日光溫室秋冬茬黃瓜結(jié)果期灌溉頻率對產(chǎn)量及根系分布特征的影響

楊冬艷 ，馮海萍，趙云霞，桑 婷

(寧夏農(nóng)林科學(xué)院種質(zhì)資源研究所，銀川 750002)

水肥一體化技術(shù)是通過壓力系統(tǒng)將肥料溶液以較小流量直接、準(zhǔn)確地施與蔬菜作物根部附近土壤表層的灌水施肥技術(shù)，將灌水與施肥結(jié)合在一起，有效地提高了設(shè)施蔬菜水分和肥料利用率[1,2]，在日光溫室生產(chǎn)應(yīng)用面積逐漸擴(kuò)大；黃瓜是保護(hù)地栽培的主要蔬菜作物之一，屬耗水耗肥的蔬菜作物,營養(yǎng)生長與生殖生長同時(shí)進(jìn)行，采收期長，對水肥需求量大[3]。灌水量和灌水頻率是作物灌溉制度的核心內(nèi)涵，已有的研究表明，灌溉頻率可以改變土壤水分的空間分布和土壤的蓄水量[4]，影響土壤溫度[5]和土壤養(yǎng)分的分布[6,7]，劉淑艷研究了日光溫室春夏茬黃瓜灌水頻率，提出坐果期灌水間隔為1 d有利于產(chǎn)量形成[8]，郭文忠研究春夏茬黃瓜適宜灌水頻率，發(fā)現(xiàn)灌水間隔3 d產(chǎn)量最高[9]，孫麗萍發(fā)現(xiàn)在日光溫室黃瓜生產(chǎn)中，栽培茬口季節(jié)不同，灌溉頻率對植株蒸騰、產(chǎn)量和水分利用效率的影響不同，秋冬茬黃瓜生產(chǎn)中隨灌溉頻率增加，溫室內(nèi)空氣相對濕度一直處于相對較高狀態(tài)，抑制了土面蒸發(fā)，不利于黃瓜產(chǎn)量的增加[10]，可見在具有一定可控性的設(shè)施農(nóng)業(yè)中，灌溉制度因區(qū)域氣候、土壤和作物特性等具有明顯差異，需要因地制宜來制定水分管理制度。近年來，隨著寧夏地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)溫室的建造增多，溫室的溫光環(huán)境性能進(jìn)一步優(yōu)化，秋冬茬黃瓜的栽培面積逐漸擴(kuò)大，但農(nóng)戶在使用水肥一體化技術(shù)時(shí)，或應(yīng)用無土栽培黃瓜的管理模式或憑借大水漫灌時(shí)的黃瓜種植經(jīng)驗(yàn)，對土壤栽培秋冬茬黃瓜的膜下滴灌水分管理制度缺乏應(yīng)用參考參數(shù)，因此，試驗(yàn)以秋冬茬嫁接黃瓜為研究對象，采用水肥一體化管理裝備，研究灌溉頻率對秋冬茬土壤栽培嫁接黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及根系分布特征的影響特征，為寧夏中部干旱帶日光溫室秋冬茬黃瓜水肥灌溉參數(shù)設(shè)定提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于寧夏中部干旱帶吳忠(孫家灘)國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)，屬大陸性干旱、半干旱氣候，海拔高度1 130 m，全年光照時(shí)間3 000 h，全年太陽輻射高達(dá)700 kJ/m2，年平均氣溫8.8 ℃,年平均降水量193 mm，氣候干燥,無霜期150 d左右，晝夜溫差大。試驗(yàn)溫室凈跨10 m，長72 m，鋼架結(jié)構(gòu)，溫室脊高6 m，棚膜為日本住友化學(xué)公司生產(chǎn)明凈華膜，外覆保溫被，試驗(yàn)溫室土壤容重為1.10 g/cm3，田間最大持水量24.21%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)黃瓜接穗品種為“德爾99” 砧木是“博強(qiáng)4號”，穴盤育苗， 2017年9月5日定植，定植時(shí)黃瓜苗2葉1心，起壟栽培，壟底寬80 cm,株距28 cm，小行距40 cm，大行距100 cm，定植密度47 430 株/hm2，采用膜下鋪設(shè)雙行滴管帶，滴頭間距30 cm，黃瓜定植后40 d內(nèi)統(tǒng)一水肥管理，每隔5 d灌水1次，每次灌水量為75 m3/hm2,黃瓜進(jìn)入開花坐果期(10月15日)后開始不同灌水頻率處理，12月20日結(jié)束， 1月5日拉秧，生育期120 d，黃瓜采收期67 d。

試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積13.5 m2，5次重復(fù)，依次排列，每個(gè)處理之間用棚膜垂直隔離60 cm，水肥一體化裝備為水箱(500 L)、水泵、比例施肥泵、滴管管材，滴管帶滴頭間距30 cm，每個(gè)處理安裝水表控制灌水量，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)灌水頻率處理，TR1：1次/1 d，每次灌水量15 m3/hm2；TR2：1次/4 d，每次灌水量60 m3/hm2，處理3：1次/7 d，每次灌水量105 m3/hm2， 試驗(yàn)處理時(shí)間65 d，處理期間總灌水量均為975 m3/hm2。

各處理施肥制度一致，試驗(yàn)基肥為腐熟羊糞75 m3/hm2，磷酸二銨300 kg/hm2，處理開始前分別在第20 d、30 d統(tǒng)一追肥2次，每次施以色列海法公司的魔粒豐水溶肥(N16%-P8%-K32%)45 kg/hm2和尿素(N46%)15 kg/hm2, 試驗(yàn)處理時(shí)間65 d，各處理追肥時(shí)間一致，間隔7～8 d追肥1次，總追肥次數(shù)8次。

黃瓜種植期間利用紫藤連線設(shè)備ZigWSN采集器(農(nóng)用溫室型)監(jiān)測溫室環(huán)境溫度，黃瓜活動積溫為黃瓜生長期間內(nèi)日均溫的總和，其中日均溫下限溫度為14.7 ℃，上限溫度為35 ℃[12]。

1.3 測定指標(biāo)與方法

每個(gè)小區(qū)用天平單獨(dú)稱質(zhì)量測產(chǎn)，每隔2 d采果1次，累計(jì)得黃瓜產(chǎn)量，每個(gè)處理在盛果期取開花期一致的黃瓜，黃瓜果實(shí)采用四分法取樣測定其品質(zhì)，Vc含量采用2,6-二氯靛酚法測定；可溶性糖含量采用蒽酮法測定，硝酸鹽含量采用水楊酸法[11]測定。

在灌水處理結(jié)束時(shí)，每個(gè)處理取相鄰5株黃瓜根系，用直徑為10 cm的土鉆取樣，以黃瓜主根為中心，取水平方向半徑15 cm，垂直方向以5 cm為一個(gè)層次，取到30 cm，共6個(gè)土層，浸泡1 h后，沖洗根系，烘干稱重。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用DPS軟件Duncan’s多重比較差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室秋冬茬黃瓜生長期間溫度變化

試驗(yàn)溫室土墻結(jié)構(gòu)，冬季沒有加溫設(shè)施，由圖1可見，在2017年9-12月期間，試驗(yàn)溫室最高溫度在15.77～36.72 ℃范圍內(nèi)波動，平均29.25 ℃，最低溫度在6.68～19.55 ℃范圍內(nèi)波動，平均11.63 ℃，每日平均溫度在9.43～30.57 ℃范圍內(nèi)，平均日均溫17.93 ℃，日均積溫為2 050.17 ℃，活動積溫為1 642.51 ℃。

圖1 日光溫室秋冬茬黃瓜生長期間溫室溫度變化

2.2 不同灌溉頻率對黃瓜采收特征和產(chǎn)量的影響

由圖2可見，秋冬茬灌水頻率對于黃瓜產(chǎn)量有顯著的影響，黃瓜定植50 d后開始采收，2 d采收1次，黃瓜采收量在12.3～580 g/m2范圍內(nèi)波動，TR3日均產(chǎn)量最高97 g/(d·m2),其次為TR2：87 g/(d·m2)、TR1：62.9 g/(d·m2)，出現(xiàn)兩次產(chǎn)量高峰，第一次在11月25日和27日，最高采收量為TR3，達(dá)到617 g/m2，TR1也達(dá)到了241 g/m2，第二次采收高峰出現(xiàn)在12月20日和23日，最高采收量為TR3，達(dá)到481 g/m2，其次TR2：419 g/m2、TR1：345 g/m2，試驗(yàn)采收期67 d， 11月之前產(chǎn)量占總產(chǎn)量各處理依次為49.22%，55.6%和58.33%，各處理折合產(chǎn)量依次為39 096、54 310、64 629 kg/hm2，平均單株坐果數(shù)依次為4.88個(gè)/株、6.61個(gè)/株、7.69個(gè)/株，說明但冬季灌溉頻率高不利于黃瓜坐果。

圖2 灌溉頻率對嫁接黃瓜采收特征和產(chǎn)量的影響

2.3 不同灌溉頻率對黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

有表1 可見，黃瓜果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)對不同灌溉頻率響應(yīng)特征不同，在秋冬茬黃瓜生產(chǎn)中，不同灌溉頻率對黃瓜果實(shí)可溶性固形物和可溶蛋白質(zhì)含量沒有顯著影響，隨著灌溉間隔的延長，黃瓜果實(shí)可溶性糖含量增加，而Vc含量則是TR2最高，說明過高和過低的灌溉頻率都不利于果實(shí)Vc含量的增加。

表1 不同灌溉頻率對黃瓜果實(shí)品質(zhì)的影響

2.4 灌溉頻率對黃瓜根系分布的影響

作物根系是吸收水分和礦物質(zhì)營養(yǎng)的主要器官，根系的大小和在土壤中的分布與作物對水分和礦物質(zhì)的吸收能力及其產(chǎn)量密切相關(guān)。根系形態(tài)雖然由遺傳基因型決定，但是表現(xiàn)型依賴于環(huán)境[13]，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同灌溉頻率顯著影響了黃瓜根系的物質(zhì)積累及分布特征，在秋冬季，試驗(yàn)中嫁接黃瓜在0～10 cm土層的根系鮮重和干重占總根系生物質(zhì)量均在70%以上，隨著灌水頻率的降低，黃瓜根系鮮重和干重增加，0～20 cm土層以內(nèi)的根系干重依次為2.95、3.37、5.36 g，占比依次為97.59%、97.74%和98.1%，可見黃瓜根系根層深度主要在0～20 cm以內(nèi)；從不同土層分布來看，在0～15 cm土層，灌水間隔最長TR3黃瓜根系鮮重及干重均顯著高于TR1和TR2，空間分布比例是TR2最高，15 cm土層以下黃瓜根系干物質(zhì)量各處理沒有顯著差異，但TR1干鮮重所占百分比高于TR2和TR3，可能與TR1總根系生物量相對較少有關(guān)，TR2和TR3在15～30 cm土層中分布比例沒有顯著差異，可見加大灌水間隔對黃瓜深層根系生物量與分布比例沒有顯著影響，但可以增加0～15 cm以內(nèi)土層的根系生物量。

3 討 論

以根層土壤管理為核心，對作物進(jìn)行水肥調(diào)控，是科學(xué)水肥管理的重要措施，范風(fēng)翠研究發(fā)現(xiàn)春夏茬土壤水分對設(shè)施黃瓜根系垂直分布深度影響較小，0～25 cm 土層黃瓜根系分布比例均可達(dá)全部根重的99%以上，根系的最深分布范圍可達(dá)30 cm[14]，陳志杰發(fā)現(xiàn)在春夏茬，嫁接和降低灌水下限，均使日光溫室黃瓜根系總長度增加，黃瓜根系生長和毛細(xì)根量的增加，在秋冬茬，灌水量與嫁接處理對黃瓜根系垂直分布沒有顯著影響，但單次150 m3/hm2灌水量下，嫁接黃瓜的根系旺盛且粗壯，同時(shí)誘發(fā)了大量毛細(xì)根向土壤深層分布，使其產(chǎn)量顯著高于自根黃瓜[13]，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)嫁接黃瓜秋冬茬根系在0～20 cm的土層內(nèi)就占到90%以上，間隔7 d的灌水頻率處理，顯著提高了黃瓜在0～15 cm 的生長量和在5～15 cm土層的分布，隨著灌溉頻率的增加，嫁接黃瓜根系的鮮重和干重顯著下降，進(jìn)而影響黃瓜坐果數(shù)量，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，西北地區(qū)日光溫室秋冬茬外界氣溫低，頻繁灌水可能會使地溫降低不容易恢復(fù)，導(dǎo)致作物根系發(fā)育受到抑制，生物量減少，不能支撐黃瓜果實(shí)的生長，因此少量多次的灌溉制度不適宜在寧夏中部干旱帶日光溫室冬季黃瓜生產(chǎn)中應(yīng)用，在冬季生產(chǎn)中降低灌溉頻率，能夠促進(jìn)根系在根層中部土壤的發(fā)育，總根系生長量增加，同時(shí)黃瓜產(chǎn)量最高，果實(shí)的可溶性糖含量也最高。

圖3 灌溉頻率對嫁接黃瓜根系生物量及分布特征的影響

可見在日光溫室秋冬茬黃瓜栽培中，增加灌溉間隔時(shí)間，使根層灌溉下限降低，土壤的干濕變化幅度加大，促進(jìn)了根系生物量的積累，本試驗(yàn)中7 d的灌溉間隔黃瓜產(chǎn)量最高；日光溫室黃瓜栽培為起壟栽培，膜下滴灌模式，黃瓜根系橫向分布可能更為豐富，試驗(yàn)分析根系周圍半徑15 cm以內(nèi)、垂直30 cm深度根系生物量，壟面的橫向分布特征可能對黃瓜的水肥調(diào)控也有重要的指導(dǎo)支持作用，因此在進(jìn)一步的研究中，探討淺層土壤的根系分布及水分、養(yǎng)分濃度分布特征，有助于水肥一體化精準(zhǔn)管理參數(shù)的確定。

4 結(jié) 論

(1)在寧夏中部干旱帶日光溫室秋冬茬栽培中，灌溉頻率過高不利于黃瓜坐果，在活動積溫1 642 ℃、灌水量105 m3/hm2的條件下，黃瓜結(jié)果期適宜的灌溉間隔為7 d。

(2)在日光溫室嫁接黃瓜土壤栽培中，降低灌溉頻率，能夠促進(jìn)秋冬茬黃瓜根系生長量增加，促進(jìn)果實(shí)中糖含量的積累，有利于黃瓜坐果，產(chǎn)量增加。