微潤管不同埋深對番茄生長、產量、品質的影響

王書吉，韓 松，張正良，費良軍，王利書

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

0 引 言

微潤灌溉是在滲灌技術的基礎上發展起來的采用半透膜原理的一種新型高效的節水灌溉方式，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和固體顆粒通過。微潤灌具有灌水精準、可調控性強、節能、高效節水、系統組成簡單等優點[1-4]。

國外，微潤灌最早可以追溯到20世紀 80年代初期美國科學家利用塑料制品、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農場等地分別開展了該種滲灌灌溉技術種植玉米、西瓜、棉花、馬鈴薯、番茄、小麥等作物的試驗研究。隨后法國在吸取其他國家的研究經驗基礎之上，利用廢棄塑料(低密度PE)加發泡劑研發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。國內采用滲灌灌溉技術最早可以追溯到200多年前[1]，河南省濟源縣采用的地下暗管灌溉，但直到20世紀80年代才在對法國贈送的滲灌灌溉設備進行水力性能測試、制造工藝和田間試驗研究的基礎上，仿制出滲灌灌溉設備，但受當時技術水平因素等限制，仿制出的設備出水均勻度非常低，制約了其推廣使用[1]。直到近幾年，隨著科學技術的飛速發展，微潤灌溉技術逐漸成熟。

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參數開展了一定的研究[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、產量、品質的影響。呂望等[4]在陜西楊陵開展了微潤灌對番茄產量及品質的影響研究，但該研究埋深處理設置差距較大，且未考慮15 cm埋深的影響，對于番茄品質指標未關注微潤灌帶來的裂果減少的顯著影響。不同地區，氣候條件、土壤特性、番茄品種等不同，對微潤管埋深等技術參數的要求不同，但目前相關研究開展仍較少且不深入[2,4,8-9]，可供實際應用借鑒的研究結論也較少；因此，有必要開展不同農作區微潤灌適宜灌水技術參數研究，埋深是最主要的影響技術參數[2,4]，鑒于此，本研究在華北傳統農作區—河北邯鄲開展不同微潤管埋深對西紅柿生長、產量、品質的影響研究，從而為微潤灌在類似地區推廣使用提供理論和技術支持。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

實驗于2016年3-6月在河北省邯鄲市河北工程大學中華南校區無加溫型溫室實驗大棚中進行，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 114°03′～40′，北緯 36°20′～44′之間，試驗場多年平均日照時數2 363.2 h，多年平均蒸發量2 060 mm，無霜期210 d。地下水埋藏較深，其向上補給量可忽略不計。土壤有機質質量分數0.91%，試驗田土壤全氮質量分數為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 試驗設計

本實驗共2種灌水方式、4個處理：T1、T2、T3、CK，其中，T1、T2、T3對應微潤灌方式微潤管3種埋深：10、15、20 cm，常規地面自流灌CK作為對照，見表1，每個處理3次重復。

微潤灌采用恒定水頭：1.5 m(距離地表)，實驗裝置主要由供水系統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，試驗過程中保證桶內水位在1.5±0.1 m范圍內。試驗使用微潤管購買自深圳市微潤灌溉技術有限公司，直徑為20 mm。地面灌溉土壤含水率保持在90%田間持水量，低于此含水量就進行灌溉，采用塑料管用自來水自流灌溉。

表1 試驗處理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為灌水前實測土壤含水量，m3/m3；H為計劃濕潤層深度，0.5 m；S為試驗小區面積：3.21 m2。

實驗種植番茄品種為天馬-54，每個田塊面積3.21 m2。定植前，施有機肥(發酵雞糞)110 kg/m2，磷酸磷酸氫二銨1.2 kg/m2，復合肥(含N18%、P2O515%、K2O12%)0.35 kg/m2。

圖1 實驗布置Fig.1 Experimental arrangement

1.3 測定項目及方法

測定項目包括：土壤含水率，番茄生長指標，生理指標，成熟后測番茄產量、品質。

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天進行觀測。測定方法為：株高采用卷尺，測定植株根部到生長點的高度；莖粗采用游標卡尺，測定第二莖節的直徑，在同一高度垂直的2個角度進行測量，取其平均值作為測定值；葉面積計算采用長寬系數法[10]：葉長×葉寬×0.639 3。

生理指標包括：光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、葉綠素含量。在開花與果實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、氣孔導度、胞間CO2濃度等生理指標；葉綠素含量測定采用SPAD-502葉綠素測定儀，和光合速率等指標測同一片葉，每個處理選取代表性植株代表性葉片測定。

產量指標包括：單果質量、畝均產量，用電子天平(型號:FA2004N，精度:0.1 mg)稱量。

品質指標包括：①果實外觀：是否有裂果，裂果占總果數百分比；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有機酸含量，采用0.1 mol/L NaOH滴定法；⑥糖酸比：根據④、⑤測定結果計算糖酸比。

1.4 數據分析

用Excel軟件對試驗數據進行分析與作圖，用SPSS軟件對試驗數據進行統計分析，并對各處理數據進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

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。開花和果實膨大期株高增長速率最快。苗期不同處理株高表現為：CK>T1>T3>T2，CK處理分別比T1、T2、T3處理高出：30.9%，36.7%，33.1%。開花和果實膨大期株高表現為：CK>T1>T2>T3，CK處理分別比T1、T2、T3處理高出45.82%，50.91%，53.59%。果實成熟與采摘期不同處理株高表現為：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。其中開花和果實膨大期莖粗增長速率最快。苗期各處理莖粗表現為：CK>T2>T1>T3，CK處理分別比T1、T2、T3大32.43%、10.42%、37.54%。開花和果實膨大期莖粗先表現為：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，莖粗大小順序為：T2>CK>T3>T1，T2處理分別比CK、T3、T1大17.94%、24.85%、28.62%。進入果實成熟與采摘期后，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為：CK>T3>T2>T1，CK處理分別比T1、T2、T3大33.68%、10.07%、8.08%。進入開花和果實膨大期后大小順序先表現為：CK>T2>T3>T1，CK處理分別比T1、T2、T3大62.8%、35.2%、54.4%；5月9日后大小順序為：T2>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

分析上述生長指標變化原因為：苗期結束進入開花和果實膨大期后，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濃度值呈現與光合速率值相反的變化關系。上述指標變化關系表明T2處理植株生理活動最旺盛，最有利于光合作用合成有機物，從而保證產量。

表2 不同處理的生理指標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

在開花和果實膨大期測量了4次葉綠素含量，結果見圖5。第1次測量結果為：CK>T2>T3>T1，第2次測量結果為：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次測量結果為：T2>CK>T3>T1，第4次測量結果為：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，T2處理對番茄葉綠素光合酶活性表現優勢更明顯。

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 不同處理對產量和灌溉水利用效率的影響

2016年5月26日開始采摘，產量統計數據截止到2016年7月9日，見表3。從表3可知，不同處理產量表現為T2>CK>T3>T1，T2分別比CK、T1、T3高12.67%、20.76%、23.06%。平均單果質量表現為T2>T1>T3>CK，T1、T2、T3分別比CK高：39.95%、47.88%、44.2%。果實個數大小順序為：CK>T2>T3>T1，CK分別比T1、T2、T3高47.62%、29.17%、55%。根據產量及相應灌溉耗水量，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、營養品質、口感等3個角度選取6個指標對各處理綜合品質進行評價比較，具體為：①果實外觀：裂果占總果數百分比；②營養品質：可溶性固形物含量、VC含量、可溶性總糖含量、有機酸含量；③口感：糖酸比。各處理品質指標結果見表4。

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

表4 不同處理品質指標Tab.4 Quality indexes of different treatments

裂果嚴重影響番茄外觀，進而影響其品質，從表4可以看出，CK處理裂果數占總果數百分比最大，和微潤灌3個處理差異顯著；結合試驗過程并與園藝專家探討，分析其原因可能為：在土壤缺水進行灌水時，地面自流灌供水前后土壤含水率短時間內變化較大，導致植株根部吸水速率較大，通過莖部向果實輸送水分速率也過快，導致果實內部和表皮膨大速率不一致，這是導致番茄果實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，大大降低了裂果發生比率。可溶性固形物含量、Vc含量都是T2、T3處理最大，和其他2個處理差異顯著。可溶性糖含量值、糖酸比值都是T2處理最大，和其他3個處理差異顯著。有機酸含量CK處理最大，和微潤灌3個處理差異顯著。

根據表4指標值，運用綜合評價方法，對各處理品質進行綜合評價：①先分別應用G1法(序關系分析法)和熵值法確定各指標主觀權重和客觀權重，再運用綜合集成賦權法[11]對6個指標權重進行綜合權重值確定。②應用標準化處理法[11]對指標值進行標準化處理。③采用線性加權和[11]方法計算綜合評價值。最后得各處理品質綜合評價值結果為：T1=70.23；T2=79.62； T3=76.17；CK=62.58，排序結果為：T2>T3>T1>CK。

3 討 論

本實驗中不同埋深對番茄生長具有較大的影響，進入開花與果實膨大期后，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、葉肉細胞生化活動以及保衛細胞的運動，進而影響植株的蒸騰速率和光合速率及葉綠素 含量等，最終影響果實產量和品質，本研究植株生理指標結果均為T2處理最優。微潤灌3個處理平均單果質量均大于CK，且T2的平均單果質量、產量均高于T1、T3及CK；但CK處理果實個數最多，產量大于T1、T3，分析其原因，可能為：在微潤管埋深過淺時(如T1)，可能會導致地表無效蒸發增大，影響植株對水分的吸收；埋深過大時(如T3)可能會導致水分深層滲漏增加，從而影響作物根系的發育和對水分的吸收進而影響產量；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量等結果和張子卓等[2]的不同，主要原因是采摘持續時間長短不同。

本研究所得T2處理生長指標、生理指標、產量、品質等最優，說明15 cm為本實驗所得最佳埋深。牛文全等[7]室內土箱模擬試驗，發現微潤帶最適埋深應為15～20 cm之間；張子卓等研究[2]也認為，最適宜番茄生長的微潤管埋深為15 cm，這和本研究結論相同。

4 結 論

(1)微潤管埋深為15 cm時，番茄株高、莖粗、葉面積等生長指標及光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、葉綠素含量等生理指標均優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量與平均單果質量影響不同，微潤管埋深為15 cm(T2)時，產量最高，其余依次為CK、T3、T1。平均單果質量表現為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，且水分供應量適宜，故微潤灌各處理番茄品質均優于地面自流灌，T2處理品質最優，其余依次是T3、T1、CK。

□

[1] 國 攀,薛 翔,宋時雨,等. 微潤灌溉技術的研究進展[J].湖北農業科學,2016,55(15):3 809-3 812.

[2] 張子卓,張珂萌,牛文全,等. 微潤帶埋深對溫室番茄生長和土壤水分動態的影響[J]. 干旱地區農業研究,2015,(2):122-129.

[3] 張珂萌,牛文全,汪有科,等. 微咸水微潤灌溉下土壤水鹽運移特性研究[J]. 農業機械學報,2017,(1):175-182.

[4] 呂 望,牛文全,古 君,等. 微潤管埋深與密度對日光溫室番茄產量及品質的影響[J]. 中國生態農業學報,2016,(12):1 663-1 673.

[5] 張國祥,申麗霞,郭云梅. 微潤灌溉條件下土壤質地對水分入滲的影響[J]. 灌溉排水學報,2016,(7):35-39.

[6] 朱燕翔,王新坤,程 巖,等. 半透膜微潤管水力性能試驗的研究[J]. 中國農村水利水電,2015,(5):23-30.

[7] 牛文全,張 俊,張琳琳,等. 埋深與壓力對微潤灌濕潤體水分運移的影響[J]. 農業機械學報,2013,(12):128-134.

[8] 薛萬來,牛文全,張子卓,等. 微潤灌溉對日光溫室番茄生長及水分利用效率的影響[J]. 干旱地區農業研究,2013,(6):61-66.

[9] 于秀琴,竇超銀,于景春. 溫室微潤灌溉對黃瓜生長和產量的影響[J]. 中國農學通報,2013,(7):159-163.

[10] 劉 浩,段愛旺,孫景生,等.基于Penman-Monteith方程的日光溫室番茄蒸騰量估算模型[J]. 農業工程學報,2011,27(9):208-213.

[11] 王書吉,費良軍,雷雁斌,等.綜合集成賦權法在灌區節水改造效益評價中的應用[J].農業工程學報，2008,24 (12)：48-51.