基于太陽輻射的不同灌溉頻率對草莓葉片光合、產(chǎn)量和品質的影響

林 琭，湯 昀，李志強，李永平，王紅寧，史向遠

（1.山西省農業(yè)科學院現(xiàn)代農業(yè)研究中心，山西太原030031；2.山西省農業(yè)科學院果樹研究所，山西太原030800）

目前，生產(chǎn)中基質栽培作物的灌溉管理主要依賴經(jīng)驗，經(jīng)常引起水分供給過多或不足的問題。灌水過多會由于基質的孔隙度較大而造成水分或營養(yǎng)液的滲漏，這不僅易引起設施內相對濕度增大進而引發(fā)病蟲害，而且會造成果實糖度降低，導致作物品質下降[1-2]；而灌水過少則會使作物生長受到水分脅迫而造成產(chǎn)量下降[3]。因此，研究設施中基質栽培作物的精準灌溉技術，確定出適宜的灌溉頻率和灌溉量，對于提高水分利用率以及改善設施環(huán)境，從而提高作物的產(chǎn)量和品質以及增加生產(chǎn)效益具有重要意義[4]。

草莓為薔薇科草莓屬多年生草本植物，果實有濃郁的芳香氣味，含有豐富的纖維素、Vc 及果膠，具有助消化和潤腸胃等功效，擁有“水果皇后”的美譽，因而深受大眾喜愛。目前設施草莓生產(chǎn)中自動灌溉的指標（控制目標值）一般為灌溉量[5]或者灌溉時長[6-7]，而沒有考慮到天氣變化對作物蒸騰耗水量的影響[8]，因而難以進行灌溉方案的精準制定。

為此，本研究以太陽輻射強度（單位面積累積的太陽輻射量）為指標，在設施環(huán)境條件下，設置不同的灌溉頻率處理，通過測定、分析不同處理下草莓葉片的光合生理變化和產(chǎn)量、品質差異，確定灌溉啟動點的臨界閾值，為科學制定設施基質栽培草莓精準灌溉技術提供理論基礎和數(shù)據(jù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

設施栽培草莓品種為蒙特瑞，美國加州品種，日中性，可周年結果，高產(chǎn)。促成栽培條件下果實上市早，品質佳，抗病性較強，適合夏（春）季栽培。

1.2 試驗設計

試驗于2017 年5—9 月在朔州市山陰縣薛圐圙鄉(xiāng)半道地現(xiàn)代農牧園區(qū)的塑料大棚內進行。該地年均氣溫7 ℃左右，7 月最高溫度25 ℃左右，年降雨量410 mm，無霜期130 d，年日照時數(shù)為2 698.6 h。種植模式為基質（草炭∶菇渣∶珍珠巖＝2∶1∶1）、高架栽培，種植密度為22.65 萬株/hm2。灌溉方式為滴灌，滴灌系統(tǒng)由自行設計安裝的自吸泵、配肥罐、滴灌帶（孔距20 cm）等組成。灌溉營養(yǎng)液采用草莓山崎配方[9]，在草莓生長中分別用硝酸（坐果前）和磷酸（坐果后）將營養(yǎng)液的pH 調至6.0～6.5[10]。夏季晴天11：30—15：30 通過覆蓋遮陽網(wǎng)（遮光率為60%）給塑料大棚降溫，其他管理同常規(guī)生產(chǎn)。

2017 年5 月15 日進行種苗定植，定植后緩苗7 d 進行灌溉處理。設定5 個灌溉頻率處理，即當作物冠層上方單位面積的太陽輻射量分別累積到2.0（T1）、3.0（T2）、4.0（T3）、5.0（T4）、6.0 MJ/m2（T5）時，通過數(shù)據(jù)采集器上的控制器啟動灌溉系統(tǒng)的電磁閥開始灌溉，灌溉6 min 后（80 mL/株）停止。每個處理60 株。每次灌溉后，該處理累積的太陽輻射量清零、重新累積，直至達到該處理的設定值后再次啟動灌溉，如此循環(huán)往復。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 作物冠層上方太陽輻射強度 作物冠層上方的太陽輻射強度由數(shù)據(jù)采集器Datalogger（Campbell Scientific，CR1000）自動采集并存儲。光合有效輻射強度的傳感器為PQS1，置于溫室內部距地面3 m高處，數(shù)據(jù)采集頻率為每10 s 一次，存儲每5 min的平均值。

1.3.2 光響應曲線 每處理每重復隨機選取3 株觀測株，每棵觀測株上選取最新完全展開的健康功能葉為測量葉。在草莓植株坐果前、第一茬果初期和第二茬果初期，選擇晴天的08：30—11：30，利用美國LI-COR 公司生產(chǎn)的LI-6400XT 便攜式光合作用測定系統(tǒng)并配備紅藍光源葉室（LI-6400-02B），測定葉片的光響應曲線。每棵觀測株選3 片測量葉、每片葉重復3 ～5 次。測定時將葉室內的光合有效輻射的梯度設定為1 500、1 200、1 000、800、500、200、100、80、50、20、0 μmol/（m2·s），測定不同光強下的氣體交換參數(shù)，包括凈光合速率（Pn，μmol/（m2·s））、氣孔導度（Gs，mol/（m2·s））、胞間CO2濃度（Ci，μmol/mol）和蒸騰速率（Tr，mmol/（m2·s））。

1.3.3 CO2響應曲線 在飽和光強1 500 μmol/（m2·s）下，將樣品室CO2濃度的梯度設定為400、300、200、100、50、400、400、600、800、1 000、1 200、1 500、2 000 μmol/mol，測定不同CO2濃度下的氣體交換參數(shù)。測量時間、觀測株和測量葉的選取同1.3.2。

1.3.4 單株葉面積 每處理每重復隨機選取3 株草莓，第一茬果初期測定單株葉面積。

1.3.5 產(chǎn)量 統(tǒng)計各處理草莓首茬至末茬的總產(chǎn)量。

1.3.6 果實品質 每處理每重復選取成熟度一致的果實20 枚，測定果實的Vc 含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量，計算糖酸比。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Office Excel 2007 進行數(shù)據(jù)的整理、作圖和簡單的線性回歸，采用SPSS 13.0 軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和最小顯著差異檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉頻率下各生育階段草莓葉片凈光合速率對光合有效輻射的響應

從坐果前、第一茬果初期和第二茬果初期的葉片凈光合速率對光合有效輻射的響應曲線（圖1）可以看出，T1、T2、T3 處理間的凈光合速率無顯著差異，T4、T5 處理間凈光合速率無顯著差異，但T4 處理顯著低于T3 處理，說明當灌溉頻率由T3（4.0 MJ/m2）降至T4（5.0 MJ/m2）時，植株由無水分脅迫狀態(tài)轉為水分脅迫狀態(tài)，葉片生理狀況受到水分脅迫的顯著影響，葉片光合能力明顯下降。飽和光強下坐果前、第一茬果初期、第二茬果初期的最大光合速率比無水分脅迫分別降低了17%、17%和33%。

2.2 不同灌溉頻率下各生育階段草莓葉片凈光合 速率對胞間CO2 濃度的響應

從不同生育階段的葉片凈光合速率對胞間CO2濃度的響應曲線（圖2）可以看出，T1、T2、T3 處理間凈光合速率無顯著差異，T4、T5 處理間無顯著差異，但T4 處理顯著低于T3 處理，說明當灌溉頻率由T3 降至T4 時，植株遭受到了嚴重的水分脅迫，葉片生長受到顯著影響，因而光合能力明顯下降。在水分脅迫狀況下，Pn-Ci響應曲線的最大光合速率坐果前、第一茬果初期、第二茬果初期分別降至37.89、37.38 和32.88 μmol/（m2·s），比無水分脅迫時的43.71、44.32、46.31 μmol/（m2·s）分別降低了13%、16%和29%。

2.3 不同灌溉頻率下草莓單株葉面積和產(chǎn)量比較

從圖3 可以看出，T1、T2、T3 處理間單株葉面積無顯著差異，T4、T5 處理間無顯著差異，但T4 處理的單株葉面積（513 cm2）比T3 處理（530 cm2）降低了17 cm2，差異達顯著水平。各處理的產(chǎn)量也表現(xiàn)出相似規(guī)律，T1 處理（48 512.9 kg/hm2）、T2 處理（48 371.1 kg/hm2）、T3 處理（48 766.5 kg/hm2）間無顯著差異，T4 處理（44 216.6 kg/hm2）和T5 處理（40 850.2 kg/hm2）顯著降低，分別比無水分脅迫處理（T1、T2、T3 的平均值，48 550.2 kg/hm2）降低了9%和16%。

2.4 不同灌溉頻率下的草莓果實品質比較

從圖4 可以看出，不同灌溉頻率下的草莓果實Vc 含量T1（51.2 mg/100 g）、T2（51.1 mg/100 g）、T3（48.9 mg/100 g） 處理間差異未達顯著水平，T4（39.8 mg/100 g）、T5（32.0 mg/100 g）2 個處理的果實Vc含量均呈現(xiàn)顯著下降，分別比T1 降低了22%和37%。各處理草莓果實的糖酸比隨著采收期的延長而呈增加趨勢，第二茬果采收末期的T1、T2、T3 處理之間無顯著差異，T4、T5 處理的果實糖酸比（13.2和12.7）均顯著下降，分別比T1（16.7）降低了21%和24%。

3 結論與討論

焦麗娜等[11]研究表明，100 mL/株是草莓植株的適宜灌水量，在該灌水量下，采用3 次灌水的草莓平均單株產(chǎn)量和單株最高產(chǎn)量最高，分別達到159、192 g。朱潤華等[12]報道了灌溉量為田間持水量的80%時，草莓植株生長最旺盛，葉片凈光合速率最高，果實大小與質量明顯增加，糖酸比最高（11.9）。本研究表明，綜合考慮用水成本和產(chǎn)量，T3（4.0 MJ/m2）為最佳灌溉頻率；在該灌溉頻率下，葉面積和光合速率不受影響，產(chǎn)量可達48 766.5 kg/hm2（即215 g/株）且果實品質較優(yōu)（糖酸比達到15.6）。與前人研究相比，本研究制定的灌溉方案使草莓產(chǎn)量提高12%～35%，用水量（80 mL/株）節(jié)約20%，可為生產(chǎn)上實現(xiàn)節(jié)本增收提供參考。

在灌溉指標的選擇上，本研究克服了土壤（基質）指標傳感器缺乏準確性或穩(wěn)定性的缺點以及作物指標傳感器價格昂貴和設備操作復雜的缺點，而選用了準確、穩(wěn)定、成本較低的氣象指標傳感器，便于將研究結果應用于生產(chǎn)而實現(xiàn)自動精準灌溉[13]。在設施內的氣象指標（輻射、溫度、濕度）中，已有研究表明，太陽輻射強度與作物的蒸騰耗水量有著較好的相關性[14]，因此，本研究選取單位面積累積的輻射量作為灌溉指標。本研究通過基于太陽輻射的灌溉頻率試驗，綜合分析葉片光合生理、產(chǎn)量、品質等數(shù)據(jù)得出，啟動灌溉的累積輻射量的臨界閾值為4.0 MJ/m2，高于該臨界值的灌溉頻率將明顯使草莓植株生長受到影響。

草莓品種之間的需水特性差異較大，因此，關于不同品種草莓的適宜灌溉頻率及相關參數(shù)還需要進一步研究。