式數(shù)顯糖度計(jì)測(cè)定可溶性固形物，并根據(jù)可溶性總糖和有機(jī)酸計(jì)算糖酸比。

番茄產(chǎn)量的測(cè)定。采收時(shí)按每小區(qū)稱(chēng)量，以3次重復(fù)產(chǎn)量的平均值代表該處理的平均產(chǎn)量，并折算。

番茄干物質(zhì)的測(cè)定。拉秧期測(cè)定植株的地上部和地下部鮮干質(zhì)量，計(jì)算其根冠比。地上部鮮質(zhì)量：剪取植株地上部，用精度為0.01 g的電子天平稱(chēng)重。地下部鮮質(zhì)量：將根部完整挖出，洗凈并用濾紙擦干后用精度為0.01 g電子天平稱(chēng)重。干質(zhì)量：鮮質(zhì)量稱(chēng)完后，將其裝入已稱(chēng)重的牛皮紙袋中 105 ℃下殺青30 min，80 ℃下烘至恒重。用百分之一天平稱(chēng)重。

圖1 實(shí)時(shí)控制灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure design of real-time control irrigation systems

番茄灌水量、灌水次數(shù)的記載。每次灌水時(shí)記錄灌水量，拉秧后統(tǒng)計(jì)灌水次數(shù)。

番茄植株養(yǎng)分的測(cè)定。拉秧期，每小區(qū)隨機(jī)選取 3 株，將根、莖、葉分開(kāi)，105～110 ℃殺青30 min后，于70～80 ℃烘至恒重，粉碎，稱(chēng)取0.5 g用H2SO4-H2O2消煮法制備待測(cè)液，將待測(cè)液過(guò)濾或放置澄清后對(duì)其中的氮磷鉀進(jìn)行測(cè)定：用蒸餾法測(cè)定全氮；用釩鉬黃比色法測(cè)定全磷；用火焰光度法測(cè)定全鉀[20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)番茄生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)番茄不同時(shí)期株高和莖粗的影響

株高和莖粗是番茄生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，代表植株的長(zhǎng)勢(shì)，影響作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。由圖2 可知，隨著生育期的不斷延長(zhǎng)，番茄的株高呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。各時(shí)期的方差分析表明，3月8日，T6處理株高顯著高于T1處理，但與其他處理間無(wú)顯著差異。3月23日，T6處理株高顯著高于T1處理、T2處理和T3處理。后面各時(shí)期各處理間均無(wú)顯著性差異，但從4月6日至5月7日，T1～T6處理株高分別增加了52.32%、36.08%、41.04%、38.84%、39.57%、29.77%，其中T1處理增幅最大，其次是T3處理，增幅最小的是T6處理。由圖3可知，4月6日至4月21日，T1處理莖粗顯著高于T6處理，但與其他處理間無(wú)顯著性差異。從4月6日至5月7日，T1～T6處理莖粗分別增加了19.59%、15.23%、30.26%、22.30%、16.80%、32.83%，其中增幅最大的是T6處理，其次是T3處理，最小的是T2處理。說(shuō)明T3處理控制的灌溉量更能促進(jìn)番茄株高和莖粗的生長(zhǎng)。

同一時(shí)間不同處理間無(wú)相同小寫(xiě)字母表示顯著性差異(P<0.05)，下同The bars with different lowercase letters among different treatments on the same day showed the significant difference at the level of 0.05， and the same as below.圖2 不同處理對(duì)番茄不同時(shí)期株高的影響Fig.2 Effects of different treatments on plant height of tomato in different periods

2.1.2 不同處理對(duì)番茄不同時(shí)期葉面積的影響

葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要器官，對(duì)植株的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。由圖4可知，不同時(shí)期方差分析表明，不同處理在不同時(shí)期葉面積均具有顯著性差異。在4月6日時(shí)，T5處理顯著高于其他處理，4月21日至5月7日，T5處理顯著高于T4和T6處理，但與其他處理無(wú)顯著性差異。

2.2 不同處理對(duì)番茄根系的影響

圖3 不同處理對(duì)番茄不同時(shí)期莖粗的影響Fig.3 Effects of different treatments on stem diameter of tomato in different periods

圖4 不同處理對(duì)番茄不同時(shí)期葉面積的影響Fig.4 Effects of different treatments on leaf area of tomato in different periods

根系是植物吸收無(wú)機(jī)離子、水分及貯存合成有機(jī)物的重要器官，根的發(fā)育狀況和分布情況直接影響植株的生長(zhǎng)、果實(shí)的品質(zhì)及產(chǎn)量。不同處理下番茄根系特征值如表3所示。由表3可得，各處理間根平均直徑無(wú)顯著性差異；T3處理根總長(zhǎng)顯著高于T2處理、T4處理，極顯著高于T6處理；T3處理根總面積比T5和T6處理分別高了32.44%和25.24%；T1處理根總體積顯著高于T2處理和T5處理，但與其他處理無(wú)顯著性差異。綜上，T3處理控制的灌溉量更能促進(jìn)番茄根系發(fā)育。

2.3 不同處理對(duì)番茄光合指標(biāo)的影響

由圖5可知，各處理間凈光合速率呈先增大后減小的趨勢(shì)，11：00時(shí)各處理出現(xiàn)峰值。但15：00時(shí)T3處理和T2處理再出現(xiàn)峰值，且15：00出現(xiàn)的峰值遠(yuǎn)低于11：00出現(xiàn)的峰值。在11：00時(shí)不同處理凈光合速率呈現(xiàn)為：T3處理>T5處理>T2處理>T1處理>T6處理>T4處理。可見(jiàn)，隨著溫度升高、光照增強(qiáng)，凈光合速率逐漸增大。總體而言，9：00～17：00 T3處理的凈光合速率累計(jì)值最大(37.70 μmol·m-2·s-1)，其次是T1處理(34.90 μmol·m-2·s-1)，最小的是T6處理(26.06 μmol·m-2·s-1)。但是各處理隨著中午溫度升高，蒸騰速率逐漸增大，在13：00時(shí)達(dá)到了峰值，其中T6處理和T5處理由于基質(zhì)水分較多，番茄所含水量較多，蒸騰較大，均高于其他處理，這與前人的研究結(jié)果也相一致[21]，T3處理番茄葉片蒸騰速率相對(duì)較小，但9：00～17：00 T3處理蒸騰速率累計(jì)值最大(18.79 mmol·m-2·s-1)，與凈光合速率是一致的。

表3 不同處理對(duì)番茄根系的影響

Table 3 Effects of different treatments on root growth of tomato

處理Treatment根平均直徑Averagerootdiameter/mm根總長(zhǎng)Totalrootlength/cm根總面積Totalrootarea/m2根總體積Totalrootvolumn/m3T12.03aA1124.13abA587.49abA36.76aAT22.19aA974.85bAB637.80aA24.70bABT31.81aA1190.68aA642.39aA25.63abAT42.13aA980.16bAB551.13abA29.33abABT51.65aA995.26abAB485.03bA20.34bBT62.19aA757.71cB512.93abA27.95abAB

同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同小寫(xiě)字母表示顯著性差異(P<0.05)，同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同大寫(xiě)字母表示極顯著性差異(P<0.01)，下同。

Values within a column followed by different lowercase letters indicate the significant difference (P<0.05). Values within a column followed by different capital letters indicate the significant difference (P<0.01). The same as below.

圖5 不同處理番茄盛果期光合指標(biāo)的日變化Fig.5 Effects of different treatments on photosynthesis diurnal variation of tomato

各處理對(duì)番茄葉片胞間CO2濃度日變化的影響總體呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢(shì)，并且在13：00時(shí)各處理均達(dá)到了最小值，且T3處理胞間CO2濃度較小。9：00～11：00番茄葉片凈光合速率和胞間CO2濃度呈相反趨勢(shì)，說(shuō)明9：00～11：00番茄葉片凈光合速率的變化是由非氣孔因素引起的。氣孔導(dǎo)度的日變化呈現(xiàn)單峰曲線，在11：00時(shí)達(dá)到最大，之后迅速減小，17：00時(shí)達(dá)到最小。其中，T5處理氣孔導(dǎo)度最大，可能是由于T5處理基質(zhì)水分較多，番茄有效含水量也較多的緣故。

2.4 不同處理對(duì)番茄葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表4可看出，T1處理初始熒光極顯著高于T6處理，但與其他處理間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明T1處理在光系統(tǒng)(PSⅡ)反應(yīng)中心處于完全開(kāi)放時(shí)的熒光產(chǎn)量遠(yuǎn)大于T6處理；T1處理最大熒光產(chǎn)量顯著高于其他處理，但與T2處理間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明T1處理經(jīng)過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況要優(yōu)于其他處理；Fv/Fm反映了PSⅡ反應(yīng)中的光能轉(zhuǎn)化率，T1處理的番茄葉片的光能轉(zhuǎn)化效率顯著高于T6處理，但與其他處理間無(wú)顯著性差異，說(shuō)明T1處理的番茄葉片光合作用受到抑制的程度小于其他處理；Yield代表PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映了PSⅡ反應(yīng)中心在部分關(guān)閉情況下的實(shí)際原初光能捕獲效率，各處理間Yield無(wú)顯著性差異，均值表現(xiàn)為T(mén)4處理>T5處理>T3處理>T2、T6處理>T1處理，說(shuō)明在逆境時(shí)T4處理的光能捕獲效率相對(duì)更高；qP是光化學(xué)淬滅系數(shù)，各處理間無(wú)顯著性差異。綜上，T1處理控制的灌溉量可以促進(jìn)光能轉(zhuǎn)化率的提高，T4處理控制的灌溉量可提高光能捕獲效率。

2.5 不同處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

由表5可知，不同處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)影響不同。其中，T2處理的可溶性固形物顯著高于T1處理、T3處理和T6處理，并與其他兩個(gè)處理無(wú)顯著性差異；T3處理Vc量顯著高于T2處理和T6處理，但與其他處理間無(wú)顯著性差異；T5處理的有機(jī)酸和硝酸鹽含量均顯著高于其他處理，但與T6處理的硝酸鹽則無(wú)顯著性差異，說(shuō)明T5處理果實(shí)硝酸鹽積累最多；各處理間可溶性糖和糖酸比均無(wú)顯著性差異，但T3處理糖酸比最大為20.03，且比T1和T5處理分別高出12.28%和24.64%。果實(shí)的糖酸比反映果實(shí)的口感。可見(jiàn)，T3處理番茄果實(shí)口感較好，Vc含量最高。綜上，T3處理控制的灌溉量更有利于番茄果實(shí)品質(zhì)的提高。

表4 不同處理對(duì)番茄葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

Table 4 Effects of different treatments on chlorophyll fluorescence parameters of tomato

處理TreatmentFoFmFv/FmYieldqPT1118.67aA721.50aA0.84aA0.23aA0.50aAT2116.00aAB672.67abAB0.83abA0.24aA0.50aAT3109.83abAB607.17bcB0.82abA0.25aA0.52aAT4112.67abAB635.50bcAB0.82abA0.28aA0.59aAT5112.50abAB625.00bcAB0.82abA0.27aA0.62aAT6104.83bB568.50cB0.81bA0.24aA0.63aA

表5 不同處理對(duì)番茄的品質(zhì)的影響

Table 5 Effects of different treatments on fruit quality of tomato

處理Treatment可溶性固形物含量Solublesolidcontent/%可溶性總糖含量Solublesugarcontent/%有機(jī)酸含量Organicacidcontent/%Vc含量Vccontent/(mg·kg-1)硝酸鹽含量Nitratecontent/(μg·g-1)糖酸比Sugar-acidratioT15.57bcAB3.83aA0.21bAB4.54abA0.30cA17.84aAT26.47aA4.00aA0.21bB3.73bA0.29cA19.58aAT35.33cB4.20aA0.21bB8.59aA0.32bcA20.03aAT46.17abAB3.89aA0.20bB4.87abA0.31bcA19.40aAT56.17abAB3.88aA0.24aA5.57abA0.41aA16.07aAT65.53bcAB3.98aA0.21bAB3.68bA0.40abA18.61aA

2.6 不同處理對(duì)番茄干、鮮質(zhì)量及根冠比的影響

由表6可知，T3處理地上部鮮質(zhì)量顯著高于T5處理、T6處理和T1處理，但與T2處理和T4處理均無(wú)顯著性差異；T3處理地下部鮮質(zhì)量比T4、T5、T6處理分別增加28.50%、38.73%和25.42%；T3處理地上部干質(zhì)量顯著高于其他處理，但與T4處理無(wú)顯著性差異。不同處理對(duì)番茄地下部干質(zhì)量影響表現(xiàn)為T(mén)1處理>T3處理>T2處理>T4處理>T6處理>T5處理；T3處理根冠比最大，其次是T1處理，T5處理根冠比最小。綜上，T3處理控制的灌溉量更能促進(jìn)番茄植株干物質(zhì)積累，以及根冠比、地上部分與地下部分相關(guān)性的提高。

2.7 不同處理對(duì)番茄灌水量、灌水次數(shù)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率的影響

由表7可知，各處理間灌水量無(wú)顯著性差異，其均值表現(xiàn)為T(mén)4處理>T5處理>T6處理>T2處理>T3處理>T1處理。灌水次數(shù)最多的是T2處理，且極顯著高于T3處理、T5處理和T6處理。T3處理產(chǎn)量為59 749.21 kg·hm-2，顯著高于其他處理，其次是T5處理，產(chǎn)量最小的是T2處理；T3處理的水分生產(chǎn)效率比T2、T4、T5處理分別增加25.89%、22.35%和22.51%。說(shuō)明產(chǎn)量與灌水量、灌水次數(shù)并非線性相關(guān)。因此，灌水量和灌水次數(shù)較少且產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率最高的T3處理更為適宜。

2.8 不同處理對(duì)番茄不同器官氮、磷、鉀吸收的影響

收獲時(shí)不同處理番茄氮磷鉀吸收量結(jié)果見(jiàn)表8，可看出K含量在莖中最高，即莖在同其他器官競(jìng)爭(zhēng)吸收K方面具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，其次是根，葉的競(jìng)爭(zhēng)力最小。其中，T1處理根中的K含量顯著高于其他處理，莖和葉中的K含量均顯著高于T2處理、T4處理和T6處理，但與T3處理無(wú)顯著性差異。N含量在葉中分布較多，其次是根和莖，T1處理根中N含量顯著高于T4處理，但T1

表6 不同處理對(duì)番茄干、鮮質(zhì)量及根冠比的影響

Table 6 Effects of different treatments on dry weight and fresh weight of tomato

處理Treatment地上部鮮質(zhì)量Shootfreshweight/g地下部鮮質(zhì)量Rootfreshweight/g地上部干質(zhì)量Shootdryweight/g地下部干質(zhì)量Rootdryweight/g根冠比RootshootratioT11051.48cB61.85bA167.69bAB10.40aA0.059aAT21209.27abAB67.40bA164.82bB9.68aA0.055aAT31279.26aA77.41aA210.68aA10.12aA0.061aAT41189.76abAB60.24bA185.12abAB9.30aA0.051aAT51137.54bcAB55.80bA171.48bAB8.00aA0.049aAT61098.28bcAB61.72bA160.43bB8.86aA0.057aA

表7 不同處理對(duì)灌水量、灌水次數(shù)、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率的影響

Table 7 Effects of different treatments on irrigation amount， frequency， yield and water use efficiency of tomato

處理Treatment灌水量Irrigationamount/(m3·hm-2)灌水次數(shù)Irrigationfrequency/次產(chǎn)量Yield/(kg·hm-2)水分生產(chǎn)效率Wateruseefficiency/(kg·m-3)T16221.90aA36aAB49746.03bcBC8.03abAT26260.70aA38aA46860.32cC7.61bAT36251.75aA28bB59749.21aA9.58aAT47023.64aA36aAB54269.84bAB7.83abAT57022.65aA27bB54273.02bAB7.82abAT66445.71aA28bB50292.06bcBC7.83abA

表8 不同處理對(duì)番茄不同器官氮、磷、鉀吸收的影響

Table 8 Effects of different treatments on total nitrogen， total phosphorus， total magnesium content in different organs of tomato

處理Treatment全氮Totalnitrogen/%根Root莖Stem葉Leaf全磷Totalphosphorus/%根Root莖Stem葉Leaf全鉀Totalpotassium/%根Root莖Stem葉LeafT15.99aA5.08aA5.29bA2.34aA3.56aA2.01aA80.34aA82.69aA59.48abAT25.16abAB4.69aA5.65abA0.84bB3.27aA1.87aA64.91bAB65.11bA46.57bAT34.87abAB3.68aA6.15abA0.81bB3.48aA2.39aA56.08bcB67.72abA49.15abAT44.31bB3.91aA5.55abA0.65bB3.18aA1.98aA53.88bcB61.86bA45.28bAT55.07abAB4.14aA6.26abA0.82bB3.81aA1.41aA61.60bB75.53abA64.00aAT65.34abAB3.98aA6.90aA0.48bB3.12aA2.35aA47.26cB63.81bA45.93bA

處理葉中N含量顯著低于T6處理，而各處理間的莖中N含量則無(wú)顯著性差異。P含量主要分布在莖和葉中，根中很少，且各處理間無(wú)顯著性差異。總體而言，收獲時(shí)，番茄植株中鉀含量最多，其次是氮含量，最少的是磷含量。T1處理灌水量較少，灌水次數(shù)較多，但植株養(yǎng)分積累較多，可見(jiàn)，少量多次更有利于植株養(yǎng)分的積累，這與前人研究也相吻合[22]。

2.9 不同處理傳感器值的統(tǒng)計(jì)分析

某位點(diǎn)監(jiān)測(cè)的基質(zhì)含水率變異系數(shù)越大，說(shuō)明該位點(diǎn)基質(zhì)含水率變化幅度越大，是水分監(jiān)測(cè)的重要位點(diǎn)。反之，變異系數(shù)越小就可以適當(dāng)?shù)販p少水分的監(jiān)測(cè)位點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算得到不同埋設(shè)位置傳感器監(jiān)測(cè)的基質(zhì)含水率的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，如表9所示。當(dāng)水平距離一定，垂直距離不同的處理相互比較時(shí)(即T1和T2處理、T3和T4處理、T5和T6處理間作比較)，可得出T2>T1處理、T4>T3處理、T5>T6處理，綜合這三者得出，T4處理變異系數(shù)最大，說(shuō)明水分傳感器埋設(shè)在垂直距離15 cm處效果最好；當(dāng)垂直距離一定，水平距離不同的處理間相互比較時(shí)(即T1、T3和T5處理、T2、T4和T6處理)，可得出T3、T4處理的變異系數(shù)均大于其他處理，說(shuō)明水分傳感器埋設(shè)在水平距離10 cm處效果最好。綜上，將傳感器埋設(shè)在T4位點(diǎn)監(jiān)測(cè)效果更好。但是考慮到實(shí)際的灌水量、灌水次數(shù)、水分生產(chǎn)效率及果實(shí)的品質(zhì)和產(chǎn)量，將傳感器埋設(shè)在T3(距滴頭水平距離10 cm，距滴頭垂直距離10 cm)處更節(jié)水高效。

表9 不同處理傳感器值的統(tǒng)計(jì)分析

Table 9 Statistic analysis of sensor values in different treatments

處理Treatment均值A(chǔ)veragevalue標(biāo)準(zhǔn)差Standarddeviation差異系數(shù)DifferencecoefficientT133.1080.4680.014T234.0851.5340.045T334.8261.6050.046T433.1122.0940.063T533.9680.9060.027T635.4450.5180.015

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，T3處理株高和莖粗增幅均較大，而其他處理均表現(xiàn)出徒長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明水肥過(guò)多會(huì)導(dǎo)致植株徒長(zhǎng)，而生長(zhǎng)過(guò)旺則會(huì)抑制莖粗的增長(zhǎng)，這與武慧平等[23]研究結(jié)果一致。T3處理番茄植株干鮮質(zhì)量最大，干物質(zhì)積累最多，根冠比最大，說(shuō)明適當(dāng)灌溉有利于干物質(zhì)積累。前人研究[22]得出，“少量多次”更利于植株養(yǎng)分的積累，T1處理灌水量較少，灌水次數(shù)較多，但植株養(yǎng)分積累較多，也與之相一致。灌水量可以增加產(chǎn)量的同時(shí)，會(huì)減少可溶性糖和有機(jī)酸含量[24]。T3處理灌水量較少，果實(shí)品質(zhì)相對(duì)較好，與之相吻合。T3處理的水分生產(chǎn)效率最高為9.58 kg·m-3，比T4和T5分別提高了22.35%和22.51%。T3處理的產(chǎn)量為59 749.21 kg·hm-2，且顯著高于其他處理，這與袁麗萍等[25]研究的滴灌施肥的番茄產(chǎn)量與施肥量呈正相關(guān)并不相符，說(shuō)明產(chǎn)量還可能與番茄品種、栽培環(huán)境、栽培密度等有關(guān)。在后續(xù)的試驗(yàn)中還應(yīng)該更細(xì)化傳感器的埋設(shè)位置，增加不同作物種類(lèi)、基質(zhì)類(lèi)型、種植密度的研究。綜上，對(duì)于本試驗(yàn)基質(zhì)槽培番茄來(lái)說(shuō)，在采用1個(gè)傳感器監(jiān)測(cè)水分條件下，將傳感器埋設(shè)在距滴頭水平距離10 cm的位置，距滴頭垂直距離10 cm更合理。

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(責(zé)任編輯 張 韻)

Effects of embedding position of moisture sensors on growth characteristics of tomato in substrate culture in greenhouse

CAO Shaona1， LI Jianshe1，2，*， GAO Yanming1，2， WU Suping3， LIU Mengjin1， LI Juan1

(1.SchoolofAgriculture，NingxiaUniversity，Yinchuan750021，China; 2.NingxiaModernFacilitiesHorticulturalEngineeringTechnologyResearchCenter，Yinchuan750021，China; 3.CollegeofInformationEngineering,NingxiaUniversity,Yinchuan750021,China)

In order to study the effects of moisture sensor embedded position of real-time control irrigation system on growth characteristics of tomato in greenhouse， and to improve the precision and intelligence of water management in greenhouse substrate culture， the variety of Jingfan 301 was selected as the tested tomato， and single factor randomized block design of experiment was carried out with a total of 6 treatments and 3 replicates in each treatment. Using the same water upper and lower control irrigation， the effect of different treatments on growth indicators， photosynthetic indexes， quality， yield， dry matter， irrigation indicators and plant nutrients of tomato were analyzed. The results showed that T3 treatment (horizontal distance of 10 cm， vertical distance of 10 cm) had stronger root system， higher root to shoot ratio; and the accumulated values of net photosynthetic rate and transpiration rate were the highest， as well as the biggest plant fresh weight. T1 treatment (horizontal distance of 5 cm， vertical distance of 10 cm) had biggest plant nutrient accumulation. T4 treatment (horizontal distance of 10 cm， vertical distance of 15 cm) had highest light energy conversion. But， T3 treatment (horizontal distance of 10 cm， vertical distance of 10 cm) showed the highest ratio of sugar to acid and Vc content， and the production was up to 59 749.21 kg·hm-2， significantly higher than other treatments. Water production efficiency in T3 treatment (horizontal distance of 10 cm， vertical distance of 10 cm) was the highest， which was up to 9.58 kg·m-3and better than that of T2 treatment (horizontal distance of 5 cm， vertical distance of 15 cm). According to the comprehensive analysis， for greenhouse tomatoes， the matrix moisture sensor at 10 cm from horizontal distance and 10 cm below the dripper was the suggested treatment.

tomato; matrix; sensor; position

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.06.11

2016-11-23

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD05B02)；寧夏科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BN03)

曹少娜(1989—)，女，寧夏固原人，碩士研究生，研究方向?yàn)槭卟嗽耘嗌砼c生態(tài)。E-mail: 1099034545@qq.com

*通信作者，李建設(shè)，E-mail: jslinxcn@163.com

S626.5

A

1004-1524(2017)06-0933-10