殘膜對番茄苗期和開花坐果期生長的影響*

鄒小陽 牛文全** 劉晶晶 李 元 官雅輝 梁博惠 郭麗麗 張明智

?

殘膜對番茄苗期和開花坐果期生長的影響*

鄒小陽1牛文全1**劉晶晶2李 元3官雅輝1梁博惠2郭麗麗2張明智4

(1. 中國科學(xué)院水利部水土保持研究所 楊凌 712100; 2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 楊凌 712100; 3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所 楊凌 712100; 4. 河南省水利科學(xué)研究院 鄭州 450002)

殘膜污染已成為危害農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要因子, 不僅阻礙土壤水分和養(yǎng)分運移, 而且影響作物生長。為探明殘膜對不同生育期番茄生長的影響規(guī)律, 采用小區(qū)試驗方法, 設(shè)置0 kg?hm-2、80 kg?hm-2、160 kg?hm-2、320 kg?hm-2、640 kg?hm-2和1 280 kg?hm-2共6種不同殘膜量水平, 研究殘膜量對番茄苗期和開花坐果期的根系特征、地上部生長和干物質(zhì)積累的影響, 并采用Logistic生長模型定量分析殘膜對番茄養(yǎng)分積累始盛期、高峰期和盛末期的影響。結(jié)果表明, 殘膜阻礙了番茄苗期和開花坐果期根系的生長, 根體積、根長密度和根干質(zhì)量密度均隨殘膜量增加而降低; 隨著殘膜量增加, 苗期和開花坐果期的株高和莖粗均呈減小趨勢, 且株高和莖粗的增長速率逐漸降低。番茄養(yǎng)分積累的始盛期和高峰期隨殘膜量增加而提前, 番茄追肥的最佳時期也應(yīng)提前。在番茄苗期和開花坐果期, 根系、莖稈、花和幼果的干物質(zhì)量均隨殘膜量增加而減少, 而葉片的干物質(zhì)量呈遞增趨勢。殘膜對番茄苗期根系、地上部生長和干物質(zhì)積累的阻礙作用高于開花坐果期。由此可見, 殘膜對番茄苗期的危害強于開花坐果期, 且干物質(zhì)積累的始盛期和高峰期均隨殘膜量增加而提前, 加強番茄苗期水肥管理和提前水肥施加時間是減輕殘膜危害的有利措施。

番茄 根系干物質(zhì)積累 生長指標(biāo) 殘膜

地膜具有增溫保墑、抑制土壤鹽漬化、防治蟲草害和改良土壤等效果[1-2], 是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。地膜覆蓋技術(shù)已推廣應(yīng)用到棉、糧、瓜、果、茶等40余種農(nóng)作物, 帶來了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力跨越式發(fā)展和生產(chǎn)方式的改變[3]。然而, 地膜在土壤中可殘留200~400 a[4], 殘膜量隨覆膜年限的延長而增加。隨著中國地膜使用量和覆膜面積的持續(xù)增長, 殘膜對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的危害逐年加劇, 殘膜污染也成為限制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[5]。據(jù)調(diào)查, 土壤中殘膜以小膜(<4 cm2)為主, 且具有分層性, 超過2/3的殘膜分布在0~10 cm表土層[6]。殘膜不僅破壞土壤孔隙連續(xù)性, 降低土壤過水?dāng)嗝娣e, 阻礙水分和養(yǎng)分運移[7-10], 而且阻礙作物根系生長, 使根系呈雞爪型和叢生型等畸形, 影響作物生長發(fā)育[11]。

土壤中殘留地膜, 必然會阻礙作物的生長發(fā)育。解紅娥等[12]發(fā)現(xiàn)隨殘膜量增加, 小麥(L.)產(chǎn)量降低0.8%~22.1%, 玉米(L.)籽粒產(chǎn)量降低2.1%~27.5%, 棉花(Buch.)產(chǎn)量降低1%~7.5%。董合干等[13]研究發(fā)現(xiàn), 當(dāng)殘膜量達1 000 kg?hm-2, 棉花產(chǎn)量降低13.5%~18.1%, 成苗率下降13.0%~21.1%, 生物量、根系表面積和根冠比均明顯降低。高玉山等[14]研究發(fā)現(xiàn), 殘膜會引起玉米出苗率降低、出苗時間推遲、根系伸長受阻, 進而影響植株地上部分的生長發(fā)育。辛靜靜等[15]基于大田試驗, 發(fā)現(xiàn)玉米出苗率隨殘膜量增加而降低, 殘膜對玉米的影響程度在苗期和拔節(jié)期最為明顯。上述研究多集中于殘膜對作物成熟期產(chǎn)量、株高和莖粗等方面的影響, 而關(guān)于殘膜對作物不同生育期生長的影響研究較少。

在作物不同生育期內(nèi), 作物根系、地上部分和干物質(zhì)積累對殘膜的響應(yīng)不同。根據(jù)不同生育期作物對殘膜的響應(yīng)差異, 探明作物需加強田間管理的時間段, 可有效減弱殘膜對作物的危害。目前通過分析作物不同生育期對某一因素的響應(yīng)差異, 從而制定適宜的田間管理措施的研究較多。如韓凡香等[16]研究了玉米秸稈帶狀覆蓋對馬鈴薯(L.)生育前期和生育中后期生長的影響, 發(fā)現(xiàn)該措施可顯著促進旱地馬鈴薯的生長。崔寧博等[17]研究了不同生育期水分虧缺對梨棗(Mill.)品質(zhì)的影響, 發(fā)現(xiàn)果實成熟期中度虧水有利于改善梨棗品質(zhì)。而關(guān)于殘膜對作物不同生育期生長的影響研究較少。因此, 本文設(shè)置不同殘膜量水平, 分析不同殘膜量對番茄(Miller.)苗期和開花坐果期根系特征、地上部分生長和干物質(zhì)積累的影響, 揭示殘膜對作物不同生育期生長的影響差異, 為殘膜污染區(qū)制定適宜的田間管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2015年10月2日至2016年1月22日在陜西省楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院的日光溫室(108°04￠E, 34°20￠N, 海拔521 m)內(nèi)進行。試驗區(qū)屬暖溫帶半干旱半濕潤氣候, 年均輻射總量475.8 kJ·m-2, 年均日照2 163.8 h, 無霜期221 d, 年均溫13 ℃, 年均蒸發(fā)量約1 400 mm。試驗溫室結(jié)構(gòu)為房脊型, 南北走向(長13.5 m×寬6.5 m×脊高3.8 m)。溫室頂部用透光率較高的防水無滴膜覆蓋, 番茄生育期內(nèi)溫室平均氣溫和濕度分別為21.82℃和50.72%。試驗土壤為砂質(zhì)黏壤土, 0~50 cm土層內(nèi), 黏粒(<0.001 mm)15.3%, 粉砂粒(0.001~0.05 mm) 62.1%, 砂粒(0.05~2 mm)22.6%。土壤pH為7.23, 電導(dǎo)率為0.24 dS·m-1。土壤初始質(zhì)量含水率為20.16% (烘干法), 容重為1.36 g·cm-3(環(huán)刀法)。土壤全氮含量、堿解氮含量、有機質(zhì)含量、全鉀含量和速效磷含量分別為0.88 g·kg-1、32.51 mg·kg-1、7.67 g·kg-1、22.3 g·kg-1和12.87 mg·kg-1, 土壤肥力中等。

供試番茄品種為‘海地’, 2015年9月12日通過穴盤育苗, 20 d秧齡時(2015年10月2日)選取生長勢一致的幼苗移栽。試驗小區(qū)(圖1)總面積為75.6 m2(6.0 m×12.6 m), 通過土壟(高10 cm, 長1 260 cm, 上寬10 cm, 下寬20 cm)將小區(qū)等分為6個試驗區(qū)(1.0 m×12.6 m), 每個小區(qū)內(nèi)再均分為3個微小區(qū)(1.0 m×4.2 m), 作為3個重復(fù)。并在土壟兩側(cè)埋設(shè)深50 cm的防水帆布, 消除各小區(qū)間水肥相互滲透和根系纏繞的影響。種植株距為60 cm, 每個微小區(qū)種植6株生長勢一致的幼苗, 各處理的番茄總數(shù)均為18株。移栽前施用200 kg·hm-2氮肥(N含量46.4%), 150 kg·hm-2磷肥(P含量12%)和300 kg·hm-2鉀肥(KCl含量24%)作為基肥。并在移栽前2 d灌溉足量的保苗水。番茄苗期和開花坐果期施用的肥料為豐得利水溶肥(總氮20%, 總磷20%, 總鉀20%, 微量元素≥0.5%)。供試的微薄白色地膜厚度為0.008 mm, 拉伸負荷≤2.7 N, 斷裂標(biāo)稱應(yīng)變≥300 N, 直角撕裂負荷≥1.4 N, 總灰分≤0.5%, 拉伸負荷較低, 以模擬田間易破碎殘膜。

1.2 試驗設(shè)計

土壤中大部分殘膜為小膜(<4 cm2)[3], 為消除殘膜形狀大小對作物根系生長的影響, 本試驗統(tǒng)一使用1 cm×2 cm的長方形殘膜。已有研究發(fā)現(xiàn)[3,11,13,18], 在不進行殘膜清理的條件下, 殘膜量M(kg?hm-2)與覆膜年限(a)之間存在線性關(guān)系:M=5.546+47.840 (2=0.871)。根據(jù)該方程, 預(yù)測長期覆膜耕作對作物生長發(fā)育的影響, 設(shè)定6個殘膜梯度, 分別為0 kg?hm-2、80 kg?hm-2(覆膜6 a左右)、160 kg?hm-2(覆膜20 a左右)、320 kg?hm-2(覆膜49 a左右)、640 kg?hm-2(覆膜107 a左右)和1 280 kg?hm-2(覆膜222 a左右), 用T0、T1、T2、T3、T4和T5表示。各處理田間布設(shè)及重復(fù)見圖1。

圖中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ分別代表各處理的3個微小區(qū)。T0、T1、T2、T3、T4和T5示殘膜量分別為0 kg?hm-2、80 kg?hm-2(覆膜6 a左右)、160 kg?hm-2(覆膜20 a左右)、320 kg?hm-2(覆膜49 a左右)、640 kg?hm-2(覆膜107 a左右)和1 280 kg?hm-2(覆膜222 a左右)處理。In this picture, the symbols of Ⅰ,Ⅱand Ⅲ represent three micro plots of each treatment, respectively. T0, T1, T2, T3, T4 and T5 are treatments of residual plastic film amounts of 0 kg?hm-2, 80 kg?hm-2, 160 kg?hm-2, 320 kg?hm-2, 640 kg?hm-2and 1 280 kg?hm-2, which respectively represent plastic film mulching for 0 year, 6 years, 20 years, 49 years, 107 years and 222 years.

各小區(qū)所需基肥和殘膜通過YJB4型移動式攪拌機(江陰市永宏化工機械有限公司)進行充分混合,轉(zhuǎn)速控制為100 r·min-1, 攪拌30 min。攪拌后, 將肥料和殘膜混合物均勻地撒在各小區(qū)。番茄生育期按照聯(lián)合國糧農(nóng)組織推行的FAO-56標(biāo)準(zhǔn)劃分為苗期(2015年10月2日—11月20日)和開花坐果期(2015年11月20日—2016年1月22日)。在生長期內(nèi), 每株番茄間隔4 d灌溉2 L水, 每隔8 d在灌溉水中添加4 g水溶肥, 均灌溉在植株基部。在番茄生長期內(nèi)及時除草, 防治病蟲害, 其他田間管理措施與當(dāng)?shù)亓?xí)慣一致。苗期末和開花坐果期末在各微小區(qū)選取3株長勢一致的番茄植株, 各處理共取9株, 進行根系特征和干物質(zhì)積累量分析。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤質(zhì)量含水率測定

每次灌水2 d后, 按0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm分層用土鉆取土樣, 各處理的6個土樣采樣點均分布于植株中間(圖1), 土樣裝入鋁盒中稱鮮土質(zhì)量, 在105 ℃下烘干, 按照公式計算土壤質(zhì)量含水率: 土壤質(zhì)量含水率(%)=(鮮土質(zhì)量-干土質(zhì)量)/干土質(zhì)量×100。

1.3.2 根系采樣及測定方法

在番茄苗期末和開花坐果期末, 采用溝壕法取出植株根樣, 取樣時間分別為2015年11月20日和2016年1月22日。以植株為中心, 在0~40 cm土層挖取0.064 m3(長40 cm, 寬40 cm, 深40 cm)土樣, 低壓水沖洗根樣, 剔除枯枝落葉等雜質(zhì)。用濾紙吸干根系表面水分, 按0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm分層, 用EPSON Perfection V700 Photo型掃描儀掃描各土層根樣, 分辨率設(shè)為300 dpi, 掃描圖像通過WinRHIZO軟件分析得到根長和根體積等參數(shù)。

1.3.3 株高和莖粗測定

移栽前用卷尺和數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量番茄株高和莖粗, 定植后, 每隔7 d測量株高和莖粗。株高用卷尺從植株靠近地表處起測量, 莖粗用數(shù)顯游標(biāo)卡尺在主莖基部測量。

1.3.4 各器官干物質(zhì)積累量測定

在番茄苗期末和開花坐果期末, 將樣品植株分離為根、莖、葉、花和幼果, 在105 ℃下殺青30 min后, 于80 ℃下烘干至恒重, 用電子稱(精度0.01 g)稱量各器官干重。

1.3.5 根干質(zhì)量密度和根長密度的計算

根干質(zhì)量密度(m)和根長密度(l)計算公式分別為:

(2)

式中:m為0~40 cm土層的根干質(zhì)量密度(g·m-3);l為0~40 cm土層的根長密度(m·m-3);為0~40 cm土層的根系干重(g);為0~40 cm土層體積(cm3), 本文為0.064 m3;為0~40 cm土層根系長度(cm)。

1.4 Logistic生長模型

生長模型廣泛應(yīng)用于描述和預(yù)測生物個體生長發(fā)育及經(jīng)濟特性, 多數(shù)作物的生長符合Logistic生長模型, 該模型的生長曲線呈“S”型, 適用于描述各類作物的生長發(fā)育過程[19]。該模型的表達式為[20]:

式中:為番茄各項生長指標(biāo)的估計值,為番茄各指標(biāo)可能達到的最大值,為番茄植株生長初期的狀態(tài)參數(shù),為番茄的增長速率系數(shù), e為自然對數(shù)的底數(shù),為番茄植株的發(fā)育時間(d)。

根據(jù)Logistic方程解析原理, 對公式(3)求一階導(dǎo)數(shù), 求得番茄的生長速率函數(shù)R(t):

當(dāng)=ln(/),=/2時, 番茄的生長速率R達到最大值MGR:

MGR=′/4 (5)

對公式(4)再求二階導(dǎo)數(shù)可得公式(6):

令公式(6)等于0, 得到番茄生長速率函數(shù)的兩個拐點1和2。求得1=(ln1.317)/和2=(ln+ 1.317)/。

當(dāng)番茄生長速率R達到最大值時, 番茄的發(fā)育時間記為max, 即max=ln/。max、1和2為Logistic生長模型的3個關(guān)鍵時間點, 分別為番茄養(yǎng)分積累的始盛期、高峰期和盛末期[20], 即番茄在0—1為養(yǎng)分漸增期,1—2為養(yǎng)分陡增期,2—番茄成熟期為養(yǎng)分緩增期, 番茄在max時期養(yǎng)分利用效率最高, 生長速率最快。因此, 番茄在1和max時間點加強水肥管理, 可實現(xiàn)番茄的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析方法

采用Microsoft Excel 2010軟件進行繪圖, Origin Pro 9.0進行函數(shù)擬合, Curve Expert 1.3 軟件進行Logistic生長模型擬合, AutoCAD 2009軟件繪制試驗區(qū)示意圖, SPSS 19.0軟件進行方差分析和多重比較(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 殘膜對番茄根系生長的影響

2.1.1 根體積

不同殘膜量對番茄苗期和開花坐果期根體積的影響結(jié)果表明(圖2), 在番茄苗期, 殘膜量≤320 kg·hm-2處理之間無顯著差異(=0.73,>0.05), 殘膜量≥640 kg·hm-2處理的根體積顯著低于其他處理(=4.94,<0.05)。含殘膜處理的苗期根體積較T0降低了0.35%、0.99%、1.92%、3.20%和4.17%。開花坐果期的根體積隨殘膜量增加而降低, 含殘膜處理較對照處理減少了0.03%、0.17%、0.25%、0.69%和0.97%。開花坐果期的根系體積降低率明顯低于苗期(=5.56,<0.05), 表明殘膜對苗期根系生長的阻礙作用高于開花坐果期。

不同小寫字母表示番茄苗期各處理間差異顯著(<0.05), 不同大寫字母表示番茄開花坐果期各處理間差異顯著(<0.05);下同。In this picture, different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level among treatments at seedling stage, different capital letters indicate significant differences among different treatments at blooming and fruit-setting stage. The same below.

2.1.2 根長密度

由圖3可知,含殘膜處理的番茄苗期根長密度較對照處理分別降低2.59%、6.94%、9.16%、15.85%和24.67%,含殘膜處理開花坐果期的根長密度比對照處理分別降低1.82%、5.29%、8.21%、13.85%和17.57%, 番茄苗期根長密度的降低率高于開花坐果期, 表明殘膜對番茄苗期根系長度增長的阻礙作用強于開花坐果期。由圖3還可知, 在番茄苗期, 殘膜量≥320 kg·hm-2處理的根長密度明顯低于其他處理(<0.05); 在番茄開花坐果期, 殘膜量≥160 kg·hm-2處理的根長密度隨殘膜量增加呈顯著下降趨勢(=29.20,<0.05)。苗期和開花坐果期的根長密度均隨殘膜量增加而降低, 其原因是表土層殘膜會阻滯土壤水分入滲, 使大部分水分通過大氣蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為無效水, 降低了土壤有效水含量, 限制番茄根系的生長。

2.1.3 根干質(zhì)量密度

在番茄苗期, 殘膜量≤160 kg·hm-2的處理之間根干質(zhì)量密度差異不顯著(=1.69,>0.05); 殘膜量為1 280 kg·hm-2時, 根干質(zhì)量密度明顯低于其他處理(=13.11,<0.05)。在番茄開花坐果期殘膜量≥640 kg·hm-2處理顯著降低(=31.12,<0.05)。苗期和開花坐果期的根干質(zhì)量密度均隨殘膜量增加而降低, 含殘膜處理的苗期根干質(zhì)量密度較對照處理分別降低2.29%、8.67%、17.44%、23.92%和31.59%; 含殘膜處理的開花坐果期根干質(zhì)量密度較對照處理降低1.72%、6.52%、13.14%、17.75%和24.17%; 含殘膜處理苗期的根干質(zhì)量密度降低率與開花坐果期的差值分別為0.57%、2.15%、4.3%、6.17%和7.42%, 差值均為正值, 且隨殘膜量增加而增大(圖4)。表明殘膜阻礙番茄苗期根系生物量積累的強度高于開花坐果期, 且阻滯作用隨殘膜量增加而增強。

2.2 殘膜對番茄地上部分生長的影響

2.2.1 殘膜對株高和莖粗的影響

不同殘膜水平對番茄株高和莖粗的影響見圖5。由圖5a可知, 在苗期末, 含殘膜處理的株高較T0分別降低了1.47%、6.62%、8.75%、15.84%和24.11%, 株高的降低率隨殘膜增多而增大。在開花坐果期末, 含殘膜處理的株高為T0的0.94倍、0.93倍、0.75倍、0.67倍和0.59倍, 番茄開花坐果期株高均隨殘膜量增加而降低。由圖5b可知, 在番茄苗期末, 含殘膜處理的莖粗較T0分別降低了5.73%、16.41%、38.55%、45.04%和57.63%; 開花坐果期末, 含殘膜處理的莖粗較T0分別減少了1.97%、6.90%、13.14%、23.11%和30.45%, 番茄苗期和開花坐果期的株高和莖粗均隨殘膜量增加而降低。

株高增長速率與殘膜量呈負相關(guān)關(guān)系(圖5c), 含殘膜處理的苗期株高增長速率較T0分別降低了0.99%、10.60%、14.24%、23.51%和34.77%, 殘膜量≥640 kg·hm-2處理的株高增長速率明顯降低(<0.05); 開花坐果期的株高增長速率較T0分別降低了6.28%、7.01%、43.96%、48.55%和59.18%, T5處理的株高增長速率明顯低于其他處理(=11.25,<0.05), 番茄苗期和開花坐果期株高的增長速率均隨殘膜量增加而降低。在番茄開花坐果期, 苗期和開花坐果期的莖粗增長速率最大值分別為0.328 mm·week-1和0.443 mm·week-1,最小值分別為0.139 mm·week-1和0.258 mm·week-1, 苗期和開花坐果期的莖粗增長速率均隨殘膜量增加而降低(圖5d)。試驗結(jié)果表明, 殘膜對作物地上部分生長的阻礙作用隨殘膜量增加而增強。

番茄株高(cm)和莖粗(mm)通過Logistic生長模型進行擬合, 擬合結(jié)果如表1所示。

表1 不同殘膜量處理間番茄株高和莖粗的Logistic生長模型擬合參數(shù)

由表1可知, 各處理的決定系數(shù)2均大于0.87, 番茄苗期和開花坐果期的株高和莖粗均符合Logistic生長模型。參數(shù)值隨殘膜量增加而減小, 說明番茄株高可能達到的最大值隨殘膜增多呈減小趨勢。參數(shù)值隨殘膜增加而降低, 表明殘膜對番茄苗期植株生長產(chǎn)生阻礙作用。參數(shù)為番茄的增長速率系數(shù), 各處理的值隨殘膜量增加逐漸減小, 且最大生長速率MGR也呈減小趨勢, 表明番茄的生長勢隨殘膜量增加而減弱, 殘膜對番茄生長的阻礙作用隨殘膜增多而增強。

max、1和2分別為養(yǎng)分積累始盛期、高峰期和盛末期的時間節(jié)點。從番茄株高的角度考慮, 含殘膜處理的max值較T0分別減少了1.29 d、2.91 d、5.94 d、8.27 d和12.35 d, 說明番茄養(yǎng)分積累的始盛期隨殘膜量增加而提前。含殘膜處理的1較T0分別降低了4.67%、16.18%、29.81%、39.63%和57.46%(表1), 番茄的養(yǎng)分高峰期隨殘膜量增加而提前。2呈先減后增的趨勢, 當(dāng)殘膜量≥160 kg×hm-2時,2值隨殘膜量增加而遞減(表1)。對于番茄莖粗,max和1值均隨殘膜量增加而減小, 表明養(yǎng)分積累始盛期和高峰期均隨殘膜量增加而提前。對番茄加強水肥管理的最佳時期是max和1, 由上述結(jié)果可知, 隨著殘膜量增加, 番茄養(yǎng)分積累的始盛期和高峰期逐漸提前, 因此番茄追肥的最佳時期也應(yīng)提前。

2.2.2 殘膜對干物質(zhì)積累的影響

由圖6a可知, 苗期干物質(zhì)積累量隨殘膜量增加而降低, 含殘膜處理的總干物質(zhì)積累量較T0分別降低了1.48%、5.37%、10.74%、18.26%和27.11%。殘膜量≤160kg·hm-2處理之間根系、莖稈和葉片的干物質(zhì)量均無顯著差異(>0.05); 殘膜量≥320 kg·hm-2時, 番茄莖稈的干物質(zhì)量隨殘膜量增加顯著降低(=19.87,<0.05), 而葉片干物質(zhì)量降低趨勢不明顯(=1.45,>0.05)。番茄苗期根系和莖的干物質(zhì)量均隨殘膜量增加而遞減, 而葉片的干物質(zhì)量逐漸遞增。由圖6b可知, 開花坐果期的干物質(zhì)積累量與殘膜量呈負相關(guān)關(guān)系, 殘膜量≥160kg·hm-2處理的干物質(zhì)量明顯低于其他處理(=66.145,<0.05)。含殘膜處理的總干物質(zhì)積累量較T0降低了1.24%、4.04%、7.75%、11.53%和18.37%, 開花坐果期總干物質(zhì)積累量的降低率低于苗期, 說明殘膜對番茄苗期干物質(zhì)積累的阻礙作用強于開花坐果期。番茄開花坐果期根系、莖稈、花和幼果的干物質(zhì)量均隨殘膜量增加而減少, 而葉片的干物質(zhì)量呈遞增趨勢。

不同字母表示各處理間根、莖、葉、花和幼果的干物質(zhì)量差異顯著(<0.05)。In this picture, different letters indicate significant differences in dry matter accumulation of root, stem, leaf, flower and young fruit among different treatments at 0.05 level.

3 討論

3.1 殘膜對番茄根系生長的影響

殘膜作為土壤的外源物質(zhì), 會堵塞土壤水分運移通道, 降低土壤孔隙度和透氣性, 阻礙水分下滲和水平擴散, 引起土壤板結(jié)[8]; 且殘膜是一種柔韌性較強的物質(zhì), 易纏繞在作物根系周圍, 阻礙土壤與大氣之間的氣體交換, 惡化土壤水熱狀況, 減弱微生物分解作用和土壤礦化作用, 影響作物根系的養(yǎng)分吸收和呼吸作用[21-22]。

本研究發(fā)現(xiàn)番茄的根體積、根長密度和根干質(zhì)量密度均隨殘膜量增加而減小。這是因為在番茄苗期, 0~10 cm土層質(zhì)量含水率隨殘膜量增加而增大(圖7), 表土層水分含量越高, 土壤通氣狀況越差, 使土壤中CO2逐漸累積, 阻礙根系的有氧呼吸, 原有的有機同化物大量被消耗, 阻礙了根系生長發(fā)育[23]。張靜等[24]研究發(fā)現(xiàn), 稻田土壤表層的O2濃度隨表土含水率的增加而減少, 使CO2濃度逐漸上升, 阻礙水稻根系的生長。Cook等[25]研究發(fā)現(xiàn), 土壤含水率對土壤孔隙度和土壤通透性影響很大, 較高含水率使土壤中CO2逐漸積聚, 抑制好氧微生物生理活動和根系的呼吸作用, 威脅作物生長?？梢? 殘膜主要通過改變土壤水分狀況、根系呼吸作用和土壤水熱條件來影響作物根系的生長發(fā)育。

土壤水分與根系及地上部分生長發(fā)育緊密相關(guān), 根據(jù)圖7所測的土壤質(zhì)量含水率數(shù)據(jù), 對不同土層質(zhì)量含水率與番茄地上和地下各項生長指標(biāo)進行相關(guān)分析(表2)。0~10 cm土層質(zhì)量含水率與番茄的生長指標(biāo)呈極顯著負相關(guān)(<0.01), 表明在含殘膜的條件下, 0~10 cm土層質(zhì)量含水率越高越不利于番茄的生長。本研究發(fā)現(xiàn), 隨著殘膜量增加, 0~10 cm土層質(zhì)量含水率逐漸上升(圖7), 而番茄根體積、根長密度和根干質(zhì)量密度均呈遞減趨勢。其原因是殘膜大部分分布在表土層, 阻礙了水分向深土層入滲, 使水分集中分布于0~10 cm; 在強烈的大氣蒸發(fā)條件下, 灌溉水轉(zhuǎn)化為無效水, 使番茄易產(chǎn)生生理干旱, 阻礙了番茄根系的生長。Kuster等[26]與王靖等[27]研究發(fā)現(xiàn), 表土層水分大量無效蒸發(fā), 對植物的根系生長產(chǎn)生不利影響, 導(dǎo)致根長、根表面積和根體積等減小。

表2 各土層質(zhì)量含水率與番茄植株各項生長指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)

*和**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)。 * and ** represent significant differences at the 0.05, 0.01 probability levels, respectively.

根系的生長狀況還與根區(qū)土壤含水率有關(guān)。番茄根系主要分布于10~40 cm 土層, 10~40 cm土層含水率與番茄的各項生長指標(biāo)均呈顯著正相關(guān)(<0.05)(表2), 10~40 cm土層含水率對番茄根系生長起明顯的促進作用。而含殘膜處理的10~40 cm土層平均質(zhì)量含水率較T0分別降低了0.10%、0.26%、0.42%、0.60%和0.73%, 10~40 cm土層含水率隨殘膜量增加而降低, 表明番茄根區(qū)土壤含水率隨殘膜增多而減少。番茄根區(qū)土壤含水率對根系的生長起決定性作用, 番茄根系通過調(diào)整根系結(jié)構(gòu)和空間分布來應(yīng)對根區(qū)質(zhì)量含水率的變化。薛麗華等[28]研究發(fā)現(xiàn), 0~80 cm土層質(zhì)量含水率隨春季灌水量的減少而降低, 小麥根干質(zhì)量密度、根長密度和根體積密度均顯著減少。丁紅等[29]研究0~40 cm土層水分虧缺對花生中后期根系生長的影響, 發(fā)現(xiàn)花生根系的根長密度、根表面積和根體積均隨土壤含水率的降低而減少。本研究還發(fā)現(xiàn)殘膜對番茄苗期根體積、根長密度和根干質(zhì)量密度的阻礙作用強于開花坐果期, 因為苗期是植株生長發(fā)育過程中對土壤水分最敏感的時期, 且苗期根系的穿透能力較弱, 開花坐果期根系的吸水能力和穿透能力均強于苗期。苗期根系主要分布于0~10 cm土層, 而該土層含水率隨殘膜量增加而減少, 阻礙了根系的生長發(fā)育。馬旭鳳等[30]研究發(fā)現(xiàn), 表土層水分含量降低, 使作物根系的中柱面積和導(dǎo)管直徑減小, 導(dǎo)管壁變得不規(guī)整, 導(dǎo)致根系長度、根直徑和根生物量降低。殘膜不僅影響土壤水分的分布, 還會堵塞土壤孔隙, 增大作物根系穿透土壤下扎的阻力。殘膜堵塞土壤孔隙的面積隨殘膜量增加而增大[9], 使作物根系的生存空間減少, 根系生長阻力增加; 而開花坐果期的根系活力和生長能力均優(yōu)于苗期, 使殘膜對苗期根系生長的阻礙作用強于開花坐果期。因此, 在番茄苗期應(yīng)加強水肥管理, 減弱殘膜對苗期番茄生長發(fā)育的危害。

3.2 殘膜對番茄地上部分生長和干物質(zhì)積累的影響

地上部分生長狀況與根系生長緊密相關(guān), 合理的根系結(jié)構(gòu)是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的生理基礎(chǔ)。本研究發(fā)現(xiàn)番茄苗期和開花坐果期的株高、莖粗和干物質(zhì)積累量均隨殘膜量增加而遞減, 這是因為根系體積、根長密度和根干質(zhì)量密度均隨殘膜量增加而減小, 減弱根系吸收水分和養(yǎng)分的能力, 降低水分向地上部分的傳輸, 使葉片相對含水量和葉綠素含量減少, 減弱光合作用強度[31], 進而影響地上部分生長和干物質(zhì)量的積累。劉晚茍等[32]研究發(fā)現(xiàn), 土壤中摻加固體物質(zhì)會增大根系穿透土壤的阻力, 使作物根系平均直徑逐漸增大, 橫向?qū)枇υ龃? 并加速根系內(nèi)外皮層木質(zhì)化和栓質(zhì)化, 降低了根系的導(dǎo)水能力, 引起輕度的水分虧缺, 影響作物地上部分的生長發(fā)育。

植株地上部生長和干物質(zhì)積累還與土壤水分含量相關(guān),各處理0~40cm土層平均含水率分別為(21.859±0.878)%、(21.787±0.794)%、(21.676±0.680)%、(21.570±0.583)%、(21.494±0.477)%和(21.470±0.477)% (圖7), 土壤含水率隨殘膜量增加而減小, 使含殘膜處理的番茄形成水分虧缺。且水分虧缺程度隨殘膜量增加而增大, 番茄葉片的總氣孔密度和關(guān)閉氣孔數(shù)逐漸增加, 氣孔的開張度逐漸變小,導(dǎo)致CO2虧缺, 減弱了番茄的光合作用, 使番茄干物質(zhì)積累量減少[33]。殘膜引起的水分虧缺還會導(dǎo)致根系脫落酸(ABA)產(chǎn)生累積效應(yīng), 影響葉片氣孔開度, 降低根系吸水能力, 抑制番茄生長及同化物的合成與積累[34]。光合作用產(chǎn)物是干物質(zhì)形成的基礎(chǔ), 水分虧缺會降低葉片葉綠素含量, 減少葉片總超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的含量, 縮短番茄葉片和莖等器官的功能期, 減弱光合作用, 阻礙了光合作用產(chǎn)物的積累和轉(zhuǎn)運, 引起干物質(zhì)積累量的減少[35]。在含殘膜的條件下, 根區(qū)土壤質(zhì)量含水率隨殘膜量增加而遞減, 加速了葉片淀粉的水解過程, 使糖類物質(zhì)逐漸累積, 光合產(chǎn)物的運輸過程減緩, 引起番茄呼吸作用和光合作用之間碳源供應(yīng)的失衡[36], 導(dǎo)致番茄株高、莖粗和干物質(zhì)積累量隨殘膜量增加而減少。

本研究還發(fā)現(xiàn)葉片的干物質(zhì)量隨殘膜增多而增加。這是因為土壤質(zhì)量含水率隨殘膜量增加而減少, 而番茄生長對水分虧缺較為敏感, 殘膜會促使根系合成ABA, 并轉(zhuǎn)運至番茄地上部分調(diào)控植物的生長和物質(zhì)分配, 實現(xiàn)在水分虧缺條件下的最優(yōu)生長, 減少生長冗余并調(diào)節(jié)葉片生長與莖稈生長的平衡[37], 提高番茄葉片面積, 使番茄葉片干物質(zhì)量呈增加趨勢。同時本試驗采用周期性灌水方式, 番茄在生長期內(nèi)經(jīng)歷多次復(fù)水過程, 使番茄的生長補償效應(yīng)更為顯著, 促使番茄葉片質(zhì)量和葉面積的增大, 干物質(zhì)逐漸向葉片分配, 使葉片干物質(zhì)量隨殘膜增多而增加[38]。王利彬等[39]研究發(fā)現(xiàn), 作物經(jīng)過多次復(fù)水過程, 植株內(nèi)的丙二醛和脯氨酸等物質(zhì)逐漸下降, 葉面積和葉片生物量出現(xiàn)短暫的快速增長過程。

本研究通過小區(qū)試驗研究了殘膜對番茄苗期和開花坐果期的根系特征、生長狀況和干物質(zhì)積累量的影響, 對殘膜污染區(qū)制定合理的田間管理措施具有重要指導(dǎo)意義。但殘膜長期殘留在土壤中并參與土壤各項生物地球化學(xué)循環(huán), 今后應(yīng)加強殘膜對不同作物生長發(fā)育的長期影響研究。

4 結(jié)論

1)番茄根體積、根長密度和根干質(zhì)量密度均隨著殘膜量增加而減小, 殘膜對番茄苗期根系生長的阻礙作用強于開花坐果期, 應(yīng)加強番茄苗期的水肥管理。

2)苗期和開花坐果期的株高和莖粗均隨著殘膜量增加而減小, 且株高和莖粗的增長速率呈遞減趨勢, 殘膜對番茄苗期地上部生長的阻礙作用強于開花坐果期。Logistic生長模型對殘膜量≤1 280 kg×hm-2處理的番茄生長過程模擬效果較好, 番茄養(yǎng)分積累的始盛期和高峰期隨殘膜量增加而提前, 番茄追肥的最佳時期也應(yīng)提前。

3)苗期和開花坐果期的總干物質(zhì)量均隨殘膜量增加而降低。在番茄苗期和開花坐果期, 根系、莖稈、花和幼果的干物質(zhì)量均隨殘膜量增加而減少, 而葉片的干物質(zhì)量呈遞增趨勢。殘膜阻礙番茄苗期干物質(zhì)積累的作用強度高于開花坐果期, 為減輕殘膜對番茄的危害, 需加強番茄苗期的水肥管理。

References

[1] 龔雪文, 李仙岳, 史海濱, 等. 番茄、玉米套種膜下滴灌條件下農(nóng)田地溫變化特征[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2015, 35(2): 489–496 Gong X W, Li X Y, Shi H B, et al. The interplanting between tomato and maize of soil temperature dynamics under mulched drip irrigation[J]. Acta Ecologica Sinica,2015, 35(2): 489–496

[2] 楊書運, 江昌俊. 稻草和地膜覆蓋對冬季茶園保溫增溫作用的研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2010, 18(2): 327–333 Yang S Y, Jiang C J. Effect of straw and plastic film mulching on warming and insulation of tea plantation in winter[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2010, 18(2): 327–333

[3] 嚴昌榮, 梅旭榮, 何文清, 等. 農(nóng)用地膜殘留污染的現(xiàn)狀與防治[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, 22(11): 269–272 Yan C R, Mei X R, He W Q, et al. Present situation of residue pollution of mulching plastic film and controlling measures[J]. Transactions of the CSAE, 2006, 22(11): 269–272

[4] 嚴昌榮, 劉恩科, 舒帆, 等. 我國地膜覆蓋和殘留污染特點與防控技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報, 2014, 31(2): 95–102 Yan C R, Liu E K, Shu F, et al. Review of agricultural plastic mulching and its residual pollution and prevention measures in China[J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2014, 31(2): 95–102

[5] 張丹, 胡萬里, 劉宏斌, 等. 華北地區(qū)地膜殘留及典型覆膜作物殘膜系數(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2016, 32(3): 1–5 Zhang D, Hu W L, Liu H B, et al. Characteristics of residual mulching film and residual coefficient of typical crops in North China[J]. Transactions of the CSAE, 2016, 32(3): 1–5

[6] 馬輝, 梅旭榮, 嚴昌榮, 等. 華北典型農(nóng)區(qū)棉田土壤中地膜殘留特點研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2008, 27(2): 570–573 Ma H, Mei X R, Yan C R, et al. The residue of mulching plastic film of cotton field in North China[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 27(2): 570–573

[7] 李仙岳, 史海濱, 呂燁, 等. 土壤中不同殘膜量對滴灌入滲的影響及不確定性分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2013, 29(8): 84–90 Li X Y, Shi H B, Lü Y, et al. Effects of different residual plastic film quantities in soil on drip infiltration and its uncertainty analysis[J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(8): 84–90

[8] 王志超, 李仙岳, 史海濱, 等. 殘膜埋深對滴灌條件下粉砂壤土水分入滲影響的試驗研究[J]. 土壤, 2014, 46(4): 710–715 Wang Z C, Li X Y, Shi H B, et al. Study on effect of plastic film residue at different buried depths on silt loam drip infiltration[J]. Soils, 2014, 46(4): 710–715

[9] 王志超, 李仙岳, 史海濱, 等. 農(nóng)膜殘留對土壤水動力參數(shù)及土壤結(jié)構(gòu)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報, 2015, 46(5): 101–106 Wang Z C, Li X Y, Shi H B, et al. Effects of residual plastic film on soil hydrodynamic parameters and soil structure[J]. Transactions of the CSAM, 2015, 46(5): 101–106

[10] 李元橋, 何文清, 嚴昌榮, 等. 點源供水條件下殘膜對土壤水分運移的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015, 31(6): 145–149 Li Y Q, He W Q, Yan C R, et al. Effect of residual film on soil infiltration under drip irrigation[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(6): 145–149

[11] 劉建國, 李彥斌, 張偉, 等. 綠洲棉田長期連作下殘膜分布及對棉花生長的影響[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2010, 29(2): 246–250 Liu J G, Li Y B, Zhang W, et al. The distributing of the residue film and influence on cotton growth under continuous cropping in oasis of Xinjiang[J]. Journal of Agro- Environment Science, 2010, 29(2): 246–250

[12] 解紅娥, 李永山, 楊淑巧, 等. 農(nóng)田殘膜對土壤環(huán)境及作物生長發(fā)育的影響研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2007, 26(S1): 153–156 Xie H E, Li Y S, Yang S Q, et al. Influence of residual plastic film on soil structure, crop growth and development in fields[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2007, 26(S1): 153–156

[13] 董合干, 劉彤, 李勇冠, 等. 新疆棉田地膜殘留對棉花產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2013, 29(8): 91–99 Dong H G, Liu T, Li Y G, et al. Effects of plastic film residue on cotton yield and soil physical and chemical properties in Xinjiang[J]. Transactions of the CSAE, 2013, 29(8): 91–99

[14] 高玉山, 孫云云, 竇金剛, 等. 殘膜對玉米出苗及根系伸長的研究[J]. 吉林農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 38(6): 22–24 Gao Y S, Sun Y Y, Dou J G, et al. Effects of plastic film residue on emergence and root growth of corn seedlings[J]. Journal of Jilin Agricultural Sciences, 2013, 38(6): 22–24

[15] 辛靜靜, 史海濱, 李仙岳, 等. 殘留地膜對玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量影響研究[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2014, 33(3): 52–54 Xin J J, Shi H B, Li X Y, et al. Effects of plastic film residue on growth and yield of maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2014, 33(3): 52–54

[16] 韓凡香, 常磊, 柴守璽, 等. 半干旱雨養(yǎng)區(qū)秸稈帶狀覆蓋種植對土壤水分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2016, 24(7): 874–882 Han F X, Chang L, Chai S X, et al. Effect of straw strip covering on ridges on soil water content and potato yield under rain-fed semiarid conditions[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2016, 24(7): 874–882

[17] 崔寧博, 杜太生, 李忠亭, 等. 不同生育期調(diào)虧灌溉對溫室梨棗品質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(7): 32–38 Cui N B, Du T S, Li Z T, et al. Effects of regulated deficit irrigation at different growth stages on greenhouse pear-jujube quality[J]. Transactions of the CSAE, 2009, 25(7): 32–38

[18] 董合干, 王棟, 王迎濤, 等. 新疆石河子地區(qū)棉田地膜殘留的時空分布特征[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2013, 27(9): 182–186 Dong H G, Wang D, Wang Y T, et al. Spatial and temporal distribution characteristics of mulch residues in cotton field in Shihezi, Xinjiang[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2013, 27(9): 182–186

[19] 錢永強, 孫振元, 韓蕾, 等. 基于Logistic與Gompertz非線性模型的野牛草克隆生長模擬與分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(11): 2252–2259 Qian Y Q, Sun Z Y, Han L, et al. Simulation of clonal growth curve based on nonlinear models of Logistic and Gompertz for buffalograss [(Nutt.) Engelm Texoka][J]. Scientia Agricultura Sinica, 2011, 44(11): 2252–2259

[20] 王賀, 白由路, 楊俐蘋, 等. 利用有效積溫建立夏玉米追肥時期決策模型[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2012, 20(4): 408–413 Wang H, Bai Y L, Yang L P, et al. A summer maize dressing decision-making model based on effective accumulated temperature[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2012, 20(4): 408–413

[21] 趙亞麗, 薛志偉, 郭海斌, 等. 耕作方式與秸稈還田對土壤呼吸的影響及機理[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2014, 30(19): 155–165 Zhao Y L, Xue Z W, Guo H B, et al. Effects of tillage and crop residue management on soil respiration and its mechanism[J]. Transactions of the CSAE, 2014, 30(19): 155–165

[22] Nosalewicz A, Lipiec J. The effect of compacted soil layers on vertical root distribution and water uptake by wheat[J]. Plant and Soil, 2014, 375(1/2): 229–240

[23] Gupta B, Shah D O, Mishra B, et al. Effect of top soil wettability on water evaporation and plant growth[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 2015, 449: 506–513

[24] 張靜, 劉娟, 陳浩, 等. 干濕交替條件下稻田土壤氧氣和水分變化規(guī)律研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2014, 22(4): 408–413 Zhang J, Liu J, Chen H, et al. Change in soil oxygen and water contents under alternate wetting and drying in paddy fields[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(4): 408–413

[25] Cook F J, Orchard V A. Relationships between soil respiration and soil moisture[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2008, 40(5): 1013–1018

[26] Kuster T M, Arend M, Günthardt-Goerg M S, et al. Root growth of different oak provenances in two soils under drought stress and air warming conditions[J]. Plant and Soil, 2013, 369(1/2): 61–71

[27] 王靖, 李湘閣, 劉恩民, 等. 華北平原冬小麥相對蒸散與葉面積指數(shù)及表層土壤含水量的關(guān)系[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2003, 11(2): 32–34 Wang J, Li X G, Liu E M, et al. The relationship between relative evapotranspiration and leaf area index and surface soil water content in winter wheat field of North China Plain[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2003, 11(2): 32–34

[28] 薛麗華, 段俊杰, 王志敏, 等. 不同水分條件對冬小麥根系時空分布、土壤水利用和產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(19): 5296–5305 Xue L H, Duan J J, Wang Z M, et al. Effects of different irrigation regimes on spatial-temporal distribution of roots, soil water use and yield in winter wheat[J]. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(19): 5296–5305

[29] 丁紅, 張智猛, 戴良香, 等. 干旱脅迫對花生生育中后期根系生長特征的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 21(12): 1477–1483 Ding H, Zhang Z M, Dai L X, et al. Effects of drought stress on root growth characteristics of peanut during mid-to-late growth stages[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(12): 1477–1483

[30] 馬旭鳳, 于濤, 汪李宏, 等. 苗期水分虧缺對玉米根系發(fā)育及解剖結(jié)構(gòu)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2010, 21(7): 1731–1736 Ma X F, Yu T, Wang L H, et al. Effects of water deficit at seedling stage on maize root development and anatomical structure[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(7): 1731–1736

[31] 楊婷, 謝志霞, 喻瓊, 等. 局部根系鹽脅迫對冬小麥生長和光合特征的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2014, 22(9): 1074–1078 Yang T, Xie Z X, Yu Q, et al. Effects of partial root salt stress on seedling growth and photosynthetic characteristics of winter wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(9): 1074–1078

[32] 劉晚茍, 山侖. 土壤機械阻力對玉米根系導(dǎo)水率的影響[J]. 水利學(xué)報, 2004, 35(4): 114–117 Liu W G, Shan L. Effect of soil mechanical resistance on hydraulic conductivity of maize root[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2004, 35(4): 114–117

[33] 韓國君, 陳年來, 李金霞, 等. 番茄葉片氣孔導(dǎo)度及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對快速水分脅迫的響應(yīng)[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 21(9): 1100–1106 Han G J, Chen N L, Li J X, et al. Response of stomatal conductance and osmotic adjustment substances accumulation to rapid drough stress in tomato leaves[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(9): 1100–1106

[34] 孫宏勇, 張喜英, 陳素英, 等. 虧缺灌溉對冬小麥生理生態(tài)指標(biāo)的影響及應(yīng)用[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011, 19(5): 1086–1090 Sun H Y, Zhang X Y, Chen S Y, et al. Effects of deficit irrigation on physio-ecological indices of winter wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(5): 1086–1090

[35] 王林林, 陳煒, 徐瑩, 等. 氮素營養(yǎng)對小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2013, 22(10): 85–89 Wang L L, Chen W, Xu Y, et al. Nitrogen nutrition affects dry matter accumulation and transportation in winter wheat[J]. Acta Agriculturae Boreli-occidentalis Sinica, 2013, 22(10): 85–89

[36] Flexas J, Bota J, Galmés J, et al. Keeping a positive carbon balance under adverse conditions: Responses of photosynthesis and respiration to water stress[J]. Physiologia Plantarum, 2006, 127(3): 343–352

[37] 譚念童, 林琪, 姜雯, 等. 限量灌溉對旱地小麥旗葉光合特性日變化和產(chǎn)量的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011, 19(4): 805–811 Tan N T, Lin Q, Jiang W, et al. Effect of limited irrigation on diurnal variation in flag-leaf photosynthesis and yield of dryland wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2011, 19(4): 805–811

[38] Acevedo E, Hsiao T C, Henderson D W. Immediate and subsequent growth responses of maize leaves to changes in water status[J]. Plant Physiology, 1971, 48(5): 631–636

[39] 王利彬, 祖?zhèn)? 董守坤, 等. 干旱程度及時期對復(fù)水后大豆生長和代謝補償效應(yīng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015, 31(11): 150–156 Wang L B, Zu W, Dong S K, et al. Effects of drought stresses and times on compensation effect after re-watering in soybean[J]. Transactions of the CSAE, 2015, 31(11): 150–156

Effect of residual plastic film on growth of tomato at seedling and blooming and fruit-setting stages*

ZOU Xiaoyang1, NIU Wenquan1**, LIU Jingjing2, LI Yuan3, GUAN Yahui1,LIANG Bohui2, GUO Lili2, ZHANG Mingzhi4

(1. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China; 2. College of Water Conservancy and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 3. Institute of Soil and Water Conservation, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 4. Henan Province Water Conservancy Research Institute, Zhengzhou 450002, China)

Although plastic film mulching is critical for crop production, its widespread use has produced a great deal of residual plastic film and destroyed soil structure, damaged the physical structure of soil and seriously impeded the movement of soil water and solute as well as crop growth. In order to determine the negative effects of residual plastic film on growth of tomato (Miller) at seedling and blooming and fruit-setting stages, plot experiment was conducted with different amounts of residual plastic film in 2015–2016 in a solar greenhouse of the Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid Areas (108°02′E, 34°17′N). Six treatments, including residual plastic film amounts of 0 kg?hm-2, 80 kg?hm-2, 160 kg?hm-2, 320 kg?hm-2, 640 kg?hm-2and 1 280 kg?hm-2, were set in triplicate plots. The total area of plot filed was 75.6 m2(6.0 m × 12.6 m) with three replications for each treatment, with each micro-plot size of 1.0 m′4.2 m. The height and stem diameter of the tomato plants were collected during the period from October 2015 to January 2016 and analyzed and then fitted with nonlinear Logistic models to determine the effects of residual plastic film on the biomass accumulation at seedling stage, blooming and fruit-setting stage of tomato. During the experiment, root morphological characteristics, plant height, stem diameter and biomass accumulation of the tomato plants were measured. The results showed that residual plastic film hindered the growth of tomato root at both seedling and blooming and fruit-setting stages. Root volume, root length density and root dry weight density decreased with increasing residual plastic film amount. In addition, as the amount of plastic film residue increased, plant height and stem diameter decreased significantly (< 0.05). Besides, the rates of increase in plant height and stem diameter decreased with increasing residual plastic film amount. Logistic model accurately simulated the growth process of tomato in fields with residual plastic film less than 1 280 kg?hm-2(2> 0.87). As the amount of residual plastic film increased, beginning period and full period of tomato biomass accumulation was ahead of time. This implied that the suitable time of fertilization of tomato should be brought forward. Overall, biomass accumulation decreased for the whole tomato growth period. Contrary to biomass accumulation of leaf, that of root, stem, flower and young fruit decreased with increasing residual plastic film amount. The hindering effects of residual plastic film on tomato growth and dry matter accumulation at seedling stage were higher than at blooming and fruit-setting stage. The early period and middle period of tomato biomass accumulation all occurred in advanced. In summary, strengthening water and fertilizer management at seedling stage and bringing forward the application of fertilizer and irrigation were recommended as the proper measures to weaken the detrimental effects of residual plastic film on tomato.

Tomato; Root; Dry matter accumulation; Growth parameter; Residual plastic film

10.13930/j.cnki.cjea.160567

S184; S154.4

A

1671-3990(2016)12-1643-12

2016-06-24 接受日期: 2016-09-10

* 國家科技支撐計劃項目(2015BAD24B01)資助

**通訊作者:牛文全, 主要從事灌溉理論與節(jié)水技術(shù)研究。E-mail: nwq@vip.sina.com 鄒小陽, 主要從事土壤水分運移研究。E-mail: zouxiaoyang14@mails.ucas.ac.cn

* The study was supported by the National Key Technology R&D Program of China (2015BAD24B01).

** Corresponding author, E-mail: nwq@vip.sina.com

Received Jun. 24, 2016; accepted Sep.10, 2016