温室西红柿耗水模型及精准灌溉模式的研究

Separate simulating of the canopy transpiration and soil evaporation are significant for high efficiency water use and improving growing environment of the crop. On the lack of theories in transpiration from the canopy and evaporation from the soil for the greenhouse crop, and the lack of control theory in greenhouse, this study concentrate on modifying the model parameters which are canopy resistance and soil surface resistance parameters based on energy balance equation on above and beneath the canopy, and via observation of the micro-meteorological factors which are radiation intensity and temperature and humidity of the canopy, soil moisture, growth and physiological index during the growing season of the greenhouse tomato. Accordingly, the physical and biological process of evapotranspiration of greenhouse crops, and the mechanism action with the affecting factors will be researched and clarified. The transpiration from the canopy and evaporation from the soil can be estimated separately with the constructed model. This is valuable for precision irrigation, which could irrigate separately on crop canopy or on root zoon soil beneath the canopy.

分别模拟温室作物冠层气孔蒸腾及冠层下土壤蒸发，对于实现作物优质增产、高效用水及改善作物生长环境具有重要的意义。针对温室作物叶片气孔蒸腾及冠层下土壤蒸发分别模拟的研究及温室作物生长环境控制理论依据不足等问题。本研究基于冠层上、下能量平衡模型，通过观测温室西红柿各生育期的微气象因子（光照强度、作物冠层温湿度）、土壤水分状况及作物生长生理指标，修改模型中冠层及土壤表面阻力参数，构建温室西红柿全生育期的耗水模型，实现西红柿耗水过程的动态模拟，明确冠层气孔蒸腾及冠层下土壤蒸发与环境变量的响应机理，确定基于作物生长生理信息的灌水控制变量临界阈值，采用分别对作物冠层微喷灌及根区土壤滴灌相结合的模式进行灌水。研究成果既可用于评价温室环境变化对西红柿耗水的影响，也可作为优化西红柿灌水方案的理论依据。

微喷灌结合滴灌是指在作物根区滴灌的基础上对作物冠层进行微喷灌来改善作物生长环境的一种灌水方式。为了探明微喷灌结合滴灌（MSDI）和地表滴灌（SDI）2 种灌水方式下温室高温环境及作物生长生理特性的差异及响应规律，该研究以番茄为试验对象，开展了2 种灌水方式下温室环境及番茄生长生理特性的观测试验。结果表明：在改变温室环境方面，MSDI 灌水方式较SDI 可增加温室内相对湿度，降低气温，同时降低叶片温度约4℃；采用MSDI 可增加番茄株高与茎粗，降低作物茎流速率，促进番茄生长；2 种灌水方式下番茄最大光合效率几乎一致，分别为0.74 和0.77，但日平均实际光合效率差异明显，分别为0.57 和0.47，MSDI 灌水方式下番茄叶片日平均气孔导度和光合速率比SDI 方式分别高182.8%和92.4%。同时，基于2017年秋冬季和2018年春夏季Venlo型温室番茄生育期内微气象数据、番茄生长发育指标和植株蒸腾（Tr），对Penman-Monteith（PM）模型中关键参数—冠层阻力（rc）和空气动力学阻力（ra）进行研究，构建了准确模拟我国南方地区温室番茄Tr的模型。通过分析番茄叶片孔阻力（rs）与温室内气象因子的响应关系，构建由番茄有效叶面积指数及rs模拟rc的子模型；采用两种方法：（a）基于风速的Perrier对数法，（b）基于温室对流类型的热传输系数法，计算温室内低风速环境下的ra，并评价不同方法的适用性。研究结果表明：rs与太阳辐射（Rs）呈指数关系，相关性较高（R2 = 0.89），可通过观测温室内Rs计算番茄叶片rs；应用热传输系数法确定ra时，温室内对流类型绝大多数时间为混合对流；两种方法计算的温室内ra变化幅度均较小，Perrier对数法计算的春夏季和秋冬季ra平均值分别为388 s/m和383 s/m，热传输系数法计算的ra平均值分别为141 s/m和158 s/m；基于两种ra计算方法，PM模型模拟的Tr与实测值均具有较好的一致性，但采用Perrier对数法计算ra时，PM模型低估了Tr；而采用热传输系数法计算ra时，PM模型可更准确的模拟该地区温室番茄Tr。该研究成果对于合理调控温室高温环境、提高温室作物产量具有重要的指导意义。