不同灌水上下限对温室白萝卜产量、品质及WUE的影响

张 娟，马福生，杨胜利，范海燕，马志军

(1.北京市水科学技术研究院，北京 100048；2.北京市非常规水资源开发利用与节水工程技术研究中心，北京 100048)

0 引 言

近年来，随着设施农业的发展，北方地区温室反季节蔬菜的生产规模日益扩大。目前，我国设施蔬菜生产过度依靠大量的水分、肥料的投入，导致设施蔬菜普遍存在灌溉水利用效率较低、效益不高等问题。水分是影响作物生长发育和产量的重要因素，蔬菜作为需水量较大的作物，蔬菜节水一直是农业节水的重要组成部分。适宜的灌水上、下限是确保设施蔬菜优质、优产、水分高效利用的关键。

目前，国内外对于设施蔬菜灌水上、下限的研究主要涉及不同灌水上下限对生理生长[1,2]、总产量[3]营养品质[4]及水分利用效率[5-8]等的影响，取得了大量的研究成果，而对于影响经济效益的产量分布研究较少，而研究对象也多集中在番茄[9,10]、黄瓜[11]、茄子[12]等茄果类蔬菜，对于根菜类的研究相对较少。白萝卜是我国秋冬季北方日光温室内广泛种植的根菜类蔬菜，具有较高的营养价值和经济效益，目前对于白萝卜的节水灌溉制度的研究也逐渐增多，Wan[2]、Kang[4]、刘浩[13]等研究了大田、温室种植条件下的不同灌水频率、灌水下限对萝卜生长发育、产量、水分利用效率的影响进行了研究，结果表明，不同灌水频率对萝卜的生长发育没有显著影响，但对经济产量有显著影响；不同灌水下限对日光温室萝卜产量及水分利用效率的影响，水分过高或过低都不利于萝卜增产及水分利用效率的提高，灌水下限为田持的70%时可以提高萝卜的产量及水分利用效率。基于上述研究，目前有关不同灌水上、下限对根菜类的品质、产量及其分布的综合研究还相对较少，因此本研究选取白萝卜为试验对象，开展了不同灌水上、下限对白萝卜品质、产量及其分布、水分利用效率的影响研究，以期为寻求适合北方日光温室滴灌条件下白萝卜的节水、高产、优质灌溉制度的制定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点在北京市灌溉试验中心站(位于北京市通州区永乐店镇)，该站地处北纬39°20′，东经114°20′，多年平均降雨565 mm，多年平均水面蒸发量1 140 mm，多年平均气温11.5 ℃。试验在北京市灌溉试验中心站3号温室内进行，温室长90 m，净宽8.5 m，占地面积765 m2。温室内土壤为壤土，体积田间持水量为30%，表层20 cm密度1.36 g/cm3，20～40 cm密度1.62 g/cm3。

1.2 试验设计

试验供试作物为韩国白萝卜，品种为雪如玉。采用穴播方式，种植方式为覆膜宽垄作，栽培垄纵剖面为梯形，垄顶宽0.7 m，垄底宽1.1 m，垄高0.2 m，垄长6.8 m，垄向与温室宽向平行。整个温室共设置12个小区，每小区辖四垄，每垄种植3行，行距25 cm，株距30cm，温室两侧分别设置2 m宽的保护区。

灌水方式采用膜下滴灌，滴头间距30 cm，设计流量1.38 L/h，每垄设置两行滴灌带，置于相邻两行之间。根据白萝卜各生育期需水特点，按照控制灌水上下限为田间持水量(θFC)的不同百分比设计6个灌水处理，发芽期、幼苗期不做处理，各处理白萝卜水分上下限控制水平如表1所示，各生育期灌水量如表2所示。计划湿润层控制为幼苗期20 cm，肉质根生长期50 cm，即当20或50 cm深土层的平均土壤含水量达到控制的灌水下限时，开始灌水。每个处理设置2次重复，包含2个小区，各小区随机区组布置。

表1 不同处理白萝卜水分上下限控制水平Tab.1 Irrigation upper and lower limits for different treatments

表2 不同处理白萝卜各生育期灌水量 mm

1.3 测定指标与方法

(1)气象因子。利用Watchdog系列小型自动气象站测定温室内的温度、湿度、太阳辐射等气象因子，各气象因子变化如图1所示。

图1 全生育期内日均日均气温、相对湿度和太阳辐射变化Fig.1 Seasonal changes of air temperature, relative humidity and solar radiation

(2)土壤含水率。采用TRIME-IPH土壤含水量测量仪测定各小区0～100 cm范围内的土壤含水量，分别在试验小区的垄中间、垄侧各埋设一土壤水分监测管，每10 cm深度采集一个数据。当土壤含水率达到灌水下限时，根据土壤含水率和灌水上限计算灌水量，据此进行灌水。试验采用温室首部安装的机械旋翼式水表控制灌水量。

(3)耗水量。不同处理白萝卜的耗水量由水量平衡法计算：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(1)

式中：ETc为耗水量，mm；P为降雨量，mm；I为灌水量，mm；ΔW为计划湿润层深度范围内土壤贮水量的变化量，mm；R为地表径流量，mm，考虑到试验期间无地表径流发生，此处R=0；D为深层渗漏量，mm。

由土壤水分实测资料表明，土壤50 cm深度范围以下的土层土壤水分基本未有明显变化，土壤水分的最大湿润深度为50 cm左右，故D=0。其中ΔW可由测定的TRIME-IPH土壤含水量测量仪时段初与时段末土壤含水率计算：

(2)

式中：W1为时段初土壤体积含水率，%；W2为时段末土壤体积含水率，%；Z为计划湿润层深度，mm。

(4)产量。收获时，采用精度为1 g的台秤测定每个小区的单个白萝卜鲜重，并据此得出总产量。产量水平的水分利用效率为单位作物耗水量所得的产量，计算方法如下：

(3)

式中：WUEY为产量水平水分利用效率，kg/m3；Y为各处理白萝卜产量，kg/m3；ETc为各处理耗水量，mm。

(5)品质。在白萝卜收获阶段，每个处理随机选取大小相同且成熟度一致的白萝卜3个，用蒸馏水洗净后进行维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、木质素含量品质指标的测定。

2 结果与分析

2.1 不同处理对白萝卜耗水量和耗水强度的影响

不同处理白萝卜的耗水情况如表3所示，白萝卜幼苗期过后进行控水处理。各处理白萝卜耗水情况结果表明，耗水量随着生育期的推进逐渐增加，表现为发芽期<幼苗期<叶部生长旺盛期<肉质根生长旺盛期。白萝卜发芽期约7 d，耗水较小，各处理耗水量在6.6～10.1 mm之间，但此段时间日均太阳辐射强度较大，气温相对较高，导致耗水强度较高，达到0.95～1.44 mm/d；幼苗期白萝卜植株个体较小，光照强度及气温逐渐降低，各处理耗水量在19.1～25.6 mm之间，耗水强度在0.91～1.22 mm/d；进入叶部生长旺盛期后，白萝卜叶片迅速生长，叶面积增大造成耗水增强，但同时气温、光照强度的降低造成耗水减少，各处理耗水量增加至24.4～65.8 mm，耗水强度增加至1.02～2.7 mm/d；至根部生长旺盛期，气温、光照强度持续降低，但白萝卜根部迅速生长，耗水量达到最高值47.2～99.5 mm，耗水强度达到1.12～2.37 mm/d。各处理白萝卜控水处理后，耗水量随着灌水量的增加而增加。灌水下限相同的条件下，耗水量和耗水强度随着灌水上限的提高而增加；灌水上限相同的条件下，全生育期耗水量和耗水强度随着灌水下限的提高而增加。

表3 不同处理白萝卜各生育期耗水量、耗水强度Tab.3 Water consumption and intensity of different treatments

2.2 不同处理对白萝卜的产量及其分布的影响

2.2.1不同处理对白萝卜产量及水分利用效率(WUEY)的影响

各处理白萝卜生长特性、产量及水分利用效率如表4所示。由表4可以看出，在相同灌水上限条件下，各处理白萝卜根长、根粗、单根重未有显著差异，说明灌水下限的调控对白萝卜根部的生长特性未有显著影响；在相同灌水下限条件下，灌水下限为60%θFC和70%θFC的处理均表现为随着灌水上限的提高，白萝卜根长、根粗、单根重均表现为先增加后降低的趋势，灌水上限为90%θFC的T2、T5处理的白萝卜根长、根粗、单根重均达到最大值。各处理白萝卜产量表现出与单根重相同的趋势，相同灌水上限条件下，灌水下限为70%θFC的处理产量较高，但差异未达显著水平；相同灌水下限条件下，产量均随着灌水上限的提高呈现先增加后降低的趋势，灌水上限为90%θFC时，产量达到最高值，分别表现为T1

对各处理白萝卜WUEY的研究表明，在相同灌水下限条件下，WUEY的随着灌水上限的提高而降低， T1、T2较T3处理WUEY分别提高了81.6%、62.5%，T4、T5较T6处理WUEY分别提高了71.6%、60.0%，差异达显著水平，T3、T6灌水上限最高，灌水量最大，但其产量并未显著提高，因此其WUEY最低；相同灌水上限条件下，灌水下限为60%θFC的处理WUEY均低于灌水下限为70%θFC的处理，但差异均未达显著水平。综上分析可以看出，从产量最优且WUEY较高的角度考虑，白萝卜生长适宜的灌水上限为90%θFC，灌水下限为60%θFC或70%θFC。

表4 不同处理白萝卜生长特性、产量及水分利用效率Tab.4 The white radish growth characteristic, yield and WUEY of different treatments

注：表中数值为所取样本测量后的平均值，不同字母表示处理之间在p=0.05水平差异显著。

2.2.2不同处理对白萝卜产量分布的影响

白萝卜的主要用途是鲜食或烹饪，其经济价值不仅体现在其较高的总产量，还体现在其较好的外观品质，对于当前的市场评定体系，外观品质成为其市场等级划分的主要评价因素。白萝卜的单根质量大小，不仅是其重要的外观品质，也是形成产量的主要因子。因此，要获得较高的经济效益，在提高总产量的同时还要减少市场舍弃部分的产量。

对2013年各处理白萝卜单根重的实测数据进行统计分析，利用Q-Q图检验各处理单根重是否符合正态分布。检验结果表明，各处理单根重Q-Q图中各点近似围绕直线，说明白萝卜单根重呈近似正态分布。因此绘制频率直方图及正态分布曲线，如图2所示，同时计算偏度及峰度值，计算结果如表5所示。偏度值大于0，说明相对于标准正态分布向左偏斜，偏度越大，说明分布偏斜程度越厉害，偏度值小于0则相反；峰度值大于0，说明相对于标准正态分布高峰要尖峭，峰度越大，说明分布的尖峰越陡峭，平均值越集中，峰度值小于0则相反。

图2 各处理白萝卜肉质根产量频率直方图及正态分布曲线Fig.2 The fleshy root frequency histogram and normal distribution curve of different treatments

由频率直方图及对各处理产量分布的峰度和偏度的计算结果表明，各处理产量分布的偏度值均大于0，说明相对于标准正态分布均向左偏斜，即偏向于单根重较小的方面，峰度值表现为T2、T4、T5、T6处理均小于0，说明相对于正态分布高峰较平坦，即平均值相对分散，T1、T3处理大于0，说明相对于正态分布高峰更高，即平均值相对集中。在相同灌水上限条件下，灌水下限为60%θFC的处理偏度值均大于灌水下限为70%的处理，说明灌水下限为70% θFC的处理产量构成中单根重较小的白萝卜的产量比重较灌水下限为60%θFC的处理低，其产量分布更优；而峰度值也表现为相同的趋势，说明灌水下限为60%θFC的处理其高峰值相对集中，最高值较大，而灌水下限为70%的处理其高峰值相对平缓，产量的分布更优。在相同灌水下限条件下，灌水下限为60%θFC时，随着灌水上限的提高，各处理偏度值和峰度值均呈先减少后增加的趋势，表现为T2

表5 不同处理白萝卜产量分布偏度和峰度Tab.5 Skewness and kurtosis of yield distribution for different treatments

2.3 不同处理对白萝卜品质的影响

模糊数学的平均隶属函数值可以表示综合指标的相对优劣，结果平均隶属函数值可以反映综合性状中多个构成性状的综合水平，是评价蔬菜营养品质的有效方法。依公式X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)计算每个营养指标的隶属函数值，再求其平均隶属函数值，得到其综合品质指标，平均隶属函数值越高，综合营养品质越佳[14]。本研究根据模糊数学隶属函数法，计算各处理白萝卜肉质根可溶性总糖、粗蛋白、粗纤维、还原性Vc等品质指标的隶属函数值，对其肉质根的品质进行综合评价。

鲜食的萝卜品种要求味甘多汁，且营养成分含量高；熟食的萝卜要求煮食易烂，口感细腻；加工用萝卜要求干物质含量高，以便加工时容易脱水。本次研究白萝卜品种可生食、熟食，因此将可溶性总糖、还原性Vc、粗蛋白含量较高，粗纤维含量适中作为优良品质白萝卜的选择原则。

2.3.1不同处理白萝卜单一品质指标评价

由表6各处理白萝卜肉质根各营养指标含量可以看出，相同灌水上限条件下，不同灌水下限处理间可溶性总糖、还原性Vc、粗蛋白含量未见显著差异，灌水上限为80%θFC时，灌水下限为60%θFC的T1处理粗纤维含量较70%θFC的T4处理提高33.6%，差异达显著水平。相同灌水下限条件下，随着灌水上限的提高，白萝卜肉质根中可溶性总糖、粗纤维含量整体呈减少趋势，灌水下限60%θFC的T1与T3处理间差异达显著水平；粗蛋白含量显著增加，T3较T1、T6较T4处理分别提高13.0%、16.4%；还原性Vc含量呈先增加后减少的趋势，灌水上限为90%θFC的T2、T5处理含量最高。

综上可以看出，较低的灌水下限导致粗纤维含量增加，降低口感，但促进了可溶性总糖的积累，提高其营养品质；较高的灌水上限则减少粗纤维及可溶性总糖含量，但提高了粗蛋白含量；灌水上限过高、过低都不利于还原性Vc的合成。

2.3.2不同处理白萝卜综合品质评价

综合品质评价结果如表5所示，从评价结果可以看出，T2、T6处理的白萝卜肉质根营养品质综合指标值分别为0.46、0.44，指标值较高，同时口感品质指标值均较低，分别为0.09、0，表明T2、T6处理白萝卜肉质根营养品质佳且口感好，综合品质较好。由此可见，从品质最优的角度考虑，宜选择灌水下限为60%θFC、灌水上限为90%θFC或者灌水下限为70%θFC、灌水上限为100%θFC两种灌水水平。

表6 不同处理白萝卜各品质指标Tab.6 White radish quality indexes of different treatments

注：表中数值为所取样本测量后的平均值，不同字母表示处理之间在p=0.05水平差异显著。

3 结 论

(1)白萝卜肉质根大小和产量除了受品种控制之外，主要由影响肉质根水分积累的因素决定，在一定程度上受到水分调控管理措施的影响。本试验研究表明，从产量最优的角度考虑，灌水下限为60%θFC或70%θFC时、灌水上限为90%θFC时产量达到最高值，分别为83 237.7和83 800.9 kg/hm2，较灌水上限为80%θFC的处理分别增加16.6%、15.4%，为最理想的灌水上下限水平；从产量分布最优的角度考虑，灌水下限为60%θFC、灌水上限为90%θFC或者灌水下限为70%θFC、灌水上限为100%θFC，白萝卜肉质根单重较大，市场等级较高。

(2)产量水平水分利用效率WUEY是评价作物生长适宜程度的综合指标，它反映了作物耗水和产量之间的关系，提高WUEY是实现番茄高效用水的关键。灌水上限为90%θFC的处理全生育期耗水量为136.4、127.3 mm，较灌水上限为100%θFC的处理，分别降低了30.6%、29.7%，WUEY分别提高了62.5%、60.0%。

(3)品质是决定果蔬产品经济价值的要素，对产品的经济效益有直接的影响。本研究结果表明，灌水下限为60%θFC、灌水上限为90%θFC或者灌水下限为70%θFC、灌水上限为100%θFC时，营养品质综合指标值最高，营养品质最佳，同时粗纤维含量较低，口感品质较好。

综合考虑不同灌水上、下限对温室白萝卜品质、产量及其分布、水分利用效率的影响，以节水、高产、优质为目标的日光温室白萝卜适宜的灌水上、下限分别为90%θFC、60%θFC。

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