连续负压供水对茄子养分吸收及生长发育的影响

连续负压供水对茄子养分吸收及生长发育的影响 目录摘要 I前言 11材料与方法 21.1供试材料 21.2连续负压供水盆栽装置 22试验设计 32.1试验处理 32.2样品采集 32.3测定指标与方法 32.3.1耗水量测定 42.3.2水分利用效率 42.3.3耗水模数 42.3.4氮磷钾的测定 42.3.5数据处理 43结果分析 43.1连续负压供水对茄子耗水量的影响 43.2连续负压供水对茄子生长发育的影响 53.3负压供水灌溉对茄子植株氮磷钾吸收的影响 73.4负压供水灌溉对茄子株高和茎长的影响的影响 84讨论 95结论 10参考文献 11致谢 13 摘要探索连续负压供水对茄子养分吸收及生长发育的影响，目的是通过一系列研究了解茄子在连续负压供水下对养分的吸收效果和生长发育情况，为茄子的水分管理提供理论依据。利用连续负压供水装着，分别在茄子生长的始花期、始果期、盛果期和末期设置-3kpa、-8kpa、-15kpa以及人工浇水处理（CK）四个处理。在大棚内以盆栽的形式进行试验，测定了茄子的氮、磷、钾的吸收以及在不同负压供水下，茄子植株的茎长和株高。试验结果表明，当供水压力控制在-3kPa～-15kPa范围内时，相比于CK处理，茄子整个生育期的各项生理指标均发生变化，并且都随着供水压力的增大而逐渐提升。其中，当供水压力控制在-3kPa时，茄子从始花期至生育末期对氮、磷、钾的吸收效果均较CK处理有所提高。综上所述，采用连续负压供水的方法，当供水压力控制在-3kPa时，具有显著提高茄子的生理活性、改善其生理学机制的作用。关键词：植物生长调节剂；糜子；苗期；光合特性；负压供水AbstractEffectofcontinuousnegativepressurewatersupplyonnutrientabsorptionandgrowthofeggplantToexploretheeffectofcontinuousnegativepressurewatersupplyonnutrientabsorption,growthanddevelopmentofeggplants.Thepurposeistounderstandtheeffectofeggplantsonnutrientabsorptionandgrowthundercontinuousnegativepressurewatersupplythroughaseriesofstudies,andtoprovideatheoreticalbasisforeggplantwatermanagement.Itwasinstalledwithcontinuousnegativepressurewatersupply,andthethreetreatmentsof-3kpa,-8kpa,-15kpa,andartificialwateringtreatment(CK)weresetatthebeginning,flowering,fruitingandendstagesofeggplantgrowth.Theexperimentwasconductedinagreenhouseintheformofapot,andtheabsorptionofnitrogen,phosphorus,andpotassiumoftheeggplantandthestemlengthandheightoftheeggplantplantunderdifferentnegativepressurewatersupplyweremeasured.Thetestresultsshowthatwhenthewatersupplypressureiscontrolledwithintherangeof-3kPato-15kPa,comparedwithCKtreatment,variousphysiologicalindicatorsofeggplantsduringthewholegrowthperiodchange,andallgraduallyincreasewiththeincreaseofwatersupplypressurePromotion.Amongthem,whenthewatersupplypressurewascontrolledat-3kPa,theabsorptioneffectofeggplantsonnitrogen,phosphorus,andpotassiumfromthefloweringstagetotheendofthegrowingperiodwasimprovedcomparedwiththeCKtreatment.Insummary,themethodofcontinuousnegativepressurewatersupply,whenthewatersupplypressureiscontrolledat-3kPa,cansignificantlyincreasethephysiologicalactivityandimprovethephysiologicalmechanismofeggplant.Keywords:plantgrowthregulator;millet;seedlingstage;photosyntheticcharacteristics;negativepressurewatersupplyAbstract前言茄子属于直根系作物，较不耐旱，因此其生长发育过程中需要充足的土壤水分，而且无论是土壤缺水或水分过多还是巨大的水分变化幅度，都会使其果实品质和最终产量明显下降。叶大，卵形至长圆状卵形，叶柄长约2-4.5厘米（野生的具皮刺）。能孕花单生，花柄长约1-1.8厘米，毛被较密。果的形状大小变异极大。果的形状有长或圆，颜色有白、红、紫等。茄子原产于亚洲热带，且中国各省均有栽培。【1】茄子喜高温，种子发芽的适宜为25摄氏度-30摄氏度，幼苗期种子发育的适宜温度在白天为25摄氏度-30摄氏度，在夜间15摄氏度-20摄氏度，当15摄氏度以下时，茄子的生长就会变得缓慢，并引起落花。低于10摄氏度时新陈代谢失调，茄子形成之前需水量少，茄子迅速生长以后需要的水则多一些。茄收获前后需水量最大，要充分满足水分需要。茄子喜水又怕水，土壤潮湿通气不良时，易引起沤根，空气湿度大容易发生病害。茄子适于在富含有机质、保水保肥能力强的土壤中栽培。茄子对氮肥的要求较高，缺氮时会延迟花芽分化，花数明显减少，尤其在开花盛期，如果氮不足，短柱花变多，植株发育也不好。在氮肥水平低的条件下，磷肥效果不太显著，后期对钾的吸收急剧增加。茄子原产亚洲热带，在全世界都有分布，以亚洲栽培最多，占世界总产量74%左右；欧洲次之，占14%左右。中国各地均有栽培，为夏季主要蔬菜之一。[2]在茄子种植过程中，土壤水分是影响植物生长的重要环境因子，植物对水分条件的要求和适应是植物水分的重要特征[3]。植物只有生长于适宜的土壤水分条件下，才有利于发挥其生长潜力，从而达到增产增收的目的。然而现阶段我国农业生产中，作物遭受水分威胁和土壤水分浸渍的现象比较普遍，相关的研究与报道也有所出现。设施蔬菜大多遭受土壤水分浸渍危害，很多地方采用的常规灌溉方式，这种灌溉方式不仅浪费水资源，而且由于地面蒸发量大，从而使室内湿度过高，进而抑制叶面的蒸腾作用，阻碍根系吸水，最终导致作物容易滋生病虫害和深层渗漏引起的地下水污染[4]。减少水分的散失和提高水分利用效率是温室生产中不可忽视的重要问题，这要求把温室内土壤-植物-环境看作成一个连续体，在土壤含水量被精确控制的条件下，就土壤水分对作物生长及相关生理指标的影响进行系统研究。而负水头灌溉系统则可在气温、地温、光强、空气湿度等多种外界因素的影响下，做到适时适量的自动灌水，减少土壤渗漏和蒸发损失，实现土壤含水量的精确和持续控制。1908年，Livingston首次提出利用基质势吸水的概念[5]。国内外学者对这一概念进行了理论上的探索，并配以自动供水装置验证了负压灌溉的可行性[6-7]。邹朝望等[8]研究发现，负压灌溉系统不受外界因素影响，实现适时适量的自动供水，有效减少深层渗漏和蒸发损失。刘明池等[9]将负压灌溉应用于生产实践，证实负压灌溉技术具有节水、节能、高效的效果。2015年，李迪等[10]利用负压供水装置种植辣椒的研究结果表明，当供水压力稳定在-5kPa时，有利于辣椒生长发育、促进营养吸收，改善辣椒品质。同时负压灌溉技术在多种作物得到广泛应用，通过番茄、黄瓜、烤烟等试验，表明负压灌溉技术可以促进作物生长，提高水分利用效率，起到增产提质的效果[11-13]。本试验采用负压供水装置来控制茄子土壤水势，研究-3kPa～-15kPa范围内不同负压供水压力对茄子耗水量、干物质积累量、生理机制和品质的影响。以期筛选出适合茄子生长的供水压力，为茄子水分管理提供技术支持。1材料与方法1.1供试材料试验于2017年5月至10月，在黑龙江省大庆市黑龙江八一农垦大学试验基地钢架结构防雨塑料大棚内进行。供试茄苗品种为黑龙江八一农垦大学育种基地提供，品种为黑龙江主栽品种黑又亮。供试土壤取自黑龙江八一农垦大学校外试验基地耕层土壤（0-20cm土层），土壤类型为草甸黑钙土，pH值为8.4，有机质27.88g/kg，有效磷30.7mg/kg，有效钾168.5mg/kg，碱解氮93.3mg/kg。每盆均装33kg过1mm筛后土壤。1.2连续负压供水盆栽装置试验采用的负压灌溉装置由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研发，该装置由出水口、储水桶、负压稳定器三部分组成，各部分由有机透明塑料软管连接。其中出水口是一种“透水不透气”的陶土管（内径11mm，外径18mm，长250mm），储水桶桶高79cm，侧壁安装60cm高刻度管，用于观测桶内水位变化，负压稳定器主要由3部分组成（负压桶、数显开关、电磁阀），数显开关用于设定所需负压值，当负压桶内部压强达到数显开关设定值并继续降低时，电磁阀打开，外界一定量空气进入负压桶，当负压桶内压强达到数显开关设定值时，电磁阀关闭，从而达到稳定负压供水。盆规格为30cm×30cm×45cm，盆底无孔，平铺地面。陶土管倾斜5°埋于土壤中，位于距盆内壁前、后各10cm；左、右各14.1cm；高度为距盆内土壤表面以下10cm处。根据负压入渗原理，负压灌溉技术借助土壤水势（土壤吸力）与灌溉系统供水压力之间的差值作为灌溉水进入作物根际土壤的动力，从而实现对作物根区土壤补水的一种灌溉方式，其本质上是灌溉水通过埋入地下的灌水器借助毛管吸力渐渐湿润一定区域土壤的过程。图1负压供水盆栽装置图Fig.1Sketchofnegativepressurewatercontrolpotdevice2试验设计2.1试验处理盆栽试验设4个处理分别为：对照CK（浇灌）、-3kPa（T1）、-8kPa（T2）、-15kPa（T3）。移栽前施基肥，施肥量按当地常规用量计算，N=150mg/kg土；P2O5=100mg/kg；K2O=150mg/kg土，肥料与过筛后土壤混匀装盆。采用完全随机试验设计，各处理3盆，每盆4株，并排两行，株距20cm，行距15cm，每处理设重复3次，每处理共12株茄苗。每套自动供水装置控制一个盆栽盆，共9套。每天晚5点记录每套自动供水装置水位刻度。CK处理盆栽以5cm表土干燥为限，进行人工浇水（550mL次/株）。2.2样品采集试验于6月21日开始第一次取样，共取4次，分别为：始花期（6月21日）、始果期（7月12日）、盛果期（8月1日）、末期（9月1日）。取样时间：每次取样均于早6：30开始（测定酶类指标试验样品，于早9：30开始），各处理每盆每次各取一株。2.3测定指标与方法2.3.1耗水量测定负压供水：耗水量（kg/株）=［每次记录间高度差为Δh（cm）×负压供水储水桶内底面积（cm2）]（cm3）×ρ水（g/cm3）/株CK：耗水量（kg/株）=单次浇水量（kg/株）2.3.2水分利用效率水分利用效率(g/kg)=产量（g）/耗水量（kg/株）2.3.3耗水模数耗水模数（%）=某一生育阶段农田耗水量（mm）/生育期农田总耗水量（mm）×1002.3.4氮磷钾的测定样品采集处理法，采用对角线法、五点取样法、棋盘式取样法等。取样深度一般以（0—500px）为准。2.3.5数据处理使用EXCEL2010进行数据及图表标准化处理，采用SPSS19.0（IBM，2010）进行统计分析，多重比较基于最小显著差数法（leastsignificantdifference，LSD）。3结果分析3.1连续负压供水对茄子耗水量的影响由表1可知，浇灌与负压供水方式下，同一处理单株耗水量及耗水强度均随生育期的推移逐渐增大，即始较大。花期＜始果期＜盛果期＜末期，且耗水模数于生育末期最大，达到48.24%～51.77%。表明茄子在生育中后期需水量采用连续负压供水方式，茄子单株耗水量、耗水强度均低于CK。供水压力控制在-3kPa～-15kPa之间，各处理茄株单株耗水量及耗水强度随供水压力的降低而逐渐减少。由表2可知，在茄子全生育期内，与浇灌（CK）相比，连续负压供水各处理单株总耗水量较CK分别降低20.51%、32.72%和70.00%，其中各个生育期耗水量与CK相比差异均达显著水平，单株总耗水强度较CK分别降低22.18%、35.24%和70.27%，且浇灌与负压供水相比，差异显著。综上所述，控制茄子供水压力可以调整茄子的耗水量，压力越低，茄株耗水量越少，耗水强度越低。表1连续负压供水对茄子耗水量的影响Table.1Effectofnegativepressurewatersupplyonwaterconsumptionofeggplant生育期Growthperiod处理Treatment耗水量/(kg/株)Waterconsumption/(kg/株)耗水强度/(kg/d)Waterconsumptionintensity/(kg/d)耗水模数/(%)Waterconsumptionrate/(%)始花期CK3.71a0.254.95T13.26b0.225.48T22.51c0.174.97T31.81d0.128.06始果期CK15.40a0.6720.55T17.97b0.3513.39T27.25b0.3214.48T33.98c0.1717.64盛果期CK19.68a1.0926.26T115.81b0.8826.54T212.32c0.6824.43T35.06d0.2822.53末期CK36.15a0.9548.24T132.52b0.8654.59T228.34c0.7556.21T311.63d0.3151.77注：表中同一时期小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。DifferentlettersinthesameperiodaresignificantlydifferentatP<0.05.3.2连续负压供水对茄子生长发育的影响茄子各生育期农艺性状及干物质累积量结果（表3）表明。采用连续负压供水与浇灌相比，整个生育期内，T1处理茄子株高均高于CK，且差异显著，于茄子始花期株高较CK增长25.62%、始果期增长19.79%、盛果期增长15.18%、生育末期增长20.20%，T2处理茄子株高于生育前期（始花期到始果期）与CK无明显差异，到茄子盛果期至生育末期明显低于CK处理，而T3处理茄子株高于始果期到生育末期均显著低于CK。分析2种供水方式下茄子茎粗的变化表明，始花期除T1处理外，茎粗较CK处理提高24.98%，其他处理与CK处理间均无显著差异，从始花期到生育末期，负压供水处理下，T1处理茎粗增长量最为明显，较CK增长22.31%，且二者间茎粗差异显著，而T2、T3处理茎粗增长量明显低于CK处理。从茄子形态发育指标（表3）看出，当供水压力控制在-3kPa时，茄子整个生育期株高、茎粗增长幅度较CK明显，表明负压供水有利于茄子的生长。茄苗移栽到始花期（表3），茄子干物质累积量表现为T1＞T2＞CK＞T3，随供水压力的降低而逐渐降低，而从始花期到盛果期，CK处理干物质积累量明显高于T2与T3处理，与T1处理间无显著差异，到茄子生育末期，负压供水处理干物质累积量较CK增长明显，且T1处理与CK处理间差异显著，较CK提高12.71%，表明负压供水有利于茄子干物质的积累。茄子结果数量随着生育期的推进呈逐渐增加趋势（见表4），除T3处理外，其他处理于茄子整个生育期结果数量无明显差异。对各坐果节位单果重量而言，供水压力控制在-3kPa～-15kPa之间，茄子单果重量随供水压力的增大而增加，且T1处理门茄、对茄、四面斗茄单果重量均显著高于CK，较CK分别提高9.88%、27.56%和30.83%。表明负压供水压力控制在-3kPa时有利于茄子果实发育。表2连续负压供水对茄子生长发育的影响Table.3Effectofnegativepressurewatersupplyongrowthanddevelopmentofeggplant生育期Growthperiod处理Treatment株高/(cm/株)Plant

height/(cm/株)茎粗/(mm/株)Stem

diameter/(mm/株)干重/(g/株)Dry

weight/(g/株)始花期CK44.50b6.81b7.18cT155.90a8.51a11.53aT245.07b7.24ab8.74bT332.60c6.02b4.93d始果期CK60.80b8.00b20.09aT172.83a9.28a20.31aT262.23b7.79b16.29bT346.43c6.42c6.00c盛果期CK79.03b11.75a33.75aT191.03a12.26a34.66aT271.90c10.20b29.81bT357.63d7.17c13.92c末期CK104.97b12.10b54.11bT1126.17a14.98a60.99aT294.10c11.72b47.48cT374.83d9.02c34.96d注：表中同一时期小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。DifferentlettersinthesameperiodaresignificantlydifferentatP<0.05.3.3负压供水灌溉对茄子植株氮磷钾吸收的影响注：图2氮素不同时期积累量Fig.2Accumulationofnitrogenindifferentperiods注：图3磷素不同时期积累量Fig.3Accumulationofphosphorusindifferentperiods注：图4钾素不同时期积累量Fig.4Accumulationofpotassiumindifferentperiods以上是通过对不同时期不同处理下氮磷钾积累量的分析得出的折线图，从图中可知，无论是氮还是磷亦或是钾，在始花期，其积累量都是较少的，而且随着生长发育的进行，在各个时期不同处理下，茄子氮磷钾的积累量是呈增加的趋势发展的。但通过对比，增幅最大的是在各个时期-3Kpa的情况下。也就是是说，通过本次实验，可以知道，当在-3kpa下进行负压供水时，对茄子的生长发育具有良好的效果。3.4负压供水灌溉对茄子株高和茎长的影响的影响注：图5不同时期的株高Fig.4Accumulationofheightindifferentperiods注：图6不同时期的茎粗Fig.4Accumulationofstemdiameterindifferentperiods以上柱状图是通过对茄子在不同时期不同处理下的株高和茎粗的实验测量得出的，这两个图反映了在不同时期不同处理下，株高和茎粗受影响程度。从图中不难看出，在始花期、始果期、盛果期以及末期，在-3kpa下的值是最高的，而且显著性也都是a，由此可以得出结论，无论是在茄子生长发育的哪个时期，挡在-3kpa的负压供水条件下时，茄子的株高和茎粗值是最大的，也就是说，-3kpa的负压供水灌溉条件有助于茄子更好的生长发育和开花结果。4讨论茄子在种植过程中，灌溉开始的时间和灌水量都是灌溉时的重要指标，灌溉量取决于茄子叶面的蒸腾和地表的蒸发。蒸腾速率根据不同的作物和不同的生育期有着根本区别，而且蒸腾作用和土表蒸发，很明显会受到气温、地温、光强、空气湿度、土壤湿度等多种外界因素的影响，所以这些不利因素的存在使得在灌溉时会出现各种各样的问题。而负压灌溉装置是一个密闭的供水系统，利用系统与土壤间形成的水势差，实现作物对水分的自动获取[14]。且前农业生产采用或推广的所有节水灌溉技术，如喷灌、滴灌、微喷、分根区交替灌溉[15]等，均是基于供水压力为正压灌溉，部分土体总会在灌溉后达到水分饱和，导致土壤必须经历在一定范围内干湿交替[16]。土壤含水量的过度波动会使作物遭受旱涝胁迫，增加病虫害的发生，导致硝态氮被淋移出作物根区以外。从能量方面分析，拟定灌水器内部单位水势为φin，灌水器外单位土壤水势为φout，当φin-φout为正时，灌溉水由灌水器流入土壤；灌水器停止出流的条件则为φin-φout为零时[17]。本试验研究发现，浇灌处理和负压水处理全生育期内茄子耗水量随生育期推进呈增加趋势，这与杜秋月等[18]研究结果不同，可能是由于试验所处的棚室环境不同，同时茄子盛果期至生育末期生长周期较长，白天棚室内温较高，增加了蒸散发等无效水的消耗，导致生育末期耗水量增大。并且本研究还发现，全生育期内负压供水的茄子耗水量随供水压力的降低而显著减少，且茄子耗水量显著少于浇灌处理，这是由于负压供水过程中，提高光合速率的同时，显著降低了叶水势和气孔导度，进而影响了植物的蒸腾[19]。5结论（1）盆栽试验条件下，茄子采用负压供水，压力控制在-3kPa～-15kPa范围内，与CK处理相比，负压控水降低了茄子耗水量20.51%～70.00%，单株总耗水强度降低22.18%～70.27%，水分利用效率提高了7.45%～41.48%。（2）供水压力控制在-3kPa～-15kPa时，随着供水压力的增大，有利于促进茄子植株、茎的生长及茄株干物质量积累。供水压力控制在-3kPa时，茄子生育末期株高、茎粗和茄株干物质量分别较CK提高20.20%、23.81%和12.71%，且能显著提高茄果产量，较CK产量提高12.43%。（3）盆栽实验条件下，供水压力控制在-3kpa至-15kpa时，茄子植株对氮磷钾的吸收量有所不同，其中在-8kpa和-15kpa以及CK（人工浇水处理）下，吸收量差距不是很大。而在-3kPa时，氮磷钾的吸收量相较于另外三种供水方式而言，具有显著特征。综合试验结果表明，采用连续负压供水压力控制在-3kPa时，可显著降低茄子耗水量、提高水分利用效率、有利于辣椒生长发育、提高生理活性，增加茄果产量，改善品质的作用。参考文献[1]茄。《中国植物志》第67（1）卷（1987）[2]王沙生，高荣孚，吴贯明．植物生理学[M]．北京：中国林业出版社，1981．WangSS，GaoRF，wuGM．Plantphysiology[M]．Beijing：ChineseForestryPress，1981．(inChinese)[3]陈金平，刘祖贵，段爱旺，等．土壤水分对温室盆栽番茄叶片生理特性的影响及光合下降因子的动态[J]．西北植物学报，2004，24(9)：1589-1593．ChenJP，LiuZG，DuanAW，eta1．Effectsofsoilmoistureonphysiologicalcharacteristicsandthedynamicstateoffactorscausingphotosynthesisdeclineinpottedtomatoleavesingreenhouse[J]．ActaBotanicaBoreali—OccidentaliaSinica，2004，24(9)：1589—1593．(inChinese)[4]TangZC．Responseandadaptabilityofplantstowaterstress：I．Generalconceptsofstressresistanceandtheresistancetowater-logginginplant口]．PlantPhysiologyCommunications，1983(3)：24-29．[5]董建国，余叔文．细胞分裂素对渍水小麦衰老的影响[J]．植物生理学报，1984，10(1)：55—61．DongJG，YuSW．Effectsofcytokininonsenescenceandeth—yleneproductioninwaterloggedwheatplant[6]．ActaPhyto—physiologicaSinica，1984，10(1)：55—61．(inChinese)[5]吕军．渍水对冬小麦生长的危害及其生理效应[J]．植物生理学报，1994，20(3)：221—226．LnJ．Theinjurytowinterwheat