基于蒸发皿水面蒸发量的温室生菜适宜灌溉量研究

李银坤，詹保成,，郭文忠*，梁熠，李亮，柏敏战

基于蒸发皿水面蒸发量的温室生菜适宜灌溉量研究

李银坤1，詹保成1,2，郭文忠1*，梁熠2，李亮2，柏敏战3

（1.北京市农林科学院 智能装备技术研究中心，北京 100097；2.宁夏大学 农学院，银川 750000；3.陕西荣华农业科技有限公司，西安 710000）

【】探究基于蒸发皿水面蒸发量（p）的温室生菜适宜灌溉策略。设置5个灌溉处理：0.3p（I1）、0.5p（I2）、0.7p（I3）、0.9p（I4）和1.1p（I5），利用直径20 cm的称质量式标准蒸发皿自动记录冠层水面蒸发量（p），开展了连续2茬温室生菜灌溉试验。通过研究不同灌溉处理对温室生菜蒸散量、地上部生物量、产量和水分利用效率的影响，确定温室生菜适宜的灌溉量及其对应的蒸发皿适宜灌溉系数（p）。试验期间，p随时间的增加呈上升趋势，第二茬累积水面蒸发量为96.0 mm，相比第一茬增加了33.3%；太阳辐射是影响p的重要环境因子，二者呈极显著的正相关（<0.01）。第一茬和第二茬各处理的累积蒸散量波动范围分别为43.4～70.4 mm和58.3～73.6 mm，累积蒸散量随灌水量的增加而增加。生菜地上部生物量随灌溉量的增加呈先增加后降低的变化规律，其中I3处理地上部生物量最高，相比I1处理和I5处理分别提高了17.5%～38.2%和4.2%～13.2%。适量灌溉可显著提高温室生菜的产量和水分利用效率，与I1处理和I5处理相比，I3处理的产量增加了36.6%～37.3%和6.1%～23.7%，水分利用效率提高了9.9%～15.2%和12.6%～61.4%。生菜产量和蒸发皿灌溉系数（p）之间具有显著的二次曲线关系（<0.01），综合2茬产量，当p为0.77时可获得生菜产量的最高值。I3处理（即0.7p）是供试条件下温室生菜的适宜灌溉处理，在以获得温室生菜高产为目标时，推荐蒸发皿灌溉系数0为0.77。

温室生菜；称质量式蒸渗仪；水面蒸发量；产量；水分利用效率

0 引言

【研究意义】生菜是温室栽培的代表性叶类蔬菜，具有生育期短、耗水量大等特点，温室生菜生长所需水分主要依赖于灌溉[1-2]。灌溉是温室生菜生产过程中重要的田间措施，在提高生菜产量、改善生菜品质等方面具有至关重要的作用[3-4]。虽然滴灌、喷灌等节水灌溉技术已在温室生产中被广泛应用，但生菜的灌溉量确定仍主要依据传统经验进行决策，灌溉量不合理或灌溉时间不适宜将导致水资源浪费，灌溉水利用效率偏低以及产量下降等问题[5-7]。因此，开展温室生菜的适宜灌溉量试验研究对于保障设施蔬菜绿色高效可持续生产具有重要意义。【研究进展】P-M公式是FAO-56提出的计算参考作物蒸散量（0）的标准方法，有研究利用温室内参考作物蒸散量计算公式[8]，制定了针对温室番茄、黄瓜等作物的合理灌溉制度，在生产中获得了显著的节水高产效果[9-12]。但0计算过程复杂、涉及的参数繁多，决策成本较高，限制了其在生产中的大范围应用。许多研究将标准蒸发皿的水面蒸发量（p）作为温室灌溉决策的依据，此外也在夏玉米、冬小麦等粮食作物上进行了研究，通过确定适用于不同作物的蒸发皿灌溉系数（p），建立了基于水面蒸发量（p）的合理灌溉制度[13-14]。在温室栽培条件下，张鲁鲁等[15]认为按照水面蒸发量的60%进行灌溉（0.6p），温室甜瓜具有较好的产量、品质和水分利用效率。Cakir等[16]研究表明，黄瓜产量随灌水量的增加而增加，当p为0.75时的水分利用效率、平均产量均为最高。在温室番茄上的研究表明，滴灌水量为0.8p时具有最佳的产量、灌溉水利用效率和品质，当灌水量进一步增加时，灌溉水利用效率和果实品质均会降低，进而得出适用于温室番茄的最优p为0.8[17]。【切入点】利用水面蒸发量（p）进行灌溉决策的关键在于蒸发皿灌溉系数（p）的确定。截至目前，依据水面蒸发量（p）的灌溉决策研究主要聚焦于典型的粮食作物和温室番茄、黄瓜、茄子等茄果类蔬菜作物[18-21]，而在温室生菜上的研究较少，尤其是温室栽培生菜的生长发育快、水分需求量大，明确适宜于温室生菜的p是实施温室生菜科学合理灌溉的关键前提。【拟解决的关键问题】本研究基于标准蒸发皿的水面蒸发量（p）设定了5种温室生菜灌溉量，分别为0.3p、0.5p、0.7p、0.9p和1.1p（p分别为0.3、0.5、0.7、0.9和1.1），结合称质量式蒸渗仪开展了不同灌溉处理对生菜生物量、产量以及水分利用效率影响的研究试验，探讨温室生菜的适宜灌溉量及其对应的蒸发皿灌溉系数（p），以期为温室生菜节水、绿色生产提供理论支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验于2021年3—5月在北京市农林科学院多功能连栋温室内进行，试验温室南北走向，南北长35.4 m，东西宽33.0 m，试验布置于三连跨多功能连栋温室的中跨。试验地位于东经116.29°，北纬39.94°，海拔56 m，年均降水量为500～600 mm，多年平均气温为11.1 ℃，属温带大陆性季风气候。试验地土质为砂壤土，试验前0～10 cm土层的土壤体积质量为1.32 g/cm3，土壤田间持水率为26.3%，有机质量为15.89 g/kg，全氮量为0.60 g/kg，速效钾量为0.15 g/kg。

1.2 试验设计

利用直径为20 cm的称质量式标准蒸发皿测定生菜冠层的水面蒸发量，以累积水面蒸发量（p）为标准制定灌溉量，蒸发皿的灌溉系数（p）分别设置为0.3、0.5、0.7、0.9和1.1，对应的灌溉量依次为0.3p（I1）、0.5p（I2）、0.7p（I3）、0.9p（I4）、1.1p（I5），当累积水面蒸发量p为（15±1）mm时统一灌水。供试生菜品种为“富兰德里”，定植时选取4叶1心的秧苗。第一茬和第二茬生菜定植时间分别为3月3日和4月8日，收获时间分别为4月7日和5月7日。试验中采用的称质量式蒸渗仪长1 m，宽0.6 m，土深0.9 m。栽培方式为畦栽，畦宽70 cm，畦高20 cm，行距20 cm，株距20 cm。各处理施肥量相同，以纯氮（N）计每茬的施氮量为75 kg/hm2，施肥类型为水溶性肥（N∶P2O5∶K2O质量比为3∶1∶1）。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 称质量式标准蒸发皿

利用直径为20 cm的称质量式水面蒸发皿获取生菜冠层的水面蒸发量，每10 min自动采集1次数据，仪器精度为0.1 mm。蒸发皿的观测高度随生菜生育期的推进进行实时调整。

1.3.2温室环境因子

温室中央布置小型气象站（型号为AG1000，美国制造）实时采集温室内的气象数据，包括太阳辐射（s）、空气温度（）、相对湿度（）。

1.3.3 生菜单株质量与产量

生菜收获采摘后，单株鲜质量采用电子天平（精度为0.01 g）进行称质量，并折算成每公顷产量（，kg/hm2）。

1.3.4 生菜地上部生物量

生菜测产结束后，每个处理随机取3株植株样本，在烘箱中于105 ℃杀青30 min，然后再于85 ℃烘干至恒质量，测定生菜地上部生物量。

1.3.5 生菜蒸散量

利用称质量式蒸渗仪测定生菜蒸散量（），蒸渗仪每10 min记录1次土柱质量，的计算原理为：

=（t-1-t）/+， （1）

式中：为时间段内的蒸散量（mm）；为蒸渗仪箱体表面积（m2）；t-1和t分别为t-1时刻和t时刻箱体内土壤及水分的质量之和（kg）；为水密度（g/cm3）；为时间段内的灌水量（mm）。

1.3.6水分利用效率（）

=/， （2）

式中：为水分利用效率（kg/m3）。

2 结果与分析

2.1 温室气象因子动态变化

由图1可知，2茬温室生菜种植期间，整个生育期内生菜所处温室环境的日均气温（）与日均相对湿度（）总体变化趋势呈波动状，其中呈波动上升趋势，呈波动下降趋势。试验期间内的变化范围为13.2～24.5 ℃，在第一茬和第二茬生育期内的平均气温依次为18.9 ℃和21.2 ℃；变化范围为28.9%～87.9%，在第一茬和第二茬生育期内的平均相对湿度分别为63.2%和56.6%。

图1 温室内日均气温和日均相对湿度动态变化

2.2 温室生菜冠层水面蒸发量动态变化及影响因素

由图2可知，试验期间温室生菜冠层水面蒸发速率峰值随时间的增加总体呈上升趋势。第一茬生菜在生长初期的水面蒸发速率峰值较低，在0.2 mm/h上下波动，水面蒸发速率峰值的最高值出现在第二茬生菜生育期内，达0.75 mm/h。累积水面蒸发量在第二茬生菜生育期内为96.0 mm，相比第一茬增加了33.3%。由表1可知，除相对湿度外，其他环境因子均与水面蒸发量呈极显著正相关（<0.01），其中太阳辐射与水面蒸发量的相关系数最高，达到0.88，说明太阳辐射是影响水面蒸发量的最关键的气象因子。平均温度与水面蒸发量的相关系数最低，仅为0.59，但相关性仍达到了极显著水平（<0.01）。

图2 温室生菜冠层水面蒸发速率与累积蒸发量的变化

表1 温室蒸发皿水面蒸发量与各环境因子的相关性

注 **表示在0.01水平上显著相关。

2.3 温室生菜累积蒸散量变化

各处理温室生菜累积蒸散量在不同茬口的变化趋势相似，在生菜定植10 d内蒸散量增加较为缓慢，之后随着生菜生长加快呈快速增加的趋势。5个灌溉处理在第一茬和第二茬的蒸散量波动范围分别为43.4～70.4 mm和58.3～73.6 mm。随着灌水量的增加，蒸散量也随之增加。其中，I1、I2处理在第一茬的蒸散量分别为43.4 mm和51.2 mm，而I5处理的蒸散量达到了70.4 mm。在第二茬也存在相似的规律，其中I1、I2处理和I5处理的蒸散量分别为58.3、67.0 mm和73.6 mm。

2.4 温室生菜地上部生物量

由图4可知，2茬生菜灌溉试验的地上部生物量变化规律基本相同。随着灌溉量增加，不同处理的生物量均呈先增加后降低的变化趋势。I3处理的生菜生物量最高，与I1、I2、I4、I5处理相比，I3处理在第一茬分别提高了38.2%、16.1%、3.8%、13.2%，在第二茬分别提高了17.5%、10.9%、4.8%、4.2%。可见，适中的灌溉量（I3处理）最有利于提升温室生菜地上部的生物量。

图4 不同灌溉量下温室生菜生物量变化

2.5 温室生菜产量与水分利用效率

由表2可知，温室生菜单株质量、产量及水分利用效率的变化规律随灌溉量的增加整体上呈先增加后降低的变化规律。I3处理的单株质量、产量和水分利用效率最高，其次为I4处理，I1处理的单株质量和产量最低，而I5处理的水分利用效率最低。相比I1处理，I3处理的产量和水分利用效率分别提高了36.6%～37.3%和9.9%～15.2%；与I5处理相比，I3处理的产量提高了6.1%～23.7%，水分利用效率提高了12.6%～61.4%。综合分析，适中的灌溉量（I3处理）可显著提高温室生菜的产量以及水分利用效率。

表2 不同灌溉量下的温室生菜单株质量、产量及水分利用效率

注 相同列不同小写字母表示差异显著（<0.05）。

2.6 温室灌溉生菜蒸发皿适宜灌溉系数（Kp）

制定适宜的蒸发皿灌溉系数（p）是温室灌溉生菜实现高产的关键因素。如图5所示，表示单位面积生菜产量，表示蒸发皿灌溉系数（p），生菜产量与蒸发皿灌溉系数p呈显著的二次曲线回归关系，第一茬和第二茬的2分别为0.929、0.827，均达到了极显著水平（<0.01）。随着p的增大，生菜产量呈先增加后降低的变化趋势，当第一茬和第二茬的p分别为0.74和0.86时，生菜产量分别达到其最高值39.7 t/hm2和29.1 t/hm2。综合2茬生菜产量（图5（c）），2为0.882（<0.01），获得生菜产量最高值对应的p为0.77。

图5 生菜产量与蒸发皿灌溉系数Kp的关系

3 讨论

确定合理的蒸发皿灌溉系数（p）是基于标准蒸发皿水面蒸发量指导科学灌溉的前提，也是维持作物生长在最适宜需水状态的关键保证[22-25]。为确定不同蔬菜作物的蒸发皿灌溉系数（p），前人做出了大量工作。许峥等[20]研究表明，在p为0.7的灌溉水平时，温室菜心的产量、生物量以及水分利用效率最高。王湛等[26]开展了基于水面蒸发量的温室茄子灌溉决策研究，结果表明，当p为0.8时，能够获得最高产量与水分利用效率，进而确定了温室茄子灌溉管理的最优p为0.8。对于温室黄瓜的研究表明，依据水面蒸发量进行灌溉管理的优选p为0.75[27]。姜展博等[28]研究也表明，温室番茄的蒸发皿灌溉系数（p）为0.8。综合上述研究可知，在温室栽培条件下，叶类蔬菜的蒸发皿灌溉系数（p）为0.7左右，而番茄、黄瓜等果类蔬菜的蒸发皿灌溉系数（p）为0.75～0.8。本试验条件下，I3处理的温室生菜的单株产量、生物量、水分利用效率均为最高，其对应的p为0.7，这与许峥等[20]在温室菜心上的研究结论完全一致。通过对2茬生菜进行产量拟合得到的p为0.77，这与王湛等[26]、焦艳平等[17]在茄子和黄瓜上的研究结果非常相似。可见，在利用标准蒸发皿的水面蒸发量进行灌溉管理时，适用于温室蔬菜的合理p在0.8左右。蔬菜种类、以及生长环境条件差异可能是造成不同研究中p变化的主要原因。由本研究结果可知，温室生菜第二茬的p明显高于第一茬，其原因主要与2茬温室环境条件的差异有关。在第二茬试验期间，温室平均温度比第一茬高出了12.2%，累积水面蒸发量提高了33.3%，生菜蒸散量在第二茬显著高于第一茬，p相比第一茬也有较大幅度提高。众多研究也指出了环境因素是影响作物灌溉量的主要因素[16,25]。

与其他作物相比，蔬菜对水分的反应尤为敏感，蔬菜灌溉过多或者过少都不利于植株生长、生物量的积累以及产量的提高[29]。郭月萍等[30]研究表明，大棚茄子每次灌溉量为23 m3/667 m2的处理与灌溉量为28 m3/667 m2和18 m3/667 m2的处理相比，可显著促进植株长势、提高作物产量，且水分利用效率依次提高18%和4.3%。范凤翠等[31]研究也表明，秋冬茬温室番茄的适宜灌水量为930～1 230 m3/hm2，灌溉量过高或过低均不利于保证番茄产量和水分生产效率。可见，设施蔬菜并不是灌溉量越大则生产效率越高，适量灌溉是确保蔬菜高产和水分利用效率提高的关键。在本试验中，I3处理（灌溉量为0.7p）的生菜地上部生物量、产量和水分利用效率在所有灌溉处理中均为最高。Liu等[32]研究表明，温室番茄的适宜灌溉量为0.7p，与0.9p相比，番茄产量和水分利用效率分别提高了5.7%和4.2%。以往对温室菜心的研究表明，与0.8p处理和0.9p处理相比，灌溉量为0.7p的菜心产量分别增加了5.6%和13.8%，水分利用效率分别增加了8.5%和27.7%[20]。与处理1.0p相比，温室茄子灌溉量为0.8p时的水分利用效率增加了13.3%[25]。也有研究表明，土壤相对含水率超过80%时，产量不会显著增加，而灌水不足引起的土壤含水率过低则会直接抑制植株的正常生长[33]。适量灌溉是确保作物生长在一种适宜的土壤水分条件下，进而促进植株生长和产量增加[34]。综合考虑温室生菜产量、生物量及水分利用效率，I3处理（即灌溉量为0.7p）是本试验条件下的最适宜灌溉量，在以获得温室生菜高产和高水分利用效率为目标时，推荐的蒸发皿灌溉系数p为0.77。

4 结论

太阳辐射是影响温室生菜p的关键环境因子，二者呈极显著正相关，相关系数达到0.88。

第一茬和第二茬的生菜累积蒸散量变化范围是43.4～70.4 mm和58.3～73.6 mm，并随灌水量的增加而增加。I3处理（0.7p）的生菜地上部生物量、产量、水分利用效率最高，相比I1处理和I5处理，I3处理地上部生物量增加了17.5%～38.2%和4.2%～13.2%，产量增加了36.6%～37.3%和6.1%～23.7%，水分利用效率增加了9.9%～15.2%和12.6%～61.4%。

生菜产量和蒸发皿灌溉系数（p）呈二次曲线关系（<0.01），综合2茬情况，当p为0.77时可获得产量的最高值。综合分析，I3（0.7p）是供试条件下温室生菜最佳灌溉处理，但在以温室生菜高产为目标时，建议优选的p为0.77。

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Optimizing Irrigation Amount for Greenhouse Lettuce Production Based on Pan-measured Evaporation

LI Yinkun1, ZHAN Baocheng1,2, GUO Wenzhong1*, LIANG Yi2, LI Liang2, BAI Minzhan3

(1. Intelligent Equipment Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China; 2. College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750000, China; 3. Shanxi Ronghua Agricultural Science and Technology Co. LTD, Xi’an 710000, China)

【】Optimizing irrigation is critical to sustaining agricultural production in arid and semi-arid regions. The purpose of this paper is to investigate the feasibility of using pan-measured evaporation (p) to optimize irrigation for greenhouse lettuce production.【】The experiment was conducted using weighing-lysimeters installed in a greenhouse. We compared five treatments by irrigating the crop at 30% (I1), 50%, (I2), 70%(I3), 90% (I4) and 110% (I5) ofpmeasured from a standard evaporation pan with diameter of 20 cm, respectively. In each treatment, we measured the evapotranspiration, above-ground biomass, yield and water use efficiency, from which we calculated the optimal irrigation amount and its associated pan coefficient (p). We rotated the lettuce after harvesting the first one.【】It was found thatpincreased as time elapsed, and the cumulativepof the rotated crop was 96.0 mm, increasing 33.4% compared to the first harvest. Solar radiation affectedpmost at significant level (<0.01). The cumulative evapotranspiration in the first and second harvests varied from 43.4 mm to 70.4 mm, and 58.3 to 73.6 mm, respectively, both increasing with the irrigation amount. The cumulative pan-evaporation in the rotated crop under I1, I2 and I5 was 58.3 mm, 67.0 mm and 73.6 mm, respectively. With the increase in irrigation amount, the aboveground biomass increased firstly followed by a falling. Compared with I1 and I5, I3 increased the aboveground biomass by 17.5%～38.2% (<0.05) and 4.2%～13.2% (<0.05), respectively. Optimizing the irrigation significantly improved the yield and water use efficiency. Compared with I1 and I5, I3 increased the yield by 36.6%～37.3% (<0.05) and 6.1%～23.7% (<0.05), water use efficiency by 9.9%～15.2% (<0.05) and 12.6%～61.4% (<0.05), respectively. There was a quadratic relationship between the yield and the pan irrigation coefficient (p=0.77) with<0.01.【】Among all treatments we compared, irrigating 70% of evaporation measured from the 20 cm standard pan was optimal for greenhouse lettuce production with a pan irrigation coefficient of 0.77.

greenhouse lettuce; weighing lysimeter; water surface evaporation; yield; water use efficiency

1672 - 3317（2022）04 - 0013 - 07

S274.3；S626.5

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021458

李银坤, 詹保成, 郭文忠, 等. 基于蒸发皿水面蒸发量的温室生菜适宜灌溉量研究[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(4): 13-19.

LI Yinkun, ZHAN Baocheng, GUO Wenzhong, et al. Optimizing Irrigation Amount for Greenhouse Lettuce Production Based on Pan-measured Evaporation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(4): 13-19.

2021-09-24

河北省重点研发计划项目（21327005D）；国家重点研发计划资助项目（2020YFD1000300）

李银坤（1982-），男。副研究员，博士，主要从事作物水肥高效利用研究。E-mail: lykun1218@163.com

郭文忠（1970-），男。研究员，博士，主要从事设施蔬菜高效栽培与智慧管理研究。E-mail: guowz@nercita.org.cn

责任编辑：韩 洋