全 文 ：第 26 卷 第 9 期 农 业 工 程 学 报 Vol.26 No.9
2010 年 9 月 Transactions of the CSAE Sep. 2010 53

日光温室覆膜滴灌条件下樱桃西红柿耗水规律

郭占奎 1,2，刘洪禄 1※，吴文勇 1，杨胜利 1
（1．北京市水利科学研究所，北京 100048； 2．中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083）

摘 要：为了给温室膜下滴灌灌溉制度的制定提供参考，通过大型称重式蒸渗仪实测覆膜滴灌条件下樱桃西红柿蒸腾量，
分析了温室微环境气象条件及水面蒸发量的变化规律，计算了日光温室春夏茬樱桃西红柿在覆膜滴灌条件下不同生育阶
段的耗水强度、作物系数及蒸发皿系数。结果表明：日光温室覆膜滴灌条件下，樱桃西红柿在不同生育阶段的耗水强度、
作物系数和蒸发皿系数分别为：苗期 0.22 mm/d、0.09、0.10；开花坐果期 1.65 mm/d、0.48、0.65；盛果期 2.56 mm/d、
1.56、1.76；盛果后期 1.90 mm/d、1.12、2.06；该研究建立了温室樱桃西红柿累计耗水量与水面蒸发量累积值、温室温
度累计值之间函数关系，为合理地制定温室作物灌溉制度提供了一定依据。
关键词：蒸渗仪，灌溉，水，日光温室，耗水
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.09.009
中图分类号：S152-7 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2010)-09-0053-06
郭占奎，刘洪禄，吴文勇，等. 光温室覆膜滴灌条件下樱桃西红柿耗水规律[J].农业工程学报，2010，26(9)：53－58.
Guo Zhankui, Liu Honglu, Wu Wenyong, et al. Water consumption of cherry tomato with mulched drip irrigation in solar
greenhouse[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(9): 53－58. (in Chinese with English abstract)

0 引 言
近年来国内外学者对设施蔬菜滴灌条件下的耗水规
律及水分对产量和品质的影响进行了大量研究，为提高
水分利用效率，优化灌溉措施提供了重要的理论依据，
然而关于温室内覆膜滴灌条件下的蔬菜耗水规律研究较
少[1-4]。当前实测温室蔬菜耗水规律广泛采用的仪器有：
时域反射仪（TDR）、中子仪、蒸渗仪、负压计、烘干法、
茎流仪以及气孔计。其中 TDR 和蒸渗仪均可连续观测土
壤水分储量变化，负压计、中子仪及烘干法只能测定某
个时间点土壤水分的分布情况[5-7]。由于蔬菜根系较浅，
根区土壤水分变化剧烈，膜下滴灌属于局部灌溉，土壤
水分分布不均匀，采用常规仪器测量误差较大。茎流仪
测定蔬菜耗水规律时，这类仪器虽然不受土壤结构和土
壤水分分布的影响，但它们特殊的工作原理和结构决定
了不能用来测量太小植株体的茎流量，而且在尺度转化
过程中，受其它因素的影响较大，很难得到利用[8-9]。
蒸渗仪可以用来测量裸土蒸发或作物的腾发量、以
及深层渗漏量，已成为农田测定蒸腾蒸发的标准仪器。
大型电子称重式蒸渗仪的测量精度高[10-12]，测定短时段的
腾发量，能直接测量土壤水分的变化量，避开了土壤结
构及水分分布不均匀对测量精度造成的影响。称重式蒸
渗仪的测量精度高低主要取决于它的尺寸，蒸渗仪面积

收稿日期：2009-01-21 修订日期：2010-08-19
基金项目：北京市“十一五”重大科技攻关课题 0706007040191)；
作者简介：郭占奎（1983－），男，山西保德人，主要从事节水灌溉方面研
究。呼和浩特 内蒙古自治区水利水电勘测设计院，010020。
Email：gzk154@163.com。
※通信作者：刘洪禄（1963－），男，辽宁营口人，教授级高工，博士，中
国农业工程学会会员（B041100012S），主要从事再生水灌溉、农业节水方
向的研究。北京市海淀区车公庄西路 21 号 北京市水利科学研究所，
100048。Email: liuhonglu@yeah.net
尺寸越大，精度越高[13]。本次试验采用的电子称重式蒸
渗仪主要包括土体系统、称质量系统、供排水系统和数
据采集系统，蒸渗仪表面积 4 m2，土体深 2.3 m，设计精
度为 80 g，即 0.02 mm H2O。
膜下滴灌综合地膜覆盖和滴灌双重节水效果，是一
种高效、节水灌溉方式[14]，目前相关灌溉制度的研究还
不够充分。该研究运用大型蒸渗仪实测樱桃西红柿在覆
膜充分灌水条件下的腾发量，计算西红柿不同生育阶段
的作物系数和蒸发皿系数，并研究其腾发量与蒸发皿蒸
发量累积值、温度累积值的关系函数，为温室覆膜滴灌
条件下灌溉制度的制定提供一定的依据。
1 材料及方法
试验区位于北京市节水灌溉试验中心站，经度
114.3°，纬度 39.3°，多年平均气温 11.5°。试验在日光温
室（50 m×8.5 m）中进行，温室主体为钢架结构，顶部
和底部分设 1 m 通风口，并配置启闭设备，可根据需要
适时开启或关闭通风口，温室正上方 1 m 处设遮阳网。
内置大型电子称重式蒸渗仪，其表面用薄膜覆盖以消除
土面蒸发的影响。温室的中部布置 Watchdog2000 系列小
型自动气象站和 A 级蒸发皿。蒸渗仪整点称质量，气象
站每 15 min 自动采集温室气象数据，每天早 8:00 观测前
一天蒸发皿水面蒸发量。
本次试验选用圣女樱桃西红柿品种，全生育期为
2008 年 4 月 4 日－2008 年 7 月 28 日。蒸渗仪上梯形垄
作（垄高 20 cm）定植 8 株，即种植密度为 1 334 株/667 m2，
并按株距 40 cm，行距 50 cm 分 2 行平行布置于蒸渗仪土
箱垄上。秧苗于 4月 4日定植，定植前一次性灌水 0.32 m3，
保证整垄达到田间持水率（体积含水率约为 30%，土壤
为沙壤土），此后约 20 d 的时间不灌水，以利于蹲苗。并
分别在进入开花期和盛果期前各施一次肥，施肥量为：N
54 农业工程学报 2010 年
肥 300 kg/hm2、K2O 肥 150 kg/hm2，MgSO4肥 15 kg/hm2。
从 6 月 15 日开始，温室内辐射较强，为避免温室温度过
高，温室顶部加盖遮阳网。进入开花坐果期后每隔 3 d 打
杈 1 次，到７月１日植株结 8 穗果时进行封顶掐尖处理，
此时植株高约 205 cm，叶面积指数 LAI 为 1.95。蒸渗仪
上的 8 棵西红柿按充分灌溉方法处理，根据蒸渗仪称质
量系统的质量变化量确定时间段内蒸腾量，并及时补给
水量，以主根系层（控制在 0～40 cm 深度内）保持土壤
含水率处于田持水平附近的方法控制灌水量，全生育蒸
渗仪植株灌水指标见表 1。

表 1 生育期灌水量表
Table 1 Irrigation-quantity in each growing stage
生育期 灌水定额/mm 灌水次数 灌水间隔/d 灌水量/mm
苗期
（04-04－05-06） 8 1 33 8
开花坐果期
（05-07－06-09） 4 17 2 68
盛果期
（06-10－07-17） 3 38 1 114
盛果后期
（07-18－7-28） 4 5 2 20
全生育期
（04-04－07-28） 19 61 — 210
2 结果与分析
2.1 耗水规律分析
称重式蒸渗仪测量植株的蒸腾量，基本的原理是水
量平衡方程，即
-1
-1
ci t t
c t t
ET n = W W + I
T n = W W + I
× −
× − （1）
式中：ETci——第 i 时间段内作物的平均腾发强度，若无
土面蒸发，则为植株蒸腾 Tc，mm/d；n ——计算时间长
度，d；Wt-1、Wt ——t-1 时刻和 t 时刻蒸渗仪土箱的质量，
mm 水深；I ——第 i 时段内的灌水量，mm。
膜下滴灌条件下，樱桃西红柿全生育期日耗水强度
可以通过对西红柿日耗水量在全生育期的变化过程进行
分析得到，樱桃西红柿的日耗水表现为前期小、中期大、
后期又减小的变化规律。由图 1 蒸渗仪实测樱桃西红柿
耗水动态变化可以看出，整个生育期耗水呈现“S”型曲
线变化过程，耗水强度在盛果期达到最大值 5.34 mm/d。
植株蒸腾变化受微气象环境条件的影响，其中空气
流动速度对植株蒸腾产生直接的影响[15]。苗期植株较小，
以营养生长为主，根系下扎，地上部分生长相对缓慢，
又没有土面蒸发，其需水强度较小；开花坐果期，温室
内的气温不断上升，植株体的根系已经趋于稳定，地上
部分营养生长迅速，叶面积迅速增大，耗水强度迅速上
升；盛果期，植株逐渐由营养生长为主过渡到营养生长
和生殖生长并存，大量果实成熟，耗水强度达到最大；
盛果期后期，由于植株体进行了打尖封顶处理，加之大
部分果实已经成熟采摘，植株体的叶面积不再增长，反
而逐渐枯萎，部分叶片老化，耗水强度呈现不断下降的
趋势。同时，西红柿生育后期后期温室内的相对湿度常
维持在 80%以上，空气流动速度缓慢，水汽梯度小，导
致叶面蒸腾减小，即植株的耗水强度下降。

图 1 蒸渗仪实测樱桃西红柿耗水动态变化
Fig.1 Water consumption of cherry tomatos measured by
lysimeter

由表 2 可知，温室膜下滴灌条件樱桃西红柿苗期
（04-04－05-06）的平均耗水强度为 0.22 mm/d，开花坐
果期（05-07－06-09）为 1.65 mm/d，盛果期（06-10－07-17)
的平均耗水强度达到最大为 2.56 mm/d，盛果期后期
（07-18－07-28）耗水强度度又减少为 1.90 mm/d。全生
育期累积耗水量为 180.18 mm。

表 2 蒸渗仪实测数据总汇
Table 2 Summary of lysimeter data
生育期 耗水强度/ (mm·d-1)
生育期累积
耗水量/mm
各生育期耗水量占
全生育期比例/%
苗期(04-04－05-06) 0.22 7.26 4.03
开花坐果(05-07－06-09) 1.61 54.74 30.38
盛果期(06-10－07-17) 2.56 97.28 53.99
盛果后期（07-18－07-28） 1.9 20.9 11.6
全生育期(04-04－07-28) － 180.18 100
注：表中“苗期”表示樱桃西红柿苗期共持续 33 d（04-04－05-06），依此
类推。

2.2 潜在蒸腾量及作物系数
FAO 提供的 Penman-Monteith 公式计算作物腾发量
是一种间接计算作物需水量的方法[16-18]，该公式用于大田
作物需耗水计算精度较高，然而用于温室环境的情况下，
风速项 u2≈0，空气动力学项为零，而实际上此时蒸发和
热量输送仍然存在，这与实际情况不符，因此原公式不
可直接应用于计算温室环境条件下的作物耗水量。
温室环境较为特殊，王健[19]等人引入了空气动力学
阻抗公式，对原公式进行了修正，并经比较分析，修正
彭曼公式计算的潜在腾发量更加吻合实际情况。本次计
算潜在腾发量引用该公式，其具体形式如下
0
1713( )0.408Δ )
273
Δ 1.64
a d
n
e eR G
T +ET
+
γ
γ
−− −(
= （2）
式中：ET0 ——用修正公式计算参考作物潜在腾发量，
mm/d；Δ ——饱和水汽压与温度关系曲线的斜率，
第 9 期 郭占奎等：日光温室覆膜滴灌条件下樱桃西红柿耗水规律 55
kPa/℃；Rn ——效辐射，MJ/(m2·d)；G ——土壤热通量，
此值很小，通常忽略不计，MJ/(m2·d)；γ ——湿度计常数；
T ——温室 2 m 处空气平均温度，℃；ea ——饱和水汽压，
kPa；ed ——温室实测水汽压，kPa。
以植株日蒸腾量与日潜在腾发量比值定义为日作物
系数，根据同期的实测气象资料及蒸渗仪实测的蒸腾量
值，运用王健等人提出的 Penman-Monteith 修正公式计算
参考作物蒸发蒸腾量变化曲线及日作物系数随生育期变
化见图 2 和图 3。

图 2 实测蒸腾量与作物潜在腾发量
Fig.2 Transpiration and latent evapotranspiration of
referent crop

图 3 作物潜在腾发量与日作物系数
Fig.3 Latent evapotranspiration of referent crop and
crop coefficient in one day

从图 2、3 可以看出，全生育内参考作物潜在腾发量
表现为苗期和开花坐果期大，盛果期及盛果后期小的趋
势，而作物系数则呈盛果期大，两边小的趋势。其中潜
在腾发量在苗期（4 月 23 日到 5 月 6 日）的平均值为 3.01
mm/d，开花坐果期达到最大均值为 3.40 mm/d，盛果期均
值为 1.90 mm/d，盛果后期均值为 1.78 mm/d。分析比较
图潜在腾发量与实测腾发量的变化规律，发现二者达到
最大值的时间并不同步，其主要原因是：苗期温室内温
度相对较低，且为蹲苗温室内并无灌水，室内相对温度
较低。开花坐果期，温室内辐射增强，温度上升，温室
内热流能量增加，潜在腾发量也随之增大。6 月 15 日以
后直至全生育期结束，为避免辐射过强、温度过高对植
株造成伤害，温室顶棚加盖遮阳网，大大减少了辐射通
量。盛果期以后，果实不断成熟，消耗了大量的水分，
由于空气流动较缓慢，而温室内作物的蒸腾作用较强，
空气接近饱和，温室空气湿度很大，常常在 90%以上，
也在一定的程度上使的 ET0变小，即影响了计算 ET0公式
中的动力学项，其结果即为温室的温度升高，ET0反而下
降；盛果后期（7 月 18 日以后），室内的湿度进一步上升，
更加剧了潜在腾发量的下降。温度上升、室内空气温度
增大及空气流动速度减缓的综合影响结果致使室内潜在
腾发量先增后减。
从图3可以看出作物系数在生育期内的变化规律表现
为：苗期较小且均值为 0.09；开花坐果期增大且均值为
0.48；盛果期达到最大且均值为 1.56；进入盛果后期又开
始下降为 1.12。其变化规律与实测耗水强度变化规律趋同。
2.3 水面蒸发量及蒸发皿系数
估算作物腾发量的另一个方法是用自由水面的蒸发
量或者蒸发皿的蒸发量作为反映蒸发潜力的一个综合指
标，采用水量平衡法或茎流仪法实测作物的蒸腾量，建
立实际腾发量与自由水面蒸发量或蒸发皿蒸发量的相关
关系，从而根据自由水面蒸发量或蒸发皿蒸发量来估算
实际的作物腾发量。这种方法的最大优点是不需要复杂
的仪器，易于操作[20]。图 4 和图 5 为全生育期作物的实
测蒸腾量与水面蒸发量变化曲线和水面蒸发量与全生育
期蒸发皿系数变化曲线。

图 4 西红柿蒸腾量及温室水面蒸发量变化曲线
Fig.4 Changes of tomato’s evapotranspiration in whole
growing stage and water evaporation in greenhouse

图 5 水面蒸发量变化曲线及蒸发皿系数变化曲线
Fig.5 Changes of water evaporation curver and pan coefficient
curve
56 农业工程学报 2010 年
从图 4 可以看出：在无土面蒸发的情况下，西红柿
生长前期，温室水面蒸发量大于西红柿的实际蒸腾量，
中后期植株蒸腾量超过了蒸发皿水面蒸发量。但从全生
育期来看，西红柿的实际蒸腾量变化曲线与蒸发皿水面
蒸发量的变化曲线基本上呈现相同的变化趋势。同时也
可以看出，水面蒸发量在后期明显比前期要小，这也与
温室独特的前期湿度小、后期湿度大的特点相关。
如图 5，若将整个生育期划分为 4 个阶段，蒸发皿系
数日均值则呈连续上升的趋势。不同生育阶段的蒸发皿
系数为：苗期为 0.10，开花坐果期为 0.65；盛果期为 1.76，
盛果后期为 2.06。
2.4 耗水相关关系分析
相关研究表明，温室环境条件下，作物的实测蒸发
蒸腾量累计值与水面蒸发量累计值之间存在多项式函数
关系[21]。图 6 为实测累积蒸腾量和 20 cm 蒸发皿的累积
蒸发量关系曲线，以蒸发量累积值为∑ Pi自变量，以实测
蒸腾量累积值∑Ti为因变量，得到如下回归方程
-5 3 -3 22 10 2 10
+ 0.0573 + 0.2869
i i i
i
T = P P
P
× − ×∑ ∑ ∑
∑
（ ） （ ）
（ ）
（3）
式中：Ti ——第 i 天的腾发量，mm，Pi ——第 i 天的蒸发
皿蒸发量，mm。该回归方程相关系数 R2=0.9989，相关
性较好，可以蒸发皿累计蒸发量来估算温室樱桃西红柿
的累计腾发量。

图 6 蒸腾量累积值与水面蒸发量累积值的关系
Fig.6 Relationship between accumulation of active
evapotranspiration and accumulation of water evaporation

蒸发皿系数定义为同一时段内蒸发蒸腾量与水面蒸
发量的比值，因此上式变形可得
-5 2 -3
1
( ) / ( ) 2 10 2 10
0.0573+0.2869
i i i i
i
A = T P = P P
+ P −
× − ×∑ ∑ ∑ ∑
∑
（ ） （ ）
（ ）
（4）
式中 A ——蒸发皿系数。
温室内温度（TEM）是另一项容易得到的数据，研
究表明作物的蒸腾量与温度有很高的相关性，一般情况
下，温度升高蒸腾速率加快。从图 7 结果分析二者的多
项式回归方程如下
-8 3 -4 2
-3
= 4 10 ( ) + 1 10 ( )
+ 9.1 10 ( ) 2.2308
i i i
i
T TEM TEM
TEM
− × ×
× −
∑ ∑ ∑
∑ （5）
实测蒸腾量累量与温室温度累量之间相关程度较好
（R2=0.9972），可以温室累计温度量来估算温室樱桃西红
柿的累计腾发量。

图 7 实测蒸腾量累计值与温室温度累计值的关系
Fig.7 Relationship between accumulation of active
evapotranspiration and accumulation of temperature

3 结 论
本文用大型称重式蒸渗仪研究了日光温室樱桃西红
柿耗水规律，结合温室内水面蒸发量及气象因子的变化
规律，计算了樱桃西红柿不同生育阶段蒸发皿系数及作
物系数，并分析了植株耗水累积量与温室水面蒸发累积
量和温室温度累积量的相关关系，主要结论如下：
1）樱桃西红柿的耗水强度在整个生育阶段呈现前期
小，中期大，后期又下降的趋势。其苗期的耗水强度为
0.22 mm/d，开花坐果期为 1.65mm/d，盛果期的耗水强度
为 2.56 mm/d，盛果后期为 1.90 mm/d。
2）作物系数在全生育期内呈现与耗水量变化相同的
规律，其苗期为 0.09，开花坐果期为 0.48，盛果期为 1.56，
盛果后期为 1.12。
3）全生育期樱桃西红柿的蒸发皿系数呈连续上升的
规律，其苗期为 0.10，开花坐果期为 0.65，盛果期为 1.76，
盛果后期为 2.06。
4）温室樱桃西红柿全生育期的耗水量累积值与温室
水面蒸发量累积值及温室温度累积值之间存在很好的相
关关系，可以用这种相关关系估算不同时段内西红柿的
耗水量。

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58 农业工程学报 2010 年


Water consumption of cherry tomato with mulched drip irrigation in
solar greenhouse

Guo Zhankui1,2, Liu Honglu1※, Wu Wenyong1, Yang Shengli1
(1. Beijing Hydraulic Institute, Beijing 100048, China;
2. College of Water Resources and Civil Engineering, China Agriculture University, Beijing 100083, China)

Abstract: The aim of the experiment is providing a refrence for reasonable irrigation schedule development of
greenhouse crops. Daily evapotranspiration of cherry tomato with mulch-drip irrigation was determined using large-scale
weighting lysimeter in Beijing, and the solar greenhouse meteorological conditions and pan-evaporation were analyzed.
Water consumption intensity, crop coefficient, and pan evaporation coefficient were determined for each growing stage.
The results showed that the water consumption intensity, crop coefficient and pan evaporation coefficient for growing
stages, i.e., in seedling stage were 0.22 mm/d, 0.09, 0.10, in flowering-setting stage were 1.65 mm/d, 0.48, 0.65; in
fruiting stage were 2.56 mm/d, 1.56, 1.76, and later fruiting stage were 1.90 mm/d, 1.12, 2.06, respectively. There are
significant relationship among the accumulated evapotranspiration, accumulated pan evaporation, and accumulated
temperature, which provide a certain basis for the reasonable irrigation schedule development of greenhouse crops.
Key words: lysimeters, irrigation, water, greenhouse, water consumption