潮汐灌溉在番茄育苗上的應(yīng)用研究

朱隆靜，陳先知，周友和，蘇世聞，王克磊，徐 堅(jiān)

(溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院 溫州市設(shè)施蔬菜工程技術(shù)中心，浙江 溫州 325000)

番茄工廠化育苗技術(shù)近年得到快速發(fā)展和推廣，育苗過程中水分管理是工廠化育苗的關(guān)鍵。目前主要以頂部灑水灌溉方式為主，存在水分浪費(fèi)嚴(yán)重而且易造成苗床濕度大、病害重等缺點(diǎn)。而潮汐灌溉是一種讓水分從栽培基質(zhì)底部進(jìn)入，依靠基質(zhì)的吸水作用進(jìn)行水分吸收和利用的節(jié)水、高效的灌溉方式，具有供水均勻、快速，保持幼苗地上部干燥，降低病害，加快作物生長等優(yōu)點(diǎn)[1-3]，可以有效避免頂部灑水灌溉的缺點(diǎn)，是未來穴盤育苗發(fā)展的趨勢。

潮汐灌溉育苗技術(shù)起源于歐美發(fā)達(dá)國家，已在潮汐灌溉系統(tǒng)設(shè)計(jì)、潮汐灌溉對作物生長發(fā)育及水肥利用等方面進(jìn)行了系統(tǒng)研究[4-5]。我國潮汐灌溉技術(shù)研究相對起步較晚，自主研發(fā)的潮汐灌溉系統(tǒng)于2010年落戶寧夏，并開始了相關(guān)研究[6]。高艷明等[7]報(bào)道與頂部灑水灌溉相比，潮汐灌溉處理的黃瓜植株生長勢強(qiáng)，壯苗指數(shù)高，節(jié)水24.0%～33.72%。張黎等[3]發(fā)現(xiàn)與滴灌栽培相比，潮汐灌溉處理的八仙花生長快、品質(zhì)好。從目前研究來看，潮汐灌溉系統(tǒng)的價(jià)格較為昂貴，在我國應(yīng)用還較少。浙江省溫州市農(nóng)科院設(shè)施農(nóng)業(yè)與裝備研究所與溫州籃豐農(nóng)業(yè)科技中心合作開發(fā)了潮汐式動態(tài)水位管理系統(tǒng)(已授權(quán)實(shí)用新型專利：ZL201520333950.6)，率先采用小單元分體式的供水方式，大大節(jié)約了設(shè)施成本，為潮汐灌溉在蔬菜育苗上的大面積應(yīng)用提供了可能。但是目前潮汐灌溉的灌水頻率、灌溉時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)對作物生長發(fā)育狀況及基質(zhì)理化性狀影響的研究還十分欠缺。因此本試驗(yàn)以番茄為對象，系統(tǒng)研究灌水高度、浸盤時(shí)間和灌溉頻率對番茄穴盤苗生長發(fā)育和理化性狀的影響，以期篩選番茄潮汐灌溉育苗適宜的技術(shù)參數(shù)，為番茄潮汐灌溉育苗技術(shù)的推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年2—4月在溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院種子種苗科技園智能玻璃溫室進(jìn)行。供試番茄品種為‘甌秀201’，由溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜研究所選育。育苗基質(zhì)由江蘇省蓓蕾基質(zhì)有限公司提供。

潮汐盤育苗水位動態(tài)管理裝置由溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院設(shè)計(jì)，包括育苗架、設(shè)置在育苗架上的若干個(gè)水平放置的潮汐式專用托盤以及營養(yǎng)液循環(huán)裝置。潮汐式專用托盤包括方形底盤、方形底盤四周向上延伸的邊沿構(gòu)成的盤壁，方形底盤上設(shè)置有多個(gè)加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋在方形底盤寬度方向上相互平行，在方形底盤長度方向上線形排列，加強(qiáng)筋之間形成的凹陷部分縱橫相連，形成導(dǎo)流水槽，有利于潮汐盤內(nèi)的水流通和空氣流通，防止?fàn)€根。營養(yǎng)液循環(huán)裝置包括對潮汐盤提供營養(yǎng)液和水的進(jìn)水組件以及對潮汐盤內(nèi)營養(yǎng)液和水進(jìn)行回收的收集組件。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)置潮汐灌溉和頂部灑水灌溉2種方式，潮汐灌溉裝置由溫州市農(nóng)科院自行研發(fā)。其中潮汐灌溉設(shè)置灌溉高度、浸盤時(shí)間和灌水頻率3個(gè)因素，每個(gè)因素均設(shè)置3個(gè)水平。根據(jù)因素水平采用L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共計(jì)10個(gè)處理，以頂部灑水灌溉為對照(CK)，常規(guī)管理，每次灌溉直到穴盤底部有水漏出為止，每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)3個(gè)穴盤，詳見表1。

2017年2月14日種子直播于50孔穴盤中。3月1日選取生長健壯一致的種苗按照表1中的試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行處理。灌水處理時(shí)間為每天上午9:00。

1.3 測定項(xiàng)目

番茄穴盤苗形態(tài)學(xué)指標(biāo)測定。處理后28 d，分別取樣測定幼苗的株高、莖粗、植株鮮質(zhì)量，然后105 ℃殺青，85 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱量植株干質(zhì)量；計(jì)算壯苗指數(shù)=莖粗/株高×全株干質(zhì)量。同時(shí)采用STD4800高質(zhì)量高速掃描儀(根系分析系統(tǒng))進(jìn)行番茄根系生長測定。

表1試驗(yàn)設(shè)計(jì)處理

Table1Experimental design and processing

處理Treatment灌溉高度(A)Irrigationheight浸盤時(shí)間(B)Dippingtime灌水頻率(C)IrrigationfrequencyT1A1B1C1T2A1B2C2T3A1B3C3T4A2B1C2T5A2B2C3T6A2B3C1T7A3B1C3T8A3B2C1T9A3B3C2

A1、A2、A3分別表示灌溉高度為1.5、2.0、2.5 cm；B1、B2、B3分別表示浸盤時(shí)間為0.5、1.5、2.5 h；C1、C2、C3分別表示灌溉頻率為每1 d 一次、每2 d一次、每3 d一次。

A1， A2， A3 represents the irrigation height of 1.5， 2.0 2.5 cm; B1， B2， B3 represents the dipping time of 0.5， 1.5， 2.5 h; C1， C2， C3 represents the irrigation frequency of once a day， once every two days and once every three days， respectively.

番茄穴盤苗光合指標(biāo)測定。在處理后28 d的上午9:00，選取番茄第一片真葉采用便攜式光合系統(tǒng)(LI- COR- 6400)測定番茄幼苗的光合指標(biāo)，每次測定重復(fù)5次，測定時(shí)溫度為室溫，測定指標(biāo)為凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)，并計(jì)算水分利用效率(WUE)=Pn/Tr。采用SPAD- 502葉綠素儀進(jìn)行葉綠素含量測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對番茄幼苗生長指標(biāo)的影響

由表2中可以看出，不同處理對番茄幼苗生長影響顯著不同。CK處理的株高最小，顯著低于其他處理，而T6處理株高最大，顯著高于除T8以外的其他處理。莖粗以T9處理為最大，T1和CK處理最小，與T5、T6、T7、T8和T9處理差異顯著。植株鮮質(zhì)量的大小分別為T8>T7>T5>T2>T9>T6>T1>T3>T4>CK，以CK和T4處理為最低。植株干質(zhì)量與鮮質(zhì)量變化趨勢相同，以CK和T4處理顯著低于其他處理。壯苗指數(shù)以T5處理最高，T6處理最低，T5、T6、T2處理間差異顯著。

2.2 不同處理對番茄幼苗根系生長的影響

從表3中可以看出，T5和T8處理根系長度差異不顯著，但顯著高于其他處理，而以CK和T3處理為最低。根系表面積以T5處理最高，以CK處理最小，其中T2、T3、T4、T5、T8處理與T6、T7和CK處理差異顯著。T5處理根系體積最高，T4處理最低，T3、T4、T5、T9處理間差異顯著。

表2不同處理對番茄幼苗生長指標(biāo)的影響

Table2Effect of different treatments on the growth of tomato seedlings

處理Treatment株高Height/cm莖粗Stemdiameter/mm植株鮮質(zhì)量Freshweight/g植株干質(zhì)量Dryweight/g壯苗指數(shù)SeedlingindexT128.43±0.632bc3.461±0.040e37.23±1.592cd2.855±0.091ab0.349±0.012cdT227.01±0.632bcd3.598±0.078cde42.543±1.717ab2.965±0.103ab0.396±0.017bcT324.90±0.798de3.530±0.057de35.46±2.281de2.730±0.006bc0.387±0.003bcdT423.84±0.292e3.514±0.038de31.49±1.005ef2.365±0.105cd0.351±0.019cdT526.00±0.778cde3.886±0.077ab43.55±1.901ab3.203±0.172a0.465±0.028aT629.84±1.059a3.649±0.156bcd40.59±1.905bc2.697±0.152bc0.326±0.003dT727.22±1.323bcd3.817±0.056bc45.39±2.387ab2.954±0.086ab0.419±0.034abT829.39±0.298ab3.790±0.088bcd45.96±0.207a3.172±0.173a0.419±0.034abT927.08±0.389bcd3.931±0.098a42.06±0.465abc2.816±0.114ab0.407±0.011abcCK21.06±1.006f3.426±0.075e30.34±0.554f2.213±0.090d0.371±0.007bcd

不同小寫字母表示差異達(dá)0.05顯著水平，下同。

Values followed by different lowercase letters are significantly different at 0.05 probability level， the same as below.

表3不同處理對番茄幼苗根系生長的影響

Table3Effect of different treatments on the root growth of tomato seedlings

處理Treatment根系長度Rootlength/cm根系表面積Rootsurfacearea/cm2根系體積Rootvolume/cm3T1135.32±10.288bc15.76±0.817bc0.556±0.067abT2130.31±4.633c18.80±1.445ab0.582±0.018abT384.69±1.366e17.27±0.317bc0.459±0.022cT4102.89±11.186cde18.82±1.396ab0.335±0.026dT5177.21±2.625a21.80±0.709a0.630±0.016aT6123.36±18.042cd14.94±0.917c0.508±0.069bcT792.79±12.717de15.16±0.686c0.430±0.075cT8163.83±2.043ab18.83±1.988ab0.500±0.056bcT9125.99±16.344c17.08±0.660bc0.545±0.015bCK78.31±1.381e9.85±0.210d0.430±0.016c

2.3 不同處理對番茄幼苗光合作用的影響

從表4中可以看出，T6、T7、T8和T9處理的葉綠素相對含量差異不顯著，但顯著低于T2處理。光合速率以T5處理最高，其次為T7處理，以T1處理最低。T5處理的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率最高，其次為T9處理。T1、T2、T5、T8、CK處理間氣孔導(dǎo)度差異顯著；T3、T4、T7、T8、CK處理間的蒸騰速率差異不顯著，但與T1、T2、T5及T6處理差異顯著。T5和T1處理的水分利用效率顯著高于其他處理，CK處理最低。

2.4 不同處理對番茄幼苗單次耗水量的影響

從圖1中可以看出，不同處理間耗水量差異顯著。潮汐灌溉處理耗水量均低于頂部灑水灌溉處理。CK處理平均單次處理耗水量為3.063 kg，顯著高于其他處理。其次為T7處理，T1處理最小。CK、T1、T3、T5、T7、T8處理間差異顯著。

2.5 不同處理間的直觀分析

表5反映了不同處理的直觀分析。在試驗(yàn)所設(shè)置的3個(gè)處理因素下，對番茄植株株高、光合速率、蒸騰速率的影響排序?yàn)楣嗨l率>灌水高度>浸盤時(shí)間，起主要作用的是灌水頻率，最優(yōu)組合分別為A2B2C1、A2B2C3、A3B2C3。對番茄植株莖粗、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量及葉綠素含量的影響排序?yàn)楣嗨叨?浸盤時(shí)間>灌水頻率，起主要作用的是灌水高度，最優(yōu)組合分別為A2B2C3、A3B2C1、A1B2C2。對番茄植株根系體積的影響排序?yàn)榻P時(shí)間>灌水高度>灌水頻率，起主要作用的是浸盤時(shí)間，最優(yōu)組合為A1B2C1。對單次耗水量的影響排序?yàn)楣嗨叨?灌水頻率>浸盤時(shí)間，起主要作用的為灌水高度，最優(yōu)組合為A3B3C3。

表4不同處理對番茄幼苗光合作用的影響

Table4Effect of different treatments on the photosynthesis of tomato seedlings

處理葉綠素含量光合速率Pn/氣孔導(dǎo)度Gs/蒸騰速率Tr/水分利用率WUE/TreatmentChlorophyllcontent/SPAD(μmol·m-2·s-1)(mmol·m-2·s-1)(mmol·m-2·s-1)(μmol·mmol-1)T133.95±0.476abc6.20±0.023e0.446±0.017e0.920±0.001e6.739±0.043aT236.06±0.413a6.64±0.285de0.533±0.012d1.367±0.066c4.871±0.434cdT332.47±0.762c7.65±0.364cd0.693±0.033ab1.523±0.008b5.024±0.455cdT433.07±0.804bc8.63±0.443bc0.700±0.041ab1.563±0.013b5.522±0.546bcT534.18±1.149abc12.50±0.550a0.757±0.016a1.873±0.003a6.672±0.487aT633.13±0.721bc6.27±0.105e0.556±0.003cd1.176±0.023d5.332±0.319cdT731.73±0.295c9.60±0.200b0.750±0.010a1.567±0.003b6.128±0.244abT831.93±0.620c7.48±0.008d0.676±0.003b1.503±0.032b4.982±0.192cdT931.72±1.182c8.97±0.753b0.750±0.010a1.803±0.061a4.971±0.446cdCK35.10±0.152ab6.97±0.003de0.603±0.026c1.463±0.003b4.761±0.022d

不同處理間沒有相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。The bars without the same lowercase letters showed the significame at the level of 0.05.圖1 不同處理對番茄穴盤苗單次耗水量的影響Fig.1 Effects of different treatments on single water consumption of tomato seedlings

3 討論

潮汐灌溉作為一種新型灌溉技術(shù)，在國內(nèi)起步相對較晚，目前在潮汐灌溉對植物生長的影響、潮汐灌溉設(shè)備設(shè)計(jì)等方面做了相關(guān)探索[8-10]。高艷明等[7]在黃瓜潮汐灌溉育苗上研究表明對黃瓜株高、莖粗等影響的主次順序?yàn)楣喔阮l率>灌水高度>灌水時(shí)間。劉宏久等[6]在番茄潮汐灌溉育苗上報(bào)道對番茄植株鮮重、植株干重、壯苗指數(shù)影響最大的是灌溉頻率，對灌溉量影響最大的是灌溉方式。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，設(shè)置的3個(gè)處理因素分別在不同指標(biāo)上起主導(dǎo)作用，對番茄株高影響最大的是灌溉頻率，與高艷明等[7]報(bào)道一致，表明灌溉頻率在調(diào)控株型上起主要作用。而對番茄莖粗、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響最大的是灌水高度，這與劉宏久等[6]報(bào)道有差異，究其原因可能與試驗(yàn)處理因素和灌溉設(shè)施不同有關(guān)。從根系生長情況來看，對根系生長影響最大的是浸盤時(shí)間，其次是灌溉頻率。在潮汐灌溉下黃瓜[7]、西葫蘆[11]植株保持較高的光合速率，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符，潮汐灌溉可促進(jìn)番茄幼苗根系生長，進(jìn)而増強(qiáng)幼苗干物質(zhì)積累和光合作用。相關(guān)研究表明，與頂部灑水灌溉相比，潮汐灌溉育苗可節(jié)水20%以上，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用所研發(fā)的潮汐灌溉設(shè)備育苗較對照可節(jié)水34.1%～77.0%，也證實(shí)了潮汐灌溉的節(jié)水效果。在實(shí)驗(yàn)設(shè)置的3個(gè)處理因素中，對番茄植株地上部生長起主要作用的是灌溉高度，對番茄地下部生長起主要作用的是浸盤時(shí)間，而對番茄植株的光合生理起主要影響的是灌溉頻率。

表5不同處理下各指標(biāo)的直觀分析

Table5Visual analysis of various indexes in different treatments

指標(biāo)Index處理因素Treatment灌溉高度(A)Irrigationheight浸盤時(shí)間(B)Diptime灌水頻率(C)Irrigationfrequency因素排序Factorranking最優(yōu)組合Optimalcombination株高k126.77626.49529.218C>A>BA2B2C1Heightk229.92127.82825.616k327.53826.91326.402R3.1451.3333.602莖粗k13.5353.6093.657A>B>CA2B2C3Stemdiameterk23.8273.8013.636k33.6893.6413.759R0.2920.1920.123植株鮮質(zhì)量k138.41538.04341.265A>B>CA3B2C1Plantfreshweightk238.05143.52639.197k344.97139.86940.975R6.9205.4832.068植株干質(zhì)量k12.8502.7242.908A>B>CA3B2C1Plantdryweightk22.6262.9842.844k33.1092.8762.833R0.4830.2600.075根系表面積k117.27616.57516.512B>C>AA2B2C3Rootsurfaceareak218.52019.81418.076k317.02516.43218.233R1.4953.3821.721根系體積k10.5320.4400.521B>A>CA1B2C1Rootvolumek20.4910.5700.487k30.4920.5040.506R0.0410.1300.034壯苗指數(shù)k10.3770.3730.364A>C>BA2B2C3Seedlingindexk20.4340.4070.404k30.3610.3920.404R0.0730.0340.040葉綠素含量k134.15732.91633.003A>B>CA1B2C2Chlorophyllcontentk233.46134.05733.617k331.79432.43832.792R2.3631.6190.825光合速率k16.8288.1426.650C>A>BA2B2C3Pnk29.1318.8738.086k38.6937.6379.916R2.3031.2363.266蒸騰速率k11.2701.3501.200C>A>BA3B2C3Trk21.5371.5811.577k31.6241.5011.654R0.3540.2310.454氣孔導(dǎo)度k10.5570.6320.560C>A>BA3B3C3Gsk20.6710.6550.661k30.7250.6660.733R0.1680.0340.173水分利用率k15.5446.1295.684B>C>AA2B1C3WUEk25.8425.5085.121k35.3605.1095.941R0.4821.0200.820單次耗水量k10.8421.3151.224A>C>BA3B3C3Singlewaterconsumptionk21.2281.3261.324k31.8981.3271.420R1.0560.0120.196

實(shí)驗(yàn)中T5處理(2.0 cm，1.5 h，每3 d一次)莖粗、植株干質(zhì)量、根系體積及光合速率等指標(biāo)較其他處理增幅在13.6%～18.1%、0.97%～44.7%、8.24%～88.0%和30.2%～101.61%，生長狀態(tài)表現(xiàn)較好。從植株生長狀況以及用水量等方面來看，灌水高度2.0 cm，浸盤時(shí)間1.5 h，灌溉頻率每3 d一次的組合可以作為番茄潮汐灌溉育苗管理的參考。

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