滴灌灌水量對北京春茬露地生菜的影響研究

徐厚成， 程 明，安順偉，賈松濤，孟范玉，岳煥芳

(1.北京市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 100029 ；2.北京市通州區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，北京 102200)

生菜又稱“萵苣”，為1年生或2年生草本作物，原產(chǎn)于歐洲地中海沿岸，葉片脆嫩，富含維生素、糖類等營養(yǎng)元素，具有預(yù)防貧血、鎮(zhèn)痛催眠、抗衰老和降血壓等營養(yǎng)保健功能，營養(yǎng)價(jià)值高，多用于生食[1-4]。生菜近年來在我國的栽培面積迅速擴(kuò)大，基本實(shí)現(xiàn)了露地春茬、秋茬生產(chǎn)和設(shè)施內(nèi)越冬反季節(jié)生產(chǎn)，已逐漸成為我國南北各地重要的綠色蔬菜之一[5]。傳統(tǒng)生菜栽培主要依靠大量的水肥投入來保證產(chǎn)量，浪費(fèi)了大量的水肥資源，既造成了生菜品質(zhì)的下降，又加重了土壤鹽漬化、板結(jié)等危害和地下水的污染，同時(shí)還常常造成土地忽干忽濕，引起裂球或使球葉開張生長[6-8]。

滴灌施肥技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、降低土壤污染等優(yōu)點(diǎn)，其可以根據(jù)不同蔬菜的需水需肥特性，通過管道和管道末端的灌水器，實(shí)現(xiàn)定時(shí)定量地將水分和養(yǎng)分輸送到植株的根系附近，實(shí)現(xiàn)精量灌溉施肥[9,10]。在滿足作物的水分養(yǎng)分需求的同時(shí)，有效地減少土壤水分的無效蒸發(fā)和深層滲漏，實(shí)現(xiàn)了水肥利用效率的“雙升”和病蟲害發(fā)生率及水土污染的“雙降”[11,12]。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對蔬菜灌溉指標(biāo)的研究成果已經(jīng)十分豐富，但仍主要集中在設(shè)施作物上，尤其是黃瓜、番茄等設(shè)施果菜上，對露地蔬菜尤其是露地葉菜的研究相對較少[13-15]，露地生菜就是其中之一。缺乏滴灌施肥條件下的灌溉策略，成為了限制北京京郊露地生菜滴灌施肥技術(shù)推廣應(yīng)用的一個(gè)重要原因。本文以生菜為研究對象，通過設(shè)置4個(gè)不同的灌水量處理，比較各處理間植株生長生理指標(biāo)及品質(zhì)產(chǎn)量指標(biāo)之間的差異，篩選出適宜的灌水量，為實(shí)現(xiàn)春茬露地生菜滴灌施肥條件下的高效生產(chǎn)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年3-5月在北京市通州區(qū)漷縣鎮(zhèn)進(jìn)行，試驗(yàn)地位于北京市東南郊，為暖溫帶半干旱季風(fēng)區(qū)，試驗(yàn)地為沙壤土，質(zhì)地適中，0～30 cm土層土壤干密度為1.42 g/cm3，田間持水量(質(zhì)量)為24%，有機(jī)質(zhì)含量為2.7%，堿解氮86.3 mg/kg，速效磷22.6 mg/kg，速效鉀108 mg/kg，土壤pH值為8.16。根據(jù)全國第二次土壤普查推薦的土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)表可以判定，試驗(yàn)地土壤屬于3級土，肥力中等，呈弱堿性。試驗(yàn)以常規(guī)畦灌為對照，設(shè)極低水(JD，75 mm)、低水(D，90 mm)、中水(Z，105 mm)和高水(G，120 mm)4個(gè)滴灌灌水量水平，固定分配到每個(gè)生育時(shí)期內(nèi)，水量根據(jù)作物生長實(shí)際情況和天氣情況進(jìn)行微調(diào)，如遇到連續(xù)暴曬天氣可進(jìn)行加灌，遇到降雨時(shí)灌水少灌或順延。試驗(yàn)處理全生育期灌水4次，施肥2次，共追施N、P2O5、K2O各45 kg/hm2，肥料采用圣誕樹20-20-20型，采用文丘里施肥器分別在苗期和蓮座期各施肥1次。生菜各生育期實(shí)際灌水和降雨情況統(tǒng)計(jì)如表1所示，由于露地采用移栽定植，定植水水量較大，保證活苗。

試驗(yàn)生菜品種為“雷達(dá)”，該品種引自美國，為大型早春結(jié)球生菜品種。試驗(yàn)品種于2016年1月20日播種，幼苗期適當(dāng)控苗，2016年3月27日定植，4月25日進(jìn)入蓮座期，5月8日進(jìn)入結(jié)球期，5月29日采收。生菜采用小高畦栽培，畦面寬35 cm、溝寬25 cm，一壟雙行，植株相互交錯(cuò)，平均行距為25 cm，株距為40 cm。試驗(yàn)小區(qū)面積為33×12 m2，共設(shè)4個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)3個(gè)重復(fù)，各小區(qū)隨機(jī)排列，每個(gè)小區(qū)之間至少留有50 cm的安全距離。試驗(yàn)采用一條毛管控制二行作物的模式進(jìn)行灌溉，滴灌滴頭流量為3 L/h。各試驗(yàn)各處理管理栽培管理措施均相同。

表1 實(shí)際灌水和降雨統(tǒng)計(jì)表

1.2 測定項(xiàng)目與方法

定植前及每個(gè)生育期前后用烘干法測定0～20與20～40 cm處土壤水分；每個(gè)小區(qū)選擇3株長勢基本一致的植株，測定其株高、開展度、葉片數(shù)(以葉面積大于2 cm2計(jì))、單株重以及產(chǎn)量；在生菜收獲后，測定其Vc含量、可溶性糖以及硝酸鹽含量等品質(zhì)指標(biāo)，其中Vc含量采用鉬藍(lán)比色法[16]測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[16]測定，硝酸鹽含量采用水楊酸法測定[17]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件和SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過鄧肯氏新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，確定各個(gè)水平下植株各指標(biāo)之間的差異顯著程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 氣象條件對生菜生長的影響

結(jié)球生菜喜陰涼環(huán)境，生長發(fā)育過程中適宜溫度約為15～20 ℃，結(jié)球時(shí)最適溫度約為10～16 ℃，溫度過高時(shí)，葉球內(nèi)部會因高溫發(fā)生心葉壞死腐爛等情況[18]。圖1為2015、2016年及歷年氣溫及5 cm處地溫統(tǒng)計(jì)圖，與2015年相比，雖然2016年同期氣溫和地溫均相對較低，但就平均氣溫而言，全生育期為17.2 ℃，植株生長相對較為適宜。定植初期，氣溫與地溫較低，一定程度上影響了植株的緩苗，隨著溫度的升高，植株水分消耗也將逐漸增加。

圖1 2015、2016年與常年3-5月氣溫與地溫統(tǒng)計(jì)圖

圖2為3-5月各旬降雨統(tǒng)計(jì)圖，由圖2可以看出：春茬露地生菜全生育時(shí)期內(nèi)降雨量為54.2 mm，有效降雨量為40.5 mm，且最大一次降雨發(fā)生在5月上旬，達(dá)到了16.9 mm。2016年降雨量與常年降雨量均在50～60 mm以內(nèi)，與常年降雨分布一致，相比于2015年降雨集中在4月，2016年降雨多集中在5月份，此時(shí)植株正處于結(jié)球期，植株生長旺盛，需水量大，更利于植株的生長發(fā)育。

圖2 降雨量統(tǒng)計(jì)圖

2.2 各滴灌灌水處理植株耗水規(guī)律

農(nóng)田水分的消耗主要有植株蒸騰、棵間蒸發(fā)和深層滲漏這3個(gè)部分組成。作物耗水量就是指作物在任意土壤水分條件下的植株蒸騰量、棵間蒸發(fā)量以及構(gòu)成植株體的植株水量之和。水分消耗是物理作用和生理作用綜合影響的結(jié)果，其主要受氣象因素、土壤特性以及作物特性3個(gè)方面影響，通過水量平衡公式計(jì)算得到作物田間耗水量，各處理日均耗水量隨生育期的變化情況如圖3所示。

圖3 日均耗水量隨生育時(shí)期變化圖

從圖3可以看出，一方面，各處理日均耗水量隨生育進(jìn)程的推移均呈現(xiàn)出先減小后逐漸增大的特征，且結(jié)球期的日均耗水量大于苗期日均耗水量；另一方面，植株耗水量隨著灌水量的增加呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢。苗期時(shí)，生菜個(gè)體較小，養(yǎng)分和水分的需求均不劇烈，蒸騰消耗較少，此時(shí)的水量消耗主要來源于棵間蒸發(fā)，植株日均耗水量為1.8～2.1 mm/d；而在生菜結(jié)球期，較高的溫度和旺盛的植株促使植株蒸騰及棵間蒸發(fā)加劇，植株生長發(fā)育耗水增大，其日均耗水量為2.3～3.3 mm/d。從整個(gè)生育進(jìn)程來看，高水處理植株耗水量最大，為157.4 mm，極低水處理耗水量最小，僅為118.6 mm。結(jié)合彭曼-蒙蒂斯公式可以計(jì)算出春茬露地生菜各生育時(shí)期的作物系數(shù)，如表2所示。

表2 春茬露地生菜各生育時(shí)期作物系數(shù)

2.3 不同滴灌灌水量對生菜生長的影響

生菜適宜的滴灌下限為田間持水量的60%，土壤水分的變化將在一定程度上影響植株的生長發(fā)育[19]，本試驗(yàn)觀測了定植32 d后，植株蓮座中期時(shí)不同處理的株高、展開度、葉片數(shù)等生物學(xué)指標(biāo)，如圖4所示。各水量處理間株高沒有顯著性差異，中水處理的植株株高最大為11.7 cm，比極低水處理增加了33.0%。隨著灌水量的增加，植株的展開度和葉片數(shù)存在增大的趨勢，但極低水量處理與高水處理差異明顯，其余各處理間沒有顯著差異。這可能是由于極低水量處理土壤水分過低，導(dǎo)致植株體內(nèi)代謝受到抑制，植株對土壤中養(yǎng)分的吸收和利用，同時(shí)促使氣孔導(dǎo)度下降，影響了植株光合作用，影響了植株有機(jī)物的形成[20-23]。但定植60 d后，各處理植株球徑并沒有表現(xiàn)出顯著性差異，如圖5所示。這可能是由于受到降雨的影響，在一定程度上滿足了極低水量處理植株對水分需要的同時(shí)，相對減小了各水量處理間的梯度。

圖4 定植32 d后，植株株高、展開度及葉片數(shù)統(tǒng)計(jì)圖 注：字母a、b表示同一性狀在P0.05水平上的統(tǒng)計(jì)顯著性；誤差線采用標(biāo)準(zhǔn)差。其余圖同。

圖5 定植60 d后，植株球徑統(tǒng)計(jì)圖

2.4 不同滴灌灌水量對生菜品質(zhì)的影響

Vc含量、可溶性固形物含量以及硝酸鹽含量是評價(jià)蔬菜營養(yǎng)價(jià)值、風(fēng)味品質(zhì)和健康安全的主要指標(biāo)。由表3可知，水量處理對植株的Vc含量和硝酸鹽含量沒有顯著性影響，但低水處理可溶性糖含量與極低水量處理、高水處理差異性顯著，且存在先增大后減小的趨勢。一方面，降雨一定程度上滿足了作物對水分的需求，使得各處理植株Vc含量和硝酸鹽含量差異性不顯著，且硝酸鹽含量遠(yuǎn)低于聯(lián)合國世界衛(wèi)生組織和糧農(nóng)組織提出的蔬菜可食部分硝酸鹽含量標(biāo)準(zhǔn)432 mg/kg；另一方面，水分的適當(dāng)虧缺提高了植株可溶性固形物的含量，增加了干物質(zhì)的積累，這與劉明池等人的研究結(jié)果類似[24,25]。

表3 植株品質(zhì)統(tǒng)計(jì)表

注：字母a、b、c表示同一性狀在P0.05水平上的統(tǒng)計(jì)顯著性。

2.5 不同滴灌灌水量對生菜產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，就單球重而言，除極低水量處理和高水處理有顯著差異外，其余各處理均差異性不顯著。而灌溉水量較低一定程度上影響了植株的商品率，極低水量處理、低水處理與其他兩個(gè)處理的產(chǎn)量均存在顯著性差異。隨著灌水量的增加，植株產(chǎn)量和植株耗水量均存在先逐漸增大后趨于平緩的趨勢，且高水處理產(chǎn)量最高，為43.44 t/hm2，比極低水量處理增產(chǎn)12.8%[26,27]。將水分生產(chǎn)效率定義為植株消耗單位水分所獲得的產(chǎn)量，用其評價(jià)作物生長適宜程度、作物產(chǎn)量與其耗水量關(guān)系。結(jié)果顯示，低水處理和極低水處理水分生產(chǎn)效率最高，為33 kg/m3。

表4 植株產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié) 語

本文研究了不同灌水量對對生菜生長、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明：在試驗(yàn)梯度范圍內(nèi)，不同的灌水量對生菜的株高、球徑、Vc含量、硝酸鹽含量等指標(biāo)影響不顯著，但極低水量處理的展開度、葉片數(shù)、單球重以及產(chǎn)量均顯著低于高水處理，植株的生長受到了土壤水分的脅迫，使得其光合作用效率及對土壤養(yǎng)分的吸收效率降低，從而影響了植株干物質(zhì)的積累[19]。低水處理植株展開度、葉片數(shù)、單球重等指標(biāo)與高水處理差異性不顯著，但其可溶性固形物含量顯著高于極低水量處理和高水處理，且該處理的水分生產(chǎn)效率達(dá)到最大，為33 kg/m3。降雨的影響，使得低水處理植株補(bǔ)水量增加，當(dāng)植株的補(bǔ)水量在一定范圍內(nèi)時(shí)，水量的變化對植株指標(biāo)影響不顯著。除可溶性固形物含量外，中水處理植株各指標(biāo)均與高水處理差異性不顯著。由于土壤地力條件、氣象條件的不同，作物的生長、品質(zhì)以及產(chǎn)量等要素對植株水分養(yǎng)分的反映均會有所不同。但可以肯定的是，適宜的水分有利于增強(qiáng)土壤中養(yǎng)分離子的運(yùn)移，提高植株對養(yǎng)分的吸收效率，增強(qiáng)植株的光合作用，促進(jìn)干物質(zhì)的積累，從而實(shí)現(xiàn)植株高產(chǎn)[28]。

綜合考慮植株生長、品質(zhì)、產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率等要素，低水處理(實(shí)際灌水93.3 mm)最適宜春茬露地生菜的生產(chǎn)，其產(chǎn)量達(dá)到了41.96 t/hm2，可以為實(shí)現(xiàn)春茬露地生菜滴灌施肥條件下的高效生產(chǎn)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

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