盧江海

（江西省水利科學(xué)院，江西南昌 330029）

根系分區(qū)交替滴灌（Alternate Partial Rootzone Drop Irrigation，APRDI）是利用作物遺傳和生態(tài)生理特性及干旱脅迫信號(hào)（ABA）的響應(yīng)機(jī)制，通過(guò)水分調(diào)控，以達(dá)到節(jié)水高效、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和提高水分利用效率目的的控制灌溉技術(shù)。

番茄需水量較高，不同的灌水方式對(duì)番茄生長(zhǎng)影響顯著。番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的狀況直接反映了番茄光合產(chǎn)物的量，而番茄體內(nèi)的各種代謝都離不開(kāi)水分的參與。因此以溫室番茄為試驗(yàn)對(duì)象，研究在番茄根系分區(qū)交替滴灌下不同的交替周期對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響，以期為番茄根系分區(qū)交替滴灌最優(yōu)模式的分析和確定提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013 年2 月至2014 年8 月在河海大學(xué)節(jié)水園區(qū)連棟玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)土壤為原始土壤耕作層，屬于人為土壤后熟土，土壤質(zhì)地為黏壤土。土壤基礎(chǔ)肥力為全氮含量0.612 g·kg-1，全磷含量10.289 mg·kg-1，速效磷平均含量2.927 mg·kg-1，速效氮含量88.810 mg·kg-1。每小區(qū)種植1 行，行距75 cm，株距50 cm，種植密度為3 萬(wàn)株/hm2。每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)10.00 m、寬0.75 m。

采用滴灌技術(shù)，在滴灌系統(tǒng)支管前分別安裝壓力表和水表，毛管上布設(shè)壓力補(bǔ)償內(nèi)鑲式滴灌管（Φ=16 mm），流量為1.6 L·h-1，滴頭間距50 cm，在每一個(gè)毛管前加裝閥門，灌水量由首部的水表控制。系統(tǒng)安裝時(shí)，將毛管鋪設(shè)在距植株15 cm 處進(jìn)行灌溉。溫室內(nèi)設(shè)置水面蒸發(fā)計(jì)量設(shè)備，采用水面蒸發(fā)法計(jì)算植株騰發(fā)量，根據(jù)騰發(fā)量確定灌水量進(jìn)行灌溉，通過(guò)閥門控制進(jìn)行灌水，以實(shí)現(xiàn)根系分區(qū)交替滴灌。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為番茄，品種為金美來(lái)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)區(qū)總面積約為63 m2，布置于溫室內(nèi)的蔬菜種植區(qū)。試驗(yàn)的灌水方式為根系分區(qū)交替滴灌，試驗(yàn)共包括9 個(gè)處理、1 個(gè)對(duì)照（CK），每個(gè)處理有6 個(gè)重復(fù)，對(duì)照CK 灌水方式為傳統(tǒng)的畦灌。ET0（Evapotranspiration）為每次灌水前的植株騰發(fā)量。試驗(yàn)期間，溫室內(nèi)設(shè)置水面蒸發(fā)計(jì)量設(shè)備，采用水面蒸發(fā)法計(jì)算植株騰發(fā)量。番茄APRDI 下不同交替周期處理設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 番茄根系分區(qū)交替滴灌處理設(shè)計(jì)

1.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

每個(gè)處理隨機(jī)選取6株長(zhǎng)勢(shì)均勻的植株作為重復(fù)，收獲后，每個(gè)處理選取有代表性的植株3 株，對(duì)葉干重、莖干重、根干重等項(xiàng)目分別進(jìn)行測(cè)定：根系采用挖掘法取樣，所挖土體長(zhǎng)30 cm、寬30 cm、深30 cm。將根系洗凈后和其莖稈一起放置在烘箱內(nèi)用105 ℃烘2 h消毒，再用80 ℃的溫度烘至24 h，測(cè)其各自的干重并計(jì)算其根冠比，同時(shí)用常規(guī)方法測(cè)定地上各部分的干物質(zhì)量，根密度的計(jì)算是以上述3 株番茄單位土體內(nèi)根系干重表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 APRDI 下交替周期對(duì)番茄葉片數(shù)的影響

葉片的主要生理功能為進(jìn)行光合作用、蒸騰作用、儲(chǔ)藏作用及吸收作用，葉片的生長(zhǎng)情況可以直接反映植株的生長(zhǎng)情況［1-2］。圖1 反映了不同生育階段各處理番茄葉片數(shù)情況，從圖1 中可以看出，在50%ET0灌水量處理下，A1B1、A1B2、A1B3這3 種處理在整個(gè)生長(zhǎng)階段葉片數(shù)均未出現(xiàn)顯著性差異，但看以看出交替周期延長(zhǎng)了，葉片數(shù)也隨之增加；在75%ET0灌水量處理下，在苗期A2B1和A2B2葉片數(shù)出現(xiàn)顯著性差異，處理A2B1葉片數(shù)明顯比處理A2B2葉片數(shù)要少，但A2B1和A2B3、A2B2和A2B3未出現(xiàn)顯著性差異，在結(jié)果后期A2B3和A2B1、A2B3葉片數(shù)出現(xiàn)顯著性差異。在開(kāi)花坐果期和結(jié)果盛期處理之間未出現(xiàn)顯著性差異。從整個(gè)生育階段上看，葉片數(shù)隨著交替周期的延長(zhǎng)而增加；100%ET0灌水量處理下，A3B1、A3B2、A3B3這3 種處理和對(duì)照CK 在整個(gè)生長(zhǎng)階段未出現(xiàn)顯著性差異。3 種交替周期處理之間葉片數(shù)雖未出現(xiàn)顯著性差異，但葉片數(shù)也隨著交替周期的延長(zhǎng)而增加。從番茄整個(gè)生育階段看在相同的水分處理下，葉片數(shù)隨著交替周期的延長(zhǎng)而增加。

圖1 不同生育階段土壤水分調(diào)控對(duì)番茄葉片數(shù)的影響

2.2 APRDI 下交替周期對(duì)根系生長(zhǎng)的影響

植物通過(guò)根系從土壤中吸取水肥來(lái)滿足自身生長(zhǎng)的需要，植物體內(nèi)各種代謝過(guò)程都有根系的參與，植物的生長(zhǎng)離不開(kāi)根系［3］。由于通常陸生植物的根系都長(zhǎng)在土壤中，土壤的各種物理化學(xué)特性直接會(huì)影響根系的生長(zhǎng)，土壤中水分含量的多少作土壤特性之一對(duì)植物根系的生長(zhǎng)及分布有著很大的影響。表2 顯示了APRDI 不同的交替滴灌周期處理對(duì)番茄主根長(zhǎng)、根系干重、地上干物質(zhì)重、根冠比和根系密度變化情況。從根長(zhǎng)生長(zhǎng)情況來(lái)看，由于過(guò)度的水分虧缺已經(jīng)對(duì)番茄根系的生長(zhǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制作用，在50%ET0灌水量下3 種交替周期處理未出現(xiàn)顯著性差異，75%ET0灌水量下處理A2B1與A2B3出現(xiàn)顯著性差異，根長(zhǎng)與交替周期成正比，100%ET0灌水量下處理A3B3和A3B2、A3B1出現(xiàn)顯著性差異，處理A3B3和對(duì)照CK 出現(xiàn)顯著性差異，根長(zhǎng)比對(duì)照要長(zhǎng)83.4%。適度的水分虧缺下，延長(zhǎng)交替周期有助于根系的生長(zhǎng)。

表2 不同灌水處理番茄根冠干物質(zhì)的積累與分配

2.3 APRDI 下交替周期對(duì)番茄干物質(zhì)的影響

從地上干物質(zhì)重來(lái)看，3 種灌水量處理下的3 種交替周期處理之間未出現(xiàn)顯著性的差異，100%ET0、75%ET0灌水處理與對(duì)照CK 也未出現(xiàn)顯著性差異，75%ET0、50%ET0灌水下的12 d、18 d 的交替周期處理干物質(zhì)明顯比6 d 的交替周期有提高，在水分虧缺下延長(zhǎng)交替周期有助于作物的地上干物質(zhì)的積累；從根系干重來(lái)看，在50%ET0灌水量處理下得3 種交替周期處理未出現(xiàn)顯著性差異，75%ET0灌水量處理下A2B1和A2B2、A2B3出現(xiàn)顯著性差異；100%ET0灌水量處理下3 種處理未出現(xiàn)顯著性差異，但處理A3B1和對(duì)照CK 出現(xiàn)顯著性差異，處理A3B1根重要比對(duì)照CK 重68.8%，根系干重與根長(zhǎng)趨勢(shì)類似。

2.4 APRDI 下交替周期對(duì)番茄根冠比的影響

不同供水處理的根系長(zhǎng)度、根冠比及根、冠生物量體現(xiàn)了光合產(chǎn)物的積累和分配模式的變化，它既受遺傳特性決定，也受環(huán)境影響，影響根冠比的因素有很多，水分就是其中之一［4］。當(dāng)土壤中水分充足時(shí)，植物地上部分生長(zhǎng)旺盛，光合產(chǎn)物積累較多，根冠比降低；當(dāng)土壤中水分不足時(shí)，植物地上部生長(zhǎng)受到抑制，根部在水分競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，根冠比增大。利用植物的這一特點(diǎn)，對(duì)土壤水分進(jìn)行人為的調(diào)節(jié)，成為優(yōu)化作物根冠比的一種重要手段［5］。

從根冠比來(lái)看，50%ET0灌水量處理下處理A1B1和處理A1B3出現(xiàn)顯著性差異，處理A1B1比處理A1B3要高75.9%，根冠比隨著交替周期的延長(zhǎng)明顯降低，說(shuō)明過(guò)度的水分虧缺已經(jīng)對(duì)番茄根系的生長(zhǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制作用，不利于根系的活動(dòng)與生長(zhǎng)，使根冠比降低，不利于番茄的生長(zhǎng)。其他灌水量處理未出現(xiàn)顯著性差異，相同灌水下處理間的根冠比隨著交替周期的延長(zhǎng)有提高的趨勢(shì)，說(shuō)明只有在適度的水分虧缺下，延長(zhǎng)交替周期才能最有效地優(yōu)化根冠比；從根系密度看，根系密度主要與根系干重有關(guān)，所以根系與根系干重所呈現(xiàn)的規(guī)律一致。

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)研究了根系分區(qū)交替滴灌周期對(duì)番茄的生長(zhǎng)生理指標(biāo)的影響，不同交替周期對(duì)番茄不同生理指標(biāo)影響不同，研究結(jié)果如下。

1）3 種交替周期處理之間葉片數(shù)雖未出現(xiàn)顯著性差異，但葉片數(shù)隨著交替周期的延長(zhǎng)而增加，從番茄整個(gè)生育階段看在相同的水分處理下，葉片數(shù)隨著交替周期的延長(zhǎng)而增加；從根冠比來(lái)看，50%ET0灌水量處理下處理A1B1和處理A1B3出現(xiàn)顯著性差異，處理A1B1比處理A1B3要高75.9%，根冠比隨著交替周期的延長(zhǎng)明顯降低，說(shuō)明過(guò)度的水分虧缺已經(jīng)對(duì)番茄根系的生長(zhǎng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制作用，不利于根系的活動(dòng)與生長(zhǎng)，使根冠比降低，不利于番茄的生長(zhǎng)，75%ET0和100%ET0灌水量處理未出現(xiàn)顯著性差異，且根冠比隨著交替周期的延長(zhǎng)有提高的趨勢(shì)。

2）水分虧缺和延長(zhǎng)交替周期可以影響作物葉片的氣孔導(dǎo)度，降低作物的水分蒸騰，提高作物的水分利用效率，改善和優(yōu)化作物的生長(zhǎng)指標(biāo)。但過(guò)度的水分虧缺不利于作物生長(zhǎng)，會(huì)對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制作用，只有合理的水分虧缺和適宜的交替周期，才能有效提高番茄葉片數(shù)、優(yōu)化根冠比。