工业番茄适宜土壤含水率下限研究

张娜; Na ZHANG

中国农村水利水电 ›› 2021 ›› (3) : 108-111.

农田水利

工业番茄适宜土壤含水率下限研究

张娜

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Research on Lower Limit of Soil Moisture Content Suitable for Industrial Tomato

Na ZHANG

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摘要

为研究新疆不同土壤含水率下限对工业番茄生长、耗水量产量及水分生产率的影响，以工业番茄为研究对象，进行测坑试验，开展了膜下滴灌模式下的工业番茄试验。试验表明：工业番茄的灌水次数和总灌水量随着土壤含水率下限的增大而变大。在计划湿润层设置为固定的40 cm深时，灌水定额随土壤含水率下限的降低而增加。工业番茄的株高、叶面积指数和叶绿素含量在生育期内呈先增后减的变化趋势，工业番茄生理指标适宜的土壤含水率下限为65%，对应的耗水量为405.0 mm，灌水次数为7次，灌水定额为57.8 mm。

Abstract

In order to study the effects of different lower limits of soil water content on the growth， water consumption， yield and water productivity of industrial tomatoes in Xinjiang province，a pit test is carried out with industrial tomatoes as the research object. The results show that the irrigation times and total irrigation number of industrial tomatoes increase with the increase in the lower limit of soil water content. When the planned wet layer is set to a fixed depth of 40 cm， the irrigation quota increases with the decrease in the lower limit of soil moisture content. Plant height， leaf area index and chlorophyll content of industrial tomatoes increase first and then decrease during the growth period. The lower limit of soil moisture content suitable for industrial tomatoes physiological indexes is 65%， corresponding water consumption was 405.0 mm， irrigation times are 7， and irrigation quota is 57.8 mm.

关键词

膜下滴灌 / 工业番茄 / 土壤含水率下限 / 灌水定额 / 生理指标

Key words

submembrane drip irrigation / industrial tomatoes / lower limit of soil water content / irrigation quota / physiological indexes

基金

新疆水利科技专项(2018G08)

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张娜. 工业番茄适宜土壤含水率下限研究[J].中国农村水利水电, 2021(3): 108-111

Na ZHANG. Research on Lower Limit of Soil Moisture Content Suitable for Industrial Tomato[J].China Rural Water and Hydropower, 2021(3): 108-111

土壤含水率的大小与作物的生长有着密切的关系^［1］，适宜的土壤含水率下限，是作物形态指标、生理指标和产量等不出现明显下降时的土壤水分含量的最低值。土壤含水率下限决定着灌水起始时间、灌水量及灌水次数等灌溉制度指标，而合理的灌溉制度可为干旱区水资源节约、保护和高效利用提供科学依据。在作物某些发育时期，减少土壤水分，诱导轻度到中度水分胁迫，可避免植株旺长，改变植株体内养分的分配，使同化物从营养器官向生殖器官转移，当水分胁迫解除后作物通过外部形态的改变和生长速度的调整而对水分变动环境做出响应^［2］。杨昊晟研究表明：滴灌条件下，当灌水上限一定时，适当降低灌水下限利于将水量更多控制在计划湿润层以内，减少潜在浪费^［3］。也有专家研究了河西绿洲灌区，垄作小麦适宜土壤水分下限为田间持水量的70%^［4］；春玉米^［5］及夏玉米^［6］拔节-抽雄期-灌浆期土壤水分下限为田间持水率的70%和75%。国内外学者对不同气候类型区一年生作物的土壤水分下限条件下滴灌水稻^［7］、甘草^［8］、线辣椒^［9］、甜瓜^［10］、红掌^［11］、茼蒿^［12］、黄瓜^［13］等作物的光合生理指标、产量和品质影响及其调控机理，研究较多，基于干旱区适宜土壤含水率下限工业番茄的灌溉制度研究文献较少。文章以新疆准噶尔盆地南缘区的工业番茄为研究对象，通过测坑试验，研究了不同土壤含水率下限对工业番茄生长、耗水量产量及水分生产率的影响，初步确定适宜的土壤含水率下限，以期为灌区用水管理、水资源规划以及作物结构调整提供理论依据和科学数据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在新疆维吾尔自治区灌溉中心试验站进行，该站地处准噶尔盆地南缘区，地理位置为东经87°18′，北纬44°01′，海拔高度565 m。试验站所在区域属干旱性气候，多年平均降水量181.7 mm，蒸发量1 739.1 mm，年平均气温13.1 ℃。土壤类型为中-轻壤土，地下水埋深大于4.5 m。试验在有底廊道式测坑中进行，每个测坑面积6.67 m²（3.3 m×2 m），测坑周围设保护带，测坑上部安装防雨棚。工业番茄种植模式为膜下滴灌，供试品种为利丰早熟，系当地主栽品种，其他农艺管理措施与当地大田生产保持一致。

1.2 试验设计

试验以土壤含水率下限为唯一试验因素，设置4个水平，分别为田间持水率（θ_fc ）的45%、55%、65%和75%，分别用I45、I55、I65和I75表示；当计划湿润层（40 cm）的平均土壤含水率降到设定的下限值时进行灌溉，灌水定额为灌至田间持水量所需的水量。每个处理设置3个重复，且各重复独立进行，试验采用完全随机区组法设计与实施，在12个测坑中进行。每个测坑中种植8行番茄，行距20 cm，株距30 cm；每个测坑同时布置4条滴灌带，间距60 cm。

1.3 试验观测项目与方法

（1）田间持水率和土壤含水率测量。试验在测坑中地面下10 cm至120 cm处每隔10 cm的深度方向布置一个土壤水分传感器，测量各层土壤含水率的变化，由自动监测分析系统计算其平均值来判断当前土壤含水率是否处在田间持水率和含水率下限之间，低于含水率下限时进行灌溉，达到田间持水率即停止灌溉，灌溉时间、灌溉次数和灌水定额由土壤含水率下限来控制。

在工业番茄播种前测量测坑田间持水率，田间持水率测定方法为围框淹灌法^［14］，灌水之后当10 cm和30 cm土壤水分传感器测量的含水率的平均值稳定之后，即为田间持水率，并计算各处理的土壤含水率下限值，12个测坑测定的田间持水率和相应含水率下限值见表1。

表1 测坑田间持水率测定值和含水率下限 (%)

Tab.1 Measured value of water holding rate and lower limit of moisture content in measured pits

处理	重复	田间持水率	含水率下限
I45	A	39.62	17.83
	B	39.32	17.69
	C	39.94	17.98
I55	A	40.37	22.20
	B	37.28	20.51
	C	41.09	22.60
I65	A	38.07	24.75
	B	41.42	26.92
	C	41.53	27.00
I75	A	39.29	29.47
	B	39.40	29.55
	C	41.54	31.16

注：滴灌试验作物根系主要分布在滴灌水量渗透区域，因此监测土壤含水率达到上限的土层深度取40 cm。其余土层含水率变化通过设备测量并计算。A、B、C表示重复处理。

（2）灌水量的测量。土壤含水率降至土壤含水率下限时，开始灌水，增大到田间持水率时，停止灌水。期间灌水量由仪器自动记录。

（3）工业番茄蒸发蒸腾量计算方法。

工业番茄耗水量通过水量平衡公式计算：

ET=P+W+K-C-ΔS（1）

式中：P为有效降雨量，mm；W为灌水量，mm；K为未灌溉条件下的地下水补给量，mm；C为深层渗漏量，mm；ΔS为土壤储水量的变化量，mm。在有底测坑和防雨棚的条件下，P和K都没有发生，因此按0计。经观测，无深层渗漏，C值为0。

故式（1）可以写成：

ET=W-ΔS-C（2）

（4）灌水量与产量关系。目前以全生育期灌水量为变量的作物水分生产函数分为两种^［15］，试验中灌溉水源充足，管理水平较高，故采用抛物线模型，抛物线模型公式为：

Y=a+bW+cW² （3）

式中：Y为作物的实际产量，kg/hm²；W为作物生育期的灌水量，mm；a、b、c为经验系数，可以通过实验资料来确定。

（5）作物水分利用效率。作物水分利用效率（WUE）计算方式为：采用作物产量Y与作物灌溉水量W的比值即：

WUE=Y/W（4）

式中：WUE为作物水分生产利用效率，kg/m³；Y为作物全生育期的产量，kg/hm²；W为全生育期的灌水量，m³/hm²。

2 结果分析

2.1 不同处理的实际灌水情况

不同土壤含水率下限处理的工业番茄实际灌水情况见表2。土壤含水率下限为45%～75%时，灌水次数为3～11次，耗水量为88.0～54.4 mm，实际灌水量为264.0～641 mm。

表2 不同土壤含水率下限处理的工业番茄实际灌水量 (mm)

Tab.2 Irrigation systems for industrial tomatoes treated with different lower limits of soil moisture content

处理	灌水时间	耗水量	实际灌水量
I45	播种-出苗1次，幼苗-始花座果1次，始花座果-结果1次	88.0	264.0
I55	播种-出苗1次，出苗-幼苗1次，幼苗-始花座果1次，始花座果-结果2次	75.0	375.0
I65	播种-出苗1次，出苗-幼苗1次，幼苗-始花座果1次，始花座果-结果4次	57.8	405.0
I75	播种-出苗1次，出苗-幼苗2次，幼苗-始花座果2次，始花座果-结果7次	54.4	641.0

由表2可知，工业番茄的实际灌水量随着设定的土壤含水率下限的提高而增加，依次为I75＞I65＞I55＞I45。

2.2 不同土壤含水量下限对作物生长的影响

根据工业番茄的灌溉试验，统计出生育期动态指标，汇总于表3。

表3 工业番茄生育期动态指标统计表

Tab.3 Statistical table of dynamic indicators of growth period of industrial tomatoes

下限	不同阶段作物生育动态指标
	苗期			开花期			结果期			成熟期
	株高	叶面积指数	叶绿素	株高	叶面积指数	叶绿素	株高	叶面积指数	叶绿素	株高	叶面积指数	叶绿素
I45	10	0.02	25	42	0.39	33	46	0.42	35	43	0.35	30
I55	10	0.03	26	53	0.48	36	55	0.53	38	52	0.46	33
I65	11	0.03	27	65	0.53	40	68	0.57	41	66	0.52	37
I75	11	0.03	26	65	0.52	39	67	0.56	40	65	0.50	35
平均	10.5	0.03	26	56	0.48	37	59	0.52	38.5	57	0.45	34

注：叶绿素相对值无量纲，以SPAD表示。

由表3可知，作物株高、叶面积指数和叶绿素随着土壤含水率下限的提高呈抛物线变化，I45处理在整个生育阶段表现为缺水状态，其株高、叶面积指数和叶绿素是4个处理中最小的，其余3个处理生长状态正常，且I65处理各项指标平均值最高，依次为I65＞I75＞I55＞I45。

2.3 土壤含水量下限对耗水过程、耗水量和产量的影响

根据工业番茄的灌溉试验，统计出不同处理的灌水量和相应的产量，汇总于表4，其中的耗水量ET值根据式（2）计算得出。

表4 不同处理下的灌水情况及产量和水分利用效率

Tab.4 Irrigation situation, yield and water use efficiency under different treatments

序号	灌水量W/ mm	灌水次数/ 次	产量Y/ (kg·hm^-2)	水分利用效率 WUE/(kg·m^-3)
S1	264.0(I45)	3	93 900.0	35.55
S2	375.0(I55)	5	147 105.0	39.41
S3	405.0(I65)	7	165 240.0	40.77
S4	641.0(I75)	12	144 480.0	22.52

由表4可知，I45处理工业番茄平均灌水次数为3次；I55处理工业番茄平均灌水次数为5次；I65处理工业番茄平均灌水次数为7次；I75处理工业番茄平均灌水次数为12次，可见设定的土壤含水率下限越高，灌水次数越多。

工业番茄的灌水量和耗水量会随着设定的土壤含水率下限的提高而增加，灌水越多耗水越多，这与王克全，程裕伟等学者研究的结论相一致^{［16，17］}。而灌水定额却出现相反的变化，土壤含水率下限越低，灌水定额越高。I45处理工业番茄平均灌水定额为88.0 mm；I55处理工业番茄平均灌水定额为75.0 mm；I65处理工业番茄平均灌水定额为57.8.0 mm；I75处理工业番茄平均灌水定额为53.4 mm。

工业番茄的产量与灌溉控制下限的大小呈现二次函数变化，4个处理由大到小依次为I65＞I55＞I75＞I45。I65处理产量最高，I45处理最低。水分利用效率WUE也表现出和产量与灌水量、土壤含水率下限的一样的变化规律，4个处理中工业番茄I65水分利用效率最大，I75最小。

2.4 土壤含水率下限与作物产量和水分利用效率的关系

根据表3中产量Y和灌水量W的统计数据，拟合出工业番茄的水分生产函数：

Y=-0.098 5 W²+98.20 W-12 847（5）

式（5）为工业番茄水分生产函数，图1中的图像对应于式（5），水分利用效率WUE的图像是根据实测值和式（5）的拟合值绘制。

**图1 作物产量Y、水分利用效率WUE和灌水量W的关系**

Fig.1 Relationship between crop yield Y, WUE and irrigation amount W

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作物产量的高低体现出水分的生产能力，而水分利用效率的高低体现出水分的利用效果。图1中工业番茄在不同点达到产量和水分利用效率的最大值，说明灌水时，水分的生产能力和水资源的利用效率不能同时达到最大，而适宜的土壤含水率下限要求兼顾两者。

图1中工业番茄两条曲线离得比较近，四个处理中表现出土壤含水率下限增高，水分利用效率和产量都增大的特点。水分利用效率I65最高，I75最低，依次为I65>I55>I45>I75，和I65比较降低率分别为3.3%、12.8%和44.7%；产量I65最高，I45最低，依次为I65>I55>I75>I55，和I65比较降低率分别为10.1%、12.5%和43.1%。考虑到工业番茄水分利用效率和产量两面的因素，土壤适宜的含水率下限初步定为55%~70%。

3 结论

通过不同土壤含水率下限对工业番茄生长、耗水量产量及水分生产率的影响研究，可以得到以下结论。

（1）工业番茄的株高、叶面积指数和叶绿素在生育期内呈先增大后减小的趋势，过低的下限（I45）无法满足作物的需水要求，影响作物的营养生长和生殖生长。工业番茄生理指标适宜的土壤含水率下限为55%～75%。

（2）工业番茄的灌水量、耗水量会随着土壤含水率下限的增大而增加，灌水越多耗水越多。灌水量和灌水次数随着土壤含水率下限的增大而变大，但灌水定额却出现相反的变化，土壤含水率下限越低，灌水定额越高。

（3）水分利用效率WUE表现出和产量与灌水量、土壤含水率下限的一样的变化规律，4个处理中工业番茄I65水分利用效率最大，I75最小。

（4）通过试验，初步确定工业番茄的适宜土壤含水率下限和适宜土壤含水率下限的耗水量：工业番茄的适宜土壤含水率下限为65%，对应的耗水量为405.0 mm，灌水次数为7次，耗水量为57.8 mm。灌水时间为播种-出苗1次，出苗-幼苗1次，幼苗-始花座果1次，始花座果-结果4次。后期通过开展工业番茄的长系列、多年分的灌溉试验，进一步研究灌溉制度。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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收稿日期	出版日期
2020-05-16	2021-03-15
发布日期
2021-04-07

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关键词

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基金

引用本文

1 材料与方法

1.1 试验区概况

1.2 试验设计

1.3 试验观测项目与方法

表1 测坑田间持水率测定值和含水率下限 (%)

2 结果分析

2.1 不同处理的实际灌水情况

表2 不同土壤含水率下限处理的工业番茄实际灌水量 (mm)

2.2 不同土壤含水量下限对作物生长的影响

表3 工业番茄生育期动态指标统计表

2.3 土壤含水量下限对耗水过程、耗水量和产量的影响

表4 不同处理下的灌水情况及产量和水分利用效率

2.4 土壤含水率下限与作物产量和水分利用效率的关系

**图1 作物产量Y、水分利用效率WUE和灌水量W的关系**

3 结论

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基金

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1 材料与方法

1.1 试验区概况

1.2 试验设计

1.3 试验观测项目与方法

表1 测坑田间持水率测定值和含水率下限 (%)

2 结果分析

2.1 不同处理的实际灌水情况

表2 不同土壤含水率下限处理的工业番茄实际灌水量 (mm)

2.2 不同土壤含水量下限对作物生长的影响

表3 工业番茄生育期动态指标统计表

2.3 土壤含水量下限对耗水过程、耗水量和产量的影响

表4 不同处理下的灌水情况及产量和水分利用效率

2.4 土壤含水率下限与作物产量和水分利用效率的关系

图1 作物产量Y、水分利用效率WUE和灌水量W的关系

3 结 论

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参考文献

**图1 作物产量Y、水分利用效率WUE和灌水量W的关系**

3 结论