不同土壤水分對設施茄子生長、產量、品質及水分利用效率的影響

梁志國,王澤鵬,賈宋楠,范鳳翠,劉勝堯,張 哲,杜鳳煥,秦 勇

(1.新疆農業大學園藝學院,烏魯木齊 830052;2.河北省農林科學院農業信息與經濟研究所,石家莊 050051)

0 引 言

【研究意義】茄子(SolanummelongenaL．)屬茄科(Solanaceae)茄屬(Solanum)植物,其營養價值高,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,根系發達,具有喜水耐肥的特性。設施茄子長期水大肥重會導致棚室內環境惡化,如空氣濕度過高、土壤鹽漬化,容易引發病蟲害,嚴重影響蔬菜的產量和品質,導致效益低下[2],現階段國內設施茄子的種植肥水管理仍然采用較傳統的方式[3]。研究不同土壤水分對設施茄子生長、產量、品質及水分利用效率的影響,對設施茄子節水灌溉和增產有重要意義。【前人研究進展】與交替隔溝灌和常規溝灌處理相比,滴灌處理可明顯促進茄子的生長發育,有效提高茄子的單株果數和單果重,顯著提高茄子產量;顯著節約灌溉用水量,明顯提高水分生產效率[4]。灌水量對番茄的株高呈顯著的正效應,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]在番茄節水模式研究表明,VC、干物質含量、可溶性固形物、有機酸、水分生產效率等均隨著灌水量的減少而增加。李興強等[8]研究表明,地下滲灌埋深為10 cm,灌溉定額為2 250 m3/hm2時,茄子產量較高,為28 462．7 kg /hm2,水分利用效率最高,為7.35 kg /m3。【本研究切入點】不同土壤水分對設施茄子生長、產量、品質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施茄子生長、產量、品質及水分利用效率的影響。【擬解決的關鍵問題】采用智墑水分監測儀與土鉆取土測試土壤含水率,實時監測指示與實際灌溉指導結合的方式,運用膜下滴灌控制土壤水分含量,研究設施茄子產量特征、品質形成及水分利用效率。精準控制灌溉達到設定的土壤濕度范圍,研究土壤穩定供水條件下茄子生長與品質特征、產量及水分利用效率的響應規律。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年在河北省農林科學院鹿泉大河試驗站(38°14′N、114°39′E)進行。試驗地區屬溫帶半濕潤大陸性季風氣候區,年均氣溫13.3℃,年日照時數1 776.9 h,年均無霜期205 d,海拔92 m。試驗設施塑料大棚為拱形結構,棚室長30 m,寬15 m,南北走向,覆蓋無滴聚乙烯薄膜。供試土壤質地為壤質洪沖積石灰性褐土,耕層土壤(0～40 cm)種植前的理化性狀:土壤有機質質量分數為17.6 g/kg、堿解氮 126 mg/kg、速效鉀質量分數為138 mg/kg,速效磷質量分數為82 mg/kg,pH值為7.22,容重1.38 g/cm3,田間持水量22.10%(質量含水率),棚室地下水埋深大于5 m。

供試茄子品種為茄雜2號(河北省農林科學院蔬菜所提供),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,含N 46%)、磷酸一銨(河北萌幫水溶肥料有限公司生產,含P2O561%,含N 12%)、硫酸鉀(國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產,含K2O 52%)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

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5個不同的土壤水分梯度,以田間持水量(Field Capacity)為基準,分別設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行實時監測,當土壤含水量降到灌水始點時滴灌,當土壤含水量到達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。在施足基肥的基礎上,營養生長期不追肥,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地一致。表1

1.2.2 測定指標

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,采用數顯游標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 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。

1.2.2.3 品 質

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。可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法;可溶性固形物含量采用手持折光測糖儀測定;可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍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為根系層內儲水量的變化;R為徑流量,mm;q為根系層地下水補給量(向下為正,表示地下水上升補給,向上為負,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為灌水設定上限土壤的相對濕度;q2為灌水設定下限土壤的相對濕度;0.95為滴灌水分利用系數。

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.

在進行鄉村振興的過程中，國家的政策支持非常的重要，在發展的過程中堅持城市帶動農村的原則，讓農民真正成為農村的建設者。采取優惠政策鼓勵農民進行投資，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為茄子產量,(kg/hm2)。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2013進行數據處理,繪制圖表,用SPSS25.0統計分析軟件處理試驗數據并進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤水分對茄子株高和莖粗的影響

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到試驗設定水平,沒有出現水分虧缺,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到試驗設定,水分脅迫開始出現,表現不太明顯,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,各處理之間無統計學意義;結果期初期各處理茄子株高增幅較大,進入盛果期后,此時茄子水分和養分的吸收主要用于生殖生長,茄子株高增加變緩,進入結果末期,由于最后一次測量周期延長一個周(拉秧),導致增幅過大,長期水分脅迫導致整個結果期各處理茄子株高的增幅是水土壤水分含量呈現先增后減趨勢,結果期茄子平均株高表現為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。表明當土壤含水量低于75%FC或高于90%FC時出現茄子出現水分脅迫現象,水分脅迫在結果期對茄子株高的影響遠大于開花坐果期。圖1

圖1 不同土壤水分下設施茄子株高變化

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到試驗設定水平,沒有出現水分虧缺,不同處理間茄子莖粗沒有差異,沒有統計學意義;開花坐果期水分脅對莖粗增長的影響已經開始出現,開花坐果期平均莖粗表現為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;在結果期,各處理結果前期茄子莖粗的增幅較大但進入盛果期增幅下降,因為此時茄子水分和養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,結果期茄子平均莖粗表現為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,當土壤含水量低于75%FC或高于90%FC時出現茄子出現水分脅迫現象,水分脅迫在結果期對茄子莖粗的影響遠大于開花坐果期。圖2

圖2 不同土壤水分下設施茄子莖粗變化

2.2 不同土壤水分對設施茄子產量的影響

研究表明,不同土壤水分對設施茄子產量具有顯著影響,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,差異達顯著水平(P<0.05)茄子產量隨土壤含水量增加呈現先增后減的趨勢,在土壤含水量為80%～85%FC(W4處理)時茄子產量最高,為101 029.91 kg/hm2,分別比W1、W2、W3、W5處理增產54.55%、41.49%、30.54%、4.93%,在一定范圍內適當增加土壤含水量可以提茄子茄子產量,設施茄子高產的土壤含水量為80%～85%FC。圖3

圖3 不同土壤水分下設施茄子產量變化

圖4 灌水量與茄子產量間的相關關系

2.3 不同土壤水分對設施茄子品質的影響(表2)

2.3.1 不同土壤水分對設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%,當出現水分脅迫時,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,當干旱脅迫程度繼續加大,果實中可溶性糖含量會持續升高。

2.3.3 不同土壤水分對設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,水分脅迫會導致茄子果實中可溶性蛋白含量增加,當土壤土壤含水量低于55%FC時表現增幅最大,適當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。總體表現依次為W1>W2>W3>W5>W4,出現水分脅迫時會導致硝酸鹽含量升高,輕微的水分脅迫對茄子果實中硝酸鹽的含量影響不大,嚴重的干旱脅迫會導致其大量增加。

2.3.5 不同土壤水分對設施茄子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,水分脅迫會導致果實中VC含量上升,土壤含水量高于60%FC時表現不顯著,低于55%FC時表現顯著,適當的水分虧缺可以提高VC含量,有助于提高果實品質。

表2 不同土壤水分下設施茄子品質變化

2.4 不同土壤水分對設施茄子耗水量和水分利用效率的影響

研究表明,設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,茄子獲得最高的產量的同時水分利用效率最高,即W4處理為獲得高產和節水的最佳灌溉條件。

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)表示茄子產量(kg/hm2),Y(WUE)表示水分利用效率(kg/m3)。茄子產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 耗水量與茄子產量和水分

3 討 論

3.1 不同土壤水分對設施茄子生長、產量影響

水分在作物的生長和發育過程中有著關鍵性作用,是影響作物株高、莖粗和產量的重要因素。本試驗結果表明,隨著土壤水分含量的增加,茄子在全生育期的株高、莖粗和產量均呈現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現,當施肥量不變,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;李興強等[8]在地下滲灌不同埋深對大田茄子產量和水分利用效率的影響的研究中發現同一滲灌管埋深條件下,茄子株高、莖粗和產量隨灌溉定額的增大而增大,這些研究都與本試驗研究結果相似,在茄子生長的過程中當土壤水分含量為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,當低于70%FC時茄子產量下降最為明顯,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時就會出現抑制,出現這種原因是由于當土壤含水量低于或高于一定值時,作物就會出現水分脅迫影響其正常生長。

3.2 不同土壤水分對設施茄子品質的影響

蔬菜品質是其營養的價值體現,也是實現它商品價值的重要因素,在茄子的生產過程中,不僅要考慮到提高茄子的產量,還要注意提升茄子的品質。試驗結果表明,在不同土壤水分條件下,茄子的品質存在明顯差異。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,與試驗結果一致。

試驗結果表明,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。當出現水分脅迫時,茄子果實中硝酸鹽含量就會增加,特別時出現干旱脅迫程度加深增加量變大。周亞婷等[15]的研究結果表明,在同一施肥水平下,隨著灌水量的減少甘藍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硝酸根的濃度,使得產品硝酸鹽含量增加,與試驗結果一致。

VC含量是衡量茄子營養品質的重要指標,其含量高低決定著茄子的營養價值和商品價值。試驗研究結果表明,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含量提高的結果一致。

3.3 不同土壤水分對設施茄子水分利用效率的影響

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,適當的降低土壤水分含量,可以適當的提高茄子的水分利用效率,這與王湛等[17]在不同灌水量對溫室茄子蒸騰規律及水分利用的影響中得到的結果相符,水分利用效率表現為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%,但產量卻增加了54.55%。試驗結果表明,雖然茄子是喜水作物,但是充足的土壤水分含量并不能達到最高的產量,適當的水分虧缺可以一定程度的提高水分利用效率,且可以提高茄子產量,但是過度的虧缺,水分利用是提高了,但是茄子的產量卻急劇降低,與鄭國保[18]、高飛等[19]的研究一致。

4 結 論

不同土壤水分條件下,茄子株高、莖粗和產量均呈現隨土壤含水量增加呈現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品質較高的果實,還可以提高產量。W4處理(土壤含水量為80%FC～85%FC)產量最高為101 029.91 kg/hm2,水分利用效率為36.62 kg/m3,茄子的產量達到最高,且水分利用效率相對較大。