負(fù)壓滲灌條件下不同供水吸力對茄子生長及產(chǎn)量的影響

杜鳳煥，范鳳翠,，張 哲，劉勝堯，乜蘭春，李志宏，趙 楠，賈宋楠，賈建明

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟研究所，石家莊 050051)

茄子是我國設(shè)施蔬菜的主栽品種之一，為直根系，耐旱性弱，生長過程中需要充足的土壤水分。目前有關(guān)設(shè)施茄子節(jié)水研究主要集中在節(jié)水灌溉制度和灌水量的研究上，設(shè)施茄子灌溉制度研究多是采用不同水分處理對茄子生長性狀、水分生理和產(chǎn)量影響的方法，灌水量研究采用設(shè)置不同土壤水分上限和土壤水分下限的試驗方法。這些研究控制土壤水分多是采用烘干法和稱重法測定土壤含水量，依據(jù)灌水定額控制各處理的水分，基本確定了茄子各生育期適宜的土壤相對含水量分別為苗期65%左右，花果期70%左右，結(jié)果期80%左右[1-5]。李波、杜社妮、焦艷萍[6-8]等研究了不同灌溉方式對茄子生長、產(chǎn)量和水分利用率的影響，表明滴灌、微噴等先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)的節(jié)水效果。設(shè)施茄子需水規(guī)律研究主要集中在各生育階段需水量的研究上[9-11]。本試驗以茄子為供試作物，通過負(fù)壓滲灌灌溉裝置設(shè)定不同供水吸力值控制不同的土壤含水量，實現(xiàn)土壤含水量的穩(wěn)定供給和精確控制，研究分析不同供水吸力下茄子生長、產(chǎn)量、水分利用效率的差異，確定茄子不同生育期適宜供水吸力，以期為茄子精準(zhǔn)灌溉和水分調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年4-7月在河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)試驗園區(qū)塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。試驗區(qū)屬溫帶半濕潤偏旱大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫12.9 ℃，年均冬季時長 145 d。供試土壤質(zhì)地為黏壤質(zhì)石灰性褐土，土壤容重為1.45 g/cm3，田間持水量為24.5，茄子供試品種為京圓2號 ，嫁接茄子，砧木為托魯巴姆。

試驗期間棚內(nèi)日均空氣溫度、日均空氣濕度、日累積太陽輻射如圖1所示，塑料大棚內(nèi)日均溫度為17～40 ℃，日均相對濕度為43%～98%，日累積太陽輻射為1.29～15.90 mol/(m2·d)。

圖1 試驗期間茄子生育期內(nèi)氣象因子Fig.1 Meteorological factors during the growth period of eggplant at the experimental site

1.2 試驗設(shè)計

本試驗使用負(fù)壓滲灌設(shè)備進(jìn)行灌溉，通過調(diào)整零水位基準(zhǔn)點，調(diào)節(jié)滲水器承受的水壓，實現(xiàn)對目標(biāo)土壤含水量的控制。試驗棚內(nèi)挖掘長2.75 m，寬0.6 m，高0.5 m的槽狀結(jié)構(gòu)，在槽的四周及底部均覆上塑料薄膜，然后將挖掘出的土按照原土層回填進(jìn)去，兩個土槽的間距為0.6 m，每個土槽均安裝負(fù)壓滲灌設(shè)備進(jìn)行灌溉，茄子定植于土槽中。

本試驗將茄子生育期劃分為 3 個階段：苗期(4月3日至5月3日，從茄子移栽至茄子開花)、花果期(5月4日至6月2日，從茄子開花至茄子成熟開始采摘)和采摘期(6月3日至7月20日，從茄子成熟采摘至拔秧)。每個時期負(fù)壓供水設(shè)置5、10、15、20、25 kPa共5個供水吸力水平，其他生育時期供水吸力保持在10 kPa的水平，每個處理重復(fù)3次。本試驗各處理不同負(fù)壓供水吸力如表1所示。

1.3 試驗觀測內(nèi)容及方法

(1)設(shè)施內(nèi)小氣候監(jiān)測。設(shè)施內(nèi)氣候因子的監(jiān)測采用益康農(nóng)環(huán)境監(jiān)測儀記錄棚內(nèi)空氣溫度、相對濕度、光照、二氧化碳含量、土壤溫度；設(shè)施外氣候因子監(jiān)測采用小氣候監(jiān)測站。

(2)形態(tài)指標(biāo)的測定。從茄子定植后開始苗期、花果期、采摘期分別測定一次植株的株高、莖粗；采用直尺測定株高，游標(biāo)卡尺測定莖粗。

(3)日耗水量。每天根據(jù)負(fù)壓滲灌設(shè)備上的帶刻度透明管讀出并記錄各小區(qū)茄子的耗水量。

表1 茄子各生育期不同負(fù)壓供水kPa

Tab.1 Different water supply tension during each growth period

生育期處理負(fù)壓供水吸力苗期(0403-0503)花果期(0504-0602)采摘期(0603-0720)苗期51010101010151010201010251010花果期10510101010101510102010102510采摘期10105101010101015101020101025

(4)產(chǎn)量及水分利用效率。產(chǎn)量測定：每次采摘成熟茄子后，均用精度為0.01 g的電子秤測定茄子重量，準(zhǔn)確記錄處理編號及采收時間。

作物水分生產(chǎn)率：即作物消耗單位水量的產(chǎn)出，其值等于作物產(chǎn)量與作物凈耗水量或蒸發(fā)蒸騰量的比值，kg/m3。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供水吸力對土壤相對含水量的影響

圖2給出了不同供水吸力對土壤相對含水量的影響，選取負(fù)壓灌溉裝置運行過程中的3個時間點測定土壤相對含水量，由圖2可知，土壤相對含水量隨著供水吸力的增大而減小，試驗進(jìn)行中3個時間點測得的同一供水吸力的土壤相對含水量差異不大，說明利用負(fù)壓滲灌設(shè)備設(shè)定不同供水吸力后進(jìn)行灌溉，能夠使土壤含水量處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)。不同供水吸力控制下土壤含水量有明顯差異，0 kPa負(fù)壓處理土壤相對含水量為100%，5 kPa的土壤相對含水量為95%～97%，10 kPa的土壤相對含水量為80%，15 kPa的土壤相對含水量為62%～74%，20kPa的土壤相對含水量為59%～67%，25 kPa的土壤相對含水量為49%～56%，這說明負(fù)壓滲灌設(shè)備能夠?qū)ν寥篮窟M(jìn)行相對穩(wěn)定的水分控制。

圖2 不同供水吸力對土壤相對含水量的影響Fig.2 Variation of soil water content under different water supply tension

2.2 不同供水吸力對茄子生長的影響

2.2.1 不同供水吸力對茄子株高的影響

圖3為茄子苗期、花果期、采摘期不同供水吸力處理后茄子株高的變化。由圖3可以看出各處理進(jìn)行不同土壤水分處理前茄子長勢是一致的，進(jìn)行不同供水處理后發(fā)生變化，整體趨勢是隨著生育期的進(jìn)行，株高逐漸增加，且在同生育期，供水吸力越小株高越大，在不同生育階段，茄子株高的增長速率均值苗期最大為1.27 cm/d，花果期次之為1.17 cm/d，采摘期最小為0.64 cm/d。

經(jīng)過回歸分析，茄子株高與不同供水呈線性關(guān)系，分別為：茄子生育期-苗期處理，株高與不同供水吸力的回歸方程及決定系數(shù)為：y= -0.526 6x+32.25，R2=0.895 8；茄子生育期-花果期處理，株高與不同供水吸力的回歸方程及決定系數(shù)為：y=-0.699 8x+74.831，R2=0.869 3；茄子生育期-采摘期處理，株高與不同供水吸力的回歸方程及決定系數(shù)為：y=-0.953 6x+112.1，R2=0.663 8；說明株高與苗期不同供水吸力的相關(guān)性(R2=0.895 8)高于與花果期、采摘期的相關(guān)性。苗期不同供水處理后，15 kPa處理株高最大，較5、10、20 kPa處理差異不顯著，顯著高于25 kPa處理；花果期不同供水處理后，5 kPa處理株高最大，顯著高于15 kPa處理、20 kPa處理、25 kPa處理，較10 kPa處理差異不顯著；采摘期不同供水處理后，5 kPa處理株高最大，較10 kPa處理、15 kPa處理、20 kPa處理、25 kPa處理差異不顯著，顯著高于25 kPa處理。

圖3 不同供水吸力對茄子株高的影響Fig.3 Effects of different water supply tension treatments on plant height of eggplant

2.2.2 不同供水吸力對茄子莖粗的影響

圖4為茄子苗期、花果期、采摘期不同供水吸力處理后茄子莖粗的變化。由圖4可以看出，隨著生育期的進(jìn)行，莖粗逐漸增加。在不同生育階段，茄子莖粗的增長速率均值苗期最大為0.28 mm/d，花果期次之為0.16 mm/d，采摘期莖粗的增長速率幾乎為0，為0.01 mm/d。

經(jīng)回歸分析，莖粗與不同供水吸力呈三次曲線關(guān)系，分別為：茄子生育期-苗期處理，莖粗與不同供水吸力的回歸方程及決定系數(shù)為：y=-0.000 4x3+0.006 8x2-0.065 5x+11.149，R2= 0.994 7；茄子生育期-花果期處理，莖粗與不同供水吸力的回歸方程及決定系數(shù)為：y=0.000 9x3-0.03x2+0.087 8x+16.714，R2=0.976 3；茄子生育期-采摘期處理，莖粗與不同供水吸力的回歸方程及決定系數(shù)為：y=-0.000 2x3+0.002 2x2+0.027 4x+16.556，R2=0.812 2；說明在土壤含水量較高的情況下莖粗卻相對減小，過高或過低的土壤含水量都不利于莖粗的增加。莖粗與苗期不同供水吸力的相關(guān)性(R2=0.994 7)高于與花果期、采摘期的相關(guān)性。苗期生育期不同供水吸力處理后，10 kPa處理茄子莖粗最大，顯著高于25 kPa處理，較5 kPa處理、10 kPa處理、20 kPa處理差異不顯著。花果期不同供水吸力處理后，5 kPa處理莖粗最大，顯著高于其他處理。采摘期不同供水吸力處理后5 kPa處理莖粗最大，與10、15、20 kPa差異不顯著，顯著高于25 kPa處理。

圖4 不同供水吸力對茄子莖粗的影響Fig.4 Effects of different water supply tension treatments on plant stem diameter of eggplant

2.3 負(fù)壓滲灌條件下茄子植株的日耗水動態(tài)

圖5為連續(xù) 109 d(4月3日-7月20日)所測得的茄子的日耗水變化曲線。負(fù)壓滲灌條件下，茄子植株日耗水量表現(xiàn)為隨著生育期的進(jìn)行呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，采摘期的階段耗水量和日耗水量最大，花果期次之、苗期最小，各處理在3個生育階段的平均日耗水量變化范圍分別苗期0.29～0.98 mm/d，花果期0.47～2.18 mm/d，采摘期0.77～2.43 mm/d。茄子植株的日耗水量因不同供水吸力的不同而不同，15、20、25 kPa處理茄子植株苗期的日耗水量比較平穩(wěn)，5、10 kPa處理茄子苗期日耗水量急劇上升，這是由于負(fù)壓滲灌裝置為了使土壤水分達(dá)到設(shè)置的水平而進(jìn)行的調(diào)整，進(jìn)入花果期后茄子植株日耗水量呈現(xiàn)上升的趨勢直到花果期結(jié)束，在采摘期前期茄子植株日耗水量比較平緩，采摘后期日耗水量呈現(xiàn)下降趨勢。

圖5 負(fù)壓滲灌下茄子植株日耗水動態(tài)Fig.5 Daily water consumption dynamics of eggplant plants under negative pressure irrigation

試驗結(jié)束時，生育期-苗期不同供水吸力處理累積日耗水量表現(xiàn)為5 kPa處理>10 kPa處理>15 kPa處理>20 kPa處理>25 kPa處理；生育期-花果期不同供水吸力處理累積日耗水量表現(xiàn)為5 kPa處理>10 kPa處理>15 kPa處理>25 kPa處理>20 kPa處理；生育期-采摘期不同供水吸力處理累積日耗水量表現(xiàn)為10 kPa處理>15 kPa處理>5 kPa處理>20 kPa處理>25 kPa處理。

2.4 不同供水吸力對茄子產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表2可知，不同供水吸力處理對茄子產(chǎn)量的影響顯著，茄子苗期不同供水吸力處理后10 kPa 處理茄子產(chǎn)量最高，顯著高于5、20、25 kPa處理，較15 kPa處理差異不顯著，從節(jié)水的角度考慮，苗期處理適宜的供水吸力為15 kPa，水分生產(chǎn)效率為33.22 kg/m3。花果期不同供水吸力處理后15 kPa處理茄子產(chǎn)量最高，顯著高于5、20、25 kPa處理，較10 kPa處理差異不顯著，從節(jié)水的角度考慮，花果期適宜的供水吸力為15 kPa，水分生產(chǎn)效率為38.99 kg/m3。采摘期不同供水吸力處理后10 kPa處理產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理，所以采摘期的供水吸力為10 kPa，水分生產(chǎn)效率為31.85 kg/m3。

比較3種生育期處理，經(jīng)回歸分析，產(chǎn)量與不同供水吸力呈開口向下的拋物線關(guān)系，回歸方程及決定系數(shù)分別為：苗期處理：y=-14.802x2+356.59x+844.37，R2=0.766 4；花果期處理：y=-10.081x2+250.34x+1 847.4，R2=0.977；采摘期處理：y=-4.077 2x2+58.729x+2 579.1，R2=0.678 4；這說明并非灌水量越大，產(chǎn)量就越高，當(dāng)土壤含水量達(dá)到一定程度后，產(chǎn)量不再增加或是略有下降，呈“報酬遞減”現(xiàn)象，因而水分利用效率隨之降低。

表2 不同供水吸力對茄子產(chǎn)量和水分利用效率的影響

Tab.2 Yields and water use efficiency of the eggplant at differentgrowth periods in different water supply tension

生育期處理供水吸力/kPa產(chǎn)量/(kg·hm-2)耗水量/(m3·hm-2)水分利用效率/(kg·m-3)苗期530085.65b1691.8317.78b1049814.40a1588.8331.35a1547994.60a1444.3733.22a2018230.70c1209.7415.07b2513075.80d679.0819.25b花果期542565.80b2053.1320.73c1049814.40a1553.0732.07b1551821.10a1328.8438.99a2040234.95b1361.2429.56b2527816.30c872.4731.88b采摘期538415.30b1592.5924.12b1049814.40a1563.9731.85a1531715.40b1426.4222.23b2031972.35b1549.1420.64b2523490.75c1185.7319.81b

注：同列不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。

3 結(jié) 語

負(fù)壓滲灌條件下，土壤含水量隨著供水吸力的增大而減小，供水吸力為5～25kPa時，土壤相對含水量的變化范圍為49%～97%。株高與不同供水吸力呈一次線性關(guān)系，株高與苗期不同供水吸力的相關(guān)性高于與花果期、采摘期供水的相關(guān)性，茄子莖粗與不同供水吸力呈現(xiàn)三次線性關(guān)系，莖粗與苗期不同供水吸力的相關(guān)性高于與花果期、采摘期供水的相關(guān)性。采摘期的階段耗水量和日耗水量最大，花果期次之、苗期最小。各處理在 3 個生育階段的耗水強度變化范圍分別苗期0.29～0.98 mm/d，花果期0.47～2.18 mm/d，采摘期0.77～2.43 mm/d。茄子植株的日耗水量因不同供水吸力的不同而不同。各處理茄子植株苗期的日耗水量比較平穩(wěn)，進(jìn)入花果期后茄子植株日耗水量呈現(xiàn)上升的趨勢直到花果期結(jié)束，在采摘期前期茄子植株日耗水量比較平緩，采摘后期日耗水量呈現(xiàn)下降趨勢。試驗條件下，綜合考慮茄子產(chǎn)量和水分利用效率，各生育期適宜的供水吸力分別為苗期15 kPa、花果期15 kPa、采摘期10 kPa。