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        不同灌溉方式對(duì)油菜生理特性的影響

        2021-06-19 06:26:58郝東生
        蔬菜 2021年6期
        關(guān)鍵詞:畦灌油菜根系

        郝東生,竇 碩

        (北京市密云區(qū)農(nóng)機(jī)化技術(shù)推廣服務(wù)站,北京 102100)

        油菜(Brassia campestrisL.),為十字花科(Cruciferae)蕓薹屬(Brassica)白菜變種,葉片寬大呈卵圓形或圓形[1]。油菜性喜涼,生長(zhǎng)周期短,對(duì)土壤水分含量敏感,而人工灌溉是設(shè)施蔬菜栽培水分的重要來(lái)源,可有效控制設(shè)施蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育[2]。水分直接影響蔬菜的優(yōu)良生存狀態(tài)[3],是構(gòu)成植物組織細(xì)胞的組成成分,是光合作用的主要原料[4],關(guān)系著光合作用的效率[5]。土壤水分含量直接影響蔬菜的生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成、產(chǎn)量和品質(zhì)的形成,水分脅迫會(huì)顯著抑制植物細(xì)胞的分裂和增大[6]。在蔬菜生長(zhǎng)過(guò)程中,短期的水分脅迫即會(huì)對(duì)蔬菜作物的生長(zhǎng)發(fā)育、生理機(jī)能和產(chǎn)量帶來(lái)不利影響,造成顯著減產(chǎn)甚至品質(zhì)下降[7]。土壤水分含量還直接影響根系內(nèi)部水勢(shì),進(jìn)而影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收[8]。土壤水分還會(huì)顯著影響根系的生物量、根冠比、根質(zhì)量、根密度等[9]。土壤輕度干旱有利于植物根系的伸長(zhǎng)且下扎更深,土壤嚴(yán)重干旱會(huì)抑制根系生物量的增加和根系的增長(zhǎng)[10]。

        國(guó)內(nèi)外有關(guān)油菜的研究工作主要集中在栽培管理技術(shù)和施肥管理方面,而有關(guān)日光溫室油菜節(jié)水灌溉的報(bào)道較少,且關(guān)于不同灌溉方式對(duì)油菜品質(zhì)、產(chǎn)量和水分分配規(guī)律影響的研究報(bào)道更少。深入研究蔬菜的需水規(guī)律和灌溉方式,提高蔬菜灌溉水分利用效率,實(shí)現(xiàn)蔬菜的高效生產(chǎn),對(duì)于緩解我國(guó)當(dāng)前水資源緊缺具有非常重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)研究溫室內(nèi)不同灌溉方式對(duì)油菜生理特性等方面的影響,以期為北京市油菜生產(chǎn)選擇合理的灌溉方式提供參考。

        1 材料和方法

        1.1 試驗(yàn)地概況

        試驗(yàn)在北京市密云區(qū)南套里蔬菜種植專業(yè)合作社連棟溫室(39°51'N、116°87'E)進(jìn)行。油菜于3月13日播種,5月9日收獲,歷時(shí)57 d。播種前每667 m2施腐熟雞糞4 500 kg(N、P、K總量≥4%,有機(jī)質(zhì)總量≥30%)、復(fù)合肥130 kg(N∶P2O5∶K2O為15∶10∶15,總養(yǎng)分含量≥51%)。

        1.2 試驗(yàn)材料

        1.2.1 供試材料

        選用春油5號(hào)油菜(國(guó)家蔬菜工程技術(shù)研究中心培育)作為試驗(yàn)材料;普通透明農(nóng)用地膜;直徑28.6 mm,孔徑為0.1 mm的五孔微噴帶;主水管為直徑50 mm的硬膠管,均購(gòu)于農(nóng)資市場(chǎng)。

        1.2.2 主要儀器和設(shè)備

        便攜式土壤水分測(cè)定儀(E M 5 0型,Decagon,USA);Water-mark張力計(jì)(德國(guó)施密特公司);EPSON perfection V800 photo根系掃描儀(愛(ài)普生(中國(guó))有限公司);手持式葉綠素儀(SPAD-502PIU,浙江托普儀器)。

        1.3 試驗(yàn)方法

        試驗(yàn)設(shè)畦灌、微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴帶4個(gè)處理,以常規(guī)畦灌為對(duì)照。油菜采用平畦栽培,每個(gè)處理小區(qū)為1個(gè)畦(面積3.6 m2,畦長(zhǎng)3.6 m,畦寬1.0 m),每畦播種4行油菜,重復(fù)3次。為了防止水分橫向側(cè)漏,各小區(qū)間50 cm土層用塑料薄膜隔開(kāi)。

        油菜全生育期保持根區(qū)土壤相對(duì)含水率為80%±5%,采用便攜式土壤水分測(cè)定儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)0~10 cm土壤的水分動(dòng)態(tài),當(dāng)相對(duì)含水率降至75%以下時(shí)進(jìn)行灌水,至其控制上限時(shí)停止灌水。試驗(yàn)結(jié)束統(tǒng)計(jì)各處理總灌溉量。

        1.4 測(cè)定內(nèi)容與方法

        油菜出苗后每7 d測(cè)定1次油菜株高、開(kāi)展度、單株葉片數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo),收獲時(shí)測(cè)定單株葉面積及干鮮質(zhì)量、葉片葉綠素含量、根系分布及生長(zhǎng)指標(biāo)等。每小區(qū)隨機(jī)選取10株油菜,重復(fù)3次。

        (1)株高:用精確度0.1 cm的直尺測(cè)定油菜根部到自然生長(zhǎng)狀態(tài)最高點(diǎn)的距離(cm)。

        (2)開(kāi)展度:用精確度0.1 cm的直尺,采用十字交叉法測(cè)定油菜自然狀態(tài)下最大外葉間的距離(cm)。

        (3)葉片數(shù):不計(jì)小于2 cm的小葉及枯葉。

        (4)單株葉面積:用根系掃描儀掃描分析油菜單株所有葉片面積,不計(jì)枯葉(cm2)。

        (5)葉綠素含量:選取油菜自然狀態(tài)下最高的3片葉,避開(kāi)葉脈,用手持式葉綠素儀在葉片中部取3個(gè)點(diǎn)測(cè)量,取平均值。

        (6)根系分布:取0~10 cm,10~20 cm土層的根系,用根系掃描儀測(cè)定各個(gè)土層的根長(zhǎng)(cm)、根表面積(cm2)、根體積(cm3),并用WinRHIZO BASIC 2013軟件分析結(jié)果。

        (7)干鮮質(zhì)量測(cè)量:將各處理的油菜全部收獲,用精確度0.01 g的電子秤分別稱量植株地上部、地下部及全株鮮質(zhì)量。每個(gè)處理隨機(jī)取10株帶回并于105 ℃殺青30 min,80 ℃恒溫烘干至恒重,稱量油菜地上部、地下部及全株干質(zhì)量。

        (8)灌水量測(cè)算:灌水量=r×p×h×θf(wàn)×s(q1-q2)/η。式中:r為土壤容重(g/cm3)。p為土壤濕潤(rùn)比,取100%;h為灌水計(jì)劃濕潤(rùn)層(0.3 m);θf(wàn)為田間持水量(%);q1、q2分別為80%、60%;s為面積(667 m2);η為水分利用系數(shù),本試驗(yàn)中取1。

        1.5 數(shù)據(jù)分析

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2017和SPSS 13.0軟件進(jìn)行處理分析,各處理間的差異采用LSD多重比較檢驗(yàn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 灌溉方式對(duì)油菜株高和開(kāi)展度的影響

        由表1和表2可知,油菜苗期(3月20—27日)各處理株高和開(kāi)展度之間差異性不顯著,這可能由于油菜在幼苗期植株較小,葉片較少,葉面積小,相互之間沒(méi)有遮擋,導(dǎo)致各處理間長(zhǎng)勢(shì)相似。

        表1 不同灌溉方式對(duì)油菜株高的影響 cm

        表2 灌溉方式對(duì)油菜開(kāi)展度的影響 cm

        隨著植株的生長(zhǎng),各處理間株高和開(kāi)展度出現(xiàn)顯著性差異,均表現(xiàn)為膜下微噴>膜上畦灌>微噴帶>畦灌。油菜蓮座期(4月24日—5月9日)各處理株高均存在顯著性差異,5月9日微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理分別比對(duì)照畦灌增加5.50%、13.98%、16.95%。

        開(kāi)展度是反映植株生長(zhǎng)旺盛情況的指標(biāo)之一。5月1—9日,各處理油菜開(kāi)展度均存在顯著性差異,5月9日微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴分別比對(duì)照增加8.89%、10.24%、15.23%。由此可見(jiàn),微噴帶和膜上畦灌能顯著提高油菜株高和開(kāi)展度,且膜下微噴處理效果最顯著。

        2.2 灌溉方式對(duì)油菜葉片數(shù)、單株葉面積的影響

        植株葉片是進(jìn)行光合作用和蒸騰作用的主要部位,植株的葉面積、葉片數(shù)、葉綠素含量直接影響著油菜光合作用強(qiáng)度,進(jìn)而影響油菜的產(chǎn)量。由表3可得,不同灌溉方式下油菜葉片數(shù)均表現(xiàn)為膜下微噴>膜上畦灌>微噴帶>畦灌。在3月20日—4月3日,各處理間油菜葉片數(shù)沒(méi)有顯著性差異,收獲時(shí)各處理間均表現(xiàn)出顯著性差異,微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴分別比畦灌增加5.51%、10.93%、18.32%。

        表3 灌溉方式對(duì)油菜葉片數(shù)的影響 片/株

        由表4可得,油菜葉面積和葉綠素含量均表現(xiàn)為膜下微噴>膜上畦灌>微噴帶>畦灌,且處理間均存在顯著性差異,說(shuō)明膜下微噴對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用。

        表4 灌溉方式對(duì)油菜葉面積、葉綠素的影響

        2.3 灌溉方式對(duì)油菜根系的影響

        根系是植株吸收水分和礦質(zhì)元素的重要部位,關(guān)系著植株的生長(zhǎng)發(fā)育狀況。油菜作為淺根系植株,根系主要分布在0~20 cm土層,根長(zhǎng)、根體積、根表面積直接影響著根系對(duì)水分和礦質(zhì)元素的吸收利用。

        由表5可知,油菜的0~10 cm土層根系的根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量等指標(biāo)都表現(xiàn)為膜下微噴>膜上畦灌>微噴帶>畦灌,且膜上畦灌、膜下微噴均與畦灌處理間存在顯著性差異。在根長(zhǎng)方面,微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理分別較畦灌增加15.17%、46.35%、71.65%;根表面積分別比畦灌增加19.98%、52.05%、66.95%;根體積分別比畦灌增加0.75%、11.24%、28.06%;在根質(zhì)量方面,3個(gè)處理根鮮質(zhì)量分別比畦灌增加4.04%、29.83%、45.90%,根干質(zhì)量分別比畦灌增加9.51%、23.00%、26.38%。

        表5 灌溉方式對(duì)0~10 cm土層油菜根系分布及生長(zhǎng)的影響

        由表6可知,10~20 cm土層油菜根系的根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根鮮質(zhì)量、根干質(zhì)量等指標(biāo)都表現(xiàn)為畦灌>微噴帶>膜上畦灌>膜下微噴,且畦灌與膜上畦灌、膜下微噴兩處理間均存在顯著性差異;畦灌均大于其他3個(gè)處理,這可能是由于根系向下生長(zhǎng)汲取所需水分和養(yǎng)分,導(dǎo)致根系伸長(zhǎng)。在根長(zhǎng)方面,微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理分別較畦灌降低10.01%、38.36%、38.47%;根表面積分別比畦灌降低8.13%、28.99%、35.45%;根體積分別比畦灌降低23.31%、28.79%、32.65%;在根質(zhì)量方面,3個(gè)處理根鮮質(zhì)量分別比畦灌降低13.9%、35.35%、36.92%,根干質(zhì)量分別比畦灌降低10.96%、42.46%、46.57%。

        表5 灌溉方式對(duì)0~10 cm土層油菜根系分布及生長(zhǎng)的影響

        表6 灌溉方式對(duì)10~20 cm土層油菜根系分布及生長(zhǎng)的影響

        2.4 灌溉方式對(duì)油菜單株質(zhì)量的影響

        油菜的單株質(zhì)量直接決定油菜產(chǎn)量。由表7可得,油菜的全株干鮮質(zhì)量、地上部干鮮質(zhì)量以及地下部干鮮質(zhì)量均都表現(xiàn)為膜下微噴>膜上畦灌>微噴帶>畦灌,全株鮮質(zhì)量微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴分別比對(duì)照畦灌增加5.67%、25.80%、40.10%;全株干質(zhì)量分別比畦灌增加0.79%、33.56%、35.43%。其中,地上部鮮質(zhì)量決定了油菜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,與畦灌相比,膜下微噴處理的地上部鮮質(zhì)量顯著增加了40.18%,該處理效果最好。

        表7 灌溉方式對(duì)油菜單株質(zhì)量的影響 g/株

        2.5 不同灌溉方式節(jié)水效果比較

        由表8可得,油菜 667 m2總灌溉量表現(xiàn)為畦灌>微噴帶>膜上畦灌>膜下微噴,微噴帶、膜上畦灌和膜下微噴分別比畦灌處理節(jié)水7.89%、15.79%、23.68%。各個(gè)處理灌溉量均表現(xiàn)為蓮座期>幼苗期,這與蓮座期生長(zhǎng)旺盛,油菜需水量增大有關(guān)??梢?jiàn),微噴帶和地膜節(jié)水效果顯著,且以膜下微噴節(jié)水效果最佳。

        表8 灌溉方式對(duì)油菜667 m2灌溉量的影響

        3 討論與結(jié)論

        不同的灌溉方式能通過(guò)對(duì)土壤環(huán)境的影響,進(jìn)而影響油菜的葉片數(shù)、葉面積,甚至光合作用效率;根表面積、根體積、根長(zhǎng)會(huì)影響植株對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收利用,因此以上生長(zhǎng)指標(biāo)與油菜的產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率密切相關(guān),不同灌溉方式是影響生長(zhǎng)指標(biāo)的重要因素。

        本試驗(yàn)結(jié)果表明,油菜在收獲時(shí),株高、開(kāi)展度、葉片數(shù)均表現(xiàn)為微噴帶、膜上畦灌和膜下微噴3個(gè)處理高于畦灌,且膜下微噴效果最顯著,與畦灌間存在顯著性差異,說(shuō)明膜下微噴和膜上畦灌能有效提高油菜葉片生長(zhǎng)指標(biāo),進(jìn)而促進(jìn)植株的光合作用,增加油菜產(chǎn)量。0~10 cm土層,油菜根體積、根表面積、根長(zhǎng)均表現(xiàn)為畦灌小于其他3個(gè)處理,10~20 cm土層表現(xiàn)為畦灌大于微噴帶、膜上畦灌和膜下微噴3個(gè)處理,說(shuō)明膜下微噴和膜上畦灌能有效保持0~10 cm土層含水量,減少根系向深層生長(zhǎng)所需要的水分和養(yǎng)分,更多地為地上部提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。微噴帶、膜上畦灌、膜下微噴處理的油菜各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)都高于對(duì)照畦灌,全株鮮質(zhì)量分別比對(duì)照畦灌增加5.67%、25.80%、40.10%;全株干質(zhì)量分別比畦灌增加0.79%、33.56%、35.43%。

        前人研究發(fā)現(xiàn),地膜覆蓋的作物根長(zhǎng)、根密度、地下部干質(zhì)量、鮮質(zhì)量顯著優(yōu)于露地種植[10]。同時(shí),地膜覆蓋會(huì)提高甘藍(lán)的干物質(zhì)產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率,本試驗(yàn)結(jié)果與其一致。綜合地上部和地下部來(lái)看,使用微噴帶和膜上畦灌措施能提高油菜地上部、地下部生長(zhǎng)指標(biāo)以及產(chǎn)量。該研究為建立高效率、低成本、實(shí)用性的溫室油菜節(jié)水技術(shù)體系提供了依據(jù)。

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