梁志國,王澤鵬,賈宋楠,范鳳翠,劉勝堯,張 哲,杜鳳煥,秦 勇
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所,石家莊 050051)
【研究意義】茄子(SolanummelongenaL.)屬茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)植物,其營養(yǎng)價值高,在我國茄科蔬菜中種植面積排名第三,僅次于馬鈴薯和番茄[1],生育前期對水分要求較低,后期需水較大,根系發(fā)達(dá),具有喜水耐肥的特性。設(shè)施茄子長期水大肥重會導(dǎo)致棚室內(nèi)環(huán)境惡化,如空氣濕度過高、土壤鹽漬化,容易引發(fā)病蟲害,嚴(yán)重影響蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì),導(dǎo)致效益低下[2],現(xiàn)階段國內(nèi)設(shè)施茄子的種植肥水管理仍然采用較傳統(tǒng)的方式[3]。研究不同土壤水分對設(shè)施茄子生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響,對設(shè)施茄子節(jié)水灌溉和增產(chǎn)有重要意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】與交替隔溝灌和常規(guī)溝灌處理相比,滴灌處理可明顯促進(jìn)茄子的生長發(fā)育,有效提高茄子的單株果數(shù)和單果重,顯著提高茄子產(chǎn)量;顯著節(jié)約灌溉用水量,明顯提高水分生產(chǎn)效率[4]。灌水量對番茄的株高呈顯著的正效應(yīng),莖粗隨灌水量的增加呈先增后減的趨勢[5]。水分虧缺對茄子果實中溶性糖含量和硝酸鹽含量影響顯著,果實中可溶性糖含量和硝酸鹽含量隨著土壤水分虧缺的程度增大而增加,節(jié)水的同時考慮水分對硝酸鹽含量的影響[6]。孫振榮等[7]在番茄節(jié)水模式研究表明,VC、干物質(zhì)含量、可溶性固形物、有機(jī)酸、水分生產(chǎn)效率等均隨著灌水量的減少而增加。李興強(qiáng)等[8]研究表明,地下滲灌埋深為10 cm,灌溉定額為2 250 m3/hm2時,茄子產(chǎn)量較高,為28 462.7 kg /hm2,水分利用效率最高,為7.35 kg /m3?!颈狙芯壳腥朦c】不同土壤水分對設(shè)施茄子生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的研究鮮有報道。需研究不同土壤水分對設(shè)施茄子生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率的影響?!緮M解決的關(guān)鍵問題】采用智墑水分監(jiān)測儀與土鉆取土測試土壤含水率,實時監(jiān)測指示與實際灌溉指導(dǎo)結(jié)合的方式,運用膜下滴灌控制土壤水分含量,研究設(shè)施茄子產(chǎn)量特征、品質(zhì)形成及水分利用效率。精準(zhǔn)控制灌溉達(dá)到設(shè)定的土壤濕度范圍,研究土壤穩(wěn)定供水條件下茄子生長與品質(zhì)特征、產(chǎn)量及水分利用效率的響應(yīng)規(guī)律。
試驗于2020年在河北省農(nóng)林科學(xué)院鹿泉大河試驗站(38°14′N、114°39′E)進(jìn)行。試驗地區(qū)屬溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū),年均氣溫13.3℃,年日照時數(shù)1 776.9 h,年均無霜期205 d,海拔92 m。試驗設(shè)施塑料大棚為拱形結(jié)構(gòu),棚室長30 m,寬15 m,南北走向,覆蓋無滴聚乙烯薄膜。供試土壤質(zhì)地為壤質(zhì)洪沖積石灰性褐土,耕層土壤(0~40 cm)種植前的理化性狀:土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17.6 g/kg、堿解氮 126 mg/kg、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為138 mg/kg,速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82 mg/kg,pH值為7.22,容重1.38 g/cm3,田間持水量22.10%(質(zhì)量含水率),棚室地下水埋深大于5 m。
供試茄子品種為茄雜2號(河北省農(nóng)林科學(xué)院蔬菜所提供),采用嫁接栽培。供試肥料為尿素(石家莊柏坡正元化肥公司生產(chǎn),含N 46%)、磷酸一銨(河北萌幫水溶肥料有限公司生產(chǎn),含P2O561%,含N 12%)、硫酸鉀(國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn),含K2O 52%)。
1.2.1 試驗設(shè)計
于2020年4月1日定植,7月26日拉秧,定植時采用大小行距栽培,大行距80 cm,小行距60 cm,株距50 cm,定植密度1 900株/667m2。設(shè)5個不同的土壤水分梯度,以田間持水量(Field Capacity)為基準(zhǔn),分別設(shè)W1處理:土壤含水量為50%~55%FC,W2處理:土壤含水量為60%~65%FC,W3處理:土壤含水量為70%~75%FC,W4處理:土壤含水量為80%~85%FC,W5處理:土壤含水量為90%~95%FC,每個處理重復(fù)3次,處理之間由檔板隔離,避免水分滲透。采用田間土壤智墑測定儀(東方智感科技股份有限公司)對茄子全生育期土壤水分進(jìn)行實時監(jiān)測,當(dāng)土壤含水量降到灌水始點時滴灌,當(dāng)土壤含水量到達(dá)灌水終點時停止灌溉,水表記錄灌水量。0~40 cm的耕作層土壤水分始終處于上述5種不同的土壤水分條件下。在施足基肥的基礎(chǔ)上,營養(yǎng)生長期不追肥,全生育期累計667 m2施全氮N:10 kg、P2O5:8 kg、K2O:15 kg。各處理間的田間管理與當(dāng)?shù)匾恢?。?
1.2.2 測定指標(biāo)
1.2.2.1 株高和莖粗
每個處理選定長勢良好具有代表性的3棵植株,苗期(4月1日~5月4日)每隔7 d、開花坐果期(5月5日~5月18日)和結(jié)果期(5月19日~7月26日)每隔15 d測定1次茄子株高和莖粗,株高采用卷尺測量莖的基部到植株生長點的垂直距離,莖粗測量莖基部以上1 cm處的粗度,采用數(shù)顯游標(biāo)卡尺在垂直的兩個方向上測定2次,取兩次測量的平均值作為莖粗。
1.2.2.2 產(chǎn) 量
從初果期開始至末果期,每個處理選定長勢良好具有代表性的5株,對其累計采收測產(chǎn)。
1.2.2.3 品 質(zhì)
在茄子盛果期,各處理選取3株生長均勻,果實成熟度一致且無病蟲害的果實測定其可溶性糖含量、可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量、VC含量以及硝酸鹽含量??扇苄蕴呛繙y定采用蒽酮比色法;可溶性固形物含量采用手持折光測糖儀測定;可溶性蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法;VC含量測定采用2,6-二氯酚靛酚法;硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[9]。
1.2.2.4 土壤含水量
全生育期采用田間土壤智墑測定儀(東方智感科技股份有限公司)實時監(jiān)測0~40 cm土層的土壤體積含水量,每10 cm為一土層。
采用水量平衡法測定。
ET=M+P+Δw-R±q.
(1)
M=r×p×h×f(ql-q2)/0.95.
(2)
式中,ET為耗水量(mm);M為灌水量,將土壤水分的上、下限帶入式(2)[10]計算得出,同時通過水表記錄;P為降水量,mm;Δw為根系層內(nèi)儲水量的變化;R為徑流量,mm;q為根系層地下水補(bǔ)給量(向下為正,表示地下水上升補(bǔ)給,向上為負(fù),表示下滲) ;r為0~40 cm土壤容重,1.35 g/cm3;P為濕潤比,100%;h為濕潤層深度,40 cm;f為田間最大持水量22.40%;q1為灌水設(shè)定上限土壤的相對濕度;q2為灌水設(shè)定下限土壤的相對濕度;0.95為滴灌水分利用系數(shù)。
式(1)可以簡化為:
ET=M+Δw.
(3)
根系層儲水量Δw的變化可通過土壤含水率獲得,此處根系層深度取40 cm,對于處理土體從t1到t2時段根系層內(nèi)水量平衡方程式:
Wt2-Wt1=M-ET.
(4)
式中,Wt2、Wt1分別為t2時段末土壤水量和t1時段初土壤水量(mm)。
1.2.2.5 水分利用效率
WUE=Y/ET.
在進(jìn)行鄉(xiāng)村振興的過程中,國家的政策支持非常的重要,在發(fā)展的過程中堅持城市帶動農(nóng)村的原則,讓農(nóng)民真正成為農(nóng)村的建設(shè)者。采取優(yōu)惠政策鼓勵農(nóng)民進(jìn)行投資,真正找到適合自己的致富之路。
(5)
式中,WUE為水分利用效率(kg/m3);Y為茄子產(chǎn)量,(kg/hm2)。
采用Microsoft Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,繪制圖表,用SPSS25.0統(tǒng)計分析軟件處理試驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行方差分析。
2.1.1 不同土壤水分對茄子株高的影響
研究表明,不同土壤水分條件下各處理茄子的株高均隨著生育期的延后,成S型生長趨勢,隨土壤水分含量的增加茄子株高先增加后降低。幼苗期前期剛定植不久,氣溫低幼苗生長緩慢,該時期剛開始控水處理,各個處理土壤水分還未達(dá)到試驗設(shè)定水平,沒有出現(xiàn)水分虧缺,茄子株高大致相同,不同處理之間沒有差異性;開花坐果期,棚室溫度升高,水分主要用來營養(yǎng)生長,各處理茄子株高均迅速增加,此時各處理土壤含水量逐步達(dá)到試驗設(shè)定,水分脅迫開始出現(xiàn),表現(xiàn)不太明顯,W1、W2、W3處理增幅較慢,W4處理增幅最快,W5次之,不同處理的平均株高表現(xiàn)為W1、W2、W3、W4、W5處理依次為53.67、 54.20、 54.67、 57.55和56.10 cm,W4處理最大,W1處理小,各處理之間無統(tǒng)計學(xué)意義;結(jié)果期初期各處理茄子株高增幅較大,進(jìn)入盛果期后,此時茄子水分和養(yǎng)分的吸收主要用于生殖生長,茄子株高增加變緩,進(jìn)入結(jié)果末期,由于最后一次測量周期延長一個周(拉秧),導(dǎo)致增幅過大,長期水分脅迫導(dǎo)致整個結(jié)果期各處理茄子株高的增幅是水土壤水分含量呈現(xiàn)先增后減趨勢,結(jié)果期茄子平均株高表現(xiàn)為W4處理>W5處理>W3處理>W2處理>W1處理,W4處理最高為157.97 cm,分別是W1、W2、W3、W5處理的1.57倍、1.33倍、1.16倍、1.07倍。表明當(dāng)土壤含水量低于75%FC或高于90%FC時出現(xiàn)茄子出現(xiàn)水分脅迫現(xiàn)象,水分脅迫在結(jié)果期對茄子株高的影響遠(yuǎn)大于開花坐果期。圖1
圖1 不同土壤水分下設(shè)施茄子株高變化
2.1.2 不同土壤水分對茄子莖粗的影響
研究表明,茄子莖粗隨土壤水分含量增加呈先增加后降低變化趨勢。苗期前期剛定植,氣溫低苗子莖粗增加緩慢,在苗期后期為了給后面營養(yǎng)生長做鋪墊茄子莖粗快速增加,由于該時期剛開始控水處理,各個處理土壤水分還未達(dá)到試驗設(shè)定水平,沒有出現(xiàn)水分虧缺,不同處理間茄子莖粗沒有差異,沒有統(tǒng)計學(xué)意義;開花坐果期水分脅對莖粗增長的影響已經(jīng)開始出現(xiàn),開花坐果期平均莖粗表現(xiàn)為W4處理最大為11.53mm,分別是W1、W2、W3、W5的1.07倍、1.06倍、1.04倍、1.03倍;在結(jié)果期,各處理結(jié)果前期茄子莖粗的增幅較大但進(jìn)入盛果期增幅下降,因為此時茄子水分和養(yǎng)分的吸收主要用于生殖生長,由于水分脅迫,不同處理之間茄子莖粗的增幅隨土壤含水量的增加先增后減,結(jié)果期茄子平均莖粗表現(xiàn)為W4處理>W5處理>W3處理>W2處理>W1處理,W4處理最高為18.44 mm,分別是W1、W2、W3、W5處理的1.22倍、1.19倍、1.16倍、1.08倍,當(dāng)土壤含水量低于75%FC或高于90%FC時出現(xiàn)茄子出現(xiàn)水分脅迫現(xiàn)象,水分脅迫在結(jié)果期對茄子莖粗的影響遠(yuǎn)大于開花坐果期。圖2
圖2 不同土壤水分下設(shè)施茄子莖粗變化
研究表明,不同土壤水分對設(shè)施茄子產(chǎn)量具有顯著影響,W4處理與 W5處理差異不顯著,但顯著高于 W1、W2處理和 W3處理,差異達(dá)顯著水平(P<0.05)茄子產(chǎn)量隨土壤含水量增加呈現(xiàn)先增后減的趨勢,在土壤含水量為80%~85%FC(W4處理)時茄子產(chǎn)量最高,為101 029.91 kg/hm2,分別比W1、W2、W3、W5處理增產(chǎn)54.55%、41.49%、30.54%、4.93%,在一定范圍內(nèi)適當(dāng)增加土壤含水量可以提茄子茄子產(chǎn)量,設(shè)施茄子高產(chǎn)的土壤含水量為80%~85%FC。圖3
圖3 不同土壤水分下設(shè)施茄子產(chǎn)量變化
圖4 灌水量與茄子產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系
2.3.1 不同土壤水分對設(shè)施茄子可溶性固形物含量的影響
研究表明,茄子果實中可溶性固形物隨土壤含水量的增加而降低,W1處理和W2處理之間存在顯著性差異,二者均顯著高于W3、W4、W5處理,后三者之間差異不顯著。
2.3.2 不同土壤水分對設(shè)施茄子可溶性糖含量的影響
研究表明,茄子果實中可溶性糖隨土壤含水量的增加而降低,W1處理顯著高于其他處理,W2、W3、W4處理之間差異不顯著,但都顯著高于W5處理。W4處理可溶性糖為51.90 mg/g,相比W3處理和W5處理分別下降了3.51%和提高了7.21%,當(dāng)出現(xiàn)水分脅迫時,澇害對茄子果實中可溶性糖含量的影響比干旱脅迫更加顯著,當(dāng)干旱脅迫程度繼續(xù)加大,果實中可溶性糖含量會持續(xù)升高。
2.3.3 不同土壤水分對設(shè)施茄子可溶性蛋白含量的影響
研究表明,茄子果實中可溶性蛋白含量在不同處理之間存在顯著性差異,表現(xiàn)為W1處理最大為2.25 mg/g,顯著高于其他處理,W2、W3處理顯著高于W4、W5處理,W4處理最低為1.50 mg/g,水分脅迫會導(dǎo)致茄子果實中可溶性蛋白含量增加,當(dāng)土壤土壤含水量低于55%FC時表現(xiàn)增幅最大,適當(dāng)水分虧缺可以提升果實中可溶性蛋白的含量。
2.3.4 不同土壤水分對設(shè)施茄子硝酸鹽含量的影響
研究表明,隨著土壤含水量的增加,茄子果實中硝酸鹽的含量呈先降低后升高變化趨勢,W1處理最高為806.36 mg/kg;W4處理最低為575.40 mg/kg,其中W2、W3處理與W5處理差異不顯著。總體表現(xiàn)依次為W1>W2>W3>W5>W4,出現(xiàn)水分脅迫時會導(dǎo)致硝酸鹽含量升高,輕微的水分脅迫對茄子果實中硝酸鹽的含量影響不大,嚴(yán)重的干旱脅迫會導(dǎo)致其大量增加。
2.3.5 不同土壤水分對設(shè)施茄子VC含量的影響
研究表明,茄子果實中VC含量隨土壤含水量的增加而降低,W1處理最高為8.02 mg/100g,顯著高于其他處理,W2、W3、W4、W5處理之間差異性不顯著,分別為5.74、5.52、5.41、5.20 mg/100g,水分脅迫會導(dǎo)致果實中VC含量上升,土壤含水量高于60%FC時表現(xiàn)不顯著,低于55%FC時表現(xiàn)顯著,適當(dāng)?shù)乃痔澣笨梢蕴岣遃C含量,有助于提高果實品質(zhì)。
表2 不同土壤水分下設(shè)施茄子品質(zhì)變化
研究表明,設(shè)施茄子的耗水量隨土壤含水量的增加而增加,而水分利用效率隨土壤含水量降低而增加。不同處理間耗水量存在顯著性差異,W5處理耗水量最大為3 418.32m3/hm2,分別是W1、W2、W3、W4處理的3.10倍、2.28倍、1.89倍、1.22倍;水分利用效率表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W3處理>W4處理>W5處理,W1、W2、W3、W4處理之間不存在顯著性差異,但這4個處理均顯著高于W5處理;產(chǎn)量最高的W4處理水分利用效率為36.22 kg/m3,相比W1處理雖然下降了13.14%,但產(chǎn)量卻增加了54.55%。在土壤含水量為80%FC-85%FC 時,茄子獲得最高的產(chǎn)量的同時水分利用效率最高,即W4處理為獲得高產(chǎn)和節(jié)水的最佳灌溉條件。
得出方程:Y(Y)= -1.173X2+ 769.08X- 27 403(R2= 0.975 3),Y(WUE)= -0.000 2X2+ 0.053 9X+ 37.574(R2= 0.943 2)。式中,X表示耗水量(mm),Y(Y)表示茄子產(chǎn)量(kg/hm2),Y(WUE)表示水分利用效率(kg/m3)。茄子產(chǎn)量隨耗水量的增加呈先增加后降低的拋物線變化趨勢,水分利用效率隨耗水量增加呈先增加后降低的拋物線變化趨勢,在灌水量為327.86 mm時,茄子產(chǎn)量最高為98 625.49 kg/hm2,水分利用效率為33.75 kg/m3。表3,圖5
表3 不同土壤水分下茄子耗水量和水分利用效率變化
圖5 耗水量與茄子產(chǎn)量和水分
水分在作物的生長和發(fā)育過程中有著關(guān)鍵性作用,是影響作物株高、莖粗和產(chǎn)量的重要因素。本試驗結(jié)果表明,隨著土壤水分含量的增加,茄子在全生育期的株高、莖粗和產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢,與仝國棟等[11]在日光溫室茄子上的研究結(jié)果相符合,劉秋麗等[12]在痕量灌溉不同灌水量對大棚茄子生長及水分利用效率的影響的研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)施肥量不變,隨著痕灌灌水量的降低,茄子株高莖粗呈下降趨勢。茄子是需水作物,痕灌灌水量較滴灌灌水量減少60%則不利于茄子植株的生長;李興強(qiáng)等[8]在地下滲灌不同埋深對大田茄子產(chǎn)量和水分利用效率的影響的研究中發(fā)現(xiàn)同一滲灌管埋深條件下,茄子株高、莖粗和產(chǎn)量隨灌溉定額的增大而增大,這些研究都與本試驗研究結(jié)果相似,在茄子生長的過程中當(dāng)土壤水分含量為80%FC~85%FC(W4處理)時,最有利于茄子生長,茄子產(chǎn)量最高為101 029.91 kg/hm2。土壤水分含量較低時對茄子的生長影響較大,當(dāng)?shù)陀?0%FC時茄子產(chǎn)量下降最為明顯,較高的土壤含水量有利于茄子的生長,但土壤水分含量高于90%FC時就會出現(xiàn)抑制,出現(xiàn)這種原因是由于當(dāng)土壤含水量低于或高于一定值時,作物就會出現(xiàn)水分脅迫影響其正常生長。
蔬菜品質(zhì)是其營養(yǎng)的價值體現(xiàn),也是實現(xiàn)它商品價值的重要因素,在茄子的生產(chǎn)過程中,不僅要考慮到提高茄子的產(chǎn)量,還要注意提升茄子的品質(zhì)。試驗結(jié)果表明,在不同土壤水分條件下,茄子的品質(zhì)存在明顯差異。茄子果實中可溶性固形物含量、VC含量、可溶性糖含量隨著土壤含水量的增加而降低,劉明池等[13]研究表明番茄果實內(nèi)可溶性固形物、VC等可溶物的含量土壤含水量的減少而增加,隨著虧缺灌概程度的加深,增加的幅度也增大;祁金虎等[14]研究指出適宜的灌水控制下限有利于提高番茄果實VC、可溶性糖含量,與試驗結(jié)果一致。
試驗結(jié)果表明,隨著土壤含水量的增加,茄子果實中硝酸鹽的含量呈先降低后升高趨勢,試驗各施氮處理硝酸鹽含量依次為W1>W2>W3>W5>W4。當(dāng)出現(xiàn)水分脅迫時,茄子果實中硝酸鹽含量就會增加,特別時出現(xiàn)干旱脅迫程度加深增加量變大。周亞婷等[15]的研究結(jié)果表明,在同一施肥水平下,隨著灌水量的減少甘藍(lán)葉球硝酸鹽含量呈先降低后增加的趨勢,過低的灌水量都會提高植株體內(nèi)硝酸根的濃度,使得產(chǎn)品硝酸鹽含量增加,與試驗結(jié)果一致。
VC含量是衡量茄子營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo),其含量高低決定著茄子的營養(yǎng)價值和商品價值。試驗研究結(jié)果表明,茄子果實中VC含量隨土壤含水量的降低而增加,適當(dāng)降低土壤水分可以增加果實中VC含量,與王鐵良[16]等研究指出水分愈虧缺,愈有利于茄子果實中VC含量提高的結(jié)果一致。
試驗研究顯示,隨著土壤水分的減少,茄子的水分利用效率是遞增的,適當(dāng)?shù)慕档屯寥浪趾?可以適當(dāng)?shù)奶岣咔炎拥乃掷眯?這與王湛等[17]在不同灌水量對溫室茄子蒸騰規(guī)律及水分利用的影響中得到的結(jié)果相符,水分利用效率表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W3處理>W4處理>W5處理,W1、W2、W3、W4處理之間不存在顯著性差異,但4個處理均顯著高于W5處理;產(chǎn)量最高的W4處理,水分利用效率為36.22 kg/m3,相比W1處理雖然下降了13.14%,但產(chǎn)量卻增加了54.55%。試驗結(jié)果表明,雖然茄子是喜水作物,但是充足的土壤水分含量并不能達(dá)到最高的產(chǎn)量,適當(dāng)?shù)乃痔澣笨梢砸欢ǔ潭鹊奶岣咚掷眯?且可以提高茄子產(chǎn)量,但是過度的虧缺,水分利用是提高了,但是茄子的產(chǎn)量卻急劇降低,與鄭國保[18]、高飛等[19]的研究一致。
不同土壤水分條件下,茄子株高、莖粗和產(chǎn)量均呈現(xiàn)隨土壤含水量增加呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢,土壤含水量在80%FC~85%FC,茄子長勢最好,茄子不僅可以獲得營養(yǎng)品質(zhì)較高的果實,還可以提高產(chǎn)量。W4處理(土壤含水量為80%FC~85%FC)產(chǎn)量最高為101 029.91 kg/hm2,水分利用效率為36.62 kg/m3,茄子的產(chǎn)量達(dá)到最高,且水分利用效率相對較大。