呂 望 牛文全,,** 古 君 李 元 鄒小陽 張若嬋

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微潤管埋深與密度對日光溫室番茄產量及品質的影響*

呂 望1牛文全1,2,3**古 君2李 元2鄒小陽3張若嬋1

(1. 西北農林科技大學水利與建筑工程學院 楊凌 712100; 2. 西北農林科技大學水土保持研究所 楊凌 712100; 3. 中國科學院水利部水土保持研究所 楊凌 712100)

為了探尋微潤灌溉在日光溫室的適宜應用技術參數(shù), 以膜下滴灌為對照(CK), 設置3種微潤管埋深(10 cm、20 cm、30 cm)和3種密度[2行番茄埋設1條(1管2行)、2條(2管2行)、3條(3管2行)微潤管], 研究了微潤管不同埋深及密度對日光溫室番茄生長、產量及品質的影響。試驗結果表明, 與CK相比, 微潤灌溉更有利于日光溫室番茄的生長。番茄的果實橫徑、單果質量、單果體積、總產量及灌溉水分利用效率增加顯著, 分別較CK平均增加8.58%、11.99%、18.79%、60.93%和103.40%, 平均節(jié)水37.73%。微潤灌溉顯著提高了番茄果實維生素C、可溶性糖及糖酸比的含量, 較之CK平均增幅分別為27.07%、4.48%和21.38%。相同微潤管密度下, 番茄的綜合品質表現(xiàn)為: 埋深30 cm>埋深10 cm>埋深20 cm; 相同埋深下, 表現(xiàn)為: 1管2行>2管2行>3管2行。番茄的株高、莖粗、果實形態(tài)及總產量, 隨微潤管埋深的增加而減小, 隨微潤管密度的增加而增加, 莖粗與灌溉水分利用效率隨微潤管密度的增加而減小。綜合考慮番茄的總產量、灌溉水分利用效率、品質以及微潤管的經濟成本等因素, 埋深10 cm, 1管2行(番茄總產量為87.38 t·hm-2, 灌溉水分利用效率為108.91 kg·m-3, 品質綜合排序第3)為日光溫室番茄種植較為適宜的微潤灌溉技術參數(shù)。

微潤灌溉 埋深 密度 日光溫室 番茄 產量 品質

番茄(Mill.), 是茄科(Solanaceae)番茄屬()一年生或多年生草本植物, 其果實營養(yǎng)豐富, 味道鮮美, 深受人們喜愛, 是我國北方廣泛栽培的蔬菜之一。隨著社會經濟的發(fā)展, 越來越多的反季節(jié)蔬菜走進了人們的日常生活, 日光溫室作為現(xiàn)代設施農業(yè)生產方式之一, 廣泛應用于光照資源豐富的北方大部分地區(qū)[1], 為反季節(jié)蔬菜種植提供了良好條件, 目前溫室番茄種植在番茄產業(yè)中的比例逐年增大。水分對番茄的生長發(fā)育至關重要, 日光溫室長期處于封閉狀態(tài), 灌溉水是土壤水分的最主要來源, 因此合適的灌溉方法及技術參數(shù)在日光溫室灌溉中尤為重要, 對于提高設施農業(yè)產量、保持溫室內空氣濕度、減小病蟲害的發(fā)生等具有重要作用。

近年來, 就微灌對設施作物的生長發(fā)育、產量、品質及水分利用效率等開展了大量研究, 提出了許多適宜的日光溫室微灌技術應用方式[2-6]。然而微灌技術特別是滴灌, 一次性投資較大, 能耗較高, 并存在易堵塞、灌水均勻性差、運行管理需要一定技術基礎等缺點[7]。目前我國廣大地區(qū)以個體農戶經營為主的溫室種植模式[8]進一步限制了微灌技術的應用。微潤灌溉以微量連續(xù)供水方式對作物進行灌溉, 具有節(jié)能、運行成本低、易操作、抗堵塞性能好、深層滲漏小等優(yōu)點[8-10]。目前采用室內土箱模擬方式, 已就土壤質地、埋深、壓力和初始含水率等對微潤灌溉濕潤體運移規(guī)律、微潤管適宜埋深等應用模式開展了研究[11-13]。如何玉琴等[14]研究表明微潤管的埋設深度、間距和壓力對玉米(L.)的產量和水分利用效率都有顯著的影響, 間距對耗水量的影響較大。薛萬來等[15]試驗表明, 微潤灌溉下番茄的產量和水分利用效率均優(yōu)于滴灌處理。魏鎮(zhèn)華等[16]研究表明, 交替控水條件下微潤灌溉具有更大的節(jié)水潛力。張子卓等[17]研究認為, 微潤管埋深15 cm有利于番茄生長, 且光合速率和水分利用效率最大。

水分被作物有效吸收利用不僅取決于適時適量地供給, 還取決于灌水的空間有效性, 即灌水深度[18]。微潤管埋深與密度直接影響土壤水分的空間運移與分布, 進而影響作物根系的生長和對水分、養(yǎng)分的吸收利用[19-20]。因此, 微潤管埋深和密度是影響微潤灌溉應用的重要技術參數(shù)。目前關于這兩個因素對番茄生長和產量的研究較少, 尤其是關于番茄品質的影響研究更是鮮有報道。為此, 本研究以膜下滴灌方式為對照, 以日光溫室番茄為供試作物, 研究不同的微潤管埋深和微潤管密度對番茄生長、產量及品質的影響, 以期得到最佳的埋深和密度組合, 為微潤灌溉在設施農業(yè)種植中的推廣應用提供參考依據(jù)和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗場地

試驗于2015年10月—2016年4月在陜西省楊凌農業(yè)高新技術產業(yè)示范區(qū)西北部的大寨鎮(zhèn)日光溫室內進行。試驗地位于108°02′E, 34°17′N, 年平均氣溫13℃, 海拔520 m左右, 屬暖溫帶半濕潤氣候帶, 年均降雨量550~650 mm, 主要集中在7—9月份, 年均蒸發(fā)量1 400 mm, 全年無霜期210 d。試驗日光溫室東西長108 m, 南北寬8 m, 脊高3.8 m, 前茬種植作物為西瓜(Mastum)和甜瓜(L.)。日光溫室內土壤為土, 其中砂礫(2~0.02 mm)、粉粒(0.02~0.002 mm)、黏粒(<0.002 mm)分別占25.4%、44.1%、30.5%, 土壤質地為粉砂質壤土, 干容重為1.39 g·cm-3, 孔隙度為49.38%。耕層土壤(0~30 cm)有機質、全氮、全磷及全鉀含量分別為16.48 g·kg-1、960 mg·kg-1、360 mg·kg-1、1 040 mg·kg-1, pH為7.89, 田間質量持水率為23.63%。

1.2 試驗材料

供試番茄品種為‘海地’, 日光溫室內穴盤育苗, 2015年10月1日定植, 定植和緩苗統(tǒng)一采用溝灌灌水, 所有小區(qū)共灌水40.26 mm, 不計入生育期總灌水量。試驗種植小區(qū)長5.5 m, 寬1.5 m。采取當?shù)氐湫偷臏蠅鸥材しN植模式, 1壟種植2行番茄, 壟寬50 cm, 壟高15 cm, 兩壟中心距離1.5 m, 為防止各壟間水分互相滲透干擾試驗, 相鄰兩壟間用埋深1 m的建筑防水膜(SBS)隔開。番茄株距30 cm, 行距30 cm, 每個小區(qū)種植36株。試驗所用微潤管(深圳市微潤灌溉技術有限公司)壁厚1 mm, 管徑16 mm, 單條毛管鋪設長度和壟長(5.5 m)一致。微潤灌溉系統(tǒng)由供水箱、鐵支架、水表、干管、上水管、下水管、支管和毛管(微潤管)組成。水箱支架總高1.5 m, 為了保持穩(wěn)定埋入地下0.4 m, 水箱高0.9 m, 故試驗壓力水頭為1.2~1.7 m。

1.3 試驗設計

本試驗以膜下滴灌處理為對照。微潤管埋深設置3個水平: 10 cm、20 cm、30 cm; 微潤管密度設置3個水平: 2行番茄鋪設1條(1管2行)、2條(2管2行)、3條(3管2行)微潤管。采取完全組合設計, 試驗共10個處理, 每種處理重復3次, 共計30個小區(qū)。試驗種植小區(qū)布置示意圖見圖1。膜下滴灌的灌水下限為75%田間持水量, 上限為90%田間持水量。微潤管流量隨埋深的不同而略有差異, 埋深10 cm為81.85 mL?m-1·h-1, 埋深20 cm為77.45 mL?m-1·h-1, 埋深30 cm為74.33 mL×m-1·h-1。故本試驗按照3種不同的埋深分為3個大區(qū), 每個大區(qū)由一個獨立水箱進行供水, 所有小區(qū)的施肥、除草、打藥等田間農藝管理措施一致。具體試驗設計見表1。

表1 試驗設計

“1管2行”代表1壟布置1條微潤管, 種植2行番茄?！甇ne tube with two lines’ means one moistube is arranged in one ridge with two lines of tomato.

1.4 測定指標及方法

株高、莖粗: 定植18 d后開始測定, 每隔10 d測定一次, 直至打頂(4層果時打頂)為止, 每個小區(qū)選取長勢一致的3株樣本進行測量。株高用卷尺自植株基部量取, 莖粗用十字交叉法, 利用電子游標卡尺測量, 并取其均值。

果實形態(tài): 在番茄的盛果期, 每個處理選取3株進行測量, 果實橫徑、縱徑用電子游標卡尺測定, 果形指數(shù)=縱徑/橫徑, 果實質量用電子秤(0.01 g)稱量, 果實體積采取排水法測定, 果實密度=質量/體積。

產量: 分別對第1層果至第4層果依次進行測定, 總產量為4層果產量累加, 并折算成單位面積的總產量。

品質: 在番茄結果盛期, 每個小區(qū)選取3個發(fā)育狀況一致的果實, 用榨汁機打成勻漿, 取其漿液進行測定?？扇苄怨绦挝锊捎肦HBO-90型號手持折射儀(Link, Co. Ltd, Taiwan, China)測定。維生素C采用鉬藍比色法測定。有機酸采用0.1 mol?L-1的NaOH溶液進行滴定?？扇苄蕴遣捎昧蛩?蒽酮比色法測定。糖酸比=可溶性糖/有機酸。

灌水量: 微潤灌溉的灌水量由供水箱控制, 3個水箱按順序依次加水, 每次加水均加至同一高度; 膜下滴灌的灌水量由水表控制。

含水量: 每隔30 d, 在壟中間采用土鉆取土, 取土總深度為60 cm(按0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~60 cm分層), 烘干法測定土壤質量含水量, 即土壤質量含水量(%)=(鮮土質量-干土質量)/干土質量×100%。

灌溉水分利用效率計算公式為:

IWUE(1)

式中: IWUE為灌溉水分利用效率kg?m-3;為實際灌水量, m3·hm-2;為番茄產量, kg·hm-2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗所采集的數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010軟件進行整理, 用SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行番茄品質指標的主成分分析, 采用Duncan’s新復極差法進行顯著性檢驗和交互作用方差分析, 利用OriginPro 2015軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 微潤灌溉的微潤管埋深和密度對番茄株高、莖粗的影響

不同處理番茄各個生育階段株高、莖粗的變化如圖2所示。不同處理對番茄的株高、莖粗均有顯著影響。苗期, 株高隨微潤管埋深的減小而增加, 隨微潤管密度的增加而增加, P3D10處理最大, 較CK處理提高58.27%, P1D30處理最小, 但也比CK處理高33.62%, 苗期番茄根系經過移栽擾動, 處于根系吸收功能的恢復期, 發(fā)育較短, 因此埋深較淺水量較大的P3D10處理株高生長最快。開花坐果期, 隨著番茄的根系不斷向縱深生長, 此階段株高隨埋深的增加先增加后減小, 埋深20 cm的平均株高最大, 微潤管埋深過淺或過深均不適合此階段番茄株高的生長, 該階段最優(yōu)處理為P3D20, 較CK處理提高27.70%。結果期, 微潤灌溉各處理與CK處理有顯著差異, 而不同微潤灌溉處理間株高無顯著差異, 主要是后期植株的生長逐漸由營養(yǎng)生長轉變?yōu)樯成L。從整個生育期來看, 微潤灌溉較膜下滴灌顯著促進了番茄株高的生長, 至生育期末株高平均增加10.76%。莖粗是衡量植株是否健壯的重要指標, 在一定程度上反映了植株輸送營養(yǎng)物質及水分的能力。番茄莖粗呈現(xiàn)出隨微潤管埋深的增加而減小, 隨微潤管密度的增加而減小的趨勢。不同微潤灌溉處理中, 各生育階段均為P1D10處理最大, P3D30處理最小, 至生育期末微潤灌溉處理的莖粗較CK有所降低, 平均減小4.79%。總體上, P3D10處理最有利于番茄株高、莖粗的生長。

圖中不同小寫字母表示相同生育期不同處理之間差異達到顯著水平(<0.05)。Different lowercase letters at the same stage in the figure mean significant differences among different treatments at 0.05 level.

2.2 微潤灌溉的微潤管埋深和密度對番茄果實形態(tài)的影響

對番茄結果盛期的果實形態(tài)指標進行了方差分析, 番茄的平均單果密度介于0.91~1.05 g·cm-3, 但各處理之間無顯著性差異, 故在表2未列出。

從表2可知, P3D10處理果實的橫徑、平均單果質量以及平均單果體積最大, 較CK處理分別提高17.44%、30.12%和35.97%, 增幅顯著。P1D30處理果實的橫徑、縱徑、平均單果質量以及平均單果體積均在所有處理中最小, 分別較CK處理降低2.15%、2.26‰、5.99%和4.17%, 降幅不顯著, 基本與CK處理持平。埋深對番茄果實的橫徑、果形指數(shù)、平均單果質量以及平均單果體積影響達顯著水平(<0.05), 微潤管密度對此的影響達極顯著水平(<0.01), 而二者交互作用對番茄果實形態(tài)無顯著性影響。大體上, 番茄果實形態(tài)指標有隨微潤管埋深的增加而減小, 隨微潤管密度的增加而增加的趨勢, 3種不同埋深下, 平均單果質量最大值均出現(xiàn)在3管2行布置密度下。微潤灌溉較膜下滴灌提高了番茄的橫徑、縱徑、平均單果質量及體積, 最優(yōu)處理為P3D10。

表2 微潤灌溉下微潤管埋深和密度對番茄果實形態(tài)的影響

表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差, 同列數(shù)據(jù)不同小寫字母表示差異達顯著水平(<0.05), *和**分別表示在<0.05和<0.01水平上差異顯著, ns表示無顯著性差異(>0.05), 下同。Values represent mean ± S.D. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences at 0.05 level. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 levels, respectively. ns means no significant difference at 0.05 level. The same below.

2.3 微潤灌溉的微潤管埋深和密度對番茄產量的影響

2.3.1 單株產量

番茄單株產量的大小和果數(shù)的多少, 是直接影響總產量的高低的主要因素。本試驗分別對第1層至第4層果(膜下滴灌處理第4層果幾乎沒有, 故僅統(tǒng)計前3層果)的單株產量進行了統(tǒng)計分析, 其結果如圖3所示。不同處理對單株產量和果數(shù)影響顯著(<0.05)。與CK處理相比, 微潤灌溉顯著提高了番茄的單株產量及單株果數(shù), 番茄的單株產量提高19.04%~78.46%, 單株果數(shù)增加21.51%~40.27%。整體上看, P3水平和D10水平單株產量最高, 番茄的單株產量隨微潤管埋深的增加而減小, 隨微潤管密度的增加而增加。P3D10處理單株產量最高(2.41 kg), P2D10(2.18 kg)和P3D30(2.10 kg)次之; P1D30處理最低(1.61 kg), 這與前文的果實形態(tài)分析結果相一致, 埋深30 cm條件下, 1管2行最不利于番茄果實的生長。

2.3.2 總產量及灌溉水分利用效率

由表3可知, 不同微潤灌溉處理番茄的總產量及灌溉水分利用效率均顯著高于膜下滴灌處理, 增產率高達78.66%, 節(jié)水率高達70.28%。埋深及密度對總產量影響達到極顯著水平(<0.01), 二者交互作用對總產量影響顯著(<0.05), 其影響大小順序為密度>埋深>二者交互作用。埋深對灌溉水分利用效率無顯著性影響, 密度及二者交互作用對灌溉水分利用效率影響極顯著(<0.01), 其影響大小順序為密度>二者交互作用>埋深。

不同小寫字母表示不同處理相同果層差異達到顯著水平(<0.05), 不同大寫字母表示不同處理單株總產量差異達到顯著水平(<0.05)。Different lowercase letters at the same fruit layer mean significant differences at 0.05 level among different treatments. Different capital letters mean significant differences in total yield per plant at 0.05 level among different treatments.

表3 微潤灌溉下微潤管埋深和密度對番茄總產量及灌溉水分利用效率的影響

同一微潤管密度下, 總產量和灌溉水分利用效率隨埋深的增加而減小; 同等埋深下, 總產量隨微潤管密度的增加而增加, 灌溉水分利用效率隨微潤管密度的增加而減小, P3與P2水平的總產量無顯著差異, 但P2水平的灌溉水分利用效率卻顯著高于P3水平, 說明3管2行布置密度較2管2行增產節(jié)水效果不明顯。從管道系統(tǒng)投資、產量及灌溉水分利用效率等角度來看, 微潤灌溉的最優(yōu)處理為P1D10,該處理較CK增產60.37%, 節(jié)水67.31%, 雖然較總產量最高的P3D10處理減產11.41%, 差異不顯著, 但卻節(jié)水66.67%, 灌溉水分利用效率提高62.87%, 該處理灌溉系統(tǒng)的成本投資大大降低, 且10 cm的埋深也更有利于田間的實際操作。

2.4 微潤灌溉的微潤管埋深和密度對番茄果實品質的影響

2.4.1 單項品質指標

由表4可知, 埋深對番茄果實可溶性固形物和有機酸含量影響顯著(<0.05), 而對維生素C、可溶性糖含量以及糖酸比影響達極顯著水平(<0.01)。維生素C含量隨埋深增加而增加, 而可溶性糖含量與糖酸比則隨埋深的增加先減小后增加。微潤管密度對糖酸比無顯著性影響, 而對其余4個指標的影響達到極顯著水平(<0.01), 維生素C、可溶性糖、有機酸含量呈隨微潤管密度增多而降低的趨勢。二者交互作用下, 對可溶性固形物、維生素C、有機酸含量無顯著影響, 對可溶性糖含量影響極顯著(<0.01), 對糖酸比影響顯著(<0.05)。

從表4還可以看出, 微潤灌溉較膜下滴灌顯著提高了番茄的維生素C含量, 增幅為1.47%~50.23%; 對于可溶性糖和糖酸比, 雖并未全部優(yōu)于CK處理, 但整體上較CK處理還是有所提高, 平均增幅分別為4.48%和21.38%。兩種灌水方法對可溶性固形物的含量影響不大, 略有顯著性差異。不同的微潤灌溉處理中, P1D30處理維生素C、可溶性糖含量和糖酸比最高; P1D20處理可溶性固形物和有機酸含量最大(較CK處理無顯著差異), 但該處理糖酸比最低, 口味較差。

表4 微潤灌溉下微潤管埋深和密度對番茄品質的影響

2.4.2 綜合品質指標

對番茄的品質進行綜合評價時, 單項指標往往難以判斷綜合品質, 為了更全面地反映各處理對番茄品質的影響, 采用主成分分析方法, 對番茄的可溶性固形物(1)、維生素C(2)、有機酸(3)、可溶性糖(4)和糖酸比(5)5項指標進行了綜合評價分析。由表5可知, 前3項特征根的累積貢獻率為87.68%> 85.0%, 可用前3項作為評價的綜合指標, 評價可信度為87.68%。以前3項主成分的貢獻率為權重系數(shù), 得到主成分的綜合得分值, 表達式如下:

=0.477 41+0.241 42+0.158 03(2)

綜合評價指標值(表6)的大小, 代表了番茄綜合品質的高低, 微潤灌溉整體上較膜下滴灌提高了番茄的綜合品質。從表6還可看出, 埋深30 cm條件下, 番茄的綜合品質最好; 相同微潤管密度下, D30>D10>D20, 相同埋深水平下,值的大小均為P1>P2>P3, 說明1管2行的方式有利于番茄綜合品質的提升。從番茄綜合品質角度來看, 最優(yōu)處理為P1D30, P2D30次之。

表5 主成分分析中番茄各品質指標參數(shù)主要主成分的特征根、貢獻率及累積貢獻率

2.5 微潤灌溉的微潤管埋深和密度對土壤水分的影響

由圖4可知, 不同微潤灌溉處理的番茄根區(qū)土壤水分隨土層深度的增加而減小, 土壤含水量的峰值隨微潤管埋深的不同而改變, 不同處理含水量的最大值均出現(xiàn)在微潤管附近, 并向管上下減小, 這也驗證了前人土箱模擬試驗的結果[13]。相同埋深水平下, 同一土層深度的土壤含水量隨微潤管密度的增加而增加, P3水平含水量最高。2013年農業(yè)部頒布的《水肥一體化技術指導意見》中提出[21], 蔬菜類的適宜濕潤深度為20~30 cm, 灌溉控制上限為田間持水量的85%~95%, 下限為田間持水量的55%~ 65%。由圖4可看出, 0~30 cm土層含水量保持在田間持水量的75%~90%(P1D30除外), 說明微潤小流量連續(xù)灌溉滿足了作物整個生育期的正常需水要求。

表6 微潤灌下微潤管埋深和密度對灌溉番茄品質指標的綜合評價結果

3 討論

試驗結果表明, 微潤灌溉較之膜下滴灌更有利于日光溫室番茄的生長, 總產量、灌溉水分利用效率及品質均有顯著提高, 體現(xiàn)出了小流量連續(xù)灌溉的優(yōu)越性, 達到節(jié)水、增產、優(yōu)質的目的。

3.1 微潤灌溉對番茄生長的影響

株高、莖粗是直接反映植株長勢的重要指標, 不同生育期植株的株高、莖粗受自身遺傳因子和外在環(huán)境因子的雙重影響。本試驗結果表明, 與膜下滴灌相比至生育期末, 微潤灌溉的番茄株高平均增加10.76%, 莖粗略有減小。張明智等[22]認為夏玉米苗期株高、莖粗隨微潤管布置的密集程度而增加。本研究番茄的株高有相似結論, 莖粗則與之趨勢相反, 這可能與試驗場地及不同作物的耗水規(guī)律不同有關。研究發(fā)現(xiàn), 番茄的株高和莖粗均隨微潤管埋深的增加而減小, 埋深10 cm, 3管2行條件下, 番茄長勢最好。這是由于番茄0~20 cm根長密度最大[23], 淺埋時, 水分可直接被根系吸收, 而深埋時, 水分需向上擴散到根區(qū)土壤才能被植株吸收利用, 根系吸水出現(xiàn)了一定的滯后性。單從植株長勢來看, 密管淺埋式更好, 這與劉國宏等[24]研究結論相一致。

3.2 微潤灌溉對土壤水分及番茄產量的影響

何玉琴等[14]和蔡煥杰等[25]認為不同毛管間距對土壤水分分布有較大影響, 并對作物產量造成影響; 牛文全等[12]認為微潤管的埋深主要影響土壤水分垂向的濕潤程度。本試驗結果表明, P3水平, 0~60 cm深度含水量均處于田間持水量的75%~90%, 而番茄主要根系分布在5~30 cm土層[26], 因此40 cm以下水分難以被植株所吸收利用(由圖4也可看出40 cm以下土壤水分變化不大, 趨于穩(wěn)定), 造成了水分的浪費, 灌溉水分利用效率較低, 這解釋了P3較P2灌水量大的多, 但產量卻無顯著性差異。同一位置相同深度下, 隨著微潤管密度的增加, 番茄根區(qū)土壤平均含水量也在增加, 番茄平均單果質量、單株產量以及總產量都有增加之趨勢, 但水分利用效率有所降低, 這與前人研究結果一致[27]。P3水平下, 番茄的單果質量、單株產量以及總產量最大。隨著埋深的增加, 番茄的總產量有所降低, D30水平最低, 這與蔣樹芳等[28]關于地下滴灌毛管埋深對番茄產量的影響結論恰好相反, 可能與灌溉技術的不同有關。微潤灌溉為連續(xù)性灌水, 通水后形成以微潤管為軸心的近似圓柱形濕潤體[29], 土壤孔隙將長時間處于充水狀態(tài), 植物根系或許受到了程度不一的低氧脅迫。埋深10 cm下, 地表范圍內土壤氣體與大氣進行氣體交換相對充足[30], 而埋深20 cm、30 cm下, 根區(qū)土壤與大氣進行氣體交換較為困難, 所以隨著埋深的增加, 根系所受低氧脅迫程度也在增加, 最終導致總產量隨埋深的增加而減小。P1D30處理無論是果實橫徑、單果質量、單株產量以及總產量, 均是所有處理最小的, 該處理下微潤管出流量最小, 土壤平均含水量最低, 可能受到了低水和低氧雙重脅迫, 對植株后期的生殖生長造成了不利影響。地下滴灌屬于間歇性灌溉, 在灌水間歇期, 土壤孔隙得以補充氣體, 保證了植株根系的正常生長。本試驗還發(fā)現(xiàn), 埋深10 cm條件下單果質量、總產量及灌溉水分利用效率最高, 這與張子卓等[17]春夏茬番茄試驗的最優(yōu)埋深(15 cm)不大一樣, 可能是由于試驗條件及季節(jié)的不同導致的, 本試驗所種番茄為越冬茬, 氣溫較低, 番茄的耗水量明顯低于春夏茬, 加之采用覆膜微潤灌溉方式, 很大程度上減緩了表層土壤水分蒸發(fā), 因此埋深10 cm產量及水分利用效率都較高。

3.3 微潤灌溉對番茄品質的影響

品質是除產量外決定果蔬經濟效益的又一重要因素, 隨著人們日常生活水平的逐漸提高, 在追求果形、質量等外在品質指標的同時, 營養(yǎng)品質等指標也受到越來越多的關注。番茄的品質可分為保健品質和風味品質兩大類, 其中維生素C屬于保健品質, 可溶性固形物、有機酸、可溶性糖、糖酸比等屬于風味品質[31]。本研究結果表明, 與CK相比, 微潤灌溉對番茄的品質有所改善, 尤其是顯著提高了維生素C含量。維生素C含量有隨微潤管密度的增多而降低的趨勢, 這主要是隨著微潤管密度的增多, 微潤管出流量增大(圖4), 過多的水分所產生的稀釋作用所導致[32-33], 可溶性糖與有機酸的變化與維生素C的變化趨勢相一致。P3水平下, 維生素C、可溶性糖、有機酸含量最低; P1水平下最高, 這是因為P1水平灌水較少, 引起用于果皮滲透調節(jié)的水分減少, 導致維生素C含量提高, 同時通過韌皮部進入果實中的糖濃度增加[34]。隨著埋深的增加維生素C含量有升高趨勢, 而可溶性糖與糖酸比則呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢, 埋深20 cm時可溶性糖含量與糖酸比達到最低, 埋深30 cm時最高, 這與地下滴灌不同埋深對番茄品質的影響研究結論大體一致[28,35]。

綜合考慮產量、灌溉水分利用效率及品質, P3D10處理總產量最高, 但灌溉水分利用效率較低(40.44 kg·m-3), 綜合品質較差(排序第7); P1D30處理綜合品質最高(排序第1), 但其單果質量(164.13 g)和總產量(68.36 t·hm-2)卻是各處理中最低的; P1D10處理番茄的莖桿最粗, 株高和總產量雖低于P3D10處理, 但并未達到顯著水平, 其灌溉水分利用效率(108.91 kg·m-3)卻顯著高于P3D10處理, 且該處理的綜合品質也較高(排序第3), 達到了既高產優(yōu)質又節(jié)約灌水量的目的。

壓力水頭也是決定微潤管出流的重要因素, 研究表明, 土壤累積入滲量與壓力水頭成正比關系[12], 而本試驗中由于條件有限, 忽略了壓力水頭的影響, 以后可進一步綜合考慮微潤灌溉壓力水頭對作物生長的影響, 制定作物不同生育階段的適宜壓力水頭范圍。

4 結論

1)整體上, 微潤灌溉較之膜下滴灌更有利于日光溫室番茄的生長, 果實橫徑、平均單果質量、單果體積、總產量及灌溉水分利用效率增加顯著, 果實橫徑增加8.58%, 單果質量增加11.99%, 單果體積增加18.79%, 平均增產率為60.93%, 灌溉水分利用效率增加103.40%, 平均節(jié)水率為37.73%。對于番茄品質, 微潤灌溉顯著提高了維生素C、可溶性糖含量及糖酸比, 較之CK處理平均增幅分別為27.07%、4.48%和21.38%。

2)不同微潤灌溉處理中, 對番茄果實橫徑、單果質量、單果體積及總產量的影響順序為微潤管密度>埋深>二者交互作用; 對灌溉水分利用效率的影響順序為微潤管密度>二者交互作用>埋深。番茄的株高、莖粗、果實形態(tài)、總產量, 大體上隨微潤管埋深的增加而減小, 隨微潤管密度的增加而增加, 莖粗及灌溉水分利用效率隨微潤管密度的增加而減小。番茄綜合品質, 相同微潤管密度下, 埋深30 cm>埋深10 cm>埋深20 cm; 相同埋深水平下, 1管2行> 2管2行>3管2行。

3)微潤管埋深10 cm, 3管2行下, 番茄的株高、果實形態(tài)、單株產量及總產量最高; 埋深10 cm, 1管2行下灌溉水分利用效率最高; 埋深30 cm, 1管2行下維生素C、可溶性糖含量和糖酸比最大, 綜合品質排序第1。綜合考慮總產量、灌溉水分利用效率、品質及微潤管的經濟成本等因素, 埋深10 cm, 1管2行, 番茄總產量為87.38 t·hm-2, 灌溉水分利用效率達到108.91 kg·m-3, 品質綜合排序第3, 為日光溫室番茄種植較為適宜的微潤灌溉技術參數(shù)。

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Effects of moistube depth and density on tomato yield and quality in solar greenhouse*

LYU Wang1, NIU Wenquan1,2,3**, GU Jun2, LI Yuan2, ZOU Xiaoyang3, ZHANG Ruochan1

(1. College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2. Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 3. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences & Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)

Tomato (Mill.) is one of the vegetables widely cultivated in solar greenhouses in North China. As irrigation is the main source of soil moisture in solar greenhouse, it is very important to select appropriate irrigation methods and technical parameters to improve agricultural production, keep greenhouse air humidity, and reduce the incidence of pests and diseases. Moistube irrigation is a new underground irrigation technology with semi-permeable membrane as the core material which provides water to crop root zone soils in a slow and continuous flow. The advantages of this new irrigation technology include energy saving, low operation cost, easy operation, good anti-clogging performance, less deep leakage, etc. However, this technology is still in experimental stage and therefore has not been applied at large scale, and some important parameters needed to be optimized. In this experiment, drip irrigation with mulch was used as control to explore suitable technical parameters of moistube irrigation in solar greenhouse conditions. Three depths (10, 20, 30 cm) and three densities (one, two and three moistubes with two lines of tomatoes in one planting ridge, respectively expresses as 1 tube with 2 lines, 2 tubes with 2 lines, 3 tubes with 2 lines) were set up to study the effect of different depths and densities of moistube on the growth, yield and quality of tomato in solar greenhouse conditions. The experiment was done from October 2015 through April 2016 in a 108 m by 8 m solar greenhouse (108°02′E, 34°17′N) in Yangling Agricultural Hi-tech Industries Demonstration Zone, Shaanxi Province, China. The results showed that moistube irrigation enhanced the growth of tomato compared with the drip irrigation with mulch. Compared with control, moistube irrigation increased fruit diameter, weight, volume, total yield and irrigation water use efficiency by 8.58%, 11.99%, 18.79%, 60.93% and 103.40%, respectively. Our results suggested that water-saving under moistube irrigation conditions was as high as 37.73%. For tomato quality, compared with control, the contents of vitamin C, soluble sugar and sugar-acid ratio also increased under moistube irrigation, with average increasing rates of 27.07%, 4.48% and 21.38%, respectively. In terms of comprehensive quality of tomato, the moistube depth was in the order of 30 cm > 10 cm > 20 cm under the same moistube density, the moistube density was in order of 1 tube with 2 lines > 2 tubes with 2 lines > 3 tubes with 2 lines under the same moistube depth. In general, plant height, stem diameter, fruit shape and total yield of tomato decreased with increasing moistube depth. These parameters also increased with increasing moistube density. However, stem diameter and irrigation water use efficiency decreased with increasing moistube density. Based on total yield, irrigation water use efficiency and quality of tomato and the economic cost of moistube and other factors, 10 cm depth and 1 tube with 2 lines (with total tomato yield of 87.38 t?hm-2, irrigation water use efficiency of 108.91 kg?m-3, and third in comprehensive quality rank) were the most suitable technical parameters for moistube irrigation in solar greenhouse condition.

Moistube irrigation; Moistube buried depth; Moistube density; Solar greenhouse; Tomato; Yield; Quality

10.13930/j.cnki.cjea.160640

S275.4

A

1671-3990(2016)12-1663-11

2016-07-19 接受日期: 2016-09-18

* 國家科技支撐計劃課題(2015BAD24B01)資助

**通訊作者:牛文全, 主要從事灌溉理論與節(jié)水新技術研究。E-mail: nwq@vip.sina.com 呂望, 主要從事灌溉理論與節(jié)水新技術研究。E-mail: ysgzlw@163.com

* The study was supported by the National Key Technology R&D Program of China (2015BAD24B01).

** Corresponding author, E-mail: nwq@vip.sina.com

Received Jul. 19, 2016; accepted Sep. 18, 2016