負壓滲灌條件下不同供水吸力對茄子生長及產量的影響

杜鳳煥，范鳳翠,，張 哲，劉勝堯，乜蘭春，李志宏，趙 楠，賈宋楠，賈建明

(1.河北農業大學 園藝學院，河北 保定 071001；2.河北省農林科學院 農業信息與經濟研究所，石家莊 050051)

茄子是我國設施蔬菜的主栽品種之一，為直根系，耐旱性弱，生長過程中需要充足的土壤水分。目前有關設施茄子節水研究主要集中在節水灌溉制度和灌水量的研究上，設施茄子灌溉制度研究多是采用不同水分處理對茄子生長性狀、水分生理和產量影響的方法，灌水量研究采用設置不同土壤水分上限和土壤水分下限的試驗方法。這些研究控制土壤水分多是采用烘干法和稱重法測定土壤含水量，依據灌水定額控制各處理的水分，基本確定了茄子各生育期適宜的土壤相對含水量分別為苗期65%左右，花果期70%左右，結果期80%左右[1-5]。李波、杜社妮、焦艷萍[6-8]等研究了不同灌溉方式對茄子生長、產量和水分利用率的影響，表明滴灌、微噴等先進的節水灌溉技術的節水效果。設施茄子需水規律研究主要集中在各生育階段需水量的研究上[9-11]。本試驗以茄子為供試作物，通過負壓滲灌灌溉裝置設定不同供水吸力值控制不同的土壤含水量，實現土壤含水量的穩定供給和精確控制，研究分析不同供水吸力下茄子生長、產量、水分利用效率的差異，確定茄子不同生育期適宜供水吸力，以期為茄子精準灌溉和水分調控提供理論依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年4-7月在河北省農林科學院農業試驗園區塑料大棚內進行。試驗區屬溫帶半濕潤偏旱大陸性季風氣候區，年均氣溫12.9 ℃，年均冬季時長 145 d。供試土壤質地為黏壤質石灰性褐土，土壤容重為1.45 g/cm3，田間持水量為24.5，茄子供試品種為京圓2號 ，嫁接茄子，砧木為托魯巴姆。

試驗期間棚內日均空氣溫度、日均空氣濕度、日累積太陽輻射如圖1所示，塑料大棚內日均溫度為17～40 ℃，日均相對濕度為43%～98%，日累積太陽輻射為1.29～15.90 mol/(m2·d)。

圖1 試驗期間茄子生育期內氣象因子Fig.1 Meteorological factors during the growth period of eggplant at the experimental site

1.2 試驗設計

本試驗使用負壓滲灌設備進行灌溉，通過調整零水位基準點，調節滲水器承受的水壓，實現對目標土壤含水量的控制。試驗棚內挖掘長2.75 m，寬0.6 m，高0.5 m的槽狀結構，在槽的四周及底部均覆上塑料薄膜，然后將挖掘出的土按照原土層回填進去，兩個土槽的間距為0.6 m，每個土槽均安裝負壓滲灌設備進行灌溉，茄子定植于土槽中。

本試驗將茄子生育期劃分為 3 個階段：苗期(4月3日至5月3日，從茄子移栽至茄子開花)、花果期(5月4日至6月2日，從茄子開花至茄子成熟開始采摘)和采摘期(6月3日至7月20日，從茄子成熟采摘至拔秧)。每個時期負壓供水設置5、10、15、20、25 kPa共5個供水吸力水平，其他生育時期供水吸力保持在10 kPa的水平，每個處理重復3次。本試驗各處理不同負壓供水吸力如表1所示。

1.3 試驗觀測內容及方法

(1)設施內小氣候監測。設施內氣候因子的監測采用益康農環境監測儀記錄棚內空氣溫度、相對濕度、光照、二氧化碳含量、土壤溫度；設施外氣候因子監測采用小氣候監測站。

(2)形態指標的測定。從茄子定植后開始苗期、花果期、采摘期分別測定一次植株的株高、莖粗；采用直尺測定株高，游標卡尺測定莖粗。

(3)日耗水量。每天根據負壓滲灌設備上的帶刻度透明管讀出并記錄各小區茄子的耗水量。

表1 茄子各生育期不同負壓供水kPa

Tab.1 Different water supply tension during each growth period

生育期處理負壓供水吸力苗期(0403-0503)花果期(0504-0602)采摘期(0603-0720)苗期51010101010151010201010251010花果期10510101010101510102010102510采摘期10105101010101015101020101025

(4)產量及水分利用效率。產量測定：每次采摘成熟茄子后，均用精度為0.01 g的電子秤測定茄子重量，準確記錄處理編號及采收時間。

作物水分生產率：即作物消耗單位水量的產出，其值等于作物產量與作物凈耗水量或蒸發蒸騰量的比值，kg/m3。

2 結果與分析

2.1 不同供水吸力對土壤相對含水量的影響

圖2給出了不同供水吸力對土壤相對含水量的影響，選取負壓灌溉裝置運行過程中的3個時間點測定土壤相對含水量，由圖2可知，土壤相對含水量隨著供水吸力的增大而減小，試驗進行中3個時間點測得的同一供水吸力的土壤相對含水量差異不大，說明利用負壓滲灌設備設定不同供水吸力后進行灌溉，能夠使土壤含水量處于一個相對穩定的狀態。不同供水吸力控制下土壤含水量有明顯差異，0 kPa負壓處理土壤相對含水量為100%，5 kPa的土壤相對含水量為95%～97%，10 kPa的土壤相對含水量為80%，15 kPa的土壤相對含水量為62%～74%，20kPa的土壤相對含水量為59%～67%，25 kPa的土壤相對含水量為49%～56%，這說明負壓滲灌設備能夠對土壤含水量進行相對穩定的水分控制。

圖2 不同供水吸力對土壤相對含水量的影響Fig.2 Variation of soil water content under different water supply tension

2.2 不同供水吸力對茄子生長的影響

2.2.1 不同供水吸力對茄子株高的影響

圖3為茄子苗期、花果期、采摘期不同供水吸力處理后茄子株高的變化。由圖3可以看出各處理進行不同土壤水分處理前茄子長勢是一致的，進行不同供水處理后發生變化，整體趨勢是隨著生育期的進行，株高逐漸增加，且在同生育期，供水吸力越小株高越大，在不同生育階段，茄子株高的增長速率均值苗期最大為1.27 cm/d，花果期次之為1.17 cm/d，采摘期最小為0.64 cm/d。

經過回歸分析，茄子株高與不同供水呈線性關系，分別為：茄子生育期-苗期處理，株高與不同供水吸力的回歸方程及決定系數為：y= -0.526 6x+32.25，R2=0.895 8；茄子生育期-花果期處理，株高與不同供水吸力的回歸方程及決定系數為：y=-0.699 8x+74.831，R2=0.869 3；茄子生育期-采摘期處理，株高與不同供水吸力的回歸方程及決定系數為：y=-0.953 6x+112.1，R2=0.663 8；說明株高與苗期不同供水吸力的相關性(R2=0.895 8)高于與花果期、采摘期的相關性。苗期不同供水處理后，15 kPa處理株高最大，較5、10、20 kPa處理差異不顯著，顯著高于25 kPa處理；花果期不同供水處理后，5 kPa處理株高最大，顯著高于15 kPa處理、20 kPa處理、25 kPa處理，較10 kPa處理差異不顯著；采摘期不同供水處理后，5 kPa處理株高最大，較10 kPa處理、15 kPa處理、20 kPa處理、25 kPa處理差異不顯著，顯著高于25 kPa處理。

圖3 不同供水吸力對茄子株高的影響Fig.3 Effects of different water supply tension treatments on plant height of eggplant

2.2.2 不同供水吸力對茄子莖粗的影響

圖4為茄子苗期、花果期、采摘期不同供水吸力處理后茄子莖粗的變化。由圖4可以看出，隨著生育期的進行，莖粗逐漸增加。在不同生育階段，茄子莖粗的增長速率均值苗期最大為0.28 mm/d，花果期次之為0.16 mm/d，采摘期莖粗的增長速率幾乎為0，為0.01 mm/d。

經回歸分析，莖粗與不同供水吸力呈三次曲線關系，分別為：茄子生育期-苗期處理，莖粗與不同供水吸力的回歸方程及決定系數為：y=-0.000 4x3+0.006 8x2-0.065 5x+11.149，R2= 0.994 7；茄子生育期-花果期處理，莖粗與不同供水吸力的回歸方程及決定系數為：y=0.000 9x3-0.03x2+0.087 8x+16.714，R2=0.976 3；茄子生育期-采摘期處理，莖粗與不同供水吸力的回歸方程及決定系數為：y=-0.000 2x3+0.002 2x2+0.027 4x+16.556，R2=0.812 2；說明在土壤含水量較高的情況下莖粗卻相對減小，過高或過低的土壤含水量都不利于莖粗的增加。莖粗與苗期不同供水吸力的相關性(R2=0.994 7)高于與花果期、采摘期的相關性。苗期生育期不同供水吸力處理后，10 kPa處理茄子莖粗最大，顯著高于25 kPa處理，較5 kPa處理、10 kPa處理、20 kPa處理差異不顯著。花果期不同供水吸力處理后，5 kPa處理莖粗最大，顯著高于其他處理。采摘期不同供水吸力處理后5 kPa處理莖粗最大，與10、15、20 kPa差異不顯著，顯著高于25 kPa處理。

圖4 不同供水吸力對茄子莖粗的影響Fig.4 Effects of different water supply tension treatments on plant stem diameter of eggplant

2.3 負壓滲灌條件下茄子植株的日耗水動態

圖5為連續 109 d(4月3日-7月20日)所測得的茄子的日耗水變化曲線。負壓滲灌條件下，茄子植株日耗水量表現為隨著生育期的進行呈現先升高后降低的趨勢，采摘期的階段耗水量和日耗水量最大，花果期次之、苗期最小，各處理在3個生育階段的平均日耗水量變化范圍分別苗期0.29～0.98 mm/d，花果期0.47～2.18 mm/d，采摘期0.77～2.43 mm/d。茄子植株的日耗水量因不同供水吸力的不同而不同，15、20、25 kPa處理茄子植株苗期的日耗水量比較平穩，5、10 kPa處理茄子苗期日耗水量急劇上升，這是由于負壓滲灌裝置為了使土壤水分達到設置的水平而進行的調整，進入花果期后茄子植株日耗水量呈現上升的趨勢直到花果期結束，在采摘期前期茄子植株日耗水量比較平緩，采摘后期日耗水量呈現下降趨勢。

圖5 負壓滲灌下茄子植株日耗水動態Fig.5 Daily water consumption dynamics of eggplant plants under negative pressure irrigation

試驗結束時，生育期-苗期不同供水吸力處理累積日耗水量表現為5 kPa處理>10 kPa處理>15 kPa處理>20 kPa處理>25 kPa處理；生育期-花果期不同供水吸力處理累積日耗水量表現為5 kPa處理>10 kPa處理>15 kPa處理>25 kPa處理>20 kPa處理；生育期-采摘期不同供水吸力處理累積日耗水量表現為10 kPa處理>15 kPa處理>5 kPa處理>20 kPa處理>25 kPa處理。

2.4 不同供水吸力對茄子產量和水分利用效率的影響

由表2可知，不同供水吸力處理對茄子產量的影響顯著，茄子苗期不同供水吸力處理后10 kPa 處理茄子產量最高，顯著高于5、20、25 kPa處理，較15 kPa處理差異不顯著，從節水的角度考慮，苗期處理適宜的供水吸力為15 kPa，水分生產效率為33.22 kg/m3。花果期不同供水吸力處理后15 kPa處理茄子產量最高，顯著高于5、20、25 kPa處理，較10 kPa處理差異不顯著，從節水的角度考慮，花果期適宜的供水吸力為15 kPa，水分生產效率為38.99 kg/m3。采摘期不同供水吸力處理后10 kPa處理產量最高，顯著高于其他處理，所以采摘期的供水吸力為10 kPa，水分生產效率為31.85 kg/m3。

比較3種生育期處理，經回歸分析，產量與不同供水吸力呈開口向下的拋物線關系，回歸方程及決定系數分別為：苗期處理：y=-14.802x2+356.59x+844.37，R2=0.766 4；花果期處理：y=-10.081x2+250.34x+1 847.4，R2=0.977；采摘期處理：y=-4.077 2x2+58.729x+2 579.1，R2=0.678 4；這說明并非灌水量越大，產量就越高，當土壤含水量達到一定程度后，產量不再增加或是略有下降，呈“報酬遞減”現象，因而水分利用效率隨之降低。

表2 不同供水吸力對茄子產量和水分利用效率的影響

Tab.2 Yields and water use efficiency of the eggplant at differentgrowth periods in different water supply tension

生育期處理供水吸力/kPa產量/(kg·hm-2)耗水量/(m3·hm-2)水分利用效率/(kg·m-3)苗期530085.65b1691.8317.78b1049814.40a1588.8331.35a1547994.60a1444.3733.22a2018230.70c1209.7415.07b2513075.80d679.0819.25b花果期542565.80b2053.1320.73c1049814.40a1553.0732.07b1551821.10a1328.8438.99a2040234.95b1361.2429.56b2527816.30c872.4731.88b采摘期538415.30b1592.5924.12b1049814.40a1563.9731.85a1531715.40b1426.4222.23b2031972.35b1549.1420.64b2523490.75c1185.7319.81b

注：同列不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。

3 結 語

負壓滲灌條件下，土壤含水量隨著供水吸力的增大而減小，供水吸力為5～25kPa時，土壤相對含水量的變化范圍為49%～97%。株高與不同供水吸力呈一次線性關系，株高與苗期不同供水吸力的相關性高于與花果期、采摘期供水的相關性，茄子莖粗與不同供水吸力呈現三次線性關系，莖粗與苗期不同供水吸力的相關性高于與花果期、采摘期供水的相關性。采摘期的階段耗水量和日耗水量最大，花果期次之、苗期最小。各處理在 3 個生育階段的耗水強度變化范圍分別苗期0.29～0.98 mm/d，花果期0.47～2.18 mm/d，采摘期0.77～2.43 mm/d。茄子植株的日耗水量因不同供水吸力的不同而不同。各處理茄子植株苗期的日耗水量比較平穩，進入花果期后茄子植株日耗水量呈現上升的趨勢直到花果期結束，在采摘期前期茄子植株日耗水量比較平緩，采摘后期日耗水量呈現下降趨勢。試驗條件下，綜合考慮茄子產量和水分利用效率，各生育期適宜的供水吸力分別為苗期15 kPa、花果期15 kPa、采摘期10 kPa。