不同灌排模式對避雨番茄產量及水分利用效率的影響

鄧 升,王萱子,裴世強,黃旭華,曹騰飛

(1.江西省水利科學研究院 農村水利研究所,江西 南昌 330029;2.江西省洪圖水利水電設計有限公司,江西 南昌 330029)

不同灌排模式對避雨番茄產量及水分利用效率的影響

鄧 升1,王萱子1,裴世強2,黃旭華1,曹騰飛1

(1.江西省水利科學研究院 農村水利研究所,江西 南昌 330029;2.江西省洪圖水利水電設計有限公司,江西 南昌 330029)

通過避雨栽培試驗,研究了不同灌排模式對土壤水分含量、番茄的產量和水分利用效率的影響。結果表明:在番茄生育期間，各處理間的土壤含水量差異逐漸增大,在成熟采收期以灌水量最小處理的土壤含水量最低；在整個生育期間,地下水位深度總體上表現為暗管埋深80 cm>暗管埋深60 cm>無暗管埋置；暗管埋置加深可以減少番茄植株的耗水量；在相同暗管埋深下,番茄產量隨著灌水量的減少有不同程度的下降；適當的水分虧缺可以提高番茄的水分利用效率。

避雨栽培;番茄;灌排模式;產量;水分利用效率

避雨栽培作物所需的水分主要靠灌溉供給,南方地區地下水位較高,除灌溉之外還需配合適宜的地下暗管排水系統,在不同灌排條件下避雨栽培作物的需水規律及土壤水分變化與大田作物有較大差異。作物需水量是在特定條件下的作物耗水量,由于作物根系吸收的水分只有很少一部分留在作物體內,因此構成植物體的水量可忽略不計[1-2]。植株在生長旺盛期間,其蒸騰作用較強,但是其繁茂生長會增大地面覆蓋率,從而減弱棵間蒸發,使得作物的蒸騰作用和棵間蒸發相互影響,形成此消彼長的關系[3]。在影響作物產量的主要因子中，水分是最易調控管理的因子之一。大量關于水分虧缺對作物水分利用效率影響的研究發現,在一定范圍內,適度的水分虧缺會提高作物的水分利用效率[4-5]。因此,開展土壤水分對番茄的耗水量、水分利用效率以及灌溉水利用效率影響的研究有重要的意義。不論從產量及品質的角度還是從提高水分利用效率的角度考慮,都應加強控制灌水條件下作物需水及土壤水分變化規律的研究。本文研究了不同控水條件下番茄的需水規律及土壤水分運動規律,旨在為制定合理控水技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況及種植方式

試驗于2014年3月～2014年8月在南方地區高效灌排與農業水土環境教育部重點實驗室避雨小區(北緯31°57',東經118°50')內進行。該試驗地成土母質為下蜀黃土,土壤質地為粘壤土。試驗場地地面設鋼架結構避雨棚,長18 m、寬8 m,東西兩側設有排水溝,溝深1 m,用水泥襯砌；試驗場地地下鋪設暗管,間距7 m,埋深分別為0.6 m和0.8 m。供試番茄品種為“中蔬四號”,于2013年3月1日覆膜育苗,每隔3 d噴水補充水分；當植株長至有6片真葉展開時,即4月13日，選取其中生長狀況一致的幼苗移栽定植,移栽前開溝起壟,溝深15～20 cm,溝寬30 cm,每小區種植2行,行距60 cm,株距50 cm,種植密度為433.68株/hm2。為了確保幼苗的成活率,定植后各處理進行一次灌水,灌水量相同,并施農家肥作為底肥,6月8日追施尿素(含N 46%)200 kg/hm2。各處理其它田間管理措施(如鋤草、催熟等)均保持一致。

1.2 試驗設計

試驗共設10個處理(如表1),每個處理3個重復,共30個小區,各小區隨機布設。在各處理間設保護區,且在各處理區暗管的出口安裝水表及水桶,用來測量排水量;用水管灌水,灌水量借助廊道式蒸滲儀中自動灌溉系統中數字水表測量。

表1 避雨栽培番茄試驗處理設計

注:表中灌水下限80%指田間持水量的80%。

1.3 觀測項目及方法

1.3.1 水位及土壤水分觀測方法 在番茄生育期內用取土烘干法測定0～10、10～30、30～50 cm各層次(包括濕潤區和干燥區)的土壤含水率，每3～5 d觀測1次,灌水前后加測。從移栽后33 d開始,每隔5 d測量一次地下水位,監測3種暗管埋置條件下地下水位的變化情況。

1.3.2 番茄果實產量指標 在每個生育期，每個處理隨機選取6株長勢均勻的番茄植株,從每個植株的上、中、下部分別隨機選取1個果實,測定單果質量、單果體積、果實密度等指標；在成熟采收期，測量每個重復小區的單果質量,由此計算出各個重復的產量以及各個處理的平均產量。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉模式對土壤水分動態變化的影響

圖1是不同控水處理番茄全生育期內土壤含水率的動態變化規律,由圖1可見,移栽后所有處理灌等量定植水,因此土壤含水量初始差異不大。控制灌水從移栽后兩周開始。苗期氣溫較低,番茄植株較小,生長耗水不多,因此苗期避雨棚內各處理間土壤含水量差異不大；處理1受雨水影響較大,土壤含水率變化幅度較大。在開花坐果期,隨著氣溫升高,番茄植株生殖生長速度加快,蒸騰作用旺盛,耗水量增加,且隨著灌水次數的增加,避雨棚內各控水處理間土壤水分含量差異逐漸增大。在成熟采收期,隨著番茄植株生殖生長的繼續以及控制灌水時間的加長,灌水量較小處理的土壤含水量繼續呈現下降的趨勢。

圖1 不同控水處理的土壤含水率的動態變化

2.2 不同暗管排水對地下水位的影響

在灌溉排水方面，主要研究土壤、水分、作物生長及排水設施之間的相互作用、相互影響[6]。排水主要指通過地下暗管的埋置,調節地下水位,改善土壤結構和水分狀況,為作物的生長提供有利的條件[7-8]。圖2為從番茄移栽后33 d開始對不同暗管埋置處理下地下水位的觀測結果。在整個生育期間,地下水位深度總體表現為暗管埋深80 cm>暗管埋深60 cm>無暗管埋置，但也有例外的情況出現，例如：在移栽后33 d，無暗管埋置的地下水位低于暗管埋置60 cm的地下水位；在移栽后43 d、78 d，暗管埋深60 cm的地下水位低于暗管埋深80 cm的地下水位。這是由于地下水位不僅受暗管埋深的影響，還受到相應處理灌水時間的影響,而不同處理的灌水時間不同。

圖2 不同暗管埋置下地下水位的變化

2.3 不同灌排處理對番茄耗水規律的影響

由表2可知,番茄在不同生育階段的耗水量差別較大,具體表現為開花坐果期>成熟采摘期>苗期。這是由番茄的遺傳特性及外界環境共同影響所致的。番茄苗期溫度較低,植物冠層沒有發育完全,此階段水分主要供番茄緩慢生長,耗水量以棵間土壤蒸發為主。在開花坐果初期，氣溫升高、太陽輻射加強,導致棵間蒸發加強；在開花坐果中后期，番茄營養生長和生殖生長速度增加,蒸騰作用迅速加強,此階段的耗水量最大。在成熟采收期,番茄植株發育完全,以生殖生長為主,但葉面積指數較大,因此耗水量也較大。

從表2還可以看出：處理10的耗水量最小,為159.47 mm，其次為處理6,為173.73 mm,分別較對照減少44.4%和37.2%,說明暗管埋置加深可以減少番茄植株的耗水量,這是因為暗管埋置加深減少了土壤含水率,棵間蒸發和作物蒸騰作用都隨之降低。相同暗管埋深下的其它處理因在生育期內出現了不同程度的水分虧缺,造成植株蒸騰作用的減弱以及土壤含水率的下降,因此總耗水量與對照相比都有不同程度的降低,如在相同暗管埋深下,處理4和處理5的總耗水量分別比處理3減少26.6%、37.2%,而處理8、處理9則分別較處理7減少24.7%、36.20%。在整個生育期內隨灌水量的減少,土壤含水率降低,耗水量也相應減少,從而達到節水效果。

表2 避雨栽培番茄在不同處理下的灌水量及耗水量 mm

2.4 不同灌排處理對番茄產量與水分利用效率的影響

由表3可知：在相同暗管埋深條件下,隨著灌水量的減少，番茄產量有不同程度的下降；灌水量越少,水分虧缺越嚴重,產量下降也越明顯。在相同暗管埋深下,各處理的番茄水分利用效率(WUE)表現為處理5>處理6>處理4>處理3,處理9>處理8=處理10>處理7,說明適當的水分虧缺可以提高番茄的水分利用效率,但是隨著水分虧缺的繼續加強，水分利用效率不會繼續提高,反而略有下降。在相同暗管埋深下灌溉水利用效率則隨著灌水量的減少而增大,具體表現為:處理6>處理5>處理4>處理3,處理10>處理9>處理8>處理7。

表3 避雨栽培番茄的產量和水分利用效率

3 結論與討論

在避雨栽培番茄的苗期，灌水量較小處理的土壤含水量與對照差別不大；隨著番茄植株的生長和發育，各控水灌溉處理的土壤含水量與對照相比總體上呈逐漸降低的趨勢,且灌水量越小處理的土壤含水量降低越明顯,并且此規律延續至成熟期。

在避雨條件下,番茄的耗水量與土壤水分狀況密切相關,在番茄的生育期內,不論是總耗水量還是階段耗水量均隨著灌水量的減少而減小。番茄在苗期植株較小,地面覆蓋率也較低,耗水量以棵間土壤蒸發為主;在開花坐果期,番茄植株生長迅速,葉面積達到最大值,植株蒸騰面積迅速增加,耗水強度也增大;在成熟采收期番茄營養生長基本停止,只維持生殖生長,部分老葉老化脫落,葉面積有所減小,因此耗水強度有所下降。

番茄的水分狀況與產量密切相關。不同程度水分虧缺都會導致溫室番茄產量的下降；灌水量越少,水分虧缺越嚴重,產量下降越明顯。適當的水分虧缺可以提高番茄的水分利用效率,但是隨著水分虧缺的繼續加強，水分利用效率不會提高,反而略有下降。灌溉水利用效率則隨灌水量的減少而增大。

[1] 陳平.石羊河流域溫室番茄節水調質及優化灌溉制度試驗研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2009.

[2] 王聰聰.日光溫室番茄優質高效灌溉控制指標研究[D].邯鄲:河北工程大學,2011.

[3] 邵光成,藍晶晶,仝道斌,等.灌排方案對避雨番茄需水特性與產量的影響[J].排灌機械工程學報,2013(1):75-80.

[4] 董旭.不同節水灌溉技術模式對保護地番茄產量和節水效果的影響[J].農業科技與裝備,2012(7):9-11.

[5] 朱士江,孫愛華,張忠學.三江平原不同灌溉模式水稻需水規律及水分利用效率試驗研究[J].節水灌溉,2009(11):12-14.

[6] 婁溥禮.關于發展灌溉排水科學的幾個問題[J].中國水利,1981(3):36-39.

[7] 李霓,王雪.基于PCA-PP模型的暗管布局綜合效益評價[J].江西農業學報,2015,27(6):33-36.

[8] 王雪,李凱,侯毛毛.農田暗管排水的經濟與生態效益分析[J].江蘇農業科學,2013(2):373-375.

(責任編輯:黃榮華)

Effects of Various Irrigation and Drainage Patterns on Yield and Water Use Efficiency of Tomato under Rain Shelter

DENG Sheng1, WANG Xuan-zi1, PEI Shi-qiang2, HUANG Xu-hua1, CAO Teng-fei1

(1. Institute of Rural Water Conservancy, Jiangxi Academy of Hydro Science, Nanchang 330029, China; 2. Jiangxi Provincial Hongtu Water Conservancy and Hydropower Design Company Limited, Nanchang 330029, China)

Through a cultivation experiment of tomato under rain shelter, the effects of various irrigation and drainage patterns on the soil water content, and the yield and water use efficiency of tomato were studied. The results indicated that: during the growth and development of tomato, the difference in soil water content among various treatments increased gradually; at the maturing and harvest stage, the soil water content was the lowest in the treatment with the minimum irrigation amount. In the whole growth and developmental period of tomato, the depth of the underground water level in different treatments generally showed the following order: underground pipe depth 80 cm> underground pipe depth 60 cm> no underground pipe buried; increasing the depth of underground pipe could reduce the water consumption of tomato plants; under the condition of the same underground pipe depth, the tomato yield was reduced by the decrease in the irrigation amount; the suitable water deficit could improve the water use efficiency of tomato plants.

Cultivation under rain shelter; Tomato; Irrigation and drainage pattern; Yield; Water use efficiency

2017-04-06

鄧升(1991─)，男，江西九江人，工程師，碩士，從事節水灌溉研究工作。

S641.2

A

1001-8581(2017)08-0038-04