王書吉，韓 松，張正良，費(fèi)良軍，王利書

(1.河北工程大學(xué)水利水電學(xué)院，河北 邯鄲 056021；2.西安理工大學(xué)水資源研究所，西安 710048)

0 引 言

微潤灌溉是在滲灌技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的采用半透膜原理的一種新型高效的節(jié)水灌溉方式，使用時將微潤管埋在土壤中，利用半透膜的滲透特性，使得微量的水以緩慢滲透的方式向土壤供水，起到灌溉作用[1]。微潤管半透膜膜壁上孔的大小允許水分子通過，而不允許較大的分子團(tuán)和固體顆粒通過。微潤灌具有灌水精準(zhǔn)、可調(diào)控性強(qiáng)、節(jié)能、高效節(jié)水、系統(tǒng)組成簡單等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。

國外，微潤灌最早可以追溯到20世紀(jì) 80年代初期美國科學(xué)家利用塑料制品、回收的廢舊橡膠輪胎并添加一些特殊的化學(xué)物品，采用特殊的加工方法制造出的Aquapore多孔滲灌管[1]。其后，美國加利福尼亞州、亞利桑那州Sundance農(nóng)場等地分別開展了該種滲灌灌溉技術(shù)種植玉米、西瓜、棉花、馬鈴薯、番茄、小麥等作物的試驗(yàn)研究。隨后法國在吸取其他國家的研究經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，利用廢棄塑料(低密度PE)加發(fā)泡劑研發(fā)出了一種新型的灌溉管道—TURORZX管，該管滲水量的大小及滲水均勻度主要取決于水頭壓力，同時與泡狀微孔的孔徑和材料的均勻性也有關(guān)。國內(nèi)采用滲灌灌溉技術(shù)最早可以追溯到200多年前[1]，河南省濟(jì)源縣采用的地下暗管灌溉，但直到20世紀(jì)80年代才在對法國贈送的滲灌灌溉設(shè)備進(jìn)行水力性能測試、制造工藝和田間試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，仿制出滲灌灌溉設(shè)備，但受當(dāng)時技術(shù)水平因素等限制，仿制出的設(shè)備出水均勻度非常低，制約了其推廣使用[1]。直到近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，微潤灌溉技術(shù)逐漸成熟。

作為一種最新的灌水模式，目前為止針對微潤灌適宜灌水技術(shù)參數(shù)開展了一定的研究[2-3，5-7]。針對番茄開展的研究有：張子卓[2]等在陜西楊陵開展了微潤帶不同埋深對番茄生長和土壤水分動態(tài)的影響研究，得出15 cm為適宜埋深，但該研究未考慮不同埋深對番茄生理指標(biāo)、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響。呂望等[4]在陜西楊陵開展了微潤灌對番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響研究，但該研究埋深處理設(shè)置差距較大，且未考慮15 cm埋深的影響，對于番茄品質(zhì)指標(biāo)未關(guān)注微潤灌帶來的裂果減少的顯著影響。不同地區(qū)，氣候條件、土壤特性、番茄品種等不同，對微潤管埋深等技術(shù)參數(shù)的要求不同，但目前相關(guān)研究開展仍較少且不深入[2,4,8-9]，可供實(shí)際應(yīng)用借鑒的研究結(jié)論也較少；因此，有必要開展不同農(nóng)作區(qū)微潤灌適宜灌水技術(shù)參數(shù)研究，埋深是最主要的影響技術(shù)參數(shù)[2,4]，鑒于此，本研究在華北傳統(tǒng)農(nóng)作區(qū)—河北邯鄲開展不同微潤管埋深對西紅柿生長、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響研究，從而為微潤灌在類似地區(qū)推廣使用提供理論和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)于2016年3-6月在河北省邯鄲市河北工程大學(xué)中華南校區(qū)無加溫型溫室實(shí)驗(yàn)大棚中進(jìn)行，土壤為輕壤土，0～100 cm土層容重為1.48 g/cm3，田間持水率為22.40%，初始含水率為7.98%。該溫室大棚位于東經(jīng) 114°03′～40′，北緯 36°20′～44′之間，試驗(yàn)場多年平均日照時數(shù)2 363.2 h，多年平均蒸發(fā)量2 060 mm，無霜期210 d。地下水埋藏較深，其向上補(bǔ)給量可忽略不計。土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.91%，試驗(yàn)田土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.52 g/kg，堿解氮為33.5 mg/kg，速效磷為42.3 mg/kg，速效鉀為110.2 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

本實(shí)驗(yàn)共2種灌水方式、4個處理：T1、T2、T3、CK，其中，T1、T2、T3對應(yīng)微潤灌方式微潤管3種埋深：10、15、20 cm，常規(guī)地面自流灌CK作為對照，見表1，每個處理3次重復(fù)。

微潤灌采用恒定水頭：1.5 m(距離地表)，實(shí)驗(yàn)裝置主要由供水系統(tǒng)和供水管路兩部分組成，安裝示意如圖1所示：水桶高84 cm，桶底直徑54 cm，試驗(yàn)過程中保證桶內(nèi)水位在1.5±0.1 m范圍內(nèi)。試驗(yàn)使用微潤管購買自深圳市微潤灌溉技術(shù)有限公司，直徑為20 mm。地面灌溉土壤含水率保持在90%田間持水量，低于此含水量就進(jìn)行灌溉，采用塑料管用自來水自流灌溉。

表1 試驗(yàn)處理Tab.1 Experimental treatment

地面灌每次灌水量用下式計算：

Q=(θ1-θ2)HS

(1)

式中：Q為每次灌水量，m3；θ1為灌水上限，m3/m3；θ2為灌水前實(shí)測土壤含水量，m3/m3；H為計劃濕潤層深度，0.5 m；S為試驗(yàn)小區(qū)面積：3.21 m2。

實(shí)驗(yàn)種植番茄品種為天馬-54，每個田塊面積3.21 m2。定植前，施有機(jī)肥(發(fā)酵雞糞)110 kg/m2，磷酸磷酸氫二銨1.2 kg/m2，復(fù)合肥(含N18%、P2O515%、K2O12%)0.35 kg/m2。

圖1 實(shí)驗(yàn)布置Fig.1 Experimental arrangement

1.3 測定項(xiàng)目及方法

測定項(xiàng)目包括：土壤含水率，番茄生長指標(biāo)，生理指標(biāo)，成熟后測番茄產(chǎn)量、品質(zhì)。

在番茄全生育期每隔3～7 d觀測CK土壤含水率，觀測方法為烘干法。

生長指標(biāo)包括：株高、莖粗、葉面積。在番茄移栽定植后，全生育期每隔3～7天進(jìn)行觀測。測定方法為：株高采用卷尺，測定植株根部到生長點(diǎn)的高度；莖粗采用游標(biāo)卡尺，測定第二莖節(jié)的直徑，在同一高度垂直的2個角度進(jìn)行測量，取其平均值作為測定值；葉面積計算采用長寬系數(shù)法[10]：葉長×葉寬×0.639 3。

生理指標(biāo)包括：光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、葉綠素含量。在開花與果實(shí)膨大期選取晴朗的上午9∶00-11∶00采用LI6400(LI-COR,USA)便攜式光合儀測定光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等生理指標(biāo)；葉綠素含量測定采用SPAD-502葉綠素測定儀，和光合速率等指標(biāo)測同一片葉，每個處理選取代表性植株代表性葉片測定。

產(chǎn)量指標(biāo)包括：單果質(zhì)量、畝均產(chǎn)量，用電子天平(型號:FA2004N，精度:0.1 mg)稱量。

品質(zhì)指標(biāo)包括：①果實(shí)外觀：是否有裂果，裂果占總果數(shù)百分比；②可溶性固形物含量，使用手持式折光儀測定；③Vc含量，采用分光光度法測定；④可溶性總糖含量，用蒽酮法測定；⑤有機(jī)酸含量，采用0.1 mol/L NaOH滴定法；⑥糖酸比：根據(jù)④、⑤測定結(jié)果計算糖酸比。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用Excel軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與作圖，用SPSS軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，并對各處理數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對株高的影響

不同處理全生育期番茄株高變化如圖2。開花和果實(shí)膨大期株高增長速率最快。苗期不同處理株高表現(xiàn)為：CK>T1>T3>T2，CK處理分別比T1、T2、T3處理高出：30.9%，36.7%，33.1%。開花和果實(shí)膨大期株高表現(xiàn)為：CK>T1>T2>T3，CK處理分別比T1、T2、T3處理高出45.82%，50.91%，53.59%。果實(shí)成熟與采摘期不同處理株高表現(xiàn)為：T2>T3>T1>CK，T2處理分別比T3、T1、CK處理高出26.17%、49.54%、50.3%。

圖2 不同處理對株高的影響Fig.2 Effect of different treatments on plant heigh

2.2 不同處理對莖粗的影響

不同處理全生育期番茄莖粗變化如圖3。其中開花和果實(shí)膨大期莖粗增長速率最快。苗期各處理莖粗表現(xiàn)為：CK>T2>T1>T3，CK處理分別比T1、T2、T3大32.43%、10.42%、37.54%。開花和果實(shí)膨大期莖粗先表現(xiàn)為：CK>T1>T2>T3，CK處理分別比T1、T2、T3大17.04%、20.16%、35.29%；5月9日以后，莖粗大小順序?yàn)椋篢2>CK>T3>T1，T2處理分別比CK、T3、T1大17.94%、24.85%、28.62%。進(jìn)入果實(shí)成熟與采摘期后，不同處理之間莖粗為T2>T3>T1>CK，T2分別比T3、T1、CK大1.79%、4.46%、15.17%。

圖3 不同處理對莖粗的影響Fig.3 Effect of different treatments on stem diameter

2.3 不同處理對葉面積的影響

不同處理全生育期番茄葉面積大小變化如圖4。苗期各處理葉片面積大小順序?yàn)椋篊K>T3>T2>T1，CK處理分別比T1、T2、T3大33.68%、10.07%、8.08%。進(jìn)入開花和果實(shí)膨大期后大小順序先表現(xiàn)為：CK>T2>T3>T1，CK處理分別比T1、T2、T3大62.8%、35.2%、54.4%；5月9日后大小順序?yàn)椋篢2>T3>CK>T1，T2分別比T1、T3、CK大92.28%、61.94%、68.72%，此后直到7月9日各處理葉片面積大小順序不變。

圖4 不同處理對葉面積的影響Fig.4 Effect of different treatments on leaf area

分析上述生長指標(biāo)變化原因?yàn)椋好缙诮Y(jié)束進(jìn)入開花和果實(shí)膨大期后，與地面灌相比，微潤灌在空間和時間上，能夠更及時的滿足番茄根系發(fā)育、根系面積增大對水分的需求。

2.4 不同處理對番茄光合、蒸騰、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等的影響

由表2可知，T2處理的光合速率最大，和其他3個處理大小差異顯著，T2分別比T1、T3、CK高41.8%、53.54%、42.58%。T2處理蒸騰速率最大，和T1、CK處理之間差異顯著，T2分別比T3、T1、CK高2.65%、6.05%、23.1%。T2處理氣孔導(dǎo)度值最大，和T1、CK差異顯著，和T3不顯著，T2分別比T1、T3、CK高11.27%、5.33%、48.13%。胞間二氧化碳濃度為：T1>T3>CK>T2，T1、T3和T2、CK之間差異顯著，T1和T3之間以及T2和CK之間差異不顯著，各處理胞間CO2濃度值呈現(xiàn)與光合速率值相反的變化關(guān)系。上述指標(biāo)變化關(guān)系表明T2處理植株生理活動最旺盛，最有利于光合作用合成有機(jī)物，從而保證產(chǎn)量。

表2 不同處理的生理指標(biāo)Tab.2 Physiological indexes of different treatments

2.5 不同處理對番茄葉片葉綠素含量的影響

在開花和果實(shí)膨大期測量了4次葉綠素含量，結(jié)果見圖5。第1次測量結(jié)果為：CK>T2>T3>T1，第2次測量結(jié)果為：CK>T2>T1>T3，都是CK處理大于微潤灌處理，微潤灌各處理中T2最大。第3次測量結(jié)果為：T2>CK>T3>T1，第4次測量結(jié)果為：T2>CK>T1>T3，和前兩次不同的是，都是T2處理含量最大，說明隨著生育期推進(jìn)，T2處理對番茄葉綠素光合酶活性表現(xiàn)優(yōu)勢更明顯。

圖5 不同處理對葉綠素含量的影響Fig.5 Effect of different treatments on chlorophyll content

2.6 不同處理對產(chǎn)量和灌溉水利用效率的影響

2016年5月26日開始采摘，產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)截止到2016年7月9日，見表3。從表3可知，不同處理產(chǎn)量表現(xiàn)為T2>CK>T3>T1，T2分別比CK、T1、T3高12.67%、20.76%、23.06%。平均單果質(zhì)量表現(xiàn)為T2>T1>T3>CK，T1、T2、T3分別比CK高：39.95%、47.88%、44.2%。果實(shí)個數(shù)大小順序?yàn)椋篊K>T2>T3>T1，CK分別比T1、T2、T3高47.62%、29.17%、55%。根據(jù)產(chǎn)量及相應(yīng)灌溉耗水量，計算得出各處理灌溉水利用效率，見表3，微潤灌處理灌溉水利用效率為CK的3.75～4.92倍。

2.7 不同處理對西紅柿品質(zhì)的影響

為突出微潤灌灌水方式的影響特性，本文主要從外觀、營養(yǎng)品質(zhì)、口感等3個角度選取6個指標(biāo)對各處理綜合品質(zhì)進(jìn)行評價比較，具體為：①果實(shí)外觀：裂果占總果數(shù)百分比；②營養(yǎng)品質(zhì)：可溶性固形物含量、VC含量、可溶性總糖含量、有機(jī)酸含量；③口感：糖酸比。各處理品質(zhì)指標(biāo)結(jié)果見表4。

表3 不同處理產(chǎn)量及灌溉水利用效率Tab.3 Yield and irrigation water use efficiency of different treatments

表4 不同處理品質(zhì)指標(biāo)Tab.4 Quality indexes of different treatments

裂果嚴(yán)重影響番茄外觀，進(jìn)而影響其品質(zhì)，從表4可以看出，CK處理裂果數(shù)占總果數(shù)百分比最大，和微潤灌3個處理差異顯著；結(jié)合試驗(yàn)過程并與園藝專家探討，分析其原因可能為：在土壤缺水進(jìn)行灌水時，地面自流灌供水前后土壤含水率短時間內(nèi)變化較大，導(dǎo)致植株根部吸水速率較大，通過莖部向果實(shí)輸送水分速率也過快，導(dǎo)致果實(shí)內(nèi)部和表皮膨大速率不一致，這是導(dǎo)致番茄果實(shí)表皮開裂的主要原因；而微潤灌供水在時間上呈線性均勻變化，大大降低了裂果發(fā)生比率?？扇苄怨绦挝锖?、Vc含量都是T2、T3處理最大，和其他2個處理差異顯著?？扇苄蕴呛恐?、糖酸比值都是T2處理最大，和其他3個處理差異顯著。有機(jī)酸含量CK處理最大，和微潤灌3個處理差異顯著。

根據(jù)表4指標(biāo)值，運(yùn)用綜合評價方法，對各處理品質(zhì)進(jìn)行綜合評價：①先分別應(yīng)用G1法(序關(guān)系分析法)和熵值法確定各指標(biāo)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，再運(yùn)用綜合集成賦權(quán)法[11]對6個指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行綜合權(quán)重值確定。②應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化處理法[11]對指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。③采用線性加權(quán)和[11]方法計算綜合評價值。最后得各處理品質(zhì)綜合評價值結(jié)果為：T1=70.23；T2=79.62； T3=76.17；CK=62.58，排序結(jié)果為：T2>T3>T1>CK。

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)中不同埋深對番茄生長具有較大的影響，進(jìn)入開花與果實(shí)膨大期后，微潤灌3個處理株高、莖粗均大于地面灌處理CK，且T2處理最大，葉片面積也為T2處理最大，這和張子卓等研究結(jié)果相同[2]。土壤水分的適宜與否會影響植株葉片氣孔的開閉變化、葉肉細(xì)胞生化活動以及保衛(wèi)細(xì)胞的運(yùn)動，進(jìn)而影響植株的蒸騰速率和光合速率及葉綠素 含量等，最終影響果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，本研究植株生理指標(biāo)結(jié)果均為T2處理最優(yōu)。微潤灌3個處理平均單果質(zhì)量均大于CK，且T2的平均單果質(zhì)量、產(chǎn)量均高于T1、T3及CK；但CK處理果實(shí)個數(shù)最多，產(chǎn)量大于T1、T3，分析其原因，可能為：在微潤管埋深過淺時(如T1)，可能會導(dǎo)致地表無效蒸發(fā)增大，影響植株對水分的吸收；埋深過大時(如T3)可能會導(dǎo)致水分深層滲漏增加，從而影響作物根系的發(fā)育和對水分的吸收進(jìn)而影響產(chǎn)量；但就灌溉水利用效率來說，微潤灌處理為地面灌CK的3.75～4.92倍。灌溉水利用效率和產(chǎn)量等結(jié)果和張子卓等[2]的不同，主要原因是采摘持續(xù)時間長短不同。

本研究所得T2處理生長指標(biāo)、生理指標(biāo)、產(chǎn)量、品質(zhì)等最優(yōu)，說明15 cm為本實(shí)驗(yàn)所得最佳埋深。牛文全等[7]室內(nèi)土箱模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)微潤帶最適埋深應(yīng)為15～20 cm之間；張子卓等研究[2]也認(rèn)為，最適宜番茄生長的微潤管埋深為15 cm，這和本研究結(jié)論相同。

4 結(jié) 論

(1)微潤管埋深為15 cm時，番茄株高、莖粗、葉面積等生長指標(biāo)及光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、葉綠素含量等生理指標(biāo)均優(yōu)于其他埋深微潤灌處理及地面自流灌。

(2)不同灌溉方式及微潤管不同埋深處理對番茄產(chǎn)量與平均單果質(zhì)量影響不同，微潤管埋深為15 cm(T2)時，產(chǎn)量最高，其余依次為CK、T3、T1。平均單果質(zhì)量表現(xiàn)為T2>T1>T3>CK。微潤灌各埋深處理灌溉水利用效率為地面自流灌的3.75～4.92倍。

(3)微潤灌在時間和空間上對作物線性均勻供水，且水分供應(yīng)量適宜，故微潤灌各處理番茄品質(zhì)均優(yōu)于地面自流灌，T2處理品質(zhì)最優(yōu)，其余依次是T3、T1、CK。

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