不同灌排模式对避雨番茄产量及水分利用效率的影响

邓 升,王萱子,裴世强,黄旭华,曹腾飞

(1.江西省水利科学研究院 农村水利研究所,江西 南昌 330029;2.江西省洪图水利水电设计有限公司,江西 南昌 330029)

不同灌排模式对避雨番茄产量及水分利用效率的影响

邓 升1,王萱子1,裴世强2,黄旭华1,曹腾飞1

(1.江西省水利科学研究院 农村水利研究所,江西 南昌 330029;2.江西省洪图水利水电设计有限公司,江西 南昌 330029)

通过避雨栽培试验,研究了不同灌排模式对土壤水分含量、番茄的产量和水分利用效率的影响。结果表明:在番茄生育期间，各处理间的土壤含水量差异逐渐增大,在成熟采收期以灌水量最小处理的土壤含水量最低；在整个生育期间,地下水位深度总体上表现为暗管埋深80 cm>暗管埋深60 cm>无暗管埋置；暗管埋置加深可以减少番茄植株的耗水量；在相同暗管埋深下,番茄产量随着灌水量的减少有不同程度的下降；适当的水分亏缺可以提高番茄的水分利用效率。

避雨栽培;番茄;灌排模式;产量;水分利用效率

避雨栽培作物所需的水分主要靠灌溉供给,南方地区地下水位较高,除灌溉之外还需配合适宜的地下暗管排水系统,在不同灌排条件下避雨栽培作物的需水规律及土壤水分变化与大田作物有较大差异。作物需水量是在特定条件下的作物耗水量,由于作物根系吸收的水分只有很少一部分留在作物体内,因此构成植物体的水量可忽略不计[1-2]。植株在生长旺盛期间,其蒸腾作用较强,但是其繁茂生长会增大地面覆盖率,从而减弱棵间蒸发,使得作物的蒸腾作用和棵间蒸发相互影响,形成此消彼长的关系[3]。在影响作物产量的主要因子中，水分是最易调控管理的因子之一。大量关于水分亏缺对作物水分利用效率影响的研究发现,在一定范围内,适度的水分亏缺会提高作物的水分利用效率[4-5]。因此,开展土壤水分对番茄的耗水量、水分利用效率以及灌溉水利用效率影响的研究有重要的意义。不论从产量及品质的角度还是从提高水分利用效率的角度考虑,都应加强控制灌水条件下作物需水及土壤水分变化规律的研究。本文研究了不同控水条件下番茄的需水规律及土壤水分运动规律,旨在为制定合理控水技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况及种植方式

试验于2014年3月～2014年8月在南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室避雨小区(北纬31°57',东经118°50')内进行。该试验地成土母质为下蜀黄土,土壤质地为粘壤土。试验场地地面设钢架结构避雨棚,长18 m、宽8 m,东西两侧设有排水沟,沟深1 m,用水泥衬砌；试验场地地下铺设暗管,间距7 m,埋深分别为0.6 m和0.8 m。供试番茄品种为“中蔬四号”,于2013年3月1日覆膜育苗,每隔3 d喷水补充水分；当植株长至有6片真叶展开时,即4月13日，选取其中生长状况一致的幼苗移栽定植,移栽前开沟起垄,沟深15～20 cm,沟宽30 cm,每小区种植2行,行距60 cm,株距50 cm,种植密度为433.68株/hm2。为了确保幼苗的成活率,定植后各处理进行一次灌水,灌水量相同,并施农家肥作为底肥,6月8日追施尿素(含N 46%)200 kg/hm2。各处理其它田间管理措施(如锄草、催熟等)均保持一致。

1.2 试验设计

试验共设10个处理(如表1),每个处理3个重复,共30个小区,各小区随机布设。在各处理间设保护区,且在各处理区暗管的出口安装水表及水桶,用来测量排水量;用水管灌水,灌水量借助廊道式蒸渗仪中自动灌溉系统中数字水表测量。

表1 避雨栽培番茄试验处理设计

注:表中灌水下限80%指田间持水量的80%。

1.3 观测项目及方法

1.3.1 水位及土壤水分观测方法 在番茄生育期内用取土烘干法测定0～10、10～30、30～50 cm各层次(包括湿润区和干燥区)的土壤含水率，每3～5 d观测1次,灌水前后加测。从移栽后33 d开始,每隔5 d测量一次地下水位,监测3种暗管埋置条件下地下水位的变化情况。

1.3.2 番茄果实产量指标 在每个生育期，每个处理随机选取6株长势均匀的番茄植株,从每个植株的上、中、下部分别随机选取1个果实,测定单果质量、单果体积、果实密度等指标；在成熟采收期，测量每个重复小区的单果质量,由此计算出各个重复的产量以及各个处理的平均产量。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式对土壤水分动态变化的影响

图1是不同控水处理番茄全生育期内土壤含水率的动态变化规律,由图1可见,移栽后所有处理灌等量定植水,因此土壤含水量初始差异不大。控制灌水从移栽后两周开始。苗期气温较低,番茄植株较小,生长耗水不多,因此苗期避雨棚内各处理间土壤含水量差异不大；处理1受雨水影响较大,土壤含水率变化幅度较大。在开花坐果期,随着气温升高,番茄植株生殖生长速度加快,蒸腾作用旺盛,耗水量增加,且随着灌水次数的增加,避雨棚内各控水处理间土壤水分含量差异逐渐增大。在成熟采收期,随着番茄植株生殖生长的继续以及控制灌水时间的加长,灌水量较小处理的土壤含水量继续呈现下降的趋势。

图1 不同控水处理的土壤含水率的动态变化

2.2 不同暗管排水对地下水位的影响

在灌溉排水方面，主要研究土壤、水分、作物生长及排水设施之间的相互作用、相互影响[6]。排水主要指通过地下暗管的埋置,调节地下水位,改善土壤结构和水分状况,为作物的生长提供有利的条件[7-8]。图2为从番茄移栽后33 d开始对不同暗管埋置处理下地下水位的观测结果。在整个生育期间,地下水位深度总体表现为暗管埋深80 cm>暗管埋深60 cm>无暗管埋置，但也有例外的情况出现，例如：在移栽后33 d，无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。这是由于地下水位不仅受暗管埋深的影响，还受到相应处理灌水时间的影响,而不同处理的灌水时间不同。

图2 不同暗管埋置下地下水位的变化

2.3 不同灌排处理对番茄耗水规律的影响

由表2可知,番茄在不同生育阶段的耗水量差别较大,具体表现为开花坐果期>成熟采摘期>苗期。这是由番茄的遗传特性及外界环境共同影响所致的。番茄苗期温度较低,植物冠层没有发育完全,此阶段水分主要供番茄缓慢生长,耗水量以棵间土壤蒸发为主。在开花坐果初期，气温升高、太阳辐射加强,导致棵间蒸发加强；在开花坐果中后期，番茄营养生长和生殖生长速度增加,蒸腾作用迅速加强,此阶段的耗水量最大。在成熟采收期,番茄植株发育完全,以生殖生长为主,但叶面积指数较大,因此耗水量也较大。

从表2还可以看出：处理10的耗水量最小,为159.47 mm，其次为处理6,为173.73 mm,分别较对照减少44.4%和37.2%,说明暗管埋置加深可以减少番茄植株的耗水量,这是因为暗管埋置加深减少了土壤含水率,棵间蒸发和作物蒸腾作用都随之降低。相同暗管埋深下的其它处理因在生育期内出现了不同程度的水分亏缺,造成植株蒸腾作用的减弱以及土壤含水率的下降,因此总耗水量与对照相比都有不同程度的降低,如在相同暗管埋深下,处理4和处理5的总耗水量分别比处理3减少26.6%、37.2%,而处理8、处理9则分别较处理7减少24.7%、36.20%。在整个生育期内随灌水量的减少,土壤含水率降低,耗水量也相应减少,从而达到节水效果。

表2 避雨栽培番茄在不同处理下的灌水量及耗水量 mm

2.4 不同灌排处理对番茄产量与水分利用效率的影响

由表3可知：在相同暗管埋深条件下,随着灌水量的减少，番茄产量有不同程度的下降；灌水量越少,水分亏缺越严重,产量下降也越明显。在相同暗管埋深下,各处理的番茄水分利用效率(WUE)表现为处理5>处理6>处理4>处理3,处理9>处理8=处理10>处理7,说明适当的水分亏缺可以提高番茄的水分利用效率,但是随着水分亏缺的继续加强，水分利用效率不会继续提高,反而略有下降。在相同暗管埋深下灌溉水利用效率则随着灌水量的减少而增大,具体表现为:处理6>处理5>处理4>处理3,处理10>处理9>处理8>处理7。

表3 避雨栽培番茄的产量和水分利用效率

3 结论与讨论

在避雨栽培番茄的苗期，灌水量较小处理的土壤含水量与对照差别不大；随着番茄植株的生长和发育，各控水灌溉处理的土壤含水量与对照相比总体上呈逐渐降低的趋势,且灌水量越小处理的土壤含水量降低越明显,并且此规律延续至成熟期。

在避雨条件下,番茄的耗水量与土壤水分状况密切相关,在番茄的生育期内,不论是总耗水量还是阶段耗水量均随着灌水量的减少而减小。番茄在苗期植株较小,地面覆盖率也较低,耗水量以棵间土壤蒸发为主;在开花坐果期,番茄植株生长迅速,叶面积达到最大值,植株蒸腾面积迅速增加,耗水强度也增大;在成熟采收期番茄营养生长基本停止,只维持生殖生长,部分老叶老化脱落,叶面积有所减小,因此耗水强度有所下降。

番茄的水分状况与产量密切相关。不同程度水分亏缺都会导致温室番茄产量的下降；灌水量越少,水分亏缺越严重,产量下降越明显。适当的水分亏缺可以提高番茄的水分利用效率,但是随着水分亏缺的继续加强，水分利用效率不会提高,反而略有下降。灌溉水利用效率则随灌水量的减少而增大。

[1] 陈平.石羊河流域温室番茄节水调质及优化灌溉制度试验研究[D].杨凌:西北农林科技大学,2009.

[2] 王聪聪.日光温室番茄优质高效灌溉控制指标研究[D].邯郸:河北工程大学,2011.

[3] 邵光成,蓝晶晶,仝道斌,等.灌排方案对避雨番茄需水特性与产量的影响[J].排灌机械工程学报,2013(1):75-80.

[4] 董旭.不同节水灌溉技术模式对保护地番茄产量和节水效果的影响[J].农业科技与装备,2012(7):9-11.

[5] 朱士江,孙爱华,张忠学.三江平原不同灌溉模式水稻需水规律及水分利用效率试验研究[J].节水灌溉,2009(11):12-14.

[6] 娄溥礼.关于发展灌溉排水科学的几个问题[J].中国水利,1981(3):36-39.

[7] 李霓,王雪.基于PCA-PP模型的暗管布局综合效益评价[J].江西农业学报,2015,27(6):33-36.

[8] 王雪,李凯,侯毛毛.农田暗管排水的经济与生态效益分析[J].江苏农业科学,2013(2):373-375.

(责任编辑:黄荣华)

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

邓升(1991─)，男，江西九江人，工程师，硕士，从事节水灌溉研究工作。

S641.2

A

1001-8581(2017)08-0038-04