溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響.pdf

第 37 卷 第 15期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報 Vol 37 No 15 204 2021 年 8月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug 2021 溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響 葛建坤 辛清聰 龔雪文 平盈璐 薄國魁 李彥彬 華北水利水電大學(xué)水利學(xué)院 鄭州 450045 摘 要 確定溫室最佳通風(fēng)和灌水量可改善室內(nèi)小氣候 減少耗水量并提高果實產(chǎn)量 對進(jìn)一步優(yōu)化溫室作物灌溉制度 至關(guān)重要 通過開啟溫室不同位置通風(fēng)口設(shè)置 2 種通風(fēng)處理 T1 開啟北窗和頂窗 T2 開啟北窗 頂窗和南窗 同時 參考 20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的累積蒸發(fā)量 設(shè)置 2 種水分處理 水面蒸發(fā)系數(shù)分別為 0 9 K0 9 和 0 5 K0 5 進(jìn)行完全組 合設(shè)計 分析了不同通風(fēng)和水分對溫室覆膜滴灌番茄生理生態(tài) 耗水特性及產(chǎn)量的影響 采用通徑分析法探討了影響番 茄莖流速率的主控因子 結(jié)果表明 1 T2的日均風(fēng)速明顯高于 T1 但溫度和濕度卻相反 2 全生育期內(nèi) T1K0 9和 T2K0 9 的耗水量分別為 282 4 和 278 4 mm 高于 T1K0 5 201 8 mm 和 T2K0 5處理 202 5 mm 利用通徑分析確定氣象因子對 莖流速率的綜合影響程度由大到小依次為凈輻射 溫度 相對濕度和風(fēng)速 其中凈輻射對莖流速率的影響主要表現(xiàn)為直 接作用 而溫度 風(fēng)速及相對濕度主要表現(xiàn)為間接作用 3 不同通風(fēng)和水分條件影響了番茄的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成 T2K0 9 的平均單果質(zhì)量為 0 15 kg 水分利用效率為 53 0 kg m 3 總產(chǎn)量達(dá)到 147 6 t hm 2 建議華北地區(qū)日光溫室通風(fēng)控水管理 參考 T2K0 9 開啟北窗 頂窗和南窗 水面蒸發(fā)系數(shù)取 0 9 可提高番茄的產(chǎn)量和水分利用效率 關(guān)鍵詞 通風(fēng) 灌水 通徑分析 莖流速率 生理生態(tài) 產(chǎn)量 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2021 15 025 中圖分類號 S274 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1002 6819 2021 15 0204 10 葛建坤 辛清聰 龔雪文 等 溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2021 37 15 204 213 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2021 15 025 http www tcsae org Ge Jiankun Xin Qingcong Gong Xuewen et al Effects of greenhouse ventilation and water control conditions on water consumption characteristics and yield of tomato J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2021 37 15 204 213 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2021 15 025 http www tcsae org 0 引 言 目前中國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速 其中設(shè)施蔬菜面積已 達(dá) 410 萬 hm 2 溫室作為設(shè)施農(nóng)業(yè)中的主體 在解決中國 蔬菜供應(yīng) 促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等方面發(fā)揮著重要作 用 1 2 雖然中國日光溫室生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大 但尚未形 成一套系統(tǒng)高效的管理體系 尤其是關(guān)于通風(fēng)灌水聯(lián)合 調(diào)控對溫室濕熱環(huán)境及作物生理生態(tài)影響的研究尚不多 見 2 3 這阻礙了溫室作物的節(jié)水增產(chǎn)提質(zhì)和高效發(fā)展 通風(fēng)是調(diào)節(jié)日光溫室內(nèi)部環(huán)境的重要手段 4 目前溫 室通風(fēng)主要有機(jī)械通風(fēng)和自然通風(fēng) 2 種 機(jī)械通風(fēng)運營 成本高 且需要嚴(yán)格控制風(fēng)速和時長 否則會引起作物 的 矮化 自然通風(fēng)因運行成本低 維護(hù)方便 是目 前溫室通風(fēng)換氣的主要形式 楊振超等 5 提出日光溫室的 通風(fēng)面積比例在 18 25 風(fēng)速控制在 1 0 m s 時有利于 甜瓜的發(fā)育和增產(chǎn) 劉建榮 6 認(rèn)為采用頂部 底部的通風(fēng) 收稿日期 2021 02 19 修訂日期 2021 06 10 基金項目 國家自然科學(xué)基金項目 51709110 51809094 51779093 河 南省高等學(xué)校青年骨干教師培養(yǎng)計劃項目 2020GGJS100 河南省科技攻 關(guān)項目 192102110090 作者簡介 葛建坤 博士 副教授 研究方向為節(jié)水灌溉理論與技術(shù) Email 54012012 通信作者 龔雪文 博士 講師 研究方向為作物水分生理與高效利用等 Email gxw068 方式再配合后墻的鼓風(fēng)機(jī)可調(diào)節(jié)室內(nèi)相對濕度 使室內(nèi) 環(huán)境適宜作物生長 不同通風(fēng)方式所形成的溫室環(huán)境差 異較大 頂部和側(cè)部風(fēng)口均開啟時 室內(nèi)通風(fēng)率高且風(fēng) 速適中 有良好的降溫排濕效果 有利于作物生長 優(yōu) 于單開頂 側(cè)風(fēng)口 7 8 但長時間的全通風(fēng)模式也會造成 室內(nèi)溫度過低 導(dǎo)致作物發(fā)育時間過長 延遲果實上市 時間 9 可見 溫室通風(fēng)方式與室內(nèi)環(huán)境和作物生長密切 相關(guān) 而目前溫室自然通風(fēng)管理多以傳統(tǒng)經(jīng)驗為主 相 關(guān)研究多集中于 相關(guān)性 分析方面 缺乏機(jī)理性分析 且有關(guān)不同通風(fēng)和水分組合對作物生理生態(tài) 耗水量和 產(chǎn)量的綜合影響還鮮有報導(dǎo) 參考 20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿制定溫室作物灌溉制度簡便 準(zhǔn)確 10 12 通過測量作物冠層上方的累積水面蒸發(fā)量可 預(yù)測作物的耗水量 為此 利用蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定灌溉 制度得到了廣泛應(yīng)用 13 14 Yuan 等 15 認(rèn)為 1 1E p E p 為 蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量 作為單次灌水量可滿足溫室滴灌草 莓的需水要求 Wang 等 16 認(rèn)為灌水定額為 0 8E p 可作為 東北地區(qū)日光溫室滴灌黃瓜的灌溉制度 由于地域和作 物種類的差異 灌水間隔和水面蒸發(fā)系數(shù)的選擇有所差 異 Liu 等 17 提出當(dāng)蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量為 10 mm 時 采 用 0 9E p 作為單次灌水量可滿足溫室滴灌番茄在不覆膜條 件下的需水要求 然而 地膜覆蓋可有效減少水分消耗 促進(jìn)作物早期發(fā)育 18 使得覆膜條件下的灌溉制度不同 于無膜栽培 在水資源短缺情況下 如何通過覆膜調(diào)控 第 15 期 葛建坤等 溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響 205 不同灌溉水平下的根區(qū)有效水分 通過改變溫室通風(fēng)方 式調(diào)控室內(nèi)微環(huán)境 使其更有利于作物生長 從而實現(xiàn) 節(jié)水增產(chǎn)增效 仍需進(jìn)一步研究 鑒于以上問題 本文以日光溫室膜下滴灌番茄為研 究對象 采用 2 種通風(fēng)和 2 種水分組合模式 深入探討 不同組合處理對番茄生理生態(tài) 耗水特性和產(chǎn)量的影響 旨在為華北地區(qū)溫室通風(fēng)控水管理制度提供技術(shù)指導(dǎo) 1 材料與方法 1 1 試驗區(qū)概況 試驗于 2020 年 3 7 月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)綜合 試驗基地 35 9 N 113 5 E 海拔為 78 7 m 的日光溫 室內(nèi)進(jìn)行 該區(qū)域多年平均降雨量為 540 mm 蒸發(fā)量為 1 910 mm 全年平均氣溫為 14 5 年日照時數(shù)為 2 395 h 無霜期為 200 d 試驗所用日光溫室東西走向 坐北朝南 占地 357 m 2 42 m 8 5 m 下沉 0 5 m 為鋼架結(jié)構(gòu)并 覆蓋聚乙烯薄膜 頂部用 5 cm厚的保溫棉被覆蓋 日光 溫室后墻和山墻內(nèi)鑲嵌有 60 cm 厚的保溫材料 溫室共 設(shè)置 3 處通風(fēng)口 分別位于溫室頂部 42 m 0 5 m 南 側(cè) 42 m 1 0 m 和北側(cè) 20 cm 20 cm 共 19 個通風(fēng)口 間距為 2 8 m 試驗所用日光溫室結(jié)構(gòu)圖見 Gong 等 19 試驗區(qū) 0 100 cm 土層的土壤質(zhì)地為砂壤土 平均容重 為 1 48 g cm 3 平均田間持水量為 0 33 cm 3 cm 3 1 2 試驗設(shè)計 番茄品種為 金鵬 M6 于 2020 年 1 月 5 日育苗 待植株長至 3 葉 1 心時移栽 3 月 4 日 移栽后所有處 理均鋪設(shè)黑色地膜 材料為聚乙烯 厚度為 0 008 mm 試驗采用不透光隔熱板將溫室分割成 2 個隔間 T 1 隔間 開北窗和頂窗 T 2 隔間 開北窗 頂窗和南窗 隔間尺 寸均為 18 m 8 5 m 以 20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿 直徑 20 cm 深 11 cm 的累積蒸發(fā)量 E p 為依據(jù)確定單次灌水量和 灌水頻率 在每個隔間分別設(shè)置 2 種水分處理 水面蒸發(fā) 系數(shù)分別為 0 9 K 0 9 和 0 5 K 0 5 采用滴灌方式 進(jìn)行灌溉 滴灌帶自北向南布置 每行 1 條 滴頭間距 為 30 cm 滴頭流量為 1 1 L h 試驗小區(qū)長 8 m 寬 2 2 m 所有處理均采用寬窄行種植方式 寬行 65 cm 窄行 45 cm 株距均為 30 cm 苗期不設(shè)試驗處理 待番茄進(jìn)入快速生長期且 0 60 cm 土壤含水率降到 75 田間持水率時開始進(jìn)行通風(fēng) 和水分處理 通風(fēng)口正常開啟時間為 08 00 18 00 遇到大風(fēng)和下雨天氣關(guān)閉通風(fēng)口 蒸發(fā)皿放置在冠層上 方 20 cm 處 根據(jù)作物生長情況及時調(diào)整高度 并于每 日 07 30 08 00用精度為 0 1 mm的配套量筒測量蒸發(fā)皿 的蒸發(fā)量 測量完畢后重新添加 20 mm 蒸餾水 保證水 中無雜質(zhì) 當(dāng) E p 達(dá)到 20 2 mm 時統(tǒng)一灌水 單次灌 水量 I r 按下式計算 I r E p K c 1 式中 K c 為水面蒸發(fā)系數(shù) 其余含義同上 為保證相同水 分處理的灌水量保持一致 實際灌水時 E p 均取固定值為 20 mm 每個小區(qū)首部安裝一塊精度為 0 001 m 3 的水表 便于精確控制灌水量 各小區(qū)之間埋設(shè) 60 cm 深的塑料 薄膜防止水分側(cè)滲 每個處理重復(fù) 4 次 為加強(qiáng)幼苗長 勢 移栽后灌溉 20 mm 保苗水 所有小區(qū)的農(nóng)藝措施 如 打頂 噴藥 數(shù)果等 一致 1 3 測定項目及方法 1 3 1 氣象數(shù)據(jù) 在 T 2 隔間中部距地表 2 m高處安裝有 1 套全自動氣 象監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括一套輻射計 R s LI200X Campbell Scientific Inc USA 和凈輻射計 R n NRLITE2 Kipp Zomen Delft Netherlands 溫度和相對濕度傳感 器 T a RH CS215 Campbell Scientific Inc USA 在 T 1 T 2 隔間距地表 2 m處各安裝 5 套 風(fēng)速由距地表 2 m 處 的風(fēng)速儀監(jiān)測 u 2 Wind Sonic Gill UK 精度為 0 02 m s 所有數(shù)據(jù)每隔 5 s 收集 1 次 30 min 計算 1 次 平均值記錄在 CR1000 數(shù)據(jù)采集器 Campbell USA 中 1 3 2 土壤含水率 采用 TRIME IPH 時域反射儀 Micromodultechnik GmbH Germany 測定 0 100 cm 土層含水率 測量間 隔為 20 cm 測量位置為同 1條滴灌帶 2個滴頭中間位置 該點可代表根系層平均水分狀況 17 全生育期內(nèi)每隔 7 10 d 測 1次 灌水后加測 每次測量 3次重復(fù) 為確保儀 器測定的準(zhǔn)確性 定期采用取土烘干法對儀器進(jìn)行矯正 1 3 3 株高和葉面積 各處理隨機(jī)挑選 10株長勢良好無病害的植株進(jìn)行標(biāo) 記 分別在番茄各生育階段每隔 7 10 d 進(jìn)行株高和葉面 積的測定 株高采用直尺測量地表到植株頂部的最大高 度 葉面積采用折減系數(shù)法進(jìn)行計算 用直尺測量葉片 長度 L 和最大寬度 W m 然后乘以折算系數(shù) 0 685 20 葉面積指數(shù) Leaf Area Index LAI 為單位土地面積 上的植株葉面積 采用下式計算 LAI 0 685L W m S l S r 2 式中 S l 為行距 S r 為株距 其余含義同上 1 3 4 蒸騰速率 作物蒸騰速率與植株莖稈液流量密切相關(guān) 測定莖 稈液流是獲取作物蒸騰量的有效方法 21 22 本試驗采用 包裹式莖流計 Flow32 1k system Dynamax Houston TX USA 于 2020 年 5 月 10 日 6 月 27 日測定番茄植 株莖稈液流速率 T s 在各小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取 6 棵形態(tài)均 勻的植株 探頭安裝在第 3 與第 4 枝節(jié)之間 并與地表 保持 20 cm 高度 避免受到土壤熱量的干擾 在包裹的 莖稈處預(yù)先涂抹植物油 防止植株傷口增生 為確保保 溫效果 在傳感器外部包裹 2 3 層泡沫錫箔 并用保鮮 膜膠帶封口 試驗所選擇的探頭型號為 SGB9 每隔 5 s 收集 1 次 15 min 計算 1 次平均值并儲存在 DT80 數(shù)據(jù)采 集器 Data Taker Australia 中 1 3 5 番茄產(chǎn)量 耗水量 水分利用效率 番茄進(jìn)入采摘期 各小區(qū)選擇 20 株長勢良好的植株 進(jìn)行標(biāo)記 每次采摘時 采用電子秤 精度為 0 05 g 測 量果實質(zhì)量 并統(tǒng)計每個處理的產(chǎn)量 耗水量采用水量平衡法計算 公式如下 ET I r P r U D W 0 W t 3 式中 ET 為耗水量 mm I r 為灌水量 mm P r 為降雨量 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2021 年 206 mm U 為地下水補給量 mm D 為深層滲漏量 mm W 0 W t 分別為時段初和時段末 0 100 cm土層內(nèi)的儲水 量 mm 由于試驗是在溫室內(nèi)進(jìn)行 故 P r 0 試驗地的 地下水位較深 在 5 0 m以下 作物無法吸收利用 即 U 0 所有處理單次灌水定額較小 最大為 20 mm 幾 乎不產(chǎn)生深層滲漏 即 D 0 因此式 3 可簡化為 ET I r W 0 W t 4 日耗水強(qiáng)度計算式為 d ET d 5 式中 ET d 為日耗水強(qiáng)度 mm d d 為天數(shù) d 水分利用效率 灌溉水利用效率 灌溉水補償率計 算式為 WUE Y ET 100 6 IWY I r 100 7 I rc I r ET 100 8 式中 WUE 為水分利用效率 kg m 3 IWUE 為灌溉水利 用效率 kg m 3 I rc 為灌溉水補償率 Y 為番茄產(chǎn)量 t hm 2 其余含義同上 1 3 6 通徑分析法 通徑分析是在相關(guān)分析和回歸分析的基礎(chǔ)上 將相關(guān) 系數(shù)分解為直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù) 揭示各因素對 因變量的相對重要性 從而為統(tǒng)計決策提供可靠的依據(jù) 本文在晴天 R s 148 3 W m 2 多云 R s 94 3 W m 2 和 陰天 R s 46 8 W m 2 3種天氣條件下 利用通徑分析法建 立了 T s 與室內(nèi)各氣象因子 R n T a RH u 2 之間的關(guān)系 旨在確定不同天氣條件各氣象因子對 T s 的影響程度 參考 文獻(xiàn) 23 文中用于通徑分析的所有數(shù)據(jù)均為小時尺度 1 3 7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 利用 SPSS 25 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析 圖表采用 Excel 2016 進(jìn)行繪制 2 結(jié)果與分析 2 1 不同通風(fēng)條件對室內(nèi)環(huán)境因子的影響 選取晴天 4 月 30 日 5 月 3 日 多云 5 月 5 日 5 月 7 日 5 月 12 日 5 月 14 日 陰天 5 月 4 日 5 月 11 日 5 月 16 日 5 月 24 日 3 種典型天氣 分析不 同通風(fēng)條件下室內(nèi)距地表 2 m處風(fēng)速 u 2 溫度 T a 和相對濕度 RH 的變化規(guī)律 u 2 T a RH 均為 4 d 均 值 圖 1 為典型天氣下 u 2 的變化規(guī)律 可以看出 2 種通風(fēng)方式下 u 2 均呈多峰曲線變化 通風(fēng)口開啟時間 08 00 18 00 的 u 2 明顯高于關(guān)閉時段 其中 T 1 的 u 2 在不同天氣下區(qū)別不大 但 T 2 的 u 2 起伏較大 通風(fēng)口開 啟后迅速上升 尤其在陰天 T 2 的 u 2 明顯升高 u 2 最大 值達(dá) 1 59 m s 比晴 多云分別高出 66 8 和 61 3 3 種天氣下 當(dāng)通風(fēng)處理開始后 T 2 的 u 2 均高于 T 1 說明 T 2 的空氣流通性優(yōu)于 T 1 注 T 1 和 T 2 分別為 T 1 隔間 開北窗和頂窗 和 T 2 隔間 開北窗 頂窗和南窗 Note T 1 and T 2 are T 1 compartment opening the north and top windows and T 2 compartment opening the north top and south windows respectively 圖 1 典型天氣下 T1和 T2的風(fēng)速日變化 Fig 1 Diurnal variations of wind speed in T1 and T2 under typical weather conditions 從 T a 和 RH 的變化來看 圖 2 晴天時 T a 在白天 08 00 18 00 呈開口向下的單峰曲線 14 00 達(dá)到峰值 后逐漸回落 T 1 的最大溫度為 38 5 最大溫差為 20 4 T 2 的最大溫度為 36 5 最大溫差為 19 0 而多云和陰天條件下 T a 呈多峰曲線變化且較為平緩 尤其在陰天 T 1 的最大溫度為 27 9 最大溫差為 9 1 T 2 的最大溫度為 27 3 最大溫差為 8 9 3 種天氣條件下的 RH 在白天均呈開口向上的單峰曲線 通 風(fēng)口開啟前 RH 在 85 0 以上 通風(fēng)口開啟后 RH 開 始減少 其中晴天的 RH 下降速度最快 16 00 分別降到 50 2 T 1 和 43 1 T 2 之后開始上升 并在通風(fēng) 口關(guān)閉 1 h后趨于穩(wěn)定 多云或陰天 最小 RH高于 53 0 圖 2 典型天氣下 T1和 T2的溫度和相對濕度變化 Fig 2 Changes of temperature and relative humidity of T1 and T2 in typical weather conditions 第 15 期 葛建坤等 溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響 207 2 2 不同通風(fēng)和水分條件對番茄耗水量的影響 2 2 1 對根區(qū)土壤水分的影響 根區(qū)土壤水分變化可直接反應(yīng)作物的耗水情況 14 為探討不同處理對番茄耗水量的影響 在番茄需水旺期 對不同土層深度的含水率進(jìn)行了比較 圖 3 各處理隨 深度增加 含水率逐漸升高 在同一深度 K 0 9 0 9E p 處理 的含水率明顯高于 K 0 5 0 5E p 處理 此外通風(fēng) 也會影響根區(qū)的水分狀況 5月 26日灌水后 T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 T 2 K 0 9 和 T 2 K 0 5 在 0 60 cm 的平均體積含水率分別為 0 25 0 21 0 24 和 0 20 cm 3 cm 3 6 月 5 日所測體積含水 率依次為 0 22 0 19 0 20 和 0 17 cm 3 cm 3 相同水分條 件下 T 2 的土壤含水率變化量要大于 T 1 由于番茄屬于 淺根作物 滴灌條件下 80 的根系集中在 0 40 cm 土層 內(nèi) 16 說明在作物需水旺期 相同水分處理下 T 2 的作 物耗水強(qiáng)度要高于 T 1 2 2 2 對耗水量的影響 表 1 給出了不同處理在 4 個生育階段 初期 3 月 10 日 4 月 9 日 快速生長期 4 月 10 日 5 月 8 日 中期 5 月 9 日 6 月 5 日 后期 6 月 6 日 7 月 5 日 的 E p I r ET 及日耗水強(qiáng)度 ET d 全生育期內(nèi) T 1 和 T 2 的總 E p 分別為 281 9 和 302 7 mm 各處理灌水次數(shù)均為 15 次 其中 K 0 9 處理的總灌水量為 274 mm 總耗水量分 別為 282 4 T 1 和 278 4 mm T 2 K 0 5 處理總灌水量 為 170 mm 總耗水量分別為 201 8 T 1 和 202 5 mm T 2 從不同通風(fēng)影響來看 T 2 的 E p 較 T 1 高 7 0 在耗水強(qiáng)度 方面 各處理在不同生育階段的耗水強(qiáng)度由大到小表現(xiàn)為 中期 快速生長期 后期和初期 在中期 T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 T 2 K 0 9 和 T 2 K 0 5 的日耗水強(qiáng)度分別為 3 4 2 3 3 9 和 2 3 mm d K 0 9 的耗水量與灌水量差異不大 而 K 0 5 處理 耗水量卻高于灌水量 說明 K 0 9 處理能夠滿足番茄耗水 需要 但 K 0 5 處理會造成水分脅迫現(xiàn)象 這可能會影響 番茄的生殖生長 注 T 1 K 0 9 和 T 1 K 0 5 分別代表 T 1 隔間內(nèi)水面蒸發(fā)系數(shù)為 0 9 和 0 5 的處理 T 2 K 0 9 和 T 2 K 0 5 分別代表 T 2 隔間內(nèi)水面蒸發(fā)系數(shù)為 0 9 和 0 5 的處理 下同 Note T 1 K 0 9 and T 1 K 0 5 represent the treatments with water surface evaporation coefficients of 0 9 and 0 5 in compartment T 1 respectively T 2 K 0 9 and T 2 K 0 5 represent the treatments with water surface evaporation coefficients of 0 9 and 0 5 in compartment T 2 respectively The same as below 圖 3 不同通風(fēng)和水分處理下不同深度土壤含水率的均值 Fig 3 Average soil moisture contents at different depths under different ventilation and water treatments 表 1 不同通風(fēng)和水分處理下各生育階段灌水量 耗水量 累積水面蒸發(fā)量和日耗水強(qiáng)度 Table 1 Irrigation amount water consumption water surface evaporation and daily water consumption intensity at each growth stages under different ventilation and water 生育期 Growth stage 累積水面蒸發(fā)量 Water surface evaporation E p mm 灌水量 Irrigation amount I r mm 耗水量 Water consumption ET mm 日耗水強(qiáng)度 Daily water consumption intensity ET d mm d 1 T 1 T 2 T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 T 2 K 0 9 T 2 K 0 5 T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 T 2 K 0 9 T 2 K 0 5 T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 T 2 K 0 9 T 2 K 0 5 初期 Early stage 45 8 44 2 40 40 40 40 38 9 39 5 40 5 39 7 1 3 1 3 1 3 1 3 快速生長期 Rapid growth stage 77 3 82 4 72 40 72 40 73 5 51 5 71 3 53 1 2 5 1 8 2 5 1 8 中期 Mid stage 104 4 113 9 108 60 108 60 94 6 64 7 108 64 1 3 4 2 3 3 9 2 3 后期 Late stage 54 4 62 2 54 30 54 30 75 4 46 1 58 6 45 6 2 4 1 5 1 9 1 5 全生育期 Full period 281 9 302 7 274 170 274 170 282 4 201 8 278 4 202 5 2 4 1 7 2 4 1 7 2 2 3 耗水量與水面蒸發(fā)量的關(guān)系 研究表明 E p 與 ET 密切相關(guān) 在建立作物需水模型 時 二者具有較高的吻合度 24 25 為驗證利用蒸發(fā)皿蒸 發(fā)量制定溫室滴灌番茄灌溉制度的可行性 以各階段水 面蒸發(fā)量與作物耗水量為基礎(chǔ) 建立了 E p 與 ET 之間的 關(guān)系 圖 4 可以看出 4 種處理下的 E p 與 ET 均呈極 顯著線性相關(guān)關(guān)系 P 0 01 其中 K 0 9 處理的斜率分別 是 0 95 T 1 和 0 91 T 2 略高于 0 9 而 K 0 5 處理的 斜率分別是 0 71 T 1 和 0 68 T 2 明顯高于 0 5 說 明 K 0 9 處理下番茄耗水與灌水基本一致 而 K 0 5 處理無法 滿足番茄需水要求 根系需從土壤汲取額外水分以滿足 植株生長需求 此外 4 種處理的 R 2 均在 0 98 及以上 說明該地區(qū)依據(jù) 20 cm 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量制定溫室滴灌 灌溉制度是可行的 注 表示極顯著相關(guān) P 0 01 Note means highly significant correlation PT 1 K 0 9 T 2 K 0 5 T 1 K 0 5 其中 T 1 K 0 9 和 T 1 K 0 5 在移栽 82 和 85 d 后達(dá)到最大值 分別為 3 31 和 2 95 cm 2 cm 2 T 2 K 0 9 和 T 2 K 0 5 在移栽 80 和 90 d 后達(dá)到最大值 分別為 3 55 和 3 15 cm 2 cm 2 在株高方面 各處理基本一致 進(jìn)入快速生長期后迅速升高 于移栽 86 d 達(dá)到最大值 141 145 cm 進(jìn)入中后期 各處理 株高有所回落 無明顯差異 可見 通風(fēng)和水分對作物 冠層發(fā)育時間及發(fā)育程度均有影響 其中 T 2 K 0 9 的 LAI 明顯高于其他處理 但不同處理的株高無明顯差異 采 用最小二乘法模擬了番茄株高和 LAI 的變化 R 2 均 0 92 以上 說明模擬結(jié)果可以用來解釋溫室滴灌番茄在不同 通風(fēng)和水分條件下的生長狀況 圖 5 不同通風(fēng)和水分處理下番茄 LAI 和株高的生育期變化 Fig 5 Changes of LAI and plant height of tomato during the whole growth period under different ventilation and water treatments 2 3 2 對番茄莖流速率的影響 在番茄生育中期對灌水前 R s 156 5 W m 2 和灌水 后 R s 153 3 W m 2 不同處理的莖流速率 T s 日變化 進(jìn)行了分析 圖 6 2 d 內(nèi)的 R s u 2 區(qū)別很小 可以看 出 各處理的 T s 日變化相似 在 07 00 之前無明顯差異 之后隨著 R s 增大 各處理的 T s 開始出現(xiàn)差異 均表現(xiàn)為 先增大后減小的趨勢 其中 T 2 K 0 9 處理的上升幅度最大 2 d 內(nèi) T s 不同時刻的均值變化為 T 2 K 0 9 T 2 K 0 5 T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 相同水分條件下 灌水前 T 2 的日平均 T s 較 T 1 高 出 74 2 K 0 9 和 230 1 K 0 5 灌水后高出 114 3 K 0 9 和 141 9 K 0 5 相同通風(fēng)條件下 灌水前 K 0 9 的日平均 T s 較 K 0 5 高出 164 5 T 1 和 39 5 T 2 灌水后高出 80 7 T 1 和 60 1 T 2 可見 通風(fēng)和 水分處理均對植株 T s 有影響 注 R s 為太陽輻射 T s 為莖流速率 Note R s is the solar radiation T s is the stem flow rate 圖 6 灌水前和灌水后植株莖流日變化 Fig 6 Diurnal variations of plant stem flow before and after irrigation 2 3 3 番茄莖流速率的影響因子分析 以 T 2 K 0 9 處理為例 在番茄生長中 后期分別選取晴 天 多云和陰天 3 種典型天氣下 T s 與室內(nèi)氣象因子的實 測數(shù)據(jù) 利用通徑分析法分析了 T s 的主控因子 圖 7 給 出了不同天氣條件下各環(huán)境因子之間的相關(guān)系數(shù) r R n 與 T a 之間的相關(guān)性最高 3 種天氣條件下 r 分別為 0 875 0 918 和 0 938 R n T a u 2 與 RH 為負(fù)相關(guān)關(guān)系 其中 T a 與 RH 的負(fù)相關(guān)性最高 r 分別為 0 731 0 897 和 0 624 從氣象因子與 T s 的相關(guān)性來看 R n 與 T s 的相 關(guān)性最高 3 種天氣條件均在 0 96 以上 其次為 T a u 2 與 T s 之間的相關(guān)性在多云天 r 0 839 高于晴天 r 0 503 和陰天 r 0 304 不同天氣下 RH 與 T s 之間均呈負(fù)相 關(guān)關(guān)系 整體上 各氣象因子對 T s 的綜合影響程度表現(xiàn) 為 R n T a RH u 2 表 2 為 3 種天氣條件下各氣象因子與 T s 的多元線性 回歸方程 經(jīng) F 檢驗 回歸方程達(dá)到極顯著水平 P 0 01 為得到溫室內(nèi)各氣象因子與 T s 的直接作用和間接作用 表 3 給出了各氣象因子對 T s 的直接通徑系數(shù)以及通過作 用于其他氣象因子對其產(chǎn)生的間接通徑系數(shù) 可以看出 3 種天氣條件下 R n 對 T s 的直接影響程度最高 直接通 徑系數(shù)分別為 0 577 0 741 和 0 631 T a 通過作用于其 他環(huán)境氣象因子對 T s 產(chǎn)生的間接影響最高 間接通徑系 數(shù)分別為 0 537 0 648 和 0 649 RH 對 T s 產(chǎn)生的直接 第 15 期 葛建坤等 溫室通風(fēng)控水條件對番茄耗水特性及產(chǎn)量的影響 209 抑制作用并不明顯 但通過對其他氣象因子的影響會顯 著降低 T s 間接通徑系數(shù)分別為 0 530 0 782 和 0 547 u 2 對 T s 產(chǎn)生的影響同樣表現(xiàn)為間接作用 而 直接影響作用較小 注 圖中數(shù)字為各變量之間的相關(guān)系數(shù) r R n 為凈輻射 T a 為溫度 RH 為相對濕度 u 2 為 2 m處風(fēng)速 T s 為莖流速率 下同 Note The numbers in the figure represent the correlation coefficients between the variables R n is the net radiation T a is the temperature RH is the relative humidity u 2 is the wind speed at 2 m and T s is the stem flow rate The same as below 圖 7 典型天氣下 Rn Ta RH u2與 Ts 的相關(guān)系數(shù) Fig 7 Correlation coefficients of Rn Ta RH u2 and T s under typical weather conditions 表 2 3種天氣條件下小時尺度凈輻射 溫度 相對濕度 風(fēng)速與莖流速率的線性回歸方程 Table 2 Linear regression equations of hour scale net radiation temperature relative humidity wind speed and sap flow rate under three weather conditions 天氣類型 Weather type 線性回歸方程 Linear multiple regression equations R 2 F 值 F value P 值 P value 晴天 Sunny day Ts 0 08Rn 2 12Ta 0 06RH 0 23u2 36 59 0 99 759 38 0 01 多云 Cloudy day Ts 0 11Rn 1 23Ta 0 03RH 2 11u2 22 42 0 99 399 54 0 01 陰天 Overcast Ts 0 07Rn 0 54Ta 0 09RH 81 54u2 7 86 0 97 194 47 0 01 表 3 3種天氣條件下小時尺度 Rn Ta RH u2與 T s 的通徑分析結(jié)果 Table 3 Path analysis results of hourly Rn Ta RH u2 and Ts under three weather conditions 天氣類型 Weather type 氣象因子 Meteorological factors 相關(guān)系數(shù) Correlation coefficient 直接通徑系數(shù) Direct path coefficient 間接通徑系數(shù) Indirect path coefficient 總間接通徑系數(shù) Total indirect path coefficient R n T a RH u 2 晴天 Sunny day R n 0 967 0 577 0 391 0 374 0 016 0 001 T a 0 963 0 427 0 537 0 505 0 031 0 001 RH 0 573 0 042 0 530 0 219 0 312 0 001 u 2 0 503 0 001 0 501 0 254 0 224 0 023 多云 Cloudy day R n 0 989 0 741 0 247 0 275 0 018 0 01 T a 0 947 0 3 0 648 0 68 0 022 0 01 RH 0 758 0 025 0 782 0 522 0 269 0 009 u 2 0 839 0 012 0 851 0 609 0 26 0 018 陰天 Overcast R n 0 971 0 631 0 341 0 287 0 031 0 023 T a 0 955 0 306 0 649 0 592 0 036 0 021 RH 0 604 0 058 0 547 0 335 0 191 0 021 u 2 0 304 0 116 0 188 0 122 0 056 0 01 2 4 不同通風(fēng)和水分條件對番茄產(chǎn)量和 WUE 的影響 本試驗共進(jìn)行了 9 次采摘 其中早中期間隔較長 單次采摘產(chǎn)量較高 后期間隔縮短 采摘量顯著下降 圖 8 相同水分處理下 T 1 的首次采摘量高于 T 2 采摘中期 T 2 的產(chǎn)量最高 進(jìn)入采摘后期 2 種通風(fēng) 處理的單次采摘量差異變小 相同通風(fēng)條件下 由于 前期采摘間隔時間較長 作物耗水強(qiáng)度相對較弱 水 分對產(chǎn)量的影響并不顯著 生育中 后期 果實快速 成熟 番茄需水強(qiáng)度大 K 0 5 在中后期的產(chǎn)量明顯低 于 K 0 9 處理 圖 8 不同通風(fēng)和水分處理番茄單次采摘情況 Fig 8 Single fruit weights of tomato under different ventilation and water treatments 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2021 年 210 表 4 給出了不同通風(fēng)和水分處理下的番茄產(chǎn)量和 WUE 等指標(biāo) 產(chǎn)量方面 T 2 K 0 9 的產(chǎn)量和單果質(zhì)量最 高 產(chǎn)量為 147 6 t hm 2 單果質(zhì)量為 0 15 kg T 1 K 0 9 T 1 K 0 5 和 T 2 K 0 5 的產(chǎn)量分別為 139 5 124 2 和 119 4 t hm 2 單果質(zhì)量均為 0 13 kg WUE 方面 2 種 通風(fēng)條件下 K 0 5 處理的 WUE 比 K 0 9 分別高出 24 5 T 1 和 11 3 T 2 IWUE 比 K 0 9 分別高出 43 6 T 1 和 30 4 T 2 而 I rc 則分別低于 K 0 9