覆膜與水分控制對寧夏設施滴灌番茄產量與品質的影響

郭彬，莫彥，吳忠東*，張彥群，龔貽螣，龔時宏，王建東，李巧靈

覆膜與水分控制對寧夏設施滴灌番茄產量與品質的影響

郭彬1，莫彥2，吳忠東1*，張彥群2，龔貽螣3，龔時宏2，王建東4，李巧靈2

（1.山東理工大學 農業工程與食品科學學院，山東 淄博 255049；2.中國水利水電科學研究院 水利研究所，北京 100048；3.中資海外咨詢有限公司，北京 100048；4.中國農業科學院 農業環境與可持續發展研究所，北京 100081）

【】探索寧夏設施滴灌番茄覆膜的效果和適宜的灌溉制度，為寧夏地區設施滴灌番茄節水高產種植提供理論依據。通過2 a試驗，在覆膜（M）與不覆膜（NM）條件下，設定4種水分控制水平，灌水頻率為7~10 d，W1、W2和W3處理的灌水上限分別為100%（田間持水率）、80%和70%，以當地灌水量為對照（CK，灌水上限為123%），研究了覆膜和水分控制對設施滴灌番茄生長、產量、品質與水分生產效率的影響。番茄株高和莖粗在苗期―開花坐果期生長迅速，受覆膜處理影響顯著（<0.01），受水分控制影響不顯著（＞0.05）。隨著灌水量的增加，番茄產量先增加后降低，W2M處理的產量和水分生產效率均為最大值，分別為89 844.88 kg/hm2和502.5 kg/（hm2·mm），相比覆膜CK分別增加21.4%和63.7%。相比于不覆膜處理，覆膜番茄產量平均增加18.1%，差異達到顯著水平（<0.05），其還原性維生素C和可溶性固形物量分別提高28.9%和22.8%（<0.05）。覆膜和水分控制均對番茄還原性維生素C量、可溶性固形物和可溶性總糖量的影響達到顯著水平（<0.01），覆膜處理還對可滴定酸量和糖酸比的影響達到顯著水平（<0.05）。對于寧夏設施滴灌番茄，采用覆膜栽培與80%的灌水上限可以獲得較高產量和較好品質。

覆膜；滴灌；灌水上限；產量；番茄品質

0 引 言

【研究意義】2019年我國農業灌溉用水量占全國總用水量的61.4%[1]，水資源的過度消耗嚴重制約著中國特色現代化農業的建設，為此，我國近年來積極推進節水灌溉技術。截至2019年，我國發展節水灌溉面積3 427萬hm2，占總灌溉面積的46.3%，其中微灌面積628萬hm2，居世界第一[1]。到2018年，我國設施蔬菜種植面積為390萬hm2，其中設施番茄占比超過19.7%[2]。【研究進展】滴灌可以促進番茄根系生長發育，提高水肥利用效率[3]。相比于畦灌，滴灌番茄可顯著降低土壤CO2累積排放量，有利于土壤有機質的積累[4]。大量研究表明，番茄產量和品質受灌溉制度的影響十分顯著[5-6]。在溫室基質滴灌栽培條件下，櫻桃番茄產量和水分生產效率隨灌水量的增加而先增加后降低，當灌水頻率為4 d/次，總灌水量為306 mm時的產量最大[7]。張志云等[8]發現灌水頻率對番茄產量和水氮淋失影響不顯著，但番茄灌水頻率為6 d/次時，番茄獲得最高產量，硝態氮淋失量明顯降低。

維生素C量、可溶性固形物量、可溶性糖量等是衡量番茄品質的重要指標。在壤土條件下，番茄糖酸比隨灌水下限的增大而增大，而可溶性固形物量、可溶性糖量、維生素C量和可溶性蛋白量隨灌水下限的增大而減小[9]。在番茄不同生育階段適宜的灌水下限能改善果實品質。王文娟[10]通過膜下滴灌番茄試驗發現，將苗期和開花坐果期的土壤水分控制在70%～80%有利于番茄品質提高，在結果后期，適當的水分虧缺有利于可溶性蛋白量的積累。Du等[11]研究發現適當的水分虧缺能提高番茄產量和改善果實品質，當灌水量為75%標準蒸發皿蒸發量時，番茄的產量、番茄紅素量與可滴定酸量最大。

覆膜可以顯著提高作物產量和水分利用效率[12-14]，在大田滴灌糧食作物中的應用十分廣泛。對于設施蔬菜，王京偉等[15]在陜西楊凌的試驗研究表明覆膜滴灌甜瓜的產量較不覆膜滴灌甜瓜能顯著提高29.3%；王樂等[16]的研究表明，覆膜滴灌番茄的產量和水分生產效率比不覆膜滴灌番茄分別顯著提高了2.9%和21.7%。

【切入點】在寧夏地區，滴灌技術在設施番茄中應用比例較大，但滴灌條件下的大水大肥管理模式仍十分普遍[17]，不僅增加了生產成本，造成番茄減產和品質下降，還會造成水資源浪費和地下水污染等生態問題，而且地膜覆蓋栽培設施蔬菜增產效應的相關研究成果較少，種植大戶對是否進行覆膜栽培蔬菜存在爭議，因此，設施滴灌番茄是否需要覆蓋地膜值得研究。【擬解決的關鍵問題】本試驗通過比較覆膜與不覆膜條件下，不同水分控制對番茄的生長、產量、品質以及水分生產效率的影響來獲得合理高效的設施滴灌番茄栽培管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年和2019年7―11月在寧夏中衛市的九晟農牧發展公司農業基地（東經105°6′49″，北緯37°28′13″，海拔1 233 m）進行，試驗地屬干旱、半干旱大陸性季風氣候和沙漠氣候，年平均氣溫5.3～9.9 ℃，日照時間2 250～3 100 h，無霜期105～163 d，年均降水量166.9～647.3 mm，蒸發量1 312～2 204 mm。試驗所用溫室為全鋼架結構，東西走向，坐北朝南，長85 m，寬11.5 m，頂部覆蓋聚乙烯薄膜和保溫棉被，保溫棉被由自動卷簾機控制，棚內設置有溫濕度傳感器。試驗地土質為壤土，0～80 cm土壤平均體積質量為1.53 g/cm3，平均田間持水率為31.03%（體積含水率），土壤全氮為1 560 mg/kg、銨態氮為10.62 mg/kg、硝態氮為59.08 mg/kg、有效磷為63.05 mg/kg、速效鉀為227.80 mg/kg、有機質質量分數為22 540 mg/kg和pH值為8.25。

1.2 試驗設計

試驗設置覆膜和水分控制2個處理。覆膜處理包含覆膜（M）和不覆膜（NM）處理。考慮覆膜對田間小氣候影響顯著[18-19]，一個大棚設置2種覆膜方式不利于區分覆膜對微環境與作物生長的影響，因此同一大棚只能設置1種覆膜處理。受客觀條件限制，2018年開展不覆膜處理試驗，2019年在相同大棚中開展覆膜處理試驗。

水分控制包含高水（W1）、中水（W2）、低水（W3）處理和1個對照（CK），每個處理包括3個重復（R1、R2、R3）。W1處理的灌水上限為100%，W2處理的灌水上限為80%，W3處理的灌水上限為70%，CK為當地常用的滴灌灌溉制度（灌水上限為123%）。灌水頻率根據試驗地區常用灌水間隔設置，在番茄苗期，灌水頻率為7 d/次，在開花坐果期―結果后期，灌水頻率為10 d/次。2018年，只在番茄苗期和開花坐果期進行了4次灌水處理，從定植后36 d，各處理灌水量相同。試驗將番茄全生育期劃分為4個階段：苗期（2018年7月13日―8月3日，2019年7月2―23日）、開花坐果期（2018年8月3日―9月12日，2019年7月23日―9月4日）、結果盛期（2018年9月12日―10月19日，2019年9月4日―10月12日）和結果后期（2018年10月19日―11月13日，2019年10月12日―11月10日），從番茄定植到采摘結束，各處理的灌水量見表1。

表1 各處理灌水量

試驗番茄品種選用粉印3號，采用南北向壟上種植模式，壟寬110 cm，高15 cm，每壟種植2行番茄，番茄種植行距30 cm，株距50 cm，每行番茄布置1條滴灌帶供水，滴灌帶（雨潤農業節水灌溉制造有限公司，寧夏）為內鑲貼片式，滴頭流量2.8 L/h，壁厚0.2 mm，滴頭間距30 cm。在覆膜滴灌處理中，番茄采用黑白交替膜覆蓋，膜寬120 cm，厚0.012 mm（圖1）。試驗小區長11.5 m，寬3.9 m，每個處理設3個重復，共12個小區，每個小區的入口均安裝了閥門和水表。

圖1 番茄種植模式

1.3 測定項目和方法

1）土壤水分

每隔3 d以及每次灌水前和灌水24 h后用TRIME-PICO剖面土壤水分儀（IMKO，德國）監測土壤水分變化，測試深度為20、40和60 cm。每個處理均安裝3根TRIME管，TRIME管安裝在番茄株間。由于2018年只在番茄苗期和開花坐果期進行了灌水處理，從定植后36 d開始，沒有進行土壤水分監測，但在最后1次收獲結束后，測定了各層土壤含水率。

2）生長指標

每個小區選取3株具有代表性的番茄植株，在番茄苗期（2018年，定植后4 d；2019年，定植后2 d）和開花坐果期（2018年，定植后24 d；2019年，定植后21 d）測定番茄株高和莖粗。株高（地面至植株最高處）采用卷尺測定，莖粗（地面以上3 cm處）采用游標卡尺測定。

3）產量與品質

依據番茄實際成熟時間進行采摘，每次采摘果實后，將每個小區中間一壟成熟的果實全部摘取，采用電子秤（精度為5 g）稱質量，計算番茄總產量。

在2018年10月19日和11月11日，2019年9月28日和10月18日果實采摘時，選取每個處理小區中大小、硬度一致的果實3個，測定番茄還原性維生素C（2，6-二氯酚靛酚鈉滴定法）、可溶性固形物（ATAGO手持糖度計PR-32，Co. Ltd., Tokyo，Japan））、可溶性總糖（硫酸蒽酮法）和可滴定酸度（NaOH滴定法）[20]。

4）水分生產效率和灌溉水水分利用效率

水分生產效率與灌溉水水分利用效率計算式為：

ET=，（1）

I=，（2）

式中：ET為作物水分生產效率（kg/（hm2·mm））；為作物生育期耗水量（mm）；為番茄總產量（kg/hm2）；I為灌溉水水分利用效率（kg/（hm2·mm））；為作物生育期灌溉水量（mm）。

作物耗水（）采用水量平衡方程計算：

Δ，（3）

式中：為降雨量（mm），溫室大棚無自然降雨，=0；為灌溉水量（mm）；Δ為生育期前和生育期結束后0～60 cm土層蓄水量變化值（mm）；為地表徑流量（mm），本試驗區域無地表徑流，=0；為全生育期內該時間段的地下水補給量（mm），本試驗區域內平均地下水埋深2.55 m，可忽略地下水補給，=0。

1.4 數據處理

顯著性分析采用SPSS 18.0統計軟件進行分析。變化趨勢圖采用Microsoft Excel 2016與Origin 2017進行制作。

2 結果與分析

2.1 土壤含水率

覆膜和不覆膜滴灌番茄在0～20、20～40 cm和40～60 cm土層的土壤體積含水率變化曲線如圖2所示，由圖2可以看出，各層土壤含水率隨著灌水量增大而增大。隨著生育期的進行，土壤含水率均呈逐漸減小的趨勢。

0～20 cm土層，覆膜處理的土壤含水率變化幅度較小，與不覆膜處理相比，番茄全生育期平均土壤含水率提高了1.4%～12.0%；20～40 cm土層，各處理在番茄苗期土壤含水率無明顯差異，當番茄進入開花坐果期，土壤含水率呈下降趨勢，各處理間土壤含水率差異逐漸增大；40～60 cm土層，各處理土壤含水率在番茄苗期和開花坐果期基本趨于穩定狀態，當番茄進入結果盛期后，土壤含水率逐漸下降。

表2 設施滴灌番茄株高與莖粗

注 同一列中不同字母分別表示處理間差異顯著（＜0.05）；*表示=0.05上水平差異顯著；**表示=0.01上水平差異顯著；NS表示差異不顯著（LSD法）。下同。

2.2 番茄株高與莖粗

番茄苗期和開花坐果期生理指標如表2所示。由表2可知，苗期W2NM處理株高較CKNM處理增加了7.4%，W1NM處理莖粗較CKNM處理增加了8.8%，但與其他處理差異均不顯著（＞0.05），CKNM處理在開花坐果期的株高和莖粗最大，莖粗顯著高于其他處理（<0.05）；覆膜滴灌番茄在苗期株高，開花坐果期株高和莖粗均隨著灌水上限的增加而增大，與CK相比，W1處理苗期株高增加了6.1%，開花坐果期株高和莖粗均增加了3.3%。

覆膜對番茄苗期和開花坐果期的株高影響顯著（＜0.01），其余指標受覆膜與水分控制的影響不顯著（＞0.05）。W2NM和W3NM處理株高在苗期較W2M和W3M處理分別提高了15.9%和17.5%，在開花坐果期株高提高了26.3%和27.6%（＜0.05）。W1M處理在開花坐果期的莖粗比W1NM處理提高了19.2%，且差異達到顯著水平（＜0.05）。

2.3 番茄產量、耗水量與水分生產效率

番茄產量和水分利用效率如表3所示。由表3可以看出，相比于不覆膜處理，覆膜滴灌番茄產量平均提高了18.1%。番茄產量隨灌水量的增加呈先增加后降低的趨勢，不覆膜滴灌番茄W2NM處理的產量最高，較W3NM、W1NM和CKNM處理分別增加5.1%、7.7%和15.9%，但差異不顯著（＞0.05）；覆膜滴灌番茄W2M處理的產量最高，較W3M和W1M處理分別增加8.5%和11.7%，均無顯著性差異，但與CKM處理相比，W2M處理的產量顯著提高了21.4%（＜0.05）。

番茄耗水量隨灌水量的增加呈遞增趨勢，且CK顯著高于W2和W3處理（＜0.05）。在相同水分控制下，覆膜處理的耗水高于不覆膜處理，但差異不顯著（＞0.05）。

番茄水分生產效率（ET）和灌溉水水分利用效率（I）受水分控制影響顯著（＜0.05），ET和I隨灌水量的增加呈遞減趨勢。相比于CKNM處理，W3NM處理的ET和I分別顯著提高了79.6%和83.1%（＜0.05）；W2M處理的ET為502.5 kg/（hm2·mm），相比于CKM處理，W2M處理的ET顯著提高了63.7%，W3M處理的I顯著提高了112.6%（＜0.05）。與不覆膜處理相比，覆膜滴灌番茄的ET較高，但差異不顯著（＞0.05）。對于I，覆膜處理高于不覆膜處理，W2M和W3M處理較W2NM和W3NM處理的I分別顯著提高了36.5%和41.6%（＜0.05）。

2.4 番茄品質

番茄品質指標如表4所示。由表4可知，不覆膜滴灌番茄還原性維生素C量、可溶性總糖量和糖酸比隨灌水量增加逐漸降低，W3NM處理的還原性維生素C比其他處理顯著提高了6.3%～29.7%（＜0.05）；W3NM處理的可溶性總糖量比W1NM和CKNM處理分別顯著提高了12.3%和21.0%（＜0.05）；不同水分控制間的糖酸比差異沒有達到顯著性水平（＜0.05）。番茄可溶性固形物量隨灌水量增加而先增加后降低，W2NM處理的可溶性固定物量比W1NM和CKNM處理顯著提高了8.9%和16.8%（＜0.05），與W3NM處理差異不顯著（＞0.05）。番茄可滴定酸量CKNM處理為0.47%，比其他處理顯著增加了23.7%～27.0%（＜0.05）。

表4 番茄品質指標

覆膜滴灌番茄還原性維生素C量和可溶性總糖量隨灌水量增加逐漸降低，W3M處理的還原性維生素C量和可溶性總糖量分別比CKM處理顯著提高19.0%和19.4%（＜0.05）。W2M處理番茄可溶性固形物量和糖酸比分別比CKM處理提高了12.3%和8.5%，其中，可溶性固形物量的差異達到顯著水平（＜0.05）。

覆膜滴灌番茄的還原性維生素C量和可溶性固形物量分別比不覆膜處理平均提高了28.9%和22.8%，且差異達到顯著性水平（＜0.05）；覆膜滴灌番茄的可溶性總糖量比不覆膜處理增加了4.2%～8.2%，在CK和W3處理的差異達到顯著性水平（＜0.05）；相比于不覆膜處理，覆膜滴灌番茄的可滴定酸量平均降低了37.0%，二者在CK和W2處理的可滴定酸量差異達到了顯著水平（＜0.05）；與不覆膜處理相比，覆膜滴灌番茄的糖酸比平均提高了48.9%，相比于CKNM處理，CKM處理的糖酸比顯著提高了93.1%（＜0.05）。

3 討 論

水分控制對番茄在苗期和開花坐果期的株高和莖粗影響不顯著，與張新燕等[21]試驗結果相似。覆膜對番茄生育前期株高影響顯著，劉偉等[22]認為膜下滴灌可以改善土壤溫度和水分條件，提供了有利于作物苗期生長的土壤水、熱環境。王麗娟等[23]發現以當地水肥施用量為CK進行水肥減量會造成減產，當水肥減少20%時番茄減產最少且品質最好，而李耀霞等[24]認為，80%的灌水上限可促進番茄增產15.4%，節水54.9%。本試驗發現，在相同覆膜條件下，3種灌溉處理（W1、W2、W3）對應的番茄產量差異不顯著，但W2灌水處理的產量與ET均為最高值，這可能是由于地區水肥施用量不同、番茄品種等原因導致[23]。

灌水量大帶來的稀釋作用[25]使番茄果實中的還原性維生素C量降低，這也是本研究中還原性維生素C與灌水量呈反比的原因，與洪霞[26]關于溫室番茄產量-品質-環境效應組合評價模型構建及其水肥效應的研究中得出的維生素C與灌水量呈負相關關系的結論一致。適宜的虧水能提高番茄果實中蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性，降低酸性轉化酶和中性轉化酶的活性，促進蔗糖的合成并抑制其分解[27]，因此，本研究中W2M處理的番茄可溶性總糖量和糖酸比最大。在一定范圍內，水分虧缺有利于番茄可溶性固形物的積累，但同時也會增加可滴定酸量[9]，類似的，本研究中番茄可滴定酸量為W3處理最大，控制灌水上限后的番茄可溶性固形物量比當地常用的滴灌制度得到顯著提高。

對于大田玉米滴灌，覆膜能顯著減少土壤蒸發量，同時由于產量提高會增大作物蒸騰量，故覆膜與不覆膜滴灌的作物耗水量相差不大，覆膜滴灌作物耗水量甚至略高于不覆膜處理[18]。對于設施番茄，相比于不覆膜處理，覆膜滴灌番茄的土壤蒸發減小幅度低于大田條件，而16.1%～21.5%的增產表明番茄蒸騰量提高了，故本試驗中，覆膜滴灌番茄的耗水量高于不覆膜處理，但覆膜條件下的ET與I仍然高于不覆膜處理。由于覆膜可以提高土壤溫度，形成良好的水肥條件，促進土壤養分的釋放，提高土壤酶活性和植物根系活力[28]，故番茄還原性維生素C量、可溶性固形物量、可溶性總糖量和糖酸比也均得到顯著提高（＜0.05）。

4 結 論

1）覆膜處理可有效提高土壤表層含水率，各灌水處理含水率表現為CK＞W1處理＞W2處理＞W3處理。覆膜后番茄產量、ET和I顯著提高，產量和ET在W2灌水處理達到最大。

2）減少灌水量并覆膜可有效改善番茄品質。覆膜條件下番茄還原性維生素C、可溶性固形物、可溶性糖量和糖酸比均顯著高于不覆膜處理，W2M處理的可溶性固形物量和糖酸比最大。

3）對于寧夏地區設施番茄種植，綜合考慮ET、產量和品質指標，番茄在覆膜條件下，設置80%灌水上限可獲得較高產量和較好的品質。

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Combined Effects of Film Mulching and Water-controlled Drip Irrigation on Yield and Quality of Facility-cultivated Tomato in Ningxia

GUO Bin1, MO Yan2, WU Zhongdong1*, ZHANG Yanqun2, GONG Yiteng3,GONG Shihong2, WANG Jiandong4, LI Qiaoling2

(1. School of Agricultural Engineering and Food Science, Shandong University of Technology, Zibo 255049, China;2. Department of irrigation and Drainage, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100048, China;3. CIECC Overseas Consulting Co., Ltd, Beijing 100048, China; 4. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 10004, China)

【】Tomato is a vegetable grown widely across Ningxia in greenhouses with the soil mulched. Drip irrigation is the main irrigation for greenhouse crops, but excessive irrigation is common resulting in not only water waste but also environmental contamination due to agrochemicals leaching. Increasing water use efficiency and reducing detrimental impact of the mulching film is hence critical to sustaining tomato production in Ningxia.【】The purpose of this study was to find an optimal drip-irrigation scheduling and film mulching in attempts to provide guidance for improving water use efficiency while in the meantime increasing yield of the greenhouse tomato in Ningxia.【】A two-year experiment was conducted in a solar greenhouse with the soil either not mulched (M) or mulched (NM) with plastic film. Added to these were three irrigation levels by keeping the soil moisture at 100% (W1), 80% (W2) and 70% of the field capacity respectively, with the irrigation used by local farmers (123% of the field capacity) taken as the control (CK).【】It was the film much rather than the irrigation amount that affected the growth of plant height and stem diameter from seedling stage to flowering and fruit setting stage at significant level (<0.01). With an increase in irrigation amount, the tomato yield increased first followed a decline. The yield and water use efficiency of W2M were 89 844.8.8 kg/hm2and 502.5 kg/(hm2·mm) respectively, up 21.4% and 63.7% respectively from CKM. Compared with not mulching, mulching increased the average yield by 18.1%, reductive vitamin C and soluble solid content by 28.9% and 22.8% respectively, all at significant level (<0.05). The combined effect of water control and film mulch on reductive vitamin C, soluble solids and total soluble sugar was significant at<0.01, and the effect of film mulching on titratable acid and sugar acid ratio was significant at<0.05. Compared with CK, W3increased the total soluble sugar content and the sugar acid ratio by 4.2%~8.2% and 48.9% respectively, both at significant level (<0.05), while reducing the titratable acid content by 37%. W2M increased the soluble solid content and the sugar acid ratio most, by 12.3% and 8.5% respectively, compared to CK. Film mulching also affected soluble sugar and soluble acid content at significant level (<0.05).【】Our two-year experiment showed that keeping the soil moisture not exceeding 80% of the field capacity using drip irrigation with the soil mulched was most effective to increase yield and quality of the greenhouse tomato in Ningxia.

film mulching; drip irrigation; tomato; yield and fruit quality; greenhouse

S641.2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2020525

1672 - 3317（2021）03 - 0048 - 08

郭彬, 莫彥, 吳忠東, 等. 覆膜與水分控制對寧夏設施滴灌番茄產量與品質的影響[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(3): 48-55.

GUO Bin, MO Yan, WU Zhongdong, et al. Combined Effects of Film Mulching and Water-controlled Drip Irrigation on Yield and Quality of Facility-cultivated Tomato in Ningxia[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(3): 48-55.

2020-09-20

水利部技術示范項目（SF-201802）；國家自然科學基金項目（51909276）；中國水科院基本科研業務費項目（ID0145B602017）

郭彬（1996-），男，山東濰坊人。碩士研究生，主要從事節水灌溉理論與新技術研究。E-mail: wy393966534@163.com

吳忠東（1968-），女，山東淄博人。副教授，博士，主要從事劣質水灌溉及環境效應研究。E-mail: wuzhongdong@126.com

責任編輯：陸紅飛