不同水勢對溫室水果黃瓜產量和水分利用效率的影響

湯 昀，林 琭，閆萬麗，籍增順

（山西省農業科學院現代農業研究中心，山西太原030031）

設施蔬菜生產在我國發展很快，現如今我國已成為世界上設施栽培面積最大的國家[1]。由于受到傳統管理經驗的影響，設施內盲目過量灌水的現象十分普遍[2]。水分過量投入不僅會浪費水資源、降低水分利用效率，而且還會增大設施內濕度，導致病蟲害發生[3]，使作物品質下降，進而引起生態環境惡化和產品安全等一系列問題；而水分投入過少則會使作物受到干旱脅迫，造成作物減產，從而降低產量，影響生產的經濟效益。因此，通過對不同水分條件下作物生長規律的研究，可以確定適宜的灌溉量，以實現設施作物的精準灌溉，改善設施內作物的高濕環境，減輕作物的病害，以達到在節約水資源同時提高作物的產量和品質[4]。

水果黃瓜屬于淺根性植物，對深層土壤的水分吸收能力差，其顯著特點是需水量大、對水分敏感、不耐旱[5]。另外，水果黃瓜是近年來發展起來的設施蔬菜栽培主要作物之一，且具有廣闊的市場前景。因此，選擇水果黃瓜作為研究材料既適合水分研究，又可以更好地指導生產。

國內外大量研究水分脅迫對作物影響的報道都是以相對含水率為指標[6-8]。而相對含水率的大小與土壤類型有關，使得相關研究結果在應用時有一定的局限性。水勢則與土壤類型無關，含有相同水勢的不同類型土壤對作物的水分有效性相同，因此，以水勢為指標指導實踐更具有普遍適用性。

本試驗以水勢為指標，通過定量研究不同水勢條件對溫室水果黃瓜產量及其形成的基礎（凈光合速率和葉面積指數）、外觀指標（株高、莖粗和葉片數）和水分利用效率的影響，以期為溫室水果黃瓜生產中實現精準灌溉提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年3—6月在山西省農業科學院東陽試驗示范基地（山西省晉中市榆次區東陽鎮）的日光溫室內進行。溫室東西走向，長60m，跨度8.5m，脊高4m，后墻高2.8m。溫室前屋面為不銹鋼鋼架結構，覆蓋無滴聚氯乙烯薄膜。低溫期（4月底前的18：00至翌日8：00）覆蓋保溫被保溫，高溫期（5月初至試驗結束的 12：00—14：30）通過外覆蓋聚乙烯遮陽網（遮光率為60%）降溫。日光溫室常規育苗，待植株第3片真葉完全展開時定植。試驗采用基質盆栽，每盆種植1株，擺放密度為3.6株/m2。盆缽尺寸：盆口直徑30 cm，盆底直徑20 cm，盆高23 cm。基質配比為草炭∶珍珠巖∶腐熟牛糞＝3∶1∶1（體積比），速效氮為0.5%，速效磷為1.0%，速效鉀為0.6%，有機質含量為33.9%，pH值為7.46。

1.2 試驗材料

供試材料為水果黃瓜，品種為中農29號。

1.3 試驗設計

試驗于2014年3—6月進行，3月14日定植，4月15日開花（第1～9葉位的花芽抹掉，第10葉位以上每隔一個葉位留一朵花），花后7 d（3月28日）開始進行水分處理，6月17日試驗結束。共設9個水分處理，即水勢分別為：T1.-5 kPa＜SWP≤0 kPa；T2.-10 kPa＜SWP≤-5 kPa；T3.-15 kPa＜SWP≤-10 kPa；T4.-20 kPa＜SWP≤-15 kPa；T5.-25 kPa＜SWP≤-20 kPa；T6.-30 kPa＜SWP≤-25 kPa；T7.-35 kPa＜SWP≤-30 kPa；T8.-40 kPa＜SWP≤-35 kPa；T9.-45 kPa≤SWP≤-40 kPa，每處理 38株，隨機區組設計，3次重復。

通過基質水分特征曲線（圖1），將基質水勢轉化成基質質量相對含水率（%），采用稱重法監控水勢。水分處理期間，使各處理的基質水勢維持在其設定的范圍之內，當水勢降到處理下限時，補水至該處理的上限。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 基質水分特征曲線的測定 由于水果黃瓜的根系主要集中在土壤或基質下0～20 cm范圍內，本研究采用負壓式土壤張力計（TEN30）在盆栽基質下10 cm處測定不同質量相對含水率下的水勢，得到基質水分特征曲線（圖1），用下面公式描述。

式中，SWP為基質水勢（-kPa）；SMC 為基質的質量相對含水率（%）。

1.4.2 葉片凈光合速率的測定 水分處理21 d后開始進行葉片凈光合速率的測定。使用美國LI-COR公司生產的LI-6400XT便攜式光合作用測定系統，將葉室內的光合有效輻射和參比室的CO2濃度均設定為測定時的外界環境水平（PARi＝1 000μmol/（m2·s），Cr＝420μmol/mol），測定相同光強和CO2濃度、不同水勢（不同處理）下葉片的凈光合速率（Pn，μmol/（m2·s）），數據穩定后記錄。選擇完全晴朗天氣的8：30—11：30進行測定，每處理測定3個重復，測定葉片為每個處理中隨機選取的3張最新完全展開的健康功能葉（倒5葉）。

1.4.3 葉面積指數的計算 各處理隨機選取3株黃瓜，測量其各葉位的主葉脈長度并記錄，然后用已知單位質量的A4紙拓出葉片形狀，用剪刀剪下，測量其質量并記錄。由葉形紙稱質量數據和葉長數據，可得出單葉葉面積（LA）與葉長平方（LL2）的關系（圖2）。

本研究所選試材中農29號的單葉葉面積（LA）可通過公式LA＝0.828 2LL2計算得到。則葉面積指數（LAI）＝LA×d/10 000，其中，d為種植密度；10 000為從cm2到m2的單位換算系數。

1.4.4 外觀指標的測定 水分處理開始后，在每個處理中隨機選取3株長勢均衡的植株作為觀測株，每7 d左右用鋼尺和游標卡尺測定株高和莖稈直徑（距株頂5 cm、莖稈中部和距植株基部5 cm共3處測值的平均值），用直尺測量葉長（葉主脈長度），用計數法記錄黃瓜葉片數。

1.4.5 產量的測定 黃瓜單株產量在觀測株摘瓜當日用電子天平（感量0.01 g）記錄，以實際測得的各處理產量數據總和計為總產量。

1.4.6 水分利用效率的計算 水分利用效率（kg/m3）＝產量（kg/hm2）/灌溉量（m3/hm2）；其中，灌溉量＝每盆應澆水量×盆數，每盆應澆水量由基質水分特征曲線算得。

1.5 數據統計分析

數據采用Excel2003繪圖，用SPSS 18.0進行方差分析及差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同水勢條件對溫室水果黃瓜葉片凈光合速率的影響

凈光合速率（Pn）隨基質水勢（SWP）的變化如圖3所示。當-10 kPa＜SWP≤0kPa（T1和T2處理）時，Pn保持最大值（17.04μmol/（m2·s））；當-15 kPa＜SWP≤-10 kPa（T3處理）時，Pn顯著降低到最大值的80.9%（13.80μmol/（m2·s））；當-35 kPa＜SWP≤-30 kPa（T7處理）時，Pn降到5.60μmol/（m2·s）（下降到最大值的32.9%），之后無顯著變化。

2.2 不同水勢條件對溫室水果黃瓜葉面積指數的影響

從圖4可以看出，在黃瓜的整個生育期內，T1～T5處理均隨著生育期的延長，葉面積指數在不斷增加，而T6～T9處理在后期的增加幅度不明顯。在整個生育期內，T1處理的葉面積指數始終為最大值，最終達到3.55；其次為T2處理，最終達到3.30，但T1與T2處理之間無顯著性差異。這表現為在其各自所保持的水勢范圍內，水勢范圍越高，即灌水量越大，最終的葉面積指數也越大，但從T6處理（-25 kPa＜SWP≤-30 kPa）開始，植株明顯受到了干旱脅迫，植株的生長受到了抑制，葉面積指數增長緩慢甚至停止。

2.3 不同水勢條件對溫室水果黃瓜外觀指標的影響

2.3.1 對株高和莖粗的影響 從圖5可以看出，各處理下黃瓜的株高均隨著生育期的延長而增加，T1～T5處理的增加趨勢基本相似，T1處理有徒長的趨勢，T7～T9處理在開花后期植株的生長受到了明顯的抑制，增高的幅度不大。在整個生育期內，T1處理的株高最高（265.43 cm），其次為T2處理（253.07 cm），最小的為 T9處理（109.70 cm）。說明水勢越高，即灌水量越大，土壤就越濕潤，株高也就越大。

由圖6可知，各處理下黃瓜在株高增加的同時莖粗也在增加，二者總體增加趨勢相似。但T2處理的莖粗與T1處理間無顯著性差異，且略高于T1處理，這說明水勢過高可以使株高增加，但卻使莖粗這一指標相對減少，而適當降低水勢使株高相對降低，但會在莖粗方面得到補償。

2.3.2 對單株葉片數的影響 由圖7可知，各處理下黃瓜單株葉片數均隨著生育期的延長而增加，且與株高的增加趨勢相似。T1處理單株葉片數最多，最多達到50片；T9處理最小，僅為25片。說明水勢范圍越高，即灌水量越大，單株葉片數也越多。

2.4 不同水勢條件對溫室水果黃瓜產量的影響

2.4.1 對單株產量的影響 從圖8可以看出，在黃瓜整個生育期內澆水量的多少決定了單株產量的大小，總體趨勢為澆水量越多，單株產量越大。但是T1和T2處理例外，T2處理的黃瓜單株產量最高，達到了702.47 g，其次是T1處理，產量為676.89 g，但二者之間并無顯著性差異。由圖5可知，T1處理的株高最高，說明T1處理下（最大的澆水量）并沒有使光合產物積累在果實里，而是使黃瓜植株發生了徒長。

2.4.2 對各處理總產量及水分利用效率的影響

由表1可知，在不同水勢條件下，各處理的總產量與單株產量的變化趨勢保持一致，也是T2處理最高，達到44 630.13 kg/hm2，T1處理的總產量比T2處理少3 473.58 kg/hm2，而T1處理的灌水量是T2處理的1.54倍，由此得知，灌水量并非越多越好。結合外觀指標的分析可知，T1處理在較大的灌水量下已經使植株產生徒長現象，這不僅增加了生產成本而且對水資源也是極大的浪費。T2處理之后的其他處理總產量越來越少，T9處理的總產量僅為3 463.18 kg/hm2，不到T2處理的8%，可見T9處理使植株受到了重度水分脅迫。水分利用效率的變化呈現出從T1處理到T2處理增大，之后逐漸減小，到T6處理達到極小值（31.67 kg/m3），然后又逐漸增大的規律。由此可以看出，T1處理的產量低于T2處理，但是灌水量卻遠大于T2處理，因此，T1處理的水分利用效率比T2處理低39.98%；T2處理之后的T3～T6處理產量減少的量要比灌溉量減少的多，所以，水分利用效率呈逐漸下降的趨勢；然而從T7處理開始，灌溉量減少的量要比產量減少的多，因此，水分利用效率逐漸增大。

表1 不同水勢對水果黃瓜水分利用效率的影響

3 討論

光合作用是植物干物質生產和產量形成的重要生理過程。水分是植物光合作用的原料，直接影響綠色器官的光合作用。植物光合作用對水分脅迫十分敏感，當作物存在水分脅迫時，葉片光合速率下降[9-10]。柏成壽等[11]通過對番茄幼苗的研究認為，當水勢在-4～-16 kPa范圍變化時，番茄葉片的凈光合速率變化不明顯，但當土壤水勢小于-16 kPa時，凈光合速率顯著下降，因此，確定-16 kPa為番茄幼苗的下限水勢。Perry等研究報道，中午棉花葉片水勢由-1.9MPa下降到-14MPa，至輕度水分虧缺時，棉葉的總光合和凈光合基本保持不變。葉片水勢進一步下降時，棉葉的總光合和凈光合呈直線下降，水勢每下降-0.1MPa時，光合速率下降1.2μmol（/m·2s）[12]。本研究結果表明，凈光合速率在-45 kPa＜SWP≤-10 kPa的范圍內隨著水勢的降低而減小，而在-10 kPa＜SWP≤0 kPa的范圍內無顯著變化，因此，-10 kPa是黃瓜產生水分脅迫的水勢臨界值，這與前人研究結果一致[12-14]。

葉片是植物進行光合作用、制造有機物的主要器官。植物葉面積指數的大小影響光合速率的高低，進而決定了產量的高低[15]。張雪梅等[14]在對“綠嶺”核桃的研究中指出，在一定范圍內，葉面積指數隨著灌水量的減小而減小。張偉等[16]通過對不同灌水量下棉花冠層結構變化的研究中得出，水分越充足，棉花生長越快，葉面積指數也隨之越大。李春霞[17]研究表明，水分脅迫會導致蘋果樹的新生葉數量顯著減少，從而使其葉面積指數也隨之減少。本研究表明，從 T6處理（-30 kPa＜SWP≤-25 kPa）開始，植株明顯受到干旱脅迫，植株生長受到抑制，葉面積指數增長緩慢甚至不增長。

作物的節水灌溉應該主要考慮其產量及水分利用效率的問題，目前此方面的研究已有諸多報道。有學者分別在研究中指出植物的總產量隨著需水量的增大呈現出先上升后下降的拋物線關系[18-20]。這與本試驗結果一致，本試驗的單株產量和總體產量均是在水勢（-45 kPa＜SWP≤-5kPa）的范圍內，產量一直為增大的趨勢，T2處理達到最大值；水勢范圍增大到-5 kPa＜SWP≤0 kPa即T1處理時，產量反而降低，總體呈拋物線的關系。在水分利用效率方面，有學者對小麥和玉米的研究表明，總耗水量增加，水分利用效率隨之下降[21-22]。此結果與本試驗中T2～T6處理的結果一致。李懷平等[23]對溫室黃瓜的研究表明，適當的減少灌水量，可以提高黃瓜的水分利用效率。而本試驗中T1處理與T2處理的結果與其一致。本試驗結果表明，T7～T9處理的水分利用效率逐漸增大，這可能是由于當灌水量降到T7處理的范圍時，水分脅迫已經增大到一定程度，使得植株對水分產生了一種應激反應，故而使得水分利用效率反而增大。

有關學者通過不同水勢條件下對獨本菊的外觀指標研究得出，在一定的水勢范圍內，獨本菊的外觀指標包括株高、莖粗和單株葉片數等均隨著水勢的降低增長速率減慢[24]，本研究也得出相同結論。巨龍等[21]對小麥進行研究表明，隨著灌水量的增大，作物的外觀指標如株高、莖粗等會增加，但當灌水量過大時，其產量反而會降低。本研究結果也表明，黃瓜的外觀指標（株高、莖粗、葉片數）均隨著土壤水勢的增大而增大，但是產量卻是T1＜T2處理，即土壤水勢超過-5 kPa時，黃瓜的產量降低，其水分利用效率也隨之降低。

綜上所述，通過本試驗各參數的研究結果表明，T2（-10 kPa＜SWP≤-5 kPa）是最佳的水勢處理范圍，既符合節約灌溉的理念，又使經濟效益達到最大化。但是本試驗只研究了開花后的黃瓜水勢范圍，開花前最佳水勢范圍還有待進一步研究。

［1］潘強，黃之棟，馬承偉，等.華北型連棟塑料溫室節能對策與實踐[J].農業工程學報，1999，15（2）：155-158.

［2］李銀坤，武雪萍，武其甫，等.不同水氮處理對溫室黃瓜產量、品質及水分利用效率的影響 [J].中國土壤與肥料，2010（3）：21-24.

［3］李波，王鐵良，劉伽，等.不同灌溉方式下溫室濕度變化及對青椒生長的影響[J].排水灌溉學報，2009，28（4）：45-47.

［4］羅金耀，李少龍.我國設施農業節水灌溉理論與技術研究進展[J].節水灌溉，2003（3）：11-13.

［5］張振賢，喻景權，于賢昌，等.蔬菜栽培學[M].北京：中國農業大學出版社，2003：144-145.

［6］吳甘霖，段仁燕，王志高，等.干旱和復水對草莓葉片葉綠素熒光特性的影響[J].生態學報，2010，30（14）：3941-3946.

［7］李永秀，申雙和，李麗，等.土壤水分對冬小麥生育后期葉片氣體交換及葉綠素熒光參數的影響[J].生態學雜志，2012，31（1）：74-80.

［8］羅明華，胡進耀，吳慶貴.干旱脅迫對丹參葉片氣體交換和葉綠素熒光參數的影響[J].應用生態學報，2010，21（3）：619-623.

［9］ Stewar C R.Role of carbohydratesin in protine accumulation in willed barley leaves[J].PlantPhysiology，1978，61：775-778.

［10］曹衛星，羅衛紅.作物系統模擬及智能管理[M].北京：高等教育出版社，2003：58.

［11］柏成壽，陸幗一.水分脅迫對番茄幼苗生長影響的研究[J].園藝學報，1991，18（4）：340-344.

［12］陳布圣.棉花栽培生理 [M].北京：中國農業出版社，1994：56-62.

［13］張雯，安貴陽.肥水分區調控對蘋果光合作用、生長結果和果實品質的影響[J].西北農業學報，2010，19（6）：110-114.

［14］張雪梅，馬華冰，李保國，等.不同灌水量對“綠嶺”核桃生長結果的影響[J].經濟林研究，2013，31（1）：143-146.

［15］徐英，周明耀，薛亞鋒.水稻葉面積指數和產量的空間變異性及關系研究[J].農業工程學報，2006，22（5）：10-14.

［16］張偉，呂新，朱蕓，等.不同灌水量對新疆高產棉花冠層結構映像特征及產量影響的研究 [J].華北農學報，2005，20（5）：105-110.

［17］李春霞.蘋果對水分脅迫的反應特點及研究方向[J].陜西農業科學，2010（4）：39-43.

［18］韓建會，石琳琪，武彥榮.水分脅迫對日光溫室黃瓜產量的影響[J].西南農業大學學報，2000，22（5）：395-397.

［19］朱金霞，張源沛，鄭國保，等.不同灌水量對枸杞光合特性和產量的影響[J].節水灌溉，2012（1）：28-30.

［20］孔德杰，張源沛，郭生虎，等.不同灌水量對日光溫室黃瓜耗水規律及水分利用效率的影響 [J].干旱地區農業研究，2011，29（3）：42-47.

［21］巨龍，王全九，王琳芳.灌水量對半干旱區土壤水鹽分布特征及冬小麥產量的影響[J].農業工程學報，2007，23（1）：86-90.

［22］梁哲軍，齊宏力，王玉香，等.不同滴灌定額對玉米光合性能及水分利用效率的影響[J].中國農學通報，2014，30（36）：74-78.

［23］李懷平，楊金蓮，尹鵬程，等.不同灌水量對日光溫室黃瓜光合作用及水分利用效率的影響 [J].內蒙古農業科技，2014（4）：21-23.

［24］周艷寶，戴劍鋒，林琭，等.水分對日光溫室獨本菊外觀品質影響的模擬[J].農業工程學報，2009，25（6）：204-209.