灌溉定额对喷灌菜心生长的影响范文

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《灌溉排水学报》2016年第11期

摘要：

为研究不同灌溉定额对菜心生长及光合特性的影响，以四九菜心为试验材料，设3个喷灌定额，分别为780m3/hm2（T1）、675m3/hm2(T2)、600m3/hm2(T3)。结果表明，处理T2植株株高分别比T1、T3处理显著增加13.5%和20.7%（P<0.05），但T1与T3处理差异不显著；T1、T2和T3处理植株茎粗差异显著，且T2处理比T1和T3处理分别增大10.1%、25.2%(P<0.05)。菜心叶片净光合速率(Pn)与蒸腾速率(Tr)日变化均呈双峰曲线，T1、T2、T3处理的日均Pn差异显著，且T2处理比T1和T3处理分别增加12.4%、36.0%(P<0.05)；T2处理的日均Tr显著高于T1与T3处理，并且分别增加18.4%和32.3%(P<0.05)。不同处理气孔导度均呈前高后低的波浪曲线，T2处理的日均Gs比T1、T3处理分别显著增大17.3%、37.8%（P<0.05），但T1与T3处理无显著差异。T2处理胞间CO2摩尔分数日均值显著低于T1、T3处理，分别减少17.9%和29.2%(P<0.05)，而T1与T3处理无显著差异。T2处理叶片水分利用效率最高，日均值达到2.22μmol/mmol，比T1处理增大2.3%，比T3处理增大8.8%(P<0.05)。大田喷灌条件下，灌溉定额对菜心的生长与光合生理日变化影响显著（P<0.05），675m3/hm2为研究区适宜灌溉定额。

关键词：

喷灌；灌溉定额；菜心；生长；光合特性

0引言

目前，渠灌区灌溉水利用率只有40%左右，井灌区也只有约60%，每立方米水生产粮食不足1kg[1]。西部干旱区，水资源匮乏状况严峻，制约着现代农业的发展。如何提高作物水分利用效率、发展节水农业成为目前的研究热点。唐光木等[2]研究表明，不同灌溉定额下套播玉米茎粗、株高、叶面积和SPAD随灌溉定额的增加而增大，产量及产量构成要素随灌溉定额的增加而增大，但超过一定的灌溉定额，则无显著提高。郑国保等[3]研究指出随着灌水量的增加，设施茄子叶片蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2摩尔分数先减少后增加。郑睿等[4]研究认为土壤水分亏缺会导致葡萄叶片气孔导度、蒸腾速率及光合速率下降，而施氮量的增加能消减其下降趋势。关于灌水对作物生长、产量、光合特性及水分利用效率的影响在水稻[5]、小麦[6]、玉米[7]、马铃薯[8]等作物上已有大量研究。菜心(BrassicacampestrisL.ssp.chinensisvar.utillisTsenetLee.)又称菜薹，为十字花科芸薹属1、2a年生草本植物，是我国的特产蔬菜[9]，可周年生产，既适合内销，又可出口。品质脆嫩，营养丰富[10]，被视为名贵蔬菜。喷灌有显著的省水、省工、少占耕地、不受地形限制、灌水均匀和增产等优势,还能改善田间小气候，属先进的田间灌水方式。目前，喷灌对蔬菜类作物的生长和生理特性的影响研究相对较少。为此，研究喷灌不同灌溉定额对菜心生长及光合特性的影响，为宁夏引黄灌区蔬菜作物节水灌溉发展提供一定理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验在宁夏惠农区东永固村菜心种植基地（106º40′23.79″E，39º05′02.14″N，海拔1092.40m）进行。试验田地势平坦、肥力均匀，质地为沙壤土，土壤体积质量为1.41g/cm3，田间持水率为22.37%。耕层土壤有机质质量分数为8.58g/kg，速效氮、速效磷（P2O5）、速效钾(K2O)质量分数分别为43.2、7.1、294.75mg/kg，pH值为9.10,全盐量为0.84g/kg。

1.2试验设计

水源主要为引黄水和井水。灌溉方式为喷灌，喷头全圆喷洒，喷头射程9m，喷头正方形布置，间距7m×7m。机房卧式管道泵流量93.5m3/h，扬程44m，电机额定功率为18.5kW。在相同施肥、喷灌次数下，依当地多年菜心种植丰产经验设3个灌溉定额为780m3/hm2（T1处理）、675m3/hm2（T2处理）、600m3/hm2（T3处理），分别对应3个面积相同且互不影响的小区，小区面积均为0.15hm2，每处理2次重复。生育期喷灌22次。供试菜心品种为四九菜心，于2015年7月17日播种，人工播撒，播种量7.5kg/hm2，2015年8月18日采收。播种前，结合整地施以同量的农家肥（鸡屎肥12000kg/hm2）作为底肥，生长期间都施750kg/hm2的复合肥料（总养分≥35%，N、P、K质量比为17∶5∶10）。施肥和病虫害防治与当地相同。

1.3测定内容与分析方法

采用TDR测量各小区0~20、20~40、40~60、60~80cm土层土壤含水率，每日观测，灌水或降雨前后需加测1次。每小区分别在8月7日（播后22d）、8月12日(播后27d)、8月17日（播32后d）随机取60株菜心测定株高、茎粗。株高用直尺测量，茎粗用精度0.02mm游标卡尺测量。采用Li-6400型便携式光合测定仪于8月16（播后31d，晴朗无云）测定菜心叶片光合指标，包括净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）和胞间CO2摩尔分数（Ci）等指标的日变化。所有测定项目都在08:00—18:00之间进行，每隔2h测定1次。每个小区选取生长状况大致相同的3个植株，每株上分别选取生长良好的2片叶测定，测定前对叶片做好标记。所有处理待测指标日变化在1h内完成。菜心叶片水分利用效率（wateruseefficiency，简称WUE）采用公式WUE=Pn/Tr计算。数据分析和图表绘制采用Excel2007，方差与显著性分析采用SPSS20.0。数据用平均值±标准差来表示。

2结果与分析

2.1不同灌溉定额对土壤水分的影响

从图1可知，不同灌溉定额的土壤含水率差异显著，整个生育期T1处理土壤平均含水率为31.3%（体积含水率，下同），达田间持水率99%；T2处理土壤平均含水率为25.9%，达到田间持水率82%；T3处理土壤平均含水率为21.3%，为田间持水率的68%。

2.2不同灌溉定额对菜心生长的影响

表1为灌溉定额对菜株高、茎粗的影响。由表1可以看出，播种后22d，T1和T2处理株高差异不显著，但均显著高于T3处理；播后27d，T1、T2、T3处理植株株高差异显著，且T2处理＞T1处理＞T3处理；播后32d,T2处理比T1处理植株显著高13.5%，比T3处理显著高20.7%，但T1与T3处理差异不显著。播后22d，T1与T3处理植株茎粗无显著差异，T2处理显著大于T1和T3处理，分别增加9.3%和16.1%；播后27d，T2与T1处理植株茎粗无显著差异，但都显著大于T3处理；播后32d，T1、T2和T3处理之间植株茎粗差异显著，且T2处理比T1和T3处理分别增加10.1%和25.2%。

2.3不同灌溉定额对菜心光合特性的影响

2.3.1净光合速率（Pn）日变化规律

不同处理下菜心叶片Pn日变化均呈双峰曲线（图2），峰型大致相同，峰值、波谷值出现的时刻一致，并且均出现较为明显的“午休”现象。上午随光强的增加Pn逐渐增大，下午随着光强的减弱而逐渐减小，16:00后迅速降低。上午峰值出现在12:00，下午峰值出现在16:00点左右，波谷值出现在14：00。T1、T2和T3处理的日均Pn差异显著，T2比T1处理增加12.4%，比T3处理增加36.0%（表2）。

2.3.2蒸腾速率(Tr)日变化规律

不同处理下菜心叶片Tr日变化大致相同，为双峰曲线(图3)，全日Tr峰值上午在09:00—10:00之间，下午峰值在15:00—16:00之间，波谷值出现在12:00左右，即在该时刻均出现“午休”现象。T2处理上午最大Tr为10.75mmol/（m2•s），下午最大为10.51mmol/（m2•s）。T2处理的日均Tr显著高于T1与T3处理，分别增加18.4%和32.3%（表2）。

2.3.3气孔导度(Gs)日变化规律

气孔导度是反映气孔运动的一项重要生理指标。从图4可知，不同处理Gs均呈前高后低的波浪曲线。所有处理的Gs上午最大值均在09:00—10:00之间，下午最大值在14:00—15:00之间(但T3处理最大值在16：00，可能因细胞缺水延迟了到达最高点的时间)。T2处理上午峰值为0.972mol/（m2•s），下午峰值为0.8742mol/（m2•s）。从表2可以看出，T2处理的Gs日均值比T1处理显著增加17.3%，比T3处理显著增加37.8%，但T1与T3处理无显著差异。可见，在一定范围内，适度增加灌水定额有利于菜心叶片气孔开放，进而增加菜心叶片对田间CO2的利用，提高光合作用效率，促进作物蒸腾。

2.3.4胞间CO2摩尔分数（Ci）日变化规律

图5为不同处理叶片胞间CO2摩尔分数日变化。从图5可以看出，不同处理间Ci变化规律相同，均呈前低后高的凹型曲线，并且与Pn变化趋势相反，早晨随光强的增大慢慢减小，中午到达最低点，下午随着光强的减弱又逐渐增大。可能是因为夜间叶片呼吸作用释放的CO2聚集在细胞间隙，使得胞间CO2摩尔分数较高。早晨随光合作用增强CO2同化速率加快，胞间CO2摩尔分数渐降低，12:00左右降到最低点，之后由于光合作用减弱而逐渐回升。从表2可以看出，T2处理的日均Ci显著低于T1和T3处理，分别减少17.9%和29.2%，T1与T3处理无显著差异，T2处理＞T1处理，可能是因为灌水定额过大导致光合作用减弱，呼吸作用逐渐增强。

2.4不同灌溉定额对菜心叶片WUE的影响

植物的WUE反映了CO2同化作用和水分消耗的关系，为瞬时叶片Pn与Tr的比值。其大小不仅受植物根、茎、叶组织生物结构特征的影响，同时还受气象因子及土壤水分等环境因子的影响。表3为不同处理对菜心叶片水分利用效率的影响。从表3可以看出，菜心各处理WUE在12:00达到最大值，上午随光照强度的增大呈上升趋势，下午则随光照强度的减弱呈递减趋势。T2处理的WUE日均值比T1处理增大2.3%，比T3处理增大8.8%。

3结论

1）不同灌溉定额对菜心生育期内土壤含水率影响显著。适宜的灌溉定额可以减少灌溉用水量，同时能显著促进作物株高和茎粗的生长。株高和茎粗是菜心作为可食蔬菜商品的重要指标。

2）不同灌溉定额对菜心光合生理指标有重要影响。适当增加灌水量能够促进菜心生长，提高菜心叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度，降低胞间CO2摩尔分数。过量灌水对菜心生长效应不明显，并且会导致净光合速率、蒸腾速率、气孔导度降低，胞间CO2摩尔分数升高。菜心叶片净光合速率日变化与蒸腾速率日变化均呈双峰曲线，胞间CO2摩尔分数变化趋势与净光合速率变化趋势相反。

3）T2处理水分利用效率（WUE）最高，日均值达到2.22μmol/mmol，比T1处理增大2.3%，比T3增大处理8.8%。灌溉定额675m3/hm2为试验区及相似地区菜心节水高效生产的适宜灌溉定额。

参考文献：

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作者:胡优 田军仓 单位:宁夏大学土木与水利工程学院 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心 旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心