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营养生长期适合厚皮甜瓜栽培的土壤水分下限研究

时间:2014-11-29 来源:未知 作者:傻傻地鱼 本文字数:7446字
论文摘要

  0、引言

  甜瓜(CucumismeloL.)为葫芦科(Cucurbitaceae)甜瓜属(Cucumis)一年生蔓性草本植物,是世界各国普遍栽培的瓜类作物。甜瓜包括薄皮甜瓜和厚皮甜瓜2个亚种。厚皮甜瓜果实大,果肉厚,质地细软或松脆多汁,有浓郁的芳香味,含糖量高,口感甜蜜,营养丰富,属高档瓜果之一,深受消费者喜爱。随着上世纪80年代厚皮甜瓜东移成功,以及我国设施栽培技术的发展,厚皮甜瓜生产区域迅速扩大,已成为发展高效、精品农业的首选作物品种之一。

  甜瓜的生长对水分十分敏感,水分过低容易造成减产,水分过高容易造成品质的下降。我国南方地区降雨量丰富,甜瓜多以设施栽培的方式进行生产,水分管理大多沿袭以往的经验做法采用传统的大水漫灌或沟灌进行灌溉。在设施生产中,水分对土壤、植物、环境空气的影响更为直接,灌水量过大,导致无效蒸腾增加,造成水分浪费,土壤积水过多,根系受害,温室内空气湿度增加,导致病虫害发生和作物品质产量的下降。因此,选择合适的灌溉方式和技术,探求甜瓜的需水规律和合理的灌溉制度,对甜瓜在设施农业中的生产发展具有重要意义。

  甜瓜的生长发育是一个连续的过程,而且呈现明显的阶段性。对于同一种作物而言,作物生长的不同阶段对水分亏缺的敏感性不同。土壤水分状况是甜瓜生长发育过程中重要的影响因子之一,植株在生长的过程中通过形态发育和一些生理反应的变化调整自身的生长发育状态来适应不同的水分状况。

  土壤水分适宜下限指标(灌水始点)是指适宜于作物生长的最低土壤水分含量,因土壤类型、作物和作物生育时期的不同而有一定的差别,它决定灌水开始时间和灌水次数并影响灌水量的确定。甜瓜不同的生长阶段对水分的需求和敏感性也不相同,营养生长是生殖生长的基础,植株的营养生长状况好坏直接影响到甜瓜后期的生殖生长和瓜的品质,研究甜瓜营养生长阶段水分的需求对于甜瓜的生长也具有重要的理论和现实意义。

  本试验旨在以厚皮甜瓜伊莉莎白品种为材料,研究塑料大棚滴灌栽培条件下,营养生长期不同土壤水分下限处理对厚皮甜瓜产量和品质的影响,提出适合厚皮甜瓜栽培的土壤水分下限,以期为武汉地区厚皮甜瓜设施栽培的合理灌溉提供理论依据。

  1、材料与方法

  1.1试验地概况

  试验于2010年3-6月在华中农业大学设施基地的塑料大棚内进行。试验地隶属于国家蔬菜改良中心华中分中心,位于东经114°22′,北纬30°29′,海拔高度22m,所处地理位置属于北亚热带季风性湿润气候区,年均气温约16.3℃,年均降水量在1150~1190mm之间,年均日照时数约为2000h,年均无霜期为205~240d。

  大棚长45m,宽6m,棚内每畦长4.5m,畦面宽0.8m,高0.2m,沟宽0.4m,每小区(1条栽培畦)面积为5.4m2。每畦定植18株,采用双行种植,株行距为50cm×60cm,中间铺设一根滴灌管,滴孔间距为50cm,每个滴孔上装有4根滴箭。每棵植株的两侧均插有2根滴箭,其中滴箭距离植株茎杆基部5cm,且与植株位于一条直线,平行于滴灌管。相邻两栽培畦中间间隔1条空畦作保护行,防止相互之间水分渗透,试验地两端均设保护行。供试土壤容重为1.36g/cm3,田间持水量θfc为44.7%(土壤体积含水量)。定植前每畦施入生物有机肥约10kg和氮磷钾三元复合肥(氮、磷、钾比例N:P2O5:K2O=15:15:15)0.5kg。甜瓜生育期内采用统一的施肥、打药等常规的农艺管理措施。

  1.2试验设计

  试验材料为日本厚皮甜瓜品种伊莉莎白。试验于3月26日浸种催芽后播种,采用穴盘育苗的方法在玻璃温室中进行育苗,育苗的基质配方为泥炭土:珍珠岩:蛭石=2:1:1。4月25日幼苗长至3叶1心时定植于塑料大棚中。经过一段时间缓苗后于5月6日开始进行处理,采用单蔓整枝立式栽培的方法,每株在第10~16节的侧蔓上留1个瓜,主蔓第25节摘心。5月25日第1朵雌花开放,6月28日收获。依据甜瓜生长发育特点将其生长过程划分为发芽期、伸蔓期、开花期和结果期。结合本试验材料的早熟特性,试验过程中将甜瓜生长过程简单划分为营养生长期(第1朵雌花开放前)和生殖生长期(第1朵雌花开放后)。

  试验采用单因素随机区组设计,设4个处理和1个对照,各3次重复,共15个小区。对照采用沟灌灌水,其它处理使用滴灌系统灌水。4个滴灌处理,在营养生长期设置不同的土壤水分下限,以田间持水量的不同比例表示,分别为处理I75(75%θfc),处理I65(65%θfc),处理I55(55%θfc),处理I45(45%θfc),当土壤含水量达到土壤水分下限时补充相同灌水量5mm,相当于每株的灌溉水量为1.5L,按照湿润深度20cm计算。生殖生长期,根据本课题组在甜瓜全生育期灌水下限研究中的结果,各滴灌处理均以75%θfc为土壤水分下限,当土壤含水量达到土壤水分下限时补充相同灌水量10mm,相当于每株的灌溉水量为3L,按照湿润深度40cm计算。滴灌处理在地表没有积水,也不考虑深层渗漏。对照G75为常规沟灌,利用两行甜瓜之间的沟进行灌溉,土壤水分下限在甜瓜生长过程中始终设为75%θfc,当土壤含水量达到土壤水分下限时补充灌水,其中营养生长期每次补充灌水20mm,生殖生长期每次补充灌水30mm,用置于甜瓜行一端水管实施灌溉。

  1.3观测项目与方法

  1.3.1环境因子

  土壤含水量:土壤体积含水率采用美国Spectrum公司生产的仪器FieldScoutTDR200进行测定。每株选取两个测量点(行内或行外),测量点距离植株茎杆基部5cm,两点连成的直线垂直于滴箭和茎杆组成的直线。两个测量点和两根滴箭插入点组成十字形,植株恰好位于十字中心。TDR200的探针长度为12cm,试验选择的测量深度为12cm。该深度不仅是作物根系集中分布区域的靠上层次,也是滴灌水分湿润中心区域的靠上区域。每个处理或对照每次随机测量5个点,取平均值作为该处理的土壤体积含水率。

  水面蒸发量:使用天津气象仪器厂生产的ADM7型蒸发器测定大气一定时间间隔内的水分蒸发量。蒸发皿置于棚内中间位置,离地距离始终保持与作物冠层等高。每天08:00定时观测蒸发皿内蒸发量,保证蒸发皿内有20mm深的水层。

  室内温湿度:利用型号为RC-HT601A的温湿度记录仪(SmartDataRecorderPlus,中国杭州生产)进行连续测定。

  1.3.2形态指标

  开始处理后,每3~6d取样28株观测株高和茎粗,不考虑边际效应的植株。株高使用精度1mm的直尺测量,植株打顶后停止测量。茎粗使用游标卡尺进行测量,采用十字交叉法量取甜瓜基部茎秆直径,测量部位始终为茎秆基部第3节间处。果实成熟期采用LI-3100C叶面积仪(美国LI-COR)测定各处理叶面积大小。果实采收后每处理取样10株测量地上部干重,样品在鼓风干燥箱中105℃杀青30min,然后在75℃条件下烘干至恒重,用精度0.01g的电子天平称量。

  1.3.3果实观测指标

  果实成熟后分区采摘,小区各处理单株产量总和计为该处理产量,并折算为t/hm2。每处理随机选取6个果实(同一授粉日期),用百分之一电子天平称单果重,用游标卡尺测量果实横径和纵径并计算果形指数(果实纵径与横径的比值)。然后用刀纵向切开果实,再用直尺测量果实的皮厚和肉厚。

  可溶性固形物含量采用手持测糖仪测定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定;维生素C含量采用2,6-二氯酚靛酚滴定法测定;可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定;游离氨基酸总量采用茚三酮溶液显色法测定。

  1.3.4数据处理

  试验数据均采用Excel软件处理并作图。方差分析采用SAS软件ANOVA过程处理,并采用Duncanmethod(邓肯新复极差法)进行差异显著性检验。

  2、结果与分析

  2.1不同灌水处理对甜瓜植株生长的影响

  2.1.1不同灌水处理对甜瓜株高和茎粗的影响

  如图1a所示,随着生育期的延长,各处理株高逐渐增大。直至打顶前,对照G75的平均株高值最大,I75和I65次之,I55和I45的株高值较小,其中I45最小。株高生长速率是指在两次测量之间的净生长量与前一次测量值的比值,并且把前一次测量值看作100%,它是研究植物动态生长的一项重要指标。在5月8日至5月14日期间,处理I75、I65、I55和I45的株高生长速率分别为108.67%、131.35%、105.38%和87.69%,对照G75为147.83%。此期间对照G75的株高生长速率最高,而I45的株高生长速率最低。在5月15日至5月20日期间,处理I75、I65、I55和I45的株高生长速率分别为113.10%、127.45%、125.79%和133.33%,对照G75为130.59%。

  可见,此期间各处理仍保持较高的生长速率,I75和I65的株高生长速率相比上一时期略有下降,而I55和I45的株高生长速率显著升高,对照G75则呈下降趋势。在5月21日至5月26日期间,处理I75、I65、I55和I45的株高生长速率分别为60.12%、65.64%、60.93%和60.01%,对照G75为63.96%。这期间各处理的株高生长速率显著下降,处理和对照之间的株高生长速率接近一致。

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  茎粗是衡量植株是否健壮的一个重要指标,在一定程度上反映了植株输送营养物质及水分的能力。如图1b所示,各处理茎粗值随生育期延长而逐渐增大,变化趋势相对一致。在甜瓜坐果(5月26日)之前,各处理茎粗增长较快,坐果后增长速度逐渐变缓。

  2.1.2不同灌水处理对甜瓜叶面积和地上部干重的影响

  在果实成熟期(6月18日),测量各处理的叶面积,滴灌处理从I75至I45,叶面积依次减小,并且随着营养生长期土壤水分下限的减小而减小(图2)。对照G75的叶面积介于I75和I65之间,且三者之间无显著差异。I55和I45的叶面积相比前三者显著减小,处理I55和I45之间差异不显著。

  果实采收后(6月28日)测量各处理地上部干重,即甜瓜茎秆和叶片的干重。如图2所示,营养生长期设置不同的土壤水分下限以及不同的灌溉模式对植株地上部干重产生了显著的影响。对照G75的地上部干重最大,达到62.07g,I75、I65与对照相差不大,差异不显著。

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  I55和I45的地上部干重相比对照显著减小,分别减小41.66%和45.68%。

  2.2不同灌水处理对甜瓜品质的影响

  2.2.1不同灌水处理对甜瓜果实形态的影响

  由表1可知,营养生长期滴灌处理不同土壤水分下限对甜瓜的果实形态有显著影响。这主要表现在处理之间果实的横纵径、果形指数、皮厚和肉厚等几项指标差异显著。I75的果实横径最大,果实横径随着营养生长期土壤水分下限的降低而减小。I65的果实纵径最大,I75、I65、I55之间差异不显著,I45果实纵径最小,相比I65显著下降。甜瓜的果形是果实外观品质的重要指标之一,通常以果形指数(纵径/横径)来表示。I75的果实横纵径虽然都较大,但果形指数却最小,只有0.86,相比其它处理显著减小,果形最扁。果皮厚度大小为:I75>I65>I45>I55,其中I55的果皮最薄。果肉厚度方面,I75和I65都达到2.28cm,为最大,各处理的果肉厚度差异不显著。

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  2.2.2不同灌水处理对甜瓜果实品质的影响

  甜瓜果实中含有大量的可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白质和游离氨基酸等营养物质,这些营养物质的含量决定了甜瓜的果实品质。表2显示了本次试验测定的各种果实营养物质的含量。总可溶性固形物(totalsolublesolid,TSS)含量随着营养生长期土壤水分下限的降低先增大后减小,在处理I65时最高,达到13.60%。I45与I65、I55相比,可溶性固形物含量显著减小,I45与I75差异不显著。不同灌水处理下可溶性糖含量的大小表现为:I55>I65>I45>I75,各处理差异并未达到显著水平。甜瓜维生素C含量的变化趋势和可溶性固形物含量的变化相同,随营养生长期土壤水分下限的降低先增加后减少,I55的含量最高,达到11.44mg/kg,I65比I55小,不过二者之间差异不显著。I75和I45的维生素C含量相比I55显著降低,分别减小15.9%和21.5%;二者相比I65下降不显著。不同灌水处理可溶性蛋白质的含量依次为:I55>I65>I45>I75,处理间差异不显著。游离氨基酸方面,I45含量最高,I65、I55相比I45下降不显著,I75含量最低,相比I45显著下降。

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  2.3不同灌水处理下的大棚环境和灌水量

  2.3.1不同灌水处理下的气温和蒸发量

  试验于2010年5月6日开始进行处理,图3显示了从开始处理到果实收获的这段时间大棚室内日均气温和蒸发量的动态变化。由图可知,室内日均气温始终保持在19℃以上,最高时达到36.68℃,最低时也有19.08℃,保持了甜瓜生长适宜的温度范围。甜瓜不同生育阶段的室内气温变化波动范围较大,不过果实成熟期的室内温度基本保持在30℃以上,为甜瓜的收获创造了良好的条件。在室内根据直径为20cm的蒸发皿的蒸发量进行指导灌溉是一种方便、简单、实用的方法,在其它设施蔬菜栽培研究中都有应用。蒸发量的变化和气温变化一致,相同时期棚内20cm蒸发皿的蒸发总量为170.4mm,日均蒸发量3.22mm,单日蒸发量最高达7.0mm,最低仅有0.2mm。

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  2.3.2不同灌水处理下的灌水量

  在定植后的缓苗期各处理都施以相同的灌水量25mm。图4显示了从开始处理(5月6日)到收获(6月28日)期间,不同灌水条件下各处理的累积灌水量。

  其中对照G75的灌水量为190mm,各滴灌处理的灌水量分别为I75:110mm,I65:100mm,I55:95mm,I45:85mm,比对照分别减小42%、47%、50%和55%。甜瓜的整个生长期,处理I75、I65、I55和I45的灌水次数分别为16次,14次,12次和10次,平均每次灌水量为6.88,7.14,7.91和8.50mm。而对照G75的灌水次数仅为8次,平均每次灌水23.75mm。其中营养生长期滴灌处理I75、I65、I55和I45以及对照G75的灌水次数分别为10次、7次、4次、3次和5次,由此可见营养生长期不同的灌水下限以及不同的灌溉模式不仅会造成灌水量的差异,还会造成灌水次数的差异。

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  2.4不同灌水处理对甜瓜产量和灌溉水分利用效率的影响

  由表3可知,不同灌水处理的总产量与平均单果重以及收获的果实数目有关。对照G75的平均单果重为1151.64g,滴灌各处理的平均单果重量随着营养生长期土壤水分下限的降低而减小,处理I75、I65、I55和I45与对照的比值分别为1.0、0.97、0.79和0.75。其中I75和I65与对照之间差异不显著,I55和I45相比于对照显著减小。果实总产量表现为:I75>I65>G75>I55>I45,I75和I65的产量分别比对照的产量高8.3%和2.6%,I55和I45的产量分别比对照低14.5%和26.9%。对照采用的是普通的沟灌模式,总灌水量为215mm,远远高于其它滴灌各处理的总灌水量。滴灌处理I75、I65、I55、I45的总灌水量分别为135,125,120和110mm,分别比对照减少37.2%,41.9%,44.2%和48.8%。

  IWUE(灌溉水利用效率,kg/m3)为总产量和总灌水量之间的比值。分析表3数据可知,滴灌处理的总产量和总灌水量均随着营养生长期土壤水分下限的降低而降低。对照的总产量虽高,可是其总灌水量远远大于各滴灌处理,所以对照的IWUE为所有处理中最低,仅为16.53kg/m3。而处理I75、I65、I55和I45的IWUE均比对照高,和对照之间的比值分别为1.72、1.76、1.53和1.43,其中处理I65的IWUE最高,达到29.16kg/m3。

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  3、讨论

  蔬菜作物通过光合作用合成碳水化合物,积累干物质,积累量的大小直接反映在株高、茎粗和叶面积等形态指标的变化上。本试验结果表明,在甜瓜主蔓打顶前,株高生长速率呈现出先快后慢的趋势,说明前期植株吸收的水分绝大部分用于营养生长。营养生长期土壤水分下限控制过低不利于株高、茎粗和叶面积的增长,55%θfc和45%θfc的土壤水分下限对甜瓜生长形成了较为严重的水分胁迫,而75%θfc和65%θfc则可以满足甜瓜正常生长的水分需求。相同的土壤水分下限控制下,沟灌模式由于灌水量过大植株长势始终较旺,长期过高的水分易引起植株徒长,对下一阶段的生殖生长造成不利影响。前人对玉米研究时发现,适度干旱后复水营养器官首先等量补偿生长,经济目标器官则表现为低补偿生长。本试验结果与此类似,各处理在生殖生长期复水后灌水量加大,株高和茎粗增长的速度突然加快,产生了明显的补偿生长效应。

  大量研究表明,亏缺灌溉可以通过适度控制土壤水分给作物一个适中的干旱逆境来提高果实的品质,果实含水量和产量虽然减少,但可溶性固形物、维生素C等营养物质含量增加。本试验结果表明,除游离氨基酸总量之外,其它营养物质含量均随着营养生长期土壤水分下限的降低先增大后减小,适当的水分亏缺可以提高甜瓜的品质,但土壤水分下限控制为45%θfc时亏缺程度过大,水分胁迫过重,造成后期植株合成碳水化合物等营养物质的功能显著降低,从而导致甜瓜的果实品质显著下降。这与前人在生菜上的研究结果相似。

  试验结果表明,营养生长期设置不同的土壤水分下限以及采用不同的灌溉模式对甜瓜产量造成了显著的影响,这也最终反映在各处理地上部干物质的积累上。前人研究指出,干旱缺水并不总是降低作物产量,一定时期的有限亏缺可能对增产和水分利用有利。这与本研究类似,I75和I65的灌水总量虽然远小于对照,可是产量反而比对照略高,营养生长期土壤水分下限低于55%θfc时,产量显著下降,即使生殖生长期复水也不会产生明显的补偿效应。分析可知,甜瓜在营养生长阶段的亏水程度阈值在55%θfc左右,不超过这一阈值,产量受到的影响相对较小。由于供试品种的生育期较短,再加上不同的地域和气候因素,本试验中的总灌水量相比其它关于甜瓜需水量的研究要小很多。很多研究表明,灌水量越小,作物的IWUE越高。本试验结果与这些研究并不完全一致,在55%θfc和45%θfc土壤水分下限控制下,灌水量虽小,IWUE却没有明显提高,反而比灌水量大的其它滴灌处理更低,产量的下降比灌水量的减少更显著。

  综合考虑产量和品质,处理I75虽然产量最高,可是外观和营养品质与其它滴灌处理相比稍显不足;处理I55的果实品质相对其它处理最好,可是产量和平均单果重相比对照G75以及处理I75和I65显著减小;处理I65在产量和平均单果重方面与处理I75和对照G75相比下降并未达到显著水平,在减产不明显的情况下IWUE最高,且在果实品质的指标上与处理I55相比差异不显著,可溶性固形物含量也最高,达到了既高产优质又减少灌水量的目的。而对照G75虽然产量较高,但是总灌水量过大,甚至远远超过了同期棚内20cm蒸发皿的蒸发总量,导致IWUE与各滴灌处理相比过低,浪费了大量的水资源,综合效益极低。

  4、结论

  试验结果表明营养生长期不同的灌水下限以及不同的灌溉模式显著影响了大棚甜瓜的生长、产量及品质。甜瓜的株高、茎粗、叶面积和地上部干重均随着营养生长期土壤水分下限的降低而减小。生殖生长期加大灌水量后,株高和茎粗的增长产生明显的补偿生长效应。营养生长期土壤水分下限控制过低,对甜瓜的生长不利。综合评价甜瓜的果实品质,处理I65与I55相比差异不显著。营养生长期土壤水分下限低于65%田间持水量,平均单果重和产量显著下降。营养生长期设置不同土壤水分下限处理,处理I65的灌溉水分利用效率最高,达到29.16kg/m3,相比沟灌对照提高76.4%,可节水58.1%,而平均单果重仅下降3.2%。经分析,武汉地区厚皮甜瓜棚室栽培滴灌的灌溉模式,可以选择65%田间持水量作为春季甜瓜营养生长期的灌水下限指标。

  参考文献:
  [1]妙晓莉.大棚厚皮甜瓜栽培技术[J].北方园艺,2008,(1):80-81.
  [2]吴明珠,伊鸿平,冯炯鑫,等.哈密瓜南移东进生态育种与有机生态型无土栽培技术研究[J].中国工程科学,2000,2(8):83-88.

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