寡照对温室黄瓜花果期生长及产量品质影响研究
2020-11-12薛晓萍李楠张继波熊宇
薛晓萍,李楠,张继波,熊宇
(1.山东省气候中心,山东 济南 250031;2.江苏省苏州环境监测中心,江苏 苏州 215008)
引言
植物生长发育的干物质积累主要来源于光合产物,光合作用除了受环境温度、湿度、土壤水分及养分影响外,光照是主要制约因子。关于光照不足对作物的影响,国内外学者已做了大量研究,结果表明,寡照条件下,植物将通过调整叶绿素含量、降低光饱和点与补偿点等生理特性以适应环境[1-5],由此导致作物光合作用能力降低,植株生长变慢,根冠比、比叶面积以及根茎叶形态结构等生态特性发生改变,造成产量下降,品质降低[6-9]。
黄瓜(CucumissativusL.)属葫芦科甜瓜属植物,喜温喜光,是我国北方秋冬季反季节生产主要蔬菜之一。由于秋、冬季属于寡照多发季节,持续寡照也是温室黄瓜生产的主要气象灾害。关于寡照对黄瓜生长发育影响的研究表明,弱光条件下黄瓜叶片净光合速率降低[10-12],光合产物运输减缓,植株生长缓慢、茎蔓细弱、坐果率降低、产量下降等[13-19]。但相关研究以人工气候箱模拟弱光影响为主,模拟试验过程中黄瓜生长的温度和湿度条件基本恒定不变,而用于种植黄瓜的温室内温度和湿度是动态变化的要素,二者环境条件存在较大差异,导致相关研究结果无法直接用于指导生产管理。另外,受人工气候箱空间所限,前人的研究大多是以幼苗期为主,以日光温室花果期黄瓜为研究对象,针对持续寡照的影响,迄今为止尚未见报道。本文拟通过采用遮阴方式,在植有黄瓜的日光温室中模拟持续寡照环境,探明寡照对黄瓜花果期生长发育影响,确定寡照灾害天气对产量品质形成的影响量化指标,为温室黄瓜生产管理、灾害防御和灾损评估提供技术支撑与依据。
1 试验设计与方法
1.1 试验设计
1.1.1 试验地点与温室环境
试验于2016年2—4月进行,试验地点为山东临沂设施农业气象试验基地(117.95°N,32.25°E),用于试验的温室长、宽和高度分别为68.0、10.0和4.6 m;聚乙烯无滴膜覆盖,厚度0.6 mm,透光率75%。供试黄瓜品种为“德瑞特L108”,于2015年12月25日移栽,行株间距为50 cm×30 cm。温室黄瓜于2016年2月20日进入花果期,21日开始遮阴控制试验。试验期间,温室内气温、空气相对湿度、光合有效辐射、10 cm地温等小气候要素统计情况见表1。根据实际观测数据表明,非寡照(晴好)天气条件下,温室内的光合有效辐射一般在400~900 μmol·m-2·s-1之间;阴雨(雪)天气条件下,温室内的光合有效辐射一般在100~200 μmol·m-2·s-1之间,正午前后在200 μmol·m-2·s-1左右,为此,本试验设计依据天气条件采用不同层次遮阳网遮光方式,将正午前后光照强度控制在200 μmol·m-2·s-1左右,其他时间遵循其固有的变化规律,以模拟寡照天气条件下温室内的光照环境,对照采用正常或补光方式保持正常光照强度;试验期间,温室通风及黄瓜栽培管理按当地高产水平进行,温室内气温保持在18~28 ℃之间。
表1 试验期间小气候要素统计结果
1.1.2 遮阴设计
遮阴控制试验设6个处理小区,每个小区植有5垄,约150株,设计1、3、5、7、9 d(分别以T1、T3、T5、T7、T9表示)5个遮阴处理水平,1个无遮阴处理为对照(以CK表示),每个处理遮阴结束当天测定各项生理指标;遮阴处理结束后,进行光照恢复。根据前人研究结果,短期持续寡照对设施作物生长发育产生一定影响,光照恢复后各项生理生态指标能在一周左右恢复,为此,本试验恢复期设定为9 d,之后除了测定产量外,其他生理生态指标不再测定,产量测定期为持续1个月。
1.2 测定内容和方法
每个处理选定3株有代表性植株,每3 d进行一次叶片取样,测定叶面积和比叶重;每个遮阴处理小区内选取3株长势均匀植株,按照大、中和小将黄瓜果实分为3类,每株每类形态的果实各选一个进行挂牌标记,遮阴结束后每4 d测定一次果实的上、中、下部直径和果实长度,生长速率取3个标记果实的平均值;遮阴处理之日起,在各处理中选取长势有代表性的植株10株,每隔3 d采收一次果实,统计产量及相关参数,包括单株果实重、果实数、单果纵横径、次病果数等;参照农业行业标准NY/T 1587—2008《黄瓜等级规格》[20]规定的黄瓜等级与规格的要求,将果实的外观品质分为特级、一级和二级3个等级;随机抽取各处理的成熟果实,分别进行花青素、维生素C、有机酸和可溶性糖等品质指标测定。
1.3 数据处理
利用Microsoft Excel和SPSS软件,进行相关试验数据的统计分析。
2 结果与分析
2.1 寡照对温室黄瓜叶片长势的影响
2.1.1 寡照对叶面积的影响
进入花果期后,单株叶面积仍处于快速增长阶段,光照不足,单株叶面积生长受到制约,由图1可见,各寡照处理条件下的植株叶面积增长速率缓慢,且随着寡照持续日数的增加,与CK的差距增大。恢复正常光照后,各处理黄瓜植株的叶面积增长率均得到了提升,T1、T3、T5、T7单株叶面积在恢复期内能接近CK的水平,T9则无法恢复至CK水平。
项目的所有任务结束后,进入项目的反馈总结环节。此环节要求学生以调查问卷的形式进行项目反馈,老师收到反馈后,及时进行查缺补漏式的总结复习,并配有相应的自测题和在线测试题。
图1 不同寡照处理温室黄瓜单株叶面积变化图
2.1.2 寡照对叶片比叶重的影响
图2为不同寡照处理条件下温室黄瓜叶片比叶重对比图,由图可见,随着寡照日数增加,叶片的比叶重呈下降趋势,其中T7和T9比叶重较CK分别低38.3%和41.4%。寡照处理结束后,T1、T3、T5比叶重在恢复期内均能达到 CK水平;T7和T9无法恢复至正常水平,较CK分别低13.4%和21.3%。
图2 不同寡照处理温室黄瓜叶片比叶重变化图
2.2 寡照对温室黄瓜长势的影响
2.2.1 寡照对黄瓜植株长势的影响
由图3可见,寡照对黄瓜株高和茎粗生长均存在制约,与CK相比,二者表现为相同的变化特征,即CK>T1>T3>T5>T7>T9,但在寡照处理期间,株高仍有明显增长,其中T1、T3和T5株高与CK差异不大,而茎粗随着寡照日数的延长出现变细现象。恢复光照后,恢复期内,各处理水平的黄瓜株高基本都能达到正常水平,但T7、T9的茎粗无法恢复至正常水平。
图3 不同寡照处理温室黄瓜株高和茎粗变化图
2.2.2 寡照对温室黄瓜果实生长的影响
图4为不同寡照胁迫条件下黄瓜果实生长速率和果重的变化情况,由图可见,随寡照天数的增加,黄瓜果实的长度和果径生长率均减小,且显著小于CK(P<0.05),寡照持续时间越长,果实生长受影响越大。持续寡照5 d以上,果实长度与CK达到显著差异,T5、T7处理黄瓜长度生长速率较CK降低0.87 cm·d-1,T9处理生长速率显著降低,较CK降低1 cm·d-1以上;对黄瓜横径的影响,表现为对果实上下两端的影响大于中部,果实上下部的横径增长速率在寡照3 d即表现为与CK显著差异,其中黄瓜上端横径增长速率较CK降低0.87 mm·d-1,T1、T3、T5、T7处理果实下端横径增长速率平均较CK低0.73 mm·d-1,T9果实增长速率较CK降低0.99 mm·d-1;T5、T7、T9果实中部横径增长速率与CK差异达到显著,平均降低0.88 mm·d-1。
图4 不同寡照处理温室黄瓜果实生长速率(纵径生长速率,单位:cm·d-1;横径生长速率,单位:mm·d-1)和果重(单位:g)对比图(a、b、c表示不同遮阴天数间在0.05水平上的差异显著性)
2.3 寡照对温室黄瓜品质的影响
2.3.1 寡照对黄瓜果实外观品质的影响
图5为不同寡照处理水平下黄瓜果实外观品质等级分布。由图5可见,CK处理的特级、一级、二级和坏果比例分别为88.0%、8.0%、4.0%和0.0%,随着寡照持续日数的延长,特级果比例降低,与CK相比,各处理水平分别降低了9.4%、13.0%、18.0%、29.7%和43.0%;寡照5 d以上,导致二级果和坏果比例明显升高,寡照每增加1 d,分别增加4.0%和5.0%,连续寡照9 d,二级果和坏果可达到20%和25%。
图5 不同寡照处理温室黄瓜果实外观品质的比较
2.3.2 寡照对黄瓜果实营养品质的影响
图6为不同寡照处理黄瓜果实的营养品质指标变化情况。由图6可见,持续寡照对果实含水量、维生素C、花青素、可溶性糖和有机酸等指标均有影响,随着寡照时间的延长,有机酸含量增加,其他品质指标均降低。与CK相比,T3、T5、T7、T9果实含水量差异达显著水平,寡照每增加1 d,含水量降低0.19%。寡照对果实维生素含量影响明显,各寡照处理水平与CK均达到显著性差异,较CK分别降低5.57、6.00、6.85、10.14、13.43 mg·(100 g)-1; T5、T7、T9处理果实花青素含量较CK差异显著,其中T5、T7处理较CK平均降低0.27 mg·mL-1,T9则低0.45 mg·mL-1;可溶性糖,T1、T3、T5与CK差异不明显,较CK分别低1.14%、1.34%、1.26%,T7、T9差异显著,较CK分别低3.40%和8.01%;有机酸含量,各处理水平较CK增加0.04%、0.11%、0.14%、0.20%、0.25%,T5、T7、T9与CK差异达显著水平。
图6 不同寡照处理温室黄瓜果实品质指标(含水量,单位:%;花青素含量,单位:mg·mL-1;有机酸占比,单位:%;维生素C含量,单位:mg·(100 g)-1;可溶性糖占比,单位:%)的平均值比较(a、b、c表示不同遮阴天数间在0.05水平上的差异显著性)
3 讨论与结论
1)黄瓜在进入花果期的初期,叶片和植株仍处于快速生长阶段,此阶段遭遇持续寡照天气,将导致叶面积增长缓慢,比叶重降低,低于5 d的寡照,株高和茎粗影响不大,但5 d以上株高和茎粗生长受到影响,尤其是茎粗存在变细现象;前人研究结果[21-22]表明,短期遮阴对设施作物的影响在恢复正常光照条件后能迅速恢复,一周内基本能够恢复到正常水平。本研究的恢复光照后研究表明,7 d以上的寡照将对黄瓜植株生长造成不可逆的损伤,不利于形成壮苗,将影响黄瓜后期产量提升,因此,阴雨寡照灾害的影响存在延续性。
2)连续5 d以上的寡照天气将对黄瓜长度造成显著影响,5~7 d寡照,黄瓜长度生长速率降低0.87 cm·d-1,9 d以上寡照导致速率降低超过1 cm·d-1;对黄瓜横径的影响主要表现在果实上下两端,寡照3 d以上影响达到显著水平,上端横径增长速率降低0.87 mm·d-1,下端横径在寡照时间1~7 d时,横径增长速率降低0.73 mm·d-1,寡照日数超过9 d,增长速率降低至0.99 mm·d-1以上。
3)持续寡照3~7 d,寡照日数每延长1 d,果重降低4.89 g;寡照日数超过7 d时,每延长1 d,果重较CK降低16.01 g。寡照对黄瓜果实特级果比例影响较大,1~5 d寡照,特级果比例降低9.4%~43.0%;持续寡照5 d以上二级果和坏果比例明显升高,连续寡照9 d,二级果和坏果比例达到20%和25%;寡照3 d以上,果实含水率与CK差异即达到显著性差异;维生素含量对寡照影响反映敏感,1~5 d的寡照,果实维生素含量降低6%左右,7 d以上的寡照日数,则降低10%~13%;寡照5 d以上,花青素和有机酸含量与CK差异达到显著;与上述指标相比,可溶性糖含量对寡照影响敏感度相对要低,寡照日数超过7 d时其含量方达到显著性差异,寡照7 d较CK降低3.4%,之后寡照日数每增加1 d,可溶性糖含量将降低4%左右。
4)本研究结果表明,持续寡照下黄瓜生长、产量和品质均受到不同程度影响。其影响机理表现为寡照下植株的叶片生长量减小,光合作用减弱,光合产物的运输速度也相应减慢,进而使叶片供给到果实的同化物减少,导致果实发育不良[23];赵玉萍等[24]、李益清和李天来[25]在研究中发现,在相同温度条件下,番茄果实中的维生素C、可溶性糖、可溶性固性物含量和糖酸比随着光照的增强而增加,寡照下各指标值显著低于自然光下,这与本研究的结论相似。
5)由于本研究主要目的是获取不同寡照持续时间的影响指标,试验期间重点进行植株和果实生长速率进行测定,产量测定期仅为持续1个月。关于持续寡照对后期黄瓜总产量的变化规律影响,本研究并未涉及到,需要在未来研究中补充完善。