不同负压供水灌溉对番茄产量及水分利用效率的影响

黄梦琪

(杨凌职业技术学院，陕西 杨凌 712100)

负压灌溉是一种将灌水器埋入地下以实现作物对水分连续自动获取的节水灌溉技术，这种灌水技术无能耗且无需提水加压。作物由于根系的吸水作用使土壤水势下降，而负压灌溉技术正是以土壤水势(即土壤吸力)作为水分进入根际土壤为动力来实现作物对水分的连续自动获取，以满足整个生育期的水分需要[1～4]。目前的田间灌水方式不仅浪费了水资源，还使得土壤温度降低，甚至还造成伤根、土壤肥力流失及板结等现象，并且棵间蒸发增大。负压灌溉技术可以减小土壤棵间蒸发、水分渗漏等问题，并极大地提高水分利用效率，从而实现节水的目的[5～7]。

番茄是我国设施栽培的主要蔬菜种类之一，其全生育期需水量大，为获得较高产量，往往出现过量灌溉[7]，而我国又是农业大国且水资源短缺，为更好地提高灌溉水的水分利用效率实现节约用水，又能有效解决当前设施农业灌水中对蔬菜的有效水分控制，笔者试验采用负压灌溉技术对盆栽番茄植株产量、耗水规律及水分利用效率进行了探究，以期为温室栽培作物在负压灌溉技术条件时提供一些理论参考。

1 材料与方法

试验于2019-2020年在西北农林科技大学教育部旱区农业水土工程重点实验室的灌溉试验站(东径108°24′，北纬34°20′，海拔521m)进行。由于试验为温室盆栽试验，故不考虑地下水和降雨的补给量，负压灌溉可直接为根系层补水，且每次灌溉量少，因此地表径流量和深层渗漏量不予考虑。供试品种为农粉果3号，为杂交种，早春茬番茄,于2019 年3月21日定苗，7月18日拔秧整地；秋冬茬番茄于2019 年7月31日定苗，12月16日拔秧整地。试验盆的尺寸选择高42 cm，底部直径30 cm的塑料盆，土壤水分保持至田间持水量，肥料、生根粉、杀虫剂与土壤充分混匀后一次性施入，选择长势较好的番茄幼苗移栽至盆中并浇足定根水，每盆移栽2棵，待还苗后通过负压灌溉装置实现番茄对水分的连续自动获取。

试验设置 1 项常规灌溉处理(T1)作为对照，4 项不同负压处理(T2、T3、T4 和 T5)分别为 0，-5，-10 和-20kPa，每个处理设置 5 个重复。常规灌水每次浇水 1L，将土壤平均含水量控制在田间持水量70%～85%。水分利用效率(WUE) =生物产量(gDW)/耗水量(kg)[2]。

2 结果与分析

2.1 不同负压供水灌溉下土壤含水率的变化

通过对各处理土壤含水率变化情况分析可知(图1)，对照灌水处理T1的土壤含水率变化起伏较大，采用负压灌水方式的处理随着负压的增大，土壤含水率呈降低趋势。T2、T3、T4处理的平均土壤含水率与对照处理相比分别高出了110.7%、80.3%和32.5%，与对照处理T1相比，T5处理土壤含水率降低了30.1%，而且T5处理的供水量小于其蒸散量，土壤含水率也呈持续下降的趋势，这说明随着生育期的推进供水负压值过大是不利于土壤水分供应的。通过观察发现T2、T3、T4处理土壤含水率的变化波动很小，负压供水系统对作物的供水是持续、平稳的。

图1 土壤含水率变化情况

2.2 不同负压供水灌溉对盆栽番茄产量的影响

通过分析发现，盆栽番茄春茬和秋茬的产量在不同负压供水灌溉下变化规律相似(图2)，其中处理 T2、T3、T4处理之间番茄产量无显著差异，但是均高于T1、T5处理。由图2可知不同负压供水灌溉处理中，番茄产量随着负压的增大呈先增大后减小的变化趋势，T2、T3、T4处理与T1处理相比春茬分别增产32%、98%、67%，而T5处理与T1处理相比番茄产量减少了37.2%；秋茬T2、T3、T4处理与T1处理相比分别增产28.9%、101%、82.3%，与T1处理相比T5处理的产量也有所下降，这说明不同负压值供水会影响盆栽番茄的产量，但是试验发现选择适当的供水负压值，是能够获得较高产量的(如图2，不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著)。

图2 不同负压灌溉下盆栽番茄产量变化

2.3 不同负压供水灌溉下盆栽番茄耗水量的变化规律

根据试验观察得知(表1)，在番茄全生育期间，随着时间的推移，盆栽番茄的阶段耗水量变化规律呈现为先升高后降低。通过对番茄各生育期耗水量对比发现，在苗期，负压供水灌溉处理T2、T3、T4、T5的阶段耗水量均低于对照处理T1，降低幅度为 24.3%～25.7%(P<0.05)，试验还发现坐果期和开花期的阶段耗水量均要高于其他生育期，各处理在这两个生育期的耗水量可占到全生育期耗水量的 32.8%～43.6%(春茬)和30.3%～41.1%(秋茬)，这说明坐果期和开花期是番茄生长需水量最大的生育时期，也是番茄是否能健康生长并获得高产的重要时期，因此，在这两个时期应给予番茄充分的水分和养分。

表1 不同负压供水灌溉对盆栽番茄耗水量的影响

2.4 不同负压供水灌溉下盆栽番茄的供水量及水分利用效率

由供水量随时间变化分析发现(图3、图4)，T1～T5处理的供水速率呈现为“快-慢-快”的趋势，不同处理累积供水量均表现为T3处理﹥T2处理﹥T4处理﹥T1处理﹥T5处理，春茬和秋茬T2、T3、T4处理较T1处理供水量分别高出了128.3%、93.1%、20.6%%、和103.5%、87.8%、21.4%，土壤平均含水率分别高出了131.3%、79.1%、28.3%和128.7%、77.3%、26.9%，这说明春茬和秋茬的不同负压灌溉处理中T4处理的节水效果较好，由此也可知适当的灌水负压值控制灌溉可以达到平衡供水和节水的目的。

图3 供水量随时间的变化情况(春茬)

图4 供水量随时间的变化情况(秋茬)

随时间的推移，番茄总耗水量(T1～T5处理的)逐渐增加，春茬和秋茬的番茄总耗水量在不同供水负压条件下，均是T3 处理最高，且明显高于T4和T5处理。至收获时，T3处理春茬和秋茬的总耗水量分别达5 719 cm3和6 102 cm3，较T4处理高 53.9%和59.8% ，较T5 处理高68.1%和63.7%。这说明随着供水负压值的降低，番茄的总耗水量呈下降趋势。通过分析还发现，负压灌溉各处理中，T2、T3、T4处理番茄总耗水量与T1处理相比，春茬提高了60.5%、84.1%、15.3%，秋茬提高了79.4%、57.1%、19.2%；T2、T4、T5处理的水分利用效率与T1相比春茬提高了12.1%、9.4%、7.9%，秋茬提高了13.2%、8.9%、7.4%，而T3处理虽然耗水量最大但是同时产量最高，水分利用效率也最高，分别高出对照T1处理20.6%和22.7%。

表2 不同负压灌溉对盆栽番茄产量及水分利用效率的影响

3 结论

作物要实现增产，灌溉是先决条件。如何进行合理灌溉并充分提高水分利用效率，是目前节水农业研究的关键问题[8～9]。番茄是我国普遍种植的蔬菜，也是目前设施农业的主要农产品之一，为了保证在节水灌溉方式下植株正常生长并获得较高产量，在番茄的整个生育期需保证持续有效的供水。笔者试验对盆栽番茄在0.0～-20.0 kPa 的负压供水灌溉条件下的生长发育及水分利用效率进行了研究，结果显示随着供水负压值的降低，番茄的水分利用效率有所提高，但生物产量下降，而各处理中产量以-20.0 kPa处理为最低。因此，分析不同供水负压对番茄生长、水分利用效率及产量的影响，适宜的供水负压值为-10.0 kPa。

笔者试验中的盆栽番茄阶段耗水量的变化规律为先上升后下降，阶段耗水量表现为座果期和开花期最高，可占到全生育期总耗水量的 32.8%～43.6%(春茬)和30.3%～41.1%(秋茬)，说明这两个时期是番茄健康生长需水关键期，水分和养分供给不足会影响番茄的生物产量。

笔者试验以温室盆栽作物为研究对象，而且这种栽培方式种植面积小，不受天气、降水等环境条件的影响，且负压灌溉属于局部灌水，每次灌水量小，这避免了传统灌溉中管道、部件等损坏等现象，因此笔者研究成果可在温室栽培作物及设施农业发展中推广。