胡德勇，姚幫松，SU Ninghu，沈　維

( 1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，長沙　410128；2.澳大利亞詹姆斯庫克大學(xué)，湯斯維爾市州　Q4810 )

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增氧灌溉對秋黃瓜根系生長的影響

胡德勇1，姚幫松1，SU Ninghu2，沈維1

( 1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，長沙410128；2.澳大利亞詹姆斯庫克大學(xué)，湯斯維爾市州Q4810 )

為了探明增氧灌溉對作物根系生長的影響，以大棚秋黃瓜為研究對象，采用增氧灌溉技術(shù)進(jìn)行大棚盆栽試驗(yàn)研究。結(jié)果表明：從幼苗期到結(jié)瓜期，秋黃瓜的主根長、須根數(shù)、鮮根質(zhì)量、干根質(zhì)量對比結(jié)果均為T1>T2>CK，且T1與CK相比，3個階段的主根長分別高出35.37%、50.13%、46.23%，須根數(shù)分別增加142.25%、14.66%、65.89%，鮮根質(zhì)量分別提高80.93%、45.75%、22.30%，干根質(zhì)量分別增長125.81%、19.67%、64.12%?？梢姡酌缙诤?，加大對秋黃瓜耕作層土壤氧氣補(bǔ)給力度，更有利于秋黃瓜根系生長。

增氧灌溉；秋黃瓜；根系

國內(nèi)外部分學(xué)者[1-6]研究認(rèn)為，不通氣的土壤或者土壤的氧氣不足是作物生長的主要限制因子之一，土壤通氣能促進(jìn)作物根部的新陳代謝，增加作物的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改善作物的品質(zhì)，增加作物的產(chǎn)量。增氧灌溉通過增加灌溉水中氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，改善作物灌溉后根系出現(xiàn)的供氧不足以及缺氧癥的根區(qū)生長環(huán)境，保障根系生長的功能、土壤微生物的活動及礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高水肥的利用效率[2-3]。本研究利用增氧灌溉原理與技術(shù)，對秋黃瓜不同生育階段進(jìn)行不同根際通氣處理試驗(yàn)，通過對其根系生長主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)的比較研究，探明增氧灌溉對秋黃瓜根系生長的影響，為優(yōu)化和改善秋黃瓜的土壤生長環(huán)境和栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地玻璃大棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)品種為山東省農(nóng)科院蔬菜研究所生產(chǎn)的“露地生金”牌秋黃瓜。供試土壤為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥，取耘園基地大田內(nèi)土壤耕作層熟土，其基本理化性狀為土壤pH 6.03，田間持水率40.59%，有機(jī)質(zhì)、全N、全P和全K質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為17.74 g·kg-1、1.51 g·kg-1、191 g·kg-1、13.03 g·kg-1，堿解N、速效P和速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為219.14 mg·kg-1、5.65 mg·kg-1、201.88 mg·kg-1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個處理，處理1(T1)為早(6：00)中(12:00)晚(18:00)3次增氧灌溉，處理2(T2)早上(6:00)一次增氧灌溉，處理3為對照組(CK)，單盆直徑23 cm，高30 cm，每盆裝土6 kg，每處理36盆，共108盆。8月22日播種，將秋黃瓜生育期分為發(fā)芽期(8月22日至8月29日)、幼苗期(8月30日至9月14日)、初花期(9月15日至10月7日)、結(jié)瓜期(10月8日至11月12日)4個階段，每盆播種6粒，幼苗期過后間苗，每盆留苗1株。用自制增氧灌溉設(shè)備(專利號ZL201320187007.X)對土壤根際不同氧氣環(huán)境進(jìn)行控制，每次增氧灌溉都要使得土壤中氧氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到或接近大氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用土壤通氣性測定儀(DIK-5001)監(jiān)控增氧過程。病蟲草害及其他田間管理與當(dāng)?shù)芈短煸耘嘞嗤?1月12日收獲。

1.3取樣及測定項(xiàng)目

鮮根和干根質(zhì)量在室內(nèi)用Setra EL-4100電子稱測定，鮮根質(zhì)量直接測定，干根質(zhì)量待樣品殺青烘至恒質(zhì)量后測定(烘干時首先放入101-2型恒溫干燥箱中用105 ℃殺青10 min，再調(diào)溫至80 ℃烘24 h)。

根數(shù)用根袋法測定[8]，用清水洗凈，盡量保持根系完整。

以上鮮根和干根質(zhì)量及根數(shù)的測定，均為每處理每個生長發(fā)育階段末期隨機(jī)取樣3株進(jìn)行。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用DPS 7.05專業(yè)版和Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1增氧灌溉對大棚秋黃瓜主根長的影響

由圖1可知，T1、T2與CK相比，對秋黃瓜不同生育時期主根長度有顯著影響，方差分析達(dá)到顯著或極顯著水平，雖然發(fā)芽期T1的根長小于CK，僅為CK的67.58%，但是T2的根長大于CK，高出CK 12.47%，這一方面說明幼苗期根系生長需要較好的根際氧環(huán)境，T2每天增氧灌溉1次對幼苗主根生長有利，但另一方面也說明T1加氧次數(shù)過多可能導(dǎo)致耕作層土壤擾動較大，從而影響幼根生長。從幼苗期開始到結(jié)瓜期3個階段主根長度生長趨勢漸趨一致，對比結(jié)果均為T1>T2>CK，且T1與CK相比，3個階段分別高出35.37%、50.13%、46.23%，T2與CK相比，3個階段分別高出8.44%、20.72%、6.56%，說明從幼苗期后，加大對秋黃瓜耕作層土壤氧氣補(bǔ)給力度，更有利于秋黃瓜主根生長。而且不同生育時期影響程度也各不相同，從3個處理根長數(shù)據(jù)對比分析來看，T1對幼苗期、初花期和結(jié)瓜期根長的影響較大，T2對發(fā)芽期影響較大?？梢?，增氧灌溉對秋黃瓜各生育期主根生長均有促進(jìn)作用。

2.2增氧灌溉對大棚秋黃瓜須根數(shù)的影響

由圖2可知，T1、T2與CK相比，對秋黃瓜不同生育時期須根數(shù)量有顯著影響，影響的趨勢與主根長基本一致，方差分析達(dá)到顯著或極顯著水平。發(fā)芽期T1、T2的根數(shù)均小于CK，為CK的46.32%和89.02%，且T1T2>CK，且T1與CK相比，3個階段分別高出142.25%、14.66%、65.89%，T2與CK相比，3個階段分別高出59.27%、9.68%、10.40%，說明從幼苗期后，加大對秋黃瓜耕作層土壤氧氣補(bǔ)給力度，更有利于秋黃瓜根系生長。而且不同生育時期影響程度也各不相同，從3個處理不同生育期根數(shù)對比分析來看，T1對幼苗期、初花期和結(jié)瓜期根長的影響較大，且對幼苗期須根生長的影響最為明顯，其次為結(jié)瓜期，這也與增氧灌溉利于秋黃瓜幼苗根系生長，從而提高壯苗指數(shù)相符合，同時結(jié)瓜期的影響明顯應(yīng)該與增氧灌溉增強(qiáng)根系活力有密切關(guān)系。因此，說明增氧灌溉對秋黃瓜各生育期根系生長均有促進(jìn)作用，而且還有利于增強(qiáng)根系活力。

圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05),不同大寫字母表示處理間差異極顯著(P<0.01),下同。

Lowercase letters in Fig show significant difference at level ofP<0.05，uppercase letters show very significant difference at level ofP<0.01,the same as below．

圖1不同處理下秋黃瓜不同生育時期根長的變化

Fig.1Changes of different treatments on length of autumn

cucumber main root at different growth stages

圖2　不同處理下秋黃瓜不同生育時期須根數(shù)的變化

2.3增氧灌溉對大棚秋黃瓜鮮根質(zhì)量的影響

由圖3可知，T1、T2與CK相比，對秋黃瓜不同生育時期鮮根質(zhì)量也有顯著影響，影響的趨勢與主根長和根數(shù)基本一致，方差分析達(dá)到顯著水平。發(fā)芽期T1的鮮根質(zhì)量小于T2和CK(T2和CK基本一致)，為CK的66.28%，這也進(jìn)一步說明加氧次數(shù)過于頻繁可能導(dǎo)致耕作層土壤擾動較大，從而影響幼根生長；從幼苗期開始，初花期和結(jié)瓜期3個階段鮮根質(zhì)量增加趨勢漸趨于一致，均表現(xiàn)為T1>T2>CK，且T1分別高出CK 80.93%、45.75%、22.30%，T2分別高出CK 46.19%、0.59%、12.69%，說明從幼苗期后，加大對秋黃瓜耕作層土壤氧氣補(bǔ)給力度，更有利于秋黃瓜根系生長，而且不同生育時期影響程度也各不相同，從3個處理根數(shù)對比分析來看，T1對幼苗期、初花期和結(jié)瓜期鮮根質(zhì)量的影響較大，且對幼苗期鮮根質(zhì)量的影響最為明顯，其次為初花期、結(jié)瓜期，這也與增氧灌溉利于秋黃瓜幼苗根系生長，從而提高壯苗指數(shù)相符合。因此，再次說明增氧灌溉對秋黃瓜各生育期根系生長有促進(jìn)作用。

圖3　不同處理下秋黃瓜不同生育時期鮮根質(zhì)量的變化

2.4增氧灌溉對大棚秋黃瓜干根質(zhì)量的影響

由圖4可知，T1、T2和CK相比，對秋黃瓜不同生育時期干根質(zhì)量也有顯著影響，影響的趨勢與主根長、根數(shù)和鮮根質(zhì)量基本一致，方差分析達(dá)到顯著或極顯著水平。發(fā)芽期T1、T2的干根質(zhì)量均小于CK，分別為CK的49.68%和82.99%，進(jìn)一步說明加氧過程過于頻繁可能導(dǎo)致耕作層土壤擾動較大，從而影響幼根生長；從幼苗期開始，初花期和結(jié)瓜期3個階段，T1的干根質(zhì)量增加優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，均高于T2和CK，且T1與CK相比，分別高出125.81%、19.67%、64.12%，T2與CK相比，分別高出28.71%、3.28%、39.41%，說明從幼苗期后，加大對秋黃瓜耕作層土壤氧氣補(bǔ)給力度，更利于秋黃瓜根系生長和干物質(zhì)的積累。

圖4　不同處理下秋黃瓜不同生育時期干根質(zhì)量的變化

2.5增氧灌溉對大棚秋黃瓜根系干鮮比的影響

由圖5可知，不同處理對秋黃瓜不同生育時期根系干鮮比也有顯著影響，方差分析達(dá)到顯著水平。不同處理4個生育時期的根干鮮比分別為T1，4.89%、16.39%、5.91%、5.49%；T2，5.32%、12.46%、7.39%、5.06%；CK，6.53%、13.14%、7.19%、4.09%；從不同處理不同生育時期干鮮比的絕對比率來看，不同處理?xiàng)l件下秋黃瓜根系干鮮比最大值均在幼苗期，其次為初花期；從不同處理不同生育時期干鮮比的對比來看，發(fā)芽期CK>T2>T1，幼苗期T1>T2> CK，初花期T2>CK>T1，結(jié)瓜期T1>T2>CK；從根系干物質(zhì)積累來看，4個生育時期的最佳處理分別為發(fā)芽期CK，幼苗期T1，初花期T2，結(jié)瓜期T1。

圖5　不同處理下秋黃瓜不同生育時期根系干鮮質(zhì)量比

2.6不同處理對大棚秋黃瓜根系生長的綜合分析

如表1所示，綜合秋黃瓜主根長、須根數(shù)、鮮根質(zhì)量、干根質(zhì)量、干鮮比等根系農(nóng)藝性狀指標(biāo)特性分析，秋黃瓜4個生育時期較好的處理分別為：發(fā)芽期CK，幼苗期T1，初花期T1，結(jié)瓜期T1。

表1　秋黃瓜不同生育期不同根系指標(biāo)的最佳處理

3　討論與小結(jié)

國外學(xué)者[1-7]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，作物常因根際土壤中氣相比例低，或土壤氣體中CO2濃度高而O2濃度低，都會影響作物根系的吸收及生長發(fā)育，進(jìn)而影響作物地上部的生長發(fā)育。國內(nèi)學(xué)者[8-15]分別以馬鈴薯、水稻、菠蘿、甜瓜等為研究對象，通過機(jī)械增氧、化學(xué)增氧等不同的通氣試驗(yàn)，設(shè)計(jì)的不同處理的產(chǎn)量、農(nóng)藝特性和生理特性都得到具有顯著差異的結(jié)論。本研究結(jié)果表明， T1和T2處理與CK相比，對秋黃瓜不同生育時期主根長度、須根數(shù)量、鮮根質(zhì)量、干根質(zhì)量及根系干鮮比有顯著影響。從研究結(jié)果來看，幼苗期后，加大對秋黃瓜耕作層土壤氧氣補(bǔ)給力度，更有利于秋黃瓜根系生長，有利于秋黃瓜根系干物質(zhì)的積累和根系活力的增強(qiáng)。綜合秋黃瓜主根長、須根數(shù)、鮮根質(zhì)量、干根質(zhì)量、干鮮比等根系農(nóng)藝性狀指標(biāo)特性分析，秋黃瓜4個生育時期較好的處理分別為：發(fā)芽期CK，幼苗期T1，初花期T1，結(jié)瓜期T1。

顏啟傳[16]研究認(rèn)為，種子發(fā)芽時有氧呼吸特別強(qiáng)烈，需要充足的氧氣供應(yīng)，而且一些酶的活動也需要氧氣參與，當(dāng)種子吸水時，隨吸水量增加，其需氧量也增加，當(dāng)種子處于吸水停滯期，耗氧量相對穩(wěn)定，但當(dāng)胚根突破種皮時，其需氧量又急劇增加。因此，如果發(fā)芽期供氧不足，種子進(jìn)入缺氧呼吸，產(chǎn)生醇、酸類物質(zhì)，就會使得種子的發(fā)芽率下降。而本研究結(jié)果表明，發(fā)芽期T2好于T1，說明秋黃瓜幼苗期根系生長需要較好的根際氧環(huán)境，但機(jī)械氣態(tài)增氧方式過多可能導(dǎo)致耕作層土壤擾動較大，從而影響幼根生長。所以，對幼苗階段增氧灌溉的方式還有待于進(jìn)一步研究。

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Corresponding authorYAO Bangsong,male,professor.Research area:efficient utilization of agricultural water.E-mail:yaobangsong@sohu.com

(責(zé)任編輯：潘學(xué)燕Responsible editor:PAN Xueyan)

Efects of Aerated Irrigation on Growth of Autumn Cucumber Root

HU Deyong1,YAO Bangsong1,SU Ninghu2and SHEN Wei1

(1.College of Engineering,Hunan Agricultural University,Changsha410128,China;2.James Cook University,Australia TownsvilleQ4810,Australia)

Taking autumn cucumber as research object, we used aerobic irrigation technology and greenhouse pot experiment to study the effects aerobic irrigation on autumn cucumber root. The results showed that there was a significant effect on the growth of autumn cucumber root at different stages. From the seedling stage to the cucumber formation, the control result in the length of root,the number of fibrous root,the fresh mass of root,the dry mass of root was in the order T1>T2>CK；and we compared T1 with CK at the above three same stages, the length of root 35.37%, 50.13%, 46.23% higher respectively, the numbers of fibrous root respectively increased 142.25%,14.66%, 65.89%, the fresh mass of root increased 80.93%, 45.75% and 22.30% respectively, the dry mass of root respectively increased 125.81%, 19.67%, 64.12%. Therefore, increasing farming layer soil oxygen to autumn cucumber was more conducive to the growth of the root of autumn cucumber after the seedling stage.

Aerated irrigation; Autumn cucumber；Root

2015-10-30Returned2015-12-10

National Natural Science Foundation of China (No. 31401951);Program of National International Cooperation in Science and Technology (No. 2013DFG91190).

HU Deyong,male,Ph.D.Research area: agricultural of environmental science and engineering.E-mail:hdy9609@hunau.net

2015-10-30

2015-12-10

國家自然科學(xué)基金(31401951)；國家國際科技合作專項(xiàng)(2013DFG91190)。

胡德勇，男，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)與工程。E-mail：hdy9609@hunau.net

姚幫松，男，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)水資源高效利用。E-mail：yaobangsong@sohu.com

Q945

A

1004-1389(2016)08-1224-05

網(wǎng)絡(luò)出版日期：2016-07-14

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20160714.1105.032.html