不同灌溉方式對(duì)油菜生理特性的影響

郝東生，竇 碩

（北京市密云區(qū)農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)站，北京 102100）

油菜（Brassia campestrisL.），為十字花科（Cruciferae）蕓薹屬（Brassica）白菜變種，葉片寬大呈卵圓形或圓形[1]。油菜性喜涼，生長(zhǎng)周期短，對(duì)土壤水分含量敏感，而人工灌溉是設(shè)施蔬菜栽培水分的重要來源，可有效控制設(shè)施蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育[2]。水分直接影響蔬菜的優(yōu)良生存狀態(tài)[3]，是構(gòu)成植物組織細(xì)胞的組成成分，是光合作用的主要原料[4]，關(guān)系著光合作用的效率[5]。土壤水分含量直接影響蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、產(chǎn)量和品質(zhì)的形成，水分脅迫會(huì)顯著抑制植物細(xì)胞的分裂和增大[6]。在蔬菜生長(zhǎng)過程中，短期的水分脅迫即會(huì)對(duì)蔬菜作物的生長(zhǎng)發(fā)育、生理機(jī)能和產(chǎn)量帶來不利影響，造成顯著減產(chǎn)甚至品質(zhì)下降[7]。土壤水分含量還直接影響根系內(nèi)部水勢(shì)，進(jìn)而影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[8]。土壤水分還會(huì)顯著影響根系的生物量、根冠比、根質(zhì)量、根密度等[9]。土壤輕度干旱有利于植物根系的伸長(zhǎng)且下扎更深，土壤嚴(yán)重干旱會(huì)抑制根系生物量的增加和根系的增長(zhǎng)[10]。

國(guó)內(nèi)外有關(guān)油菜的研究工作主要集中在栽培管理技術(shù)和施肥管理方面，而有關(guān)日光溫室油菜節(jié)水灌溉的報(bào)道較少，且關(guān)于不同灌溉方式對(duì)油菜品質(zhì)、產(chǎn)量和水分分配規(guī)律影響的研究報(bào)道更少。深入研究蔬菜的需水規(guī)律和灌溉方式，提高蔬菜灌溉水分利用效率，實(shí)現(xiàn)蔬菜的高效生產(chǎn)，對(duì)于緩解我國(guó)當(dāng)前水資源緊缺具有非常重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)研究溫室內(nèi)不同灌溉方式對(duì)油菜生理特性等方面的影響，以期為北京市油菜生產(chǎn)選擇合理的灌溉方式提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在北京市密云區(qū)南套里蔬菜種植專業(yè)合作社連棟溫室（39°51'N、116°87'E）進(jìn)行。油菜于3月13日播種，5月9日收獲，歷時(shí)57 d。播種前每667 m2施腐熟雞糞4 500 kg（N、P、K總量≥4%，有機(jī)質(zhì)總量≥30%）、復(fù)合肥130 kg（N∶P2O5∶K2O為15∶10∶15，總養(yǎng)分含量≥51%）。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 供試材料

選用春油5號(hào)油菜（國(guó)家蔬菜工程技術(shù)研究中心培育）作為試驗(yàn)材料；普通透明農(nóng)用地膜；直徑28.6 mm，孔徑為0.1 mm的五孔微噴帶；主水管為直徑50 mm的硬膠管，均購(gòu)于農(nóng)資市場(chǎng)。

1.2.2 主要儀器和設(shè)備

便攜式土壤水分測(cè)定儀（E M 5 0型，Decagon，USA）；Water-mark張力計(jì)（德國(guó)施密特公司）；EPSON perfection V800 photo根系掃描儀（愛普生（中國(guó)）有限公司）；手持式葉綠素儀（SPAD-502PIU，浙江托普儀器）。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)畦灌、微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴帶4個(gè)處理，以常規(guī)畦灌為對(duì)照。油菜采用平畦栽培，每個(gè)處理小區(qū)為1個(gè)畦（面積3.6 m2，畦長(zhǎng)3.6 m，畦寬1.0 m），每畦播種4行油菜，重復(fù)3次。為了防止水分橫向側(cè)漏，各小區(qū)間50 cm土層用塑料薄膜隔開。

油菜全生育期保持根區(qū)土壤相對(duì)含水率為80%±5%，采用便攜式土壤水分測(cè)定儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)0～10 cm土壤的水分動(dòng)態(tài)，當(dāng)相對(duì)含水率降至75%以下時(shí)進(jìn)行灌水，至其控制上限時(shí)停止灌水。試驗(yàn)結(jié)束統(tǒng)計(jì)各處理總灌溉量。

1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

油菜出苗后每7 d測(cè)定1次油菜株高、開展度、單株葉片數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)，收獲時(shí)測(cè)定單株葉面積及干鮮質(zhì)量、葉片葉綠素含量、根系分布及生長(zhǎng)指標(biāo)等。每小區(qū)隨機(jī)選取10株油菜，重復(fù)3次。

（1）株高：用精確度0.1 cm的直尺測(cè)定油菜根部到自然生長(zhǎng)狀態(tài)最高點(diǎn)的距離（cm）。

（2）開展度：用精確度0.1 cm的直尺，采用十字交叉法測(cè)定油菜自然狀態(tài)下最大外葉間的距離（cm）。

（3）葉片數(shù)：不計(jì)小于2 cm的小葉及枯葉。

（4）單株葉面積：用根系掃描儀掃描分析油菜單株所有葉片面積，不計(jì)枯葉（cm2）。

（5）葉綠素含量：選取油菜自然狀態(tài)下最高的3片葉，避開葉脈，用手持式葉綠素儀在葉片中部取3個(gè)點(diǎn)測(cè)量，取平均值。

（6）根系分布：取0～10 cm，10～20 cm土層的根系，用根系掃描儀測(cè)定各個(gè)土層的根長(zhǎng)（cm）、根表面積（cm2）、根體積（cm3），并用WinRHIZO BASIC 2013軟件分析結(jié)果。

（7）干鮮質(zhì)量測(cè)量：將各處理的油菜全部收獲，用精確度0.01 g的電子秤分別稱量植株地上部、地下部及全株鮮質(zhì)量。每個(gè)處理隨機(jī)取10株帶回并于105 ℃殺青30 min，80 ℃恒溫烘干至恒重，稱量油菜地上部、地下部及全株干質(zhì)量。

（8）灌水量測(cè)算：灌水量＝r×p×h×θf×s（q1－q2）/η。式中：r為土壤容重（g/cm3）。p為土壤濕潤(rùn)比，取100%；h為灌水計(jì)劃濕潤(rùn)層（0.3 m）；θf為田間持水量（%）；q1、q2分別為80%、60%；s為面積（667 m2）；η為水分利用系數(shù)，本試驗(yàn)中取1。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2017和SPSS 13.0軟件進(jìn)行處理分析，各處理間的差異采用LSD多重比較檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉方式對(duì)油菜株高和開展度的影響

由表1和表2可知，油菜苗期（3月20—27日）各處理株高和開展度之間差異性不顯著，這可能由于油菜在幼苗期植株較小，葉片較少，葉面積小，相互之間沒有遮擋，導(dǎo)致各處理間長(zhǎng)勢(shì)相似。

表1 不同灌溉方式對(duì)油菜株高的影響 cm

表2 灌溉方式對(duì)油菜開展度的影響 cm

隨著植株的生長(zhǎng)，各處理間株高和開展度出現(xiàn)顯著性差異，均表現(xiàn)為膜下微噴＞膜上畦灌＞微噴帶＞畦灌。油菜蓮座期（4月24日—5月9日）各處理株高均存在顯著性差異，5月9日微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理分別比對(duì)照畦灌增加5.50%、13.98%、16.95%。

開展度是反映植株生長(zhǎng)旺盛情況的指標(biāo)之一。5月1—9日，各處理油菜開展度均存在顯著性差異，5月9日微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴分別比對(duì)照增加8.89%、10.24%、15.23%。由此可見，微噴帶和膜上畦灌能顯著提高油菜株高和開展度，且膜下微噴處理效果最顯著。

2.2 灌溉方式對(duì)油菜葉片數(shù)、單株葉面積的影響

植株葉片是進(jìn)行光合作用和蒸騰作用的主要部位，植株的葉面積、葉片數(shù)、葉綠素含量直接影響著油菜光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而影響油菜的產(chǎn)量。由表3可得，不同灌溉方式下油菜葉片數(shù)均表現(xiàn)為膜下微噴＞膜上畦灌＞微噴帶＞畦灌。在3月20日—4月3日，各處理間油菜葉片數(shù)沒有顯著性差異，收獲時(shí)各處理間均表現(xiàn)出顯著性差異，微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴分別比畦灌增加5.51%、10.93%、18.32%。

表3 灌溉方式對(duì)油菜葉片數(shù)的影響 片/株

由表4可得，油菜葉面積和葉綠素含量均表現(xiàn)為膜下微噴＞膜上畦灌＞微噴帶＞畦灌，且處理間均存在顯著性差異，說明膜下微噴對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用。

表4 灌溉方式對(duì)油菜葉面積、葉綠素的影響

2.3 灌溉方式對(duì)油菜根系的影響

根系是植株吸收水分和礦質(zhì)元素的重要部位，關(guān)系著植株的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。油菜作為淺根系植株，根系主要分布在0～20 cm土層，根長(zhǎng)、根體積、根表面積直接影響著根系對(duì)水分和礦質(zhì)元素的吸收利用。

由表5可知，油菜的0～10 cm土層根系的根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量等指標(biāo)都表現(xiàn)為膜下微噴＞膜上畦灌＞微噴帶＞畦灌，且膜上畦灌、膜下微噴均與畦灌處理間存在顯著性差異。在根長(zhǎng)方面，微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理分別較畦灌增加15.17%、46.35%、71.65%；根表面積分別比畦灌增加19.98%、52.05%、66.95%；根體積分別比畦灌增加0.75%、11.24%、28.06%；在根質(zhì)量方面，3個(gè)處理根鮮質(zhì)量分別比畦灌增加4.04%、29.83%、45.90%，根干質(zhì)量分別比畦灌增加9.51%、23.00%、26.38%。

表5 灌溉方式對(duì)0～10 cm土層油菜根系分布及生長(zhǎng)的影響

由表6可知，10～20 cm土層油菜根系的根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量等指標(biāo)都表現(xiàn)為畦灌＞微噴帶＞膜上畦灌＞膜下微噴，且畦灌與膜上畦灌、膜下微噴兩處理間均存在顯著性差異；畦灌均大于其他3個(gè)處理，這可能是由于根系向下生長(zhǎng)汲取所需水分和養(yǎng)分，導(dǎo)致根系伸長(zhǎng)。在根長(zhǎng)方面，微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理分別較畦灌降低10.01%、38.36%、38.47%；根表面積分別比畦灌降低8.13%、28.99%、35.45%；根體積分別比畦灌降低23.31%、28.79%、32.65%；在根質(zhì)量方面，3個(gè)處理根鮮質(zhì)量分別比畦灌降低13.9%、35.35%、36.92%，根干質(zhì)量分別比畦灌降低10.96%、42.46%、46.57%。

表5 灌溉方式對(duì)0～10 cm土層油菜根系分布及生長(zhǎng)的影響

表6 灌溉方式對(duì)10～20 cm土層油菜根系分布及生長(zhǎng)的影響

2.4 灌溉方式對(duì)油菜單株質(zhì)量的影響

油菜的單株質(zhì)量直接決定油菜產(chǎn)量。由表7可得，油菜的全株干鮮質(zhì)量、地上部干鮮質(zhì)量以及地下部干鮮質(zhì)量均都表現(xiàn)為膜下微噴＞膜上畦灌＞微噴帶＞畦灌，全株鮮質(zhì)量微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴分別比對(duì)照畦灌增加5.67%、25.80%、40.10%；全株干質(zhì)量分別比畦灌增加0.79%、33.56%、35.43%。其中，地上部鮮質(zhì)量決定了油菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，與畦灌相比，膜下微噴處理的地上部鮮質(zhì)量顯著增加了40.18%，該處理效果最好。

表7 灌溉方式對(duì)油菜單株質(zhì)量的影響 g/株

2.5 不同灌溉方式節(jié)水效果比較

由表8可得，油菜 667 m2總灌溉量表現(xiàn)為畦灌＞微噴帶＞膜上畦灌＞膜下微噴，微噴帶、膜上畦灌和膜下微噴分別比畦灌處理節(jié)水7.89%、15.79%、23.68%。各個(gè)處理灌溉量均表現(xiàn)為蓮座期＞幼苗期，這與蓮座期生長(zhǎng)旺盛，油菜需水量增大有關(guān)?？梢?，微噴帶和地膜節(jié)水效果顯著，且以膜下微噴節(jié)水效果最佳。

表8 灌溉方式對(duì)油菜667 m2灌溉量的影響

3 討論與結(jié)論

不同的灌溉方式能通過對(duì)土壤環(huán)境的影響，進(jìn)而影響油菜的葉片數(shù)、葉面積，甚至光合作用效率；根表面積、根體積、根長(zhǎng)會(huì)影響植株對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用，因此以上生長(zhǎng)指標(biāo)與油菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率密切相關(guān)，不同灌溉方式是影響生長(zhǎng)指標(biāo)的重要因素。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，油菜在收獲時(shí)，株高、開展度、葉片數(shù)均表現(xiàn)為微噴帶、膜上畦灌和膜下微噴3個(gè)處理高于畦灌，且膜下微噴效果最顯著，與畦灌間存在顯著性差異，說明膜下微噴和膜上畦灌能有效提高油菜葉片生長(zhǎng)指標(biāo)，進(jìn)而促進(jìn)植株的光合作用，增加油菜產(chǎn)量。0～10 cm土層，油菜根體積、根表面積、根長(zhǎng)均表現(xiàn)為畦灌小于其他3個(gè)處理，10～20 cm土層表現(xiàn)為畦灌大于微噴帶、膜上畦灌和膜下微噴3個(gè)處理，說明膜下微噴和膜上畦灌能有效保持0～10 cm土層含水量，減少根系向深層生長(zhǎng)所需要的水分和養(yǎng)分，更多地為地上部提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理的油菜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)都高于對(duì)照畦灌，全株鮮質(zhì)量分別比對(duì)照畦灌增加5.67%、25.80%、40.10%；全株干質(zhì)量分別比畦灌增加0.79%、33.56%、35.43%。

前人研究發(fā)現(xiàn)，地膜覆蓋的作物根長(zhǎng)、根密度、地下部干質(zhì)量、鮮質(zhì)量顯著優(yōu)于露地種植[10]。同時(shí)，地膜覆蓋會(huì)提高甘藍(lán)的干物質(zhì)產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率，本試驗(yàn)結(jié)果與其一致。綜合地上部和地下部來看，使用微噴帶和膜上畦灌措施能提高油菜地上部、地下部生長(zhǎng)指標(biāo)以及產(chǎn)量。該研究為建立高效率、低成本、實(shí)用性的溫室油菜節(jié)水技術(shù)體系提供了依據(jù)。