基于温室环境因子及作物生长生理信息的精量灌溉方式研究

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温室能充分调节光、热、水、气资源,为作物提供适宜的生长发育环境,但主流温室在设计和建造的过程中更多地强调了采光、蓄热和保温,因此,温室内极易形成高温环境对作物生长造成危害,严重影响了温室的利用效率。研究科学合理的精量灌溉方式,可以促进温室节水灌溉的发展,改善作物生长环境,提高温室利用效率,实现作物的优质高产,对于促进农业可持续发展具有重要意义。针对南方地区夏季温室内易形成高温环境及作物精量灌溉问题,在江苏大学Venlo型玻璃温室以黄瓜为研究对象开展田间试验,采用土槽种植。试验设置微喷灌结合滴灌(micro-sprinkler irrigation combined with drip irrigation,MSDI)和地表滴灌(surface drip irrigation,SDI)2种灌溉方式,分别对2种灌溉方式下温室内外气象因子、黄瓜株高、茎粗、茎流速率、光合特性等生长生理信息进行了观测对比,并基于实测温室黄瓜耗水等资料确定了温室黄瓜不同生育期作物系数。通过观测对比和数据分析,得出以下结论:(1)夜间温室内不同高度(0.8、1.3和1.8 m)冠层间气温和相对湿度基本相同,气温在05:00左右达到最低值,14:00左右达到最高值,相对湿度在05:00左右达到最高值,14:00左右达到最低值。1.8 m处气温最高,0.8 m处气温最低,1.3 m处气温处于中间水平,相对湿度与气温变化规律相反。MSDI灌溉方式在不同时刻开启微喷灌后,不同高度冠层间气温均比下降,相对湿度均比增加。叶片温度平均每次下降约4℃,持续时间约为10 min。在停止微喷灌后约12 h,MSDI灌溉方式下叶片温度恢复到SDI灌溉方式下叶温水平。(2)MSDI灌溉方式的微喷灌暂未开启,两种灌溉方式下黄瓜的株高和茎粗无显著性差异。开启微喷灌后,作物株高增长显著提高了22.5%(P<0.05),由于黄瓜茎粗增长有限,黄瓜茎粗并无显著差异。MSDI灌溉方式与SDI灌溉方式相比对单果重和纵长均存在显著性差异,分别提高了13.5%和2%,同时所测黄瓜中TSS含量较SDI灌溉方式高24.2%,对黄瓜总产量和横径没有显著影响。(3)净辐射和气温是影响植株茎流速率的主要气象因子,MSDI灌溉方式通过降低气温,增加空气相对湿度,使植株茎流速率下降。两种灌溉方式下黄瓜叶片气孔导度和光合速率均为先升高后降低的单峰型曲线,MSDI灌溉方式有效提高了黄瓜叶片气孔导度和光合速率,日平均气孔导度和光合速率分别较SDI灌溉方式高182.8%和92.4%。(4)两种灌溉方式夜间光系统II的最大光合效率几乎一致,约为0.740.77。实际光合效率与气温变化规律相反,日间随着气温的升高迅速下降,约在中午11:00时达到最低值,MSDI灌溉方式达到最低值的时间略滞后于SDI灌溉方式,日间MSDI灌溉方式下叶片实际光合效率明显高于SDI方式,日平均实际光合效率分别为0.57和0.47,空气温度(Ta)、太阳辐射(SR)和相对湿度(RH)是影响黄瓜光合效率的主要气象因子,光合效率与Ta、SR和RH均呈极显著负相关(P<0.01),利用MSDI灌溉方式可提高作物叶片实际光合效率。(5)黄瓜生育期温室内气象条件具有高温的特点,温室内太阳辐射的平均值121.4 W/m2,气温的变化范围为19.132.7℃,平均为26.9℃。温室内平均相对湿度为66.9%,平均水汽压差为0.2 kPa。黄瓜生育期温室内ET0的变化范围为0.154.41 mm/d,平均为2.50 mm/d,温室外ET0的变化范围为0.418.32mm/d,平均为4.09 mm/d。温室内外ET0变化趋势基本相同,并且具有较好的相关性。温室黄瓜全生育期内ETc、ET0和Epan的平均值依次为1.71 mm/d,2.46 mm/d和3.02 mm/d。ET0与Epan具有极高的相关性(R2=0.91),通过实测蒸发皿蒸发量可较准确计算温室内ET0。(6)温室黄瓜作物系数在生长初期、中期和末期分别为0.27、0.95和0.72,基于蒸发皿蒸发量确定的作物系数在不同生育期分别为0.24、0.77和0.55。温室黄瓜作物系数小于FAO-56在大田环境的推荐值。
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