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《灌溉排水學報》2016年第11期

摘要：

為研究不同灌溉定額對菜心生長及光合特性的影響，以四九菜心為試驗材料，設3個噴灌定額，分別為780m3/hm2（T1）、675m3/hm2(T2)、600m3/hm2(T3)。結果表明，處理T2植株株高分別比T1、T3處理顯著增加13.5%和20.7%（P<0.05），但T1與T3處理差異不顯著；T1、T2和T3處理植株莖粗差異顯著，且T2處理比T1和T3處理分別增大10.1%、25.2%(P<0.05)。菜心葉片凈光合速率(Pn)與蒸騰速率(Tr)日變化均呈雙峰曲線，T1、T2、T3處理的日均Pn差異顯著，且T2處理比T1和T3處理分別增加12.4%、36.0%(P<0.05)；T2處理的日均Tr顯著高于T1與T3處理，并且分別增加18.4%和32.3%(P<0.05)。不同處理氣孔導度均呈前高后低的波浪曲線，T2處理的日均Gs比T1、T3處理分別顯著增大17.3%、37.8%（P<0.05），但T1與T3處理無顯著差異。T2處理胞間CO2摩爾分數日均值顯著低于T1、T3處理，分別減少17.9%和29.2%(P<0.05)，而T1與T3處理無顯著差異。T2處理葉片水分利用效率最高，日均值達到2.22μmol/mmol，比T1處理增大2.3%，比T3處理增大8.8%(P<0.05)。大田噴灌條件下，灌溉定額對菜心的生長與光合生理日變化影響顯著（P<0.05），675m3/hm2為研究區適宜灌溉定額。

關鍵詞：

噴灌；灌溉定額；菜心；生長；光合特性

0引言

目前，渠灌區灌溉水利用率只有40%左右，井灌區也只有約60%，每立方米水生產糧食不足1kg[1]。西部干旱區，水資源匱乏狀況嚴峻，制約著現代農業的發展。如何提高作物水分利用效率、發展節水農業成為目前的研究熱點。唐光木等[2]研究表明，不同灌溉定額下套播玉米莖粗、株高、葉面積和SPAD隨灌溉定額的增加而增大，產量及產量構成要素隨灌溉定額的增加而增大，但超過一定的灌溉定額，則無顯著提高。鄭國保等[3]研究指出隨著灌水量的增加，設施茄子葉片蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2摩爾分數先減少后增加。鄭睿等[4]研究認為土壤水分虧缺會導致葡萄葉片氣孔導度、蒸騰速率及光合速率下降，而施氮量的增加能消減其下降趨勢。關于灌水對作物生長、產量、光合特性及水分利用效率的影響在水稻[5]、小麥[6]、玉米[7]、馬鈴薯[8]等作物上已有大量研究。菜心(BrassicacampestrisL.ssp.chinensisvar.utillisTsenetLee.)又稱菜薹，為十字花科蕓薹屬1、2a年生草本植物，是我國的特產蔬菜[9]，可周年生產，既適合內銷，又可出口。品質脆嫩，營養豐富[10]，被視為名貴蔬菜。噴灌有顯著的省水、省工、少占耕地、不受地形限制、灌水均勻和增產等優勢,還能改善田間小氣候，屬先進的田間灌水方式。目前，噴灌對蔬菜類作物的生長和生理特性的影響研究相對較少。為此，研究噴灌不同灌溉定額對菜心生長及光合特性的影響，為寧夏引黃灌區蔬菜作物節水灌溉發展提供一定理論依據。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗在寧夏惠農區東永固村菜心種植基地（106º40′23.79″E，39º05′02.14″N，海拔1092.40m）進行。試驗田地勢平坦、肥力均勻，質地為沙壤土，土壤體積質量為1.41g/cm3，田間持水率為22.37%。耕層土壤有機質質量分數為8.58g/kg，速效氮、速效磷（P2O5）、速效鉀(K2O)質量分數分別為43.2、7.1、294.75mg/kg，pH值為9.10,全鹽量為0.84g/kg。

1.2試驗設計

水源主要為引黃水和井水。灌溉方式為噴灌，噴頭全圓噴灑，噴頭射程9m，噴頭正方形布置，間距7m×7m。機房臥式管道泵流量93.5m3/h，揚程44m，電機額定功率為18.5kW。在相同施肥、噴灌次數下，依當地多年菜心種植豐產經驗設3個灌溉定額為780m3/hm2（T1處理）、675m3/hm2（T2處理）、600m3/hm2（T3處理），分別對應3個面積相同且互不影響的小區，小區面積均為0.15hm2，每處理2次重復。生育期噴灌22次。供試菜心品種為四九菜心，于2015年7月17日播種，人工播撒，播種量7.5kg/hm2，2015年8月18日采收。播種前，結合整地施以同量的農家肥（雞屎肥12000kg/hm2）作為底肥，生長期間都施750kg/hm2的復合肥料（總養分≥35%，N、P、K質量比為17∶5∶10）。施肥和病蟲害防治與當地相同。

1.3測定內容與分析方法

采用TDR測量各小區0~20、20~40、40~60、60~80cm土層土壤含水率，每日觀測，灌水或降雨前后需加測1次。每小區分別在8月7日（播后22d）、8月12日(播后27d)、8月17日（播32后d）隨機取60株菜心測定株高、莖粗。株高用直尺測量，莖粗用精度0.02mm游標卡尺測量。采用Li-6400型便攜式光合測定儀于8月16（播后31d，晴朗無云）測定菜心葉片光合指標，包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）和胞間CO2摩爾分數（Ci）等指標的日變化。所有測定項目都在08:00—18:00之間進行，每隔2h測定1次。每個小區選取生長狀況大致相同的3個植株，每株上分別選取生長良好的2片葉測定，測定前對葉片做好標記。所有處理待測指標日變化在1h內完成。菜心葉片水分利用效率（wateruseefficiency，簡稱WUE）采用公式WUE=Pn/Tr計算。數據分析和圖表繪制采用Excel2007，方差與顯著性分析采用SPSS20.0。數據用平均值±標準差來表示。

2結果與分析

2.1不同灌溉定額對土壤水分的影響

從圖1可知，不同灌溉定額的土壤含水率差異顯著，整個生育期T1處理土壤平均含水率為31.3%（體積含水率，下同），達田間持水率99%；T2處理土壤平均含水率為25.9%，達到田間持水率82%；T3處理土壤平均含水率為21.3%，為田間持水率的68%。

2.2不同灌溉定額對菜心生長的影響

表1為灌溉定額對菜株高、莖粗的影響。由表1可以看出，播種后22d，T1和T2處理株高差異不顯著，但均顯著高于T3處理；播后27d，T1、T2、T3處理植株株高差異顯著，且T2處理＞T1處理＞T3處理；播后32d,T2處理比T1處理植株顯著高13.5%，比T3處理顯著高20.7%，但T1與T3處理差異不顯著。播后22d，T1與T3處理植株莖粗無顯著差異，T2處理顯著大于T1和T3處理，分別增加9.3%和16.1%；播后27d，T2與T1處理植株莖粗無顯著差異，但都顯著大于T3處理；播后32d，T1、T2和T3處理之間植株莖粗差異顯著，且T2處理比T1和T3處理分別增加10.1%和25.2%。

2.3不同灌溉定額對菜心光合特性的影響

2.3.1凈光合速率（Pn）日變化規律

不同處理下菜心葉片Pn日變化均呈雙峰曲線（圖2），峰型大致相同，峰值、波谷值出現的時刻一致，并且均出現較為明顯的“午休”現象。上午隨光強的增加Pn逐漸增大，下午隨著光強的減弱而逐漸減小，16:00后迅速降低。上午峰值出現在12:00，下午峰值出現在16:00點左右，波谷值出現在14：00。T1、T2和T3處理的日均Pn差異顯著，T2比T1處理增加12.4%，比T3處理增加36.0%（表2）。

2.3.2蒸騰速率(Tr)日變化規律

不同處理下菜心葉片Tr日變化大致相同，為雙峰曲線(圖3)，全日Tr峰值上午在09:00—10:00之間，下午峰值在15:00—16:00之間，波谷值出現在12:00左右，即在該時刻均出現“午休”現象。T2處理上午最大Tr為10.75mmol/（m2•s），下午最大為10.51mmol/（m2•s）。T2處理的日均Tr顯著高于T1與T3處理，分別增加18.4%和32.3%（表2）。

2.3.3氣孔導度(Gs)日變化規律

氣孔導度是反映氣孔運動的一項重要生理指標。從圖4可知，不同處理Gs均呈前高后低的波浪曲線。所有處理的Gs上午最大值均在09:00—10:00之間，下午最大值在14:00—15:00之間(但T3處理最大值在16：00，可能因細胞缺水延遲了到達最高點的時間)。T2處理上午峰值為0.972mol/（m2•s），下午峰值為0.8742mol/（m2•s）。從表2可以看出，T2處理的Gs日均值比T1處理顯著增加17.3%，比T3處理顯著增加37.8%，但T1與T3處理無顯著差異。可見，在一定范圍內，適度增加灌水定額有利于菜心葉片氣孔開放，進而增加菜心葉片對田間CO2的利用，提高光合作用效率，促進作物蒸騰。

2.3.4胞間CO2摩爾分數（Ci）日變化規律

圖5為不同處理葉片胞間CO2摩爾分數日變化。從圖5可以看出，不同處理間Ci變化規律相同，均呈前低后高的凹型曲線，并且與Pn變化趨勢相反，早晨隨光強的增大慢慢減小，中午到達最低點，下午隨著光強的減弱又逐漸增大。可能是因為夜間葉片呼吸作用釋放的CO2聚集在細胞間隙，使得胞間CO2摩爾分數較高。早晨隨光合作用增強CO2同化速率加快，胞間CO2摩爾分數漸降低，12:00左右降到最低點，之后由于光合作用減弱而逐漸回升。從表2可以看出，T2處理的日均Ci顯著低于T1和T3處理，分別減少17.9%和29.2%，T1與T3處理無顯著差異，T2處理＞T1處理，可能是因為灌水定額過大導致光合作用減弱，呼吸作用逐漸增強。

2.4不同灌溉定額對菜心葉片WUE的影響

植物的WUE反映了CO2同化作用和水分消耗的關系，為瞬時葉片Pn與Tr的比值。其大小不僅受植物根、莖、葉組織生物結構特征的影響，同時還受氣象因子及土壤水分等環境因子的影響。表3為不同處理對菜心葉片水分利用效率的影響。從表3可以看出，菜心各處理WUE在12:00達到最大值，上午隨光照強度的增大呈上升趨勢，下午則隨光照強度的減弱呈遞減趨勢。T2處理的WUE日均值比T1處理增大2.3%，比T3處理增大8.8%。

3結論

1）不同灌溉定額對菜心生育期內土壤含水率影響顯著。適宜的灌溉定額可以減少灌溉用水量，同時能顯著促進作物株高和莖粗的生長。株高和莖粗是菜心作為可食蔬菜商品的重要指標。

2）不同灌溉定額對菜心光合生理指標有重要影響。適當增加灌水量能夠促進菜心生長，提高菜心葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度，降低胞間CO2摩爾分數。過量灌水對菜心生長效應不明顯，并且會導致凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度降低，胞間CO2摩爾分數升高。菜心葉片凈光合速率日變化與蒸騰速率日變化均呈雙峰曲線，胞間CO2摩爾分數變化趨勢與凈光合速率變化趨勢相反。

3）T2處理水分利用效率（WUE）最高，日均值達到2.22μmol/mmol，比T1處理增大2.3%，比T3增大處理8.8%。灌溉定額675m3/hm2為試驗區及相似地區菜心節水高效生產的適宜灌溉定額。

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作者:胡優 田軍倉 單位:寧夏大學土木與水利工程學院 寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心 旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心