灌水量对有机基质栽培黄瓜生长及氮素利用的影响.pdf

第 28 卷第 12 期农 业 工 程 学 报Vol.28No.122012 年6 月Transactions of the Chinese Society of Agricultural EngineeringJun.2012117灌水量对有机基质栽培黄瓜生长及氮素利用的影响赵青松1，李萍萍1,2，郑洪倩3，王纪章1，徐云峰1，林 英1（1.江苏大学农业工程研究院现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室/江苏省重点实验室，镇江 212013；2.南京林业大学森林资源与环境学院，南京 210037；3.江苏省农业科学院原子能利用研究所，南京 210014）摘要：为提高有机基质栽培水分精细化管理水平，采用醋糟基质为黄瓜栽培基质，以碧玉 2 号黄瓜为材料，在控制灌水量（T）分别为基质最大质量含水率的40%T155%、55%T270%、70%T385%和85%T4100%的条件下，研究了不同灌溉水平处理对黄瓜植株生长、干物质积累、光合作用能力、产量、水分及氮素生产率的影响。结果表明：随着灌水量的增加黄瓜产量增加但水分利用效率下降，T4 灌溉处理产量最高但其水分利用效率最低，T1 处理水分利用效率最高但其产量最小；T2，T3 和T4 处理间叶片氮质量分数差异不显著，根系氮素质量分数间差异也不显著，T1 处理果实氮素质量分数显著高于其他处理，而茎、叶氮素质量分数又显著低于其他处理，不同灌溉水平处理对有机基质栽培黄瓜氮素产量生产效率影响不显著。该文研究结果可为有机基质栽培的水分精确化管理提供技术支持和依据。关键词：氮素，水分，灌溉，黄瓜，有机基质栽培doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2012.12.019中图分类号：S274.4文献标志码：A文章编号：1002-6819(2012)-12-0117-05赵青松，李萍萍，郑洪倩，等.灌水量对有机基质栽培黄瓜生长和氮素利用的影响J.农业工程学报，2012，28(12)：117121.Zhao Qingsong,Li Pingping,Zhen Hongqian,et al.Effects of irrigation amount on growth and nitrogen efficiency of cucumbercultivated in organic substrateJ.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE),2012,28(12):117121.(in Chinese with English abstract)0引言蔬菜有机基质栽培技术克服了营养液型无土栽培营养液配制及管理的技术难点1-3，因其不施化肥或者少施化肥，能降低产品中的硝酸盐含量、显著改善产品品质4-7，同时可以有效克服连作障碍8-12，近年来逐渐得到了推广应用，已经成为设施园艺中一种重要的栽培模式。有机基质栽培的水分管理是一项重要的工作，水分是蔬菜作物产量形成的重要限制因子，也是限制作物养分吸收的重要因子。研究表明，干旱胁迫和过量灌溉均不利于作物植株氮素的积累，适宜的灌水量可以提高氮素的生产效率12-17。因此有机基质栽培中适宜灌水量的研究对提高蔬菜作物产量、水分利用效率和氮素生产效率有着重要的意义。文中以醋糟为栽培基质栽培黄瓜，通过设定不同的灌水量水平，研究不同灌水量水平对有机基质栽培黄瓜的产量、水分及氮素生产效率的影响，以期为醋糟有机基质栽培的水分精确化管理提供技术支持和依据。收稿日期：2011-11-05修订日期：2012-03-26基金项目：国家自然科学基金项目（31071327）；江苏省高校基础研究重大项目（08KJA210001）；江苏省农业科技支撑计划项目（BK2010347）；江苏高校优势学科建设工程资助项目（苏财教20118 号）；江苏大学研究生创新计划项目（CX10B_008X）作者简介：赵青松（1983），男，山西晋城人，博士，研究方向为设施园艺工程与技术。镇江江苏大学农业工程研究院，212013。Email：通信作者：李萍萍（1956），女，浙江宁波人，教授，中国农业工程学会会员（E0412001025），主要从事农业生态学的研究。镇江江苏大学农业工程研究院，212013。Email：1材料与方法1.1材料试验材料为上海富农种业有限公司生产的碧玉 2 号小型水果黄瓜。试验用 50 孔穴盘育苗，栽培基质为发酵醋糟、草炭与蛭石按体积比 6:1:1 混合，基本理化性状为pH 值为 6.3、有机质含量为 536 g/kg、全氮含量为19.3 g/kg、有效氮含量为 2.03 g/kg、有效磷含量为0.64 g/kg、有效钾含量为 1.12 g/kg。1.2试验设计试验于 2010 年 4 月2010 年 7 月在江苏大学试验温室中进行，4 月 12 日育苗，4 月 22 日定植于栽培槽中，栽培槽长 17 m，宽 0.8 m，高 0.4 m，栽植密度为 3.8 株/m2。黄瓜生长过程中所有处理均不施肥。试验中设定 4 个灌溉水平，分别记为 T1（40%T155%的基质最大质量含水率），处理 T2（55%T270%的基质最大质量含水率），处理 T3（70%T385%的基质最大质量含水率），处理 T4（85%T4100%的基质最大质量含水率），每个处理重复 3 次，每个小区栽植 10 株黄瓜，小区随机排列。每天使用水分传感器（德国，IMKO 公司 TRIME-HD 便携式剖面水分速测仪）测定基质的质量含水率，根据测定的基质质量含水率计算灌水量，使含水率保持在处理范围内。1.3测定项目及方法用 LI-6400 光合仪于 2010 年 5 月 15 日上午 09：0011：00，测定黄瓜第 6 片真叶净光合速率 ph农业工程学报2012 年118（mol/(m s)）、蒸腾速率 Tr（mmol/(m2 s)）等，重复 3次，设定叶室工作参数的光照度为 1 000 mol/(m2 s)。处理后在黄瓜不同生育期测定植株叶片数、株高、茎粗，测定植株鲜质量，结果期每天记录黄瓜植株产量，采用烘干法测定干质量。植株氮素含量采用硫酸过氧化氢消煮法测定。基质质量含水率测定使用 TRIME-HD 便携式剖面水分速测仪测定，每日测定 12 次。使用前用烘干法对其进行标定，先使用 TRIME-HD 测定基质的含水率，再用烘干法（湿质量-干质量）/干质量 100%）测定基质的质量含水率，以此做出标准曲线。TDR 值和基质质量含水率的关系为：y=0.5533x-8.333（R2=0.9769）其中 x 为基质水分的质量百分比（%），y 为 TDR 值。1.4相关评价指标叶片水分利用率：叶片光合速率 Pn 与蒸腾速率 Tr的比值；经济水分利用率：黄瓜全株果实总质量与全株灌溉量的比值，%；生物水分利用率：黄瓜全株鲜质量与全株灌溉量的比值，%；氮素积累总量：黄瓜植株整个生育期内（根、茎、叶和果实）氮积累量的总和，10-3kg氮素干物质生产效率：黄瓜全株干物质积累量与植株氮素积累总量的比值；氮素产量生产效率：黄瓜全株果实干物质量与植株氮积累量之比。采用 Microsoft Excel2003 和 SPSS13.0 进行数据处理和统计分析，采用 Duncan 法进行差异显著性检验。2结果与分析2.1灌水量对黄瓜株高、茎粗、叶片数的影响黄瓜株高、茎粗、叶片数是形成产量的基础，其变化量反映了黄瓜积累干物质量的大小。由表 1 可以看出，总体上黄瓜生长特性指标随生育期的延长而增加，不同灌溉水平均表现出相同的趋势。在幼苗期由于植株生长量较小，各灌溉水平处理黄瓜株高、茎粗、叶片数差异不太显著。随着生育期进展，初花期后 T3 处理黄瓜株高显著高于其他处理，说明此灌溉水平较适宜黄瓜生长，盛瓜期 T1 处理下的黄瓜株高和茎粗显著小于其他处理，说明在此灌溉处理下黄瓜的生长受到了限制。表 1不同灌溉水平对黄瓜株高、茎粗和叶片数的影响Table 1Effects of different irrigation level on plant height,stem diameter and numbers of the leaf幼苗期初花期初瓜期盛瓜期末瓜期灌溉水平株高/cm 茎粗/cm叶片数/片株高/cm 茎粗/cm叶片数/片株高/cm茎粗/cm叶片数/片株高/cm茎粗/cm叶片数/片株高/cm茎粗/cm叶片数/片T115.82b0.86b6a106.35a0.89c13a189.62c0.89c22b313.13c0.91c31b359.13b0.94b39bT218.26ab0.92b6a105.23a1.03b15a203.03b1.06b26a331.16b1.01b34b383.22ab1.09a43aT316.25b0.89b6a101.18a1.04b14a242.66a1.12a27a356.16a1.11a36a396.29a1.12a45aT421.34a0.97a6a102.63a1.16a13a201.5b1.11a27a336.28b1.14a33b375.26b1.15a39b注：相同小写字母表示处理间不存在显著差异，不同字母表示存在显著差异（p0.05），下同。2.2灌水量对黄瓜光合、蒸腾、叶片水分利用率的影响表2为不同灌溉水平处理下黄瓜植株在上午10:00左右的最大光合作用，结果表明不同处理对黄瓜植株的光合作用影响显著,其净光合速率随灌水量的增加而增加，灌水处理为 T4 时黄瓜植株的光合速率最大。黄瓜植株的蒸腾速率随灌水量增加而增加，灌溉水平为 T4 时最大。不同灌水量处理的水分利用效率随着灌溉量的增大而减小。灌溉水平为 T1 的水分利用率显著高于其他处理，原因在于此处理水平的叶片与根系间的水势较小，蒸腾水平较低，在有机基质水分胁迫下蒸腾速率下降幅度高于净光合速率，致使水分利用率较高。表2不同灌溉水平对黄瓜光合、蒸腾、叶片水分利用率的影响Table 2Effects of different irrigation level on photosynthetic rate,transpiration rate and water use efficiency of cucumber plant underdifferent irrigation treatments灌溉水平净光合速率/(mol m-1 s-1)蒸腾速率/(mmol m-2 s-1)叶片水分利用率/(mol mmol-1)T116.57c3.84c4.18aT220.55b5.64b3.64bT322.25ab6.22b3.58bT425.88a8.21a3.15c2.3灌水量对黄瓜单株灌溉量、鲜质量、产量、水分利用率的影响表 3 列出了不同处理的单株灌溉量、单株鲜质量（包括根、茎、叶、果）、单株产量及水分（生物和经济）利用率。从表中可以看出，有机基质栽培黄瓜单株耗水量、单株鲜质量和单株产量随灌水量的增加而增加。从水分利用率来看，生物水分利用率和经济水分利用率表现出相同的趋势，即随着灌水量的增加而下降。T1 灌溉处理下生物和经济水分利用率显著高于其他处理，T4 灌溉处理下生物和经济水分利用率显著低于其他处理。表 3不同灌溉水平对黄瓜单株灌溉量、鲜质量、产量及水分利用率的影响Table 3Effect of irrigation level on water amount,fresh quality,yield and WUE of cucumber plant under different irrigationtreatments水分利用率灌溉水平单株灌溉量/kg单株鲜质量/kg单株产量/kg生物/%经济/%T111.45d1.87c1.51c16.30a13.18aT217.01c2.63b2.16b15.48b12.70bT320.91b2.91a2.28a13.94c10.88cT431.73a3.05a2.41a9.62d7.61d第 12 期赵青松等：灌水量对有机基质栽培黄瓜生长和氮素利用的影响1192.4灌水量对黄瓜氮素吸收及其生产效率的影响不同水分处理下黄瓜各器官单位干物质氮素含量见表 4，可以看出不同灌溉水平下黄瓜各器官中叶片氮质量分数最高。T1 灌溉水平果实中氮质量分数显著高于其他灌水量处理，而叶片氮素质量分数显著小于其他处理，茎氮素含量也显著小于 T2 和 T3 灌溉处理。表 4不同灌溉水平下单株黄瓜各器官氮素含量Table 4N content in different parts of cucumber plant underdifferent irrigation treatments灌溉水平根氮素质量分数/%茎氮素质量分数/%叶片氮素质量分数/%果实氮素质量分数/%T14.01a3.57 c5.45b4.62aT23.48b3.87b5.72a4.23bT33.42b4.36a5.78a3.92cT43.55b3.61c5.76a3.93c表 5 为不同水分处理下单株黄瓜氮素干物质生产效率和氮素产量生产效率。可以看出单株氮素积累量、单株总干物质积累量、单株果实干质量表现出先上升后下降的趋势，在灌溉水平为 T3 时积累量最大，灌溉水平为T4 时积累量最小。在灌溉水平为 T1 时黄瓜植株的氮素干物质生产效率最小，显著小于其他处理，这是因为在此灌溉量水平下不能满足植株正常生长需求，水分亏缺加速了茎、叶中氮素向果实的积累，使茎叶中积累的氮素迅速再分配18-22。不同灌溉水平下黄瓜植株的氮素产量生产效率间差异不显著。表 5不同灌溉水平单株黄瓜氮素生产效率Table5N use efficiency of cucumber plant for different irrigationtreatments氮素生产效率/%灌溉水平单株氮素积累量/(10-3kg)单株总干物质积累量/(10-3kg)单株果实干质量/(10-3kg)干物质产量T16.15b131.52b98.61b21.37 b16.02 aT26.94a155.26a113.02a22.38 a16.29 aT36.96a161.08a113.77a23.14 a16.34 aT45.45c125.26b90.17c22.87 a15.96 a3结论通过不同灌水量指标对黄瓜穴盘育苗生育影响的研究表明：1）不同灌溉水平对有机基质栽培黄瓜生长和光合作用的影响表明：灌溉水平为 T3 时，植株生长迅速、光合能力强、干物质积累量大，表明此灌溉水平下适合醋糟有机基质黄瓜植株的生长。2）不同灌溉水平下黄瓜产量和水分利用率可以看出，随着灌水量的增加黄瓜产量逐渐增加，而水分利用率显著下降。灌溉量水平为 T4 时黄瓜植株的水分利用效率最低，表明过多的灌水量会影响黄瓜植株的水分利用率，而过少的灌水量 T1 又影响了黄瓜植株的产量。因此在醋糟有机基质栽培中，合理的灌水量水平对保障产量和提高水分利用率有着重要的意义。3）从有机基质栽培黄瓜各器官氮素含量可以看出，T，T3 和 T4 处理间叶片氮质量分数差异不显著，根系氮素质量分数间差异也不显著。在灌溉水平为 T1 时，黄瓜果实氮素质量分数显著高于其他处理，而茎、叶氮素质量分数又显著低于其他处理。4）不同灌水量水平下产量的差异导致了黄瓜植株干物质积累量的差异，进而影响了黄瓜植株氮素的积累量。灌水量的不同对有机基质栽培黄瓜植株氮素产量生产效率影响不显著。参考文献1De Rouin N,Caron J,Parent L E.Influence of some artificialsubstrates on productivity and dris diagnosis of greenhousetomatoesJ.Acta Horticulturae,1998,221(4):4552.2段崇香，于贤昌.有机基质栽培黄瓜化肥施用技术的研究J.植物营养与肥料学报，2003，9(2)：238241.Duan Chongxiang,Yu Xianchang.Techniques of applicationof chemical fertilizer for cucumber cultivated in organicsubstrate under solar greenhouseJ.Plant Nutrition andFertilizer Science,2003,9(2):238241.(in Chinese withEnglish abstract)3李萍萍，胡永光，王纪章，等.醋糟和苇末有机基质的理化性状及配套栽培技术研究J.江苏农业科学，2010，(2)：207208.LiPingping,HuYongguang,WangJizhang,etal.Physical-chemical properties of vinegar residue and reedresidue organic substrate and its cultivation technicalJ.Jiangsu Agricultural Sciences,2010,(2):207208.(inChinese with English abstract)4蒋卫杰，余宏军.蔬菜有机生态型无土栽培营养生理研究进展J.中国蔬菜，2005，(增刊 1)：2731.Jiang Weijie,Yu Hongjun.Review on nutrient physiology 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greenhousesystemsJ.Annual Review of Phytopathology,2001,39(1),103133.10 赵青松，李萍萍，王纪章，等.不同灌水下限对黄瓜穴盘苗生长及生理指标的影响J.农业工程学报，2011，27(6)：3135.Zhao Qingsong,Li Pingping,Wang Jizhang,et al.Effects ofirrigationthresholdongrowthandphysiologicalcharacteristics of cucumber plug seedlingsJ.Transactions oftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(Transactions of the CSAE),2011,27(6):3135.(inChinese with English abstract)11 汪有科，黎朋红，马理辉，等.涌泉根灌在黄土坡地的水分运移规律试验J.排灌机械工程学报，2010，29(5)：449454.Wang Youke,Li Penghong,Ma Lihui,et al.Experiment onwater migration of surge root irrigation in loess slopingfieldsJ.Journal of Drainage and Irrigation MachineryEngineering,2010,29(5):449454.(in Chinese withEnglish abstract)12 陈新明，Jay Dhungel，Surya Bhattarai，等.加氧灌溉对菠萝根区土壤呼吸和生理特性的影响J.排灌机械工程学报，2010，29(6)：543547.Chen Xinming,Jay Dhunge,Surya Bhattarai,et al.Impact ofoxygationonsoilrespirationandcropphysiologicalcharacteristics in pineappleJ.Journal of Drainage andIrrigation Machinery Engineering,2010,29(6):543547.(inChinese 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Sinica,2004,30(10):10021007.(in Chinese with English abstract)第 12 期赵青松等：灌水量对有机基质栽培黄瓜生长和氮素利用的影响121Effects of irrigation amount on growth and nitrogen efficiency ofcucumber cultivated in organic substrateZhao Qingsong1,Li Pingping1,2,Zheng Hongqian3,Wang Jizhang1,Xu Yunfeng1,Lin Ying1(1.Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology,Ministry of Education and Jiangsu Province，Institute of AgriculturalEngineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China;2.College of Forest Resources and Environment,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China;3.Institute for the Application of Atomic Energy in Agriculture Jiangsu Academy of Agricultural Sciences,Nanjing 210014,China)Abstract:For improving water use efficiency refinement management level of organic substrates culture,with“Biyu2”as material and vinegar residue substrate as cucumbers culture substrate,four treatments with irrigation amount between40%and 55%of the maximum mass moisture content of substrate(T1),between 55%and 70%of the maximum massmoisture content of substrate(T2),between 70%and 85%of the maximum mass moisture content of substrate(T3),between 85%and 100%of the maximum mass moisture content of substrate(T4)were conducted and the effect ofdifferent irrigation level treatments on growth,dry matter accumulation,photosynthetic capacity,yield,water andproduction efficiency of nitrogen(N)of cucumber were studied.The results showed that:with irrigation amountincreased,the yield of Cucumber increased but the efficiency of water use decreased;T4 had the highest yield but thelowest water use efficiency,and T1 had the lowest yield but the highest water use efficiency;leaf nitrogen content androot nitrogen mass fraction were both not significant difference between T2,T3 and T4;fruits nitrogen mass fractionunder T1 was significantly higher than other treatments,while the stems and leaf nitrogen mass fraction weresignificantly lower than other treatments;different irrigation levels treatment had no significant effect on nitrogenproduction efficiency of cucumber in organic substrates culture.Results can provide technical support and basis forwater precision management in organic substrate cultivated.Key words:nitrogen,water,irrigation,cucumber,organic media culture