第 36卷 第 9期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報 V ol 36 N o 9 84 2020年 5月 T rans actio ns of the C hin es e S ocie t y of A gricultur al En gineer ing M a y 20 20 溫室滴灌黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng) 毋海梅 1 閆浩芳 1 張 川 2 黃 松 1 Sam Acquah Joe 1 1 江蘇大學(xué)流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心 鎮(zhèn)江 212013 2 江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究院 鎮(zhèn)江 212013 摘 要 為確定滴灌條件下溫室黃瓜的適宜灌水方案 該文基于 20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的累計水面蒸發(fā)量設(shè)計不同灌水處理 研究了滴灌條件下不同灌水處理 充分灌水 T1 輕度水分虧缺 T2 中度水分虧缺 T3 對不同種植季節(jié)溫室黃瓜生理特 性 耗水量 Evapotranspiration ET c 產(chǎn)量及水分利用效率 Water Use Efficiency WUE 的影響 且于 2017年 8 12 月 秋冬季 和 2018年 3 7月 春夏季 分別對不同灌水處理下土壤水分狀況 作物生理指標(biāo) 耗水量 產(chǎn)量和 WUE 等指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)的田間試驗(yàn)觀測及分析 研究結(jié)果表明 隨著灌水量的減小 溫室黃瓜產(chǎn)量和 WUE 均呈降低趨勢 不同程度的水分虧缺對黃瓜不同生育期 ET c 有一定的抑制作用 在黃瓜生長任一階段發(fā)生水分虧缺均會降低黃瓜植株的 莖流速率 光合速率及氣孔導(dǎo)度 進(jìn)而可能影響黃瓜干物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)與積累 其中在作物生長中期 溫室黃瓜莖流速率及 產(chǎn)量對水分虧缺響應(yīng)最為顯著 黃瓜平均單果質(zhì)量 果莖 果長和單株坐果數(shù)均隨灌水量的降低而減小 黃瓜果實(shí)畸形 比例隨不同生長階段水分虧缺的增大而增大 不同種植季節(jié)溫室黃瓜 T1 處理的產(chǎn)量分別高出 T2 和 T3 處理的 22 0 和 51 2 春夏季 54 2 和 73 9 秋冬季 溫室黃瓜 T1處理的 ET c 分別高出 T2和 T3 處理的 17 4 和 34 9 春夏季 24 0 和 48 0 秋冬季 T1處理的 WUE 分別高出 T2和 T3處理的 5 5 和 25 春夏季 39 7 和 50 0 秋冬季 綜合研究結(jié)果 黃瓜發(fā)育期適宜灌溉水量為累計水面蒸發(fā)量的 0 8倍 生長中 后期為累計水面蒸發(fā)量的 1 2倍 研究結(jié) 果對實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水分高效利用及促進(jìn)設(shè)施作物優(yōu)質(zhì) 高產(chǎn)具有重要參考價值 關(guān)鍵詞 溫室 蒸騰 蒸騰蒸發(fā)量 黃瓜 光合速率 產(chǎn)量 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 010 中圖分類號 S642 2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號 1002 6819 2020 09 0084 10 毋海梅 閆浩芳 張川 等 溫室滴灌黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 2020 36 9 84 93 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 010 http www tcsae org Wu Haimei Yan Haofang Zhang Chuan et al Responses of yield and water use efficiency of drip irrigated cucumber in greenhouse to water stress J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2020 36 9 84 93 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 010 http www tcsae org 0 引 言 水分是一切生物維持生命必不可少的因素 大量研 究表明 在光 熱條件滿足的情況下 水分供給是影響 蔬菜作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一 1 2 由于蔬菜作物 產(chǎn)量高 生長速度快 生長期間對水分的需求量較大且 敏感 所以制定合理的灌溉制度對于提高蔬菜產(chǎn)量和品 質(zhì)具有重要的意義 3 6 影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的因素很多 作物葉片光合速 率 氣孔導(dǎo)度和莖流速率等直接關(guān)系著干物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)與 積累 7 8 而土壤的水分狀況通過對作物生理生態(tài)指標(biāo)的 影響 進(jìn)而間接影響到作物的產(chǎn)量及水分利用效率 9 牛 勇等 10 研究不同灌水量對溫室內(nèi)膜下滴灌黃瓜植株形 態(tài) 光合速率 產(chǎn)量及品質(zhì)等指標(biāo)的影響 結(jié)果表明 收稿日期 2019 10 22 修訂日期 2020 03 10 基金項(xiàng)目 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 51509107 51609103 41830863 江 蘇省自然科學(xué)基金 BK20150509 BK20140546 國家 十三五 重大研 發(fā)項(xiàng)目課題 2016YFA0601501 作者簡介 毋海梅 主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉與水分高效利用方面的研究 Email hlwhm520 通信作者 閆浩芳 博士 副研究員 主要從事農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉與水分高效 利用方面的研究 Email yanhaofang 黃瓜株高受不同程度水分虧缺影響不明顯 而葉面積 光合速率和產(chǎn)量均隨土壤水分的增大而增大 最終選擇 灌水下限為 85 的田間持水量作為溫室黃瓜膜下滴灌的 最適宜灌水下限 韓建會等 11 通過水分生產(chǎn)函數(shù)和回歸 分析方法描述了水分虧缺對日光溫室黃瓜產(chǎn)量的影響 表明日光溫室黃瓜水分與產(chǎn)量相關(guān)性比較顯著 廖凱 12 采用盆栽試驗(yàn) 模擬溫室黃瓜膜下滴灌條件下不同土壤 體積含水率對黃瓜生理生態(tài)指標(biāo) 產(chǎn)量與品質(zhì)的影響 發(fā)現(xiàn)在黃瓜整個生長階段內(nèi) 黃瓜葉片的光合速率與氣 孔導(dǎo)度兩者呈正相關(guān)關(guān)系 在生長中期土壤體積含水率 保持在 75 90 的田間持水量時可以提高光合速率 和氣孔導(dǎo)度 即在溫室黃瓜整個生育期內(nèi)控制灌溉上限 為 90 的田間持水量為宜 能達(dá)到豐產(chǎn) 高效用水的 目的 綜上所述 以往研究對灌溉水量上 下限的確定主 要依據(jù)田間土壤持水量 然而 由于研究區(qū)域土壤類型 及土壤體積含水率觀測手段及方法等的差異性 使得僅 僅依據(jù)田間持水量及土壤水分含量確定準(zhǔn)確的灌溉水量 存在一定的局限性和不確定性 原保忠等 13 采用 20cm標(biāo) 準(zhǔn)蒸發(fā)皿的蒸發(fā)值來確定溫室番茄的滴灌灌水量 結(jié)果 得出 番茄生育期內(nèi)累計實(shí)際灌水量 蒸發(fā)皿累計蒸發(fā) 量和作物累計需水量存在較好的一致性 提出可用日光 第 9期 毋海梅等 溫室滴灌黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng) 85 溫室內(nèi)作物冠層上蒸發(fā)皿蒸發(fā)量作為指導(dǎo)灌溉的指標(biāo) 并提出在塑料溫室內(nèi)馬鈴薯和草莓栽培蒸發(fā)皿系數(shù)分別 以 0 75 14 和 1 1 最佳 15 然而 由于不同研究中溫室類型 灌水方式及作物種類的差異 導(dǎo)致依據(jù)蒸發(fā)皿系數(shù)確定 灌水制度的研究結(jié)果存在較大的差異 因此 本研究基于 Venlo 型溫室內(nèi)作物冠層頂端 20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量 對溫室黃瓜不同生育階段設(shè)定 不同灌溉水量 分析不同種植季節(jié)及生育階段溫室黃瓜 各項(xiàng)生理指標(biāo) 耗水量 產(chǎn)量及水分利用效率對不同程 度水分虧缺的響應(yīng)機(jī)理 確定溫室黃瓜各生育階段適宜 的灌水方案 探尋提高溫室黃瓜水分利用效率的有效途 徑 為溫室黃瓜優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù) 1 材料與方法 1 1 試驗(yàn)區(qū)概況及供試材料 本研究試驗(yàn)于 2017 年 8 12 月 秋冬季 和 2018 年 3 7 月 春夏季 在江蘇大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備與技術(shù) 省部共建重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 Venlo型溫室內(nèi)進(jìn)行 試驗(yàn)點(diǎn)位于 江蘇省鎮(zhèn)江市 32 11 N 119 25 E 海拔 23 m 屬亞 熱帶季風(fēng)氣候 試驗(yàn)用 Venlo型溫室屋脊呈南北走向 南北長 20 m 東西長 32 m 面 積 為 640 m 2 檐 高 4 4 m 跨度 6 4 m 共兩跨 每跨有 2 個小屋頂 溫室覆蓋材 料為厚 4 mm 的浮法玻璃 試驗(yàn)土壤質(zhì)地為沙壤土 作 物根區(qū)土壤容重為 1 266 g cm 3 田間持水量 FC 為 0 408 cm 3 cm 3 凋萎系數(shù) WP 為 0 16 cm 3 cm 3 試驗(yàn) 選取目前國內(nèi)種植比例較大的黃瓜 品種油亮 3 2 作 為供試作物 1 2 試驗(yàn)設(shè)計及試驗(yàn)過程 按照 FAO 56 推薦方法 16 黃瓜生育期劃分為生長初 期 發(fā)育期 中期和后期共 4個生育階段 不同種植季節(jié) 溫室黃瓜生育階段的劃分見表 1 春夏季和秋冬季溫室黃 瓜全生育期天數(shù)均為 120 d 春夏季和秋冬季幼苗期不做 水分處理 發(fā)育期和中 后期設(shè) 3 個水分處理 分別為 充分灌溉 T1 輕度虧缺灌溉 T2 和中度虧缺灌溉 T3 本試驗(yàn)以 20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量作為參考依據(jù) 當(dāng)累計水面蒸發(fā)量 E p 達(dá)到 20 2 mm時進(jìn)行灌水 試驗(yàn)黃瓜不同種植季節(jié)及生育期均設(shè)計 3 個灌水處理 表 2 為溫室黃瓜各生育階段不同灌水處理下的蒸發(fā)皿系 數(shù) 在黃瓜生育期 秋冬季 T1 T2 和 T3 處理灌水量分 別為 0 9E p 0 75E p 和 0 5E p 春夏季這 3個處理灌水量分 別為 0 8E p 0 6E p 和 0 4E p 中期和后期 秋冬季 T1 T2 和 T3 處理灌水量分別為 1 2E p 0 9E p 和 0 6E p 春夏季分 別為 1 2E p 1 0E p 和 0 8E p 各處理進(jìn)行 4 次重復(fù) 每個 處理共 36 株 各重復(fù)小區(qū)面積為 3 m 0 65 m 0 45 m 每個重復(fù)共有 6 株黃瓜 各重復(fù)之間用埋深 30 cm 的塑 料隔板隔離 分別于 2017 年 8 月 21 日 秋冬季 和 2018 年 3月 2 日 春夏季 育苗 定植日期分別為 2017 年 9 月 4 日 和 2018 年 3月 23 日 試驗(yàn)采用滴灌灌水方式 滴頭間距 30 cm 滴頭流量 1 0 L h 滴灌帶布設(shè)方式為兩行一帶 試驗(yàn)槽畦長 16 7 m 寬 0 9 m 采用雙行種植模式 行距 45 cm 株距 40 cm 種植密度為 6 63 株 m 2 定植前施復(fù) 合肥料 高濃度硫酸鉀型 作為底肥 黃瓜植株進(jìn)入發(fā) 育期后使用落蔓器將黃瓜植株懸吊在溫室上方的鐵絲 上 每隔 3 d 人工授粉 1 次 同時進(jìn)行噴藥等農(nóng)作管理 采用滴灌方式灌溉 水分處理開始日期分別為 2017 年 9 月 15 日 秋冬季 和 2018 年 4月 4 日 春夏季 為確保黃瓜幼苗成活 定植后以滴灌方式補(bǔ)充灌水 20 mm 17 將 2 個直徑均為 20 cm的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿分別置于 溫室內(nèi)黃瓜作物附近的不同位置 在底部距離地面 70 cm 的固定支架上安裝標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿 18 于每日 08 00 用精度 為 0 1 mm 的配套量筒測定溫室內(nèi)的水面蒸發(fā)量 當(dāng) E p 達(dá)到 20 2 mm 時進(jìn)行灌水 不同種植季節(jié)溫室黃瓜各 數(shù)相同 試驗(yàn)期間春夏季灌水共 22 次 秋冬季灌水共有 14 次 表1 不同種植季節(jié)溫室黃瓜生育階段的劃分 Table 1 Division of growing stages of cucumber at different planting seasons in greenhouse 天數(shù) Days 生育期 Growing stages 春夏季 Spring summer 秋冬季 Autumn winter 初期 Initial stage 21 20 發(fā)育期 Development stage 40 39 中期 Middle stage 38 40 后期 Later stage 21 21 總計 Total 120 120 表2 溫室黃瓜各生育期不同灌水處理的蒸發(fā)皿系數(shù) Table 2 Evaporating pan coefficients of greenhouse cucumber under different irrigation treatments at different growth stages 發(fā)育期 Development stage 中 后期 Middle and later stage 季節(jié) Seasons 初期 Initial stage T1 T2 T3 T1 T2 T3 春夏季 Spring summer 0 8 0 6 0 4 1 2 1 0 0 8 秋冬季 Autumn winter 不做水 分處理 0 9 0 75 0 5 1 2 0 9 0 6 注 T1 為充分灌溉 T2 為輕度虧缺灌溉 T3 為中度虧缺灌溉 下同 Note T1 is full irrigation T2 is light deficit irrigation T3 is moderate deficit irrigation Same as below 表3 溫室黃瓜不同水分處理下各生育階段的灌水量 Table 3 Irrigation amount for different irrigaiton treatment in the different growing stage of greenhouse cucumber mm 季節(jié) Seasons 處理 Treatment 初期 Initial stage 發(fā)育期 Development stage 中期 Middle stage 后期 Later stage 總計 Total T1 10 92 8 132 696 6332 0 T2 10 73 1 110 580 5274 1 春夏季 Spring summer T3 10 53 4 88 4 64 4216 2 T1 10 44 94 6 37 8192 8 T2 10 33 3 71 0 28 4146 5 秋冬季 Autumn winter T3 10 23 1 47 3 19 0100 3 1 3 測定項(xiàng)目與方法 1 3 1 植株蒸騰 采用包裹式莖流計 Flow32 1k system Dynamax USA 監(jiān)測系統(tǒng)觀測黃瓜植株莖稈液流速率 分別于 5 月 13 日 6月 1 日和 6月 10 日 6月 29 日 春夏季 10 月 14 日 10 月 30 日和 11 月 15 日 11 月 28 日 秋 冬季 隨機(jī)選擇 4 8 株長勢良好無病蟲害的植株進(jìn)行 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2020年 86 測定 為避免土壤熱量干擾 莖流計探頭包裹在地表以 上 20 cm 處 為確保莖流計探頭與植株莖稈緊密接觸 莖流計傳感器類型為 SGA5 WS 所選探頭尺寸規(guī)格需滿 足黃瓜莖稈直徑要求 5 7 mm 18 采用 CR1000 數(shù)據(jù) 采集器 每 15 min 自動記錄 1 次數(shù)據(jù) 所采集的莖流量 通過黃瓜的種植密度換算為植株蒸騰量 1 3 2 光合速率及氣孔導(dǎo)度 采用便攜式光合作用 熒光測量系統(tǒng) GFS 3000 德 國 在溫室黃瓜每個生育階段測定黃瓜植株葉片的光合 速率和氣孔導(dǎo)度 同時使用外置紅藍(lán)光源 設(shè)置光強(qiáng)梯 度為 800 mol m 2 s 流速設(shè)定 750 mol m 2 s 春夏季 從 2018 年 3月至 7 月 秋冬季從 2017 年 9 月至 12 月 測量時間范圍在 08 00 18 00 時進(jìn)行 每隔 1 2 h測定 1 次 在測量時 每個處理隨機(jī)選取黃瓜植株生長良好 無病蟲害 且能充分接收日照的葉片 并且盡量保證所 選葉片空間取向和形狀相似 選取具有代表性的黃瓜植 株冠層上層第三片功能葉的中間位置進(jìn)行測定 為了避 免因溫室環(huán)境等條件的改變而引起的測量誤差 每次測 量時間控制在 30 min 以內(nèi)結(jié)束 1 3 3 果實(shí)產(chǎn)量指標(biāo)的測定 在果實(shí)成熟階段 每個處理取 4 個重復(fù) 每個重復(fù) 標(biāo)記 6 株 每次收獲時測量各處理黃瓜的果莖 果長及 鮮質(zhì)量 并計算各處理的產(chǎn)量 1 3 4 土壤體積含水率的測定 土壤體積含水率采用土壤水分 溫度及鹽分傳感器 Hydra Probe TSL11300 Stevens 進(jìn)行觀測 選擇最能 代表作物根系附近土壤水分狀況 滴灌系統(tǒng)相鄰滴頭的 中間位置 12 將傳感器探頭埋置于地表下 10 cm 處 由 CR1000 數(shù)據(jù)采集器記錄每 10 min 觀測結(jié)果 1 3 5 水分利用效率 水分利用效率 Water Use Efficiency WUE 是指植物 消耗單位蒸騰蒸發(fā)量所產(chǎn)生的作物光合作用量或生長 量 也有研究將其定義為每消耗單位水量所產(chǎn)作物果實(shí) 的鮮果質(zhì)量 將 WUE作為評價作物生長適宜程度的綜合 生長發(fā)育指標(biāo) 可用公式 1 計算溫室黃瓜滴灌條件下 不同灌水處理的 WUE 19 WUE Y ET c 1 式中 WUE 表示水分利用效率 kg m 3 Y 表示產(chǎn)量 kg hm 2 ET c 表示作物生育階段的耗水量 mm ET c 用水量平衡公式計算如下 ET c W P r I S G D p 2 式中 W 表示計算時段內(nèi) 30 cm 深度內(nèi)土壤儲水量變化 量 mm P r 表示計算時段內(nèi)降雨量 mm 由于溫室內(nèi) 無降雨量 此項(xiàng)忽略不計 I 表示計算時段內(nèi)的灌水量 mm S G 表示計算時段內(nèi)地下水的補(bǔ)給量 由于本次試驗(yàn) 灌溉方式為滴灌 且該區(qū)域地下水埋深較大 故 S G 及深 層滲漏量 D p 也忽略不計 2 結(jié)果與分析 2 1 不同灌水處理下黃瓜根系層土壤水分的變化規(guī)律 圖 1 為春夏季與秋冬季溫室黃瓜在不同灌水處理下 根系層土壤體積含水率的變化特征 a 春夏季 a Spring summer b 秋冬季 b Autumn winter 圖1 不同灌水處理溫室黃瓜根系層土壤體積含水率變化 Fig 1 Variation of soil moisture in root layer of greenhouse cucumber in different irrigation treatments 生長初期不設(shè)置水分處理 為確保植株的成活率 定植時灌水 1 次 黃瓜植株在生長初期耗水量較小 初 始土壤體積含水率無明顯差異 春夏季和秋冬季分別從 播種后天數(shù)為 32 和 25 d開始進(jìn)行不同灌水處理 春夏季 黃瓜育苗時間在 3 月 氣溫較低限制了黃瓜幼苗的生長 而秋冬季的育苗時間在 8 月 氣溫較高 對于喜熱的黃 瓜植株能快速生長 所以春夏季黃瓜灌水處理的開始時 間較秋冬季遲 如圖 1 所示 春夏季和秋冬季分別在播 種 32 和 25 d后 隨著灌溉次數(shù)和耗水量的增加 不同灌 水處理的土壤體積含水率開始出現(xiàn)明顯的差異 T1 處理 的根系層土壤體積含水率明顯高于 T2 和 T3 處理 由于 春夏季灌水頻率較高 所以春夏季土壤體積含水率峰值 比秋冬季多 春夏季不同灌水處理土壤體積含水率最大 值均值分別為 0 408 0 324 和 0 288 cm 3 cm 3 最小值的 均值分別為 0 257 0 227 和 0 193 cm 3 cm 3 秋冬季不同 灌水處理土壤體積含水率最大值均值分別為 0 405 0 322 和 0 269 cm 3 cm 3 最小值的均值分別為 0 234 0 196 和 0 179 cm 3 cm 3 從進(jìn)行水分處理到溫室黃瓜試驗(yàn)結(jié)束 春 夏季和秋冬季 T1處理的土壤體積含水率均值分別為 0 339 和 0 337 cm 3 cm 3 T2 處理分別為 0 257和 0 265 cm 3 cm 3 T3 處理分別為 0 223和 0 237 cm 3 cm 3 春夏季 T1 處理的 土壤含水率均值分別比 T2 和 T3 高 24 2 和 34 2 P 0 05 秋冬季 T1 處理的土壤含水率均值分別比 T2 和 T3 高 21 3 和 29 7 P 0 05 由此發(fā)現(xiàn) 春夏季 各處理間土壤含水率的差異大于秋冬季 T2 和 T3 的均 值低于秋冬季 原因是秋冬季太陽輻射低于春夏季 氣 溫也低于春夏季 使得黃瓜作物的耗水受到了氣候因子 的抑制 第 9期 毋海梅等 溫室滴灌黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng) 87 2 2 溫室黃瓜莖流速率對不同程度水分脅迫的響應(yīng)特征 不同灌水處理下春夏季和秋冬季黃瓜作物生長中期 和后期的莖流速率日變化規(guī)律如圖 2 所示 隨著作物生 育期的推進(jìn) 黃瓜植株的莖流速率也隨之變化 當(dāng)作物 進(jìn)入生長中期 圖 2a 和 2c 植株葉面積指數(shù)和株高都 達(dá)到最大值 植株莖流速率也隨之達(dá)到峰值 不同灌水 處理下 春夏季溫室黃瓜生長中期莖流速率最大值分別 為 106 38 53 51 和 15 98 g h 生長后期分別為 42 52 30 71和 19 32 g h 秋冬季黃瓜生長中期分別為 104 21 51 56 和 19 90 g h 生長后期分別為 29 94 18 38 和 8 01 g h 春夏季黃瓜生長中期各灌水處理間莖流速率的 差值分別為 52 87 g h T1 和 T2 和 37 53 g h T2 和 T3 秋冬季分別為 52 56 g h T1 和 T2 和 31 66 g h T2 和 T3 楊再強(qiáng)等 20 對溫室番茄和 Yamane 等 21 對桃樹的 研究結(jié)果均顯示水分虧缺狀況下植株莖流量顯著降低 在黃瓜生長后期 春夏季各處理間莖流速率的差值分別 為 11 81 g h T1和 T2 和 11 39 g h T2 和 T3 秋冬 季差值分別為 11 56 g h T1 和 T2 和 10 28 g h T2 和 T3 從上述結(jié)果可以得出 灌水處理 水分脅迫 對黃 瓜生長中期莖流速率峰值的影響大于對生長后期的影響 主要是由于黃瓜進(jìn)入生長后期 黃瓜植株逐漸衰老 各灌 水處理黃瓜的生理機(jī)能下降 植株對水分需求量減少 在黃瓜生長中期和后期 選擇晴天 2018 年 5 月 18 日和 6月 19 日 和陰天 2018年 5月 21 日和 6月 20 日 2 種天氣狀況 對不同灌水處理下黃瓜植株莖流速率進(jìn)行 對比分析 如圖 2所示 不同灌水處理單株黃瓜莖流速率 的日變化規(guī)律相似 以秋冬季黃瓜生長中期 圖 2c 為例 晴天各灌水處理 T1 T2 和 T3 最大莖流速率值分別為 104 21 51 56 和 19 90 g h 陰天分別為 37 59 28 17 和 17 27 g h 晴天灌水處理間差值分別為 52 56 g h T1 和 T2 和 31 66 g h T2和 T3 陰天分別為 9 42和 10 91 g h 各灌水處理莖流速率的大小表現(xiàn)形式為 T1 T2 T3 晴天 陰天 且晴天各灌水處理間的差值比陰天更大 可以得出 水分虧缺抑制了黃瓜植株的莖流速率 在晴天尤為明顯 龔雪文等 17 研究不同灌水水平下單株番茄莖流速率的日 變化過程 發(fā)現(xiàn)充分和虧缺灌水處理的番茄莖流速率在晴 天差異最大 陰雨天較小 且滯后太陽輻射 1 h 與本文 研究結(jié)果一致 a 春夏季中期 a Middle stage of spring summer b 春夏季后期 b Later stage of spring summer c 秋冬季中期 c Middle stage of autumn winter d 秋冬季后期 d Later stage of autumn winter 圖2 不同灌水處理對黃瓜莖流速率的影響 Fig 2 Impacts of different irrigation treatments on stem flow rates of cucumbers 2 3 溫室黃瓜光合速率及氣孔導(dǎo)度對不同程度水分脅 迫的響應(yīng)特征 光合作用是植株利用外界能量和物質(zhì)合成自身需求 物質(zhì)的一項(xiàng)生理過程 它是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ) 在作物 生長的不同時期 水分虧缺對作物葉片的光合作用均產(chǎn)生 不同的影響 作物葉片氣孔是調(diào)節(jié)作物水熱平衡的重要通 道之一 而氣孔導(dǎo)度的大小直接影響到作物光合作用和蒸 騰作用 圖 3 分別為春夏季和秋冬季不同灌水處理下溫室 黃瓜生長中期光合速率與氣孔導(dǎo)度的日變化規(guī)律 生長中 期的觀測時間間隔為 1 h 觀測時間段為 08 00 18 00 如 圖 3所示 在黃瓜作物生長中期 葉片光合速率和氣孔導(dǎo) 度日變化規(guī)律呈雙峰型 春夏季和秋冬季黃瓜光合速率和 氣孔導(dǎo)度日變化趨勢基本相似 日變化趨勢也基本相似 不同種植季節(jié)各灌水處理葉片光合速率和氣孔導(dǎo)度的表 現(xiàn)形式均為 T1 T2 T3 由于土壤含水率的減小會直接導(dǎo) 致氣孔開度變小 葉片水勢升高及黃瓜葉面積減小 進(jìn)而 削弱了黃瓜葉片的光合速率 這一特征在 T3 水分處理上 體現(xiàn)最為明顯 胡笑濤等 23 研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)作物經(jīng)受水分虧缺 時 會在根區(qū)不斷產(chǎn)生脫落酸并經(jīng)由木質(zhì)部傳輸?shù)阶魑锶~ 片減小氣孔開度 進(jìn)而抑制作物葉片的蒸騰作用 春夏季黃瓜生長中期各處理光合速率的峰值出現(xiàn)在 12 00 和 15 00 左右 最大值出現(xiàn)在 15 00 左右 T1 T2 和 T3 處理下光合速率峰值分別為 22 09 20 38 和 14 03 mmol m 2 s 秋冬季各處理光合速率峰值出現(xiàn)在 11 00 和 14 00 左右 最大值出現(xiàn)在 14 00 左右 T1 T2 和 T3 處理下光合速率值峰值分別為 21 67 21 39 和 20 36 mmol m 2 s 春夏季黃瓜生長中期各處理氣孔導(dǎo)度 峰值出現(xiàn)在 11 00 和 14 00 左右 最大值出現(xiàn)在 14 00 左 右 T1 T2 和 T3 處理下峰值分別為 421 07 344 66 和 339 09 mmol m 2 s 秋冬季各處理光合速率峰值出現(xiàn)在 11 00 和 15 00 左右 最大值出現(xiàn)在 15 00 左右 T1 T2 和 T3 處理下峰值分別為 635 08 478 73 和 403 01 mmol m 2 s 春夏季 T1處理光合速率和氣孔導(dǎo)度 的最大值分別比 T2 和 T3 處理高 7 7 和 36 5 18 1 和 19 5 P 0 05 秋冬季 T1 處理光合速率和氣孔導(dǎo) 度的最大值分別比 T2 和 T3 處理高 1 73 和 6 0 24 6 和 36 5 P 0 05 且春夏季雙峰值比秋冬季峰值出現(xiàn) 時間推遲了 1 h 可能是因?yàn)榇合募局衅谔幱?5 月上旬 秋冬季處于 9月中旬 9 月相對于 5月太陽輻射較大 氣 溫較高 春夏季 13 00 與秋冬季 12 00 左右 由于中午氣 溫和太陽輻射達(dá)到最大值 葉片氣孔關(guān)閉 出現(xiàn)光合 午 休 現(xiàn)象 導(dǎo)致光合速率急速下降 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2020年 88 a 春夏季中期光合速率 a Photosynthetic rate at middle stage in spring summer b 秋冬季中期光合速率 b Photosynthetic rate at middle stage in autumn winter c 春夏季中期氣孔導(dǎo)度 c Stomatal conductance at middle stage in spring summer d 秋冬季中期氣孔導(dǎo)度 d Stomatal conductance at middle stage in autumn winter 圖3 不同灌水處理對溫室黃瓜中期光合速率和氣孔導(dǎo)度的影響 觀測間隔 1 h Fig 3 Impacts of different irrigation treatments on photosynthetic rates and stomatal conductances of greenhouse cucumber at middle stage observation interval 1 h 圖 4分別為春夏季和秋冬季不同灌水處理下溫室黃瓜 生長后期光合速率與氣孔導(dǎo)度的日變化規(guī)律 在生長后期 以 2 h 為測量時間尺度 觀測時間段為 08 00 18 00 如 圖 4 所示 在溫室黃瓜生長后期 當(dāng)測量時間尺度為 2 h 時 葉片光合速率和氣孔導(dǎo)度日變化規(guī)律呈現(xiàn)單峰型 春 夏季和秋冬季各灌水處理黃瓜葉片光合速率和氣孔導(dǎo)度 的日變化趨勢基本相似 不同種植季節(jié)各灌水處理黃瓜葉 片光合速率和氣孔導(dǎo)度的表現(xiàn)形式均為 T1 T2 T3 春 夏季和秋冬季黃瓜生長后期各處理光合速率和氣孔導(dǎo)度 的峰值均出現(xiàn)在 12 00 13 00 左右 春夏季黃瓜在不同灌 水處理下 T1 T2和 T3 光合速率最大值分別為 11 88 7 52和 5 48 mmol m 2 s 氣孔導(dǎo)度最大值分別為 219 58 182 08和 142 47 mmol m 2 s T1 T2和 T3 處理下秋冬季 黃瓜光合速率最大值分別為 9 87 5 79 和 3 95 mmol m 2 s 氣孔導(dǎo)度最大值分別為 177 63 151 34 和 121 26 mmol m 2 s 春夏季 TI 處理光合速率和氣孔導(dǎo) 度的最大值分別比 T2和 T3 處理高 36 7 和 53 9 17 1 和 35 2 P 0 05 秋冬季 TI 處理光合速率和氣孔導(dǎo)度 的最大值分別比 T2和 T3 處理高 41 33 和 59 7 14 8 和 31 7 P T2 T3 如圖所示 春 夏季各處理日均 ET c 基本呈上升趨勢 主要是由于溫室 內(nèi)氣溫的升高導(dǎo)致黃瓜 ET c 增大 在溫室黃瓜生長發(fā)育 期 春夏季 T1 T2 和 T3 處理下的日均 ET c 的變化范 圍分別為 2 35 3 36 2 02 2 51 和 1 57 1 97 mm d 該生長階段不同灌水處理下日均 ET c 增長緩慢 且各處 理間差異較小 在黃瓜生長中期 T1 T2 和 T3 處理 下日均 ET c 變化范圍分別為 3 44 6 66 2 87 5 55 和 2 30 4 44 mm d 該生長階段隨著氣溫的升高 作物 ET c 也隨之增大 在黃瓜生長后期 T1 T2 和 T3處理 下日均 ET c 的變化范圍分別為 3 43 5 64 2 86 4 70 和 2 23 3 76 mm d 秋冬季各處理日均 ET c 變化趨勢和春夏季類似 不 同的是秋冬季的日均 ET c 普遍低于春夏季 主要原因是 秋冬季 10 12月份 溫室內(nèi)氣溫逐漸降低 對于喜熱 的黃瓜作物 植株生長受到低氣溫的影響 使得日均 ET c 減小 秋冬季黃瓜生長發(fā)育期 秋冬季 T1 T2和 T3處 理下日均 ET c 變化范圍分別為 2 02 3 35 1 62 2 53 和 1 13 1 68 mm d 在黃瓜生長中期 T1 T2 和 T3 處理下日均 ET c 的變化范圍分別為 2 47 3 85 2 05 2 89 和 1 40 1 92 mm d 該階段由于氣溫的迅速降低使 得黃瓜的 ET c 增長變緩慢 增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于春夏季 在黃瓜生長后期 T1 T2 和 T3日均 ET c 變化范圍分別 為 1 71 2 92 1 29 2 38 和 0 87 1 70 mm d 該階段 由于氣溫很低 日均 ET c 也隨之降低 在作物生長中期 T1處理的 ET c 分別達(dá)到最大 春夏季為 6 66 mm d 秋 冬季為 3 85 mm d 第 9期 毋海梅等 溫室滴灌黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率對水分脅迫的響應(yīng) 89 a 春夏季 a Spring summer b 秋冬季 b Autumn winter 圖5 不同種植季節(jié)溫室黃瓜不同灌水處理日均 ET c 的變化 Fig 5 Variations of daily average ET c of greenhouse cucumber for different irrigation treatments at different planting seasons 2 5 不同灌水處理對溫室黃瓜產(chǎn)量 耗水量及 WUE 的影響 不同程度水分虧缺對作物各生育階段生長發(fā)育產(chǎn)生 不同的影響 最終反映在作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和 WUE上 在 對溫室栽培管理技術(shù)的研究中 產(chǎn)量和 WUE 是確定準(zhǔn)確 灌水量的決定性因素 溫室黃瓜不同種植季節(jié)各灌水處 理下黃瓜的產(chǎn)量 耗水量及 WUE 如表 4所示 由表可知 隨著溫室黃瓜灌水量的減少 黃瓜耗水量 產(chǎn)量和 WUE 均呈降低趨勢 春夏季溫室黃瓜的產(chǎn)量 耗水量和 WUE 分別為 51 062 104 598 kg hm 2 216 22 331 99 mm 和 23 61 31 50 kg m 3 秋冬季溫室黃瓜的產(chǎn)量 耗水量和 WUE 分別為 16 295 62 586 kg hm 2 100 29 192 77 mm 和 16 25 32 47 kg m 3 各灌水處理間產(chǎn)量 耗水量和 WUE 差異顯著 P T2 T3 且各處理間的差異較作物生長初 期更為顯著 表明在作物生長中 后期水分虧缺對產(chǎn)量 的影響更顯著 表4 不同處理黃瓜的產(chǎn)量 耗水量及水分利用效率 Table 4 Cucumber yield evapotranspiration and water use efficiency of cucumber for different treatments 季節(jié) Seasons 灌水處 理 Irrigation treatment 產(chǎn)量 Yield kg hm 2 耗水量 Evapotranspiration mm 水分利用效率 Water use efficiency kg m 3 T1 104 598a 331 99a 31 50a T2 81 625b 274 11b 29 78b 春夏季 Spring summer T3 51 062c 216 22c 23 61c T1 62 586a 192 77a 32 47a T2 28 694b 146 45b 19 59b 秋冬季 Autumn winter T3 16 295c 100 29c 16 25c 注 同列不同小寫字母表示同季節(jié)不同處理間差異達(dá)到顯著水平 P 0 05 下同 Note Different lowercase letters at same column indicate significant difference among treatments for same season P 0 05 Same below a 春夏季 a Spring summer b 秋冬季 b Autumn winter 注 不同小寫字母表示相同生育期不同處理間差異達(dá)到顯著水平 P 0 05 Note Different lowercase letters at same column indicate significant difference among treatments for same growing stage P 0 05 圖6 不同灌水處理下各生育期黃瓜產(chǎn)量的對比 Fig 6 Comparison of cucumber yield at each growth stage under different irrigation treatments 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報 http www tcsae org 2020年 90 2 6灌水處理對溫室黃瓜產(chǎn)量形成過程的影響 通過監(jiān)測不同灌水處理下春夏季和秋冬季溫室黃瓜 的平均單果質(zhì)量 果莖 果長 單株坐果數(shù)和果實(shí)畸形 比例等數(shù)據(jù) 分析黃瓜植株及果實(shí)對不同程度水分虧缺 的響應(yīng)規(guī)律 見表 5 由表可見 春夏季和秋冬季結(jié)果相 似 溫室黃瓜平均單果質(zhì)量 果莖 果長和單株坐果數(shù)均 隨灌水量的減小而降低 各處理間單果質(zhì)量差異較大 單 株坐果數(shù)隨灌水量的增加而增多 T1 與 T2 T3 處理的 單株坐果數(shù)有顯著差異 T2 與 T3 處理間的差異性不顯 著 不同生長階段的水分虧缺都會導(dǎo)致黃瓜果實(shí)畸形比 例的增大 不同處理黃瓜果實(shí)畸形比例以 T3 最高 T2 次之 T1 最低 作物生長中 后期是黃瓜發(fā)育成型及成 熟的重要時期 對水分需求量較大 過多的水分虧缺會 導(dǎo)致黃瓜果實(shí)難以成型 最終導(dǎo)致黃瓜果實(shí)畸形及壞死 表5 灌水處理對黃瓜產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響 Table 5 Impacts of irrigation treatments on cucumber yield and its componen