渗灌条件下日光温室春夏茬番茄灌溉制度研究

孙 健，成自勇，王铁良，李 波，芦晓峰 ，赵 莹 ，汪小力

（1.甘肃农业大学工学院，甘肃兰州730070；2.沈阳农业大学水利学院，辽宁沈阳110866；3.海城市水务局，辽宁海城114200）

渗灌作为一种新型的节水灌溉技术，在日光温室蔬菜栽培中表现出明显的优势，但针对该灌溉方式下蔬菜灌溉制度的研究尚不成熟。科学合理的灌溉制度不仅可节约水量，而且可提高作物的品质和产量。因此，把灌水要素与作物生长的水分环境和作物水分生理联系起来，适时适量按需进行灌溉，且深入研究土壤适宜水分上下限，特别是灌水下限的研究成为一种趋势。前人研究表明，适宜的土壤水分有利于番茄产量的提高及果实品质的积累[1-7]。

本研究采用多元统计主成分分析法，以产量、品质、水分利用效率为综合评价指标对日光温室渗灌条件下春夏茬番茄的适宜灌水下限组合进行了评价研究，旨在获得春夏茬番茄高产、优质、节水效果最佳的灌溉制度。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2010年5月中旬至8月末在沈阳农业大学水利学院综合试验基地的日光温室内进行。供试土壤为棕壤土，田间持水量为θ1＝40.8%（体积含水率），土壤容重γ＝1.50 g/cm3。供试作物为番茄，品种为辽源多丽。种植前土壤的主要理化性质如表1所示。

表1 供试土壤的基本理化性质

1.2 试验设计

试验设5个处理，每个处理设3次重复。试验以小区试验方法进行，随机排列，每个小区面积为8m2。在定植前，各重复间用埋深60 cm的塑料布进行防渗透隔离处理（防止水分、养分的互渗或迁移）。番茄株行距为50 cm×50 cm。渗灌管埋深30 cm，出水孔组中心点之间的间距为50 cm，出水孔直线排列，埋设时出水孔向上，并在其上覆稻壳，以防灌水时泥土进入渗灌管。

试验将番茄全生育期划分为苗期、开花着果期、结果盛期及结果末期4个时期，其中，番茄苗期及结果末期设相同的水分处理；开花着果期及结果盛期设3个不同水平的处理来控制灌溉。试验方案具体设计及计划土壤湿润层深度如表2所示。当土壤含水量低于设置的土壤水分控制下限时，补充灌溉水至灌水上限（田间持水量）。各小区每次灌水量均按公式（1）计算。

其中，Q为小区1次灌水量（m3）；θ1为土壤含水量上限值（田间持水量）；θ2为实测土壤含水量平均值（土壤体积含水量）；s为小区面积（m2）；h为计划湿润层深度（m）；p为土壤湿润比：渗灌取p＝0.7[8]。按灌水后计划湿润层土壤有70%体积被湿润、且湿润后土壤的含水量达到田间持水量确定1次灌水量。

表2 土壤水分下限控制范围

1.3 指标测定

1.3.1 产量的测定 用电子秤记录整个种植期间的果实产量。将不同处理每次采收的果实称质量并累计，总和为该处理的产量。

1.3.2 含水率的测定 采用时域反射仪TDR（TRIME）每隔6 d测定1次土壤含水率。测取的土层深度自上而下依次为10，20，30，40 cm；并记录灌水量和灌水时间。

1.3.3 品质的测定 Vc含量用分光光度计法测定；有机酸含量用碱滴定法测定；可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[9]。

1.4 采用主成分分析法建立模型

主成分分析法是将研究对象的多个相关变量化为少数几个不相关变量的一种多元统计方法，而且这些不相关的综合变量包含了原变量提供的大部分信息。现已知5种处理的3个节水效果指标 Xi（i＝1，2，3），构造春夏茬番茄各处理的主成分，首先通过对这些指标变量相关性的研究，构造n个不相关的综合指标Zi（i＝1，2，……，n），其中Zi被合理地表示为各原始测定指标Xi的线性组合，计算Zi的特征向量Si及特征值。然后根据累积贡献率，保证信息损失很小的前提下选取合适主成分，计算各处理的主成分得分Fi（或F）＝Zi·Si，从而简化评价体系，实现对春夏茬番茄灌溉制度的定量性综合评价[10-11]。

具体步骤为：（1）首先将各变量Xi标准化为Zi，以消除量纲的影响；（2）求得数据矩阵Z的相关矩阵R；（3）求相关矩阵R的特征值λ1≥λ2……≥λp及相应的特征向量Si；（4）求标准化数据矩阵Z的主成分；（5）将各指标的标准化数据分别代入各主成分表达式中，计算各处理的主成分得分Fi（或F）＝Zi·Si。

2 结果与分析

根据高产、优质、节水的生产目标，选择产量、品质（Vc含量）、水分利用效率作为综合评价的各项评价指标，运用主成分分析法，对渗灌条件下番茄不同水分处理的产量、品质和水分利用效率进行综合分析。

渗灌条件下实测数据如表3所示。求得特征向量矩阵和累积贡献率如表4、表5所示。

表3 灌溉制度评价指标原始数据

表4 特征向量矩阵

表5 主成分提取

将得到的特征向量与标准化后的数据相乘，可得第1、第2、第3主成分表达式：

根据主成分综合模型即可计算综合主成分值，并按综合主成分值进行排序，即可对不同灌溉模式下番茄的产量、品质、水分利用效率指标进行综合评价比较（表6）。

表6 各处理按第1、第2、第3主成分得分的排序结果

从表6可以看出，渗灌条件下，根据排序结果得出，处理T1最好，即土壤水分下限苗期控制为田间持水量的60%～70%，开花着果期控制为75%～85%，结果盛期控制为75%～85%，结果后期控制为70%～80%时，可达到高产、优质、节水的效果。

3 结论

最佳灌溉制度的关键是番茄的产量最高、品质最佳及水分生产效率最高。本研究基于试验结果，利用主成分分析方法，对番茄生长状况、产量、品质、水分利用效率指标进行了综合评价，得到了温室内番茄在渗灌条件下的适宜灌溉制度，即当土壤水分下限苗期控制为田间持水量的60%～70%，开花着果期控制为75%～85%，结果盛期控制为75%～85%，结果后期控制为70%～80%时，可达到高产、优质、节水的效果，从而得到渗灌条件下，番茄适宜灌溉制度为灌溉定额380mm，其中，苗期灌水2次，灌水定额25mm；开花着果期灌水3次，灌水定额为40mm；结果盛期灌水3次，灌水定额为40mm；结果后期灌水3次，灌水定额为30mm。

［1］王燕，蔡焕杰，陈新明，等.根区局部控水无压地下灌溉对番茄生理特性及产量、品质的影响[J].中国农业科学，2007，40（2）：322-329.

［2］李波，任树梅，杨培岭，等.供水条件对温室番茄根系分布及产量影响[J].农业工程学报，2007，23（9）：39-44.

［3］胡晓辉，于锡宏.不同渗灌处理方式对塑料大棚黄瓜植株生长的影响[J].北方园艺，2002（6）：12-13.

［4］刘启，张玉龙，黄毅.节点渗灌下限对温室番茄生长发育影响的研究[J].水土保持应用技术，2007（3）：27-28.

［5］高方胜，徐坤.土壤水分对番茄生长发育及产量品质的影响[J].西北农业学报，2005，14（4）：69-72.

［6］宗晓琴.不同渗灌处理对露地番茄生长及产量形成的影响[J].山西农业科学，2007，35（6）：65-67.

［7］刘明池，刘向莉.不同灌溉方式对番茄生长和产量的影响[J].华北农学报，2005，20（1）：97-99.

［8］史海滨.灌溉排水工程学[M].北京：中国水利水电出版社，2006：122.

［9］张宪政.植物生理学实验技术[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1994.

［10］马虹.主成分分析法在水质综合评价中的应用 [J].南昌工程学院学报，2006，25（1）：65-67.

［11］伊元荣，海米提·依米提，王涛，等.主成分分析法在城市河流水质评价中的应用 [J].干旱区研究，2008，25（4）：497-501.