姚圣俞，張 林

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

0 引 言

番茄作為一種常見的溫室經(jīng)濟作物，在溫室中的種植面積約占全國溫室蔬菜總種植面積的三分之一[1]，占設(shè)施蔬菜栽培面積的首位[2]，對農(nóng)民脫貧致富發(fā)揮了重要的作用[3,4]。由于溫室棚膜在減少棚內(nèi)與外界空氣交換和起到保溫的作用的同時會將降水阻隔在外[5]，番茄的生長需水只能通過灌溉進行補給，而作物耗水量作為制定灌溉制度的關(guān)鍵指標，在不同的灌溉方式下會有較大的差別，胡蘭等[6]研究表明在相同的灌水上下限情況下，地下滴灌相較于地表滴灌能夠減少溫室番茄耗水，因此適宜的灌溉技術(shù)和科學(xué)的灌溉制度對溫室番茄的生產(chǎn)非常重要。溫室番茄通常采用滴灌灌溉，較傳統(tǒng)地面溝灌、畦灌等灌溉方式能降低灌溉用水，有效提高水分利用效率[7,8]。研究表明，在滴灌條件下，適當(dāng)提高灌溉頻率能夠有效的促進番茄植株光合作用和生長發(fā)育，提高產(chǎn)量和水分利用效率[9,10]，同時還能保證土壤水分和養(yǎng)分維持在番茄根區(qū)土層，減少深層滲漏和養(yǎng)分流失[11]，而提高滴灌的灌水頻率可能會產(chǎn)生更多的能耗，從而增加種植成本，因此研究低壓持續(xù)灌水技術(shù)緩解耗能問題是非常有必要的。

微孔陶瓷根灌是一種將陶瓷灌水器埋于番茄根系附近土壤中，直接向作物根系持續(xù)供水的灌溉方式，通過灌水器內(nèi)外水勢差作為灌水驅(qū)動力，有效降低了系統(tǒng)對首部工作壓力的需求（可在＜0.5 m 條件下正常運行），能夠減小系統(tǒng)耗能[12]。目前，微孔陶瓷根灌在其制備工藝[13-15]和土壤水分入滲特性[16-19]方面進行了一定的研究，試驗結(jié)果表明微孔陶瓷根灌能夠根據(jù)灌水器外部土壤水分環(huán)境的變化調(diào)節(jié)出流，及時補充土壤水分，達到自適應(yīng)灌溉的效果[12]，為作物提供一個穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境[20,21]，并在青海枸杞[21]和陜北蘋果[23]的試驗研究中表現(xiàn)出較好的節(jié)水增產(chǎn)效果。綜上所述，微孔陶瓷根灌出流機理和實際應(yīng)用已有一定的研究進展，但微孔陶瓷根灌對作物耗水特性的影響尚缺乏具體的分析研究，耗水特性對確定適宜的灌溉技術(shù)參數(shù)和制定科學(xué)的灌水制度有著重要的作用[24]。

為此，本文以溫室番茄為研究對象，設(shè)置地下滴灌為對照處理，通過設(shè)置不同設(shè)計流量的微孔陶瓷灌水器，研究其對番茄根區(qū)土壤含水率、耗水特性、光合特性、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，以期確定適合番茄生長的微孔陶瓷灌水器設(shè)計流量，為微孔陶瓷根灌技術(shù)在溫室番茄的應(yīng)用提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在陜西省楊凌區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)創(chuàng)新園溫室中進行，試驗地氣候?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，試驗當(dāng)?shù)氐哪昶骄髿鉁囟葹?2.5 ℃，平均蒸發(fā)量超過1 500 mm，全年無霜期212 d。試驗溫室（長80 m×寬10 m×高10 m），東西走向，坐南朝北，覆蓋0.2 mm 厚的聚乙烯薄膜，在塑料薄膜上鋪設(shè)有保溫棉被，側(cè)墻和后墻的墻體內(nèi)有塑料保溫材料。試驗地0～20 cm土層的容重和田間持水量分別為1.36 g/cm3和24.0%；20～100 cm 土層的土壤容重依次為1.55、1.45、1.42 和1.42 g/cm3（每20 cm 為1 層），田間持水量依次為22.7%、22.2%、24.8%和24.5%（同上）。

1.2 試驗設(shè)計

于2020年9月-2021年8月開展為期兩季的溫室試驗，番茄供試品種為“金鵬A18”，番茄的生育階段劃分如表1所示。試驗為采用寬窄行種植模式，寬行110 cm，窄行50 cm，所有處理株距和行距一致，分別為35 cm 和50 cm。由于微孔陶瓷根灌持續(xù)灌水的特性，不同設(shè)計流量的陶瓷灌水器在單位時間內(nèi)出流量差異不明顯，但在實際應(yīng)用中作物生育期持續(xù)時間較長，隨著作物耗水導(dǎo)致土壤吸力的變化，不同設(shè)計流量處理的累計灌水量差異隨著時間推進而不斷增大，對作物整個生育期耗水產(chǎn)生影響，因此本次試驗選取5個設(shè)計流量的微孔陶瓷根灌處理分別0.15（S1）、0.19（S2）、0.23（S3）、0.26（S4）和0.30（S5）L/h，灌水器間距為35 cm，埋深15 cm，通過體積為160 L 的水箱進行供水。對照CK 處理為地下滴灌，選用耐特菲姆貼片式滴灌帶，滴頭間距為35 cm，埋深15 cm，灌水間隔為10 d，考慮溫室番茄四個生育期計劃濕潤層深度分別為20、40、60 和60 cm，灌水上限為100%田間持水量。微孔陶瓷根灌和地下滴灌均采用1 管2 行的布置方式。定植后，在西紅柿種植地表鋪設(shè)寬1.5 m 的黑色地膜，以增加土溫，減少土壤蒸發(fā)。

表1 溫室番茄生育期劃分Tab.1 Stages of the greenhouse tomato growing season

1.3 測定項目及其方法

（1）氣象數(shù)據(jù)。試驗區(qū)所有氣象數(shù)據(jù)從溫室中設(shè)置的氣象站獲得，記錄番茄整個生育期氣象數(shù)據(jù)的日變化情況，包括太陽輻射、溫度和相對濕度等，數(shù)據(jù)每10 min 記錄一次，儲存在數(shù)據(jù)采集器中。

（2）土壤含水量。使用土壤烘干法每隔10 d 一測土壤含水率，使用土鉆每20 cm 一層，鉆取0～60 cm 土層的土壤，將土鉆取出的土搗碎混勻后迅速裝入鋁盒防止土壤水分蒸發(fā)，稱取鮮土重后，將其放入105 ℃烘箱中烘干后稱取干土重，計算土壤含水率（SWC）；應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)中變異系數(shù)（cv）來表示番茄全生育期內(nèi)不同處理土壤含水率的變異程度，其計算公式為：

式中：σSWC為SWC的標準差；μSWC為溫室番茄全生育期根區(qū)SWC的平均值。

（3）番茄耗水特性。番茄耗水量采用水量平衡法公式估算：

式中：ET為番茄耗水量，mm；I為灌水量，mm；U為地下水補給量，mm；D為深層滲漏量，mm；ΔW為兩次土鉆取土期間土壤含水量變化量，mm；由于地下水埋深超過10 m，作物無法吸收，U可以計為0；根據(jù)土壤水分觀測結(jié)果，灌水前后90～100 cm處土壤含水量無明顯變化，故D也可以忽略不計。

溫室番茄生育期耗水強度為各個生育期耗水量與生育期持續(xù)天數(shù)的比值；生育期耗水模數(shù)為生育期內(nèi)耗水量在生長季內(nèi)總耗水量內(nèi)的占比。

（4）光合特性。在番茄各個生育期，采用便攜式光合儀LI-6800測定番茄葉片蒸騰速率（Tr）和凈光合速率（Pn），選擇在晴朗無云的天氣進行測定，測定時間控制在10∶00-12∶00之間。

（5）產(chǎn)量。番茄進入收獲期后，在每個小區(qū)中間標記6株長勢相似且無病害的植株進行測產(chǎn)，每隔4～5 d 測定一次，采用精度為0.1 g 的電子秤進行稱量，計算平均值作為該處理的平均產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019對采集的試驗數(shù)據(jù)進行整理統(tǒng)計計算，采用Origin 9.1 進行相應(yīng)的繪圖，利用SPSS 19.0 軟件對各處理試驗數(shù)據(jù)進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫室內(nèi)氣象因子變化規(guī)律

2020-2021年溫室番茄全生育期氣象因子如圖1所示。春夏茬番茄生育期間，太陽輻射（Rs）呈先增大后減小的拋物線型變化規(guī)律，并在果實膨大期期間（6-7月）達到最大，平均氣溫（Ta）呈持續(xù)上升的趨勢，在7-8月達到最大，全生育期Ta在13.0～34.4 ℃之間；而Rs和Ta在秋冬茬番茄生育期間呈現(xiàn)先降低后增大的趨勢，并在番茄果實膨大期前期（11月中旬至12月中旬）達到全生育期最低水平，在此期間，由于遭遇寒潮天氣，導(dǎo)致溫室內(nèi)連續(xù)多日Ta在5～10 ℃之間（圖1所示），研究表明番茄是一種對溫度較為敏感的喜溫作物，當(dāng)溫度低于10 ℃時，番茄生長發(fā)育會受到抑制，低于5 ℃番茄甚至?xí)Ｖ股L[25]。溫室內(nèi)平均相對濕度（RH）則呈現(xiàn)與Ta相反的規(guī)律，當(dāng)Ta處在較高值時，RH相對較低，這是由于溫室內(nèi)Ta過高會造成高溫?zé)岷?，需要打開通風(fēng)口來控制溫室內(nèi)Ta，溫室內(nèi)空氣與外界流通，溫室內(nèi)水汽排出導(dǎo)致RH較低，兩季番茄全生育期RH變化分別為56.6%～99.4% （春夏茬）和62.7%～99.8%（秋冬茬）。此外，還可以看出，春夏季溫室內(nèi)Ta明顯高于秋冬季，而春夏季溫室內(nèi)RH低于秋冬季，這是因為秋冬茬番茄生育期間，為保證溫室夜間Ta，需要關(guān)閉通風(fēng)口，導(dǎo)致RH處在較高的狀態(tài)。

圖1 2020-2021年溫室番茄生育期內(nèi)氣象因子日變化Fig.1 Seasonal variations of meteorological variables during greenhouse tomato growing seasons in 2020-2021

2.2 溫室番茄生育期內(nèi)根區(qū)土壤含水率變化

圖2展示了兩季溫室番茄根區(qū)土壤含水率（SWC）隨生育期的動態(tài)變化?？梢钥闯?，微孔陶瓷根灌條件下溫室番茄苗期SWC不同處理間差異較?。辉谶M入開花坐果期后不同處理間SWC均呈下降趨勢，且差異隨著生育期的推進差異逐漸增大，這是由于隨著番茄的生長，番茄耗水能力不斷增強，因陶瓷灌水器出流能力存在限制，當(dāng)番茄根系吸水速率隨番茄生長逐漸增長超過陶瓷灌水器的灌水速率，SWC難以保持穩(wěn)定，因此呈現(xiàn)下降趨勢，同時大流量灌水器灌水速率大于小流量灌水器，導(dǎo)致SWC差異變大；到了果實膨大期SWC差異達到最大，春夏茬小流量處理SWC仍然呈現(xiàn)下降趨勢，大流量處理SWC變化較為穩(wěn)定，但秋冬茬SWC在果實膨大期前期呈現(xiàn)先增大后降低的規(guī)律，這可能是因為果實膨大期前期溫室內(nèi)連續(xù)的低溫環(huán)境，使番茄的耗水和生長發(fā)育受到抑制，盡管番茄根系吸水受到抑制，但陶瓷灌水器仍持續(xù)工作，導(dǎo)致SWC出現(xiàn)上升趨勢，后隨著溫室光溫條件的回升，番茄耗水能力增強，SWC又呈現(xiàn)下降趨勢；在進入收獲期后，隨番茄葉片開始衰老和果實的采摘，番茄需水要求下降，在陶瓷灌水器的持續(xù)灌溉下，因此土壤含水率出現(xiàn)了小幅的上升。對于微孔陶瓷根灌處理，番茄根區(qū)SWC隨著陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加而增大，當(dāng)陶瓷灌水器設(shè)計流量從0.15 L/h（S1）增加至0.30 L/h（S5）時，兩季番茄全生育期平均SWC分別上升了24.9%（春夏茬）和15.2%（秋冬茬），春夏茬番茄生育期間，微孔陶瓷根灌各處理全生育期SWC能夠維持在田間持水率（θfc）的57.0%～88.1%，各處理平均土壤含水率水分變異系數(shù)（cv）在4.3%～12.9%之間；秋冬茬SWC各處理全生育期SWC能夠維持在θfc的68.5%～89.4%，cv在2.3%～4.6%之間。而地下滴灌（CK）處理番茄全生育期的SWC明顯呈現(xiàn)干濕交替的狀態(tài)，這是由于滴灌的周期性灌溉造成的，在每次灌溉時，大量的灌溉水進入土壤，導(dǎo)致SWC急劇上升，灌溉后隨著番茄根系吸水和土壤水分再分布，土壤含水率迅速下降，SWC在整個生育期內(nèi)周期性波動，春夏茬番茄全生育期的SWC在θfc的50.7%～100.0%之間波動，cv為23.4%；秋冬茬SWC在θfc的67.6%～100.0%之間波動，cv為11.9%。春夏茬CK 處理的cv值為微孔陶瓷根灌處理的1.80～5.85 倍，秋冬茬為微孔陶瓷根灌處理的2.59～5.95 倍，表明了微孔陶瓷根灌下SWC較地下滴灌更加穩(wěn)定。同時，受不同季節(jié)的氣象條件影響，春夏茬番茄根區(qū)的SWC明顯低于秋冬茬，春夏茬期間，溫室內(nèi)氣溫和太陽輻射隨著番茄生育期的推進而增加，并在果實膨大期后期和收獲期達到全年最大，番茄較高的耗水導(dǎo)致SWC不能夠維持在較高的狀態(tài)；而秋冬茬期間，尤其是果實膨大期，氣溫和太陽輻射為達到了全年最低值，番茄對土壤水分的消耗能力弱，因此秋冬茬SWC要高于春夏茬。

圖2 2020-2021年溫室番茄根系層土壤含水率變化圖Fig.2 Variation of soil water content in root layer of greenhouse tomato in 2020-2021

2.3 溫室番茄生育期內(nèi)耗水特性變化

表2展示了兩季番茄試驗各處理溫室番茄不同生育期耗水特性（耗水量、耗水強度和耗水模數(shù)）的變化規(guī)律。對于微孔陶瓷根灌處理，陶瓷灌水器設(shè)計流量對溫室番茄耗水特性影響顯著，具體表現(xiàn)為溫室番茄的耗水量和耗水強度均隨灌水器設(shè)計流量的增加而增大，當(dāng)灌水器設(shè)計流量從0.15 L/h 上升至0.30 L/h 時，兩季番茄全生育期耗水量分別增加49.4%（春夏茬）和34.5%（秋冬茬）；而不同陶瓷灌水器設(shè)計流量處理下番茄各個生育階段的耗水模數(shù)則展現(xiàn)出與耗水量和耗水強度不一樣的規(guī)律，在苗期和開花坐果期階段，耗水模數(shù)隨陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加而減??；而在果實膨大期和收獲期階段，耗水模數(shù)則隨陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加而增大。番茄果實膨大期耗水模數(shù)降低說明選用小流量的陶瓷灌水器可能無法滿足番茄果實膨大期的需水要求，使番茄耗水受到抑制，會導(dǎo)致番茄產(chǎn)量下降。對于CK 處理，兩季番茄的耗水量和耗水強度與S4 處理接近，小于S5 處理，各生育期耗水模數(shù)與S4 和S5 處理相似，說明陶瓷灌水器設(shè)計流量過大會導(dǎo)致番茄整個生育期均處在充分耗水的狀態(tài)，反而會造成灌溉水的浪費，無法達到節(jié)水的目的。同時，不同季節(jié)溫室番茄的耗水特性變化規(guī)律也有所不同，春夏茬番茄耗水量和耗水強度要顯著高于秋冬茬番茄，微孔陶瓷根灌處理秋冬茬番茄全生育期耗水量和耗水強度分別降低了20.7%～29.3%和40.2%～46.7%，CK 處理分別降低了29.1%和46.5%，說明不同的氣象條件對番茄的耗水特性影響顯著。

表2 溫室番茄各生育期耗水Tab.2 Water consumption amount of greenhouse tomato at different stages

圖3展示了CK、S1 和S4 處理耗水量的日變化，可以看出，春夏茬番茄的日耗水量呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢；而秋冬茬番茄因果實膨大期前期低溫高濕環(huán)境和較低的太陽輻射的溫室氣象條件抑制了耗水，日耗水量變化呈現(xiàn)為“雙峰”曲線變化規(guī)律。CK、S1和S4春夏茬全生育期日耗水量分別在0.36～5.78、0.45～4.42 和0.27～5.48 mm/d 之間變化；秋冬茬分別在0.53～3.71、0.25～2.76 和0.57～2.34 mm/d 之間變化。微孔陶瓷根灌下溫室番茄的耗水量在果實膨大期開始出現(xiàn)明顯差異，且在果實膨大期中后期到收獲期前期差異達到最大，最大差值可達2.95 mm/d（春夏茬）和1.24 mm/d（秋冬茬），這與SWC的變化規(guī)律類似。而CK 處理日耗水量變化規(guī)律與耗水量相近的S4 相比，CK 處理在灌水后耗水量大于S4處理，隨著時間的推移逐漸降低至較低的水平。這是由于CK 處理在每次灌溉后，土壤水分充足，番茄耗水量迅速增大，隨著土壤水分的消耗，番茄蒸騰開始受到抑制，耗水量隨之減小?？梢?，SWC是影響番茄耗水的重要因素，在耗水量相同的情況下，微孔陶瓷根灌下穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境相較于地下滴灌干濕交替的土壤水分環(huán)境，能夠使番茄避免灌水后的充分耗水以及耗水過程因SWC降低而受到抑制。

圖3 2020-2021年不同處理溫室番茄蒸散量的生育期動態(tài)變化Fig.3 Dynamics of greenhouse tomato evapotranspiration during growing stage for different treatments in 2020-2021

2.4 溫室番茄生育期內(nèi)光合特性的變化

圖4展示了兩季溫室番茄試驗各處理葉片蒸騰速率（Tr）和凈光合速率（Pn）各個生育期的變化情況。由圖4可知，各微孔陶瓷根灌處理苗期番茄的Tr和Pn差異不顯著（P＞0.05），進入開花坐果期后Tr和Pn整體表現(xiàn)為隨著陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加先增大后減小，兩季番茄試驗S4 處理的Tr較其他處理分別高1.0%～48.3%（春夏茬）和0.2%～29.0%（秋冬茬），S4 處理的Pn較其他處理分別高1.3%～37.8%（春夏茬）和0.5%～25.2%（秋冬茬）?？梢娞沾晒嗨鬟x擇適宜的設(shè)計流量能夠提高番茄葉片的光合作用，設(shè)計流量過小，會使得SWC較低，進而抑制番茄葉片的光合作用；而陶瓷灌水器設(shè)計流量過大則雖然能維持較高的SWC，但土壤空隙中的空氣占比減少，抑制了番茄根系呼吸，也會使得Tr和Pn降低，不利于番茄的生長和產(chǎn)量的形成。將CK處理與S4處理進行對比，在耗水量相同的情況下，S4 番茄的Tr較CK 處理分別高2.5%～6.8%（春夏茬）和0.6%～9.5%（秋冬茬），Pn較CK 處理分別高1.1%～8.6%（春夏茬）和2.3%～8.4%（秋冬茬），說明微孔陶瓷根灌提供的穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境能夠使番茄葉片的生理活動更加活躍，有利于番茄的生長發(fā)育。綜上可以看出，設(shè)計流量為0.26 L/h 的陶瓷灌水器進行灌溉，能夠提供適合的水分條件，有利于提高葉片光合能力，促進光合產(chǎn)物的合成與分配，這也可能是S4處理番茄產(chǎn)量較高的原因。

圖4 2020-2021年溫室番茄不同處理葉片蒸騰速率和凈光合速率生育期變化Fig.4 Variation of leaf transpiration rate and photosynthetic rate of greenhouse tomato for different treatments in 2020-2021

2.5 微孔陶瓷根灌對溫室番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

兩季溫室番茄產(chǎn)量和水分利用效率如表3所示?？梢钥闯?，春夏茬S3 和S4 處理較CK 處理分別增產(chǎn)1.0%和8.1%，S1、S2 和S5 處理分別較CK 處理減產(chǎn)14.9%、5.4%和1.2%；秋冬茬S3 和S4 處理較CK 處理分別增產(chǎn)2.1%和9.4%，S1、S2和S5 處理分別較CK 處理減產(chǎn)14.5%、7.5%和0.6%。對于溫室番茄水分利用效率，春夏茬番茄S1處理水分利用效率最高，與S2處理無顯著差異，S3和S4處理次之，顯著高于CK 處理，S5處理最小；秋冬茬S4處理水分利用效率最高，與S3處理無顯著差異，S1 和S2 處理次之，顯著高于CK 處理，S5 處理最小。

表3 溫室番茄產(chǎn)量和水分利用效率Tab.3 Grain yield and water use efficiency of greenhouse tomato

選擇合理的微孔陶瓷根灌技術(shù)參數(shù)需要充分了解番茄產(chǎn)量與耗水之間的關(guān)系[26,27]，但不同季節(jié)溫室番茄的耗水量差異明顯，而微孔陶瓷灌水器能夠根據(jù)土壤含水率變化自動調(diào)節(jié)出流量來保證不同季節(jié)和生育期番茄的耗水，試驗結(jié)果也表明灌水器設(shè)計流量與不同季節(jié)番茄耗水均呈正相關(guān)關(guān)系，因此考慮將番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計流量建立關(guān)系式，兩季微孔陶瓷根灌溫室番茄產(chǎn)量與灌水器設(shè)計流量的擬合曲線如圖5所示。

圖5 溫室番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計流量關(guān)系Fig.5 Relationship between yield of greenhouse tomato and design flow rate of ceramic emitter

春夏茬溫室番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計流量的關(guān)系表示為：

秋冬茬溫室番茄產(chǎn)量與陶瓷灌水器設(shè)計流量的關(guān)系表示為：

通過公式（3）和（4）可以得出，兩季番茄最大產(chǎn)量所對應(yīng)的灌水器設(shè)計流量均為0.26 L/h，當(dāng)設(shè)計流量小于此值時，番茄產(chǎn)量隨著設(shè)計流量的降低而下降；當(dāng)設(shè)計流量大于此值時，番茄產(chǎn)量隨著設(shè)計流量的增加而下降，灌水器設(shè)計流量過小或過大都不利于番茄產(chǎn)量的形成。還可以看出，春夏茬番茄產(chǎn)量顯著高于秋冬茬（P＜0.01），這是由于不同的栽培季節(jié)溫室內(nèi)的光溫環(huán)境差異較大，尤其是在番茄果實膨大期的光溫環(huán)境差別達到最大，秋冬茬番茄果實膨大期期間太陽輻射和氣溫處在全年最低，這會對番茄的生長和光合活性造成抑制，不利于番茄產(chǎn)量的形成。因此，選擇設(shè)計流量為0.26 L/h 的陶瓷灌水器進行灌溉能夠獲得最大產(chǎn)量和較高的水分利用效率，實現(xiàn)高產(chǎn)高效的統(tǒng)一。

3 討 論

本研究中春夏茬微孔陶瓷根灌番茄根區(qū)土壤含水率能夠維持在田間持水率（θfc）的57.0%～88.1%之間，土壤水分變異系數(shù)在4.3%～12.9%之間，秋冬茬土壤含水率維持在θfc的68.5%～89.4%，土壤水分變異系數(shù)2.3%～4.6%；而春夏茬地下滴灌處理番茄全生育期土壤含水率在θfc的50.7%～100.0%之間波動，土壤水分變異系數(shù)為23.4%，秋冬茬土壤含水率在θfc的67.6%～100.0%之間波動，土壤水分變異系數(shù)為9.9%?？梢钥闯觯⒖滋沾筛嗵幚硗寥浪肿儺愊禂?shù)均低于地下滴灌處理，說明微孔陶瓷根灌下土壤水分變化更加穩(wěn)定。本次試驗中，土壤含水率隨著灌水器設(shè)計流量的增加而增大，可能是因為通過改變原材料配比能夠調(diào)節(jié)陶瓷灌水器的開口孔隙率，進而達到控制陶瓷灌水器設(shè)計流量的目的[28]，增大陶瓷灌水器設(shè)計流量，其單位時間對土壤水分消耗量補充更為迅速，從而能夠保證更高的穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境[21]。還可以看出，春夏茬番茄根區(qū)土壤含水率低于秋冬茬，且土壤水分變異系數(shù)高于秋冬茬，李銀坤等[29]的研究中春夏季節(jié)番茄土壤貯水量變動幅度要大于秋冬季，這是由氣象因素造成的，春夏茬番茄生育期間溫室內(nèi)溫度和太陽輻射高于秋冬茬，導(dǎo)致春夏茬番茄耗水能力更強，而且陶瓷灌水器受到出流能力的限制，導(dǎo)致春夏茬番茄根區(qū)土壤含水率低于秋冬茬，且變化幅度更大。

本次試驗中，番茄耗水量在果實膨大期最大，苗期最小，這是因為番茄在苗期植株和葉面積較小，番茄的耗水能力弱；隨著番茄植株的持續(xù)生長，番茄對水分的需求也在不斷增大，到了果實膨大期，此時番茄葉面積達到峰值，且持續(xù)時間較長，耗水量達到全生育期最大，進入收獲期后，因為采摘番茄果實和葉片衰老，番茄耗水量減少[30]。溫室番茄各生育階段內(nèi)的耗水量和耗水強度均隨灌水器設(shè)計流量的增加而增大，這是因為番茄耗水能力受到土壤水分的影響，其根區(qū)土壤含水率越高，土壤對水分的吸附能力越弱，番茄根系的吸水能力越強[29]。本次試驗中CK 處理全生育期耗水量與S4 處理相似，顯著小于S5 處理，說明灌水器設(shè)計流量過大，使得番茄在各生育期都能進行充分耗水，反而會造成灌溉水的浪費，并且有研究表明，過量的灌溉會導(dǎo)致作物植株徒長，甚至出現(xiàn)落花落果現(xiàn)象[32]；而對于小流量的陶瓷灌水器，因無法維持較高且穩(wěn)定的土壤含水率，會抑制番茄的耗水，導(dǎo)致在耗水量最大的果實膨大期使番茄受到較為嚴重的水分脅迫，因此，選擇過大或過小的灌水器設(shè)計流量進行灌溉均會對番茄的生長造成不利影響。

土壤含水率與番茄產(chǎn)量關(guān)系密切，土壤水分的變化會影響番茄葉片光合作用等生理活動，而光合作用是番茄植株體內(nèi)干物質(zhì)直接或間接的來源，最終表現(xiàn)在番茄的產(chǎn)量上[32]。隨陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加，除苗期以外，各生育階段內(nèi)Tr和Pn呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這是由于隨著陶瓷灌水器設(shè)計流量減小，會導(dǎo)致土壤含水率降低，進而使番茄植株體內(nèi)含水量因土壤水分脅迫而減少，番茄為減少水分散失而將葉片氣孔關(guān)閉，Tr和Pn也隨之降低；而較大的設(shè)計流量會導(dǎo)致土壤含水率過高、土壤通氣性較差，進而抑制了番茄根系生理活動，最終影響到番茄的光合作用[34,35]。在本次試驗中，在耗水量相同的情況下，微孔陶瓷根灌能夠使番茄葉片的光合特性較地下滴灌更加活躍，研究表明，提高灌水頻率能夠增加春小麥葉片光合速率，降低葉片活性氧化物含量，進而促進葉片光合效率[35]，微孔陶瓷根灌持續(xù)灌溉的特點可以看作高頻少量的灌水，使得土壤水分維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)，從而促進了番茄葉片光合作用。Nam等的研究表明[37]與干濕交替的土壤水分環(huán)境相比，穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境能夠提高作物產(chǎn)量和水分利用效率，但本次試驗中，僅S3 和S4 處理的產(chǎn)量高于CK 處理，說明只有選擇適宜的灌水器設(shè)計流量才能實現(xiàn)增產(chǎn)的效果。

4 結(jié) 論

（1）微孔陶瓷根灌下番茄根區(qū)所能維持土壤含水率隨著陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加而增大，能夠維持在田間持水率（θfc）的57.0%～88.1%（春夏茬）和68.5%～89.4%（秋冬茬）之間，而相同土層的地下滴灌處理土壤含水率維持在在θfc的50.7%～100.0%（春夏茬）和67.6%～100.0%（秋冬茬）之間，微孔陶瓷根灌土壤含水率變化相對穩(wěn)定。

（2）番茄不同生育階段耗水量和耗水強度均隨著陶瓷灌水器設(shè)計流量的增加而增大，生育期耗水量在番茄果實膨大期達到最大，但選擇設(shè)計流量小的陶瓷灌水器會無法滿足番茄果實膨大期的耗水需求，對番茄的生長和產(chǎn)量造成不利影響。

（3）微孔陶瓷根灌下溫室番茄各個葉片蒸騰速率（Tr）和凈光合速率（Pn）均隨灌水器設(shè)計流量的增加先增大后減小，S4 處理兩季番茄的Tr較CK 處理分別高2.5%～6.8%（春夏茬）和0.6%～9.5%（秋冬茬），Pn較CK 處理分別高1.1%～8.6%（春夏茬）和2.3%～8.4%（秋冬茬），表明耗水量相近的條件下，微孔陶瓷根灌番茄葉片生理活動較地下滴灌要活躍，有利于番茄生長發(fā)育。

（4）隨著陶瓷灌水器設(shè)計流量的增大，番茄產(chǎn)量和水分利用效率均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，其中以S4 處理（設(shè)計流量為0.26 L/h）表現(xiàn)最佳，在耗水量相同的情況下，較地下滴灌（CK）處理增產(chǎn)8.1%（春夏茬）和9.4%（秋冬茬）。因此，選擇設(shè)計流量為0.26 L/h 的陶瓷灌水器有利于番茄獲得較高的產(chǎn)量和水分利用效率。