薛曉萍，李楠，張繼波，熊宇

(1.山東省氣候中心，山東 濟南 250031；2.江蘇省蘇州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 蘇州 215008)

引言

植物生長發(fā)育的干物質(zhì)積累主要來源于光合產(chǎn)物，光合作用除了受環(huán)境溫度、濕度、土壤水分及養(yǎng)分影響外，光照是主要制約因子。關(guān)于光照不足對作物的影響，國內(nèi)外學者已做了大量研究，結(jié)果表明，寡照條件下，植物將通過調(diào)整葉綠素含量、降低光飽和點與補償點等生理特性以適應(yīng)環(huán)境[1-5]，由此導(dǎo)致作物光合作用能力降低，植株生長變慢，根冠比、比葉面積以及根莖葉形態(tài)結(jié)構(gòu)等生態(tài)特性發(fā)生改變，造成產(chǎn)量下降，品質(zhì)降低[6-9]。

黃瓜(CucumissativusL.)屬葫蘆科甜瓜屬植物，喜溫喜光，是我國北方秋冬季反季節(jié)生產(chǎn)主要蔬菜之一。由于秋、冬季屬于寡照多發(fā)季節(jié)，持續(xù)寡照也是溫室黃瓜生產(chǎn)的主要氣象災(zāi)害。關(guān)于寡照對黃瓜生長發(fā)育影響的研究表明，弱光條件下黃瓜葉片凈光合速率降低[10-12]，光合產(chǎn)物運輸減緩，植株生長緩慢、莖蔓細弱、坐果率降低、產(chǎn)量下降等[13-19]。但相關(guān)研究以人工氣候箱模擬弱光影響為主，模擬試驗過程中黃瓜生長的溫度和濕度條件基本恒定不變，而用于種植黃瓜的溫室內(nèi)溫度和濕度是動態(tài)變化的要素，二者環(huán)境條件存在較大差異，導(dǎo)致相關(guān)研究結(jié)果無法直接用于指導(dǎo)生產(chǎn)管理。另外，受人工氣候箱空間所限，前人的研究大多是以幼苗期為主，以日光溫室花果期黃瓜為研究對象，針對持續(xù)寡照的影響，迄今為止尚未見報道。本文擬通過采用遮陰方式，在植有黃瓜的日光溫室中模擬持續(xù)寡照環(huán)境，探明寡照對黃瓜花果期生長發(fā)育影響，確定寡照災(zāi)害天氣對產(chǎn)量品質(zhì)形成的影響量化指標，為溫室黃瓜生產(chǎn)管理、災(zāi)害防御和災(zāi)損評估提供技術(shù)支撐與依據(jù)。

1 試驗設(shè)計與方法

1.1 試驗設(shè)計

1.1.1 試驗地點與溫室環(huán)境

試驗于2016年2—4月進行，試驗地點為山東臨沂設(shè)施農(nóng)業(yè)氣象試驗基地(117.95°N，32.25°E)，用于試驗的溫室長、寬和高度分別為68.0、10.0和4.6 m；聚乙烯無滴膜覆蓋，厚度0.6 mm，透光率75%。供試黃瓜品種為“德瑞特L108”，于2015年12月25日移栽，行株間距為50 cm×30 cm。溫室黃瓜于2016年2月20日進入花果期，21日開始遮陰控制試驗。試驗期間，溫室內(nèi)氣溫、空氣相對濕度、光合有效輻射、10 cm地溫等小氣候要素統(tǒng)計情況見表1。根據(jù)實際觀測數(shù)據(jù)表明，非寡照(晴好)天氣條件下，溫室內(nèi)的光合有效輻射一般在400～900 μmol·m-2·s-1之間；陰雨(雪)天氣條件下，溫室內(nèi)的光合有效輻射一般在100～200 μmol·m-2·s-1之間，正午前后在200 μmol·m-2·s-1左右，為此，本試驗設(shè)計依據(jù)天氣條件采用不同層次遮陽網(wǎng)遮光方式，將正午前后光照強度控制在200 μmol·m-2·s-1左右，其他時間遵循其固有的變化規(guī)律，以模擬寡照天氣條件下溫室內(nèi)的光照環(huán)境，對照采用正常或補光方式保持正常光照強度；試驗期間，溫室通風及黃瓜栽培管理按當?shù)馗弋a(chǎn)水平進行，溫室內(nèi)氣溫保持在18～28 ℃之間。

表1 試驗期間小氣候要素統(tǒng)計結(jié)果

1.1.2 遮陰設(shè)計

遮陰控制試驗設(shè)6個處理小區(qū)，每個小區(qū)植有5壟，約150株，設(shè)計1、3、5、7、9 d(分別以T1、T3、T5、T7、T9表示)5個遮陰處理水平，1個無遮陰處理為對照(以CK表示)，每個處理遮陰結(jié)束當天測定各項生理指標；遮陰處理結(jié)束后，進行光照恢復(fù)。根據(jù)前人研究結(jié)果，短期持續(xù)寡照對設(shè)施作物生長發(fā)育產(chǎn)生一定影響，光照恢復(fù)后各項生理生態(tài)指標能在一周左右恢復(fù)，為此，本試驗恢復(fù)期設(shè)定為9 d，之后除了測定產(chǎn)量外，其他生理生態(tài)指標不再測定，產(chǎn)量測定期為持續(xù)1個月。

1.2 測定內(nèi)容和方法

每個處理選定3株有代表性植株，每3 d進行一次葉片取樣，測定葉面積和比葉重；每個遮陰處理小區(qū)內(nèi)選取3株長勢均勻植株，按照大、中和小將黃瓜果實分為3類，每株每類形態(tài)的果實各選一個進行掛牌標記，遮陰結(jié)束后每4 d測定一次果實的上、中、下部直徑和果實長度，生長速率取3個標記果實的平均值；遮陰處理之日起，在各處理中選取長勢有代表性的植株10株，每隔3 d采收一次果實，統(tǒng)計產(chǎn)量及相關(guān)參數(shù)，包括單株果實重、果實數(shù)、單果縱橫徑、次病果數(shù)等；參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標準NY/T 1587—2008《黃瓜等級規(guī)格》[20]規(guī)定的黃瓜等級與規(guī)格的要求，將果實的外觀品質(zhì)分為特級、一級和二級3個等級；隨機抽取各處理的成熟果實，分別進行花青素、維生素C、有機酸和可溶性糖等品質(zhì)指標測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel和SPSS軟件，進行相關(guān)試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 寡照對溫室黃瓜葉片長勢的影響

2.1.1 寡照對葉面積的影響

進入花果期后，單株葉面積仍處于快速增長階段，光照不足，單株葉面積生長受到制約，由圖1可見，各寡照處理條件下的植株葉面積增長速率緩慢，且隨著寡照持續(xù)日數(shù)的增加，與CK的差距增大?；謴?fù)正常光照后，各處理黃瓜植株的葉面積增長率均得到了提升，T1、T3、T5、T7單株葉面積在恢復(fù)期內(nèi)能接近CK的水平，T9則無法恢復(fù)至CK水平。

項目的所有任務(wù)結(jié)束后，進入項目的反饋總結(jié)環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)要求學生以調(diào)查問卷的形式進行項目反饋，老師收到反饋后，及時進行查缺補漏式的總結(jié)復(fù)習，并配有相應(yīng)的自測題和在線測試題。

圖1 不同寡照處理溫室黃瓜單株葉面積變化圖

2.1.2 寡照對葉片比葉重的影響

圖2為不同寡照處理條件下溫室黃瓜葉片比葉重對比圖，由圖可見，隨著寡照日數(shù)增加，葉片的比葉重呈下降趨勢，其中T7和T9比葉重較CK分別低38.3%和41.4%。寡照處理結(jié)束后，T1、T3、T5比葉重在恢復(fù)期內(nèi)均能達到 CK水平；T7和T9無法恢復(fù)至正常水平，較CK分別低13.4%和21.3%。

圖2 不同寡照處理溫室黃瓜葉片比葉重變化圖

2.2 寡照對溫室黃瓜長勢的影響

2.2.1 寡照對黃瓜植株長勢的影響

由圖3可見，寡照對黃瓜株高和莖粗生長均存在制約，與CK相比，二者表現(xiàn)為相同的變化特征，即CK>T1>T3>T5>T7>T9，但在寡照處理期間，株高仍有明顯增長，其中T1、T3和T5株高與CK差異不大，而莖粗隨著寡照日數(shù)的延長出現(xiàn)變細現(xiàn)象?；謴?fù)光照后，恢復(fù)期內(nèi)，各處理水平的黃瓜株高基本都能達到正常水平，但T7、T9的莖粗無法恢復(fù)至正常水平。

圖3 不同寡照處理溫室黃瓜株高和莖粗變化圖

2.2.2 寡照對溫室黃瓜果實生長的影響

圖4為不同寡照脅迫條件下黃瓜果實生長速率和果重的變化情況，由圖可見，隨寡照天數(shù)的增加，黃瓜果實的長度和果徑生長率均減小，且顯著小于CK(P<0.05)，寡照持續(xù)時間越長，果實生長受影響越大。持續(xù)寡照5 d以上，果實長度與CK達到顯著差異，T5、T7處理黃瓜長度生長速率較CK降低0.87 cm·d-1，T9處理生長速率顯著降低，較CK降低1 cm·d-1以上；對黃瓜橫徑的影響，表現(xiàn)為對果實上下兩端的影響大于中部，果實上下部的橫徑增長速率在寡照3 d即表現(xiàn)為與CK顯著差異，其中黃瓜上端橫徑增長速率較CK降低0.87 mm·d-1，T1、T3、T5、T7處理果實下端橫徑增長速率平均較CK低0.73 mm·d-1，T9果實增長速率較CK降低0.99 mm·d-1；T5、T7、T9果實中部橫徑增長速率與CK差異達到顯著，平均降低0.88 mm·d-1。

圖4 不同寡照處理溫室黃瓜果實生長速率(縱徑生長速率，單位：cm·d-1；橫徑生長速率，單位：mm·d-1)和果重(單位：g)對比圖(a、b、c表示不同遮陰天數(shù)間在0.05水平上的差異顯著性)

2.3 寡照對溫室黃瓜品質(zhì)的影響

2.3.1 寡照對黃瓜果實外觀品質(zhì)的影響

圖5為不同寡照處理水平下黃瓜果實外觀品質(zhì)等級分布。由圖5可見，CK處理的特級、一級、二級和壞果比例分別為88.0%、8.0%、4.0%和0.0%，隨著寡照持續(xù)日數(shù)的延長，特級果比例降低，與CK相比，各處理水平分別降低了9.4%、13.0%、18.0%、29.7%和43.0%；寡照5 d以上，導(dǎo)致二級果和壞果比例明顯升高，寡照每增加1 d，分別增加4.0%和5.0%，連續(xù)寡照9 d，二級果和壞果可達到20%和25%。

圖5 不同寡照處理溫室黃瓜果實外觀品質(zhì)的比較

2.3.2 寡照對黃瓜果實營養(yǎng)品質(zhì)的影響

圖6為不同寡照處理黃瓜果實的營養(yǎng)品質(zhì)指標變化情況。由圖6可見，持續(xù)寡照對果實含水量、維生素C、花青素、可溶性糖和有機酸等指標均有影響，隨著寡照時間的延長，有機酸含量增加，其他品質(zhì)指標均降低。與CK相比，T3、T5、T7、T9果實含水量差異達顯著水平，寡照每增加1 d，含水量降低0.19%。寡照對果實維生素含量影響明顯，各寡照處理水平與CK均達到顯著性差異，較CK分別降低5.57、6.00、6.85、10.14、13.43 mg·(100 g)-1； T5、T7、T9處理果實花青素含量較CK差異顯著，其中T5、T7處理較CK平均降低0.27 mg·mL-1，T9則低0.45 mg·mL-1；可溶性糖，T1、T3、T5與CK差異不明顯，較CK分別低1.14%、1.34%、1.26%，T7、T9差異顯著，較CK分別低3.40%和8.01%；有機酸含量，各處理水平較CK增加0.04%、0.11%、0.14%、0.20%、0.25%，T5、T7、T9與CK差異達顯著水平。

圖6 不同寡照處理溫室黃瓜果實品質(zhì)指標(含水量，單位：%；花青素含量，單位：mg·mL-1；有機酸占比，單位：%；維生素C含量，單位：mg·(100 g)-1；可溶性糖占比，單位：%)的平均值比較(a、b、c表示不同遮陰天數(shù)間在0.05水平上的差異顯著性)

3 討論與結(jié)論

1)黃瓜在進入花果期的初期，葉片和植株仍處于快速生長階段，此階段遭遇持續(xù)寡照天氣，將導(dǎo)致葉面積增長緩慢，比葉重降低，低于5 d的寡照，株高和莖粗影響不大，但5 d以上株高和莖粗生長受到影響，尤其是莖粗存在變細現(xiàn)象；前人研究結(jié)果[21-22]表明，短期遮陰對設(shè)施作物的影響在恢復(fù)正常光照條件后能迅速恢復(fù)，一周內(nèi)基本能夠恢復(fù)到正常水平。本研究的恢復(fù)光照后研究表明，7 d以上的寡照將對黃瓜植株生長造成不可逆的損傷，不利于形成壯苗，將影響黃瓜后期產(chǎn)量提升，因此，陰雨寡照災(zāi)害的影響存在延續(xù)性。

2)連續(xù)5 d以上的寡照天氣將對黃瓜長度造成顯著影響，5～7 d寡照，黃瓜長度生長速率降低0.87 cm·d-1，9 d以上寡照導(dǎo)致速率降低超過1 cm·d-1；對黃瓜橫徑的影響主要表現(xiàn)在果實上下兩端，寡照3 d以上影響達到顯著水平，上端橫徑增長速率降低0.87 mm·d-1，下端橫徑在寡照時間1～7 d時，橫徑增長速率降低0.73 mm·d-1，寡照日數(shù)超過9 d，增長速率降低至0.99 mm·d-1以上。

3)持續(xù)寡照3～7 d，寡照日數(shù)每延長1 d，果重降低4.89 g；寡照日數(shù)超過7 d時，每延長1 d，果重較CK降低16.01 g。寡照對黃瓜果實特級果比例影響較大，1～5 d寡照，特級果比例降低9.4%～43.0%；持續(xù)寡照5 d以上二級果和壞果比例明顯升高，連續(xù)寡照9 d，二級果和壞果比例達到20%和25%；寡照3 d以上，果實含水率與CK差異即達到顯著性差異；維生素含量對寡照影響反映敏感，1～5 d的寡照，果實維生素含量降低6%左右，7 d以上的寡照日數(shù)，則降低10%～13%；寡照5 d以上，花青素和有機酸含量與CK差異達到顯著；與上述指標相比，可溶性糖含量對寡照影響敏感度相對要低，寡照日數(shù)超過7 d時其含量方達到顯著性差異，寡照7 d較CK降低3.4%，之后寡照日數(shù)每增加1 d，可溶性糖含量將降低4%左右。

4)本研究結(jié)果表明，持續(xù)寡照下黃瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)均受到不同程度影響。其影響機理表現(xiàn)為寡照下植株的葉片生長量減小，光合作用減弱，光合產(chǎn)物的運輸速度也相應(yīng)減慢，進而使葉片供給到果實的同化物減少，導(dǎo)致果實發(fā)育不良[23]；趙玉萍等[24]、李益清和李天來[25]在研究中發(fā)現(xiàn)，在相同溫度條件下，番茄果實中的維生素C、可溶性糖、可溶性固性物含量和糖酸比隨著光照的增強而增加，寡照下各指標值顯著低于自然光下，這與本研究的結(jié)論相似。

5)由于本研究主要目的是獲取不同寡照持續(xù)時間的影響指標，試驗期間重點進行植株和果實生長速率進行測定，產(chǎn)量測定期僅為持續(xù)1個月。關(guān)于持續(xù)寡照對后期黃瓜總產(chǎn)量的變化規(guī)律影響，本研究并未涉及到，需要在未來研究中補充完善。