不同土壤水分对设施茄子生长、产量、品质及水分利用效率的影响

梁志国,王泽鹏,贾宋楠,范凤翠,刘胜尧,张 哲,杜凤焕,秦 勇

(1.新疆农业大学园艺学院,乌鲁木齐 830052;2.河北省农林科学院农业信息与经济研究所,石家庄 050051)

0 引 言

【研究意义】茄子(SolanummelongenaL．)属茄科(Solanaceae)茄属(Solanum)植物,其营养价值高,在我国茄科蔬菜中种植面积排名第三,仅次于马铃薯和番茄[1],生育前期对水分要求较低,后期需水较大,根系发达,具有喜水耐肥的特性。设施茄子长期水大肥重会导致棚室内环境恶化,如空气湿度过高、土壤盐渍化,容易引发病虫害,严重影响蔬菜的产量和品质,导致效益低下[2],现阶段国内设施茄子的种植肥水管理仍然采用较传统的方式[3]。研究不同土壤水分对设施茄子生长、产量、品质及水分利用效率的影响,对设施茄子节水灌溉和增产有重要意义。【前人研究进展】与交替隔沟灌和常规沟灌处理相比,滴灌处理可明显促进茄子的生长发育,有效提高茄子的单株果数和单果重,显著提高茄子产量;显著节约灌溉用水量,明显提高水分生产效率[4]。灌水量对番茄的株高呈显著的正效应,茎粗随灌水量的增加呈先增后减的趋势[5]。水分亏缺对茄子果实中溶性糖含量和硝酸盐含量影响显著,果实中可溶性糖含量和硝酸盐含量随着土壤水分亏缺的程度增大而增加,节水的同时考虑水分对硝酸盐含量的影响[6]。孙振荣等[7]在番茄节水模式研究表明,VC、干物质含量、可溶性固形物、有机酸、水分生产效率等均随着灌水量的减少而增加。李兴强等[8]研究表明,地下渗灌埋深为10 cm,灌溉定额为2 250 m3/hm2时,茄子产量较高,为28 462．7 kg /hm2,水分利用效率最高,为7.35 kg /m3。【本研究切入点】不同土壤水分对设施茄子生长、产量、品质及水分利用效率的研究鲜有报道。需研究不同土壤水分对设施茄子生长、产量、品质及水分利用效率的影响。【拟解决的关键问题】采用智墒水分监测仪与土钻取土测试土壤含水率,实时监测指示与实际灌溉指导结合的方式,运用膜下滴灌控制土壤水分含量,研究设施茄子产量特征、品质形成及水分利用效率。精准控制灌溉达到设定的土壤湿度范围,研究土壤稳定供水条件下茄子生长与品质特征、产量及水分利用效率的响应规律。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年在河北省农林科学院鹿泉大河试验站(38°14′N、114°39′E)进行。试验地区属温带半湿润大陆性季风气候区,年均气温13.3℃,年日照时数1 776.9 h,年均无霜期205 d,海拔92 m。试验设施塑料大棚为拱形结构,棚室长30 m,宽15 m,南北走向,覆盖无滴聚乙烯薄膜。供试土壤质地为壤质洪冲积石灰性褐土,耕层土壤(0～40 cm)种植前的理化性状:土壤有机质质量分数为17.6 g/kg、碱解氮 126 mg/kg、速效钾质量分数为138 mg/kg,速效磷质量分数为82 mg/kg,pH值为7.22,容重1.38 g/cm3,田间持水量22.10%(质量含水率),棚室地下水埋深大于5 m。

供试茄子品种为茄杂2号(河北省农林科学院蔬菜所提供),采用嫁接栽培。供试肥料为尿素(石家庄柏坡正元化肥公司生产,含N 46%)、磷酸一铵(河北萌帮水溶肥料有限公司生产,含P2O561%,含N 12%)、硫酸钾(国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产,含K2O 52%)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

于2020年4月1日定植,7月26日拉秧,定植时采用大小行距栽培,大行距80 cm,小行距60 cm,株距50 cm,定植密度1 900株/667m2。设5个不同的土壤水分梯度,以田间持水量(Field Capacity)为基准,分别设W1处理:土壤含水量为50%～55%FC,W2处理:土壤含水量为60%～65%FC,W3处理:土壤含水量为70%～75%FC,W4处理:土壤含水量为80%～85%FC,W5处理:土壤含水量为90%～95%FC,每个处理重复3次,处理之间由档板隔离,避免水分渗透。采用田间土壤智墒测定仪(东方智感科技股份有限公司)对茄子全生育期土壤水分进行实时监测,当土壤含水量降到灌水始点时滴灌,当土壤含水量到达灌水终点时停止灌溉,水表记录灌水量。0～40 cm的耕作层土壤水分始终处于上述5种不同的土壤水分条件下。在施足基肥的基础上,营养生长期不追肥,全生育期累计667 m2施全氮N:10 kg、P2O5:8 kg、K2O:15 kg。各处理间的田间管理与当地一致。表1

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 株高和茎粗

每个处理选定长势良好具有代表性的3棵植株,苗期(4月1日～5月4日)每隔7 d、开花坐果期(5月5日～5月18日)和结果期(5月19日～7月26日)每隔15 d测定1次茄子株高和茎粗,株高采用卷尺测量茎的基部到植株生长点的垂直距离,茎粗测量茎基部以上1 cm处的粗度,采用数显游标卡尺在垂直的两个方向上测定2次,取两次测量的平均值作为茎粗。

1.2.2.2 产 量

从初果期开始至末果期,每个处理选定长势良好具有代表性的5株,对其累计采收测产。

1.2.2.3 品 质

在茄子盛果期,各处理选取3株生长均匀,果实成熟度一致且无病虫害的果实测定其可溶性糖含量、可溶性固形物含量、可溶性蛋白含量、VC含量以及硝酸盐含量。可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法;可溶性固形物含量采用手持折光测糖仪测定;可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法;VC含量测定采用2,6-二氯酚靛酚法;硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定[9]。

1.2.2.4 土壤含水量

全生育期采用田间土壤智墒测定仪(东方智感科技股份有限公司)实时监测0～40 cm土层的土壤体积含水量,每10 cm为一土层。

采用水量平衡法测定。

ET=M+P+Δw-R±q.

(1)

M=r×p×h×f(ql-q2)/0.95.

(2)

式中,ET为耗水量(mm);M为灌水量,将土壤水分的上、下限带入式(2)[10]计算得出,同时通过水表记录;P为降水量,mm;Δw为根系层内储水量的变化;R为径流量,mm;q为根系层地下水补给量(向下为正,表示地下水上升补给,向上为负,表示下渗) ;r为0～40 cm土壤容重,1.35 g/cm3;P为湿润比,100%;h为湿润层深度,40 cm;f为田间最大持水量22.40%;q1为灌水设定上限土壤的相对湿度;q2为灌水设定下限土壤的相对湿度;0.95为滴灌水分利用系数。

式(1)可以简化为:

ET=M+Δw.

(3)

根系层储水量Δw的变化可通过土壤含水率获得,此处根系层深度取40 cm,对于处理土体从t1到t2时段根系层内水量平衡方程式:

Wt2-Wt1=M-ET.

(4)

式中,Wt2、Wt1分别为t2时段末土壤水量和t1时段初土壤水量(mm)。

1.2.2.5 水分利用效率

WUE=Y/ET.

在进行乡村振兴的过程中，国家的政策支持非常的重要，在发展的过程中坚持城市带动农村的原则，让农民真正成为农村的建设者。采取优惠政策鼓励农民进行投资，真正找到适合自己的致富之路。

(5)

式中,WUE为水分利用效率(kg/m3);Y为茄子产量,(kg/hm2)。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据处理,绘制图表,用SPSS25.0统计分析软件处理试验数据并进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分对茄子株高和茎粗的影响

2.1.1 不同土壤水分对茄子株高的影响

研究表明,不同土壤水分条件下各处理茄子的株高均随着生育期的延后,成S型生长趋势,随土壤水分含量的增加茄子株高先增加后降低。幼苗期前期刚定植不久,气温低幼苗生长缓慢,该时期刚开始控水处理,各个处理土壤水分还未达到试验设定水平,没有出现水分亏缺,茄子株高大致相同,不同处理之间没有差异性;开花坐果期,棚室温度升高,水分主要用来营养生长,各处理茄子株高均迅速增加,此时各处理土壤含水量逐步达到试验设定,水分胁迫开始出现,表现不太明显,W1、W2、W3处理增幅较慢,W4处理增幅最快,W5次之,不同处理的平均株高表现为W1、W2、W3、W4、W5处理依次为53.67、 54.20、 54.67、 57.55和56.10 cm,W4处理最大,W1处理小,各处理之间无统计学意义;结果期初期各处理茄子株高增幅较大,进入盛果期后,此时茄子水分和养分的吸收主要用于生殖生长,茄子株高增加变缓,进入结果末期,由于最后一次测量周期延长一个周(拉秧),导致增幅过大,长期水分胁迫导致整个结果期各处理茄子株高的增幅是水土壤水分含量呈现先增后减趋势,结果期茄子平均株高表现为W4处理>W5处理>W3处理>W2处理>W1处理,W4处理最高为157.97 cm,分别是W1、W2、W3、W5处理的1.57倍、1.33倍、1.16倍、1.07倍。表明当土壤含水量低于75%FC或高于90%FC时出现茄子出现水分胁迫现象,水分胁迫在结果期对茄子株高的影响远大于开花坐果期。图1

图1 不同土壤水分下设施茄子株高变化

2.1.2 不同土壤水分对茄子茎粗的影响

研究表明,茄子茎粗随土壤水分含量增加呈先增加后降低变化趋势。苗期前期刚定植,气温低苗子茎粗增加缓慢,在苗期后期为了给后面营养生长做铺垫茄子茎粗快速增加,由于该时期刚开始控水处理,各个处理土壤水分还未达到试验设定水平,没有出现水分亏缺,不同处理间茄子茎粗没有差异,没有统计学意义;开花坐果期水分胁对茎粗增长的影响已经开始出现,开花坐果期平均茎粗表现为W4处理最大为11.53mm,分别是W1、W2、W3、W5的1.07倍、1.06倍、1.04倍、1.03倍;在结果期,各处理结果前期茄子茎粗的增幅较大但进入盛果期增幅下降,因为此时茄子水分和养分的吸收主要用于生殖生长,由于水分胁迫,不同处理之间茄子茎粗的增幅随土壤含水量的增加先增后减,结果期茄子平均茎粗表现为W4处理>W5处理>W3处理>W2处理>W1处理,W4处理最高为18.44 mm,分别是W1、W2、W3、W5处理的1.22倍、1.19倍、1.16倍、1.08倍,当土壤含水量低于75%FC或高于90%FC时出现茄子出现水分胁迫现象,水分胁迫在结果期对茄子茎粗的影响远大于开花坐果期。图2

图2 不同土壤水分下设施茄子茎粗变化

2.2 不同土壤水分对设施茄子产量的影响

研究表明,不同土壤水分对设施茄子产量具有显著影响,W4处理与 W5处理差异不显著,但显著高于 W1、W2处理和 W3处理,差异达显著水平(P<0.05)茄子产量随土壤含水量增加呈现先增后减的趋势,在土壤含水量为80%～85%FC(W4处理)时茄子产量最高,为101 029.91 kg/hm2,分别比W1、W2、W3、W5处理增产54.55%、41.49%、30.54%、4.93%,在一定范围内适当增加土壤含水量可以提茄子茄子产量,设施茄子高产的土壤含水量为80%～85%FC。图3

图3 不同土壤水分下设施茄子产量变化

图4 灌水量与茄子产量间的相关关系

2.3 不同土壤水分对设施茄子品质的影响(表2)

2.3.1 不同土壤水分对设施茄子可溶性固形物含量的影响

研究表明,茄子果实中可溶性固形物随土壤含水量的增加而降低,W1处理和W2处理之间存在显著性差异,二者均显著高于W3、W4、W5处理,后三者之间差异不显著。

2.3.2 不同土壤水分对设施茄子可溶性糖含量的影响

研究表明,茄子果实中可溶性糖随土壤含水量的增加而降低,W1处理显著高于其他处理,W2、W3、W4处理之间差异不显著,但都显著高于W5处理。W4处理可溶性糖为51.90 mg/g,相比W3处理和W5处理分别下降了3.51%和提高了7.21%,当出现水分胁迫时,涝害对茄子果实中可溶性糖含量的影响比干旱胁迫更加显著,当干旱胁迫程度继续加大,果实中可溶性糖含量会持续升高。

2.3.3 不同土壤水分对设施茄子可溶性蛋白含量的影响

研究表明,茄子果实中可溶性蛋白含量在不同处理之间存在显著性差异,表现为W1处理最大为2.25 mg/g,显著高于其他处理,W2、W3处理显著高于W4、W5处理,W4处理最低为1.50 mg/g,水分胁迫会导致茄子果实中可溶性蛋白含量增加,当土壤土壤含水量低于55%FC时表现增幅最大,适当水分亏缺可以提升果实中可溶性蛋白的含量。

2.3.4 不同土壤水分对设施茄子硝酸盐含量的影响

研究表明,随着土壤含水量的增加,茄子果实中硝酸盐的含量呈先降低后升高变化趋势,W1处理最高为806.36 mg/kg;W4处理最低为575.40 mg/kg,其中W2、W3处理与W5处理差异不显著。总体表现依次为W1>W2>W3>W5>W4,出现水分胁迫时会导致硝酸盐含量升高,轻微的水分胁迫对茄子果实中硝酸盐的含量影响不大,严重的干旱胁迫会导致其大量增加。

2.3.5 不同土壤水分对设施茄子VC含量的影响

研究表明,茄子果实中VC含量随土壤含水量的增加而降低,W1处理最高为8.02 mg/100g,显著高于其他处理,W2、W3、W4、W5处理之间差异性不显著,分别为5.74、5.52、5.41、5.20 mg/100g,水分胁迫会导致果实中VC含量上升,土壤含水量高于60%FC时表现不显著,低于55%FC时表现显著,适当的水分亏缺可以提高VC含量,有助于提高果实品质。

表2 不同土壤水分下设施茄子品质变化

2.4 不同土壤水分对设施茄子耗水量和水分利用效率的影响

研究表明,设施茄子的耗水量随土壤含水量的增加而增加,而水分利用效率随土壤含水量降低而增加。不同处理间耗水量存在显著性差异,W5处理耗水量最大为3 418.32m3/hm2,分别是W1、W2、W3、W4处理的3.10倍、2.28倍、1.89倍、1.22倍;水分利用效率表现为W1处理>W2处理>W3处理>W4处理>W5处理,W1、W2、W3、W4处理之间不存在显著性差异,但这4个处理均显著高于W5处理;产量最高的W4处理水分利用效率为36.22 kg/m3,相比W1处理虽然下降了13.14%,但产量却增加了54.55%。在土壤含水量为80%FC-85%FC 时,茄子获得最高的产量的同时水分利用效率最高,即W4处理为获得高产和节水的最佳灌溉条件。

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)表示茄子产量(kg/hm2),Y(WUE)表示水分利用效率(kg/m3)。茄子产量随耗水量的增加呈先增加后降低的抛物线变化趋势,水分利用效率随耗水量增加呈先增加后降低的抛物线变化趋势,在灌水量为327.86 mm时,茄子产量最高为98 625.49 kg/hm2,水分利用效率为33.75 kg/m3。表3,图5

表3 不同土壤水分下茄子耗水量和水分利用效率变化

图5 耗水量与茄子产量和水分

3 讨 论

3.1 不同土壤水分对设施茄子生长、产量影响

水分在作物的生长和发育过程中有着关键性作用,是影响作物株高、茎粗和产量的重要因素。本试验结果表明,随着土壤水分含量的增加,茄子在全生育期的株高、茎粗和产量均呈现先增后减的变化趋势,与仝国栋等[11]在日光温室茄子上的研究结果相符合,刘秋丽等[12]在痕量灌溉不同灌水量对大棚茄子生长及水分利用效率的影响的研究中发现,当施肥量不变,随着痕灌灌水量的降低,茄子株高茎粗呈下降趋势。茄子是需水作物,痕灌灌水量较滴灌灌水量减少60%则不利于茄子植株的生长;李兴强等[8]在地下渗灌不同埋深对大田茄子产量和水分利用效率的影响的研究中发现同一渗灌管埋深条件下,茄子株高、茎粗和产量随灌溉定额的增大而增大,这些研究都与本试验研究结果相似,在茄子生长的过程中当土壤水分含量为80%FC～85%FC(W4处理)时,最有利于茄子生长,茄子产量最高为101 029.91 kg/hm2。土壤水分含量较低时对茄子的生长影响较大,当低于70%FC时茄子产量下降最为明显,较高的土壤含水量有利于茄子的生长,但土壤水分含量高于90%FC时就会出现抑制,出现这种原因是由于当土壤含水量低于或高于一定值时,作物就会出现水分胁迫影响其正常生长。

3.2 不同土壤水分对设施茄子品质的影响

蔬菜品质是其营养的价值体现,也是实现它商品价值的重要因素,在茄子的生产过程中,不仅要考虑到提高茄子的产量,还要注意提升茄子的品质。试验结果表明,在不同土壤水分条件下,茄子的品质存在明显差异。茄子果实中可溶性固形物含量、VC含量、可溶性糖含量随着土壤含水量的增加而降低,刘明池等[13]研究表明番茄果实内可溶性固形物、VC等可溶物的含量土壤含水量的减少而增加,随着亏缺灌概程度的加深,增加的幅度也增大;祁金虎等[14]研究指出适宜的灌水控制下限有利于提高番茄果实VC、可溶性糖含量,与试验结果一致。

试验结果表明,随着土壤含水量的增加,茄子果实中硝酸盐的含量呈先降低后升高趋势,试验各施氮处理硝酸盐含量依次为W1>W2>W3>W5>W4。当出现水分胁迫时,茄子果实中硝酸盐含量就会增加,特别时出现干旱胁迫程度加深增加量变大。周亚婷等[15]的研究结果表明,在同一施肥水平下,随着灌水量的减少甘蓝叶球硝酸盐含量呈先降低后增加的趋势,过低的灌水量都会提高植株体内硝酸根的浓度,使得产品硝酸盐含量增加,与试验结果一致。

VC含量是衡量茄子营养品质的重要指标,其含量高低决定着茄子的营养价值和商品价值。试验研究结果表明,茄子果实中VC含量随土壤含水量的降低而增加,适当降低土壤水分可以增加果实中VC含量,与王铁良[16]等研究指出水分愈亏缺,愈有利于茄子果实中VC含量提高的结果一致。

3.3 不同土壤水分对设施茄子水分利用效率的影响

试验研究显示,随着土壤水分的减少,茄子的水分利用效率是递增的,适当的降低土壤水分含量,可以适当的提高茄子的水分利用效率,这与王湛等[17]在不同灌水量对温室茄子蒸腾规律及水分利用的影响中得到的结果相符,水分利用效率表现为W1处理>W2处理>W3处理>W4处理>W5处理,W1、W2、W3、W4处理之间不存在显著性差异,但4个处理均显著高于W5处理;产量最高的W4处理,水分利用效率为36.22 kg/m3,相比W1处理虽然下降了13.14%,但产量却增加了54.55%。试验结果表明,虽然茄子是喜水作物,但是充足的土壤水分含量并不能达到最高的产量,适当的水分亏缺可以一定程度的提高水分利用效率,且可以提高茄子产量,但是过度的亏缺,水分利用是提高了,但是茄子的产量却急剧降低,与郑国保[18]、高飞等[19]的研究一致。

4 结 论

不同土壤水分条件下,茄子株高、茎粗和产量均呈现随土壤含水量增加呈现先增后减的变化趋势,土壤含水量在80%FC～85%FC,茄子长势最好,茄子不仅可以获得营养品质较高的果实,还可以提高产量。W4处理(土壤含水量为80%FC～85%FC)产量最高为101 029.91 kg/hm2,水分利用效率为36.62 kg/m3,茄子的产量达到最高,且水分利用效率相对较大。