環(huán)境因子對(duì)負(fù)水頭供液下溫室番茄 耗液量影響的通徑分析

張 芳，張建豐，喬曉軍，薛緒掌，王利春，陳曉麗，李友麗

(1.國(guó)家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心， 北京 100097； 2.西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院， 陜西 西安 710048)

全球90%以上的無土栽培為基質(zhì)栽培，溫室營(yíng)養(yǎng)液型基質(zhì)栽培就是當(dāng)溫室基質(zhì)中僅含有一定比例草炭(無其它有機(jī)肥)時(shí)，由營(yíng)養(yǎng)液全程補(bǔ)充供給蔬菜生長(zhǎng)所需的各種營(yíng)養(yǎng)元素和水分的基質(zhì)栽培[1-3]，具有水肥利用效率高、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、防止連作障礙和不易傳染根系病害等優(yōu)點(diǎn)。目前，我國(guó)基質(zhì)栽培蔬菜生產(chǎn)中，仍采用根據(jù)土壤水分狀況、氣象環(huán)境和作物生理反應(yīng)三種因素作單因素或綜合判斷的傳統(tǒng)方式?jīng)Q策供給營(yíng)養(yǎng)液，以達(dá)到供液“適時(shí)”和“適量”的目標(biāo)和要求[4]。目前，在眾多節(jié)水灌溉方式中，負(fù)水頭灌溉技術(shù)[5]是較新穎的技術(shù)之一，其將供水壓力控制為負(fù)水頭進(jìn)行灌溉, 實(shí)現(xiàn)土壤含水量的精確和持續(xù)控制，有效減少土壤滲漏，還可根據(jù)植株長(zhǎng)勢(shì)和氣溫、地溫、光強(qiáng)、空氣濕度等多種環(huán)境因素的影響適時(shí)適量自動(dòng)灌水[6]。若將此技術(shù)應(yīng)用于基質(zhì)栽培中，即可解決“適時(shí)、適量”對(duì)蔬菜根系供給營(yíng)養(yǎng)液的問題。

溫室蔬菜的耗液量不僅與品種遺傳特性有關(guān)，在根系生長(zhǎng)介質(zhì)水分狀況一定的情況下，很大程度上還受環(huán)境因子影響，主要影響因子包括溫室太陽輻射強(qiáng)度、溫度和空氣相對(duì)濕度等。張瑞美等[7]和劉浩等[8]針對(duì)溫室土壤栽培條件下番茄日需水量與環(huán)境因子的關(guān)系做了定性分析，姚勇哲等[9]研究了各環(huán)境因子對(duì)溫室土壤栽培條件下番茄需水量的直接和間接作用。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)基于負(fù)水頭灌溉技術(shù)的溫室營(yíng)養(yǎng)液型基質(zhì)栽培條件下，環(huán)境因子對(duì)番茄日耗液量影響的研究較少[10-13]。

通徑分析是研究變量間相互關(guān)系、自變量對(duì)因變量的作用方式和程度的多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)[4，14-15]。本研究采用Pearson相關(guān)分析法和通徑分析方法探討空氣相對(duì)濕度、氣溫和太陽輻射強(qiáng)度等溫室環(huán)境因子對(duì)負(fù)水頭供液下溫室基質(zhì)栽培番茄日耗液量的影響程度及復(fù)雜關(guān)系，尋求并確定各環(huán)境因子對(duì)番茄日耗液量變化的直接和間接作用，并建立負(fù)水頭供液下溫室基質(zhì)栽培番茄日耗液量的多元回歸模型，以期為負(fù)水頭供液下溫室番茄營(yíng)養(yǎng)液供給管理方法提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2014年4—8月在北京小湯山國(guó)家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。4月26日定植，5月5日開始進(jìn)行處理，留4穗果后去生長(zhǎng)點(diǎn)，8月10日結(jié)束試驗(yàn)。溫室透光率為75%左右。

供試品種為番茄，品名為仙客8號(hào)?；|(zhì)配方為草炭、蛭石和珍珠巖，其體積比為5∶3∶1，基質(zhì)容重為0.3 g·cm-3，總孔隙度為80.5%，pH值為6.95，EC值為0.98 mS·cm-1，基質(zhì)持水量為0.62 cm3·cm-3。

負(fù)水頭決策供液裝置是根據(jù)負(fù)水頭供水控水盆栽裝置[16]改進(jìn)的。該裝置主要由負(fù)水頭供液裝置、淋洗裝置、控制器和盆栽容器組成，其中負(fù)水頭供液裝置由供水盤、儲(chǔ)液桶、控壓管、導(dǎo)氣管、液位管、壓力傳感器組成，如圖1所示；淋洗裝置由淋洗液桶、潛水泵、電磁閥和滴灌管組成，如圖2所示。供水盤為多孔陶瓷材質(zhì)，直徑為19 cm，厚1.5 cm，內(nèi)部為空腔，當(dāng)空腔內(nèi)儲(chǔ)滿水時(shí)，供水盤透水不透氣。儲(chǔ)液桶高100 cm，內(nèi)徑為15.5 cm。壓力傳感器測(cè)量范圍為0～-20 kPa，對(duì)應(yīng)的電壓輸出為1～5 V。

1.2 負(fù)水頭供液原理

圖1為負(fù)水頭供液裝置圖。當(dāng)作物根系從基質(zhì)中吸收水分后，根系附近的供水盤周圍基質(zhì)水勢(shì)減小，且小于供水盤內(nèi)水勢(shì)，則供水盤內(nèi)的液量通過基質(zhì)勢(shì)作用緩慢滲入基質(zhì)，用于補(bǔ)給作物消耗的液量，然后儲(chǔ)液桶內(nèi)液量在大氣作用下進(jìn)入供水盤，此時(shí)儲(chǔ)液桶內(nèi)部壓強(qiáng)減小。如此不斷循環(huán)，儲(chǔ)液桶內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)液在負(fù)壓條件下連續(xù)滲入基質(zhì)中，并被作物根系吸收。當(dāng)基質(zhì)水勢(shì)等于供水盤內(nèi)水勢(shì)，系統(tǒng)達(dá)到平衡，供水盤內(nèi)水分不再運(yùn)動(dòng)，則基質(zhì)含水量維持穩(wěn)定[10，17]。

循環(huán)過程中，由于控壓管底端與導(dǎo)氣管相連，即與大氣相通，則控壓管底部的壓強(qiáng)為Pa。當(dāng)控壓管內(nèi)水位高度為h1時(shí)，控壓管液面處和連接管與儲(chǔ)液桶連接處的壓強(qiáng)均為：

P1=Pa-ρgh1

(1)

式中，ρ為營(yíng)養(yǎng)液密度，g為重力常數(shù)。

供水盤中心處和連接管與儲(chǔ)液桶連接處的高度差為h2，則供水盤中心處的壓強(qiáng)為：

P2=P1+ρgh2

(2)

將式(1)代入式(2)，得出

Δh=h2-h1

(3)

式中，Δh即為控制儲(chǔ)液桶內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)入基質(zhì)液量的負(fù)水頭。通過調(diào)節(jié)不同負(fù)水頭，則可控制不同的基質(zhì)含水量。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)淋洗時(shí)間(S)和淋洗量(V)2個(gè)因素，淋洗時(shí)間設(shè)3個(gè)水平，分別為負(fù)水頭儲(chǔ)液桶內(nèi)水位每下降1 cm(S1)、3 cm(S2)和5 cm(S3)時(shí)，即單株番茄分別消耗儲(chǔ)液桶內(nèi)營(yíng)養(yǎng)液0.14 mm、0.41 mm和 0.68 mm時(shí)，需淋洗1次；淋洗量設(shè)3個(gè)水平，即淋洗系數(shù)α分別為0.1(V1)、0.3(V2)和0.5(V3)，淋洗量由式(4)計(jì)算，共9個(gè)處理。

(4)

式中，WL為負(fù)水頭供液下單盆單株番茄相鄰兩次淋洗時(shí)段內(nèi)的平均淋洗量(mm·d-1)；WD為負(fù)水頭儲(chǔ)液桶內(nèi)水位每下降1 cm、3 cm和5 cm時(shí)減少的液量(cm3)；α為淋洗系數(shù)，分別取0.1、0.3和0.5；θfc為基質(zhì)持水量；θv為基質(zhì)含水量，本試驗(yàn)負(fù)水頭盆栽裝置采用的負(fù)壓值為0.5 kPa，其對(duì)應(yīng)的基質(zhì)含水量為0.59 cm3·cm-3；V為減去供水盤體積后單盆單株番茄的基質(zhì)體積(cm3)；A為單株栽培面積(cm2)；t為定植后第9～107d內(nèi)相鄰兩次淋洗歷經(jīng)的時(shí)間(d)。

9個(gè)處理分兩行相對(duì)擺放種植，番茄行距80 cm，株距50 cm。每個(gè)處理采用單盆單株栽培番茄，每株番茄為1個(gè)重復(fù)，共4個(gè)重復(fù)。每株番茄的盆底均安裝1個(gè)供水盤，每個(gè)處理由1個(gè)負(fù)水頭供液裝置和淋洗裝置進(jìn)行供液和淋洗。淋洗裝置中，每個(gè)淋洗液桶內(nèi)放置1個(gè)潛水泵，潛水泵出水口與滴灌管的連接處安裝電磁閥，滴灌管鋪于盆栽容器上，滴頭分別對(duì)準(zhǔn)番茄莖基部。由于滴灌管長(zhǎng)度較短，理想化認(rèn)為4個(gè)滴頭的流量相等。如圖2所示。種植番茄的盆栽容器內(nèi)長(zhǎng)、寬和高分別為29 cm、24 cm和19 cm，盆底中心設(shè)排液孔，孔徑2 cm，排液孔下放置排液收集容器，如圖3所示。定植后各處理基質(zhì)表面覆膜，防止基質(zhì)蒸發(fā)。

建立儲(chǔ)液桶內(nèi)水位變化與壓強(qiáng)變化的關(guān)系，壓強(qiáng)由壓力傳感器監(jiān)測(cè)，并由電壓輸出值表示。控制器每間隔500 ms收集一次各處理的電壓輸出值，根據(jù)輸出值變化幅度決策是否開啟電磁閥和潛水泵，若電壓輸出值的變化幅度分別大于等于儲(chǔ)液桶內(nèi)液位變化1 cm、3 cm和5 cm對(duì)應(yīng)的電壓變化幅度時(shí)，便開啟電磁閥和潛水泵進(jìn)行淋洗，完成后關(guān)閉電磁閥和潛水泵。

1.負(fù)水頭供液裝置； 2.控制器； 3.連接管； 4.番茄植株； 5.基質(zhì)； 6.盆栽容器； 7.滴灌管； 8.電磁閥； 9.淋洗液桶

1. Nutrient solution supplying device with negative pressure water supplying disc; 2. Controller; 3. Connecting pipe; 4. Tomato plant; 5. Substrate; 6. Potted container; 7. Drip irrigation pipe; 8. Solenoid valve; 9. Nutrient solution storage barrel for leaching

圖2 負(fù)水頭供液裝置和淋洗裝置示意圖

1.番茄植株； 2.手動(dòng)閥門； 3.連接管； 4.排液孔； 5.供水盤； 6.收集容器； 7.地面

1. Tomato plant; 2. Hand valve; 3. Connecting pipe; 4. Discharge hole; 5. Water supplying disc; 6. Collection container; 7. Ground

圖3盆栽容器及排液收集容器剖面示意圖

Fig.3 The generalized schematic diagram of the potted container and collection of drainage

本文根據(jù)試驗(yàn)觀測(cè)各處理植株生長(zhǎng)狀況和果實(shí)產(chǎn)量及其品質(zhì)的結(jié)果，通過基于熵權(quán)的多層次多目標(biāo)模糊評(píng)價(jià)模型對(duì)其綜合效益分析得出，處理S1V2的綜合效益較優(yōu)。以其為例，分析溫室環(huán)境因子對(duì)負(fù)水頭供液條件下番茄日耗液量影響的通徑分析。

營(yíng)養(yǎng)液采用日本山崎番茄配方配制，于番茄定植開花前，開花第一穗果坐果前和第一穗花坐果～采收結(jié)束3個(gè)生育期分別供給濃度為1.5、2.0、2.5 mS·cm-1的營(yíng)養(yǎng)液[18]。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

單株番茄每天平均耗液強(qiáng)度分別按以下情況計(jì)算：

(1)一天內(nèi)儲(chǔ)液桶內(nèi)下降液量未達(dá)到淋洗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單株番茄每天的平均耗液量為單株番茄相鄰兩次淋洗時(shí)段內(nèi)的平均耗液量，如式(5)計(jì)算：

(5)

(2)一天內(nèi)儲(chǔ)液桶內(nèi)下降液量達(dá)到多次淋洗標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，單株番茄每天平均耗液量為每天相鄰兩次淋洗時(shí)段內(nèi)的耗液量之和，如式(6)計(jì)算：

+…+

(6)

式中，ET為基于負(fù)水頭決策下單株番茄每天平均耗液量(mm·d-1)；WD1，WD2，…，WDm中WD為負(fù)水頭儲(chǔ)液桶內(nèi)水位每下降1 cm、3 cm和5 cm時(shí)減少的液量(cm3)，其中下標(biāo)1，2，…，m為每天淋洗次數(shù)；n為每個(gè)處理的重復(fù)數(shù)；D為單株番茄排液量(cm3)；α、θfc、θv、V、A和t同式(4)。本試驗(yàn)是在覆膜條件下進(jìn)行，則認(rèn)為基質(zhì)蒸發(fā)量較小，可忽略不計(jì)。

單株番茄排液量為單株番茄每次淋洗后基質(zhì)栽培槽中的多余營(yíng)養(yǎng)液由排液孔流入收集槽的液量。

采用國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心制作的綠云格微型氣象站，將其懸掛于溫室內(nèi)番茄植株上方1 m處，每0.5 h監(jiān)測(cè)和采集一次溫室內(nèi)相對(duì)濕度、氣溫和太陽輻射強(qiáng)度等環(huán)境因子，分別計(jì)算日平均相對(duì)濕度(RHmean，%)、日平均氣溫(Tmean，℃)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean，MJ·m-2·d-1)、日平均飽和水汽壓差(VPDmean，kPa)、日最高相對(duì)濕度(RHmax，%)、日最高氣溫(Tmax，℃)、日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax，MJ·m-2·d-1)、日最低相對(duì)濕度(RHmin，%)、日有效積溫(GDD，℃)和日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia，MJ·m-2·d-1)。另外，再選取作物系數(shù)(Kc)，共11個(gè)影響負(fù)水頭供液條件下番茄日耗液量(ETN，mm)的溫室環(huán)境因子。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[19]，然后進(jìn)行番茄日耗液量與各環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析，再按照崔黨群[20]和袁志發(fā)等[21]的方法，分別求出各環(huán)境因子對(duì)番茄日耗液量的直接通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)、決策系數(shù)和剩余通徑系數(shù)。

采用回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差RMSE和相對(duì)誤差RE對(duì)環(huán)境影響因子與番茄日耗液量建立的多元回歸模型模擬值和實(shí)測(cè)值的擬合程度進(jìn)行分析，計(jì)算公式如下：

(7)

(8)

式中，n為樣本個(gè)數(shù)；OBSi為實(shí)測(cè)值；SIMi為模型模擬值。

數(shù)據(jù)采用Microsoft office excel和SPSS16.0軟件進(jìn)行處理和分析，采用OriginPro2016繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄日耗液量與各環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析

表1為負(fù)水頭供液條件下番茄日耗液量與溫室環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析。由表1看出，在影響番茄日耗液量的11個(gè)因子中，日最低相對(duì)濕度(RHmin)與日耗液量的相關(guān)程度達(dá)顯著水平(P<0.05)，其余因子均與日耗液量(ET)的相關(guān)程度達(dá)極顯著水平(P<0.01)，其中日平均氣溫(Tmean)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)、日平均飽和水汽壓差(VPDmean)、日最高氣溫(Tmax)、日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)、日有效積溫(GDD)、日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)和作物系數(shù)(Kc)與日耗液量呈顯著正相關(guān)，而日平均相對(duì)濕度(RHmean)、日最高相對(duì)濕度(RHmax)和日最低相對(duì)濕度(RHmin)與日耗液量的相關(guān)性呈顯著負(fù)相關(guān)。表明所選取的影響因子與日耗液量具有一定程度的線性相關(guān)關(guān)系。在溫室基質(zhì)栽培負(fù)水頭供液下番茄的日耗液量與日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)、日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)和作物系數(shù)(Kc)的正相關(guān)性最強(qiáng)，說明太陽輻射強(qiáng)度對(duì)番茄日耗液量影響最大；其次是日平均飽和水汽壓差(VPDmean)、日平均氣溫(Tmean)和作物系數(shù)(Kc)。日最高相對(duì)濕度(RHmax)與番茄日耗液量呈最強(qiáng)的顯著負(fù)相關(guān)。

表1 負(fù)水頭供液條件下番茄日耗液量與溫室環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析

注：*表示P<0.05；**表示P<0.01。ET：日耗液量；RHmean：日平均相對(duì)濕度；Tmean：日平均氣溫；Imean：日平均太陽輻射強(qiáng)度；VPDmean：日平均飽和水汽壓差；RHmax：日最高相對(duì)濕度；Tmax：日最高氣溫；Imax：日最高太陽輻射強(qiáng)度；RHmin：日最低相對(duì)濕度；GDD：日有效積溫；Ia：日太陽輻射強(qiáng)度積累；Kc：作物系數(shù)。

Note: * indicatesP<0.05； ** indicatesP<0.01.ET: water consumption;RHmean: average relative humidity;Tmean: average temperature;Imean: average solar radiation intensity;VPDmean: average vapor pressure deficit;RHmax: maximum relative humidity;Tmax: maximum temperature;Imax: maximum solar radiation intensity;RHmin: minimum relative humidity;GDD: effective accumulated temperature;Ia: accumulated solar radiation intensity;Kc: crop coefficient.

2.2 番茄日耗液量與各環(huán)境因子的通徑分析

通過上述番茄日耗液量與其影響因子的Pearson相關(guān)性分析可知，當(dāng)其它環(huán)境因子不變時(shí)，番茄日耗液量與各環(huán)境因子間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，但這不能準(zhǔn)確說明各環(huán)境因子之間和對(duì)番茄日耗液量的直接影響和間接影響，以及對(duì)日耗液量影響效應(yīng)的大小，所以在Pearson相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上采用通徑分析做進(jìn)一步分析。各環(huán)境因子的直接通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)、決定系數(shù)和決策系數(shù)如表2所示。直接通徑系數(shù)表示各環(huán)境因子在本質(zhì)上對(duì)番茄日耗液量的直接影響程度；間接通徑系數(shù)表示某一環(huán)境因子通過其余因子對(duì)番茄日耗液量的影響程度；決策系數(shù)[20]是將各環(huán)境因子對(duì)番茄日耗液量的綜合作用進(jìn)行排序，用于確定主要決策變量和限制性變量。

將番茄日耗液量與各環(huán)境因子建立多元回歸方程，予以檢驗(yàn)通徑分析的可行性，此方程為：

ET=4.087+0.075RHmean+0.002Tmean+0.111Imean+0.757VPDmean-0.059RHmax-0.007Tmax+0.041Imax-0.045RHmin-0.008GDD+0.009Ia+4.353Kc

(9)

上式經(jīng)方差分析，F(xiàn)=159.397(P<0.01)，方差分析極顯著，則方差分析有意義，并且R2=0.965(P<0.01)(n=89)，說明通徑分析有意義。

由表2中直接通徑系數(shù)可看出，在溫室基質(zhì)栽培負(fù)水頭供液條件下，日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)、日最高相對(duì)濕度(RHmax)和作物系數(shù)(Kc)與番茄日耗液量的直接通徑系數(shù)呈極顯著水平(P<0.01)，日平均相對(duì)濕度(RHmean)、日平均飽和水汽壓差(VPDmean)、日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)、日最低相對(duì)濕度(RHmin)、日有效積溫(GDD)和日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)與番茄日耗液量的直接通徑系數(shù)呈顯著水平(P<0.05)，這些因子可作為番茄日耗液量的重要指示指標(biāo)；其中番茄日耗液量的最大直接正影響因子是日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)，其次是作物系數(shù)(Kc)，最大直接負(fù)影響因子是日有效積溫(GDD)。

由直接通徑系數(shù)和間接通徑系數(shù)數(shù)據(jù)看出，日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)對(duì)日耗液量的直接影響為正向，與其通過日有效積溫(GDD)對(duì)日耗液量的負(fù)向影響基本抵消，則由其通過作物系數(shù)(Kc)對(duì)日耗液量的正向影響起主導(dǎo)作用，所以此因子與日耗液量表現(xiàn)為極顯著性正相關(guān)。

表2 溫室環(huán)境因子對(duì)負(fù)水頭供液條件下番茄日耗液量的直接作用和間接作用影響分析

注：*P<0.05，**P<0.01；ε表示剩余因子。 Note: *P<0.05，**P<0.01；εis surplus factor.

作物系數(shù)(Kc)通過日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)和日有效積溫(GDD)對(duì)日耗液量產(chǎn)生較大的正、負(fù)向影響互相抵消，并且此因子對(duì)日耗液量的直接作用為極顯著水平，使得二者之間的相關(guān)性增強(qiáng)，則二者呈極顯著性正相關(guān)。

日有效積溫(GDD)對(duì)日耗液量的直接影響為負(fù)向，這與Pearson相關(guān)性分析結(jié)果中此因子與日耗液量為正相關(guān)不符，但這只是數(shù)字形式的表面關(guān)系，與實(shí)物的本質(zhì)聯(lián)系并不一致，因?yàn)榇艘蜃油ㄟ^日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)對(duì)日耗液量的正向影響可基本抵消這種反作用，則由其通過作物系數(shù)(Kc)對(duì)日耗液量的正向影響起主導(dǎo)作用，所以日有效積溫(GDD)和日耗液量表現(xiàn)為極顯著性正相關(guān)。

由表2還看出，在其余各因子的直接通徑系數(shù)和各項(xiàng)間接通徑系數(shù)數(shù)據(jù)中，由于正負(fù)數(shù)量的相互抵消，得到日平均相對(duì)濕度(RHmean)通過日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)對(duì)日耗液量的負(fù)向影響起主導(dǎo)作用，則此因子與日耗液量呈負(fù)相關(guān)；日平均氣溫(Tmean)通過作物系數(shù)(Kc)對(duì)日耗液量的正向影響是二者之間呈正相關(guān)的主要來源；日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)對(duì)日耗液量的直接作用和其分別通過作物系數(shù)(Kc)和日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)對(duì)日耗液量的正向作用是影響其與日耗液量相關(guān)程度的主導(dǎo)因素，所以二者呈極顯著相關(guān)水平；日平均飽和水汽壓差(VPDmean)通過作物系數(shù)(Kc)對(duì)日耗液量的正向作用，使其與日耗液量呈極顯著相關(guān)水平；日最高相對(duì)濕度(RHmax)分別通過作物系數(shù)(Kc)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)和日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)對(duì)日耗液量的負(fù)向影響，使二者之間的相關(guān)性呈極顯著負(fù)相關(guān)；日最高氣溫(Tmax)通過作物系數(shù)(Kc)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)和日最低相對(duì)濕度(RHmin)對(duì)日耗液量的正向影響，是其與日耗液量之間呈正相關(guān)的重要組成部分；日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)通過其直接作用和日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)與和作物系數(shù)(Kc)對(duì)日耗液量的正向影響，使此因子與日耗液量之間呈極顯著正相關(guān)；日最低相對(duì)濕度(RHmin)通過日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)對(duì)日耗液量產(chǎn)生負(fù)向影響，使二者之間的相關(guān)性降低。

為了看出單因子對(duì)日耗液量綜合作用的大小，將決策系數(shù)由大到小排序。由決策系數(shù)看出，R2(Kc)>R2(Imean)>R2(Imax)>R2(VPDmean)>R2(RHmax)>R2(RHmin)>R2(Tmean)>R2(ε)>R2(Tmax)>R2(RHmean)>R2(Ia)>R2(GDD)，說明作物系數(shù)(Kc)和日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)分別為主要決策因子和次要決策因子；日有效積溫(GDD)和日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)分別為主要限制因子和次要限制因子。

2.3 日耗液量模型的建立與驗(yàn)證

所選取影響番茄日耗液量的11個(gè)因子彼此之間相關(guān)性極顯著，從中再選取相關(guān)性較高(R2>0.65)的9個(gè)影響因子，即日平均氣溫(Tmean)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)、日平均飽和水汽壓差(VPDmean)、日最高氣溫(Tmax)和作物系數(shù)(Kc)；根據(jù)通徑分析選取直接通徑系數(shù)相關(guān)性強(qiáng)(P<0.05)和決策系數(shù)大(R2(xi)>35%)的9個(gè)因子，即日平均相對(duì)濕度(RHmean)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)、日平均飽和水汽壓差(VPDmean)、日最高相對(duì)濕度(RHmax)、日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)、日最低相對(duì)濕度(RHmin)、日有效積溫(GDD)、日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)和作物系數(shù)(Kc)。將兩者綜合考慮后選取日平均相對(duì)濕度(RHmean)、日平均太陽輻射強(qiáng)度(Imean)、日平均飽和水汽壓差(VPDmean)、日最高相對(duì)濕度(RHmax)、日最高太陽輻射強(qiáng)度(Imax)、日最低相對(duì)濕度(RHmin)、日有效積溫(GDD)、日太陽輻射強(qiáng)度積累(Ia)和作物系數(shù)(Kc)共9個(gè)因子，通過最小二乘法建立各環(huán)境影響因子與S1V2的番茄日耗液量模型，如式(8)所示：

ET=4.064+0.072RHmean+0.115Imean+0.740VPDmean-

0.059RHmax+0.038Imax-0.042RHmin-0.008GDD+

0.009Ia+4.371Kc

(10)

上式R2=0.965(P<0.01)(n=89)，經(jīng)方差分析，P<0.01，F(xiàn)=200.441>F(0.01,9,79)=2.640，并且S1V2的模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間1∶1線的R2為0.97，說明線性相關(guān)密切，回歸效果顯著。

將處理S1V1、S1V3、S2V1、S2V2、S2V3、S3V1、S3V2和S3V3的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)代入式(8)，計(jì)算得到模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)之間1∶1線的R2分別為0.82、0.85、0.88、0.87、0.83、0.84、0.83和0.83；各處理回歸估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)誤差和相對(duì)誤差分別為1.03和44.71%、0.87和40.33%、1.06和43.79%、0.99和42.85%、0.99和42.85%、0.96和43.92%、1.19和47.03%及1.21和49.83%；并將S1V2的模擬值與9個(gè)處理的實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，如圖4所示。結(jié)果表明，由處理S1V2建立的環(huán)境因子對(duì)負(fù)水頭條件下溫室番茄日耗液量影響的回歸模型，其模擬值和實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)一致；與其它處理相比，S1V2的模擬值和實(shí)測(cè)值偏小，是因?yàn)楦魈幚硎艿搅芟磿r(shí)間和淋洗量的不同，導(dǎo)致日耗液量有差異，但從整體趨勢(shì)來看，模型具有較好的穩(wěn)定性。

3 結(jié)論與討論

本研究選取溫室內(nèi)空氣相對(duì)濕度、氣溫和太陽輻射強(qiáng)度等因子作為影響負(fù)水頭供液條件下溫室基質(zhì)栽培番茄日耗液量的主要環(huán)境因素，在不同淋洗時(shí)間和淋洗量處理中，以處理S1V2的耗液規(guī)律為例，分別采用Pearson相關(guān)性分析和通徑分析方法，探討了番茄日耗液量與11個(gè)影響因子間的關(guān)系，得出番茄日耗液量與日平均相對(duì)濕度、日平均氣溫、日平均太陽輻射強(qiáng)度、日平均飽和水汽壓差、日最高相對(duì)濕度、日最高氣溫、日最高太陽輻射強(qiáng)度、日有效積溫、日太陽輻射強(qiáng)度積累和作物系數(shù)10個(gè)影響因子呈極高的線性關(guān)系(P<0.01)，與日最低相對(duì)濕度呈顯著線性相關(guān)(P<0.05)。其中與日平均太陽輻射強(qiáng)度、日最高太陽輻射強(qiáng)度和作物系數(shù)的正相關(guān)性最強(qiáng)，說明太陽輻射強(qiáng)度對(duì)番茄日耗液量影響最大；與日最高相對(duì)濕度呈最強(qiáng)的顯著負(fù)相關(guān)。

影響番茄日耗液量的環(huán)境因子之間存在多重相關(guān)性，使因子間產(chǎn)生相互增強(qiáng)或限制的復(fù)雜作用，從而綜合影響番茄日耗液量。所選取的環(huán)境因子中，日太陽輻射強(qiáng)度積累和日有效積溫分別是負(fù)水頭供液條件下溫室基質(zhì)栽培番茄日耗液量的最大直接正影響因子(1.531)和最大直接負(fù)影響因子(-1.645)。從決策系數(shù)來看，作物系數(shù)和日平均太陽輻射強(qiáng)度分別是番茄日耗液量的主要決策因子，決策系數(shù)為56.2%和45.7%，日有效積溫是主要限制因子，決策系數(shù)為-459.6%。由于作物系數(shù)本身包含的因素較多，所以可通過日平均太陽輻射強(qiáng)度和日有效積溫調(diào)控負(fù)水頭供液條件下溫室基質(zhì)栽培番茄日耗液量，進(jìn)而決策其供液量。姚勇哲等(2012)[9]認(rèn)為日最低空氣相對(duì)濕度是溫室番茄蒸騰量的主要限制因子，與本研究不一致，可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)中對(duì)溫室空氣進(jìn)行換氣，相對(duì)來說空氣最低相對(duì)濕度值并沒有很低，所以此因子對(duì)本試驗(yàn)的番茄日蒸騰量沒有起到最大限制作用。

在選取的11個(gè)環(huán)境因子中，再選擇與番茄日耗液量相關(guān)性較高的9個(gè)主要因子與番茄日耗液量建立多元線性回歸模型，并進(jìn)行分析，可較好地預(yù)測(cè)番茄日耗液量，具有較高的相關(guān)性和穩(wěn)定性。由于影響番茄日耗液量的因素有基質(zhì)水分狀況、環(huán)境狀況和蔬菜生理生長(zhǎng)狀況，而本試驗(yàn)未考慮蔬菜生理生長(zhǎng)狀況，所以在影響因子選取中會(huì)對(duì)模型剩余通徑系數(shù)產(chǎn)生一定影響，所以應(yīng)用該模型受到一定限制，但對(duì)依據(jù)溫室環(huán)境因素決策負(fù)水頭供液下溫室基質(zhì)栽培番茄供液量的理論研究有一定的參考價(jià)值。

圖4 負(fù)水頭條件下溫室番茄日耗液量觀測(cè)值與模擬值與實(shí)測(cè)值的比較Fig.4 Comparison between simulated values and measured values of daily consumption of tomato using negative pressure in greenhouse

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