苏南地区小青菜耐淹特性试验研究

陈义浦,张少卿,刘 聪,周明耀

(1.南京市水利规划设计院股份有限公司,江苏 南京 210001;2.扬州大学 水利科学与工程学院,江苏 扬州 225009)

我国苏南地区雨水资源丰沛,地势低洼平坦,土壤质地粘重,降雨径流的调蓄能力较弱,使得该地区农田土壤水分过多,地下水位偏高,作物易受到涝渍灾害,影响其形态特性[1]和生长发育,降低净光合速率、气孔开度[2-3],导致产量下降,根系分布较浅且对土壤含水率极为敏感的蔬菜作物表现尤甚。目前大部分蔬菜地田间工程参照大田粮食生产标准,无法满足蔬菜作物的排水要求,尤其临近成熟期时,蔬菜作物受淹,更易导致产量损失巨大甚至绝产,农户前期投入付诸东流。

以往的研究关于农作物涝渍特性的研究主要集中在水稻[4]、小麦[5]、玉米[6]等粮食作物上,李玉昌等[7]指出任何高等植物都不能耐受长期的缺氧环境,水稻在孕穗期受淹4 d减产超过80%,涉及蔬菜作物淹水胁迫内容较少,其中朱进等[8]的研究指出黄瓜幼苗耐淹水胁迫能力有限,淹水下幼苗生理受到显著伤害。史艳姝等[9]的试验表明青菜叶片受损率随淹水历时增加而越高,青菜叶片抗损率随叶龄的增大而提高。因此,针对我国关于蔬菜涝渍胁迫试验资料比较缺乏的现状,有必要在南方雨水资源丰沛地区,对主要蔬菜临采收阶段的耐淹水深和耐淹历时作进一步研究,掌握受淹小青菜在临近成熟时期(7～8叶)的生长性状和产量损失规律,提出控制排水上限指标,为蔬菜地田间工程建设标准及运行管理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料选用苏南地区广泛种植、食用的小青菜品种苏州青3号(SZQ3),试验区设在江苏省常熟市水利科学研究所辛庄试验基地(东经120°41′,北纬31°32′)内,地处长江、太湖下游,属平原河网地区。试验土壤为适宜耕作的黏壤土,土壤经风干、碾压、过筛后装入试验盆内。土壤有机质含量4.39%,速效氮267.5 mg/kg,速效磷含量12.8 mg/kg,土壤密度1.22 g/cm3,pH6.90。试验盆为红色塑料桶,外径28 cm,高28 cm,每盆装土14.5 kg。

1.2 试验设计

试验于2月至4月进行,采用盆栽试验。为保证苏州青幼苗的正常生长,每个盆中投放复合肥50 g,盆底部放置2 cm～3 cm稻秸秆,用于改善土壤理化性状,提高生物活性。农田常规育苗,待植株长到7～8叶时,选取长势一致的健壮植株66株,移植到培育盆内,每盆两颗。培植盆放置在温室大棚中,各盆施肥量一致。

设计试验为苏州青3号(SZQ3)7～8叶期单次淹水试验,设置淹水深度、淹水历时两个因素,采用全因子试验设计。参考当地历年暴雨资料以及土壤等相关资料,淹水深度定为5 cm和10 cm,淹水历时控制在6 h、12 h、24 h、36 h和48 h。在达到设计淹水历时后,及时排除地表积水,并将盆内水位统一降至10 cm以下。设10个处理,1个对照组(不淹水,CK),3次重复,1个生育期(7～8叶期,临成熟期),作物生长期间大棚内平均气温23.1℃,淹水试验方案如表1所示。

表1 淹水试验方案

1.3 测定项目及方法

本试验于处理前及排水处理后1 d、3 d、5 d、7 d进行相关数据的测定,以直尺测定小青菜根部以上最大高度作为株高。

叶片相对叶绿素含量(SPAD值)采用SPAD-502PLUS型叶绿素计(KONICA MINOLTA,JAPAN),每株随机选取4片成熟叶取叶片中段进行测定。

产量采用电子天平测定。

根部情况于测产后挖根取样,观察记载,用直尺和游标卡尺分别测定根长和根粗。

计算各处理的产量损失率。品种产量损失率=(对照区产量-处理区产量)/对照区产量×100%。

数据分析方法采用EXCEL2010、SPSS19.0等软件进行数据统计、分析及绘图。

2 结果与讨论

2.1 淹水对苏州青相对叶绿素含量(SPAD)的影响

植物体内的叶绿素在代谢过程中一方面合成,一方面分解,不断更新。在处于逆境时,叶绿素形成受到影响,而分解过程仍然进行,因而茎叶发黄,光合作用受阻[9]。作物受淹后从原来的有氧呼吸变成了无氧呼吸或缺氧呼吸,叶绿素的形成受到抑制。苏州青7～8叶期淹水处理恢复7 d后各处理的SPAD值见图1、图2。

图1 淹水5 cm的苏州青SPAD值变化

图2 淹水10 cm的苏州青SPAD值变化

由图1、图2可见,淹水胁迫-排水后0～3 d内,苏州青各处理SPAD值呈上升趋势,与对照保持一致,增长幅度略高于对照,其中对照组SPAD值增幅为3.9%,淹水深度为5 cm的处理SPAD值分别增长了13.8%、6.1%、7.1%、9.9%、8.0%;淹水深度为10 cm的处理SPAD值分别增加了5.3%、4.8%、5.9%、7.6%、8.4%。淹水胁迫-排水后3 d～7 d,苏州青各处理SPAD值先开始缓慢下降,后明显下降,其中QC10处理降幅最大为16.3%,最终各处理SPAD值与对照相比减少了3%～34%。

以上分析表明,淹水胁迫-排水后,苏州青各处理叶片SPAD值初期与对照保持一致,呈增长趋势,在排水1 d～3 d内达到峰值后,SPAD值开始加速下降,最终表现为淹水6 h的处理SPAD值略有增加,其余SPAD值均保持或低于淹水前水平。各淹水处理与对照相比,SPAD值均降低,且差异显著,淹水胁迫对叶绿素的产生有明显抑制作用。SPAD值与淹水深度、淹水历时均呈正相关,苏州青QC10处理的SPAD值较对照减少幅度最大。

苏州青在淹水胁迫-排水后1 d～3 d后,叶绿素SPAD值达到峰值然后迅速降低。可能原因是作物在长期的进化过程中形成了一定的耐涝机制[9],淹水后短期内形成了植株内部的抗逆反应,后期因植株内活性氧自由基积累,激素合成和调节过程受阻,叶片气孔关闭[10-11],大量有机酸和其它活动性有机还原物质直接或间接抑制作物的代谢过程,内部细胞器官受到损伤且难以恢复并随着时间的延长表现出来,进而影响叶绿素的形成及光合代谢。

2.2 淹水对苏州青株高、叶片形态的影响

根据成熟期苏州青(SZQ3)的株高、叶片形态等来分析7～8叶期不同淹水处理后苏州青生长形状变化见图3—图6。淹水胁迫后,与对照对比,QC1处理的株高稍有涨幅,增加了2.65%,其余处理分别减少了9.52%～31.22%,在淹水深度为5 cm、10 cm的处理条件下,淹水历时6 h、12 h的苏州青株高呈现出稳步增长的趋势,淹水24 h、36 h、48 h的苏州青株高先缓慢增长,再逐渐降低,在排水后5 d达到最低值,而后茎部迅速抬升,其中淹水深度5 cm的处理表现更为明显,QC7处理增幅最高达28.22%。

图3 淹水5 cm的苏州青株高变化

图4 淹水10 cm的苏州青株高变化

图5 淹水5 cm的苏州青叶片形态变化

图6 淹水10 cm的苏州青叶片形态变化

在观测中发现,苏州青在7～8叶期受淹,主要表现为叶片出现萎蔫现象,叶边下垂,枯萎叶片数增多,占总叶片数的比重显著增加,且更易发生病虫害,花期提前,其中淹水历时超过12 h的苏州青植株表现尤甚。淹水深度为5 cm的条件下,苏州青淹水(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)枯萎叶片数占总叶片的比重最终比对照组分别增加了22.3%、20.3%、32.0%、50.1%和48.8%。淹水深度为10 cm的条件下,苏州青淹水(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)枯萎叶片数占总叶片的比重最终比对照组分别增加了22.7%、30.5%、44.2%、54.9%和64.4%。相同淹水深度条件下,随着淹水历时的延长,苏州青作物枯萎叶片数所占比重也愈大,植株萎蔫现象也愈明显。当淹水历时低于12 h,受淹深度5 cm和10 cm植株枯萎叶片数所占比重差异不显著。

淹水深度为5 cm时,淹水历时12 h、24 h和48 h处理的株高与对照相比无显著差异,其中淹水12 h处理的株高略高于对照组。淹水深度为10 cm时,所有淹水处理的株高均显著低于对照,且随着淹水历时和淹水深度的增长而降低,排水处理后5 d～7 d因植株花期的提前使得各处理间株高差异缩小。苏州青各处理总叶片间无显著差异,但淹水-排水后前期叶片萎蔫现象明显,枯萎叶片占总叶片比重均显著低于对照,且与淹水历时和淹水深度呈正相关。

苏州青在排水后5 d株高增加迅速主要原因是植株受涝使作物内部的动态平衡被打破,代谢循环紊乱,引起植株早衰[12],植株提前进入花期。

2.3 淹水对苏州青根系生长、干物重的影响

根系是作物主要受淹部位,土壤缺氧会导致根系发育不良,使植物生长受阻。从表2可见,淹水胁迫后,苏州青根系长度、根系干物重、地上采收叶片干物质与对照组相比均显著降低,根粗在淹水24 h以内变化差异不显著。淹水胁迫后的苏州青各处理根系长度随着淹水胁迫程度的加深呈下降趋势,与对照组相比,除QC1处理增加1.65%,其余降幅为17.35%～37.19%,单株干根重减少0.1 g～0.4 g,且经观测,对照组根部呈浅鲜黄色,而淹水历时较长的处理根部表皮色泽偏暗黄,部分出现病斑、腐烂、异味的情况,且次生根的数量及活性也随着淹水历时的延长而减少。地上采收叶片干物重显著下降,下降幅度为50%～100%,其中淹水48 h的处理出现绝收情况。

表2 不同淹水处理对7～8叶期苏州青(SZQ3)根系的影响

土壤水分高导致缺氧使蔬菜作物根系活力下降、有氧呼吸减弱,干物质积累降低[13]。研究结果表明,苏州青淹水胁迫后,除淹水6 h的苏州青根长、根粗较对照组差异不显著,其他与对照组间差异均显著,根系长度、根系干物重、地上采收叶片干物质随着淹水胁迫程度加深而降低。

2.4 淹水对小青菜作物产量及品质的影响

图7为苏州青各处理作物产量测定结果。从图7可知,淹水深度为5 cm的处理较对照分别显著降低35.6%、48.0%、58.0%、70.3%和100%,淹水深度为10 cm的处理较对照分别显著降低37.3%、55.5%、56.4%、79.4%和100%。根据观测,受淹后苏州青叶片失去光泽,经阳光照射后叶片出现萎蔫下垂现象,且部分受淹严重的苏州青植株提前开花,叶片无法食用。而淹水历时较长的处理则出现叶片枯萎、植株死亡的情况。

图7 不同淹水处理苏州青产量

结果表明,苏州青受淹后产量显著降低,且淹水深度5 cm提高到10 cm,减产率增加,但差异不显著,不同淹水历时(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)之间,减产率随着淹水历时的增加显著增加。

苏州青在淹水胁迫-排水后产量大幅下降,主要是因为相比根系,蔬菜叶片受涝的表征状况更明显[11]。蔬菜等旱生作物在淹涝情况下其形态、生理都会受到影响,严重时表现出明显的损伤甚至凋亡[14-15]。汪治澜等[16]研究表明,叶片的萎蔫和损失程度与淹水时间呈正相关,与本试验结果一致。

3 结 论

(1) 小青菜(7～8叶期)临近成熟采收阶段受淹后,产量和品质会受到显著影响。当淹水历时相同,淹水深度5 cm加深10 cm条件下,产量损失增加,但差异不显著;淹水深度相同,淹水历时(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)随时间增加,小青菜产量损失愈显著。

(2) 淹水历时超过12 h后排水的小青菜根系伴随病斑、腐烂、异味等情况,植株枯蔫,各项生理机能显著下降,且在排除地表水5 d后,小青菜提前进入花期,茎部迅速拔高,叶片无法食用。

(3) 以减产3～4成为成灾标准,当小青菜淹水5 cm～10 cm时,小青菜淹水历时以小于6 h为宜,上限指标不超过12 h,务必及时将蔬菜地地表水排除并进行降渍处理,为蔬菜种植田(或大棚)建设及水分管理提供依据。