2022 年 7 月 灌溉排水學(xué)報(bào) 第 41 卷 第 7 期 Jul 2022 Journal of Irrigation and Drainage No 7 Vol 41 16 文章編號(hào) 1672 3317 2022 07 0016 08 基于 Logistic 模型的加氣灌溉辣椒生長特性 和產(chǎn)量研究 肖哲元 1 雷宏軍 1 張振華 2 張 倩 3 金翠翠 1 孫克平 1 1 華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院 鄭州 450046 2 魯東大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264025 3 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利土木工程學(xué)院 山東 泰安 271018 摘 要 目的 探明 加氣灌溉對(duì)土壤 通氣性 溫室辣椒生長 特性 及 產(chǎn)量的影響 為 設(shè)施栽培條件下蔬菜增產(chǎn)增效 提供理論依據(jù) 方法 以辣椒為研究對(duì)象 設(shè)置施氮量 N1 225 kg hm2 和 N2 300 kg hm2 加 氣量 C 加 氣率 0 和 A 加氣率 15 灌水量 W1 682 8 m3 hm2 和 W2 1 024 2 m3 hm2 的 3 因素 2 水平試驗(yàn) 采用 Logistic 模型擬合辣椒株高生長動(dòng)態(tài)并定量分析其 生長特征 研究不同處理土壤通氣性 辣椒 干物質(zhì)量和產(chǎn)量的 變化 結(jié)果 灌水后第 2 d 相同施氮量和加氣量下 土壤充水孔隙率 WFPS 隨灌水量的增加而顯著增加 相 同施氮量和灌水量下 加氣處理相比不加氣處理的 土壤氧氣擴(kuò)散速率 ODR 有 顯著提升 在開花坐果期 加氣灌 溉對(duì)促進(jìn)辣椒株高生長的 效果最顯著 增幅在 9 0 以上 不同處理辣椒株高變化符合 Logistic 模型 且擬合度 R2 均在 0 980以上 加氣處理的 株高最大增長速率和快速增長 期平均增長速率較不加氣處理 分別提高了 13 0 和 11 8 辣椒地上部干物質(zhì)量和 單株 產(chǎn)量隨加氣量 施氮量和灌水量的 增加而增加 其中 N2AW2 處理的單株產(chǎn)量最高 324 63 g 株 且產(chǎn)量與土壤 ODR 和株高呈正相關(guān) 結(jié)論 加氣灌溉 可 顯著 改善土壤通氣狀況 促進(jìn)辣椒生長 及 干物質(zhì)量積 累 和 產(chǎn)量 提升 利用 Logistic 模型可較為準(zhǔn)確 地描述辣椒株高生長動(dòng)態(tài) 為 設(shè)施作物在加氣灌溉 條件 下 的動(dòng)態(tài)生長模擬提供理論依據(jù) 關(guān) 鍵 詞 辣椒 加氣灌溉 Logistic 模型 生長特性 產(chǎn)量 中圖分類號(hào) S626 5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A doi 10 13522 ki ggps 2022138 OSID 肖哲元 雷宏軍 張振華 等 基于 Logistic 模型的 加氣灌溉 辣椒生長特性和產(chǎn)量研究 J 灌溉排水學(xué)報(bào) 2022 41 7 16 23 XIAO Zheyuan LEI Hongjun ZHANG Zhenhua et al Modelling Growth and Yield of Aerated Pepper by the Logistic Model J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 7 16 23 0 引 言 1 研究意義 滴灌水肥一體化技術(shù)能有效減少作 物蒸 散發(fā) 并提高水肥利用效率 近年來被廣泛應(yīng)用 然而 長時(shí)間滴灌會(huì)造成作物根區(qū)土壤接近飽和狀態(tài) 降低作物根區(qū)土壤的透氣性和氧氣量 1 而土壤缺氧 會(huì) 導(dǎo)致根系生長發(fā)育受阻 遲滯吸收土壤中的營養(yǎng)物 質(zhì) 加劇肥料的淋溶和滲漏 2 加氣灌溉作為地下滴 灌的一種拓展技術(shù) 可有效解決根區(qū)土壤缺氧問題 改善作物根際生長環(huán)境 辣椒作為主要的設(shè)施栽培蔬 菜 在加氣灌溉模式下 探究 其生長規(guī)律和增產(chǎn)增效潛 力 對(duì) 促進(jìn)農(nóng)業(yè)增收 和發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉具有重 要 意義 研究進(jìn)展 Li 等 3 研究表明 向根區(qū)土壤 收稿日期 2022 03 18 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 52079052 河南省科技攻關(guān)計(jì)劃 項(xiàng)目 212102110032 山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重大科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目 2019JZZY010710 作者簡介 肖哲元 1992 男 博士研究生 主要從事節(jié)水灌溉理論 與技術(shù)研究 E mail xzy150610 通信作者 雷宏軍 1975 男 教授 博士生導(dǎo)師 主要從事節(jié)水灌 溉理論與技術(shù)研究 E mail hj lei2002 加氣 對(duì)促進(jìn)番茄生長和干物質(zhì)量的積累具有 積極 作 用 Cui等 4 研究指出 加氣灌溉輔以施氮 240 kg hm2 是提高溫室黃瓜產(chǎn)量最有效的管理措施 龐婕等 5 研 究表明 高灌水量下 加氣灌溉可顯著提高番茄產(chǎn)量 和水分利用效率 近年來 Logistic模型已被用來定 量描述辣椒 6 小麥 玉米 7 等作物生長動(dòng)態(tài)累計(jì)變 化過程 且表現(xiàn)效果普遍較好 楊慧等 8 利用 Logistic 模型對(duì)水氮耦合條件下番茄地上部生物量及氮素累 積量的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究 趙娣等 9 基于 Logistic 模型對(duì)不同水分條件下的番茄株高 葉面積指數(shù)等生 長特性進(jìn)行了分析 為干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了指導(dǎo) 切入點(diǎn) 然而 以往研究 大多是 利用Logistic 模型 模擬不同 水肥條件下作物 生長發(fā)育 和氮素累積 狀況 而對(duì)于在加氣灌溉 條件 下的 設(shè)施辣椒生長特性 的模 擬卻 鮮有報(bào)道 擬解決的關(guān)鍵問題 鑒于此 本研 究以 溫室 辣椒為研究對(duì)象 以生長時(shí)間為自變量 采 用 Logistic模型擬合不同處理 下的 辣椒株高生長的動(dòng) 態(tài)變化過程 明確加氣灌溉 對(duì)辣椒株高特征參數(shù) 土 壤通氣性 干物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響 以期為設(shè)施栽培 肖哲元 等 基于 Logistic 模型的加氣灌溉辣椒生長特性和產(chǎn)量研究 17 條件下蔬菜增產(chǎn)增效提供理論依據(jù) 1 材料與方法 1 1 研究 區(qū)概況 試驗(yàn)于 2019年 9月 11日 12月 26日在華北水利 水電大學(xué)農(nóng)業(yè)高效用水實(shí)驗(yàn)場(chǎng)現(xiàn)代化溫室中進(jìn)行 該地區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候 年平均日照時(shí)間為 2 400 h 無霜期 220 d 溫室內(nèi)裝有風(fēng)機(jī)和濕簾 以 調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和空氣濕度 溫室內(nèi)的氣溫變化 范圍 在 10 5 32 2 之間 相對(duì)濕度變化范圍在 32 5 90 3 之間 圖 1 供試土壤為黏質(zhì)壤土 土壤剖面質(zhì)地 均勻 種植前土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)見表 1 圖 1 溫室辣椒生育期 空氣溫度和 相對(duì)濕度 Fig 1 Relative humidity and air temperature dynamics during greenhouse growing cropping season 表 1 土壤理化性質(zhì) Table 1 Soil physical and chemical properties pH 值 土壤 體積質(zhì)量 g cm 3 田間持水 率 有機(jī)質(zhì) 量 g kg 1 全氮 量 g kg 1 全磷 量 g kg 1 全鉀 量 g kg 1 6 51 1 38 28 22 41 1 02 0 86 29 54 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用 3 因素 2 水平 的完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì) 設(shè) 置施氮量 N1 225 kg hm2 N2 300 kg hm2 加 氣量 不加氣 C 加氣 A 和灌水量 W1 682 8 m3 hm2 W2 1 024 2 m3 hm2 3 個(gè)因素 共 8 個(gè)處理 每個(gè) 處理 重復(fù) 4次 共計(jì) 32個(gè)小區(qū) 每個(gè)小區(qū)面積為 2 m2 具體的試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表 2 各小區(qū)通過地下滴灌系統(tǒng)供 水 供水壓力為 0 10 MPa 不 加氣處理利用首部供 水裝置 進(jìn)行供水 加氣處理利用儲(chǔ)水管路 循環(huán)泵 文丘里空氣射流器 Mazzei air injector 684 美國 Mazzei Corp 公司 等設(shè)備循環(huán)曝氣 20 min 制得加 氣比率為 15 的加氣水 10 灌水下限根據(jù)距離植株徑 向 10 cm 縱向 20 cm 埋深處的張力計(jì) 12 型分體式 張力計(jì) 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所 測(cè)定 土 壤基質(zhì)勢(shì)下限控制在 30 5 KPa 11 灌水量根據(jù)式 1 計(jì)算 1 式中 W 為各處理每次的灌水量 m 3 hm2 A 為小 區(qū)控制面積 m 2 EP為 1 個(gè)灌水周期內(nèi) 6 蒸發(fā) 皿的蒸發(fā)量 mm K P 為 作物 蒸發(fā)皿系數(shù) W1 處 理取 0 6 W2處理取 0 9 0 1 為單位換算系數(shù) 試驗(yàn)小區(qū)采用地下滴灌供水方式 滴灌帶型號(hào)為 JOHN DEERE 直徑為 16 mm 壁厚為 0 6 mm 埋 深為 15 cm 滴頭額定流量為 1 2 L h 滴頭間距為 33 cm 為防止水分側(cè)滲 相鄰 小區(qū)間用塑料膜隔開 選 用的辣椒品種為 豫藝鮮辣 8 號(hào) 于 2019 年 9 月 11 日選取長勢(shì)相同的幼苗進(jìn)行移植 種植密度為 3 株 m2 在 移植后的 12 d 覆膜 全生育期共計(jì) 107 d 生育期具體劃分為 苗期 20190911 0928 開花坐 果期 20190929 1030 果實(shí)膨大期 20191031 1130 成熟期 20191201 1226 供試肥料為水溶性施樂多 含硝態(tài)氮量 7 1 銨態(tài)氮量 1 1 脲態(tài)氮量 6 9 P2O5量 15 K2O 量 30 螯合態(tài)微量元素 Fe 量 0 1 Mn 量 0 05 Zn 量 0 15 Cu 量 0 05 Mo 量 0 05 B 量 0 1 中國康拓肥料有限公司生產(chǎn) 采用文丘里施肥器將 其摻入水流后隨水施入田間 1 3 項(xiàng)目測(cè)定 1 3 1 土壤通氣性測(cè)定 選取辣椒果實(shí)膨大期的一個(gè)完整灌水周期進(jìn)行 土壤通氣性監(jiān)測(cè) 利用氧化還原電位測(cè)量儀 上海儀 電科學(xué)儀器股份有限公司 中國制造 測(cè)定土壤氧氣 擴(kuò)散速率 Oxygen Diffusion Rate ODR 在距離 植株莖稈橫向 5 cm 深度 20 cm 處埋設(shè)參比電極 銅 電極和鉑金電極 測(cè)定時(shí)間為每日的 09 00 和 15 00 表 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) Table 2 Experimental design 處理 施氮量 kg hm 2 加 氣 率 灌水量 m3 hm 2 N1CW1 225 0 682 8 N1AW1 225 15 682 8 N1CW2 225 0 1 024 2 N1AW2 225 15 1 024 2 N2CW1 300 0 682 8 N2AW1 300 15 682 8 N2CW2 300 0 1 024 2 N2AW2 300 15 1 024 2 采用土壤濕度記錄儀 FDS 100 邯鄲市清勝電 子科技有限公司 測(cè)定 20 cm 土層深度處的土壤質(zhì)量 含水率 水分傳感器埋設(shè)于相鄰 2 株作物的中間 測(cè) 0 20 40 60 80 100 5 10 15 20 25 30 35 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 相對(duì)濕度 氣溫 移植后天數(shù) d 氣溫 相對(duì)濕度 灌溉排水學(xué)報(bào) 18 定期間利用烘干法進(jìn)行標(biāo)定 11 土壤充水孔隙率 Soil water filled pore space WFPS 參照 Du 等 12 的計(jì)算 方法進(jìn)行測(cè)定 1 3 2 辣椒株高動(dòng)態(tài)模擬 在 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)標(biāo)記長勢(shì)均勻的 3 株植物 從移 植 后的第 10 天開始 每 7 10 d 測(cè)量 1 次株高 采用 Logistic 模型對(duì)辣椒株高進(jìn)行非線性回歸擬合 式 2 對(duì)式 2 求導(dǎo)可得其增長速率方程 式 3 根據(jù) 式 2 和 式 3 可求出辣椒株高的各特征參數(shù) 值 13 定義 V1 和 t1 分別代表最大增長速率和對(duì)應(yīng)的 移植天數(shù) t2和 t3為生長曲線上的 2 個(gè)拐點(diǎn) V2代表 快增期的平均增長速率 t1 t2 t3構(gòu)成了辣椒生長曲 線 上的 3 個(gè)關(guān)鍵點(diǎn) 具體表示為 0 t2為漸增期 t2 t3 為快增期 t3 為緩增期 2 3 式中 Y 為辣椒株高 cm t 為 移植 后天數(shù) d a b 和 k 為模型固定系數(shù) 1 3 3 生物量和產(chǎn)量測(cè)定 辣椒成熟期 在每個(gè)小區(qū) 隨機(jī)選 取 3 株長勢(shì)一致 的植株 破壞性取樣后稱取植株 地上 和地下部樣品鮮 質(zhì)量 在鼓風(fēng)干燥箱中在 105 條件下殺青 30 min后 在 75 條件下烘干至恒定質(zhì)量 采用精度為 0 01 g 的 電子秤稱取干質(zhì)量 辣椒成熟后采收果實(shí)并稱 質(zhì)量 每個(gè)小區(qū)除去首末兩端的 1 株植株 選擇剩余 4 株 測(cè) 定 其單株產(chǎn)量 取平均值作為該處理的 1 個(gè)重復(fù) 每 個(gè)處理設(shè) 4 個(gè)重復(fù) 1 4 數(shù)據(jù)處理 采用 Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和繪圖 通過 SPSS 22 0 統(tǒng)計(jì)軟件擬合 Logistic 生長模型并進(jìn)行方差分析 Pearson 相關(guān)分析及顯著性檢驗(yàn) 模型有效性采用效 率系數(shù) Nash sutcliffe efficiency coefficient E 14 和標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差 Normalized root mean squared error nRMSE 13 進(jìn)行 檢驗(yàn) 2 結(jié)果與分析 2 1 不同處理土壤通氣性的動(dòng)態(tài)變化 由圖 2 可知 不同處理的土壤充水孔隙率 WFPS 變化動(dòng)態(tài)基本一致 灌水后 均呈先升高后下降的 變化 趨勢(shì) 在 灌水后 的第 2 天下午 N1 施氮水平下的 N1AW2處理 和 N1CW2處理 土壤 WFPS達(dá)到較高水平 分別為 77 4 和 74 7 相 比 N1AW1處理和 N1CW1 處理 分別提高了 14 5 和 12 7 N2施氮水平下的各 處理土壤 WFPS 在灌水周期內(nèi)基本表現(xiàn)為 N2CW2處 理 N2AW2 處理 N2CW1 處理 N2AW1 處理 在 灌水 后第 2 天 下午差異達(dá)到最大 N2CW2處理 和 N2AW2 處理較 N2CW1處理和 N2AW1處理的土壤 WFPS 分別 提高了 13 6 和 12 2 P 0 05 加氣量和施氮量 的變化對(duì)土壤 WFPS 無顯著影響 灌水后不同處理土壤 ODR 均呈 先下降后上升 之后 逐漸 趨于平緩的變化趨勢(shì) 圖 3 相同灌水量 和施氮量下 加氣處理的土壤 ODR 平均高于不 加氣 處理 在灌水后第 2 天 上午 最為顯著 此時(shí) N1AW1 N1AW2 N2AW1處理 和 N2AW2處理均已回升到較高 水平 平均達(dá)到 59 81 10 8 g cm2 min 其中 N1AW1 處理和 N1AW2 處理較 N1CW1 處理 和 N1CW2 處理 的 土壤 ODR 分別提高了 29 9 和 37 9 N2AW1處理 和 N2AW2 處理較 N2CW1 處理和 N2CW2 處理 的土壤 ODR 分別提高了 24 5 和 35 3 不同灌水量和施氮 量對(duì) 土壤 ODR 無顯著影響 a N1 水 平 b N2水平 圖 2 不同處理土壤充水孔隙率 動(dòng)態(tài)變化 Fig 2 Dynamics of soil WFPS under different treatments 25 35 45 55 65 75 85 68 69 70 71 72 73 土壤充水孔隙率 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 25 35 45 55 65 75 85 68 69 70 71 72 73 土壤充水孔隙率 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 肖哲元 等 基于 Logistic 模型的加氣灌溉辣椒生長特性和產(chǎn)量研究 19 a N1水平 b N2水平 圖 3 不同處理土壤氧氣擴(kuò)散速率動(dòng)態(tài) 變化 Fig 3 Dynamics of soil ODR under different treatments 2 2 不同 處理辣椒 株高動(dòng)態(tài)變化 由圖 4可知 不同處理辣椒株高隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變 化趨勢(shì)相同 均呈現(xiàn) 慢 快 慢 的 S型變化趨勢(shì) 移 植 后的 49 d 相同施氮量和灌水量下 與不加氣處理 相比 加氣處理對(duì)辣椒株高的影響差異最顯著 其中 N1AW1處理 和 N1AW2處理 的辣椒株高 相比 N1CW1處 理 和 N1CW2處理分別增加了 11 8 和9 1 N2AW1處 理和 N2AW2處理 的株高較 N2CW1處理 和 N2CW2處理 分別增加了 10 2 和 9 1 在開花坐果期 加氣灌溉 能有效增加土壤氧氣量 提高根系呼吸作用 增強(qiáng)根 系對(duì)養(yǎng)分的吸收 進(jìn)而促進(jìn)辣椒生長 采用 Logistic模型對(duì)不同處理辣椒株高動(dòng)態(tài) 過程 進(jìn)行擬合 擬合方程 和有效性檢驗(yàn) 見表 3 各處理擬 合方程的相關(guān)參數(shù)變化幅度較小 決定系數(shù) R2均在 0 980以上 且均達(dá)到了極顯著水平 P 0 01 各處 理實(shí)測(cè)值與模擬值的效率系數(shù) E在0 818 0 903 之間 標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差 nRMSE在 4 14 5 78 之間 小于 10 說明該模型可以準(zhǔn)確地模擬辣椒株高 動(dòng)態(tài)隨時(shí) 間的變化過程 模擬值與實(shí)測(cè)值有較高的吻合度 相 同灌水量和施氮量下 不加氣處理的辣椒株高理論最 大值平均為 67 68 cm 而加氣處理的辣椒株高理論最 大值平均為 70 43 cm 二者相差 2 75 cm a N1 水 平 b N2水平 圖 4 不同處理辣椒株高動(dòng)態(tài)變化 Fig 4 Dynamics of pepper plant height under different treatments 表 3 不同處理 辣椒 株高生長過程模擬及有效性檢驗(yàn) Table 3 Plant height growth equation fitting and model validity for pepper under different treatments 處理 擬合 方程 模型有效性檢驗(yàn) 決定系數(shù) R2 效率系數(shù) E nRMSE N1CW1 Y 69 06 1 7 28e 0 044t 0 991 0 903 4 14 N1AW1 Y 70 63 1 8 14e 0 048t 0 987 0 870 4 93 N1CW2 Y 69 48 1 6 84e 0 043t 0 990 0 897 4 16 N1AW2 Y 70 60 1 8 09e 0 049t 0 986 0 860 5 09 N2CW1 Y 66 01 1 7 36e 0 047t 0 990 0 896 4 27 N2AW1 Y 69 53 1 8 28e 0 050t 0 985 0 848 5 33 N2CW2 Y 66 17 1 7 44e 0 048t 0 987 0 873 4 68 N2AW2 Y 70 94 1 8 15e 0 050t 0 982 0 818 5 78 注 表示 在 P 0 01水平上存在顯著性差異 下同 0 20 40 60 80 68 69 70 71 72 73 氧氣擴(kuò)散速率 10 8 g cm mi n 1 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 0 20 40 60 80 68 69 70 71 72 73 氧氣擴(kuò)散速率 10 8 g cm mi n 1 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 10 20 30 40 50 60 70 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 株高 cm 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 10 20 30 40 50 60 70 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 株高 cm 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 灌溉排水學(xué)報(bào) 20 2 3 不同處理辣椒 株高 增長速率及特征參數(shù)分析 圖 5為不同處理 Logistic擬合 方程求一階導(dǎo)數(shù)后 得到的辣椒株高增長速率動(dòng)態(tài)曲線 各處理辣椒株高 增長速率為單峰曲線 且隨移植時(shí)間的推移整體呈先 增加后下降的變化 趨勢(shì) 相同施氮量和灌水量下 移 植后 35 49 d 與不加氣處理相比 加氣處理的株高 增長速率增幅最快 以移植后 35 d為例 N1AW1處理 和 N1AW2處理的株高增長速率較 N1CW1處理 N1CW2 處理分別提高 了 12 5 和 16 7 N2AW1處理和 N2AW2處理 的株高增長速率較 N2CW1 N2CW2處理 分 別 提高了12 0 和 11 7 進(jìn)一步對(duì)Logistic 擬合方程求二階導(dǎo)數(shù)得到株高 累計(jì)特征參數(shù)值 結(jié)果見表 4 不同處理在開花坐果 期 移植后 41 81 45 12 d 辣椒 株高 生長達(dá)到其 最大 增長速率 其中 N2AW2處理的株高最大增長速率和 快增期平均增長速率最高 分別 達(dá)到 0 89 cm d和 0 78 cm d N 1CW2處理最低 僅為 0 75 cm d和 0 65 cm d 加氣處理的株高快增期持續(xù)時(shí)間較不加氣處理 平均 提前了 4 51 d 株高最大增長速率和快增期平均增長 速率在加氣處理下 平均 為 0 87 cm d和 0 76 cm d 不加 氣處理下平均為 0 77 cm d和 0 68 cm d 加氣處理較不 加氣處理分別提高了 13 0 和 11 8 綜上 在辣椒生 長活躍期向根區(qū)土壤通氣可有效提高辣椒株高增長 速率 為營養(yǎng)生長向生殖生長的過渡奠定基礎(chǔ) a N1水平 b N2水平 圖 5 不同處理辣椒株高增長速率動(dòng)態(tài)變化曲線 Fig 5 Variation curves of pepper plant height growth rate under different treatments 表 4 不同處理辣椒株高動(dòng)態(tài)隨生育期變化的特征參數(shù) Table 4 Plant height dynamics of pepper on the eigenvalues with different growth stages under different treatments 處理 辣椒株高主要特征參數(shù) t1 d t2 d t3 d t d V1 cm d 1 V2 cm d 1 N1CW1 45 12 15 19 75 05 59 86 0 76 0 67 N1AW1 43 68 16 25 71 12 54 87 0 85 0 74 N1CW2 44 72 14 09 75 34 61 25 0 75 0 65 N1AW2 42 67 15 79 69 54 53 75 0 86 0 76 N2CW1 42 47 14 45 70 49 56 04 0 78 0 68 N2AW1 42 28 15 94 68 62 52 68 0 87 0 76 N2CW2 41 81 14 37 69 25 54 87 0 79 0 70 N2AW2 41 96 15 62 68 30 52 68 0 89 0 78 注 t1為最大增長速率所對(duì)應(yīng)的移植天數(shù) t2 t3為快增期的開始和結(jié)束時(shí)間 t為快增期持續(xù)時(shí)間 V1為最大增長速率 V2為快增期平均增長速率 2 4 不同處理對(duì)辣椒干物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響 由 表 5 可知 單因素下 施氮量 加氣量對(duì)辣椒 干物質(zhì)量和單株產(chǎn)量均具有極顯著影響 灌水量對(duì)地 上部干物質(zhì)量和單株產(chǎn)量具有極顯著影響 且對(duì)地下 部干物質(zhì)量具有顯著影響 水氮交互作用對(duì)地上部干 物質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生極顯著影響 其他因素的交互作用 均對(duì) 辣椒干物質(zhì)量和單株產(chǎn)量無顯著影響 本試驗(yàn)條件下 不同處理對(duì)辣椒地下部干物質(zhì)量 無顯著影響 相同施氮量和灌水量下 加氣處理較不 加氣處理能顯著增加辣椒地上部干物質(zhì)量和產(chǎn)量 其 中 在 N1施氮水平下 N1AW2處理的辣椒 地上部干 物質(zhì)量 和單株產(chǎn)量達(dá)到最高 分別為 63 04 g 株和 274 62 g 株 較 N1CW2 處理分別增加了 18 5 和 16 5 N2水平下 N2AW2處理的辣椒 地上部干物質(zhì) 量和單株產(chǎn)量分別達(dá)到了 67 68 g 株和 324 63 g 株 較 N2CW2處理分別增加了 15 7 和 17 0 辣椒地上 部干物質(zhì)量和單株產(chǎn)量隨施氮量 灌水量的增加而增 加 N2水平下 辣椒 地上部干物質(zhì)量和單株產(chǎn)量 平均 為 60 60 g 株和 279 61 g 株 分別較 N1水平下的辣椒 地上部干物質(zhì)量和單株產(chǎn)量增加了 16 7 和 17 4 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 辣椒株高增長速率 cm d 1 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 辣椒株高增長速率 cm d 1 移植后天數(shù) d 處理 N CW N AW N CW N AW 肖哲元 等 基于 Logistic 模型的加氣灌溉辣椒生長特性和產(chǎn)量研究 21 N2AW2處理較 N2AW1處理 的辣椒地上部干物質(zhì)量和 單株產(chǎn)量分別增加 9 5 和 17 8 進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn) N2CW1 處理 的單株產(chǎn)量較 N2CW2 處理 減少 13 2 而 N2AW1處理較 N2CW2處理 的單株產(chǎn)量僅減少 0 7 可見 加氣灌溉可以緩解由于減少灌水而對(duì)辣椒產(chǎn)量 所造成的 負(fù)面 影響 綜上所述 辣椒地上部干物質(zhì)量 和產(chǎn)量隨加氣量 施氮量和灌水量的增加而顯著增加 N2AW2處理效果最佳 表 5 不同處理 對(duì)辣椒干物質(zhì)量及產(chǎn)量 的影響 Table 5 Effect of different treatments on dry matter and yield of pepper 處理 地上部 干 物 質(zhì)量 g 株 1 地下部 干 物 質(zhì)量 g 株 1 單株 產(chǎn)量 g 株 1 N1CW1 42 25 1 87g 8 13 0 41c 205 40 7 28d N1AW1 49 31 1 51f 8 62 0 71bc 237 12 7 66c N1CW2 53 18 3 16ef 8 56 0 42bc 235 76 6 40c N1AW2 63 04 2 13b 9 37 0 66ab 274 62 8 39b N2CW1 54 40 1 95de 8 77 0 69b 240 75 8 15c N2AW1 61 80 2 96bc 9 35 0 58ab 275 54 4 09b N2CW2 58 51 2 14cd 9 29 0 37ab 277 52 5 73b N2AW2 67 68 3 39a 10 12 0 51a 324 63 11 15a F 值 施氮量 N 73 425 9 748 177 245 加 氣量 A 68 831 8 809 150 863 灌水量 W 73 595 7 391 152 980 N A 0 008 0 016 0 853 W N 13 209 0 013 2 070 W A 1 281 0 403 2 457 N A W 0 067 0 006 0 184 注 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示 P 0 05水平存在顯著性差異 和 分別表示在P 0 05和 P 0 01水平存在顯著性差異 下同 2 5 土壤 ODR WFPS 和辣椒各指標(biāo)之間的相關(guān) 分析 本試驗(yàn)采摘的辣椒產(chǎn)量取自收獲期 故將收獲前 1個(gè)灌水周期所測(cè)土壤 ODR和 WFPS的平均值進(jìn)行相 關(guān)分析 由表6 可知 辣椒株高 與干物質(zhì)量呈極顯著 正相關(guān) P 0 01 辣椒產(chǎn)量與土壤 ODR呈顯著正相 關(guān) P 0 05 與株高 干物質(zhì)量呈極顯著正相關(guān) P 0 01 辣椒良好的生長活動(dòng)有利于干物質(zhì)量的 積累 進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量增加 并且產(chǎn)量與土壤 ODR的相 關(guān)性較高 表 6 土壤 ODR WFPS 和辣椒各指標(biāo)間的相關(guān)關(guān)系 Table 6 Correlations among soil ODR WFPS and different indexs of pepper 指標(biāo) ODR WFPS 株高 干物質(zhì)量 產(chǎn)量 ODR 1 0 208 0 030 0 222 0 457 WFPS 1 0 017 0 046 0 105 株高 1 0 635 0 555 干物質(zhì)量 1 0 883 產(chǎn)量 1 3 討 論 土壤溫度 含水率 透氣性等表征土壤物理特性 的環(huán)境因子相互 作用 且共同對(duì)植物的生長發(fā)育 產(chǎn)生 重要影響 15 ODR 可表征氧氣對(duì)作物的有效性 當(dāng) 閾值低于 40 10 8 g cm2 min 時(shí) 將損害作物的正常 生長發(fā)育 16 本研究發(fā)現(xiàn) 灌水后第 2 天上午 加氣 處理較不加氣處理能顯著提高土壤 ODR 這與臧明 17 關(guān)于增氧 灌溉 的氧氣擴(kuò)散速率和氧化還原電位較常 規(guī)灌溉有顯著提高 且改善效果最少持續(xù) 24 h 的結(jié) 論相似 株高表征植物縱向的拓展能力 是植物生長 發(fā)育進(jìn)程中重要的動(dòng)態(tài)指標(biāo)之一 且植物的生物量和 產(chǎn)量與其關(guān)系緊密 18 Li 等 19 發(fā)現(xiàn) 通過向土壤注 氣可使番茄株高和莖粗對(duì)其產(chǎn)生積極的反饋 吳梅 等 20 研究表明 與常規(guī)地下滴灌相比 玉米的株高和莖 粗在 加氣滴灌下顯著增加 1 51 4 88 和 3 63 6 22 本試驗(yàn)中 相同施氮量和灌水量下 在開花坐果期 移植后第 49 天 采用加氣灌溉能顯 著促進(jìn)辣椒株高生長 增幅在 9 0 以上 與前人研 究結(jié)果基本一致 作物生長模型的構(gòu)建可進(jìn)一步為作物動(dòng)態(tài)調(diào)控 提供有效支撐 羅新蘭等 21 構(gòu)建了關(guān)于玉米葉面積指 數(shù)的 Logistic 模型 R2和標(biāo)準(zhǔn)誤差分別在 0 98 和 0 21 左右 較好的預(yù)測(cè)了不同生育期玉米葉面積指數(shù)的動(dòng) 態(tài)變化 潘玉嬌 6 利用 Logistic 模型定量研究了辣椒 葉面積指數(shù)和干物質(zhì)積累量的變化過程 模型效果表 現(xiàn)良好 本研究以移植天數(shù)為自變量 采用 Logistic 模型 對(duì)加氣灌溉條件下辣椒株高生長 過程 進(jìn)行了模 擬 各處理的擬合方程均達(dá)到極顯著水平 能很好地 描述辣椒株高生長 動(dòng)態(tài) 今后將開展多季試驗(yàn)對(duì)加氣 灌溉下不同作物的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行擬合 進(jìn)一步提 高特征參數(shù)的 擬合 精度 Logistic 模型對(duì)其求各階導(dǎo) 數(shù)后 能得到許多具有生物學(xué)意義的特征參數(shù) 可 定量 分析作物的生長動(dòng)態(tài)變化 本研究發(fā)現(xiàn) 加氣處理的 株高快增期持續(xù)時(shí)間較不加氣處理平均提前了 4 51 d 與不加氣處理相比 辣椒 株高最大增長速率和快增期 平均增長速率在加氣處理下分別提高 13 0 和 11 8 這是由于加氣灌溉增加了根區(qū)土壤氧氣量 辣椒根系 呼吸速率增強(qiáng) 進(jìn)而為地上部生長奠定良好的基礎(chǔ) 本文只分析了辣椒株高隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化 下一步將 以有效積溫為自變量 對(duì)加氣灌溉下不同溫室作物的 生長 特性 及氮素累積進(jìn)行擬合分析 為調(diào)控設(shè)施作物 生長發(fā)育及精準(zhǔn)施氮提供理論依據(jù) 最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增 效協(xié)同發(fā)展 作物產(chǎn)量受氣象條件 人員管理 土壤肥力等多 方因素的綜合影響 有研究發(fā)現(xiàn) 加氣灌溉下作物葉 灌溉排水學(xué)報(bào) 22 面積 22 光合特性和干物質(zhì)積累 23 等指標(biāo)較常規(guī)地下 滴灌顯著 提高 良好土壤通氣狀況和養(yǎng)分供給加快了 植物體內(nèi)各種生理活動(dòng)的運(yùn)轉(zhuǎn) 促進(jìn)了生物量的積累 和產(chǎn)量增加 Liu 等 24 利用微納米氣泡設(shè)備發(fā)現(xiàn) 加 氣灌溉顯著增加番茄干物質(zhì)量 29 2 67 5 和產(chǎn)量 7 8 26 9 龐婕等 5 研究表明 土壤水分充足和適 宜的溶解氧質(zhì)量濃度相結(jié)合 有利于促進(jìn) 植株根系呼 吸 提高 番茄 產(chǎn)量 以上研究結(jié)果與本試驗(yàn)在相同灌 水和施氮條件下加氣灌溉能有效促進(jìn)辣椒地上部干 物質(zhì)量的積累 顯著提高產(chǎn)量結(jié)論相似 4 結(jié) 論 1 加氣灌溉能顯著改善溫室辣椒土壤通氣狀況 相同灌水量和施氮量下 加氣處理的土壤 ODR 平均 高于不加氣處理 灌水后第 2 天效果最顯著 提升幅 度在 24 0 以上 2 開花坐果期采用加氣灌溉對(duì)促進(jìn)辣椒株高生 長效果最為顯著 增幅在 9 0 以上 Logistic 模型可 較為準(zhǔn)確地描述辣椒株高的生長過程 加氣處理 的辣 椒株高最大增長速率和快增期平均增長速率較不加 氣處理分別提高了 13 0 和 11 8 3 辣椒地上部干物質(zhì)量和產(chǎn)量隨加氣量 施氮 量和灌水量的 增加 而增加 且產(chǎn)量與土壤 ODR和株高 呈正相關(guān) 關(guān)系 N2AW2處理 即 施氮量 300 kg hm2 灌水量 1 024 2 m3 hm2 加氣率 15 在促進(jìn)辣椒生長 及 干物質(zhì)量積累和產(chǎn)量提升中的綜合效果最佳 參考文 獻(xiàn) 1 NIU Wenquan JIA Zongxia ZHANG Xuan et al Effects of soil rhizosphere aeration on the root growth and water absorption of tomato J Clean Soil Air Water 2012 40 12 1 364 1 371 2 NIU Wenquan GUO Qing ZHOU Xiaobo et al Effect of Aeration and Soil Water Redistribution on the Air Permeability under Subsurface Drip Irrigation J Soil Science Society of America Journal 2012 76 3 815 820 3 LI Yuan NIU Wenquan CAO Xiaoshu et al Growth response of greenhouse produced muskmelon and tomato to sub surface drip irrigation and soil aeration management factors J BMC Plant Biology 2020 20 1 1 15 4 CUI Bingjing NIU Wenquan DU Yadan et al Response of yield and nitrogen use efficiency to aerated irrigation and N application rate in greenhouse cucumber J Scientia Horticulturae 2020 265 6 109 220 5 龐婕 韓其晟 周爽 等 水氣互作對(duì)溫室番茄生長 產(chǎn)量和水分利 用效率的影響 J 灌溉排水學(xué)報(bào) 2022 41 1 87 94 PANG Jie HAN Qisheng ZHOU Shuang et al The integrative effects of irrigation and aeration on growth and water use efficiency of greenhouse tomato J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 1 87 94 6 潘玉嬌 不同水分條件下辣椒生長發(fā)育與干物質(zhì)積累模擬模型的研 究 D 長春 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 2007 PAN Yujiao Study on the simulation model of growth and dry matter accumulation of pepper under different irrigation quartity D Changchun Jilin Agricultural University 2007 7 DING Dianyuan FENG Hao ZHAO Ying et al Effects of continuous plastic mulching on crop growth in a winter wheat summer maize rotation system on the Loess Plateau of China J Agricultural and Forest Meteorology 2019 271 385 397 8 楊慧 曹紅霞 柳美玉 等 水氮耦合 條件下番茄臨界氮濃度模 型的建立及氮素營養(yǎng)診斷 J 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào) 2015 21 5 1 234 1 242 YANG Hui CAO Hongxia LIU Meiyu et al Simulation of critical nitrogen concentration and nitrogen nutrition index of tomato under different water and