2022 年 3 月 灌溉排水學(xué)報 第 41 卷 第 3 期 Mar 2022 Journal of Irrigation and Drainage No 3 Vol 41 1 作物水肥高效利用 文章編號 1672 3317 2022 03 0001 09 水分虧缺對溫室覆膜滴灌番茄 根系 生長及吸水量的影響 葛建坤 1 平盈璐 1 龔雪文 1 王 玲 2 辛清聰 1 張 磊 1 劉歡歡 1 1 華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院 鄭州 450045 2 黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司 鄭州 450003 摘 要 目的 探討水分脅迫和覆膜對溫室滴灌番茄根系生長和根系吸水狀況的影響 方法 以 20 cm 標(biāo)準(zhǔn)蒸 發(fā)皿的累計蒸發(fā)量 Ep 為依據(jù) 結(jié)合地膜覆蓋情況 設(shè)置 3 個處理 無膜高水處理 WM 0 9 水面蒸發(fā)系數(shù)為 0 9 有膜高水處理 FM 0 9 和有膜低水處理 FM 0 5 水面蒸發(fā)系數(shù)為 0 5 系統(tǒng)研究水分脅迫和覆膜雙因素影響下 的溫室番茄根系分布特征 利用 HYDRUS 1D 軟件模擬了根系吸水量 在此 基礎(chǔ)上 闡明了不同根系吸水量對番茄 產(chǎn)量和水分利用效率的影響機理 結(jié)果 WM 0 9 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理在 20 cm 土層內(nèi)的根長 分別占總根 長 的 58 6 56 2 和 78 9 HYDRUS 1D 模擬的各土層土壤含水率的均方根誤差在 0 010 cm3 cm3以內(nèi) 回歸系數(shù) 在 0 867 1 076 左右 各處理蒸騰量與根系吸水量的均方根誤差均在 0 581 mm d 以內(nèi) 回歸系數(shù)在 0 890 以上 說明 模擬值和實測值具有較好的一致性 FM 0 9 處理的根系吸水量最多 達 240 9 mm 比 WM 0 9 處理和 FM 0 5 處理 分別高 24 4 和 26 7 其中 0 40 cm 土層為番茄根系的主要吸水層 WM 0 9 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理在該層 的根系吸水量分別占總吸水量的 84 2 85 7 和 83 2 同時 WM 0 9 處理和 FM 0 5 處理在土層 20 40 cm 的根系 吸水量迅速下降 FM 0 9 處理則仍可保持較高的根系吸水量 FM 0 5 處理的水分利用效率和灌溉水利用效率分別為 59 0 kg m3和 70 3 kg m3 比 WM 0 9 處理高 34 4 和 55 5 比 FM 0 9 處理高 11 3 和 30 4 FM 0 9 處理的產(chǎn)量 最高 為 147 7 t hm2 較 WM 0 9 處理和 FM 0 5 處理高 19 3 和 23 6 結(jié)論 依據(jù)番茄根系對水分反應(yīng)的差異 在 0 9Ep的灌溉定額下 結(jié)合覆膜栽培技術(shù) 可提高深層土壤水分的吸收和利用 關(guān) 鍵 詞 日光溫室 膜下滴灌 HYDRUS 1D 根長密度 根系吸水 中圖分類號 S274 1 文獻標(biāo)志碼 A doi 10 13522 ki ggps 2021392 OSID 葛建坤 平盈璐 龔雪文 等 水分虧缺對溫室覆膜滴灌番茄根系生長及吸水量的影響 J 灌溉排水學(xué)報 2022 41 3 1 9 GE Jiankun PING Yinglu GONG Xuewen et al The Effects of Water Deficit on Root Growth and Water Uptake of Mulched Greenhouse Tomato under Drip Irrigation J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 3 1 9 0 引 言 1 研究意義 設(shè)施農(nóng)業(yè)因具有產(chǎn)量高 效益好 容易集約生產(chǎn)等特點 近些年來在國內(nèi)外飛速發(fā)展 1 我國 2020 年的經(jīng)濟與園藝作物種植面積約為 6 6 億 畝 總產(chǎn)值達到 4 09萬億元 占種植業(yè)總產(chǎn)值的 79 9 番茄是我國種植面積排名第 4 的蔬菜品種 番茄產(chǎn)業(yè) 已成為我國蔬菜產(chǎn)業(yè)的重要組成部分 尤其是 設(shè)施 番 茄種植面積居于蔬菜種類的首位 2 然而目前多數(shù)地 區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)仍以經(jīng)驗灌溉為主 導(dǎo)致水分利用效率不 高 造成了水資源浪費 且產(chǎn)量并未得到提升 3 根 收稿日期 2021 08 22 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 河南省重 點研發(fā)與推廣專項 192102110090 作者簡介 葛建坤 1983 男 河北保定人 副教授 博士 主要從 事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究 E mail 54012012 通 信 作者 龔雪文 1987 男 河南安陽人 講師 博士 主要從事 作物水分生理與高效利用等方 面的研究 E mail gxw068 系作為 植物吸收 水分和養(yǎng)分 的主要器官 其生長發(fā)育 直接關(guān)系到地上部的生長發(fā)育 也會影響到作物的產(chǎn) 量和水分利用效率 因此 明確作物的根系生長狀況 和吸水特性 達到促進作物生長 提高產(chǎn)量的效果 對研究溫室高效節(jié)水灌溉具有重要意義 研究進展 土壤濕熱狀況直接影響著根系的生 長發(fā)育 地膜覆蓋和調(diào)控灌水定額是調(diào) 節(jié)土壤濕熱環(huán) 境的常用手段 其中 地膜覆蓋 因具有優(yōu)化根區(qū)微域環(huán) 境 增強 土壤 微生物及酶 根系 之間交互作用 節(jié)水保溫增產(chǎn)等優(yōu)點 得到大面積普及 4 6 根系 是 土壤 植物系統(tǒng) 的 重要媒介 作物依靠根系吸收土壤 中的水分以滿足自身生長需求 因此在土壤 植物系 統(tǒng)的水分運移規(guī)律分析中 根系吸水特性研究至關(guān)重 要 7 目前根系吸水速率還無法通過試驗手段準(zhǔn)確獲 取 通常采用數(shù)值模擬計算獲得 因此構(gòu)建根系吸水 模型就顯得尤為重要 根系吸水模型研究大致分為 2 灌溉排水學(xué)報 2 種 微觀方法和宏觀方法 微觀方法考慮了根系和根 系附近土壤的水分通量 描述了水分通過單個根系的 運動 宏觀方法將根系視為一個單匯項 代表了單個 根系吸水的總和 8 宏觀方法簡單方便 應(yīng)用較為廣 泛 9 其中 HYDRUS軟件內(nèi)嵌 van Genuchten Gardner 等水分運移模型 可對 非飽和土壤中水 熱及溶質(zhì)的 一維運動 進行模擬 HYDRUS 軟件模擬的土壤水分 運移結(jié)果較好 如向友珍 10 利用 HYDRUS 模擬了溫 室滴灌甜椒果實膨大期的根系吸水和土壤水分運移 結(jié)果表明 模型精度較好 證實了 HYDRUS 模型可 用于 作物 灌 溉策略的評價 切入點 目前 HYDRUS 主要用于土壤水分動態(tài)運移和溶質(zhì)運移的研究和預(yù) 測 其模擬根系吸水量的功能使用較少 李會杰等 11 丁超明等 12 利用 HYDRUS 對玉米的根系吸水進行了 模擬 但通過 HYDRUS 模擬番茄根系吸水量的研究 鮮見 擬解決的關(guān)鍵問題 基于此 本研究以溫室 滴灌番茄為研究對象 針對覆膜虧水條件下根系的生 長和吸水特性進行深入研究 利用 HYDRUS 1D 模型 模擬根系層土壤水分動態(tài)變化 在此基礎(chǔ)上探討不同 處理下的番茄產(chǎn)量 耗水量和水分利用效率 旨在為 優(yōu)化設(shè)施番茄栽培制度提供參考 1 材料與方法 1 1 試驗區(qū)概況 試驗于 2020 年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院新鄉(xiāng)試驗基地 35 9 N 113 5 E 海拔 78 7 m 的日光溫室中進 行 試驗日光溫室為東西走向 坐北朝南 占地面積 達 510 m2 長 60 m 寬 8 5 m 溫室頂部覆蓋材料 有無滴聚乙烯薄膜 厚 0 2 mm 和保溫棉被 厚 5 cm 溫室墻體厚 60 cm 為更好地發(fā)揮溫室的保溫作用 墻內(nèi)均嵌有保溫材料 室內(nèi)無其他增溫設(shè)施 試驗區(qū) 0 60 cm 土壤質(zhì)地為壤土 土壤基本理化性質(zhì)如表 1 所示 表 1 土壤基本理化性質(zhì) Table 1 Basic physical and chemical properties of soil 土層 深度 cm 顆粒組成 土壤體積質(zhì)量 g cm 3 田間持水率 cm3 cm 3 黏粒 粉粒 砂粒 0 20 20 6 78 4 0 1 47 0 31 20 40 21 4 78 6 0 1 44 0 28 40 60 20 8 78 0 1 2 1 52 0 32 1 2 試驗設(shè)計 試驗以 20 cm 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的累計蒸發(fā)量 Ep 為 依據(jù) 結(jié)合地膜覆蓋情況 設(shè)置 3 種處理 無膜高水 處理 WM 0 9 水面蒸發(fā)系數(shù)為 0 9 有膜高水處 理 FM 0 9 和有膜低水處理 FM 0 5 水面蒸發(fā)系 數(shù)為 0 5 其中 FM 0 9 為對照 番茄品種 為 金鵬 M6 于 2020 年 1 月 5 日育苗 番茄長至 5 葉 1 心 時 3 月 4 日 進行移栽 移栽后 FM 0 9 和 FM 0 5 處理鋪設(shè)黑色地膜 材料為聚乙烯 厚度為 0 008 mm 試驗小區(qū)長 8 m 寬 2 2 m 所有處理均采用寬窄行 交替種植 寬行 65 cm 窄行 45 cm 株距 30 cm 每 個處理 3 次重復(fù) 采用隨機區(qū)組設(shè)計 各小區(qū)之間埋 設(shè)塑料薄膜 深 60 cm 避免水分側(cè)滲 試驗供水 方式為滴灌 滴頭流量 1 1 L h 間距 30 cm 滴頭與 植株對應(yīng) 蒸發(fā)皿保持高度在冠層上方 30 cm 根據(jù) 番茄生長情況及時調(diào)整高度 并 于 每日 07 30 08 00 用精度為 0 1 mm 成套配備的量筒測定 蒸發(fā)量 測量 后 再次添加 20 mm 蒸餾水 避免水中出現(xiàn)雜質(zhì) 通 過標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿 直徑 20 cm 深 11 cm 的累積蒸發(fā) 量 Ep 確定灌水定額和時間 灌溉時間由 Ep確定 當(dāng) Ep為 20 2 mm 時進行灌溉 灌水定額 Ir 按 式 1 計算 Ir Ep K c 1 式中 Ir 為灌水定額 mm Kc 為水面蒸發(fā)系數(shù) Ep為 累計蒸發(fā)量 mm 番茄移栽后補水 20 mm 進行保苗 在苗期不進 行灌水施肥 進入快速生長期且 0 60 cm 土壤含水 率降至 75 田間持水率時開始進行水分處理 試驗底 肥為 112 kg hm2尿素 含 46 N 150 kg hm2硫酸 鉀 含 50 K2O 和 120 kg hm2過磷酸鈣 含 14 P2O5 水分處理開始后 分別在第 2 4 6 8 10 次灌水 時 采用水肥一體化系統(tǒng)隨水追肥 每次追肥量為 18 8 kg hm2尿素和 25 kg hm2硫酸鉀 番茄坐果后 留 5 層果 每層留 4 果 所有小區(qū)的農(nóng)藝措施 如打 頂 噴藥等 與當(dāng)?shù)匾恢?1 3 測定項目與方法 1 3 1 土壤含水率 選擇具有代表性的 2 棵植株中間位置測量土壤 含水率 土壤剖面含水率由 TRIME IPH 時域反射儀 Micromodultechnik GmbH Germany 進行測定 測量深度為 20 40 60 80 和 100 cm 全生育期內(nèi) 每隔 7 d 測 1 次 灌水后加測 每個處理 3 次重復(fù) 計算時取平均值 定期采用取土烘干法校正以確保數(shù) 據(jù)準(zhǔn)確性 實際作物蒸散量 ETc 由水量平衡法 13 計算 ETc P Ir U Dw R S 2 式中 ETc為實際作物蒸散量 mm P 為 降雨量 mm Ir為灌水量 mm U 為 地下水補給量 mm Dw 為 深層滲漏量 mm R 為 地表徑流 mm S 為 土壤 深度 0 100 cm 的儲水 變化 量 mm 試驗在 溫室中進行 故 P 0 地下水埋深在 5 0 m 以下 番 茄不能 吸收利用 即 U 0 因單次 灌水量 較 少 最大 葛建坤 等 水分虧缺對溫室覆膜滴灌番茄根系生長及吸水量的影響 3 為 22 mm 灌溉不產(chǎn)生深層滲漏和地表徑流 故 Dw 0 R 0 1 3 2 植株蒸騰 試驗于 2020 年 5 月 10 日 6 月 27 日采用包裹 式 莖流計 Flow32 1 k system Dynamax Houston TX USA 測定植株莖稈 液流速率 Qm 各 小區(qū) 隨機選取 6 株長勢良好且形態(tài)相似的 植株 探頭安裝 位置為植株第 3與第 4側(cè)枝之間 且高度距地表 20 cm 以防止土壤熱量造成干擾 在 莖干處 涂抹植物油后進 行安裝以 確保傳感器探頭與植株接觸 良好 為 防止太 陽輻射對傳感器造成影響 在外部裹 2 3 層泡沫錫箔 同時使用保鮮膜膠帶封口 探頭型號為 SGB9 5 s 收集 1 次數(shù)據(jù) 每 15 min 計算平均值并保存在 DT80 數(shù)據(jù)采集器 Data Taker Australia 中 莖流計安 裝好后 測定探頭以上的植株葉面積 作物蒸騰量 T 14 計算式為 T 101n QmLA m LAInm 1 3 式中 T 為作物蒸騰量 mm d n 為植株樣本總數(shù) 6 Qm為第 m 個樣本植株的莖流 g d LAm為第 m 個樣本植株的葉面積 cm2 為水的密度 g cm3 LAI 為葉面積指數(shù) cm2 cm2 1 3 3 土壤蒸發(fā) 各小區(qū)于 2020 年 3 月 7 日 6 月 30 日依次在植 株棵間和行間布置 2 套微型蒸滲儀測定蒸發(fā)量 微型 蒸滲儀 由材質(zhì)為鍍鋅鐵皮的內(nèi)筒和外筒組成 直徑分 別為 10 0 cm 和 11 4 cm 高度均為 9 6 cm 外筒埋設(shè) 于土壤內(nèi) 上邊沿和地表齊平 取土樣時將內(nèi)筒緩緩 壓入土壤至充滿筒體 取出內(nèi)筒后將外表和底面多余 土壤拭去 并用塑料薄膜包裹底部 每隔 1 d 和灌水 后將土樣更換 每日 08 00 稱取內(nèi)筒質(zhì)量 要求天平 精度至少為 0 1 g 2 d 測量差值即為前 1 天的土壤 蒸發(fā)量 每日土壤蒸發(fā)量 E 計算式為 E 10N MiS Nk 1 4 式中 E 為土壤蒸發(fā) mm d N 為微型蒸滲 儀總樣 本數(shù) k 為樣 本個體 Mi為第 i 1 日和 i 日的微型蒸 滲 儀 質(zhì)量差值 g S為微型蒸滲 儀 的橫截面積 cm2 1 3 4 根系 試驗結(jié)束 各小區(qū)選 5 棵具有代表性的植株 用 直徑為 7 cm的根鉆在棵間和行間各取根 1 次 取根深 度為 60 cm 每 10 cm 為 1 層 所取根系放入網(wǎng)袋沖 洗后 由雙面掃描儀 Epson Expression 1600 pro Japan 掃描成黑白圖片文件 用圖像分析系統(tǒng) WinRHIZO Pro2004 b Canada 分析根系形態(tài)特征指標(biāo)如根長 根表面積 平均根系直徑 根體積等 1 3 5 產(chǎn)量 Y 水分利用效率 WUE 和灌溉水利 用效率 IWUE 每行選取中間 20 棵植株作為測產(chǎn)植株 各小區(qū) 果實成熟采摘時 采用精度為 0 005 kg 的電子秤稱取 番茄質(zhì)量并記錄個數(shù) 計算產(chǎn)量 WUE 和 IWUE 的計算式為 WUE YET c 100 5 IWUE YI 100 6 式中 WUE 為水分利用效率 kg m3 ETc 為實際 作物蒸散量 mm IWUE 為灌溉水利用效率 kg m3 Y 為產(chǎn)量 t hm2 I 為灌水量 mm 1 3 6 根系吸水 HYDRUS 1D 軟件可對 非飽和土壤中水 熱及溶 質(zhì)的一維運動 進行模擬 15 本研究主要利用 HYDRUS 1D 模擬試驗的土壤水分狀況和根系吸水 情況 利用 van Genuchten 模型擬合土壤水分特征曲 線 即 h r s r 1 h n m h 0 7 K h Ks r s r l 1 1 r s r 1 m n 2 8 式中 為土壤體積含水率 cm3 cm3 h 為壓力水 頭 cm 當(dāng)土壤處于飽和狀態(tài)時 h 0 r 為殘余 含水率 cm3 cm3 s為飽和含水率 cm3 cm3 n m 為模型參數(shù) m 1 1 n K 為非飽和導(dǎo)水率 cm d Ks為飽和導(dǎo)水率 cm d l 為經(jīng)驗擬合參數(shù) 通常 取平均值 0 5 土壤水分運動方程中 源匯項 S h 為根系吸水 可用 Feddes 模型 16 描述為 S h h S 9 式中 S 為潛在根系吸水量 1 d h 為表示土壤 水勢對根系吸水的影響函數(shù) h 的表達式為 h 0 h h1或 h h4 h h1 h2 h1 h2 h h1 1 h3 h h2 h h4 h3 h4 h4WM 0 9 處理 FM 0 5 處理 FM 0 9 處 理在 20 40 60 cm 位置的 平均 土壤含水率分別為 0 189 0 219 和 0 249 cm3 cm3 相同深度處較 WM 0 9 處理高 8 0 5 8 和 8 7 這是因為覆膜措施可以 減少土壤蒸發(fā) 與 FM 0 9 處理相比 FM 0 5 處理減 少了 44 4 的灌溉定額 因此在 20 40 60 cm 位置 的土壤含水率分別降低 14 3 18 4 和 12 8 各 處理不同土層的土壤含水率在整個生育期均隨著土 壤深度的增加而增加 且由于根系分布主要集 中在表 層 因此土壤含水率在 20 cm 的波動幅度較大 在 40 cm 和 60 cm 處則變化相對平穩(wěn) 在快速生長期和生 長中期 植株生長需要大量水分 各層土壤的含水率 總體呈現(xiàn)降低趨勢 進入生育后期后 淺層土壤含水 率都有所增加 各土層土壤含水率趨近平穩(wěn)或相同 差異減小 這是因為植株進入生理成熟期后 自身生 理機理衰退 葉片逐漸黃化 需水量減少導(dǎo)致的 這 與之前的研究 19 類似 a 0 20 b 20 40 cm c 40 60 cm d WM 0 9 e FM 0 9 f FM 0 5 圖 1 土壤含水率變化曲線 Fig 1 Curves of soil moisture content at different soil depths 2 2 根系形態(tài)分布 2 2 1 相同地膜覆蓋不同水分處理下的根系特征 表 3 為各處理不同土壤深度的根長 根表面積 平均根系直徑 根體積變化特征 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理的根長 有隨土壤深度的增加逐漸減少的 趨勢 且均主要集中在 0 20 cm 處 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理在該土層的根長 分別占土層 0 60 cm 總 根長 的 56 2 和 78 9 FM 0 5 處理在表層 0 10 cm 0 0 1 0 2 0 3 36 42 49 56 64 69 76 83 92 99 106 113 土壤含水率 cm 3 cm 3 移栽后時間 d 處理 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 0 0 1 0 2 0 3 36 42 49 56 64 69 76 83 92 99 106 113 土壤含水率 c m3 cm 3 移栽后時間 d 處理 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 0 0 1 0 2 0 3 36 42 49 56 64 69 76 83 92 99 106 113 土壤含水率 c m3 cm 3 移栽后時間 d 處理 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 0 0 1 0 2 0 3 36 42 49 56 64 69 76 83 92 99 106 113 土壤含水率 cm 3 cm 3 移栽后時間 d 土壤深度 0 20cm 20 40cm 40 60cm 0 0 1 0 2 0 3 36 42 49 56 64 69 76 83 92 99 106 113 土壤含水率 c m3 cm 3 移栽后時間 d 土壤深度 0 20cm 20 40cm 40 60cm 0 0 1 0 2 0 3 36 42 49 56 64 69 76 83 92 99 106 113 土壤含水率 c m3 cm 3 移栽后時間 d 土壤深度 0 20cm 20 40cm 40 60cm 葛建坤 等 水分虧缺對溫室覆膜滴灌番茄根系生長及吸水量的影響 5 的根長密度 4 5 cm cm3 比 FM 0 9 處理 2 04 cm cm3 增加了 120 6 但在 20 50 cm 土層 FM 0 5 處理的 根長密度要略低于 FM 0 9 處理 在其他土層中 根 長密度相近 同一處理的根表面積和根體積的變化規(guī) 律相同 但不同處理的根表面積和根體積隨深度的變 化規(guī)律不同 高水 FM 0 9 處理的根表面積和根體積 隨土壤深度的增加先增大后減少 在土層 30 cm 達到 最大值 83 5 cm2 1 84 cm3 FM 0 5 處理的根表 面積 根體積則隨深度的增加逐漸減小 在土壤表層 0 10 cm 達到最大值 119 5 cm2 0 67 cm3 較 FM 0 9 處理分別高 62 1 15 5 50 60 cm 土層中的根表 面積略高于 FM 0 9 處理 但在其他土層中都低于 FM 0 9 處理 而在土壤 0 60 cm 內(nèi)的根表面積和根 體積 FM 0 9處理較 FM 0 5處理分別增加了 27 5 166 2 各處理的平均根系直徑隨土壤深度呈先增大 后減小的規(guī)律 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理均在土層 30 cm 處達到最大值 1 11 mm 和 0 69 mm FM 0 5 處理在各土層的平均根系直徑 均低于 FM 0 9 處理 這可能是因為灌水量小 在水分脅迫的作用下 根系 盡可能地減小根系直徑增大根表面積以獲取更多的 土壤水分 2 2 2 相同水分不同地膜覆蓋處理下的根系特征 無膜 WM 0 9 處理和覆膜 FM 0 9 處理的根長隨 深度的變化規(guī)律不同 FM 0 9 處理隨土壤深度的增 加逐漸減少 而 WM 0 9 處理隨土壤深度的增加先增 大后減少 在土層 20 cm 處達到最大值 3 76 cm cm3 WM 0 9 處理在 0 20 cm 的根長 比 FM 0 9 處理多了 106 0 但與 FM 0 9 處理相似 在該土層的根長 WM 0 9 處理占土層 0 60 cm 總根長 的 58 6 而在 各土層中 WM 0 9 處理的根長密度要高于 FM 0 9 處 理 其總根長 比 FM 0 9 處理多了 97 7 同一處理 的根表面積和根體積的變化規(guī)律相同 且 WM 0 9 處 理和 FM 0 9 處理的規(guī)律相似 均是隨土壤深度先增 大后減少 WM 0 9 處理的根表面積 根體積在土層 20 cm 處達到最大值 140 3 cm2 1 51 cm3 FM 0 9 處理則在土層 30 cm 達到最大值 83 5 cm2 1 84 cm3 50 60 cm土層中的根表面積和根體積略高于 WM 0 9 處理 但在其他土層低于 WM 0 9 處理 其總根表面 積和根體積較 WM 0 9 處理減少了 37 2 14 4 與其他處理相似 WM 0 9 處理的平均根系直徑隨深 度呈先增大后減小 在土層 30 cm 處達到最大值 0 82 mm 但其各土層的平均根系直徑變化不大 根系 較粗 均在 0 6 0 8 mm 左右 而 FM 0 9 處理則變化 較大 平均根系直徑由土層 60 cm 的 0 63 mm 到最大 值 1 11 mm 差值是 WM 0 9 處理的 2 0 倍 整體來 看 FM 0 9 處理的平均根系直徑 較大 這可能是因 為覆膜后土壤水分較多 刺激了根系的生長 表 3 不同土壤深度的根長 根表面積 根體積 平均根系直徑 Table 3 Root length density root surface area root volume average root diameter at different soil depth 根系形態(tài)指標(biāo) 處理 土層深度 cm 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 根長密度 cm cm 3 WM 0 9 2 77 0 19b 3 76 0 27a 1 84 0 11a 1 19 0 13a 1 18 0 05a 0 41 0 07a FM 0 9 2 04 0 12b 1 13 0 18b 1 05 0 06b 0 53 0 08b 0 47 0 01b 0 42 0 03a FM 0 5 4 5 0 66a 1 34 0 28b 0 33 0 08c 0 39 0 17b 0 32 0 07b 0 52 0 19a 根表面積 cm2 WM 0 9 102 8 6 1ab 140 3 5 6a 75 3 8 6a 57 2 8 2a 38 1 2 9a 13 2 0 4a FM 0 9 73 7 5 8b 50 4 7 2b 83 5 6 6a 23 9 0 5b 21 3 3 1b 15 1 2 2a FM 0 5 119 5 4 5a 37 2 9 5b 13 8 3 5b 12 6 4 8b 11 2 6c 16 1 6 1a 根體積 cm3 WM 0 9 0 83 0 13a 1 51 0 38a 0 71 0 04b 0 62 0 12a 0 27 0 02a 0 1 0 02a FM 0 9 0 58 0 04a 0 47 0 06b 1 84 0 09a 0 24 0 02b 0 21 0 06a 0 12 0 03a FM 0 5 0 67 0 06a 0 23 0 07b 0 13 0 03c 0 09 0 03b 0 08 0 02b 0 1 0 04a 平均根系直徑 mm WM 0 9 0 6 0 02b 0 8 0 05a 0 82 0 04b 0 8 0 02a 0 61 0 01a 0 58 0 12a FM 0 9 0 72 0 03a 0 72 0 02a 1 11 0 07a 0 79 0 1a 0 73 0 13a 0 63 0 06a FM 0 5 0 47 0 02c 0 47 0 04b 0 69 0 03c 0 67 0 07a 0 55 0 01a 0 58 0 01a 注 表中數(shù)據(jù)均為平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 同根系形態(tài)指標(biāo)同深度不同字母代表不同處理之間差異顯著 P 0 05 2 3 產(chǎn)量 水分利用效率和灌溉水利用效率 表 4 為不同處理的產(chǎn)量 Y 水分利用效率 WUE 和灌溉水利用效率 IWUE 由表 4 可知 與 FM 0 9 處理的產(chǎn)量相比 147 7 t hm2 WM 0 9 處理顯著 降低了產(chǎn)量 16 2 123 8 t hm2 P 0 05 FM 0 5 處理降低灌水量后 其產(chǎn)量也大幅度減少 P 0 01 為 119 5 t hm2 比 FM 0 9 處理少了 19 1 與 WM 0 9 處理相比 FM 0 9 處理的 WUE 和 IWUE 也有明顯的 提高 分別從 43 9 kg m3和 45 2 kg m3提高到了 53 0 kg m3和 53 9 kg m3 而 FM 0 5 處理最高 分別為 59 0 kg m3和 70 3 kg m3 WM 0 9 處理和 FM 0 9 處理的 WUE IWUE 差值相差較小 而 FM 0 5 處理的 WUE IWUE 差值較大 這主要是因為 FM 0 5 處理的灌水 量小 只能從初始土壤儲水量中汲取水分 補償植株 灌溉排水學(xué)報 6 生長所需 因此整個生育期內(nèi)的土壤儲水量變化大 為 32 5 mm 表 6 遠大于 WM 0 9 處理的 4 4 mm 和 FM 0 9 處理的 4 7 mm 導(dǎo)致 WUE 和 IWUE 相差 較大 說明 覆膜可提高 WUE IWUE 降低灌水量 不利于產(chǎn)量的形成 而灌水量較大的 FM 0 9 處理可 保持較大 WUE IWUE 的同時 顯著提高產(chǎn)量 表 4 產(chǎn)量 Y 水分利用效率 WUE 和灌溉水利用效率 IWUE Table 4 Yield Y water use efficiency WUE and irrigation water use efficiency IWUE 處理 Y t hm 2 WUE kg m 3 IWUE kg m 3 WM 0 9 123 8 7 5b 43 9 2 6b 45 2 2 6c FM 0 9 147 7 2 5a 53 0 4a 53 9 1 4b FM 0 5 119 5 4 2b 59 1 5a 70 3 1 5a 注 表中數(shù)據(jù)均為平均值 標(biāo)準(zhǔn)誤 同指標(biāo)不同字母代表不同處理間差 異顯著 PWM 0 9 處理 FM 0 5 處理 FM 0 9 處 理和 WM 0 9 處理的灌水量相同 均為 274 mm 但 整個模擬期內(nèi) 2 個處理的 RWU 分別為 240 9 mm 和 193 7 mm IWUE 分別為 53 9 kg m3和 45 2 kg m3 覆 膜減少了表層土壤水分蒸發(fā) 抑制了土壤水分消耗 促使根系吸收土壤水分增多 FM 0 9 處理比 WM 0 9 處理可以更有效地利用灌溉水 與 FM 0 9 處理相比 FM 0 5 處理灌水量減少 植株受到水分脅迫 促進根 系盡可能地多吸收土壤中的有效水分 導(dǎo)致土壤儲水 量變化大 但受到灌水量和土壤水分的限制 FM 0 5 處理的 RWU為 190 2 mm 比 FM 0 9處理減少了 21 0 因此 FM 0 9 處理有利于促進 RWU 的吸收 圖 2 RWU 日變化曲線 Fig 2 Diurnal variation curve of RWU 圖 3 為 RWU 隨深度的變化曲線 由圖 3 可知 0 40 cm 是根系主要的水分吸收區(qū)域 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 處理分別 占總 RWU 的 84 2 85 7 和 83 2 WM 0 9 處理和 FM 0 9 處理的 RWU 在表 層 0 20 cm接近 均達到最大值 6 0 mm 在土壤 20 40 cm 差異明顯 WM 0 9 處理在 20 25 cm 迅速減小 在 25 cm 略有升高 而 FM 0 9 處理在 20 40 cm 平穩(wěn) 減少 在土壤 40 60 cm 的 RWU 與 WM 0 9 處理趨近 相同 這與根系密度的分布相同 與 FM 0 9 處理相 比 FM 0 5 處理的番茄植株受到水分脅迫 根系進 行自我調(diào)節(jié) 表層 0 10 cm 的根長密度和根表面積分 別增加 120 6 和 62 1 導(dǎo)致 FM 0 5在表層 0 15 cm 的 RWU 最高 為 7 9 mm 而總 RWU 較低 隨著深 度的增加 土壤含水率增加 根系分布趨近相同 各 處理的 RWU 也漸漸相近 說明 FM 0 9 處理有利于 土壤 20 cm 以下土壤水分的吸收和利用 圖 3 RWU 的深度變化曲線 Fig 3 Curve of RWU changing with depth 0 2 4 6 8 31 38 45 52 59 66 73 80 87 94 101 108 RWU mm d 1 移栽后 時間 d 處理 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 60 40 20 0 0 2 4 6 8 土壤深度 cm RWU mm 處理 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 葛建坤 等 水分虧缺對溫室覆膜滴灌番茄根系生長及吸水量的影響 7 3 討 論 植株生長所需水分主要由根系輸送 根系在土壤 水分和植株中起著不可或缺的作用 在土壤表層 10 cm FM 0 9 處理的根長密度 2 04 cm cm3 明顯小于 FM 0 5 處理 4 5 cm cm3 但 FM 0 9 處理的 RWU 高于 FM 0 5處理 灌水量的增加促進了 RWU的吸收 當(dāng)番茄受到水分脅迫后 引起了水分和離子運輸?shù)馁|(zhì) 外體阻力的形成 徑向途徑上的傳輸阻力增加 水通 道蛋白的活性降低 大大減小了根系水力傳導(dǎo)度 20 此外 水分脅迫導(dǎo)致土壤水勢降低 根系產(chǎn)生信號 物質(zhì)輸送到植株地上部分 造成了氣孔的閉合和蒸 騰拉力的減小 也使得水力傳導(dǎo)度降低 根系形態(tài) 和生理特性較正常供水條件下變化較大 導(dǎo)致了 RWU 減少 21 22 雖然 下層土壤 含水率 較高 但番茄 吸收的 深層水分較少 這可能是因為根系較少 本研 究無法證明是其他原因引起的 如根系下扎深度 吸 水持續(xù)時間或根系吸水功能 等 WM 0 9 處理與 FM 0 9 處理灌水量一致 但 WM 0 9 處理的根長密度 大 RWU 較少 這是因為根長密度大僅表明根系吸 水能力大 并不能表明根系消耗的水量多 23 而且 覆膜具有保水保溫作用 能 大大 減少 土壤水分 的 蒸發(fā) 使 土壤長期 保持濕潤 狀態(tài) 有益 于 土壤微生物 的 繁殖 加 快 腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化成無機鹽 更有利于根系的 吸收 因 此 FM 0 9 處理的 RWU 產(chǎn)量分別比 WM 0 9 處理 高 24 4 19 3 根 系長度 是限制 RWU 的重要因素 而 RWU 是 否足夠供給作物的蒸騰需水量則直接影響到衡量作 物是否受到水分脅迫及脅迫程度 24 從表 3 和圖 5 可以看出 WM 0 9 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理在土 壤 0 40 cm 的根長 分別占土壤 0 60 cm 總根長 的 85 7 84 1 和 88 4 而在土壤 0 40 cm 的 RWU 分別占總 RWU 的 84 2 85 7 和 83 2 WM 0 9 處理的根長密度和 RWU 在 10 20 cm 達到最大值 而 FM 0 9 處理和 FM 0 5 處理的根長密度則均呈隨深度 不斷減 小的趨勢 RWU 在土壤表層 10 cm 最高 各 處理的根長密度分布規(guī)律與其根系吸水分布規(guī)律相 似 二者之間有著密切聯(lián)系 康紹忠等 25 對冬小麥根 系吸水的研究表明 土壤均勻濕潤時根系吸水速率和 根系密度的分布相同 因此認為土壤充分濕潤時的根 系吸水速率分布與根系密度分布成正比例關(guān)系 這對 于本研究中的水分虧缺試驗有一定的借鑒價值 但本 研究并未對不同水分處理之間根長密度與 RWU 的聯(lián) 系進行探討 在今后的研究中可以進一步考慮不同水 分虧缺條件下根長密度和 RWU 之間的關(guān)系 4 結(jié) 論 1 同一灌溉制度下 覆膜抑制了表層根系的生 長 無膜 WM 0 9 處理 在 0 20 cm 的根長 比有膜 FM 0 9 處理增加 106 0 WM 0 9 處理的總根長 總根體積 總根表面積等均高于覆膜處理 但覆膜有 助于根系吸水速率的提高 覆膜處理的根系吸水量增 加了 24 4 同時減少了土壤蒸發(fā) 有助于水分利用 效率和灌溉水利用效率的提高 分別從 43 9 kg m3和 45 2 kg m3提高到了 53 0 kg m3和 53 9 kg m3 2 覆膜條件下 根 系 分布較淺 主要集中在 0 20 cm 處 FM 0 5 處理在水分脅迫的作用下 根系盡可 能地減小根系直徑增大根表面積以獲取更多的土壤 水分 但在土壤 0 60 cm 內(nèi) FM 0 9 處理的根表面 積和根體積仍分別比 FM 0 5處理高了 27 5 166 2 而 FM 0 5 處理的根系吸水量為 190 2 mm 比 FM 0 9 處理減少了 21 0 FM 0 9 處理更有利于根系吸水量 的增加 3 土層 0 40 cm 是根系主要的水分吸收區(qū)域 WM 0 9 FM 0 9 FM 0 5 處理分別在該層的根系吸 水量占總 根系吸水量 的 84 2 85 7 和 83 2 WM 0 9 處理和 FM 0 5 處理在土層 20 40 cm 的根系 吸水量迅速下降 而 FM 0 9 處理仍可保持較高的根 系吸水量 有利于深層土壤水分的吸收和利用 參考文獻 1 孫治貴 王元勝 張祿 等 北方設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警智能服 務(wù)系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2018 34 23 149 156 SUN Zhigui WANG Yuansheng ZHANG Lu et al Design and realization of intelligent service system for monitoring and warning of meteorological disasters in facility agriculture in North China J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering 2018 34 23 149 156 2 李云洲 閆見敏 須文 等 番茄種質(zhì)資源主要植物學(xué)性狀的遺傳多 樣性及相關(guān)性 J 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019 47 2 68 74 LI Yunzhou YAN Jianmin XU Wen et al Genetic Diversity and Correlation A