不同灌水量对温室茄子蒸腾规律及水分利用的影响

王 湛，李银坤，郭文忠，韩 雪,3

(1.北京农业智能装备技术研究中心，北京100097；2.南京农业大学农学院，南京 210095；3. 中国农业大学园艺学院，北京 100094)

水分是影响蔬菜生长最为关键的生态因子之一。水分的过多与不足，均会对蔬菜的产量和品质产生很大的影响。温室蔬菜不能直接利用天然降水，需要依靠灌溉来补充水分，而在我国蔬菜生产中仍主要依靠传统经验灌水，灌溉量大，灌溉水有效利用系数低，严重浪费了水源，造成设施蔬菜发病率增高，产量和效益低下[1,2]。

蒸腾是植物生理特征的重要指标，而蒸腾强度大小反映了植物潜在耗水能力的强弱[3]。现有研究表明，蔬菜作物的蒸腾耗水在其生长过程中具有类似的变化规律，一般随着生育期推进呈先增大后降低的变化趋势，其中结果期的蒸腾耗水量最大，可占全生育期耗水的50%以上[4,5]。作物的蒸腾耗水除受其自身生理特性影响外，还受到温度、湿度和光照强度等环境因子的影响[6，7]。牛勇等[8]研究认为温室黄瓜的蒸腾量与太阳净辐射的相关性最大，其次是温室内的相对湿度。但是在土壤供水亏缺或过饱和时，土壤含水量则成为影响蒸腾的主导因子[9]。有研究表明[10，11]，灌水量不足将严重抑制植株蒸腾，影响植株生长，其中40%～50%田间持水量条件下的温室番茄蒸腾量相比75%～80%田间持水量降低了51.0%，但在土壤含水量为90%～100%田间持水量时，叶片无效蒸腾迅速增加，水分利用效率降低。可见，适宜的土壤水分条件是减少水分损失、提高水分利用效率的关键[12]。而探讨蔬菜作物精细蒸腾耗水强度及生育期蒸腾量对不同灌水量的响应规律，对解释温室蔬菜节水机理及制定高产高效的灌溉制度具有重要的理论与实际意义。

国内外有关植物蒸腾耗水量的测定方法很多，而称重式蒸渗仪被认为是测量作物腾发量和渗漏量的标准仪器[13]。当前基于称重式蒸渗仪开展温室茄子蒸腾耗水动态变化的相关研究也较为少见。本试验以茄子为材料，以称重式蒸渗仪为试验平台，以20 cm标准蒸发皿蒸发量为灌溉依据，通过研究不同灌溉量下温室茄子的日蒸腾耗水强度以及茄子生育期内蒸腾量的动态变化，以期为温室茄子制定合理的灌溉制度，实现节水生产提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年8-12月在北京市农林科学院试验温室内进行。该地区位于东经116.29°，北纬39.94°。海拔56 m，属于温带大陆性季风气候，多年平均气温11.1℃。供试温室长38 m，宽11 m，南北走向，土质为砂壤土。试验前0～20 cm土壤理化性质为：土壤容重1.40 g/cm3，田间体积持水量28.0%，有机质含量15.89 g/kg，全氮质量分数0.60 g/kg，速效钾含量0.15 g/kg。

1.2 试验设计

根据直径为20 cm蒸发皿测定的冠层水面蒸发量设置3种灌水量水平：I1，累计水面蒸发量的60%(Kcp1：0.6)；I2，累计水面蒸发量的80%(Kcp2：0.8)；I3，累计水面蒸发量的100%(Kcp3：1.0)。

供试茄子品种为“京茄黑宝”，于2017年8月8日定植，定植时选取4叶1心的秧苗。栽培方式为畦栽，畦宽70 cm，采用双行错位定植法，行距50 cm，株距45 cm，栽培畦覆盖地膜。灌溉方式为膜下滴灌，在畦上铺设2条滴灌带(滴头间距10 cm)。各处理施肥量相同，在茄子定植前基施有机肥30 000 kg/hm2(N、P2O5、K2O含量分别为7.14、0.06和3.68 g/kg)，定植后追施大量元素水溶性肥料(N∶P2O5∶K2O =3∶1∶1)。施肥时先将肥料在水中充分溶解，然后随滴灌施入。本试验将茄子生育期划分为4个阶段：苗期(定植29 d内)，开花结果期(定植30～56 d)，结果盛期(定植57～101 d)和结果末期(定植102 d至拉秧)。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 蒸发皿蒸发量及灌水量

温室内设置有直径为20 cm的标准蒸发皿，其高度与茄子冠层保持一致。每日下午18∶00用分辨度为0.1 mm水深的配套量筒测量蒸发皿水面蒸发量，测量完毕后再倒入10 mm的水，蒸发皿剩余水量与最初倒入的10 mm的差值即为水面蒸发量(Ep)，水面蒸发量的累积值分别乘以灌溉系数，即为实际灌水量，其计算公式如下：

I=Kcp∑EP

(1)

式中：I为灌水量，mm；Kcp为灌溉系数；Ep为累积水面蒸发量，mm。

1.3.2 茄子蒸腾量

温室安装有称重式蒸渗仪试验平台，称重式蒸渗仪长100 cm，宽60 cm，土体深90 cm。每1 h记录一次土柱重量(分辨率为0.01 mm水深)。称重式蒸渗仪内裸露土壤全部用地膜覆盖，茄子蒸腾量根据水量平衡方程计算：

T=(Wt-1+Wt)/(Sρ)+I

(2)

式中：T为时间段内蒸腾量，mm；S为蒸渗仪箱体的表面积，m2；Wt-1、Wt为t-1时刻和t时刻蒸渗仪箱体内土、水的质量，kg；ρ为水的密度，g/cm3。

各生育期分别取一个晴朗天气分析茄子的蒸腾强度变化规律，具体选取日期为苗期：定植后24 d；开花结果期：定植后44 d；结果盛期：定植后78 d；结果末期：定植后108 d。

1.3.3 茄子产量(kg/hm2)

进入结果期后，对各处理每次采收的茄子分别进行称重计产，并折算成公顷产量。

1.3.4 水分利用效率(WUE，kg/m3)

WUE=Y/ET

(3)

式中：Y为产量，kg/hm2；ET为总蒸腾量，mm。

1.3.4 温室环境因子

温室中央安装有自动气象监测系统，实时采集温室内部气象数据，包括：气温、相对湿度和太阳辐射等参数。

1.4 统计与方法

试验数据由Excel 2003进行整理作图，用SPSS 23.0进行统计分析。

2 结果分析

2.1 温室内水面蒸发与气温的变化规律

由图1可以看出，蒸发皿水面蒸发量Ep与温度T的变化相似，均呈波动下降趋势。二者具有极显著的相关性(相关系数r=0.7677，P<0.01)。试验期间温度T呈逐渐下降趋势，全生育期内的平均温度为19.8 ℃。水面蒸发量Ep在定植23 d内呈波动上升趋势，最大水面蒸发量为3.90 mm/d，然后随着茄子生育期的推进下降趋势明显，在定植100 d后水面蒸发量Ep在0.55 mm/d上下浮动。试验期间的水面蒸发总量为174.4 mm。

2.2 温室茄子各生育期蒸腾量日变化及其与温度的关系

茄子各生育期内蒸腾耗水强度的日变化过程如图2所示。从图2可以看出，不同灌水处理下茄子各生育期的蒸腾强度和温度的变化趋势一致。蒸腾作用主要发生在白天，夜间也有发生，但相对较弱且比较稳定。各生育期的蒸腾强度日变化均呈单峰曲线，其中苗期、开花结果期和结果盛期的蒸腾强度均在7∶00随着温度的升高而逐渐增大，并在13∶00温度达到最高时，蒸腾强度也出现峰值，峰值之后随着温度的降低迅速减小，并在19∶00趋于稳定。而结果末期的蒸腾强度从8∶00开始才有明显的上升趋势，在12∶00时达峰值，15∶00时逐渐趋于稳定。

图1 蒸发皿水面蒸发量及温度变化Fig.1 Water surface evaporation of evaporator and temperature changes

茄子蒸腾强度的峰值在不同生育期差异很大。在开花结果期的峰值最大，其次为结果盛期，结果末期的峰值最小。处理I1、I2和I3在开花结果期的蒸腾强度峰值分别为0.20、0.28和0.31 mm/h，相比处理I1，处理I2和I3的蒸腾强度峰值可分别增加40.0%和55.0%。

2.3 不同灌水处理下茄子日蒸腾量和累积蒸腾量的动态变化

温室茄子日蒸腾量和累积蒸腾量的动态变化如图3所示。可以明显看出，各处理的日蒸腾量随生育期的推进均呈先升高后降低的变化规律。各处理的日蒸腾量在茄子苗期呈逐渐增大趋势，在开花结果期达到峰值2.45～2.93 mm/d，结果盛期日蒸腾量呈波动下降趋势，到结果末期时日蒸腾量已明显减小，日蒸腾量在0.3 mm/d左右波动。

图2 温室茄子不同生育期蒸腾耗水强度Fig.2 Transpiration rate at different growth stages of greenhouse eggplant

图3 生育期内日蒸腾量及累积蒸腾量变化Fig.3 Changes of daily transpiration and accumulated transpiration during the growth period

各处理累积蒸腾量变化趋势均为“S”型曲线(图3)，苗期增长缓慢，开花结果期增长加快，到结果盛期和结果末期时增长速率又逐渐减小。温室茄子的总蒸腾量为84.1～128.9 mm，其中开花结果期的阶段累积蒸腾量最高，可占全生育期累积蒸腾量的38.7%～42.0%；其次为结果盛期，占总蒸腾量的28.9%～36.1%；结果末期的蒸腾量仅占总蒸腾量的6.1%～8.1%。灌水量越大其在不同生育阶段的累积蒸腾量也越大，处理I2和I3在开花结果期的阶段累积蒸腾量分别比处理I1增加了20.4%和41.4%，而在结果盛期也分别比处理I1增加了41.3%和91.3%。从温室茄子全生育期的累积蒸腾量看，处理I2和I3相比处理I1也分别增加了24.9%和53.2%。

2.4 温室茄子日蒸腾量影响因素分析

蒸腾是土壤水分被植物吸收后以气体状态通过植株表面(主要是叶片)从体内散发到体外的过程，因此植株蒸腾强度大小受到空气温湿度、太阳辐射等环境因子的影响。不同处理下茄子日蒸腾量与环境因子的相关性分析如表1所示。可以看出，在不同供水条件下，茄子日蒸腾量与温室内温度、太阳辐射及光合有效辐射均呈显著正相关关系，而与相对湿度呈显著负相关关系。光合有效辐射与茄子日蒸腾量的相关性最高，而日均温度与茄子日蒸腾量的相关系数最小。

表1 温室茄子日蒸腾量与环境因子相关性分析Tab.1 Correlation analysis of daily transpiration and environmental factors of eggplant in greenhouse

注：**P<0.01，N=127。

2.5 不同灌水处理下温室茄子产量与水分利用效率

由图4可知，温室茄子的产量随着灌水量的增大而增加，处理I2和I3的产量无显著差异，但与处理I1相比，分别增加了44.7%(P<0.05)和56.9%(P<0.05)。各处理的水分利用效率无显著性差异，其中处理I2的水分利用效率最高，为25.5 kg/m3，相比处理I1和I3分别增加了15.9%和13.3%。

注：图中不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05)图4 茄子产量及水分利用效率Fig.4 Eggplant yield and water use efficiency

3 讨 论

植物的蒸腾作用是一种复杂的生理过程，是植物对水分和矿物质盐吸收和运输的一个主要动力，在植物生长过程中起重要作用。本试验中温室秋茬茄子的蒸腾强度日变化表现为单峰曲线，蒸腾强度在7∶00-8∶00时开始增大，12∶00-13∶00时达到峰值，峰值之后逐渐下降，并在18∶00趋于稳定。这与已有研究结果一致[14,15]。温室茄子日蒸腾量受到日均温度、相对湿度、光合有效辐射以及光合有效辐射等环境因子的显著影响(表1)，其中与光合有效辐射的相关性最高，而与日均温度的相关性较低。日蒸腾量与日均温度的相关性最低，其原因与以日作为数据统计尺度，温室内温度保持在一个相对稳定的范围内，温度变动幅度较小有关；而在以小时为数据统计尺度时，温室内温度的变动幅度则相对较大，其与蒸腾强度的相关性也相对较高[16]。在本试验条件下，不同生育期内蒸腾强度日变化峰值的出现时间与出现温度峰值的时间基本一致(图2)，这是因为在温度升高时，叶片温度也随着升高，植物需要通过蒸腾作用散失水分降低叶温以适应高温环境，因此蒸腾强度日变化一般随着温度的升高而增大[15]。同时也说明温度对蒸腾强度的日变化过程影响更加明显。

作物的蒸腾耗水量在不同的生育时期存在着很大差异。本试验条件下，随着温室秋茬茄子生育期的推进，蒸腾强度峰值与日蒸腾量均呈先增大后减小的变化规律。开花结果期的蒸腾强度日变化峰值以及阶段累积蒸腾量最大，其中蒸腾强度峰值可达0.20～0.31 mm/h，阶段累积蒸腾量为35.3～49.9 mm，占到总蒸腾量的38.7%～42.0%，其次为结果盛期，而结果末期的蒸腾强度日变化峰值与累积蒸腾量最低。这是因为在苗期时植株较弱，日蒸腾量较小，到开花结果期后，茄子植株的叶面积增大，并且由营养生长转变为生殖生长，对水分的需求旺盛，蒸腾量也随着增大；但进入结果盛期时，温室内温度逐渐降低，水面蒸发量也明显下降(图1)，茄子生长速度减缓，日蒸腾量也呈下降趋势(图3)；而到结果末期时，随着温度进一步降低，植株衰老，新陈代谢活动减弱，蒸腾强度下降明显[17,18]。增加灌水量不仅提高了茄子的蒸腾强度，且增加了全生育期的总蒸腾量。相比处理I1，处理I2和I3在开花结果期的蒸腾强度峰值可分别提高40.0%和55.0%，全生育期的总蒸腾量分别增加24.9%和53.2%。王雪梅等[19]研究也表明，增加灌水量可显著提高温室番茄的平均蒸腾强度。不同灌水处理对茄子的蒸腾强度日变化与累积蒸腾量都具有不同程度的影响，进而对产量产生影响。与处理I1相比，处理I2和I3的产量都有显著增加(图4)。裴芸等[20]研究结果表明，随着灌水量的增加，生菜的光合速率、蒸腾强度逐渐增大，促进了生菜的光合作用，其地上部鲜重和干重均显著提高。但处理I3与处理I2相比，茄子产量并无显著性提高。说明温室秋茬茄子产量并不随着灌水量的增大成等比例增加，而适宜灌水对茄子的生长发育及产量增加最为有利[17]。龚雪文等[21]研究也发现，当灌水量低于0.75Ep-20时，黄瓜的产量与灌水量成正比，当灌水量超过0.75Ep-20时，各处理产量增加不显著甚至不增加。本试验条件下，水分利用效率也以处理I2的最高，则进一步表明了适当降低灌水量不仅能够保证茄子产量，且对提升水分利用也具有较佳的效果。

4 结 语

(1)温室秋茬茄子不同生育阶段的蒸腾强度日变化均呈单峰曲线，灌水量越高蒸腾强度峰值也越高。峰值在12∶00-13∶00出现。其中开花结果期的蒸腾强度峰值最高，为0.20～0.31 mm/h，结果末期蒸腾强度峰值最小，仅为0.04～0.08 mm/h。与处理I1相比，处理I2和I3在开花结果期的蒸腾强度峰值分别增加了40.0%和55.0%。

(2)开花结果期是温室秋茬茄子蒸腾量最大的阶段，增加灌水量可提高累积蒸腾量。温室秋茬茄子总蒸腾量为84.1～128.9 mm，而开花结果期的累积蒸腾量占到总蒸腾量的42.0%～38.7%。相比处理I1，处理I2和I3的总蒸腾量分别增加了24.9%和53.2%。

(3)温室茄子日蒸腾量受温室内温度、相对湿度、太阳辐射以及光合有效辐射等环境因子的显著影响。其中光合有效辐射与茄子日蒸腾量的相关性最高。

(4)适当减少灌水量能够保证温室秋茬茄子产量，提高水分利用效率。处理I2的产量相比处理I1增加了44.7%(P<0.05)，且与处理I3无显著差异。水分利用效率以处理I2最高，为25.5 kg/m3，比处理I1与I3分别增加了15.9%与13.3%。