基于土壤含水量的灌溉制度对番茄生理、产量及水分利用效率的影响

摘    要：为研究不同灌溉制度对番茄生理、产量及水分利用效率的影响，以盛丰5号为材料，开展50%田间持水量（FC）、60% FC、70% FC、80% FC为灌溉开启条件的灌水试验（T1～T4），对照（CK）依据当地常用滴灌灌溉制度。试验表明，番茄结果前期和转色期，与CK相比，70% FC为开启条件的灌溉制度可显著提高番茄叶片的光合参数。番茄采收期，叶片光合能力方面，T2表现最好，但与T1、T3、T4、CK无显著差异；果实品质方面，T1处理维生素C含量较T2、T3、T4、CK分别显著提高91.96%、55.46%、62.82%、29.26%，总糖含量分别显著提高22.43%、51.13%、76.98%、28.53%，大果占比50%，特小果占比为0；经济指标方面，T1的水分利用率分别较T2、T3、T4、CK提高12.42%、135.22%、106.59%、18.36%。综合番茄生理指标、果实品质和经济指标，以50% FC为灌溉开启条件可在设施番茄秋冬茬栽培中获得较高的果实品质和商品价值，有效实现节水增效目标。

关键词：设施番茄；土壤水分；灌溉制度；净光合速率；果实品质；水分利用率

中图分类号：S641.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2023）03-064-05

Effects of irrigation system based on soil water content on tomato physiology， yield and water use efficiency

HUANG Yuan1， YU Jingxin2， DU Yaru1， KANG Yifan1， DU Pengfei1， TIAN Guoying1

（1.Shijiazhuang Agricultural Information Perception and Intelligent Control Key Laboratory/Shijiazhuang Agricultural Information Engineering Technology Research Center/Hebei Province City Agriculture Technology Innovation Centers/Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050041， Hebei， China; 2.Intelligent Equipment Technology Research Center， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097， China）

Abstract： In order to study the effects of different irrigation scheduling on physiology， yield and water use efficiency of tomato， taking Shengfeng No.5 as the testing material， the irrigation experiment（indicated by T1-T4） was carried out with 50% field capacity（indicated by FC below）， 60% FC， 70% FC and 80% FC as the irrigation start-up conditions. The control（CK）was based on the local drip irrigation scheduling. The results showed that the irrigation scheduling of 70% FC as the start-up condition could significantly improve the photosynthetic parameters of tomato leaves in the early fruiting stage and turning stage. T2 showed the best photosynthetic ability at harvest time， but had no significant difference with T1， T3， T4 and CK; In terms of fruit quality， the Vc content of  T1 was significantly increased by 91.96%、55.46%、62.82% and 29.26% compared with T2， T3， T4 and CK， the total sugar was significantly increased by 22.43%、51.13%、76.98% and 28.53%， the proportion of big fruit was 50%， and the proportion of mini-fruit was 0; In terms of economic indicators， the water use efficiency of T1 was increased by 12.42%、135.22%、106.59% and 18.36% compared with that of T2， T3， T4 and CK. Combining with the physiological indicators， fruit quality and economic indicators of tomato， taking 50% FC as the irrigation start-up condition can obtain higher fruit quality and commodity value in the autumn and winter cultivation of greenhouse tomato， and effectively realize water saving and efficiency increasing.

Key words： Greenhouse Tomato; Soil Moisture; Irrigation Scheduling; Net Photosynthetic Rate; Fruit Quality; Water Use Efficiency

河北省是蔬菜产销大省，2020年蔬菜产量5 198.2万t，位居全国第4位，设施蔬菜快速发展，设施蔬菜产量1 258.2万t，占蔬菜总产量24.2%，2020年河北省农业用水量为107.7亿m3，是全省总用水量的58.93%[1]，随着资源环境约束日益加剧，农业节水提质增效成为河北省农业高质量发展的重中之重，2020年河北省喷滴灌面积达25.9万hm2[2]，滴灌是有效减少渗漏蒸发，实现节水增效的有效途径。目前，利用土壤水分传感器实现土壤含水量监测从而制定精准的灌水制度，提高水分利用效率，是现代设施农业种植管理的重要手段。

依据灌水量、灌溉频次或土壤水分开展节水灌溉制度研究是国内设施番茄栽培的重要研究方向。其中，张坤[3]在干旱、半干旱地区从节约水资源方面考虑，研究发现75% ET0处理的灌水量可作为番茄节水灌溉制度。郭彬等[4]研究表明，番茄在覆膜条件下，设置80% FC灌水上限可获得较高产量和较好的品质。李旭峰等[5]研究表明，番茄苗期减少50%灌水量，在保证产量的同时节约了灌水量18%。刘晓奇等[6]在番茄第一穗果坐住时（果实直径1 cm）进行不同程度水分亏缺灌溉处理，结果显示，中度水分亏缺即60%灌水量可作为日光温室基质栽培高品质番茄的灌溉制度。

大量研究结果表明，在灌溉管理中，以适当的土壤水分含水量为灌溉开启条件可增加番茄产量，提高品质和水分利用效率[7]。但研究结论不尽相同，这可能与不同地区土壤、气候条件，不同种植管理制度相关。因此，笔者立足河北省设施番茄种植环境，在典型生产型日光温室中，利用土壤水分多剖面立体监测设备，开展以不同土壤相对含水量为灌溉开启条件的灌水试验，以期通过对番茄生理、品质、产量及水分利用率的分析研究，获得高效节水的设施番茄滴灌控制制度。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验地点为石家庄市农林科学研究院赵县农业科技园区，试验温室为钢架结构，长度90.0 m、宽度8.0 m、顶高度4.5 m，后墙为厚度0.5 m的砖墙，覆盖材料为聚乙烯膜，种植面积489.0 m2。试验地土质为壤土，0～40 cm深土壤的物理性质及养分含量情况见表1。

番茄材料为盛丰5号（海泽拉启明种业北京有限公司），该品种为有限生长型，中型果，粉红果色，综合抗逆性强。苗长至5叶1心、苗高10～12 cm进行定植。

1.2 试验设计

试验设置4个处理，灌水上限均为土壤的田间持水量（100% FC），下限分别为50% FC、60% FC、70% FC、80% FC，分别记为T1、T2、T3、T4，对照CK依据本地常用滴灌灌溉制度[8]进行灌溉。灌水湿润层为深度0～40 cm土层，即依据0～40 cm土壤的平均含水量作为灌水依据。

利用土壤水分多剖面立体监测设备（农芯科技，中国）对土壤水分含量（体积分数）进行监测，设备埋设至各小区南北距离正中部，垄上距番茄植株15 cm处。依据NY∕T 3678—2020（土壤田间持水量的测定 围框淹灌仪器法）技术要求，对供试土壤最大持水量（体积分数）进行计算。定植后每5 min对所在小区土壤水分进行一次测量，试验处理见表2。

1.3 方法

小区面积3.0 m×6.7 m，每个处理设置3次重复，各小区之间留2行保护行。采用高畦单行栽培，畦高20 cm，畦底宽约50 cm，畦面宽40 cm，过道宽50 cm，株距0.33 m。采用滴灌灌溉，孔距0.30 m，1行番茄布置1条滴灌带。

定植前按照5000 kg目标产量，底肥施用有机肥（活菌数2亿·g-1，有机质40%，w，后同）1 022.49 kg·hm-2，磷酸二铵（氮18%，磷46%，）141.10 kg·hm-2，硝酸钾（钾52%）274.85 kg·hm-2，史丹利优肽氮（氮46%）216.77 kg·hm-2。番茄每穗果膨大至直径1.5 cm时进行追肥，每次追复合肥（氮13%，磷6%，钾40%）12.45 kg·hm-2，农用硫酸钾（钾50%）9.75 kg·hm-2，恩乐施（氮32%）21.90 kg·hm-2。每次追肥确保各小区在7 d内完成追肥，各小区总施肥量一致。

2021年8月27日番茄苗定植，定植后27 d进入花期，10月16日第一穗果开始膨大进行灌水试验，将试验时期划分为3个时期：结果前期（10月16日至11月15日）、转色期（11月16日至12月9日）、采收期（12月10－31日）。试验至12月31日结束。各处理全生育期灌水量、灌水次数和灌水周期见表3。

1.4 项目测定及方法

1.4.1 用水量 各小区分别安装水表，记录全生育期灌水量，根据种植密度计算单株耗水量（m3·株-1）。

1.4.2 作物生长、生理和果实产量、品质指标 在结果前期、转色期、采收期，利用Li-6400便携式光合测量仪（LI-COR，美国）测定净光合速率、气孔导度、蒸腾速率，测量位置为生长点向下第3片完全展开的功能叶，测量时段为光照条件较好的09：00－12：00；采收期随机选取3株植株将根、茎、叶、鲜果105 ℃杀青后转80 ℃烘至恒质量，采用精度0.01 g天平称取全株生物量（kg·株-1）。

采收期各处理选取5株长势较为一致的番茄植株采摘一穗果称量果实质量（kg），计算单株平均产量（kg·株-1）；依据果实质量进行商品等级分级，大果质量≥150 g，100 g＞中果质量≥149 g，50 g＞小果质量≥99 g，特小果质量≤50 g，统计各等级番茄果实数量，计算各等级果占比（%）；各处理选取5个成熟度较为一致的果实，采用分光光度计法[9]测定番茄红素含量，采用2，6-二氯酚靛酚钠滴定法[10]测定维生素C含量，采用蒽酮比色法[10]测定可溶性总糖含量，采用NaOH滴定法[10]测定可滴定酸含量。