温室番茄在宽垄覆膜沟灌下水分调亏下限指标研究

袁宁宁，白清俊*，张明智，袁莹, 2，詹汉

温室番茄在宽垄覆膜沟灌下水分调亏下限指标研究

袁宁宁1，白清俊1*，张明智1，袁莹1, 2，詹汉1

（1.西安理工大学，西北旱区生态水利工程国家重点实验室，西安 710048；2.华北水利水电大学，郑州 450000）

【】探明宽垄覆膜沟灌技术对日光温室番茄果实、植株生长、耗水、产量及水分利用效率等方面的影响，寻求节水增产模式。以温室抗TY番茄“5102”为研究对象，分别在苗期、开花坐果期结果期设置田间持水率的50%、60%质量含水率作为灌水下限，其他生育期灌水下限设置为田间持水率的70%，以3个生育期灌水下限均为田间持水率的70%为对照（CK），共7个处理，每个处理重复3次。由于各处理的灌水下限不同，番茄的耗水量呈现出明显差异，随生育期的推进基本呈增加趋势，结果期耗水量最大，开花坐果期耗水强度达最大。同时可以发现结果期调亏对番茄耗水量、产量影响最为明显，开花坐果期水分调亏对番茄坐果率影响最明显，开花坐果期灌水下限为60%田间持水率水分处理与CK对比可提高番茄坐果率2.22%，开花坐果期灌水下限为田间持水率70%处理劣果率、根冠比最大，产量最低。结果期60%处理可提高水分利用效率的同时降低劣果率。综合整个生育期考虑，苗期灌水下限为田间持水率60%处理，开花坐果期灌水下限为田间持水率70%处理，结果期灌水下限为田间持水率70%处理，可显著性提高产量及水分利用效率（<0.05），为温室宽垄覆膜沟灌技术的推广及应用提供理论依据。

覆膜；沟灌；水分调亏；温室番茄；水分利用效率

0 引言

灌溉是设施作物栽培中唯一水分来源，研究发现设施内畦灌下灌溉水消耗比例分配，生物量形成仅占3%、蒸腾量占27%、蒸发占20%、渗漏占50%，显然畦灌和沟灌成了“最浪费水的灌溉”[1]。而先进的滴灌等微灌技术投资高，灌水系统堵塞引起作物减产使得生产成本增加[2-3]，无疑微灌技术又成了“最昂贵的节水”。据调查在设施农业生产中，采用高效的滴灌、微喷灌技术等高效节水技术仅占不到5%，而采用小畦灌溉、沟灌依然占90%以上，且传统的沟灌由于灌溉简便，除水费外几乎没有其他投入，接受度较高，仍然是目前蔬菜生产中的主要灌水方式[4]。

宽垄沟灌技术[5-7]是将沟灌与垄作栽培技术结合起来，在垄作栽培时，加大垄宽多行种植。作物在生长过程中，棵间蒸发仍然是耗水的主要部分[8]，覆膜处理可以明显减少土面蒸发，节水25%以上；提高土壤温度，并可有效抑制杂草生长[9]；同时覆膜技术可有效降低温室内空气湿度，降低病害发病率。

发病指数[1,10]有利于提高产量与水分利用效率[11-12]，促进根系生长[13]。沟底覆膜可以在减小垂向渗漏的同时，增加水平侧向入渗，加快水流在沟中的推进速度，提高灌水均匀度和灌水效率[14]。总之，在宽垄沟灌基础上再辅以覆膜，形成宽垄沟灌覆膜技术是一种很有前途的旱地种植制度。

目前，宽垄覆膜沟灌技术主要应用于大田中作物研究太多[15-18]，且在半干旱区域有利于雨水的收集灌溉[19]。在大田作物的节水灌溉研究中发现，宽垄沟灌较畦灌和常规沟灌节水效果更优[15,18]，且适宜的沟宽比可提高储水量[20]。然在对于温室中的应用研究鲜见报道。本论文针对温室番茄，从宽垄覆膜沟灌技术的不同灌溉控制对产量及水分利用效率的影响进行对比研究，旨在确定合理的宽垄覆膜沟灌灌溉制度，为宽垄覆膜沟灌技术在温室中的灌溉应用，提供基础的理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2015年7月—2017年1月在西安市现代农业科技展示中心（108°88′ E，34°07′ N）温室中进行，该处属暖温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温13.3 ℃，无霜期224 d，最大冻土深度20 cm，年平均降雪日为12 d，全年日照时间2 230 h，年平均降雨量650 mm，风速一般为2～3级[21]。

试验在日光温室中进行，日光温室主要由围护墙体、后屋面和前屋面3部分组成，前屋面覆盖塑料膜采光是温室的全部采光面，围护墙体与后屋面为转砌围墙，当天气寒冷时，将前屋面覆盖棉质毛毡覆盖提高温室温度。供试土壤为砂壤土，采用马尔文激光粒度仪进行粒径级配测试（见表1），经测定100 cm土层内平均田间持水率为20.5%（质量含水率），饱和含水率为35.1%，凋萎含水率为8.1%，土壤体积质量为1.5 g/cm3，该试验小区地下水埋深大于5 m，可忽略地下水补给。

表1 试验土壤颗粒级配组成表

试验采用宽垄栽培形式见图1。垄背上番茄双行种植，垄背宽=70 cm，垄沟宽=40 cm，沟深=20 cm，=20 cm，行距=40 cm，植株距离边坡的距离为=15 cm，株距离=38 cm，各处理田间栽培措施相同。

图1 番茄栽培示意图

1.2 试验设计

试验于2016年8月2日开始定植，以温室番茄为供试作物，番茄品种5102，抗TY病毒病，长势强，试验各处理田间栽培措施相同，均在番茄4叶1心或5叶1心时开始定植，每株在5～6穗开始打顶处理，番茄每穗留有4～5个番茄，试验前施“地龙精致有机肥”600 kg/hm2，其中，化肥成分N+P2O5+K2O≥4%，有机质≥30%，有效活菌数≥200亿/kg，施肥后翻地起垄，之后不进行施肥处理，试验于1月6日拔秧。

将番茄的生育期划分为苗期（定植至第一穗果开花）、开花坐果期（第一穗果开花至第一穗果成熟）、结果期（第一穗果成熟至拔秧），分别在苗期、开花坐果期、结果期以田间持水率的50%、60%（质量含水率）为灌水下限处理，以3个生育阶段均为田间持水率的70%（质量含水率）为对照（CK），共设置7个试验设置处理，每个处理3次重复，即3个小区每个处理在1个小区内开展，共21个小区，（表2）。在试验实际实施过程中，难以严格控制灌水下限，故每处理均在灌水下限值的上下范围内设有一个5%（占田间持水率的百分比）的波动范围[22]，小区随机布设。

表2 灌溉试验方案

1.3 观测项目与方法

1.3.1气象资料的监测

利用温室内小型气象仪，观测温室内温度、湿度、光照强度等。图2为温室试验期内日最高温度和日平均湿度的变化曲线。

图2 温室试验期内日最高温度与日平均湿度变化曲线

1.3.2 水量计算

灌水量的控制：试验时分别在垄中（测点5）、垄背（测点4）、垄坡（测点3）、垄坡脚（测点2）、垄沟（测点1）5处监测10、20、30、40、60、80、100 cm不同土层深度，采用土钻取土，烘干法测量土壤质量含水率。测定剖面取土布置如图3所示。

图3 垄沟剖面取土布置平面图

当计划湿润层深度的土壤含水率达到相应的灌水控制下限值时开始灌水，灌水量由水表准确计量[18]。灌水量计算式为：

=1 000(2-1)， （1）

式中：为次灌水量(mm)；2为土壤田间持水率(%，质量含水率)；为土壤体积质量（g/cm3）；1为土层内的平均含水率（%，质量含水率）；为计划湿润层深度（cm）；土壤计划湿润层深度在苗期、开花坐果期、结果期分别取40、60、60 cm。

耗水量计算：试验过程在温室大棚内进行，无降水量和地下水补给量，灌溉不会产生深层渗漏，根据水量平衡方程可简化得到番茄各生育期耗水量公式，如式（2）：

Δ，（2）

式中：为番茄耗水量（mm）；为番茄灌水量（mm）；Δ为土壤水分变化量（mm）。耗水强度为耗水量与生育阶段内天数的比值（mm/d）；水分利用效率为单位耗水量所增加的产量（kg/m3）。

1.3.3 番茄果实产量与生长变化测定

每个处理选取有代表性的植株9株，每次采摘成熟果实后，均用精度为5 g的电子称测定果实产量。收获后，将番茄根系以及番茄植株进行杀青，烘干处理，对叶干质量、茎干质量、根干质量等项目分别进行称质量，计算根冠比。

1.4 数据分析

2 结果与分析

2.1 不同处理对温室番茄耗水的影响

根据水量平衡法计算得到温室宽垄覆膜沟灌不同水分下限处理的番茄各生育期的耗水量、耗水强度与耗水模系数，见表3。

表3 调亏灌溉对不同生育期番茄耗水影响

注 不同小写字母表示同一生长时期不同处理之间差异显著性（<0.05）；下同。

Note Different lowercase letters represent the significant difference between different treatment of the same growth period (<0.05);the same in the follow tables.

从表3可以看出，与CK耗水量相比，T1处理苗期处理显著降低33.38%，开花坐果期显著降低11.95%（<0.05），结果期显著降低1.91%；T2处理耗水量与CK相比，苗期显著降低12.76%，开花坐果期显著降低2.11%，但结果期显著性升高6.21%。与CK相比，T3处理开花坐果期耗水量显著降低34.00%，结果期显著降低10.68%；同时较CK相比，T4处理开花坐果期耗水量显著性降低14.59%，结果期耗水量无显著影响，但仍降低3.09%。与CK相比，结果期T5、T6处理耗水量显著低于CK，较之降低了51.60%、18.67%。可见只有苗期60%水分亏缺后复水对作物生长影响较小，后期耗水量得到恢复，从而实现高效节水。结果期调亏对番茄耗水量影响最大，与对照组相比低于对照处理51.60%。

2.2 不同处理对温室番茄坐果率、劣果率、根冠比的影响

研究发现水分调亏对坐果率影响显著[23]。对于劣果的产生由单果质量少于80 g的舍弃果与裂果、坏果二部分构成[24]。由于冬季番茄结果期室内光照强度低、温度低、湿度大，病害发生，使的结果期番茄裂果、烂果等病害发生严重。然而根系发育受各个阶段水分耦合与交互作用，根冠比的影响在其全生育期，合理控制各个阶段的水分下限才能保证根系正常发育[25]。通过上述指标的确定，对于番茄各生育阶段灌水下限确定有重要意义，故对不同处理温室番茄坐果率、劣果率、根冠比进行对比分析，见表4。

表4 调亏灌溉下番茄坐果率、劣果率、根冠比

由表4可知，T2处理番茄坐果率最大达64.82%，T3处理座果率最低为51.31%。与T2处理相比，CK坐果率无显著差异，然而T1、T3、T4、T5、T6处理坐果率显著降低，从坐果率的角度看，苗期60%水分调亏（T2）处理为最优调亏处理。

与CK相比，T3、T4处理坐果率显著降低19.08%、8.45%。结果期水分调亏处理，与CK相比，T5、T6处理坐果率达到最低，且比CK坐果率降低7.71%、5.06%。可以看出开花坐果期水分调亏对番茄坐果率影响最大，且开花坐果期70%水分对照坐果率达最大。

番茄的劣果率高低将直接影响到番茄的经济效益。由表4可以看出，T5处理的劣果率显著性高于T1、T2、T3、T4、T6处理与CK（<0.05）。T6处理劣果率最低，CK与T5处理相比，T5处理比CK劣果显著降低64.39%，可以看出水分影响劣果率在结果期最明显，结果期灌水下限为田间持水率60%处理为劣果率最佳。

与CK相比，苗期处理T1、T2处理的根冠提高11.11%、6.44%；且T3、T5处理根冠比具有显著性差异（<0.05），且T3、T5处理比CK显著提高14.99%、16.52%。3个生育期的50%调亏处理根冠比达到最大，且T5处理>T3处理>T1处理。可以看出水分亏缺可以促进根系发育，但严重的亏缺处理时的使得番茄后期出现早衰现象严重，结果期表现最为明显，不利于番茄后期的生长成熟。

2.3 各处理的番茄耗水量、产量及水分利用效率

由表5可知，苗期T2处理复水后总耗水量，与CK无显著性差异，低于CK的0.67%，显著高于T1、T3、T4、T5、T6处理。T2处理产量显著性高于T1、T3、T4、T5、T6处理与CK。同时T2处理水分利用效率与T1、T6处理无显著影响，但显著性高于T3、T4、T5处理与CK。

表5 调亏灌溉对番茄总耗水量、产量、水分利用效率的影响

开花坐果期调亏时，T3、T4处理比CK的总耗水量、产量、水分利用效率均低，其中，T3、T4处理与CK比耗水量降低16.51%、5.96%，产量降低19.20%、6.97%，水分利用效率降低3.19%、1.09%，因此开花坐果期调亏处理不利于番茄产量及水分利用效率的提高。

结果期T5处理耗水量、产量、水分利用效率最低。CK的产量、耗水量、水分利用效率与T5处理具有显著性差异。与CK相比，T5处理耗水量降低22.34%，产量降低29.87%，水分利用效率降低9.70%。CK、T6处理产量无显著性差异，但水分利用效率有显著性差异，T6处理水分利用效率与CK相比，却高于CK约2.37%。因此，结果期60%水分调亏处理可提高水分利用效率。

3 讨论

试验表明温室番茄各阶段耗水量总体呈出随生育期的推进基本呈增加趋势，结果期耗水量达到最大，且秋冬季番茄植株蒸腾量随着生育期推进逐渐减少的趋势。因此，耗水强度总体呈开花坐果期达到最大>苗期>结果期，与前人研究一致[26-29]。

徐淑贞等[29-30]通过Jensen模型发现苗期为番茄节水的最佳时期，该时期番茄耗水量小且适度的水分胁迫（T2处理）可提高温室番茄产量及水分生产率。由于苗期适度的水分胁迫，促使番茄根系向深生长，利用深层土壤水分[31-32]，本试验测定T2处理根系深度大于其他处理约10 cm，其根冠比较高，促使后期复水增加番茄耗水量、耗水强度著增加。

开花坐果期番茄营养生长与生殖生长并存，该时期耗水量增大。番茄花期与果期灌水下限越低番茄整个根长密度在垂直方向上呈指数递减[25]，因此，该生育阶段水分调亏将影响番茄根系生长，进而影响到番茄根系吸水，使得番茄生长受到影响，坐果率达到最低，使得后期早衰严重，根冠比较大，即T3、T4处理耗水量较CK减少19.77%、6.33%，坐果率减少23.58%、9.23%，产量减少23.77%、7.49%。

结果期主要进行生殖生长，番茄果实膨大生长的关键时期，该时期低水分处理对番茄产耗水量、产量影响最大，此阶段受的严重的水分胁迫将造成不可恢复的减产损失[29-30]。番茄营养生长基本成熟，CK处理使番茄植株营养器官生长旺盛，植株个体发育较为庞大，60%水分调亏处理植株地上部分营养生长和生殖生长较协调，根冠比较小，50%水分调亏处理番茄果实生长受到严重抑制，植株早衰严重，根冠比最大、产量最低。同时由于番茄后期，冬季温室光强较弱，地温较低，刚灌水后土壤水分较高，空气湿度较大，造成病害发生严重，裂果、病果现象的发生[28-33]，因此T1、T2、T6处理与CK劣果率主要由病果裂果构成达7.47%，T5处理由于番茄发生早衰使得植株生长抑制，耗水强度低，番茄舍弃果、裂果均较多，T3、T4处理主要由于开花坐果期影响使得坐果率较低、从而番茄单果重较大，劣果主要由坏果构成，因此为提高番茄的经济效益，要提高番茄的总产量同时减少劣果率的发生。

4 结论

1）开花坐果期调亏对番茄的坐果率影响最大。结果期为番茄产量的关键时期，结果期60%水分下限处理提高水分生产率的同时降低劣果率。

2）开花坐果期与结果期水分亏缺后复水降低了番茄的产量与水分利用效率，然而苗期60%水分调亏后复水，根冠比增加，刺激根系生长，较CK提高根冠比6.44%，显著提高了产量及水分利用效率（<0.05），相比提升8.39%、9.14%。因此苗期60%、开花坐果期70%、结果期70%为最优的处理。

3）温室番茄各阶段耗水量总体呈现出随生育期的推进基本呈增加趋势，结果期耗水量达到最大，耗水强度在开花坐果期达到最大，且结果期调亏对番茄耗水量、产量影响最为明显。

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Optimizing the Soil Moisture Threshold for Scheduling Deficit Furrow Irrigation of Greenhouse Tomato Grown in Raised Bed With Film Mulching

YUAN Ningning1, BAI Qingjun1*, ZHANG Mingzhi1, YUAN Ying1, 2, ZHAN Han1

（1.College of Water Resources and Hydropower, State Key Laboratory Base of Eco-hydraulic Engineering in Arid Area, Xi’an university of technology, Xi’an 710048, China; 2. North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450000, China）

【】Raised bed with film mulching has been increasingly used in greenhouse production. The purpose of this paper is to experimentally study the effect of soil moisture threshold required to schedule deficit furrow irrigation on fruit, plant growth, water consumption, yield and water use efficiency of tomato grown in wide raised bed mulched with plastic film.【】The experiment was conducted in a solar greenhouse with cultivar of anti-TY tomato “5102” as the model plant. We compared two treatments in which irrigation was resumed whenever soil moisture at seedling stage, flowering and fruit setting stage dropped to 50% or 60% of the field capacity, respectively. Keeping soil moisture at these stages not dropping below 70% of the field capacity served as the control (CK). Overall, there were seven treatments, each having three replicas.【】Water consumption varied significantly between treatments, but it increased as the plant grew in all treatments and peaked at flowering and fruiting stage. It was found that water deficit at fruiting stage impacted yield and water consumption most, while thirsting the plant at flowering and fruiting stage affected fruit setting most. Keeping soil moisture not dropping below 60% of the field capacity at flowering and fruiting stage improved fruit setting rate by 2.22%, while keeping soil moisture not less than 70% of the field capacity at flowering and fruiting stage gave rise to the highest fruit inferiority and root - shoot ratio, leading to a reduction in yield. In contrast, keeping water content at 60% of the field capacity increased water use efficiency and reduced fruit inferiority.【】Overall, keeping soil moisture at 60% of the field capacity at seedling stage, and 70% at flowering, and fruiting-fruit setting stage significantly improved yield and water use efficiency (<0.05). These results have implications for scheduling furrow irrigation of tomato grown in film-mulched raised bed in solar greenhouse.

film mulch; furrow irrigation; water deficit; greenhouse tomato; water use efficiency

S275.9; S275.S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.20170028

1672 - 3317（2020）01 - 0017- 07

袁宁宁, 白清俊, 张明智, 等. 温室番茄在宽垄覆膜沟灌下水分调亏下限指标研究[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(1): 17-23.

YUAN Ningning, BAI Qingjun, ZHANG Mingzhi, et al. Optimizing the soil moisture threshold for scheduling deficit furrow irrigation of greenhouse tomato grown in raised bed with film mulching[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(1): 17-23.

2017-12-07

陕西省水利科技项目（2015s1kj-07）

袁宁宁（1992-），女，河北沧州人。硕士研究生，主要从事节水灌溉新技术研究。E-mail：ynning163@163.com

白清俊（1967-），男，陕西渭南人。教授，主要从事灌溉理论与节水技术研究。E-mail：445920785@qq.com

责任编辑：赵宇龙