負(fù)壓供水下土壤水分對櫻桃蘿卜生長及水分利用效率的影響

朱國龍,王轉(zhuǎn),龍懷玉,張認(rèn)連,喻科凡

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所, 北京 100081)

櫻桃蘿卜(RaphanussativusL. var.radculusPers)是一種小型蘿卜，為四季蘿卜的一種，其肉質(zhì)根一般呈圓球形，直徑2～3 cm，肉白皮紅纓綠，色澤美觀，清爽可口，營養(yǎng)價(jià)值高，是人們喜愛的一種生食蔬菜，又因其生長迅速，經(jīng)濟(jì)效益可觀，成為國內(nèi)菜農(nóng)廣泛栽培的根菜類作物之一[1-2]。土壤水分對于櫻桃蘿卜的生長發(fā)育至關(guān)重要，水分不足會(huì)造成肉質(zhì)根粗硬、味辣、糠心；水分過多，肉質(zhì)根易開裂[2]。所以篩選出櫻桃蘿卜適宜的土壤水分條件是保障櫻桃蘿卜可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

目前，一般通過灌溉技術(shù)篩選蘿卜的適宜土壤水分條件。Quezada等[3]研究表明，滴灌灌水量為100%蒸發(fā)皿蒸發(fā)量(E pan)時(shí)，蘿卜產(chǎn)量達(dá)到最高；當(dāng)灌水量為75% E pan時(shí)，蘿卜水分利用效率達(dá)到最高。Chattoo等[4]研究表明，滴灌灌水量為75%蒸散量(evapotranspiration, ET)時(shí)，蘿卜產(chǎn)量達(dá)到最大。張娟等[5]采用滴灌技術(shù)，研究不同灌水上下限對溫室蘿卜產(chǎn)量及水分利用效率(water use efficiency, WUE)的影響，發(fā)現(xiàn)灌水量為60%～90%田間持水量(field moisture capacity, FMC)時(shí)，蘿卜的綜合品質(zhì)最高。以上研究表明，合理的土壤水分條件可提高蘿卜產(chǎn)量，但這些研究大多是通過控制灌溉量、灌水上下限等灌溉指標(biāo)來間接表征土壤水分狀況，土壤經(jīng)常處于干濕交替的劇烈波動(dòng)過程中，所得到的結(jié)果往往是多種土壤水分狀況的綜合結(jié)果，難以準(zhǔn)確反映土壤水分對蘿卜的影響。

負(fù)壓灌溉作為一項(xiàng)新的節(jié)水灌溉技術(shù)，被許多學(xué)者應(yīng)用到土壤水分與作物關(guān)系研究中。負(fù)壓灌溉系統(tǒng)利用埋在土壤中的灌水器直接供水給作物根系，并可以通過調(diào)節(jié)不同的供水壓力值精確、持續(xù)、穩(wěn)定地控制土壤含水量[6-7]，避免了水分的無效蒸發(fā)以及土壤干濕交替現(xiàn)象的發(fā)生[8]，有效提高了作物的水分利用效率，促進(jìn)了作物生長發(fā)育。肖海強(qiáng)等[9]研究表明，在-20～-10 kPa范圍內(nèi)，烤煙全生育期內(nèi)水分利用效率比常規(guī)澆灌提高了1.53～2.57 g·kg-1；李生平等[10]研究表明，當(dāng)供水負(fù)壓為-5 kPa時(shí)，黃瓜平均水分利用效率比常規(guī)灌溉提高136.8%；Li等[11]研究表明，采用連續(xù)負(fù)壓供水對辣椒有顯著的節(jié)水、增產(chǎn)效果，當(dāng)供水壓力控制在-5 kPa時(shí)，辣椒產(chǎn)量較常規(guī)灌溉顯著提高13.79%；邊云等[12]研究發(fā)現(xiàn)，采用PVFM作為灌水器材料，供水壓力控制在-8 kPa時(shí)，土壤含水量基本穩(wěn)定維持在22.0%～23.2%之間，隨時(shí)間變化的變異系數(shù)(coefficient of variation, CV)屬弱變異，菠菜產(chǎn)量和水分利用效率達(dá)到最高；Zhao等[13]研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)壓灌溉較常規(guī)灌溉和滴灌分別顯著提高了油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)?；诖耍狙芯坎捎秘?fù)壓供水裝置，通過調(diào)節(jié)供水負(fù)壓值形成相對穩(wěn)定的土壤含水量，研究不同土壤水分條件對櫻桃蘿卜生長發(fā)育及水分利用效率的影響，并篩選出櫻桃蘿卜的適宜負(fù)壓供水壓力，以期豐富土壤水分與櫻桃蘿卜關(guān)系的理論知識(shí)，保障櫻桃蘿卜的高產(chǎn)和水分高效利用，推動(dòng)櫻桃蘿卜生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年8—9月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院遮雨網(wǎng)室(E 116°20′0.9″，N 39°57′37″)內(nèi)進(jìn)行，設(shè)定負(fù)壓灌溉和常規(guī)灌溉盆栽對比試驗(yàn)。負(fù)壓灌溉裝置[14-15]由儲(chǔ)水桶(外徑100 cm，高80 cm)、控壓裝置(重液式負(fù)壓閥)[16]和灌水器(陶土管，長26 cm，外徑19 mm，內(nèi)徑7.3 mm)三部分組成，所選盆缽規(guī)格(外徑)為：盆底長39 cm、寬22.5 cm，盆口長42 cm、寬26 cm、高25 cm，在盆缽較短一側(cè)中間打孔，灌水器經(jīng)圓孔略微傾斜地插入土體中。

供試土壤取自北京市順義區(qū)0～20 cm表層土壤，黏壤土(砂粒52.9%、粉粒22.5%、黏粒24.5%)，容重為1.10 g·cm-3，田間持水量為22.36%，有機(jī)質(zhì)含量為16.04 g·kg-1，pH為6.66，全氮含量為1.35 g·kg-1，全磷含量為0.59 g·kg-1，堿解氮、速效鉀、有效磷含量分別為93.53、194.02、34.26 mg·kg-1，土壤采回后進(jìn)行風(fēng)干、磨碎、過2 mm篩、混勻裝盆，每盆裝土均25 kg。

試驗(yàn)所選作物為櫻桃蘿卜，品種為‘紅寶石’，于2018年8月20日播種，每盆8穴，每穴2粒，播種前每盆均施入尿素3.1 g、過磷酸鈣5.9 g、硫酸鉀5.6 g，用小鏟子將肥料與土壤充分混勻，澆3 L水使之充分滲透土壤，8月27日定苗，每盆8穴，株距6 cm，9月4日安裝負(fù)壓灌水裝置，開始控水。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，分別為-5 kPa(T1)、-9 kPa(T2)、-14 kPa(T3)三個(gè)負(fù)壓灌溉處理和一個(gè)常規(guī)澆灌處理(CK)，每個(gè)處理5次重復(fù)，CK處理根據(jù)天氣和土表干濕情況2～3 d灌水1 L。

1.2 檢測項(xiàng)目與方法

1.2.1水面蒸發(fā)量和日灌水量測定 水面蒸發(fā)量采用AM3蒸發(fā)器(上海氣象儀器有限公司)進(jìn)行測量，蒸發(fā)器口徑20 cm，高10 cm，將儀器放在距地面50 cm的架子上，每天下午5:00向蒸發(fā)器中加700 mL(約2.2 cm)水，第2 d同一時(shí)間把余水倒進(jìn)量杯測量，二者之差即為當(dāng)日蒸發(fā)量(圖1)。在櫻桃蘿卜生育期內(nèi)，每天下午5:00記錄儲(chǔ)水桶水位，用以表征體積，水位差換算為日灌水量。

圖1 生育期內(nèi)日蒸發(fā)量變化Fig.1 Variation of daily evaporation during growth period

1.2.2農(nóng)藝性狀測定 于控水后第10 d起，每隔5 d測量各處理中固定3株櫻桃蘿卜的株高與最大葉長。櫻桃蘿卜成熟后，整株取出，用毛刷擦拭掉表面泥土，稱量地上部和地下部質(zhì)量，并用游標(biāo)卡尺(北京建強(qiáng)偉業(yè)科技有限公司)測量肉質(zhì)根直徑，然后分別放入烘箱，105 ℃殺青30 min，再調(diào)至75 ℃烘干至恒重，稱量地上部和地下部干物質(zhì)量。

1.2.3土壤含水量測定及其穩(wěn)定性評價(jià)參數(shù)

控水后第9 d起，每隔4 d測定一次土壤含水量(體積含水量)，測定時(shí)間為17:00—18:00，測定點(diǎn)位于盆子中部，沿長度方向等間距選取三點(diǎn)，測量深度為0～6 cm。測定儀器為SU-LB土壤水分速測儀(北京盟創(chuàng)偉業(yè)科技有限公司)。

土壤含水量時(shí)間維度的變異系數(shù)(CV)計(jì)算公式如下。

CV=σ/μ

式中，σ為不同時(shí)間土壤含水量的標(biāo)準(zhǔn)差，μ為不同時(shí)間土壤含水量的平均值。變異系數(shù)的大小反映土壤含水量的穩(wěn)定程度，值越小代表土壤含水量越穩(wěn)定，若CV≤0.1，表示弱時(shí)間變異，0.1

土壤含水量時(shí)間維度的波動(dòng)系數(shù)(δ)計(jì)算公式如下。

δ=∑[|θi-θi-1|/(θi+θi-1)/2]/(n-1)

式中，θi為第i時(shí)刻土壤含水量，θi-1為第i-1時(shí)刻土壤含水量，n為土壤含水量的測定次數(shù)，波動(dòng)系數(shù)的大小反映土壤含水量的穩(wěn)定程度，值越小代表土壤含水量越穩(wěn)定。

1.2.4植株蒸散量和水分利用效率計(jì)算 植株蒸散量計(jì)算公式如下。

式中，ETk為第k時(shí)間段植株蒸散量(L)，Mk為第k時(shí)間段灌水量(L)，ΔW為土壤儲(chǔ)水量變化量(L)，θk為第k時(shí)間段末期土壤含水量，θk-1為第k-1時(shí)間段末期土壤含水量,ms為盆缽中干土質(zhì)量(kg)，ρs為土的容重，為1.10 kg·L-1。

產(chǎn)量水分利用效率(WUEY)和生物量水分利用效率(WUEB)計(jì)算參照以下公式。

WUEY(g·kg-1)=單株肉質(zhì)根鮮重/單株蒸散量

WUEB(g·kg-1)=單株干物質(zhì)量/單株蒸散量

1.2.5櫻桃蘿卜葉片SPAD值和凈光合速率測定

控水后第12 d起，每5 d測量一次櫻桃蘿卜葉片SPAD(soil and plant analyzer development)值和凈光合速率，測定儀器分別為SPAD-502便攜式葉綠素儀(KONICA MINOLTA SENSING, INC.)和LI-6400XT光合-熒光儀(北京力高泰科技有限公司)，測定時(shí)間為10:00—12:00 am。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SigmaPlot 12.5繪圖。使用SPSS 22.0進(jìn)行方差分析，采用新復(fù)極差法(Duncan method)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的櫻桃蘿卜灌水量和土壤含水量

整個(gè)生育期不同供水處理下櫻桃蘿卜累計(jì)灌水量和土壤含水量結(jié)果見圖2。從整體上來看，各處理的累計(jì)灌水量隨時(shí)間的推移均基本呈線性增長，且增長速率表現(xiàn)為CK>T1>T2>T3，即增長速率隨壓力值的增大而增大。各處理櫻桃蘿卜累計(jì)灌水量表現(xiàn)為CK>T1>T2>T3，32 d時(shí)，T1、T2和T3處理的累計(jì)灌水量分別比CK顯著降低13.33%、29.52%和39.38%(P<0.05)，表明3個(gè)負(fù)壓供水處理的累計(jì)灌水量均顯著低于常規(guī)灌水，且在負(fù)壓供水條件下，壓力值越大累計(jì)灌水量越高。

由圖2可以看出，控水后第8～32 d，T1處理的土壤含水量與CK處理相近，T2、T3處理的土壤含水量均低于CK處理。CK、T1、T2、T3處理的土壤含水量平均分別為12.60%、12.63%、10.07%、8.47%；土壤含水量隨時(shí)間變化的變異系數(shù)(CV)分別為0.105、0.080、0.097和0.167，其中T1和T2處理屬于弱時(shí)間變異，而T3和CK處理屬于中等時(shí)間變異。負(fù)壓處理的土壤含水量整體表現(xiàn)為T1>T2>T3，表明隨著供水壓力的減小，土壤含水量隨之減小。在同一負(fù)壓處理下，土壤含水量隨時(shí)間推移上下波動(dòng)且有下降趨勢。CK、T1、T2、T3處理的土壤含水量波動(dòng)范圍分別為11.11%～15.05%、11.37%～13.88%、8.96%～11.34%、7.02%～10.72%；波動(dòng)系數(shù)(δ)分別為0.137、0.097、0.119、0.182。土壤含水量下降說明該階段負(fù)壓裝置供水量不能滿足櫻桃蘿卜的生長需求，需要消耗一定數(shù)量的原有土壤水分來滿足蒸散耗水。當(dāng)日蒸發(fā)量較大且持續(xù)多日時(shí)，供水器供水速率短時(shí)間內(nèi)趕不上蒸散耗水速率，將造成土壤含水量呈現(xiàn)為一個(gè)階段性的持續(xù)下降趨勢。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，隨著供水壓力的降低，CV和δ均增大。

圖2 不同處理櫻桃蘿卜的累計(jì)灌水量和土壤含水量Fig.2 Cumulative irrigation amount and soil water content of cherry radish under different treatments

2.2 不同處理櫻桃蘿卜的農(nóng)藝性狀

由圖3可看出，控水后第9 d負(fù)壓處理櫻桃蘿卜的株高、最大葉長均高于CK，其中T2、T3與CK的差異達(dá)到顯著水平。結(jié)合土壤含水量結(jié)果(圖2)可知，株高和土壤含水量呈相反變化趨勢，土壤含水量越高，株高越矮。說明從控水開始到第9 d的時(shí)間內(nèi)，櫻桃蘿卜冠部生長對供水方式比較敏感，負(fù)壓供水優(yōu)于常規(guī)澆灌，在9.74%～15.05%含水量范圍內(nèi)，土壤含水量越高，植株生長越緩慢，過高的土壤水分含量不利于櫻桃蘿卜的生長發(fā)育，適宜的土壤含水量大約為9.74%～13.88%。

控水后第9～29 d，T1、T2、T3處理的平均土壤含水量分別為12.63%、10.07%、8.47%，該時(shí)期各處理下櫻桃蘿卜的株高和最大葉長均呈緩慢增長趨勢，且整體表現(xiàn)為T1>T2>T3，說明該階段櫻桃蘿卜對負(fù)壓供水下的土壤含水量較敏感，表現(xiàn)為在8.47%～12.63%含水量范圍內(nèi)，含水量越高，植株長勢越好。T1處理的土壤含水量與CK處理基本無顯著差異(圖2)，但長勢優(yōu)于CK，如第29 d，T1處理櫻桃蘿卜的株高較CK增加13.23%，最大葉長較CK顯著增加22.59%(P<0.05)。而T2和T3處理土壤含水量均低于CK處理(圖2)，但T2處理櫻桃蘿卜整體長勢優(yōu)于CK處理，T3處理較CK處理差。說明控水后第9～29 d，櫻桃蘿卜生長發(fā)育適宜的土壤含水量為10.07%～12.63%，土壤含水量相同時(shí)，負(fù)壓供水比常規(guī)澆灌更有利于櫻桃蘿卜冠部生長，負(fù)壓供水在一定程度上可以彌補(bǔ)澆灌下平均土壤含水量不足的影響。

采收后不同處理下櫻桃蘿卜的根徑整體表現(xiàn)為T1>CK>T2>T3(圖3)。CK、T1、T2處理的根徑顯著高于T3處理，分別高39.30%、46.37%、35.27%(P<0.05)，3個(gè)處理之間無顯著差異。這說明T3處理明顯抑制了根的生長。本研究中，在供水壓力為-5～-14 kPa、土壤含水量8.47%～12.63%范圍內(nèi)，櫻桃蘿卜根徑對土壤含水量均有響應(yīng)，均隨著土壤含水量的降低而減小。當(dāng)土壤含水量在10.07%～12.63%范圍內(nèi)，櫻桃蘿卜根徑不會(huì)產(chǎn)生顯著差異，低于此土壤含水量，櫻桃蘿卜根徑將顯著減少。同時(shí)，土壤含水量基本相同時(shí)，負(fù)壓灌溉的櫻桃蘿卜根徑高于常規(guī)澆灌處理。

注：不同小寫字母表示同一時(shí)間不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Note: Different small letters of the same time indicate significant difference at P<0.05 level between different treatment.圖3 不同處理櫻桃蘿卜的株高、最大葉長和根徑Fig.3 Plant height, maximum leaf length and root diameter of cherry radish under different treatments

綜合來看，土壤含水量和供水方式對櫻桃蘿卜的農(nóng)藝性狀有明顯影響，較適宜的土壤含水量為11.37%～13.26%。土壤含水量相近時(shí)，負(fù)壓供水較傳統(tǒng)澆灌更有利于櫻桃蘿卜的冠部生長和根徑增大，負(fù)壓供水在一定程度上可以彌補(bǔ)常規(guī)澆灌的土壤平均含水量不足的影響，本研究條件的適宜供水壓力為-5 kPa。

2.3 不同處理櫻桃蘿卜的光合特性

由圖4可知，控水后第11～31 d，不同處理間的SPAD值相差很小，其中第11和26 d時(shí)，T2處理的SPAD值均顯著大于其他處理，其他時(shí)間的各處理間均不存在差異。說明土壤水分對SPAD值有一定影響，含水量過高、過低均不利于提高SPAD值，最有利于櫻桃蘿卜葉片SPAD值的土壤含水量可能是8.96%～11.34%。

第11 d時(shí)，CK處理與T1、T2和T3處理的凈光合速率沒有明顯差異，但T3處理顯著高于T2處理；第16 d時(shí)，CK與T1、T2和T3間仍沒有明顯差異，但T2顯著高于T1和T3處理；第21 d時(shí)，CK與T1沒有明顯差異，但與T2和T3差異顯著，T2顯著高于CK處理，且3個(gè)負(fù)壓處理間存在明顯差異；控水26 d以后，CK與T1、T2和T3處理的凈光合速率存在顯著差異，T1、T2處理顯著高于CK處理，CK處理顯著高于T3處理；第31 d時(shí)，T1、T2處理較CK分別顯著提高15.63%、13.68%(P<0.05)。說明生長后期(26 d以后)，植株葉片凈光合速率對土壤水分變得敏感，土壤含水量在7.02%～13.47%內(nèi)，含水量越高，凈光合速率越大，含水量基本相同時(shí)，負(fù)壓供水的凈光合速率要大于傳統(tǒng)澆灌。

綜合來看，土壤含水量和供水方式對櫻桃蘿卜的光合作用有明顯影響，較適宜的土壤含水量為10.07%～12.63%，低于此含水量不利于櫻桃蘿卜的光合作用進(jìn)行。含水量相近時(shí)，負(fù)壓供水較傳統(tǒng)澆灌更有利于櫻桃蘿卜的光合作用進(jìn)行。本研究條件下，-5和-9 kPa負(fù)壓供水能夠維持較高的櫻桃蘿卜的光合作用。

注：不同小寫字母表示同一時(shí)間不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Note: Different small letters of the same time indicate significant difference at P<0.05 level between different treatment.圖4 不同處理櫻桃蘿卜葉片SPAD值和凈光合速率的動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of SPAD value and net photosynthetic rate of cherry radish under different treatments

2.4 不同負(fù)壓供水對櫻桃蘿卜干物質(zhì)分配和水分利用效率的影響

由表1可知，采收后不同處理櫻桃蘿卜的干物質(zhì)量表現(xiàn)為T1>T2>CK>T3，其中CK處理與T1、T2和T3處理間沒有明顯差異，但T1和T2處理顯著高于T3處理。說明T1處理土壤水分條件最有利于櫻桃蘿卜的干物質(zhì)累積，而T3處理明顯抑制了干物質(zhì)的累積，即在本研究8.47%～12.63%土壤含水量范圍內(nèi)，土壤含水量對櫻桃蘿卜干物質(zhì)累積的影響明顯，均隨著土壤含水量的下降而降低。土壤含水量在10.07%～12.63%范圍內(nèi)，櫻桃蘿卜的干物質(zhì)量不會(huì)產(chǎn)生顯著差異，低于此土壤含水量，干物質(zhì)量將顯著減少。同時(shí)，土壤含水量基本相同時(shí)，負(fù)壓供水的櫻桃蘿卜干物質(zhì)量要高于常規(guī)澆灌。

不同處理的根冠比沒有顯著差異，但數(shù)值上表現(xiàn)為CK>T3>T2>T1。說明土壤含水量和供水方式對櫻桃蘿卜干物質(zhì)量的分配無顯著影響，但表現(xiàn)出了一定的趨勢，即常規(guī)澆灌處理的根冠比大于負(fù)壓供水處理，負(fù)壓供水下櫻桃蘿卜根冠比隨著供水壓力的減小而增大。從水分脅迫角度，本研究結(jié)果表明，供水壓力越小，土壤含水量越小，即水分脅迫程度越重，櫻桃蘿卜的干物質(zhì)量下降越顯著，根冠比越高。CK具有比負(fù)壓灌溉較高的根冠比，很可能是由于CK處理土壤水分情況相當(dāng)于重復(fù)地進(jìn)行了短時(shí)間干旱脅迫、復(fù)水，不斷刺激櫻桃蘿卜根系的生長，從而使得根冠比增大[18]，表現(xiàn)為大于負(fù)壓供水處理。

由表1可知，CK、T1、T2和T3處理櫻桃蘿卜整個(gè)生育期的蒸散量依次減少，彼此之間均存在顯著差異。T1、T2和T3處理較CK處理分別顯著降低15.13%、30.25%和38.66%(P<0.05)，表明負(fù)壓供水能夠顯著降低櫻桃蘿卜的蒸散量。采收后不同處理櫻桃蘿卜的單株根鮮重表現(xiàn)為T1>T2>CK>T3，其中T1、T2和T3處理間差異顯著，T2處理與CK處理沒有明顯差異，T1處理較CK顯著提高36.09%(P<0.05)，T3處理較CK顯著降低42.36%(P<0.05)。說明T1處理土壤水分條件最有利于櫻桃蘿卜肉質(zhì)根的生長。各處理下櫻桃蘿卜的水分利用效率WUEY和WUEB均表現(xiàn)為T2>T1>T3>CK，其中CK處理的WUEY和WUEB與T1、T2處理差異顯著，而TI和T2處理的WUEY沒有明顯差異，T1、T2和T3處理的WUEB沒有明顯差異。T1處理的WUEY和WUEB較CK處理分別顯著提高43.42%、52.67%(P<0.05)，T2處理的WUEY和WUEB較CK處理分別顯著提高57.89%、62.00%(P<0.05)。結(jié)果表明，土壤含水量和供水方式對水分利用效率影響明顯，當(dāng)供水壓力為-9 kPa、平均土壤含水量為10.07%時(shí)，櫻桃蘿卜的水分利用效率最高，增加或減少土壤含水量均會(huì)降低水分利用效率。同時(shí)，土壤含水量基本相同時(shí)，負(fù)壓供水的水分利用效率要顯著高于常規(guī)澆灌。

表1 不同處理櫻桃蘿卜的干物質(zhì)量和水分利用效率指標(biāo)Table 1 Dry matter content and water use efficiency indexes of cherry radish under different treatments

3 討論

3.1 負(fù)壓供水下的土壤含水量變化

負(fù)壓灌溉是一種無需動(dòng)力加壓設(shè)備的亞表層灌溉技術(shù)[6]，通過作物的蒸發(fā)蒸騰使得根系土壤水勢降低，產(chǎn)生系統(tǒng)與土壤之間的水勢差，灌溉水自動(dòng)地補(bǔ)充到作物根層土壤。供水壓力不同，系統(tǒng)供水量不同，則土壤含水量也就不同。本研究負(fù)壓值設(shè)定在-14～-5 kPa，土壤含水量可以控制在7.02%～13.88%之間。而趙秀娟等[19]研究表明，供水壓力為-15～-5 kPa時(shí)，黏壤土土壤含水量變化范圍為15.40%～22.45%。向艷艷等[20]研究表明，負(fù)壓值設(shè)定在-15～-5 kPa時(shí)，潮菜園土土壤含水量可以控制在20.50%～25%范圍內(nèi)，紅菜園土土壤含水量可以控制在14.40%～19.20%范圍內(nèi)。相同供水壓力下，不同學(xué)者的研究結(jié)果不盡相同，可能主要是由于不同類型土壤的土壤水分特征曲線不同，土壤的持水特性有所差異，且本研究中土壤水分測量深度為0～6 cm，灌水器位于距土表10 cm處，灌水器周圍的土壤含水量存在一定的空間梯度，即隨著與灌水器距離的增加含水量逐漸降低[21]，從而導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。此外，前人研究結(jié)果表明，在同一供水負(fù)壓下作物整個(gè)生育期土壤含水量隨時(shí)間變化的變異系數(shù)較小，土壤水分基本維持穩(wěn)定[10,12,22]。本研究中隨著供水壓力的減小，土壤含水量也隨之減小，波動(dòng)系數(shù)和變異系數(shù)均增大。-5和-9 kPa供水負(fù)壓下，變異系數(shù)較小，屬于弱時(shí)間變異，但相比前人的研究結(jié)論，土壤水分波動(dòng)仍較大，這可能是因?yàn)楸狙芯繖烟姨}卜播種季節(jié)正處夏末秋初，氣溫變化較劇烈，日蒸發(fā)量變化較大(圖1)，從而影響了測量土層的土壤水分穩(wěn)定性。而-15 kPa供水負(fù)壓下CV和δ較大，屬于中等時(shí)間變異，水分波動(dòng)較大，除了受氣溫變化影響外，系統(tǒng)供水量少，供水速率低，無法及時(shí)補(bǔ)充作物所消耗的水量，導(dǎo)致土壤含水量下降，土壤水分波動(dòng)范圍加大。綜上可知，當(dāng)供水壓力控制在-9～-5 kPa范圍時(shí)，負(fù)壓供水系統(tǒng)能夠?yàn)闄烟姨}卜提供穩(wěn)定的10.07%～12.63%的水分條件。

3.2 土壤水分時(shí)間變異性對櫻桃蘿卜產(chǎn)量和干物質(zhì)累積及分配的影響

干物質(zhì)是作物光合作用的最終產(chǎn)物，干物質(zhì)積累是蘿卜產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，干物質(zhì)的分配方向是決定肉質(zhì)根產(chǎn)量高低的重要因素[23]，而干物質(zhì)的積累和分配又直接受水分條件的影響[24]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫會(huì)抑制根、冠功能的發(fā)揮[25]，降低葉片凈光合速率[26-27]，新生同化產(chǎn)物數(shù)量減少，導(dǎo)致干物質(zhì)積累速率和累積量減少[28-29]。本研究表明，負(fù)壓供水處理中櫻桃蘿卜干物質(zhì)量隨著供水壓力的減小而降低。與CK相比，-5和-9 kPa負(fù)壓供水的平均土壤含水量等于或小于CK，但該處理下的櫻桃蘿卜單株根鮮重和干物質(zhì)累積量較高(表1)。不管哪種灌溉方式，最終對作物產(chǎn)生影響的是土壤水分，以上研究結(jié)果很可能是由于土壤水分時(shí)間變異性差異所導(dǎo)致的。CK采用常規(guī)澆灌，為間歇式灌溉，使得土壤不斷經(jīng)歷過干、過濕交替狀況，造成土壤含水量較大幅度波動(dòng)，土壤水分時(shí)間變異性較大。而-5和-9 kPa供水處理土壤含水量雖低于CK，但土壤水分波動(dòng)小，時(shí)間變異性較小，根、冠生長都較好。另有研究表明，蘿卜產(chǎn)量的形成實(shí)質(zhì)是“源-庫”互作的過程，蘿卜葉片和肉質(zhì)根的生長符合源庫關(guān)系理論[30]。在8.47%～12.63%土壤含水量范圍內(nèi)，櫻桃蘿卜長勢較好，葉片較大，光合作用較強(qiáng)，干物質(zhì)累積量高，能夠?yàn)槿赓|(zhì)根提供更多的同化物質(zhì)，從而使櫻桃蘿卜產(chǎn)量提高。這也充分說明適當(dāng)?shù)呢?fù)壓供水壓力形成的弱時(shí)間變異土壤水分條件更有利于作物干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的提高。

本研究發(fā)現(xiàn)，水分處理對于櫻桃蘿卜干物質(zhì)量的分配無顯著影響，但表現(xiàn)出了一定的趨勢，即澆灌處理的根冠比大于負(fù)壓灌溉處理，負(fù)壓供水下櫻桃蘿卜根冠比隨著供水壓力的減小而增大，說明土壤水分高低和時(shí)間變異性強(qiáng)弱均會(huì)對干物質(zhì)的分配產(chǎn)生一定的影響。當(dāng)櫻桃蘿卜受到水分脅迫時(shí)，根系吸收的水分不能滿足冠層的光合和蒸騰損失，而使冠層光合作用受到抑制，光合產(chǎn)物減少，分配于根系和冠層間的干物質(zhì)量減少。隨著供水壓力的降低，土壤含水量隨之減少，蘿卜缺水程度加重，同化物對根系的分配會(huì)有所增加，以保持根系結(jié)構(gòu)，維持其最低限度的功能發(fā)揮，從而使得根冠比增大[31]。

綜上可知，土壤水分時(shí)間變異性對櫻桃蘿卜產(chǎn)量和干物質(zhì)累積有顯著的影響，而對干物質(zhì)的分配影響并不顯著。本研究條件下，供水壓力為-9～-5 kPa、土壤含水量為10.07%～12.63%時(shí)，櫻桃蘿卜干物質(zhì)量和產(chǎn)量較高。

3.3 土壤水分時(shí)間變異性對櫻桃蘿卜水分利用效率的影響

本研究結(jié)果顯示，與CK相比，T1處理的WUEY和WUEB分別顯著提高了43.42%、52.67%(P<0.05)，T2處理的WUEY和WUEB分別顯著提高了57.89%、62.00%(P<0.05)，表明弱時(shí)間變異的土壤水分能夠顯著提高櫻桃蘿卜的水分利用效率，且平均含水量為10.07%時(shí)(T2)，櫻桃蘿卜的水分利用效率最高。推測可能有兩方面的原因：首先本研究采用負(fù)壓灌溉系統(tǒng)供水，灌水器位于10 cm深的土層中，水分的消耗主要源自作物生長的需求，減少了因土表過度濕潤導(dǎo)致的無效蒸發(fā)耗水[9]，大大降低了櫻桃蘿卜的蒸散量；其次，弱時(shí)間變異的土壤水分有利于作物的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高。因此，在土壤含水量基本相同時(shí)，相對于常規(guī)澆灌的中等時(shí)間變異的土壤水分條件，負(fù)壓供水下的弱時(shí)間變異的土壤含水量能夠顯著提高櫻桃蘿卜的水分利用效率。

綜上，當(dāng)供水壓力為-9～-5 kPa，土壤含水量范圍為8.96%～13.88%時(shí)，櫻桃蘿卜的生長發(fā)育及水分利用效率均優(yōu)于常規(guī)澆灌。而當(dāng)供水壓力為-14 kPa，土壤含水量變化范圍為7.02%～10.72%時(shí)，櫻桃蘿卜根冠生長受到抑制，產(chǎn)量及干物質(zhì)量均低于常規(guī)澆灌。從產(chǎn)量優(yōu)先的角度考慮，-5 kPa負(fù)壓供水，平均土壤含水量為12.63%時(shí)，櫻桃蘿卜的產(chǎn)量最高，水分利用效率中等；從水分利用效率優(yōu)先角度考慮，-9 kPa負(fù)壓供水，平均土壤含水量為10.07%時(shí)，櫻桃蘿卜的水分利用效率最高，產(chǎn)量中等。因此本研究條件下，供水壓力設(shè)定在-9～-5 kPa范圍，土壤含水量為10.07%～12.63%是最適宜櫻桃蘿卜生長的水分條件。