温室通风控水条件对番茄耗水特性及产量的影响

葛建坤，辛清聪，龚雪文，平盈璐，薄国魁，李彦彬

温室通风控水条件对番茄耗水特性及产量的影响

葛建坤，辛清聪，龚雪文※，平盈璐，薄国魁，李彦彬

（华北水利水电大学水利学院，郑州 450045）

确定温室最佳通风和灌水量可改善室内小气候，减少耗水量并提高果实产量，对进一步优化温室作物灌溉制度至关重要。通过开启温室不同位置通风口设置2种通风处理（T1：开启北窗和顶窗；T2：开启北窗、顶窗和南窗），同时参考20 cm标准蒸发皿的累积蒸发量，设置2种水分处理（水面蒸发系数分别为0.9（K0.9）和0.5（K0.5）），进行完全组合设计，分析了不同通风和水分对温室覆膜滴灌番茄生理生态、耗水特性及产量的影响，采用通径分析法探讨了影响番茄茎流速率的主控因子。结果表明：1）T2的日均风速明显高于T1，但温度和湿度却相反；2）全生育期内，T1K0.9和T2K0.9的耗水量分别为282.4和278.4 mm，高于T1K0.5（201.8 mm）和T2K0.5处理（202.5 mm）；利用通径分析确定气象因子对茎流速率的综合影响程度由大到小依次为净辐射、温度、相对湿度和风速，其中净辐射对茎流速率的影响主要表现为直接作用，而温度、风速及相对湿度主要表现为间接作用。3）不同通风和水分条件影响了番茄的生长发育和产量形成， T2K0.9的平均单果质量为0.15 kg，水分利用效率为53.0 kg/m3，总产量达到147.6 t/hm2。建议华北地区日光温室通风控水管理参考T2K0.9（开启北窗、顶窗和南窗，水面蒸发系数取0.9）可提高番茄的产量和水分利用效率。

通风；灌水；通径分析；茎流速率；生理生态；产量

0 引 言

目前中国设施农业发展迅速，其中设施蔬菜面积已达410万hm2，温室作为设施农业中的主体，在解决中国蔬菜供应、促进农业产业结构调整等方面发挥着重要作用[1-2]。虽然中国日光温室生产规模不断扩大，但尚未形成一套系统高效的管理体系，尤其是关于通风灌水联合调控对温室湿热环境及作物生理生态影响的研究尚不多见[2-3]，这阻碍了温室作物的节水增产提质和高效发展。

通风是调节日光温室内部环境的重要手段[4]，目前温室通风主要有机械通风和自然通风2种，机械通风运营成本高，且需要严格控制风速和时长，否则会引起作物的“矮化”，自然通风因运行成本低、维护方便，是目前温室通风换气的主要形式。杨振超等[5]提出日光温室的通风面积比例在18%～25%、风速控制在1.0 m/s时有利于甜瓜的发育和增产；刘建荣[6]认为采用顶部+底部的通风方式再配合后墙的鼓风机可调节室内相对湿度，使室内环境适宜作物生长。不同通风方式所形成的温室环境差异较大，顶部和侧部风口均开启时，室内通风率高且风速适中，有良好的降温排湿效果，有利于作物生长，优于单开顶、侧风口[7-8]。但长时间的全通风模式也会造成室内温度过低，导致作物发育时间过长，延迟果实上市时间[9]。可见，温室通风方式与室内环境和作物生长密切相关，而目前温室自然通风管理多以传统经验为主，相关研究多集中于“相关性”分析方面，缺乏机理性分析，且有关不同通风和水分组合对作物生理生态、耗水量和产量的综合影响还鲜有报导。

参考20 cm标准蒸发皿制定温室作物灌溉制度简便、准确[10-12]，通过测量作物冠层上方的累积水面蒸发量可预测作物的耗水量，为此，利用蒸发皿蒸发量制定灌溉制度得到了广泛应用[13-14]。Yuan等[15]认为1.1E（E为蒸发皿累积蒸发量）作为单次灌水量可满足温室滴灌草莓的需水要求，Wang等[16]认为灌水定额为0.8E可作为东北地区日光温室滴灌黄瓜的灌溉制度。由于地域和作物种类的差异，灌水间隔和水面蒸发系数的选择有所差异。Liu等[17]提出当蒸发皿累积蒸发量为10 mm时，采用0.9E作为单次灌水量可满足温室滴灌番茄在不覆膜条件下的需水要求。然而，地膜覆盖可有效减少水分消耗，促进作物早期发育[18]，使得覆膜条件下的灌溉制度不同于无膜栽培。在水资源短缺情况下，如何通过覆膜调控不同灌溉水平下的根区有效水分，通过改变温室通风方式调控室内微环境，使其更有利于作物生长，从而实现节水增产增效，仍需进一步研究。

鉴于以上问题，本文以日光温室膜下滴灌番茄为研究对象，采用2种通风和2种水分组合模式，深入探讨不同组合处理对番茄生理生态、耗水特性和产量的影响，旨在为华北地区温室通风控水管理制度提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2020年3－7月在中国农业科学院新乡综合试验基地（35°9′N、113°5′E，海拔为78.7 m）的日光温室内进行，该区域多年平均降雨量为540 mm，蒸发量为1 910 mm，全年平均气温为14.5 ℃，年日照时数为2 395 h，无霜期为200 d。试验所用日光温室东西走向，坐北朝南，占地357 m2（42 m×8.5 m），下沉0.5 m，为钢架结构并覆盖聚乙烯薄膜，顶部用5 cm厚的保温棉被覆盖。日光温室后墙和山墙内镶嵌有60 cm厚的保温材料，温室共设置3处通风口，分别位于温室顶部（42 m×0.5 m）、南侧（42 m×1.0 m）和北侧（20 cm×20 cm，共19个通风口，间距为2.8 m），试验所用日光温室结构图见Gong等[19]。试验区0～100 cm土层的土壤质地为砂壤土，平均容重为1.48 g/cm3，平均田间持水量为0.33 cm3/cm3。

1.2 试验设计

番茄品种为“金鹏M6”，于2020年1月5日育苗，待植株长至3叶1心时移栽（3月4日），移栽后所有处理均铺设黑色地膜（材料为聚乙烯，厚度为0.008 mm）。试验采用不透光隔热板将温室分割成2个隔间（T1隔间：开北窗和顶窗；T2隔间：开北窗、顶窗和南窗，隔间尺寸均为18 m×8.5 m），以20 cm标准蒸发皿（直径20 cm，深11 cm）的累积蒸发量（E）为依据确定单次灌水量和灌水频率，在每个隔间分别设置2种水分处理（水面蒸发系数分别为0.9（K0.9）和0.5（K0.5））。采用滴灌方式进行灌溉，滴灌带自北向南布置，每行1条（滴头间距为30 cm，滴头流量为1.1 L/h）。试验小区长8 m，宽2.2 m，所有处理均采用宽窄行种植方式，宽行65 cm，窄行45 cm，株距均为30 cm。

苗期不设试验处理，待番茄进入快速生长期且0～60 cm土壤含水率降到75%田间持水率时开始进行通风和水分处理，通风口正常开启时间为（08:00－18:00），遇到大风和下雨天气关闭通风口。蒸发皿放置在冠层上方20 cm处，根据作物生长情况及时调整高度，并于每日07:30－08:00用精度为0.1 mm的配套量筒测量蒸发皿的蒸发量，测量完毕后重新添加20 mm蒸馏水，保证水中无杂质。当E达到（20±2）mm 时统一灌水，单次灌水量（I）按下式计算：

I=E·K（1）

式中K为水面蒸发系数，其余含义同上，为保证相同水分处理的灌水量保持一致，实际灌水时E均取固定值为20 mm。每个小区首部安装一块精度为0.001 m3的水表，便于精确控制灌水量，各小区之间埋设60 cm深的塑料薄膜防止水分侧渗。每个处理重复4次，为加强幼苗长势，移栽后灌溉20 mm保苗水，所有小区的农艺措施（如打顶、喷药、数果等）一致。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 气象数据

在T2隔间中部距地表2 m高处安装有1套全自动气象监测系统，该系统包括一套辐射计（R, LI200X, Campbell Scientific, Inc, USA）和净辐射计（R, NRLITE2, Kipp＆Zomen, Delft Netherlands）；温度和相对湿度传感器（T, RH, CS215, Campbell Scientific, Inc, USA）在T1、T2隔间距地表2 m处各安装5套。风速由距地表2 m处的风速仪监测（2, Wind Sonic, Gill, UK），精度为±0.02 m/s。所有数据每隔5 s收集1次，30 min计算1次平均值记录在CR1000数据采集器（Campbell, USA）中。

1.3.2 土壤含水率

采用TRIME-IPH时域反射仪（Micromodultechnik GmbH，Germany）测定0～100 cm土层含水率，测量间隔为20 cm，测量位置为同1条滴灌带2个滴头中间位置，该点可代表根系层平均水分状况[17]。全生育期内每隔7～10 d测1次，灌水后加测，每次测量3次重复，为确保仪器测定的准确性，定期采用取土烘干法对仪器进行矫正。

1.3.3 株高和叶面积

各处理随机挑选10株长势良好无病害的植株进行标记，分别在番茄各生育阶段每隔7～10 d进行株高和叶面积的测定。株高采用直尺测量地表到植株顶部的最大高度，叶面积采用折减系数法进行计算，用直尺测量叶片长度（）和最大宽度（W），然后乘以折算系数0.685[20]。叶面积指数（Leaf Area Index，LAI））为单位土地面积上的植株叶面积，采用下式计算：

LAI=0.685·W/(S·S) （2）

式中S为行距，S为株距，其余含义同上。

1.3.4 蒸腾速率

作物蒸腾速率与植株茎秆液流量密切相关，测定茎秆液流是获取作物蒸腾量的有效方法[21-22]。本试验采用包裹式茎流计（Flow32-1k system，Dynamax，Houston，TX，USA）于2020年5月10日－6月27日测定番茄植株茎秆液流速率（T）。在各小区内随机选取6棵形态均匀的植株，探头安装在第3与第4枝节之间，并与地表保持20 cm高度，避免受到土壤热量的干扰。在包裹的茎秆处预先涂抹植物油，防止植株伤口增生，为确保保温效果，在传感器外部包裹2～3层泡沫锡箔，并用保鲜膜胶带封口。试验所选择的探头型号为SGB9，每隔5 s收集1次，15 min计算1次平均值并储存在DT80数据采集器（Data Taker，Australia）中。

1.3.5 番茄产量、耗水量、水分利用效率

番茄进入采摘期，各小区选择20株长势良好的植株进行标记。每次采摘时，采用电子秤（精度为0.05 g）测量果实质量，并统计每个处理的产量。

耗水量采用水量平衡法计算，公式如下：

ET=I+P+(0−W) （3）

式中ET为耗水量，mm；I为灌水量，mm；为降雨量，mm；为地下水补给量，mm；为深层渗漏量，mm；0、W分别为时段初和时段末0～100 cm土层内的储水量，mm。由于试验是在温室内进行，故=0；试验地的地下水位较深（在5.0 m以下），作物无法吸收利用，即=0；所有处理单次灌水定额较小（最大为20 mm），几乎不产生深层渗漏，即=0。因此式（3）可简化为

ET=I+(0−W) （4）

日耗水强度计算式为

ETd=ET/（5）

式中ETd为日耗水强度，mm/d；为天数，d。

水分利用效率、灌溉水利用效率、灌溉水补偿率计算式为：

WUE=/ET×100% （6）

IWUE=/I×100% （7）

I=I/ET×100% （8）

式中WUE为水分利用效率，kg/m3；IWUE为灌溉水利用效率，kg/m3；I为灌溉水补偿率，%；为番茄产量，t/hm2；其余含义同上。

1.3.6 通径分析法

通径分析是在相关分析和回归分析的基础上，将相关系数分解为直接通径系数和间接通径系数，揭示各因素对因变量的相对重要性，从而为统计决策提供可靠的依据。本文在晴天（R=148.3 W/m2）、多云（R=94.3 W/m2）和阴天（R=46.8 W/m2）3种天气条件下，利用通径分析法建立了T与室内各气象因子（R、T、RH、2）之间的关系，旨在确定不同天气条件各气象因子对T的影响程度。参考文献[23]，文中用于通径分析的所有数据均为小时尺度。

1.3.7 数据统计与分析

利用SPSS 25进行数据分析，图表采用Excel 2016进行绘制。

2 结果与分析

2.1 不同通风条件对室内环境因子的影响

选取晴天（4月30日－5月3日）、多云（5月5日、5月7日、5月12日、5月14日）、阴天（5月4日、5月11日、5月16日、5月24日）3种典型天气，分析不同通风条件下室内距地表2 m处风速（2）、温度（T）和相对湿度（RH）的变化规律（2、T、RH均为4 d均值）。图1为典型天气下2的变化规律，可以看出，2种通风方式下2均呈多峰曲线变化，通风口开启时间（08:00－18:00）的2明显高于关闭时段，其中T1的2在不同天气下区别不大，但T2的2起伏较大，通风口开启后迅速上升，尤其在阴天，T2的2明显升高，2最大值达1.59 m/s，比晴、多云分别高出66.8%和61.3%。3种天气下，当通风处理开始后，T2的2均高于T1，说明T2的空气流通性优于T1。

从T和RH的变化来看（图2），晴天时T在白天（08:00－18:00）呈开口向下的单峰曲线，14:00达到峰值后逐渐回落，T1的最大温度为38.5 ℃，最大温差为20.4 ℃；T2的最大温度为36.5 ℃，最大温差为19.0 ℃。而多云和阴天条件下，T呈多峰曲线变化且较为平缓，尤其在阴天，T1的最大温度为27.9 ℃，最大温差为9.1 ℃；T2的最大温度为27.3 ℃，最大温差为8.9 ℃。3种天气条件下的RH在白天均呈开口向上的单峰曲线，通风口开启前，RH在85.0%以上，通风口开启后，RH开始减少。其中晴天的RH下降速度最快，16:00分别降到50.2%（T1）和43.1%（T2），之后开始上升，并在通风口关闭1 h后趋于稳定，多云或阴天，最小RH高于53.0%。

2.2 不同通风和水分条件对番茄耗水量的影响

2.2.1 对根区土壤水分的影响

根区土壤水分变化可直接反应作物的耗水情况[14]，为探讨不同处理对番茄耗水量的影响，在番茄需水旺期对不同土层深度的含水率进行了比较（图3）。各处理随深度增加，含水率逐渐升高，在同一深度，K0.9（0.9E处理）的含水率明显高于K0.5（0.5E处理）。此外通风也会影响根区的水分状况，5月26日灌水后T1K0.9、T1K0.5、T2K0.9和T2K0.5在0～60 cm的平均体积含水率分别为0.25、0.21、0.24和0.20 cm3/cm3，6月5日所测体积含水率依次为0.22、0.19、0.20和0.17 cm3/cm3，相同水分条件下，T2的土壤含水率变化量要大于T1，由于番茄属于浅根作物，滴灌条件下80%的根系集中在0～40 cm土层内[16]，说明在作物需水旺期，相同水分处理下，T2的作物耗水强度要高于T1。

2.2.2 对耗水量的影响

表1给出了不同处理在4个生育阶段（初期：3月10日－4月9日；快速生长期：4月10日－5月8日；中期：5月9日－6月5日；后期：6月6日－7月5日）的E、I、ET及日耗水强度ETd。全生育期内T1和T2的总E分别为281.9和302.7 mm，各处理灌水次数均为15次，其中K0.9处理的总灌水量为274 mm，总耗水量分别为282.4（T1）和278.4 mm（T2），K0.5处理总灌水量为170 mm，总耗水量分别为201.8（T1）和202.5 mm（T2）。从不同通风影响来看，T2的E较T1高7.0%。在耗水强度方面，各处理在不同生育阶段的耗水强度由大到小表现为中期、快速生长期、后期和初期，在中期，T1K0.9、T1K0.5、T2K0.9和T2K0.5的日耗水强度分别为3.4、2.3、3.9和2.3 mm/d。K0.9的耗水量与灌水量差异不大，而K0.5处理耗水量却高于灌水量，说明K0.9处理能够满足番茄耗水需要，但K0.5处理会造成水分胁迫现象，这可能会影响番茄的生殖生长。

表1 不同通风和水分处理下各生育阶段灌水量、耗水量、累积水面蒸发量和日耗水强度

2.2.3 耗水量与水面蒸发量的关系

研究表明，E与ET密切相关，在建立作物需水模型时，二者具有较高的吻合度[24-25]。为验证利用蒸发皿蒸发量制定温室滴灌番茄灌溉制度的可行性，以各阶段水面蒸发量与作物耗水量为基础，建立了E与ET之间的关系（图4）。可以看出，4种处理下的E与ET均呈极显著线性相关关系（<0.01），其中K0.9处理的斜率分别是0.95（T1）和0.91（T2），略高于0.9，而K0.5处理的斜率分别是0.71（T1）和0.68（T2），明显高于0.5。说明K0.9处理下番茄耗水与灌水基本一致，而K0.5处理无法满足番茄需水要求，根系需从土壤汲取额外水分以满足植株生长需求。此外，4种处理的2均在0.98及以上，说明该地区依据20 cm标准蒸发皿蒸发量制定温室滴灌灌溉制度是可行的。

2.3 不同通风和水分条件对番茄生理生态的影响

2.3.1 对株高和LAI的影响

株高和LAI直接反映了作物在不同生育阶段的生长状态[26]，生育初期，各小区株高和LAI基本一致，进入快速生长期后开始出现差异（图5）。从LAI来看，各处理增长速度表现为T2K0.9>T1K0.9>T2K0.5>T1K0.5，其中，T1K0.9和T1K0.5在移栽82和85 d后达到最大值，分别为3.31和2.95 cm2/cm2；T2K0.9和T2K0.5在移栽80和90 d后达到最大值，分别为3.55和3.15 cm2/cm2。在株高方面，各处理基本一致，进入快速生长期后迅速升高，于移栽86 d达到最大值（141～145 cm），进入中后期，各处理株高有所回落，无明显差异。可见，通风和水分对作物冠层发育时间及发育程度均有影响，其中T2K0.9的LAI明显高于其他处理，但不同处理的株高无明显差异。采用最小二乘法模拟了番茄株高和LAI的变化，2均0.92以上，说明模拟结果可以用来解释温室滴灌番茄在不同通风和水分条件下的生长状况。

2.3.2 对番茄茎流速率的影响

在番茄生育中期对灌水前（R=156.5 W/m2）和灌水后（R=153.3 W/m2）不同处理的茎流速率（T）日变化进行了分析（图6），2 d内的R、2区别很小。可以看出，各处理的T日变化相似，在07:00之前无明显差异，之后随着R增大，各处理的T开始出现差异，均表现为先增大后减小的趋势，其中T2K0.9处理的上升幅度最大，2 d内T不同时刻的均值变化为T2K0.9>T2K0.5>T1K0.9> T1K0.5。相同水分条件下，灌水前T2的日平均T较T1高出74.2%（K0.9）和230.1%（K0.5），灌水后高出114.3%（K0.9）和141.9%（K0.5）。相同通风条件下，灌水前K0.9的日平均T较K0.5高出164.5%（T1）和39.5%（T2），灌水后高出80.7%（T1）和60.1%（T2）。可见，通风和水分处理均对植株T有影响。

2.3.3 番茄茎流速率的影响因子分析

以T2K0.9处理为例，在番茄生长中、后期分别选取晴天、多云和阴天3种典型天气下T与室内气象因子的实测数据，利用通径分析法分析了T的主控因子。图7给出了不同天气条件下各环境因子之间的相关系数（），R与T之间的相关性最高，3种天气条件下分别为0.875、0.918和0.938，R、T、2与RH为负相关关系，其中T与RH的负相关性最高，分别为−0.731、−0.897和−0.624。从气象因子与T的相关性来看，R与T的相关性最高，3种天气条件均在0.96以上，其次为T，2与T之间的相关性在多云天（=0.839）高于晴天（=0.503）和阴天（=0.304），不同天气下RH与T之间均呈负相关关系，整体上，各气象因子对T的综合影响程度表现为R>T>RH>2。

表2为3种天气条件下各气象因子与T的多元线性回归方程，经检验，回归方程达到极显著水平（<0.01）。为得到温室内各气象因子与T的直接作用和间接作用，表3给出了各气象因子对T的直接通径系数以及通过作用于其他气象因子对其产生的间接通径系数，可以看出，3种天气条件下，R对T的直接影响程度最高（直接通径系数分别为0.577、0.741和0.631），T通过作用于其他环境气象因子对T产生的间接影响最高（间接通径系数分别为0.537、0.648和0.649）。RH对T产生的直接抑制作用并不明显，但通过对其他气象因子的影响会显著降低T（间接通径系数分别为−0.530、−0.782和−0.547），2对T产生的影响同样表现为间接作用，而直接影响作用较小。

表2 3种天气条件下小时尺度净辐射、温度、相对湿度、风速与茎流速率的线性回归方程

表3 3种天气条件下小时尺度Rn、Ta、RH、u2与Ts的通径分析结果

2.4 不同通风和水分条件对番茄产量和WUE的影响

本试验共进行了9次采摘，其中早中期间隔较长，单次采摘产量较高，后期间隔缩短，采摘量显著下降（图8）。相同水分处理下，T1的首次采摘量高于T2，采摘中期，T2的产量最高，进入采摘后期，2种通风处理的单次采摘量差异变小。相同通风条件下，由于前期采摘间隔时间较长，作物耗水强度相对较弱，水分对产量的影响并不显著，生育中、后期，果实快速成熟，番茄需水强度大，K0.5在中后期的产量明显低于K0.9处理。

表4给出了不同通风和水分处理下的番茄产量和WUE等指标。产量方面，T2K0.9的产量和单果质量最高，产量为147.6 t/hm2，单果质量为0.15 kg。T1K0.9、T1K0.5和T2K0.5的产量分别为139.5、124.2和119.4 t/hm2，单果质量均为0.13 kg。WUE方面，2种通风条件下，K0.5处理的WUE比K0.9分别高出24.5%（T1）和11.3%（T2）；IWUE比K0.9分别高出43.6%（T1）和30.4%（T2）；而I则分别低于K0.9处理12.8%（T1）和14.5%（T2），说明WUE、IWUE会随着灌水量的增大而减小，而I则与灌水量之间呈正相关关系。采用双因素方差分析法确定通风和水分处理对上述指标的影响程度，结果表明，水分处理对各项指标均有极显著影响（<0.01），而通风处理除对单果质量的影响达到显著水平外（<0.05）对其他指标的影响并不显著。此外，通风水分交互效应对产量和单果质量也有极显著影响（<0.01）。

表4 不同通风和水分处理产量及水分利用效率

注：同列不同字母代表处理间存在显著差异（<0.05），*表示差异显著（<0.05），**表示差异极显著（<0.01）。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences between treatments (<0.05),*means significant difference (<0.05), while**means much significant difference (<0.01).

3 讨 论

温室不同通风和水分条件造成了室内环境和根区水分的差异，这种差异影响了番茄的生长发育、耗水量和产量。相同通风处理下，K0.9处理的LAI和T高于K0.5，这是因为K0.5造成了水分胁迫，从而抑制了番茄根系对水分的吸收，尤其在中后期，s持续较低影响了植株体内的代谢活动，减少茎、叶等营养器官的生长[23]。类似结论在温室草莓、黄瓜[15,27]等作物的研究中也有报导，轻度水分胁迫有利于作物营养生长转向生殖生长，而严重水分亏缺则会加速叶片的衰老和脱落，导致LAI减小，阻碍作物光合、蒸腾等生理活动的进行[23]。相同水分处理下，T2的LAI和T高于T1，这是因为较大的通风面积减少了室内水汽扩散阻力，加快了叶片周围气体流动，使温湿度分布更加均匀，有利于叶片蒸腾、光合等生理活动的进行，从而提高T和LAI。郭永青[28]研究发现60%通风面积下番茄的LAI要显著高于20%，Kitaya等[29]认为当风速从0.2 m/s上升到1.0 m/s时，可显著提高甘薯的T，这与本研究的结论所类似。而谢贵水等[30]在对甘蔗的研究中则认为，平均风速对株高产生的负效应极其显著，通过“剥叶”提高蔗田通风率的措施往往得不偿失。这可能是因为通风虽然加快了蔗叶周围的气体流动，但同时也显著降低了叶温，整体上影响了干物质的合成速率。

此外，本文利用通径分析法进一步分析T在3种典型天气下主控因子的变化。结果表明，R是影响T的第1主控因子。R在诱导气孔开闭的同时又决定了室内T和RH的分布，夏玉米的茎流速率同样与太阳辐射的关系最密切[31]，谢恒星[32]指出，在任何天气情况下，通过改变太阳总辐射及光合有效辐射均可有效地调节甜瓜的蒸腾。T和RH分别是第2和第3主控因子，两者对T的影响主要通过对植物叶肉细胞间隙水汽压与大气水汽压之差的改变来实现的，当T升高时，叶片内部的水汽压急剧增加，而大气水汽压相对稳定，导致两者之间的饱和差明显提高，因此会增加。反之，当室内RH较高时，叶片内部水汽压相对稳定，叶水势显著减小，T会受到严重抑制。可见，T与R、T及2之间呈正相关，而与RH呈负相关关系，这与张川等[33]对温室黄瓜的研究一致。Granier等[34]发现在热带雨林地区，影响T的第1主控因子是饱和水汽压差，与太阳辐射的关系不大，这可能与雨林地区独特的气候特征及复杂的生物多样性有关，由于研究地区存在差异，环境因子对植株蒸腾的影响程度也会发生变化。

温室管理对室内环境及作物生理生态的影响最终表现在果实产量上，本试验在采摘过程中发现各处理单次产量呈波浪形变化，说明植株在盛产之后会在下一采摘阶段进入潜伏期。从对各处理总产量的分析可以看出，产量主要受水分处理的影响，K0.9处理可满足番茄根系吸水要求，加快植株体内水分及养分的吸收和运转，在保证坐果率的同时促进果实饱满，而K0.5处理产生的水分胁迫会导致T持续处于较低水平，无法为作物光合及蒸腾作用提供充分的水分，进而影响了果实产量的形成。类似研究同样指出，水分亏缺会使温室番茄的生理发生变化，直接影响最终的产量和单果质量[35]。虽然通风对各处理总产量造成的差异并不显著，但对阶段性采摘量影响较大（图8），这是因为果实内部绝大多数生物量是由多种酶支配合成的，而酶活性受温度影响很大，在采摘前期，较小的通风面积会适当升高室内温度，在满足番茄发育所需有效积温累积的同时，有利于酶合成[15]，而中后期光照强度逐渐增强，温度过高则会降低酶活性，影响果实内部营养成分的合成，这也解释了在相同水分处理下，T1的前期果实采摘量要高于T2，而在中后期却低于T2的原因。此外，通过对比T1K0.9和T2K0.5的耗水量和茎流速率发现，T1K0.9的中后期耗水量比T2K0.5高55%，但在日水面蒸发量较大的阶段，其茎流速率却低于T2K0.5，造成这种现象的原因可归结为番茄耗水量主要受水分条件的影响，但在高频灌水阶段，良好的通风可使T2K0.5处理的蒸腾速率短期高于T1K0.9。

4 结 论

以日光温室膜下滴灌番茄为研究对象，通过设置不同通风和水分处理，对比分析了不同处理对温室环境、番茄生理生态、耗水量及产量的影响，明确了番茄茎流速率对不同环境下气象因子的响应关系。主要结论如下：

1）不同通风处理明显影响了室内的环境条件，（开启北窗、顶窗和南窗）T2的温度和相对湿度在晴天和多云天低于T1（开启北窗、顶窗），而阴天2种通风处理无明显差异；不同通风还影响了室内的风速，T2的风速明显高于T1，与天气条件无关。

2）K0.9处理（水面蒸发系数为0.9）的耗水量分别为282.4 mm（T1）和278.4 mm（T2），K0.5处理（水面蒸发系数为0.5）的耗水量分别为201.8 mm（T1）和202.5 mm（T2）。相同通风条件下，K0.9处理的耗水量明显高于K0.5处理，而在相同水分条件下，T1K0.9的耗水量高于T2K0.9，但T1K0.5的耗水量却略低于T2K0.5，无显著差异，说明不同通风和水分条件对温室覆膜滴灌番茄的耗水量有明显影响。

3）在作物需水旺期，T2的茎流速率在灌水前较T1高出74.2%（K0.9）和230.1%（K0.5），灌水后高出114.3%（K0.9）和141.9%（K0.5）。这是因为在相同水分条件下，T2处理的叶面积指数均大于T1。在此基础上分析了不同天气条件下茎流速率的主控环境因子，净辐射表现为直接影响作用，而温度、风速、相对湿度对茎流速率的影响主要表现为间接作用，其中风速对茎流速率的直接影响很小。

4）番茄的采摘时间和产量形成同样受到不同通风和水分的影响，相同水分条件下，T1的首次采摘量明显高于T2，但采摘中后期，T1却有所下降。全生育期内，T2K0.9处理的单果质量、产量和灌溉水补偿率分别为0.15 kg、147.6 t/hm2和98.4%，均为最高。

综合以上研究结果表明，T2K0.9（开启北窗、顶窗和南窗，水面蒸发系数取0.9）处理为作物提供了良好的通风水分生长环境，对作物生理生态及最终产量形成的影响均明显优于其他处理，可为进一步提升该地区日光温室的管理效率提供一定参考。

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Effects of greenhouse ventilation and water control conditions on water consumption characteristics and yield of tomato

Ge Jiankun, Xin Qingcong, Gong Xuewen※, Ping Yinglu, Bo Guokui, Li Yanbin

(,450045,)

Optimal ventilation and irrigation water are highly essential to optimize irrigation systems for greenhouse crops, particularly on indoor microclimate, water saving, fruit yield, and quality. In this study, a field experiment was conducted at the Xinxiang Comprehensive Experimental Base of the Chinese Academy of Agricultural Sciences from March to June 2020. Two ventilation treatments were set (T1: opening the north and top windows; T2: opening the north, top and south windows) under various vents opening at different locations in the greenhouse. Two moisture treatments (the water surface evaporation coefficients were 0.9 and 0.5, respectively) referred to the cumulative evaporation of a standard 20 cm evaporation dish. A fully combinatorial design was used to divide into four treatments (T1K0.9, T1K0.5, T2K0.9, T2K0.5) in total. An investigation was also made on the effects of different aeration and moisture on the physiological ecology, water consumption characteristics, and yield of mulched drip tomatoes. Path analysis was finally utilized to explore the ranking of main control factors affecting the stem flow rate of tomatoes under three typical weather conditions (sunny, cloudy, and overcast). The results showed that: 1) The temperature and relative humidity were much lower inside the T2compartment on sunny or cloudy days, compared with the T1compartment. Nevertheless, the temperature was basically the same inside two compartments on overcast days, whereas, the relative humidity inside the T2compartment was higher than that in the T1compartment. 2) Crop water consumption depended mainly on water treatments and root development during the whole reproductive period. Specifically, the water consumption of T1K0.9and T2K0.9were 282.4 and 278.4 mm, respectively, higher than that of T1K0.5(201.8 mm) and T2K0.5treatments (202.5 mm). The water consumption intensity of each treatment at different fertility stages was ranked in order: mid-fertility > rapid growth period > late fertility > early fertility, among which the mid-fertility stage presented the highest water consumption. The daily water consumption intensities of T1K0.9, T1K0.5, T2K0.9,and T2K0.5reached 3.4, 2.3, 3.9, and 2.3 mm/d, respectively. Path analysis was utilized to determine the comprehensive impact of meteorological factors on the sap flow rate. The parameters were ranked in order: net radiation > temperature > relative humidity > wind speed at 2 m. Furthermore, there was a direct correlation between the net radiation and sap flow rate, whereas an indirect correlation was found among temperature, relative humidity, and wind speed at 2 m. 3) Different ventilation and moisture conditions posed significant effects on the growth, development, and yield of tomatoes. The leaf area index showed in the pattern of T2K1> T1K1> T2K2> T1K2in the peak period of water demand, transpiration rate showing T2K0.9> T2K0.5> T1K0.9> T1K0.5. The average fruit mass of T2K0.9was 0.15 kg, while the water use efficiency was 53.0 kg/m3, and the total yield reached 147.6 t/hm2, the yields of T1K0.9, T1K0.5and T2K0.5were 139.5, 124.2 and 119.4 t/hm2, respectively. Therefore, it can be recommended that the T2K0.9treatment is preferred to improve the yield and water use efficiency of tomatoes for ventilation and water control in the solar greenhouses in North China.

ventilation; irrigation; path analysis; sap flow rate; physiological ecology; yield

葛建坤，辛清聪，龚雪文，等. 温室通风控水条件对番茄耗水特性及产量的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(15)：204-213.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.025 http://www.tcsae.org

Ge Jiankun, Xin Qingcong, Gong Xuewen, et al. Effects of greenhouse ventilation and water control conditions on water consumption characteristics and yield of tomato[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(15): 204-213. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.025 http://www.tcsae.org

2021-02-19

2021-06-10

国家自然科学基金项目（51709110，51809094，51779093）；河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目（2020GGJS100）；河南省科技攻关项目（192102110090）

葛建坤，博士，副教授，研究方向为节水灌溉理论与技术。Email：54012012@qq.com

龚雪文，博士，讲师，研究方向为作物水分生理与高效利用等。Email：gxw068@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.15.025

S274.1

A

1002-6819(2021)-15-0204-10