香蕉種苗耗水規律及適宜節水灌溉制度研究

周陳平，姚嬌嬌，楊 護，鄺瑞彬，楊 敏，羅小燕，黃炳雄，魏岳榮

（廣東省農業科學院 果樹研究所/農業部南亞熱帶果樹生物學與 遺傳資源利用重點實驗室/廣東省熱帶亞熱帶果樹研究重點實驗室，廣州 510640）

0 引 言

【研究意義】香蕉是世界鮮果貿易量最大的水果。據FAO統計，2018年世界香蕉種植面積約為565.4萬hm2，產量1.14億t。2018年，我國香蕉種植面積352.61千hm2，總產量1 122.17萬t，進口量154.78萬t，出口量2.02萬t。香蕉產業已成為我國熱區農業支柱型產業和農民增收的主要來源之一。隨著產業技術的發展，香蕉種植的種苗已從原來的吸芽苗過渡到組培苗，通常采用每2年更新1次種苗的種植模式，因此每年至少需要3.5億株以上種苗。在目前香蕉枯萎病未得到有效控制的前提下，如何低成本、高效率、高質量地標準化培育香蕉種苗對我國香蕉產業的健康發展至關重要。【研究進展】自20世紀90年代研究者首次提出利用吸芽莖尖進行擴繁的組織培養技術以來，超過90%香蕉種苗來源于試管苗，這極大地縮短了優質種苗的繁育和推廣時間，促進了香蕉的大規模生產[1-4]。在此基礎上研究者對傳統的快繁技術進行優化改良，并開展了一系列香蕉種苗培育配套技術體系的研究，提高了優質種苗的出圃率，保證了香蕉種苗產業的持久健康生命力。在無土育苗研究方面，豐鋒等[4]采用正交試驗設計和單因素隨機區組方法篩選‘巴西蕉’的無土育苗基質，認為珍珠巖為較優的無土移栽基質；還有研究者認為椰糠的理化性質更適合香蕉幼苗生長，有利于健康強壯無菌種苗的培育，可作為首選的無土栽培基質而廣泛應用[5]。在大棚育苗方面，郭堂勛等[6]提出了一套大棚育苗管理方法和病蟲害防治技術。黃中雄等[7]研究了針對香蕉大棚育苗的農業氣象適用技術，得到了香蕉苗對假植棚內小氣候的要求與相關調控技術，促進香蕉假植苗的高質量供應。

【切入點】在水肥管理方面，香蕉種苗的水肥需求規律的研究是生產上進行精準化水肥調控和標準化生產的基礎，目前關于香蕉育苗期水分需求規律及基于水分需求規律之上的節水灌溉制度的研究較少。但謝少澤等[8]、劉海軍等[9]、洗昌清等[10]開展了關于香蕉種苗定植后整個生育期的耗水量及節水灌溉制度的研究，為本文研究的開展提供了重要技術參考。【擬解決的關鍵問題】本研究根據香蕉種苗的基本生長規律，將育苗期劃分為生長前期、中期和后期，開展各個時期耗水規律的研究，并把耗水規律與節水灌溉制度相結合，為育苗期的節水灌溉制度提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2019年10—12月在廣東省農業科學院果樹研究所香蕉育苗大棚內（ 23°9′6.35′′ N ，113°22′24.56′ E）進行。育苗用溫室大棚表面覆蓋75%遮陽率的遮陽網，光照強度控制在10 000～20 000 LUX，溫度控制在26～32 ℃，空氣相對濕度控制在60%～70%。

1.2 試驗材料

以‘巴西蕉’為試驗品種，選取在生根培養基中培養4周、根系生長良好、長勢均勻一致的一級組培苗為材料，該材料由廣東省農業科學院果樹研究所提供。在將一級組培苗裝入營養杯后培育為二級杯苗的過程中，根據種苗生長的基本規律，將其劃分為生長前期、中期和后期。

育苗基質為全椰糠，裝杯前先用流水對基質進行充分浸泡和淋洗，直至基質的EC值小于0.5 mS/cm，去除椰糠可能含有的鹽分和有害物質，避免原始基質對種苗造成的鹽脅迫。

1.3 試驗設計

各處理基質的相對含水率（土壤含水率占田間持水率的比例）從高到低設定為：90%±5%、80%±5%、70%±5%、60%±5%、50%±5%、40%±5%（T90、T80、T70、T60、T50、T40處理），以100%相對含水率處理為對照（CK）。采用生產實踐中的普通施肥水平，在緩苗期后施加緩釋復合肥（氮、磷、鉀質量比為16∶6∶13），每株施加1 g。

考慮到在數據采集過程中的破壞性取樣以及植株整齊度等因素，為保證有足夠大的植物樣本，每個處理設置200株試驗苗，重復5次。用稱質量補水法進行補水，實現不同處理相對含水率的標定，標定周期為3 d（即每個處理設定的相對含水率為標定上限，每3天加水補充至設定的相對含水率）；每天測定不同處理的日耗水量。

1.4 試驗方法

采用烘干法對椰糠基質的田間持水率進行測定。采用稱質量補水法進行標定：不同處理的標定總質量為m（營養杯+基質+苗），控水開始后于每1天同一時刻對不同處理進行稱質量，記為m1，不同處理試驗苗的日鮮質量增量為m2，故苗木的日耗水量為mW（mW=m-m1+m2），每次標定需加水補充至標定總質量與鮮質量增量的總和。月耗水量為當月每次稱質量所獲得的日耗水量的總和。

幼苗生長和生理指標測定：包括植株的株高、莖粗、葉片數、葉面積及SPAD值。用鋼卷尺測量株高，精度0.1 cm；用游標卡尺測量莖粗，精度0.1 mm；使用葉綠素儀測定SPAD值，每次測定同一植株的不同葉位的SPAD值；葉片數的測定：記錄試驗苗完全展開的功能葉的數量；葉面積的測定：選取最新的一片完全展開的功能葉，用剪紙稱質量法進行測量。以上指標的測定周期為10 d（于2019年10月1日開始）。

幼苗根系生長指標的測定：使用根系掃描儀采集根系的圖像，然后用WinRHIZO根系分析軟件對根系的拓撲結構進行分析，最后導出根系的總長度、體積、表面積、直徑、根尖數等數據信息。

干物質量的測定：采用標準株法，從每個處理水平選擇整齊度高的5株進行破壞性取樣測定，分別將每株幼苗的地上部和地下部分離，然后置于信封中于80 ℃烘箱中烘干，至恒定質量后用電子天平稱量，精度0.001 g。以上生長指標的測定均設置6個測量時間點，周期為10 d（于2019年10月1日開始）。

1.5 數據處理

利用Excel軟件進行數據整理和圖表制作；用IBM SPSS Statistics 20進行數據分析；用R語言進行主成分分析（PCA）及相關圖表制作。

2 結果與分析

2.1 不同水分處理對單株種苗耗水量的影響

圖1（a）為不同處理單株日耗水量的差異比較。各處理在整個苗期內單株日耗水量均呈上升趨勢，在生長后期趨于平穩。在0～10 d，日耗水量以CK 最高，為24.7 g/（株·d ），顯著高于T40、T50、T60 和T70處理（P＜0.05）；在10～50 d，CK 的平均日耗水量均值為48.2 g/（株·d ），顯著高于其他處理；在50～60 d，CK 和T90 處理的日耗水量較高，分別為52.0 和38.3 g/（株·d ），顯著高于其他處理。以上分析表明，相對含水率越高，單株日耗水量越大。

由圖1（b）可知，不同相對含水率處理下的‘巴西蕉’種苗在整個苗期的總耗水量存在差異，其中，CK 和T90 處理顯著高于其他處理（P＜0.05），以CK耗水量最大，為2 554.0 g/株，T90 處理耗水量次之，為2 148.0 g/株，最小的是T40 處理，為408.0 g/株，T50、T60、T70 處理和T80 處理的總耗水量介于756.0～1 545.3 g，比CK 低39.49%～70.40%。

2.2 不同水分處理對種苗地上部生長的影響

表1 為不同處理種苗地上部生長指標。由表1 可知，隨著幼苗裝杯移植后時間的延后，不同控水條件下的地上部生長指標差異越來越大。

在生長前期（0～20 d），T70、T80、T90 處理和CK 的株高顯著高于T40 處理，以T80 處理最高，較CK 提高了1.78%；CK 的莖粗最大，T40 處理和T50處理顯著低于CK；不同處理的鮮質量以T90 處理最高，顯著高于T40 處理，比CK 高17.03%。

圖1 不同處理下‘巴西蕉’單株日耗水量和總耗水量 Fig.1 Daily water consumption and total water consumption of Mimosa nana Lour.under different water treatments

表1 不同水分處理下‘巴西蕉’地上部生長指標 Table 1 The above-ground growth of Mimosa nana Lour. under different water treatments

在生長中期（20～40 d），T70、T80、T90 處理和CK 的株高顯著高于T40 處理，以T70 處理最高，比CK 高7.83%；T70、T80 處理和T90 處理的莖粗值顯著高于T50處理，以T90處理最粗，比CK粗18.29%；T70 處理的葉片數最多，顯著多于T50 處理，比CK多4.55%；T70、T80、T90 處理和CK 的鮮質量顯著高于T40 處理，以T90 處理最高，比CK 高24.78%。

在生長后期（40～60 d），T80 處理和T90 處理的株高顯著高于T40 處理和T50 處理，以T80 處理最高，比CK 高22.65%；T80 處理和T90 處理的莖粗與T50 處理有顯著差異，以T90 處理最粗，比CK 粗35.32%；T70、T80、T90 處理和CK 的葉片數顯著多于T40 處理和T50 處理，以T90 處理最多，比CK多6.67%；T80 處理和T90 處理的鮮質量顯著高于T40處理和T50 處理，以T90 處理的鮮質量最高，比CK高33.77%。

通過地上部生長數據的差異分析表明：在整個育苗期，不同處理的地上部生長存在差異，相對含水率較高的處理要優于相對含水率較低的處理，當田間含水率在低于70%時，對種苗的地上部生長不利。具體表現為，在生長的前期和中期，相對含水率高于70%時，地上部長勢較優，而在后期，控制相對含水率高于80%時，地上部長勢較優。

2.3 不同水分處理對種苗根系生長的影響

表2 為不同水分處理種苗根系生長參數。從表2可以看出，隨著幼苗移植后時間的延后，相對含水率高的處理的根系生長較相對含水率低的處理活躍，T80處理和T90 處理的根系生長活力最強。在生長前期，T80 處理的根系總長度和表面積較CK 分別提高了19.98%和19.79%；在生長中期，T80 處理的根系表面積、直徑和體積較CK 分別提高了12.38%、20.90%和32.06%；在生長后期，T90 處理的根系總長度、表面積、體積和條數較CK 分別提高了43.69%、42.78%、39.10%和71.76%。相對含水率過高或過低在一定程度上會影響種苗根系的生長發育，本研究中根系長勢最優的為T80 處理和T90 處理，且優于CK。因此，在整個育苗期，控制相對含水率在80%～90%之間，將更有利于根系的生長。

表2 不同水分處理‘巴西蕉’根系參數 Table 2 The root growth parameter of Mimosa nana Lour. under different water treatments

2.4 不同控水條件下‘巴西蕉’試驗苗生長狀況評價

采用主成分分析法（PCA）對不同處理的地上部生長狀況（株高、莖粗、葉片數、葉面積和鮮質量）進行綜合評價（表3）。在生長前期，T70處理得分最高，CK排第4，其葉片數和鮮質量分別較CK提高了16.67%和4.95%；在生長中期和后期，T80處理的得分最高，CK分別排第4和第3。相對含水率過低或過高都對種苗的生長有一定的抑制作用，本研究表明，將生長前期的相對含水率控制在70%，中后期為80%，不但有利于田間水分的高效利用，而且對種苗的地上部生理生長有促進作用。

表3 不同處理在不同時期綜合得分及排名 Table 3 Scores and ranks of different treatments

2.5 地上部與地下部異速生長模型

本研究根據地上-地下生物量的數據進行Y=a?Xb異速生長模型的建立，其中，a和b代表模型參數；Y代表地下部生物量；X代表地上部生物量。

對本試驗中的不同處理的地上部與地下部生物量數據進行非線性回歸建模，標定了模型中的參數，最終得到了‘巴西蕉’的地上部與地下部異速生長模型：Y=0.138 6·(x/r)0.7，Y為‘巴西蕉’試驗苗單株平均地下部干質量，x為平均單株地上部干質量，r為盆栽基質的相對含水率。通過F檢驗得出F＞F0.01，P＜0.01，故地上部和地下部生物量存在顯著的異速生長關系。

為了對模型進行評估，對異速生長模型的預測值和實測值（0～60 d）進行了比較，結果見圖2，圖中紅色實線為y=x對角線函數，R2為0.807 6，表明模型擬合的結果較好，此模型具有良好的預測能力。

圖2 模型評價 Fig.2 The evaluation of model

3 討 論

3.1 不同控水條件下香蕉苗期的耗水規律

水分參與植物重要的生理生化代謝過程，是植物體內原生質的基本組分和細胞內各種反應的介質，細胞保持固有的形態也需要水分[11]。而土壤水分直接影響植物體根系對水分的吸收，進而影響植物的地上部生長。在一定程度上適當降低土壤的含水率，會刺激根系生長，促進優質苗的培育[12]。植物在不同的生長發育階段對水分的消耗量存在差異，探索并掌握植物體在不同時期對水分的需求規律是制定科學合理的水分管理方案的基礎。本研究表明，在‘巴西蕉’育苗期間，不同控水條件下的單株日耗水量均呈上升趨勢，在生長后期趨于平穩。在整個育苗期，日耗水量以CK 最高，T90 處理次之，總耗水量隨著相對含水率的增加而增加，這與之前研究得出的隨土壤中水分的增加，植株耗水量越大[13-14]的結論相似。

3.2 基于香蕉苗期耗水規律的節水灌溉制度

節水灌溉主要是根據植物的需水規律和供水條件，在高效利用水資源的同時，滿足植物優質高產的栽培目標，促進農業的可持續發展[15-16]。不同品種根據其自身的耗水規律制定不同的灌溉制度，黃連木和花櫚木在相對含水率為80%的條件下可以達到節水灌溉的目的，80%為最適宜生長的相對含水率[17-18]，栓皮櫟則為60%[19]。本研究中T90 處理和CK 的試驗苗出現了水分供過于求的現象，T40、T50 處理和T60處理則表現為不同程度的干旱脅迫，結合試驗苗生長生理指標的評價，得到如下控水方案：在生長前期，70%相對含水率最適宜‘巴西蕉’幼苗生長，中期和后期則為80%相對含水率最適宜。

3.3 地上部與地下部異速生長關系探討

根系是植物重要的器官，地下部的生長發育和地上部密切相關，植物地上部與地下部的相互作用關系越來越多地受到研究者的重視[20-23]。本研究利用異速生長模型通過地上部的形態學參數預測地下部的生長。根據曾凡江等[24]、汪金松等[25]和牛存洋等[26]分別對疏葉駱駝刺、臭冷杉和科爾沁沙地小葉錦雞的地上-地下的經驗模型，建立了‘巴西蕉’種苗的地上部-地下部冪函數異速生長模型。該模型能夠在指定的時間范圍內描述地上部和地下部異速生長關系。‘巴西蕉’的地上部生物量的同比增量高于地下部，隨著試驗苗的生長發育，根冠比會有下降趨勢，說明香蕉適宜生長在水資源供應較充足的基質環境中。

4 結 論

1）在不同控水條件下，香蕉育苗期種苗的日耗水量在整個苗期均呈上升趨勢，日耗水量在育苗期的不同階段均以CK 最高；總耗水量表現為：CK＞T90處理＞T80 處理＞T70 處理=T60 處理＞T50 處理＞T40處理。

2）建立種苗的地上部-地下部冪函數異速生長模型，精度較高，可通過地上部的生物量變化較為準確地預測地下部分生物量。

4）在生長前期，建議控制基質的相對含水率在70%，生長中期和后期控制在80%。