不同灌水上下限對溫室白蘿卜產(chǎn)量、品質(zhì)及WUE的影響

張 娟，馬福生，楊勝利，范海燕，馬志軍

(1.北京市水科學(xué)技術(shù)研究院，北京 100048；2.北京市非常規(guī)水資源開發(fā)利用與節(jié)水工程技術(shù)研究中心，北京 100048)

0 引 言

近年來，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，北方地區(qū)溫室反季節(jié)蔬菜的生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大。目前，我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)過度依靠大量的水分、肥料的投入，導(dǎo)致設(shè)施蔬菜普遍存在灌溉水利用效率較低、效益不高等問題。水分是影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量的重要因素，蔬菜作為需水量較大的作物，蔬菜節(jié)水一直是農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要組成部分。適宜的灌水上、下限是確保設(shè)施蔬菜優(yōu)質(zhì)、優(yōu)產(chǎn)、水分高效利用的關(guān)鍵。

目前，國內(nèi)外對于設(shè)施蔬菜灌水上、下限的研究主要涉及不同灌水上下限對生理生長[1,2]、總產(chǎn)量[3]營養(yǎng)品質(zhì)[4]及水分利用效率[5-8]等的影響，取得了大量的研究成果，而對于影響經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)量分布研究較少，而研究對象也多集中在番茄[9,10]、黃瓜[11]、茄子[12]等茄果類蔬菜，對于根菜類的研究相對較少。白蘿卜是我國秋冬季北方日光溫室內(nèi)廣泛種植的根菜類蔬菜，具有較高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟(jì)效益，目前對于白蘿卜的節(jié)水灌溉制度的研究也逐漸增多，Wan[2]、Kang[4]、劉浩[13]等研究了大田、溫室種植條件下的不同灌水頻率、灌水下限對蘿卜生長發(fā)育、產(chǎn)量、水分利用效率的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，不同灌水頻率對蘿卜的生長發(fā)育沒有顯著影響，但對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有顯著影響；不同灌水下限對日光溫室蘿卜產(chǎn)量及水分利用效率的影響，水分過高或過低都不利于蘿卜增產(chǎn)及水分利用效率的提高，灌水下限為田持的70%時可以提高蘿卜的產(chǎn)量及水分利用效率。基于上述研究，目前有關(guān)不同灌水上、下限對根菜類的品質(zhì)、產(chǎn)量及其分布的綜合研究還相對較少，因此本研究選取白蘿卜為試驗對象，開展了不同灌水上、下限對白蘿卜品質(zhì)、產(chǎn)量及其分布、水分利用效率的影響研究，以期為尋求適合北方日光溫室滴灌條件下白蘿卜的節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)灌溉制度的制定提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點(diǎn)在北京市灌溉試驗中心站(位于北京市通州區(qū)永樂店鎮(zhèn))，該站地處北緯39°20′，東經(jīng)114°20′，多年平均降雨565 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1 140 mm，多年平均氣溫11.5 ℃。試驗在北京市灌溉試驗中心站3號溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室長90 m，凈寬8.5 m，占地面積765 m2。溫室內(nèi)土壤為壤土，體積田間持水量為30%，表層20 cm密度1.36 g/cm3，20～40 cm密度1.62 g/cm3。

1.2 試驗設(shè)計

試驗供試作物為韓國白蘿卜，品種為雪如玉。采用穴播方式，種植方式為覆膜寬壟作，栽培壟縱剖面為梯形，壟頂寬0.7 m，壟底寬1.1 m，壟高0.2 m，壟長6.8 m，壟向與溫室寬向平行。整個溫室共設(shè)置12個小區(qū)，每小區(qū)轄四壟，每壟種植3行，行距25 cm，株距30cm，溫室兩側(cè)分別設(shè)置2 m寬的保護(hù)區(qū)。

灌水方式采用膜下滴灌，滴頭間距30 cm，設(shè)計流量1.38 L/h，每壟設(shè)置兩行滴灌帶，置于相鄰兩行之間。根據(jù)白蘿卜各生育期需水特點(diǎn)，按照控制灌水上下限為田間持水量(θFC)的不同百分比設(shè)計6個灌水處理，發(fā)芽期、幼苗期不做處理，各處理白蘿卜水分上下限控制水平如表1所示，各生育期灌水量如表2所示。計劃濕潤層控制為幼苗期20 cm，肉質(zhì)根生長期50 cm，即當(dāng)20或50 cm深土層的平均土壤含水量達(dá)到控制的灌水下限時，開始灌水。每個處理設(shè)置2次重復(fù)，包含2個小區(qū)，各小區(qū)隨機(jī)區(qū)組布置。

表1 不同處理白蘿卜水分上下限控制水平Tab.1 Irrigation upper and lower limits for different treatments

表2 不同處理白蘿卜各生育期灌水量 mm

1.3 測定指標(biāo)與方法

(1)氣象因子。利用Watchdog系列小型自動氣象站測定溫室內(nèi)的溫度、濕度、太陽輻射等氣象因子，各氣象因子變化如圖1所示。

圖1 全生育期內(nèi)日均日均氣溫、相對濕度和太陽輻射變化Fig.1 Seasonal changes of air temperature, relative humidity and solar radiation

(2)土壤含水率。采用TRIME-IPH土壤含水量測量儀測定各小區(qū)0～100 cm范圍內(nèi)的土壤含水量，分別在試驗小區(qū)的壟中間、壟側(cè)各埋設(shè)一土壤水分監(jiān)測管，每10 cm深度采集一個數(shù)據(jù)。當(dāng)土壤含水率達(dá)到灌水下限時，根據(jù)土壤含水率和灌水上限計算灌水量，據(jù)此進(jìn)行灌水。試驗采用溫室首部安裝的機(jī)械旋翼式水表控制灌水量。

(3)耗水量。不同處理白蘿卜的耗水量由水量平衡法計算：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(1)

式中：ETc為耗水量，mm；P為降雨量，mm；I為灌水量，mm；ΔW為計劃濕潤層深度范圍內(nèi)土壤貯水量的變化量，mm；R為地表徑流量，mm，考慮到試驗期間無地表徑流發(fā)生，此處R=0；D為深層滲漏量，mm。

由土壤水分實測資料表明，土壤50 cm深度范圍以下的土層土壤水分基本未有明顯變化，土壤水分的最大濕潤深度為50 cm左右，故D=0。其中ΔW可由測定的TRIME-IPH土壤含水量測量儀時段初與時段末土壤含水率計算：

(2)

式中：W1為時段初土壤體積含水率，%；W2為時段末土壤體積含水率，%；Z為計劃濕潤層深度，mm。

(4)產(chǎn)量。收獲時，采用精度為1 g的臺秤測定每個小區(qū)的單個白蘿卜鮮重，并據(jù)此得出總產(chǎn)量。產(chǎn)量水平的水分利用效率為單位作物耗水量所得的產(chǎn)量，計算方法如下：

(3)

式中：WUEY為產(chǎn)量水平水分利用效率，kg/m3；Y為各處理白蘿卜產(chǎn)量，kg/m3；ETc為各處理耗水量，mm。

(5)品質(zhì)。在白蘿卜收獲階段，每個處理隨機(jī)選取大小相同且成熟度一致的白蘿卜3個，用蒸餾水洗凈后進(jìn)行維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、木質(zhì)素含量品質(zhì)指標(biāo)的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對白蘿卜耗水量和耗水強(qiáng)度的影響

不同處理白蘿卜的耗水情況如表3所示，白蘿卜幼苗期過后進(jìn)行控水處理。各處理白蘿卜耗水情況結(jié)果表明，耗水量隨著生育期的推進(jìn)逐漸增加，表現(xiàn)為發(fā)芽期<幼苗期<葉部生長旺盛期<肉質(zhì)根生長旺盛期。白蘿卜發(fā)芽期約7 d，耗水較小，各處理耗水量在6.6～10.1 mm之間，但此段時間日均太陽輻射強(qiáng)度較大，氣溫相對較高，導(dǎo)致耗水強(qiáng)度較高，達(dá)到0.95～1.44 mm/d；幼苗期白蘿卜植株個體較小，光照強(qiáng)度及氣溫逐漸降低，各處理耗水量在19.1～25.6 mm之間，耗水強(qiáng)度在0.91～1.22 mm/d；進(jìn)入葉部生長旺盛期后，白蘿卜葉片迅速生長，葉面積增大造成耗水增強(qiáng)，但同時氣溫、光照強(qiáng)度的降低造成耗水減少，各處理耗水量增加至24.4～65.8 mm，耗水強(qiáng)度增加至1.02～2.7 mm/d；至根部生長旺盛期，氣溫、光照強(qiáng)度持續(xù)降低，但白蘿卜根部迅速生長，耗水量達(dá)到最高值47.2～99.5 mm，耗水強(qiáng)度達(dá)到1.12～2.37 mm/d。各處理白蘿卜控水處理后，耗水量隨著灌水量的增加而增加。灌水下限相同的條件下，耗水量和耗水強(qiáng)度隨著灌水上限的提高而增加；灌水上限相同的條件下，全生育期耗水量和耗水強(qiáng)度隨著灌水下限的提高而增加。

表3 不同處理白蘿卜各生育期耗水量、耗水強(qiáng)度Tab.3 Water consumption and intensity of different treatments

2.2 不同處理對白蘿卜的產(chǎn)量及其分布的影響

2.2.1不同處理對白蘿卜產(chǎn)量及水分利用效率(WUEY)的影響

各處理白蘿卜生長特性、產(chǎn)量及水分利用效率如表4所示。由表4可以看出，在相同灌水上限條件下，各處理白蘿卜根長、根粗、單根重未有顯著差異，說明灌水下限的調(diào)控對白蘿卜根部的生長特性未有顯著影響；在相同灌水下限條件下，灌水下限為60%θFC和70%θFC的處理均表現(xiàn)為隨著灌水上限的提高，白蘿卜根長、根粗、單根重均表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，灌水上限為90%θFC的T2、T5處理的白蘿卜根長、根粗、單根重均達(dá)到最大值。各處理白蘿卜產(chǎn)量表現(xiàn)出與單根重相同的趨勢，相同灌水上限條件下，灌水下限為70%θFC的處理產(chǎn)量較高，但差異未達(dá)顯著水平；相同灌水下限條件下，產(chǎn)量均隨著灌水上限的提高呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，灌水上限為90%θFC時，產(chǎn)量達(dá)到最高值，分別表現(xiàn)為T1

對各處理白蘿卜WUEY的研究表明，在相同灌水下限條件下，WUEY的隨著灌水上限的提高而降低， T1、T2較T3處理WUEY分別提高了81.6%、62.5%，T4、T5較T6處理WUEY分別提高了71.6%、60.0%，差異達(dá)顯著水平，T3、T6灌水上限最高，灌水量最大，但其產(chǎn)量并未顯著提高，因此其WUEY最低；相同灌水上限條件下，灌水下限為60%θFC的處理WUEY均低于灌水下限為70%θFC的處理，但差異均未達(dá)顯著水平。綜上分析可以看出，從產(chǎn)量最優(yōu)且WUEY較高的角度考慮，白蘿卜生長適宜的灌水上限為90%θFC，灌水下限為60%θFC或70%θFC。

表4 不同處理白蘿卜生長特性、產(chǎn)量及水分利用效率Tab.4 The white radish growth characteristic, yield and WUEY of different treatments

注：表中數(shù)值為所取樣本測量后的平均值，不同字母表示處理之間在p=0.05水平差異顯著。

2.2.2不同處理對白蘿卜產(chǎn)量分布的影響

白蘿卜的主要用途是鮮食或烹飪，其經(jīng)濟(jì)價值不僅體現(xiàn)在其較高的總產(chǎn)量，還體現(xiàn)在其較好的外觀品質(zhì)，對于當(dāng)前的市場評定體系，外觀品質(zhì)成為其市場等級劃分的主要評價因素。白蘿卜的單根質(zhì)量大小，不僅是其重要的外觀品質(zhì)，也是形成產(chǎn)量的主要因子。因此，要獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，在提高總產(chǎn)量的同時還要減少市場舍棄部分的產(chǎn)量。

對2013年各處理白蘿卜單根重的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，利用Q-Q圖檢驗各處理單根重是否符合正態(tài)分布。檢驗結(jié)果表明，各處理單根重Q-Q圖中各點(diǎn)近似圍繞直線，說明白蘿卜單根重呈近似正態(tài)分布。因此繪制頻率直方圖及正態(tài)分布曲線，如圖2所示，同時計算偏度及峰度值，計算結(jié)果如表5所示。偏度值大于0，說明相對于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布向左偏斜，偏度越大，說明分布偏斜程度越厲害，偏度值小于0則相反；峰度值大于0，說明相對于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布高峰要尖峭，峰度越大，說明分布的尖峰越陡峭，平均值越集中，峰度值小于0則相反。

圖2 各處理白蘿卜肉質(zhì)根產(chǎn)量頻率直方圖及正態(tài)分布曲線Fig.2 The fleshy root frequency histogram and normal distribution curve of different treatments

由頻率直方圖及對各處理產(chǎn)量分布的峰度和偏度的計算結(jié)果表明，各處理產(chǎn)量分布的偏度值均大于0，說明相對于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布均向左偏斜，即偏向于單根重較小的方面，峰度值表現(xiàn)為T2、T4、T5、T6處理均小于0，說明相對于正態(tài)分布高峰較平坦，即平均值相對分散，T1、T3處理大于0，說明相對于正態(tài)分布高峰更高，即平均值相對集中。在相同灌水上限條件下，灌水下限為60%θFC的處理偏度值均大于灌水下限為70%的處理，說明灌水下限為70% θFC的處理產(chǎn)量構(gòu)成中單根重較小的白蘿卜的產(chǎn)量比重較灌水下限為60%θFC的處理低，其產(chǎn)量分布更優(yōu)；而峰度值也表現(xiàn)為相同的趨勢，說明灌水下限為60%θFC的處理其高峰值相對集中，最高值較大，而灌水下限為70%的處理其高峰值相對平緩，產(chǎn)量的分布更優(yōu)。在相同灌水下限條件下，灌水下限為60%θFC時，隨著灌水上限的提高，各處理偏度值和峰度值均呈先減少后增加的趨勢，表現(xiàn)為T2

表5 不同處理白蘿卜產(chǎn)量分布偏度和峰度Tab.5 Skewness and kurtosis of yield distribution for different treatments

2.3 不同處理對白蘿卜品質(zhì)的影響

模糊數(shù)學(xué)的平均隸屬函數(shù)值可以表示綜合指標(biāo)的相對優(yōu)劣，結(jié)果平均隸屬函數(shù)值可以反映綜合性狀中多個構(gòu)成性狀的綜合水平，是評價蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)的有效方法。依公式X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)計算每個營養(yǎng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，再求其平均隸屬函數(shù)值，得到其綜合品質(zhì)指標(biāo)，平均隸屬函數(shù)值越高，綜合營養(yǎng)品質(zhì)越佳[14]。本研究根據(jù)模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，計算各處理白蘿卜肉質(zhì)根可溶性總糖、粗蛋白、粗纖維、還原性Vc等品質(zhì)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，對其肉質(zhì)根的品質(zhì)進(jìn)行綜合評價。

鮮食的蘿卜品種要求味甘多汁，且營養(yǎng)成分含量高；熟食的蘿卜要求煮食易爛，口感細(xì)膩；加工用蘿卜要求干物質(zhì)含量高，以便加工時容易脫水。本次研究白蘿卜品種可生食、熟食，因此將可溶性總糖、還原性Vc、粗蛋白含量較高，粗纖維含量適中作為優(yōu)良品質(zhì)白蘿卜的選擇原則。

2.3.1不同處理白蘿卜單一品質(zhì)指標(biāo)評價

由表6各處理白蘿卜肉質(zhì)根各營養(yǎng)指標(biāo)含量可以看出，相同灌水上限條件下，不同灌水下限處理間可溶性總糖、還原性Vc、粗蛋白含量未見顯著差異，灌水上限為80%θFC時，灌水下限為60%θFC的T1處理粗纖維含量較70%θFC的T4處理提高33.6%，差異達(dá)顯著水平。相同灌水下限條件下，隨著灌水上限的提高，白蘿卜肉質(zhì)根中可溶性總糖、粗纖維含量整體呈減少趨勢，灌水下限60%θFC的T1與T3處理間差異達(dá)顯著水平；粗蛋白含量顯著增加，T3較T1、T6較T4處理分別提高13.0%、16.4%；還原性Vc含量呈先增加后減少的趨勢，灌水上限為90%θFC的T2、T5處理含量最高。

綜上可以看出，較低的灌水下限導(dǎo)致粗纖維含量增加，降低口感，但促進(jìn)了可溶性總糖的積累，提高其營養(yǎng)品質(zhì)；較高的灌水上限則減少粗纖維及可溶性總糖含量，但提高了粗蛋白含量；灌水上限過高、過低都不利于還原性Vc的合成。

2.3.2不同處理白蘿卜綜合品質(zhì)評價

綜合品質(zhì)評價結(jié)果如表5所示，從評價結(jié)果可以看出，T2、T6處理的白蘿卜肉質(zhì)根營養(yǎng)品質(zhì)綜合指標(biāo)值分別為0.46、0.44，指標(biāo)值較高，同時口感品質(zhì)指標(biāo)值均較低，分別為0.09、0，表明T2、T6處理白蘿卜肉質(zhì)根營養(yǎng)品質(zhì)佳且口感好，綜合品質(zhì)較好。由此可見，從品質(zhì)最優(yōu)的角度考慮，宜選擇灌水下限為60%θFC、灌水上限為90%θFC或者灌水下限為70%θFC、灌水上限為100%θFC兩種灌水水平。

表6 不同處理白蘿卜各品質(zhì)指標(biāo)Tab.6 White radish quality indexes of different treatments

注：表中數(shù)值為所取樣本測量后的平均值，不同字母表示處理之間在p=0.05水平差異顯著。

3 結(jié) 論

(1)白蘿卜肉質(zhì)根大小和產(chǎn)量除了受品種控制之外，主要由影響肉質(zhì)根水分積累的因素決定，在一定程度上受到水分調(diào)控管理措施的影響。本試驗研究表明，從產(chǎn)量最優(yōu)的角度考慮，灌水下限為60%θFC或70%θFC時、灌水上限為90%θFC時產(chǎn)量達(dá)到最高值，分別為83 237.7和83 800.9 kg/hm2，較灌水上限為80%θFC的處理分別增加16.6%、15.4%，為最理想的灌水上下限水平；從產(chǎn)量分布最優(yōu)的角度考慮，灌水下限為60%θFC、灌水上限為90%θFC或者灌水下限為70%θFC、灌水上限為100%θFC，白蘿卜肉質(zhì)根單重較大，市場等級較高。

(2)產(chǎn)量水平水分利用效率WUEY是評價作物生長適宜程度的綜合指標(biāo)，它反映了作物耗水和產(chǎn)量之間的關(guān)系，提高WUEY是實現(xiàn)番茄高效用水的關(guān)鍵。灌水上限為90%θFC的處理全生育期耗水量為136.4、127.3 mm，較灌水上限為100%θFC的處理，分別降低了30.6%、29.7%，WUEY分別提高了62.5%、60.0%。

(3)品質(zhì)是決定果蔬產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價值的要素，對產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益有直接的影響。本研究結(jié)果表明，灌水下限為60%θFC、灌水上限為90%θFC或者灌水下限為70%θFC、灌水上限為100%θFC時，營養(yǎng)品質(zhì)綜合指標(biāo)值最高，營養(yǎng)品質(zhì)最佳，同時粗纖維含量較低，口感品質(zhì)較好。

綜合考慮不同灌水上、下限對溫室白蘿卜品質(zhì)、產(chǎn)量及其分布、水分利用效率的影響，以節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)為目標(biāo)的日光溫室白蘿卜適宜的灌水上、下限分別為90%θFC、60%θFC。

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