负压渗灌条件下不同供水吸力对茄子生长及产量的影响

杜凤焕，范凤翠,，张 哲，刘胜尧，乜兰春，李志宏，赵 楠，贾宋楠，贾建明

(1.河北农业大学 园艺学院，河北 保定 071001；2.河北省农林科学院 农业信息与经济研究所，石家庄 050051)

茄子是我国设施蔬菜的主栽品种之一，为直根系，耐旱性弱，生长过程中需要充足的土壤水分。目前有关设施茄子节水研究主要集中在节水灌溉制度和灌水量的研究上，设施茄子灌溉制度研究多是采用不同水分处理对茄子生长性状、水分生理和产量影响的方法，灌水量研究采用设置不同土壤水分上限和土壤水分下限的试验方法。这些研究控制土壤水分多是采用烘干法和称重法测定土壤含水量，依据灌水定额控制各处理的水分，基本确定了茄子各生育期适宜的土壤相对含水量分别为苗期65%左右，花果期70%左右，结果期80%左右[1-5]。李波、杜社妮、焦艳萍[6-8]等研究了不同灌溉方式对茄子生长、产量和水分利用率的影响，表明滴灌、微喷等先进的节水灌溉技术的节水效果。设施茄子需水规律研究主要集中在各生育阶段需水量的研究上[9-11]。本试验以茄子为供试作物，通过负压渗灌灌溉装置设定不同供水吸力值控制不同的土壤含水量，实现土壤含水量的稳定供给和精确控制，研究分析不同供水吸力下茄子生长、产量、水分利用效率的差异，确定茄子不同生育期适宜供水吸力，以期为茄子精准灌溉和水分调控提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年4-7月在河北省农林科学院农业试验园区塑料大棚内进行。试验区属温带半湿润偏旱大陆性季风气候区，年均气温12.9 ℃，年均冬季时长 145 d。供试土壤质地为黏壤质石灰性褐土，土壤容重为1.45 g/cm3，田间持水量为24.5，茄子供试品种为京圆2号 ，嫁接茄子，砧木为托鲁巴姆。

试验期间棚内日均空气温度、日均空气湿度、日累积太阳辐射如图1所示，塑料大棚内日均温度为17～40 ℃，日均相对湿度为43%～98%，日累积太阳辐射为1.29～15.90 mol/(m2·d)。

图1 试验期间茄子生育期内气象因子Fig.1 Meteorological factors during the growth period of eggplant at the experimental site

1.2 试验设计

本试验使用负压渗灌设备进行灌溉，通过调整零水位基准点，调节渗水器承受的水压，实现对目标土壤含水量的控制。试验棚内挖掘长2.75 m，宽0.6 m，高0.5 m的槽状结构，在槽的四周及底部均覆上塑料薄膜，然后将挖掘出的土按照原土层回填进去，两个土槽的间距为0.6 m，每个土槽均安装负压渗灌设备进行灌溉，茄子定植于土槽中。

本试验将茄子生育期划分为 3 个阶段：苗期(4月3日至5月3日，从茄子移栽至茄子开花)、花果期(5月4日至6月2日，从茄子开花至茄子成熟开始采摘)和采摘期(6月3日至7月20日，从茄子成熟采摘至拔秧)。每个时期负压供水设置5、10、15、20、25 kPa共5个供水吸力水平，其他生育时期供水吸力保持在10 kPa的水平，每个处理重复3次。本试验各处理不同负压供水吸力如表1所示。

1.3 试验观测内容及方法

(1)设施内小气候监测。设施内气候因子的监测采用益康农环境监测仪记录棚内空气温度、相对湿度、光照、二氧化碳含量、土壤温度；设施外气候因子监测采用小气候监测站。

(2)形态指标的测定。从茄子定植后开始苗期、花果期、采摘期分别测定一次植株的株高、茎粗；采用直尺测定株高，游标卡尺测定茎粗。

(3)日耗水量。每天根据负压渗灌设备上的带刻度透明管读出并记录各小区茄子的耗水量。

表1 茄子各生育期不同负压供水kPa

Tab.1 Different water supply tension during each growth period

生育期处理负压供水吸力苗期(0403-0503)花果期(0504-0602)采摘期(0603-0720)苗期51010101010151010201010251010花果期10510101010101510102010102510采摘期10105101010101015101020101025

(4)产量及水分利用效率。产量测定：每次采摘成熟茄子后，均用精度为0.01 g的电子秤测定茄子重量，准确记录处理编号及采收时间。

作物水分生产率：即作物消耗单位水量的产出，其值等于作物产量与作物净耗水量或蒸发蒸腾量的比值，kg/m3。

2 结果与分析

2.1 不同供水吸力对土壤相对含水量的影响

图2给出了不同供水吸力对土壤相对含水量的影响，选取负压灌溉装置运行过程中的3个时间点测定土壤相对含水量，由图2可知，土壤相对含水量随着供水吸力的增大而减小，试验进行中3个时间点测得的同一供水吸力的土壤相对含水量差异不大，说明利用负压渗灌设备设定不同供水吸力后进行灌溉，能够使土壤含水量处于一个相对稳定的状态。不同供水吸力控制下土壤含水量有明显差异，0 kPa负压处理土壤相对含水量为100%，5 kPa的土壤相对含水量为95%～97%，10 kPa的土壤相对含水量为80%，15 kPa的土壤相对含水量为62%～74%，20kPa的土壤相对含水量为59%～67%，25 kPa的土壤相对含水量为49%～56%，这说明负压渗灌设备能够对土壤含水量进行相对稳定的水分控制。

图2 不同供水吸力对土壤相对含水量的影响Fig.2 Variation of soil water content under different water supply tension

2.2 不同供水吸力对茄子生长的影响

2.2.1 不同供水吸力对茄子株高的影响

图3为茄子苗期、花果期、采摘期不同供水吸力处理后茄子株高的变化。由图3可以看出各处理进行不同土壤水分处理前茄子长势是一致的，进行不同供水处理后发生变化，整体趋势是随着生育期的进行，株高逐渐增加，且在同生育期，供水吸力越小株高越大，在不同生育阶段，茄子株高的增长速率均值苗期最大为1.27 cm/d，花果期次之为1.17 cm/d，采摘期最小为0.64 cm/d。

经过回归分析，茄子株高与不同供水呈线性关系，分别为：茄子生育期-苗期处理，株高与不同供水吸力的回归方程及决定系数为：y= -0.526 6x+32.25，R2=0.895 8；茄子生育期-花果期处理，株高与不同供水吸力的回归方程及决定系数为：y=-0.699 8x+74.831，R2=0.869 3；茄子生育期-采摘期处理，株高与不同供水吸力的回归方程及决定系数为：y=-0.953 6x+112.1，R2=0.663 8；说明株高与苗期不同供水吸力的相关性(R2=0.895 8)高于与花果期、采摘期的相关性。苗期不同供水处理后，15 kPa处理株高最大，较5、10、20 kPa处理差异不显著，显著高于25 kPa处理；花果期不同供水处理后，5 kPa处理株高最大，显著高于15 kPa处理、20 kPa处理、25 kPa处理，较10 kPa处理差异不显著；采摘期不同供水处理后，5 kPa处理株高最大，较10 kPa处理、15 kPa处理、20 kPa处理、25 kPa处理差异不显著，显著高于25 kPa处理。

图3 不同供水吸力对茄子株高的影响Fig.3 Effects of different water supply tension treatments on plant height of eggplant

2.2.2 不同供水吸力对茄子茎粗的影响

图4为茄子苗期、花果期、采摘期不同供水吸力处理后茄子茎粗的变化。由图4可以看出，随着生育期的进行，茎粗逐渐增加。在不同生育阶段，茄子茎粗的增长速率均值苗期最大为0.28 mm/d，花果期次之为0.16 mm/d，采摘期茎粗的增长速率几乎为0，为0.01 mm/d。

经回归分析，茎粗与不同供水吸力呈三次曲线关系，分别为：茄子生育期-苗期处理，茎粗与不同供水吸力的回归方程及决定系数为：y=-0.000 4x3+0.006 8x2-0.065 5x+11.149，R2= 0.994 7；茄子生育期-花果期处理，茎粗与不同供水吸力的回归方程及决定系数为：y=0.000 9x3-0.03x2+0.087 8x+16.714，R2=0.976 3；茄子生育期-采摘期处理，茎粗与不同供水吸力的回归方程及决定系数为：y=-0.000 2x3+0.002 2x2+0.027 4x+16.556，R2=0.812 2；说明在土壤含水量较高的情况下茎粗却相对减小，过高或过低的土壤含水量都不利于茎粗的增加。茎粗与苗期不同供水吸力的相关性(R2=0.994 7)高于与花果期、采摘期的相关性。苗期生育期不同供水吸力处理后，10 kPa处理茄子茎粗最大，显著高于25 kPa处理，较5 kPa处理、10 kPa处理、20 kPa处理差异不显著。花果期不同供水吸力处理后，5 kPa处理茎粗最大，显著高于其他处理。采摘期不同供水吸力处理后5 kPa处理茎粗最大，与10、15、20 kPa差异不显著，显著高于25 kPa处理。

图4 不同供水吸力对茄子茎粗的影响Fig.4 Effects of different water supply tension treatments on plant stem diameter of eggplant

2.3 负压渗灌条件下茄子植株的日耗水动态

图5为连续 109 d(4月3日-7月20日)所测得的茄子的日耗水变化曲线。负压渗灌条件下，茄子植株日耗水量表现为随着生育期的进行呈现先升高后降低的趋势，采摘期的阶段耗水量和日耗水量最大，花果期次之、苗期最小，各处理在3个生育阶段的平均日耗水量变化范围分别苗期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处理茄子植株苗期的日耗水量比较平稳，5、10 kPa处理茄子苗期日耗水量急剧上升，这是由于负压渗灌装置为了使土壤水分达到设置的水平而进行的调整，进入花果期后茄子植株日耗水量呈现上升的趋势直到花果期结束，在采摘期前期茄子植株日耗水量比较平缓，采摘后期日耗水量呈现下降趋势。

图5 负压渗灌下茄子植株日耗水动态Fig.5 Daily water consumption dynamics of eggplant plants under negative pressure irrigation

试验结束时，生育期-苗期不同供水吸力处理累积日耗水量表现为5 kPa处理>10 kPa处理>15 kPa处理>20 kPa处理>25 kPa处理；生育期-花果期不同供水吸力处理累积日耗水量表现为5 kPa处理>10 kPa处理>15 kPa处理>25 kPa处理>20 kPa处理；生育期-采摘期不同供水吸力处理累积日耗水量表现为10 kPa处理>15 kPa处理>5 kPa处理>20 kPa处理>25 kPa处理。

2.4 不同供水吸力对茄子产量和水分利用效率的影响

由表2可知，不同供水吸力处理对茄子产量的影响显著，茄子苗期不同供水吸力处理后10 kPa 处理茄子产量最高，显著高于5、20、25 kPa处理，较15 kPa处理差异不显著，从节水的角度考虑，苗期处理适宜的供水吸力为15 kPa，水分生产效率为33.22 kg/m3。花果期不同供水吸力处理后15 kPa处理茄子产量最高，显著高于5、20、25 kPa处理，较10 kPa处理差异不显著，从节水的角度考虑，花果期适宜的供水吸力为15 kPa，水分生产效率为38.99 kg/m3。采摘期不同供水吸力处理后10 kPa处理产量最高，显著高于其他处理，所以采摘期的供水吸力为10 kPa，水分生产效率为31.85 kg/m3。

比较3种生育期处理，经回归分析，产量与不同供水吸力呈开口向下的抛物线关系，回归方程及决定系数分别为：苗期处理：y=-14.802x2+356.59x+844.37，R2=0.766 4；花果期处理：y=-10.081x2+250.34x+1 847.4，R2=0.977；采摘期处理：y=-4.077 2x2+58.729x+2 579.1，R2=0.678 4；这说明并非灌水量越大，产量就越高，当土壤含水量达到一定程度后，产量不再增加或是略有下降，呈“报酬递减”现象，因而水分利用效率随之降低。

表2 不同供水吸力对茄子产量和水分利用效率的影响

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

生育期处理供水吸力/kPa产量/(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：同列不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

3 结 语

负压渗灌条件下，土壤含水量随着供水吸力的增大而减小，供水吸力为5～25kPa时，土壤相对含水量的变化范围为49%～97%。株高与不同供水吸力呈一次线性关系，株高与苗期不同供水吸力的相关性高于与花果期、采摘期供水的相关性，茄子茎粗与不同供水吸力呈现三次线性关系，茎粗与苗期不同供水吸力的相关性高于与花果期、采摘期供水的相关性。采摘期的阶段耗水量和日耗水量最大，花果期次之、苗期最小。各处理在 3 个生育阶段的耗水强度变化范围分别苗期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。各处理茄子植株苗期的日耗水量比较平稳，进入花果期后茄子植株日耗水量呈现上升的趋势直到花果期结束，在采摘期前期茄子植株日耗水量比较平缓，采摘后期日耗水量呈现下降趋势。试验条件下，综合考虑茄子产量和水分利用效率，各生育期适宜的供水吸力分别为苗期15 kPa、花果期15 kPa、采摘期10 kPa。