膜下滴灌加工番茄水-氮-盐耦合模式研究

吴聚成; 李文昊; 马占利; 裴冬杰; 刘梦洁; 温越

吴聚成,李文昊,马占利,裴冬杰,刘梦洁,温越.膜下滴灌加工番茄水-氮-盐耦合模式研究[J].干旱地区农业研究,2025,(3):128~138

膜下滴灌加工番茄水-氮-盐耦合模式研究

Study on the water\|nitrogen\|salt coupling model for processing tomato under film drip irrigation

DOI：10.7606/j.issn.1000-7601.2025.03.14

英文关键词:processing tomato water\|nitrogen\|salt coupling film drip irrigation multi\|objective optimization multi\|objective genetic algorithm

基金项目:国家重点研发计划项目（2017YFD0201506）

作者	单位
吴聚成	石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子 832000；现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000；兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心,新疆石河子 832000；农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000
李文昊	石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子 832000；现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000；兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心,新疆石河子 832000；农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000
马占利	石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子 832000；现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000；兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心,新疆石河子 832000；农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000
裴冬杰	石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子 832000；现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000；兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心,新疆石河子 832000；农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000
刘梦洁	石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子 832000；现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000；兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心,新疆石河子 832000；农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000
温越	石河子大学水利建筑工程学院,新疆石河子 832000；现代节水灌溉兵团重点实验室,新疆石河子 832000；兵团农业水肥高效关键装备技术创新中心,新疆石河子 832000；农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000

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中文摘要:

为确定北疆地区膜下滴灌加工番茄最佳的水氮盐耦合模式，以加工番茄‘金番3166’为研究对象，设置3个灌水量水平：5 200（W1）、4 500（W2）、3 800（W3） m³·hm^-2，3个施氮量水平：300（N1）、240（N2）、180（N3） kg·hm^-2，以及3个灌溉水矿化度水平：1（S1）、3（S2）、5（S3） g·L^-1，采用L9（3³）正交试验设计，探讨不同水氮盐处理对加工番茄的产量、灌溉水利用效率及氮肥偏生产力的影响，并构建多目标优化模型。结果表明：提高灌水量和施氮量、减少灌溉水矿化度可显著提高加工番茄的产量与灌溉水利用效率（P＜0.05）；而提高灌水量和矿化度同时减小施氮量可显著提高氮肥偏生产力（P＜0.05）。W1N1S1处理产量和灌溉水利用效率最大，分别为188 t·hm^-2和36.15 kg·m^-3；W1N3S3处理下氮肥偏生产力最大，为760.50 kg·kg^-1。通过熵权TOPSIS法综合评价得出，W1N1S1处理综合评价指数最大（0.859），为最优处理。基于多目标遗传算法与熵权TOPSIS综合评价法相结合得出不同灌溉水矿化度（S）下水（W）、氮（N）调控的最佳方案如下：当S=1 g·L^-1时，W=5 200 m³·hm^-2，N=300 kg·hm^-2，最佳目标产量Y₁、灌溉水利用效率Y₂、氮肥偏生产力Y₃分别为189.88 t·hm^-2、36.07 kg·m^-3、593.44 kg·kg^-1；当S=3 g·L^-1时，W=5 200 m³·hm^-2，N=180 kg·hm^-2，Y₁=129.06 t·hm^-2，Y₂=17.75 kg·m^-3，Y₃=679.04 kg·kg^-1；当S=5 g·L^-1时，W=3 800 m³·hm^-2，N=180 kg·hm^-2，Y₁=134.06 t·hm^-2，Y₂=24.87 kg·m^-3，Y₃=582.25 kg·kg^-1。

英文摘要:

To determine the optimal water\|nitrogen\|salt coupling model for processing tomatoes under drip irrigation in the northern Xinjiang region, the ‘Jinfan 3166’ processing tomato variety was used as the research subject. The experimental design included three irrigation levels: 5 200 (W1)， 4 500 (W2)， and 3 800 (W3) m³·hm^-2； three nitrogen application levels: 300 (N1)， 240 (N2)， and 180 (N3) kg·hm^-2；and three salinity levels: 1 (S1)， 3 (S2)， and 5 (S3) g·L^-1. An L9 (3³) orthogonal experimental design was used to investigate the effects of different water\|nitrogen\|salt treatments on the yield, irrigation water use efficiency, and nitrogen fertilizer partial productivity of processing tomatoes, and to develop a multi\|objective optimization model. The results indicated that increasing irrigation and nitrogen application, while reducing irrigation water salinity, significantly improved both the yield and irrigation water use efficiency of processing tomatoes. Conversely, increasing the irrigation amount and salinity, while reducing nitrogen application, notably enhanced the partial productivity of nitrogen fertilizer. The W1N1S1 treatment achieved the highest yield and irrigation water use efficiency, reaching 188 t·hm^-2 and 36.15 kg·m^-3， respectively， while the W1N3S3 treatment resulted in the highest nitrogen fertilizer partial productivity， at 760.50 kg·kg^-1. Comprehensive evaluation using the entropy weight TOPSIS method indicated that the W1N1S1 treatment had the highest overall evaluation index (0.859) ，making it the optimal treatment. Based on the combination of the multi\|objective genetic algorithm and entropy weight TOPSIS evaluation method， the optimal solutions for water (W) and nitrogen (N) regulation under different salinity levels (S) were derived as follows： When S=1 g·L^-1，W=5 200 m³·hm^-2，N=300 kg·hm^-2， the optimal values for yield (Y₁)， irrigation water use efficiency (Y₂)， and nitrogen fertilizer partial productivity (Y₃) were 189.88 t·hm^-2， 36.07 kg·m^-3， and 593.44 kg·kg^-1， respectively； when S=3 g·L^-1，W=5 200 m³·hm^-2，N=180 kg·hm^-2，Y₁=129.06 t·hm^-2，Y₂=17.75 kg·m^-3， and Y₃=679.04 kg·kg^-1；when S=5 g·L^-1，W=3,800 m³·hm^-2，and N=180 kg·hm^-2，Y₁=134.06 t·hm^-2，Y₂=24.87 kg·m^-3， and Y₃=582.25 kg·kg^-1.

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