不同时间尺度下温室西瓜蒸腾与环境因子关系.pdf
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1、排灌机械工程学报Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engineering2023年10 月第41卷第10 期Oct.2023Vol.41No.10不同时间尺度下温室西瓜蒸腾与环境因子关系原桂霞,张涛温江丽3*(1.北京市水科学技术研究院,北京10 0 0 48;2.北京市南水北调环线管理处,北京10 0 17 6;3.北京农业职业学院,北京10 2 442)原桂霞摘要:为了研究温室无土栽培西瓜在不同时间尺度及不同灌水量条件下的蒸腾量(ET)和变化规律,从而实现水分精准化管理,以小型西瓜为试材,研究了不同时间尺度下灌水上限占基质持水量的9
2、5%10 0%(T1),75%80%(T 2)和55%6 0%(T3)3种灌水处理西瓜ET的变化规律及其与环境因子的关系.结果表明:不同灌水处理温室西瓜典型日ET峰值从大到小依次为T1,T2,T3.不同时间尺度下,影响不同灌水处理的西瓜ET的主要因素不完全相同,影响程度也不同,但是太阳辐射(Rs)始终是影响不同灌水处理西瓜ET的主要环境因子.随着时间尺度的增大,影响西瓜ET的主要因素逐渐减少,而不同灌水处理西瓜ET回归模型显著性逐渐增大;用环境因子估算温室西瓜ET时,小时尺度下还需结合采用直接测定的方法,而在较大尺度下,可以通过对温室少量环境因子直接监测从而进行估算。关键词:小型西瓜;时间尺度
3、;无土栽培;作物蒸腾;通径分析中图分类号:S274文献标志码:A文章编号:16 7 4-8 530(2 0 2 3)10-10 51-0 7D01:10.3969/j.issn.1674-8530.23.0027原桂霞,张涛,温江丽.不同时间尺度下温室西瓜蒸腾与环境因子关系 J.排灌机械工程学报,2 0 2 3,41(10):10 51-10 57.YUAN Guixia,ZHANG Tao,WEN Jiangli.Relationship between transpiration of greenhouse watermelon and environmental factorsat di
4、fferent time scales JJ.Journal of drainage and irrigation machinery engineering(JDIME),2023,41(10):1051-1057.(in Chinese)Relationship between transpiration of greenhouse watermelon andenvironmental factors at different time scalesYUAN Guixia,ZHANG Tao,WEN Jianglia*(1.Beijing Water Science&Technology
5、 Institute,Beijing 100048,China;2.Beijing Surround Line Management of Beijing South-to-North Water Diversion Project,Beijing 100176,China;3.Beijing Vocational College of Agriculture,Beijing 102442,China)Abstract:Clarifying the transpiration(ET)and change law of watermelon in soilless cultivation ing
6、reenhouse under different time scales and different rrigation conditions,thus to realize precise watermanagement.Small watermelon was used as the test material,and the changes in ET levels and theirrelationship with environmental factors in watermelon under three irrigation treatments,namely 95%-100
7、%(T1),75%-80%(T2),and 55%-60%(T3),were studied at different time scales.The resultsshow that the peak value of ET on typical days from large to small is T1,T2 and T3.Under differenttemporal scales,the main factors affecting the ET of watermelon under different irrigation treatmentsare not exactly th
8、e same,and the degree of influence is also different,but solar radiation(Rs)is themain environmental factor affecting the ET of watermelon under different irrigation treatments.With the收稿日期:2 0 2 3-0 2-14;修回日期:2 0 2 3-0 5-0 3;网络出版时间:2 0 2 3-10-0 9网络出版地址:https:/ 0 2 0 YFD1000300);北京农业职业学院科技创新项目(XY-YF
9、-22-07)第一作者简介:原桂霞(19 7 1一),女,吉林辽源人,高级工程师(),主要从事节水灌溉技术与理论研究.通信作者简介:温江丽(19 8 4一),女,河北邯郸人,高级工程师,博士(),主要从事农业节水灌溉研究.1052排灌机械工程学报第41卷increase of the time scale,the main factors affecting ET of watermelon gradually decrease,while thesignificance of ET regression model of watermelon under different irrigati
10、on treatments gradually increa-ses.When estimating the transpiration of greenhouse watermelon with environmental factors,directmeasurement method should be used at the hourly scale.On a larger scale,it can be estimated by di-rectly monitoring a few environmental factors in greenhouse.Key words:small
11、 watermelon;time scales;soilless cultivation;plant transpiration;path analysis小型西瓜是设施栽培量较大的果品种类之一.西瓜需水量较大,对水分比较敏感,不同灌溉制度对其生理生态性状具有明显影响 1.无土栽培具有克服土壤连作、降低病虫害发生等优点,在设施农业中应用越来越多.但是无土栽培基质的缓冲能力较差,水分对于作物、环境空气的影响更为直接 2 .作物蒸腾量不仅是确定合理灌溉制度的依据,还对设施环境有重要影响,进而影响作物产量、品质及经济效益 3.植物的蒸腾作用不但由自身的生理特性决定,而且在很大程度上受环境因子的影响.
12、温室作物通过蒸腾作用与环境因子互相影响,在这个过程中,温室内作物形成了独特的蒸腾规律 41.系统探索温室作物蒸腾规律和影响因子,对于实现设施农业智能灌溉具有重要理论价值和实践意义,在作物蒸腾过程中,各因子之间相互影响、相互作用,并共同对作物蒸腾产生影响 5.前人对温室作物蒸腾规律及其与环境因子的关系进行了大量研究,主要集中在番茄 6 、黄瓜 7 、茄子 8 及甜瓜 4 等,这些研究大多直接探讨作物各阶段蒸腾量的主要控制因子,而各因子的时间尺度效应则往往被忽略,因而难以全面揭示温室作物蒸腾规律和影响因素.已有研究发现,不同时间尺度植物蒸腾变化特征差别较大,时间尺度效应区别明显 9-10 1.不同
13、时间尺度作物蒸腾是一个复杂多变的过程,另外,水分胁迫对作物蒸腾具有抑制作用!.然而,充分和亏缺灌溉条件下,对不同时间尺度蒸腾量变化规律以及不同时间尺度主控环境因子的研究比较匮乏.因此,文中以温室无土栽培小型西瓜为研究对象,利用自动称重系统实时监测不同灌水量条件下西瓜蒸腾量,研究不同时间尺度和不同灌水量条件下西瓜蒸腾及其影响因子的关系.研究结果对于进一步揭示时间尺度效应对设施作物蒸腾规律的影响、确定温室无土栽培西瓜需水关键期和关键影响因子、制定科学合理的水分精准管理策略、提高作物水分效率等方面具有重要意义.1材料与方法1.1试验地点和材料试验于北京市农林科学院多功能玻璃连栋温室(116 17 E
14、,3956N)内进行,海拔57 m,全市多年平均降水量58 5mm,属于温带季风气候.温室材料为双层透明中空PC板,高6 m,南北和东西跨度分别为33m和34m.供试作物为小型西瓜,品种为“京颖”,购于京研益农种业科技有限公司.供试基质为复合育苗基质,购于北京园艺公司,基质容重为0.34g/cm,基质持水孔隙度为60.42%,pH为6.2 6,土壤导电率EC为0.45mS/cm.试验采用盆栽形式,花盆高12 cm,上口和下底直径分别为17.7 cm和11.4cm,每盆装基质36 0 g.1.2试验方法2021年4月7 日选取三叶一心的小西瓜苗,定植在花盆中,每盆定植一株,植株行距和株距分别为5
15、0 cm和2 5cm,定植后每个花盆表层覆盖聚乙烯薄膜,以防止水分蒸发.采用滴箭灌溉,滴箭形式为一出二,滴头流量为2 L/h.不同处理均追施3次水溶性复合肥料(m:mp 2 0:mk.o=3:1:6),每株西瓜单次用氮量为6 g,不同处理施肥量相同.西瓜生育期划分为苗期(定植2 2 d内,4月7 日一4月2 9日)、开花坐果期(定植2 3 38 d,4月30 日一5月15日)、果实膨大期(定植39 6 0 d,5月16 日一6月6 日)和果实成熟期(定植6 17 4 d,6月7 日一6月2 0 日).试验共设3个处理,水分梯度(根据前期在北京农林科学院温室开展的基质栽培田间水分管理经验,尽量不
16、让西瓜发生重度缺水)设置为灌溉上限分别占基质持水量(FC)的9 5%10 0%(T1),75%80%(T 2)和55%6 0%(T3),每个处理6 次重复,各处理随机排列.1.3测定项目及方法1.3.1西瓜耗水量试验共栽培18 盆小型西瓜,每个处理选取3盆第10 期原桂霞,等不同时间尺度下温室西瓜蒸腾与环境因子关系1053长势均匀的西瓜盆栽分别置于具有自记功能的电子秤(型号BM6G,量程30 kg,精度0.1g,中航电测仪器股份有限公司,中国)上,对西瓜蒸腾量(ET)进行实时监测,数据采集为每次5min.ET根据水量平衡方程计算ET=10(M,-M+1)/(pS)+I,式中:M,和M分别为第t
17、时刻和t+1时刻花盆和西瓜植株的总质量,g;p为水的密度,g/cm;S为单株西瓜所占的面积,S=植株行距株距,cm;I为时段内的灌水量,mm.1.3.2环境数据利用小气候监测系统(型号AG1000,CampbellScientific公司,美国)对空气温度(T)、相对湿度(R H)和太阳辐射(Rs)等环境因子进行实时监测,包括温湿度传感器(型号HMP155A,温度传感器量程-8 0 6 0,湿度传感器量程0 10 0%,温度传感器精度+0.2,湿度传感器精度+0.2%,CampbellScientific公司,美国)、Rs传感器(型号LI200X,量程0 10 0 0 W/m,精度3%,Cam
18、pbell Scientific 公司,美国)、光合有效辐射(PAR)传感器(型号LI190SB,测量光谱波段40 0 7 0 0 nm,灵敏度5%,Campbell Scientific公司,美国).数据采集频率为10min/次.饱和水气压差(VPD)根据ALLEN12)提供的方法计算。0.80(r-q.uu)/0.600.400.2000:006:0012:0018:0024:00(a)苗期Fig.1 Variation of typical daily transpiration of watermelon in different growth stages under differe
19、nt irrigation treatments2.1.2小时尺度下蒸腾量与环境因子关系表1为不同时间尺度下西瓜ET与环境因子的相关关系.由表可知,小时尺度下,不同灌水处理ET与各环境因子的相关关系在P=0.01水平下具有统计学意义.不同灌水处理ET与平均气温(T)、太阳辐射(Rs)、饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)显著正相关,而与相对湿度(RH)显著负相关.ET,和PAR相关性最高,相关系数为0.7 6;其次为Rs,相关系数为0.7 4;最后是T。和VPD.ET,与RH,VPD相关性最高,其次为T。.ET,和PAR相关性最高,其次为 R。和 VPD,ET3与RH 的相关性最低,
20、1.4数据统计与分析用MicrosoftExcel2010软件进行数据处理并绘制相关图表,利用SPSS26.0软件对各处理结果进行统计分析.(1)2试验结果与分析2.1小时尺度下蒸腾变化规律与环境因子的关系2.1.1小时尺度蒸腾变化规律分别选取4月2 4日、5月11日6 月6 日和6月13日作为西瓜苗期、开花坐果期、果实膨大期和果实成熟期典型日,分析不同灌水处理西瓜典型日蒸腾量(ET)逐小时动态变化如图1所示.由图1可知,不同生育期内,不同灌水处理西瓜ET逐小时变化曲线类似,昼高夜低,均呈现单峰曲线.以开花坐果期为例,不同灌水处理ET在中午12:00左右达到峰值,ET值由大到小依次为T1处理(
21、ET),T 2 处理(ET),T 3处理(ET,).由图可知,不同处理西瓜苗期的典型日ET均较小,ET,ET,和ET,的典型日峰值量分别为0.0 8,0.0 6 和0.04mm/h;果实膨大期西瓜的典型日ET较大,ETi,ET,和ET,峰值分别为0.6 8,0.49 和0.37 mm/h;在果实成熟期,不同处理西瓜典型日ET峰值降低且持续时间缩短.0.800.80T1T1-T20.60一T30.4060.2000:006:0012:0018:0024:00(b)开花坐果期图1不同灌水处理西瓜各生育期典型日蒸腾量变化0.80T1(-u)/T20.60-T30.4060.2000:006:0012
22、:00 18:0024:00tt(c)果实膨大期相关系数为-0.7 1.可见,小时尺度下,不同环境因子对不同灌水处理ET的相关关系有所不同.为进一步探究环境因子对不同灌水处理西瓜ET的综合作用,基于主要环境因子建立小时尺度下ET,ET,和ET,逐步回归方程(见表1).由表可知,ET,的逐步回归方程中,Rs,T。和 RH 均为输人变量,综合关系模型可以解释ET,变化的51.9%,其中对ET,贡献最大的为Rs,贡献量为45.5%.进入ET,和ET,的逐步回归方程的环境因子有 Rs,T,RH和VPD,综合关系模型分别可以解释ET,和ET,变化的56.9%和54.3%,其中R。对ET,和ET,的贡献量
23、T1T20.60一T360.2000:006:0012:0018:0024:00(d)果实成熟期-T2一T31054排灌机械工程学报第41卷分别为46.6%和48.4%.3个逐步回归方程的P值均Tab.1Correlation between transpiration of watermelon and environmental factors at different time scales时间尺度处理T1小时T2T3T1日T2T3T1旬T2T3注:*表示相关性在P=0.05水平上具有统计学意义;*表示相关性在P=0.01水平上具有统计学意义2.1.3小时尺度下蒸腾量与环境因子通径分析表
24、2 为不同时间尺度下西瓜蒸腾量与环境因子表2 不同时间尺度下西瓜蒸腾量与环境因子的通径分析Tab.2 Path analysis of transpiration and environmental factors of watermelon at different time scales时间尺度处理T1T2小时T3T1日T2T3T1旬T2T3利用通径分析可以直观地辨识ET影响因子的路径及贡献大小.由表2 可知,ET,受各环境因子的直接影响从大到小依次为Rs,T。和RH,对比直接和间接通径系数可知,R。和T。对ET,的直接作用最大.由于RH对ET,的直接通径系数小于其间接通径为0,表明方程均
25、通过了显著性检验.表1不同时间尺度下西瓜蒸腾量与环境因子的相关关系Pearson 相关系数逐步回归方程R2ET,=-0.264+0.001Rs+0.01T,+0.001RH0.519ET2=-0.249+0.001Rs+0.006T,+0.002RH+0.040VPD0.569ET3=-0.171+0.001Rs+0.004T+0.001RH+0.024VPD0.543ET,=4.345+0.063Rs+0.131T,-0.010PAR0.764ET2=-4.079+0.041Rs+0.120Ta0.724.ET3=-2.648+0.037Rs+0.057Ta0.685ET,=75.088+0
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