王世杰，張恒嘉，巴玉春，王玉才，黃彩霞，薛道信，李福強(qiáng)

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.民樂縣洪水河管理處，甘肅 民樂 734500)

由水資源污染、浪費(fèi)和水資源時(shí)空分布不均等因素造成的缺水問題制約著我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展、GDP的增長(zhǎng)和居民生活水平的提高[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2016年我國總用水量為6 040.2億m3，其中，農(nóng)業(yè)用水占62.4%[2]，這說明農(nóng)業(yè)用水仍是我國的用水大戶。灌溉農(nóng)業(yè)是干旱和半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展形式，也是農(nóng)業(yè)用水的主要去向[3]。與發(fā)達(dá)國家相比，我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展起步晚、發(fā)展慢，從而造成我國農(nóng)業(yè)對(duì)水資源的利用效率始終偏低，水資源利用過程中浪費(fèi)嚴(yán)重[4]。辣椒是生活中重要的蔬菜作物和調(diào)料原料之一，在栽培過程中辣椒耗水量一般較大，而且辣椒根系下扎深度小，根量少，對(duì)水分敏感，抗耐旱和耐澇能力弱[5-6]。大量研究表明，適時(shí)適度的水分虧缺不僅能減少辣椒營(yíng)養(yǎng)器官的過度生長(zhǎng)，從而可以抑制辣椒植株對(duì)水分和養(yǎng)分的無效消耗[7-8]。國內(nèi)外有關(guān)水分調(diào)虧對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量構(gòu)成、水分利用效率和水分生產(chǎn)函數(shù)及作物各個(gè)生育階段的水分敏感性等方面的研究主要集中在果樹和大田作物方面，而以蔬菜作為水分調(diào)虧對(duì)象的研究較少，尤其是辣椒在大田環(huán)境下水分調(diào)虧對(duì)其生長(zhǎng)影響的研究甚少[9-10]。

本研究在辣椒不同生育期進(jìn)行不同程度的水分調(diào)虧，研究水分虧缺對(duì)辣椒生長(zhǎng)、水分利用和產(chǎn)量形成的影響，并用Jensen模型構(gòu)建求解辣椒水分生產(chǎn)函數(shù)，從而確定辣椒對(duì)不同生育期水分脅迫的敏感性大小以及本研究中最優(yōu)灌溉方式。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在甘肅省張掖市民樂縣益民灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處東經(jīng)100°43′，北緯38°39′，海拔1 970 m，降水相對(duì)缺乏，平均多年降雨量為183～285 mm；晝夜溫差大，年平均溫度為6 ℃；4-10月為無霜期，是田間作物栽培時(shí)期；日照充足，年日照時(shí)數(shù)3 000 h左右。試驗(yàn)區(qū)土壤容重為1.45 g/cm3，田間持水量(質(zhì)量含水率)為24%，地下水位為20 m。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的品種為當(dāng)?shù)氐闹鞔蚱贩N金椒6號(hào)。該品種抗寒抗旱能力強(qiáng)，適合在大田栽培，本試驗(yàn)辣椒灌溉方式采用膜下滴灌。

為提高幼苗成活率，選擇在溫棚育苗，等到幼苗生長(zhǎng)到15 cm左右后移栽定植到田間。起壟前施入足量的氮磷鉀復(fù)合肥。為了預(yù)防辣椒生長(zhǎng)期間的各種常見病蟲害的發(fā)生，本試驗(yàn)從辣椒現(xiàn)蕾開始每隔15 d噴施一定濃度的吡蟲啉、噻唑行、霜脲·錳鋅和高效氯氟氰菊酯。辣椒青果分3次采摘，第1批在7月11日采摘，第2批在8月5日采摘，最后一批在8月29日采摘。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為單因素試驗(yàn)，將辣椒生育期按其生長(zhǎng)特點(diǎn)分為4個(gè)生育期：苗期(5月11日至6月9日)、開花坐果期(6月10日至7月5日)、盛果期(7月6日至8月5日)和后果期(8月6日至8月29日)。土壤水分設(shè)充分灌水(75%～85% 田間持水量，F(xiàn)ield capacity，F(xiàn)C)、輕度水分調(diào)虧(65%～75% FC)和中度水分調(diào)虧(55%～65% FC)3個(gè)梯度。在苗期和開花坐果期均分別進(jìn)行輕度和中度水分調(diào)虧，在盛果期和后果期分別進(jìn)行輕度水分調(diào)虧，以全生育期充分灌水處理(75%～85% FC)為對(duì)照。因此，本試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為2.4 m×6.0 m，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。當(dāng)測(cè)得試驗(yàn)小區(qū)水分低于設(shè)計(jì)下限時(shí)，灌水到設(shè)計(jì)上限，灌水方法為膜下滴灌灌水，水表量水，計(jì)劃濕潤(rùn)層為30 cm，具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1，其中，CK為對(duì)照處理。

試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)滴灌帶、壟，辣椒植株及排水溝布置形式如圖1所示，采用人工起壟，壟中間鋪設(shè)一條滴頭間距為30 cm內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，灌水時(shí)滴頭平均流量為2.5 L/h。鋪設(shè)完滴灌帶后在滴灌帶兩側(cè)，離滴灌帶約5 cm平行于滴灌帶處分別用小鋤頭開挖2條深為8 cm左右的小溝，并施入由硫酸鉀 0.30 kg/m2，三元復(fù)合肥 0.35 kg/m2，尿素 0.35 kg/m2，磷酸二銨 0.35 kg/m2組成的混合肥料，后期不再追肥。辣椒采用的定植方式如圖1所示，為了盡可能減少雨水大量入滲，每個(gè)小區(qū)之間沿壟走向以排水溝的形式隔開，在壟溝和排水溝溝底用塑料薄膜(厚度為0.08 mm，寬為120 cm)以搭接方式進(jìn)行覆蓋并用約5 cm厚土層壓蓋。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Experimental design %

注：表中“～”前后數(shù)字分別代表辣椒計(jì)劃濕潤(rùn)層水分的控制上限和下限(占田間持水量的百分?jǐn)?shù))。
Note：The numbers in front and back of the mark "-" in the table represent the upper and lower limits of soil water control(the percentage of field capacity),respectively.

A.排水干溝溝堤；B.排水干溝；C.田??；D.壟溝；E.滴灌帶；F.辣椒植株；G.壟；H.小區(qū)縱向防滲薄膜；圖中數(shù)字后單位均為厘米(cm)。The capital letters from A to H in the figure mean the dyke of the main drain ditch，main drainage ditch，ridges，furrow，drip irrigation tape，pepper plant，field ridge and vertical anti-seepage plastic film between plots，respectively；The unit behind the numbers is centimeter(cm).

1.4 試驗(yàn)區(qū)基本氣象狀況

由表2可知，辣椒全生育期內(nèi)最高氣溫為33.8 ℃，出現(xiàn)在后果期；最低氣溫為-0.5 ℃，出現(xiàn)在苗期。 苗期日平均氣溫最低，為11.7 ℃，平均日照時(shí)數(shù)為7.9 h，降雨量為20.8 mm，占全生育期總降雨量的12.71%；開花坐果期日平均氣溫較高，為17.7 ℃，平均日照時(shí)數(shù)最大，為10.1 h，但降雨量?jī)H為6.1 mm, 占全生育期降雨量的3.73%，基本無降雨；盛果期日平均氣溫較高，為17.7 ℃，平均日照時(shí)數(shù)為8.9 h，降雨量60.9 mm，占全生育期總降雨量的37.23%；后果期日平均氣溫為17.1 ℃，平均日照時(shí)數(shù)最小，為3.9 h，但降雨量最大，為75.8 mm，占全生育期總降雨量的46.33%。

1.5 試驗(yàn)儀器設(shè)備

鋼尺、游標(biāo)卡尺(分度值為0.02 mm)、土鉆、烘箱、電子天平(感量為0.01 g)、環(huán)刀、地溫計(jì)、水表。

表2 辣椒各生育期基本氣象狀況Tab.2 Meteorological conditions during different pepper growth periods

1.6 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.6.1 株高、莖粗和葉面積指數(shù) 移栽到田間的辣椒幼苗長(zhǎng)勢(shì)基本一致，平均株高為15.52 cm，平均莖粗為4.02 mm，平均葉面積指數(shù)為0.054。辣椒植株的株高、莖粗和葉面積指數(shù)從移栽在每個(gè)生育期末分別測(cè)定一次。用游標(biāo)卡尺測(cè)量辣椒主莖直徑，株高的測(cè)量用分度值為1 mm的鋼卷尺，葉面積的測(cè)量采用稱重法，每次測(cè)定時(shí)從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取5株辣椒分別測(cè)量株高、莖粗和葉面積指數(shù)并分別記錄。

1.6.2 辣椒青果含水率 辣椒青果含水率用烘干法測(cè)定。每次采摘完成熟辣椒青果后，從每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取10個(gè)辣椒青果分別稱取鮮質(zhì)量并記錄，然后分別裝入紙袋，在105 ℃條件下殺青1 h后，再將烘箱溫度調(diào)為85 ℃，烘8 h左右，待辣椒果實(shí)質(zhì)量不再發(fā)生變化后分別稱量干質(zhì)量并記錄。

1.6.3 土壤水分 采用烘干法測(cè)定土壤水分，在辣椒移栽前(5月9日)用土鉆每隔10 cm分別鉆取小區(qū)膜下0～60 cm土壤剖面內(nèi)土樣，測(cè)定其含水率，以后每隔4，7 d采用同樣方法測(cè)定一次，灌水后以及降雨前后各加測(cè)一次。由于本研究中辣椒計(jì)劃濕潤(rùn)層為膜下30 cm的土層，因此，本研究以0～30 cm土層的土壤水分大小作為灌水依據(jù)，而以0～60 cm內(nèi)土壤水分的大小作為作物對(duì)土壤水分消耗量的計(jì)算依據(jù)。當(dāng)試驗(yàn)測(cè)得辣椒計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤水分低于表1所示下限時(shí)，立即灌到控制上限，辣椒灌水計(jì)算公式如下：

M=10γHpP(θi-θj)

①

式中，M為灌水量(mm)；γ為計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤容重(g/cm3)；Hp為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(30 cm)；θi、θj為灌水前后測(cè)得的土壤質(zhì)量含水率(%)；P為滴灌設(shè)計(jì)濕潤(rùn)比(65%)。

1.6.4 辣椒耗水量 采用水量平衡法計(jì)算。

②

式中，i為土層編號(hào)，Er為辣椒第i生育階段耗水量(mm)；Hi為第i層土層厚度(cm)；ri為第i層土壤容重(1.45 g/cm3)；Wi1、Wi2為第i層土壤在測(cè)量時(shí)段始末含水率(%)；P為測(cè)量段內(nèi)的降雨量(mm)；K為深層水向膜下60 cm土層內(nèi)的補(bǔ)給量(mm)；C為深層滲漏量(mm)。試驗(yàn)區(qū)地下水位為20 m，無深層水補(bǔ)給，故K取0；最大灌水量為田間持水量的85%，計(jì)劃濕潤(rùn)層為30 cm，所以無深層滲漏水，故C取0，并將辣椒終耗水量計(jì)算結(jié)果單位轉(zhuǎn)化成m3/hm2。

1.6.5 水分利用效率和灌溉水利用效率

WUE=Y/ETa

③

IWUE=Y/I

④

式中，WUE為辣椒的水分利用效率(kg/m3)；IWUE為辣椒的灌溉水利用效率(kg/m3)；Y為辣椒青果總產(chǎn)量(kg/hm2)；I為辣椒全生育期總灌水量(m3/hm2);ETa為辣椒全生育期總耗水量(m3/hm2)。

1.7 數(shù)據(jù)分析

采用軟件Excel 2007和SPSS 13.0對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Excel 2007作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)辣椒株高、莖粗和葉面積指數(shù)的影響

2.1.1 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)株高的影響 由表3可知，處理WRD1、WRD5和WRD6辣椒株高與CK處于同一水平，而WRD2、WRD3和WRD4的辣椒株高處于同一水平，均顯著小于CK(P<0.05)。因此，與對(duì)照處理相比，苗期中度、開花坐果期輕度和中度水分調(diào)虧均會(huì)顯著降低辣椒株高(P<0.05)，而在苗期、盛果期和后果期對(duì)辣椒分別進(jìn)行輕度水分調(diào)虧時(shí)，水分虧缺對(duì)辣椒株高影響不顯著(P>0.05)。

表3 辣椒生育期末株高、莖粗和葉面積指數(shù)Tab.3 The plant height，stem diameter，leaf area index in the end of pepper growth stage

注：同一列不同小寫字母表示P<0.05的顯著水平。表4-7同。
Note：Within each column，different small letters mean significant difference atP<0.05.The same as Tab.4-7.

2.1.2 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)莖粗的影響 由表3可知，處理WRD1、WRD5和WRD6辣椒的莖粗與CK處于同一水平，而WRD4的辣椒莖粗最小，為12.62 mm，顯著小于CK(P<0.05)。WRD2和WRD3的辣椒莖粗也均顯著小于CK。但WRD3與WRD4之間無顯著差異，WRD2顯著大于WRD4。說明辣椒在苗期、盛果期和后果期受到輕度水分虧缺時(shí)，水分虧缺對(duì)辣椒株高無顯著影響(P>0.05)，而苗期中度、開花坐果期輕度和中度水分調(diào)虧均顯著抑制了辣椒莖粗的增大。其中，開花坐果期中度水分調(diào)虧對(duì)辣椒莖粗影響最明顯。

2.1.3 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)葉面積指數(shù)的影響 處理WRD1和WRD6辣椒葉面積指數(shù)與CK處于同一水平(表3)，而WRD2、WRD3、WRD4和 WRD5的辣椒葉面積指數(shù)均處于同一水平，均顯著小于CK(P<0.05)。說明在苗期輕度水分調(diào)虧處理對(duì)辣椒葉片生長(zhǎng)無顯著影響(P>0.05)，而在辣椒生長(zhǎng)較快的開花坐果期和盛果期輕度水分調(diào)虧就能顯著抑制辣椒葉片生長(zhǎng)，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)基本完成的后果期，水分調(diào)虧對(duì)辣椒葉片生長(zhǎng)無顯著影響。

2.2 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)辣椒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

2.2.1 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)產(chǎn)量的影響 第1次采摘產(chǎn)量：如表4所示，第1批青果在勝果期初采收，苗期輕度水分調(diào)虧處理WRD1的青果產(chǎn)量與采摘前未調(diào)虧的處理WRD5 、WRD6和CK均處于最高水平，而開花坐果期中度水分調(diào)虧處理WRD4的青果產(chǎn)量最低，比CK顯著(P<0.05)小25.00%，苗期中度水分調(diào)虧處理WRD2和開花期輕度水分調(diào)虧處理WRD3的辣椒青果產(chǎn)量均顯著小于CK，但均顯著大于WRD4。

第2次采摘產(chǎn)量：第2批辣椒青果在盛果期末采收，盛果期受到輕度水分調(diào)虧的處理WRD5的辣椒青果產(chǎn)量分別比CK顯著(P<0.05)小21.08%(表4)，開花坐果期輕度和中度水分調(diào)虧處理WRD3和WRD4的辣椒青果產(chǎn)量均與WRD5處于同一水平，且均顯著小于CK，而處理WRD1和WRD2的青果產(chǎn)量均與CK無顯著差異(P>0.05)。

第3次采摘產(chǎn)量：辣椒最后一批青果在后果期采收，與CK相比，在此階段受到輕度水分調(diào)虧的處理WRD6的青果產(chǎn)量與CK無顯著差異(P>0.05)(表4)，而開花坐果期輕度和中度水分調(diào)虧處理WRD3和WRD4的辣椒青果產(chǎn)量分別比CK顯著小10.52%和9.48%(P<0.05)，而其余調(diào)虧處理辣椒青果產(chǎn)量均與CK無顯著差異。

總產(chǎn)量：全生育期充分供水處理CK的辣椒青果總產(chǎn)量最大，為36 203.90 kg/hm2(表4)，開花坐果期中度水分調(diào)虧處理WRD4的辣椒青果總產(chǎn)量最低，為31 379.76 kg/hm2。苗期輕度和中度水分調(diào)虧處理WRD1和WRD2的青果總產(chǎn)量與CK處于最高水平，其余水分調(diào)虧處理的青果總產(chǎn)量比對(duì)照顯著小10.45%～13.32%。這說明在本研究方案中，充分灌水條件下辣椒產(chǎn)量最大，適宜時(shí)期適度的水分虧缺對(duì)辣椒產(chǎn)量影響不大，苗期輕度和后果期輕度水分調(diào)虧均不會(huì)引起辣椒青果總產(chǎn)量的顯著下降，而開花坐果期和盛果期水分調(diào)虧均顯著降低了辣椒青果產(chǎn)量。

表4 不同水分處理下辣椒產(chǎn)量Tab.4 Pepper fruit yield in different water treatments kg/hm2

2.2.2 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)單株結(jié)果數(shù)的影響 辣椒單株結(jié)果數(shù)以3次采摘之和計(jì)。由圖2可知，對(duì)照處理的平均單株結(jié)果數(shù)最大(22)，開花坐果期中度水分調(diào)虧處理WRD4的單株結(jié)果數(shù)最小(15個(gè))，比CK顯著小31.82%(P<0.05)。開花坐果期輕度水分調(diào)虧處理WRD3的辣椒單株結(jié)果比CK顯著小15.91%，但顯著大于WRD4(P<0.05)，其余水分調(diào)虧處理的辣椒單株結(jié)果數(shù)與CK間均無顯著差異，說明辣椒在開花坐果期受到水分虧缺時(shí)，辣椒坐果率會(huì)明顯下降。

2.2.3 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)單果重的影響 如表5所示，第1批辣椒成熟青果在進(jìn)入盛果期后的第7天采收，其中處理WRD2的辣椒單果重比CK顯著大15.23%(P<0.05)，而WRD3和WRD4比CK顯著小13.40%，20.64%，其余水分調(diào)虧處理的辣椒單果重均與對(duì)照無顯著差異(P>0.05)。第2批辣椒青果的采摘在盛果期末完成，其中，WRD2和WRD3的單果重處于同一水平，分別顯著大于CK 24.26%和18.35%。而WRD5的單果重比CK顯著小13.31%，而其余水分調(diào)虧處理辣椒單果重均與CK無顯著差異。最后一批青果在后果期末采收，其中處理WRD2的單果重最大，為52.45 g。WRD4與WRD2處于同一水平，均顯著大于CK，而WRD6單果重比CK顯著小12.50%。而其余水分調(diào)虧處理與CK均無顯著差異。這表明在果實(shí)形成前期一定程度水分虧缺有利于后期辣椒青果的生長(zhǎng)，而在果實(shí)形成時(shí)期，水分虧缺能顯著抑制辣椒青果的生長(zhǎng)。

不同小寫字母表示P<0.05的差異顯著。The different small letters in figure mean significant difference at P<0.05.

表5 不同水分處理各采摘階段辣椒單果重Tab.5 Pepper fruit weight in each picking under different water treatments g

2.2.4 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)果實(shí)含水率的影響 辣椒青果含水率分批測(cè)定，如表6所示，在第1批采摘的辣椒成熟青果中，處理WRD4的青果含水率顯著小于其他處理(P<0.05)，而其他處理之間青果含水率均無顯著差異(P>0.05)，這主要是因?yàn)榈?批果實(shí)主要在開花坐果期生成，并且處理WRD4在開花坐果期受到較重的水分虧缺的影響，而在盛果期內(nèi)復(fù)水時(shí)間(7 d)較短，最終導(dǎo)致辣椒青果含水率小于其他處理。第2批辣椒青果的采摘在盛果期末完成，此生育期受到輕度水分調(diào)虧的處理WRD5的辣椒青果含水率分別比對(duì)照顯著低5.75個(gè)百分點(diǎn)，而其余處理的辣椒青果含水率與對(duì)照無顯著差異。辣椒最后一茬青果在后果期末完成，各處理中只有此階段受到輕度水分調(diào)虧的處理WRD6的青果含水率比對(duì)照顯著低5.83個(gè)百分點(diǎn)，而其余處理的辣椒青果含水率與對(duì)照無顯著差異，這說明在辣椒果實(shí)形成時(shí)期水分虧缺能有效降低虧水時(shí)段青果的含水率，改善辣椒儲(chǔ)運(yùn)品質(zhì)，而在虧水之后復(fù)水所生成辣椒青果的含水率與對(duì)照無顯著差異。

表6 不同水分處理各采摘階段辣椒果實(shí)含水率Tab.6 Pepper water content in each picking under different water treatments %

2.3 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)辣椒水分利用效率的影響

2.3.1 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)全生育期耗水量和灌溉水量的影響 由表7可知，不同生育期水分虧缺均能降低辣椒全生育期耗水量和灌水量。處理CK的辣椒全生育期耗水量和灌水量均最大，除WRD1的全生育期耗水量和灌水量與CK無顯著差異(P>0.05)外，其余調(diào)虧處理辣椒總耗水量和灌水量均顯著小于CK(P<0.05)，其中，處理WRD2和WRD6的辣椒全生育期耗水量和灌水量處于同一水平，比CK顯著小10.03%～11.23%，而WRD3、 WRD4和WRD5的辣椒全生育期耗水量和灌水量均處于同一水平，比CK顯著小16.29%～17.95%，這說明水分虧缺對(duì)辣椒總耗水量的影響大小與水分調(diào)虧時(shí)期和水分調(diào)虧程度的大小有關(guān)。

2.3.2 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)水分利用效率的影響 由表7可知，處理WRD2的WUE最高，為14.59 kg/m3，WRD4的WUE最低，為12.33 kg/m3。其中，處理WRD2和WRD6的WUE分別比CK顯著大11.63%，9.41%(P<0.05)，而WRD4的WUE比CK顯著小5.66%，其余水分調(diào)虧處理的WUE均與CK無顯著差異(P>0.05)。因此，苗期中度和后果期輕度水分調(diào)虧均在不顯著降低辣椒青果產(chǎn)量的條件下，顯著提高了辣椒水分利用效率。

2.3.3 膜下滴灌調(diào)虧對(duì)灌溉水利用效率的影響 處理WRD2的IWUE最高，為15.47 kg/m3，顯著大于CK(P<0.05)，而WRD4的IWUE最低，為12.89 kg/m3，顯著小于CK。其中，WRD6的IWUE與WRD2處于同一水平，均顯著大于CK，而WRD1、WRD3和WRD5的IWUE均與CK無顯著差異(P>0.05)。這說明苗期中度水分調(diào)虧，后果期輕度水分調(diào)虧處理均能在不顯著降低辣椒青果產(chǎn)量的前提下，顯著提高辣椒灌溉水利用效率。

表7 各水分處理辣椒水分利用情況Tab.7 The water use of pepper in each water treatment

2.4 膜下滴灌調(diào)虧辣椒水分生產(chǎn)函數(shù)

作物水分生產(chǎn)函數(shù)能夠定量地表達(dá)出作物產(chǎn)量與灌水量或作物耗水量之間的關(guān)系[11]。其中，階段性作物水分生產(chǎn)函數(shù)還能通過水分敏感指數(shù)或水分敏感系數(shù)來確切地表示出作物在不同生育時(shí)期遇到不同程度的缺水時(shí)對(duì)產(chǎn)量帶來的影響程度，是研究非充分灌溉的必須資料之一[12]。階段性水分生產(chǎn)函數(shù)模型Jensen乘法模型因通過連乘方式考慮了不同階段虧水效應(yīng)之間的影響而被國際上眾多學(xué)者認(rèn)為是目前比較完善的水分生產(chǎn)函數(shù)模型之一[13]。因此，本研究中辣椒的水分生產(chǎn)函數(shù)采用Jensen模型來構(gòu)建和求解。

2.4.1 Jensen水分生產(chǎn)函數(shù)模型的構(gòu)建 Jensen模型公式如下。

⑤

式中，i為辣椒生育階段編號(hào)，n為辣椒生育階段總數(shù)(n=4)；m為水分處理總數(shù)(m=7)；Y為各水分調(diào)虧處理中的辣椒青果產(chǎn)量(kg/hm2)；Ym為對(duì)照處理辣椒青果產(chǎn)量(kg/hm2)；Ym為各水分調(diào)虧處理辣椒第i個(gè)生育階段的蒸發(fā)蒸騰量(mm)；ETαi為充分灌溉處理的蒸發(fā)蒸騰量(mm)；λi為辣椒第i個(gè)生育階段的水分敏感指數(shù)。

將②式兩邊取ln對(duì)數(shù)得：

⑥

因此，⑥式可以用線性公式表示為：

⑦

若有m個(gè)處理，可得j組Qij·Pj(j=1,2,…，m；i=1，2，…，n)(j=1，2，…，m；i=1，2，…，n)采用最小二乘法，可求得滿足下式的λi值。

2.4.2 Jensen水分生產(chǎn)函數(shù)模型求解結(jié)果 根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，通過最小二乘法求解2.4.1中模型參數(shù)得到本研究條件下辣椒的水分生產(chǎn)函數(shù)，如下所示：

⑧

式中，字母A、B、C和D分別代表辣椒的4個(gè)生育期：苗期、開花坐果期、盛果期和后果期，其他字母含義同前。

模型的相關(guān)系數(shù)為0.947，由此可知，求解所得辣椒水分生產(chǎn)函數(shù)能較好地反映出產(chǎn)量和水分消耗量之間的關(guān)系。其中，辣椒在開花坐果期水分敏感指數(shù)最大，大小為0.517，明顯大于其他生育期水分敏感指數(shù)。由此可以得出，開花坐果期為本研究條件下辣椒需水臨界期，為避免因缺水而導(dǎo)致產(chǎn)量大幅度降低，此生育階段應(yīng)給辣椒充分供水。

3 結(jié)論與討論

由于辣椒根系下扎深度小，且主根粗、根量少，從而導(dǎo)致辣椒對(duì)土壤水分比較敏感。隨著土壤缺水程度的增加，水分脅迫對(duì)辣椒營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)的抑制作用就越明顯，株高、莖粗、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)會(huì)隨著水分脅迫程度的不斷加強(qiáng)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[14-15]。

本研究表明，充分供水處理下辣椒營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，辣椒最終株高、莖粗和葉面積指數(shù)均處于最高水平。辣椒在苗期受到中度水分虧缺、在開花坐果期受到輕度和中度水分虧缺以及盛果期受到輕度水分虧缺時(shí)，水分虧缺均顯著抑制了辣椒營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，導(dǎo)致這些處理中辣椒的株高、莖粗和葉面積指數(shù)均顯著小于對(duì)照。而在苗期和后果期受到輕度水分虧缺時(shí)，辣椒各生長(zhǎng)指標(biāo)(株高、莖粗和葉面積指數(shù))均與充分灌水的對(duì)照組無顯著差異。

不同作物均對(duì)干旱有一定的適應(yīng)能力，特別是旱作物。作物受到水分脅迫時(shí)，可以通過改變自身生理過程或調(diào)整自身各器官的生長(zhǎng)來減少或避免干旱脅迫對(duì)自身造成的損傷[16-17]。可以利用這一機(jī)理在作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段人為施加適度水分脅迫，可有效控制作物生長(zhǎng)，調(diào)控養(yǎng)分和光合產(chǎn)物更多地進(jìn)入生殖器官，從而提高果實(shí)產(chǎn)量在整個(gè)作物中的分配比例[18-19]。從本研究結(jié)果得出，辣椒在苗期受到輕度和中度水分虧缺時(shí)辣椒單果重高于充分灌水的對(duì)照組。而在果實(shí)大量形成的開花坐果期和盛果期，水分虧缺使辣椒單果重顯著下降，抑制了青果的膨大生長(zhǎng)。

水分虧缺可有效降低果蔬的含水率，方便果蔬的儲(chǔ)存和保鮮，從而可提高果蔬的貨架壽命[20-21]。本研究結(jié)果表明，盛果期輕度水分調(diào)虧處理WRD5的辣椒在虧水時(shí)段(第2批果實(shí)生成時(shí)期)青果水率比對(duì)照顯著低5.75個(gè)百分點(diǎn)，后果期輕度水分調(diào)虧處理WRD6的辣椒在虧水時(shí)段(第3批果實(shí)生成時(shí)期)青果含水率比對(duì)照顯著低5.83個(gè)百分點(diǎn)，而在果實(shí)生長(zhǎng)的未虧水或虧水后復(fù)水時(shí)段辣椒青果的含水率與充分灌水的對(duì)照無顯著差異，這說明在辣椒果實(shí)形成時(shí)期水分虧缺能有效降低水分虧缺時(shí)段青果的含水率，這與武陽等[22]、房玉林等[23]和唐曉偉等[24]對(duì)葡萄、番茄和香梨的研究結(jié)果相似。

農(nóng)作物栽培過程中的用水效率常用作物水分利用效率(WUE)來衡量[25]。王峰等[26]、韋東等[27]和劉曉榮等[28]分別對(duì)辣椒、葡萄和白鶴芋的調(diào)虧灌溉研究表明，采用調(diào)虧灌溉方式對(duì)作物供水可明顯減少作物生育期耗水量，從而有效提高作物水分利用效率。在本研究中，由于試驗(yàn)區(qū)地下水埋藏深，灌溉水無深層滲漏，且辣椒生育期內(nèi)降雨少以及田間薄膜的阻擋及排水作用，辣椒主要消耗的水分來自灌溉水，辣椒灌溉水利用效率(IWUE)和WUE相差不大，苗期中度水分調(diào)虧(WRD2)和后果期輕度水分調(diào)虧(WRD6)使辣椒WUE分別比CK顯著高11.63%和9.41%。并且在處理WRD2的辣椒產(chǎn)量與對(duì)照無顯著差異，而辣椒平均單果重顯著高于對(duì)照。因此，WRD2為本研究中辣椒最優(yōu)水分處理。

在本研究條件下，采用Jensen(1968年)乘法模型構(gòu)建辣椒水分生產(chǎn)函數(shù)效果良好(R=0.947)，并且辣椒開花坐果期的水分敏感指數(shù)最大，為0.517。在開花坐果期，試驗(yàn)區(qū)日平均氣溫較高，為17.7 ℃(表2)，日照充足，平均日照時(shí)數(shù)最大，為10.1 h，溫?zé)釛l件良好，適合辣椒生長(zhǎng)發(fā)育，但此生育時(shí)期降雨量?jī)H為6.1 mm，基本無降雨，缺水就成為此階段辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的限制因素，相對(duì)于其他生育階段，此階段缺虧水對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生的影響較大，從而對(duì)辣椒產(chǎn)量也會(huì)產(chǎn)生較大影響。因此，在本研究條件下，辣椒的需水臨界期為開花坐果期，為避免因缺水而導(dǎo)致辣椒青果產(chǎn)量大幅度降低，在開花坐果期應(yīng)保證辣椒根區(qū)土壤有充足的水分供辣椒吸收，即將辣椒計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)的水分控制在田間持水量的75%～85%。