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第 36卷 第 9期 农 业 工 程 学 报 V ol 36 N o 9 84 2020年 5月 T rans actio ns of the C hin es e S ocie t y of A gricultur al En gineer ing M a y 20 20 温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应 毋海梅 1 闫浩芳 1 张 川 2 黄 松 1 Sam Acquah Joe 1 1 江苏大学流体机械工程技术研究中心 镇江 212013 2 江苏大学农业工程研究院 镇江 212013 摘 要 为确定滴灌条件下温室黄瓜的适宜灌水方案 该文基于 20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量设计不同灌水处理 研究了滴灌条件下不同灌水处理 充分灌水 T1 轻度水分亏缺 T2 中度水分亏缺 T3 对不同种植季节温室黄瓜生理特 性 耗水量 Evapotranspiration ET c 产量及水分利用效率 Water Use Efficiency WUE 的影响 且于 2017年 8 12 月 秋冬季 和 2018年 3 7月 春夏季 分别对不同灌水处理下土壤水分状况 作物生理指标 耗水量 产量和 WUE 等指标进行了系统的田间试验观测及分析 研究结果表明 随着灌水量的减小 温室黄瓜产量和 WUE 均呈降低趋势 不同程度的水分亏缺对黄瓜不同生育期 ET c 有一定的抑制作用 在黄瓜生长任一阶段发生水分亏缺均会降低黄瓜植株的 茎流速率 光合速率及气孔导度 进而可能影响黄瓜干物质的运转与积累 其中在作物生长中期 温室黄瓜茎流速率及 产量对水分亏缺响应最为显著 黄瓜平均单果质量 果茎 果长和单株坐果数均随灌水量的降低而减小 黄瓜果实畸形 比例随不同生长阶段水分亏缺的增大而增大 不同种植季节温室黄瓜 T1 处理的产量分别高出 T2 和 T3 处理的 22 0 和 51 2 春夏季 54 2 和 73 9 秋冬季 温室黄瓜 T1处理的 ET c 分别高出 T2和 T3 处理的 17 4 和 34 9 春夏季 24 0 和 48 0 秋冬季 T1处理的 WUE 分别高出 T2和 T3处理的 5 5 和 25 春夏季 39 7 和 50 0 秋冬季 综合研究结果 黄瓜发育期适宜灌溉水量为累计水面蒸发量的 0 8倍 生长中 后期为累计水面蒸发量的 1 2倍 研究结 果对实现农业水分高效利用及促进设施作物优质 高产具有重要参考价值 关键词 温室 蒸腾 蒸腾蒸发量 黄瓜 光合速率 产量 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 010 中图分类号 S642 2 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2020 09 0084 10 毋海梅 闫浩芳 张川 等 温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应 J 农业工程学报 2020 36 9 84 93 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 010 http www tcsae org Wu Haimei Yan Haofang Zhang Chuan et al Responses of yield and water use efficiency of drip irrigated cucumber in greenhouse to water stress J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2020 36 9 84 93 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 010 http www tcsae org 0 引 言 水分是一切生物维持生命必不可少的因素 大量研 究表明 在光 热条件满足的情况下 水分供给是影响 蔬菜作物产量和品质的主要因素之一 1 2 由于蔬菜作物 产量高 生长速度快 生长期间对水分的需求量较大且 敏感 所以制定合理的灌溉制度对于提高蔬菜产量和品 质具有重要的意义 3 6 影响作物产量和品质的因素很多 作物叶片光合速 率 气孔导度和茎流速率等直接关系着干物质的运转与 积累 7 8 而土壤的水分状况通过对作物生理生态指标的 影响 进而间接影响到作物的产量及水分利用效率 9 牛 勇等 10 研究不同灌水量对温室内膜下滴灌黄瓜植株形 态 光合速率 产量及品质等指标的影响 结果表明 收稿日期 2019 10 22 修订日期 2020 03 10 基金项目 国家自然科学基金项目 51509107 51609103 41830863 江 苏省自然科学基金 BK20150509 BK20140546 国家 十三五 重大研 发项目课题 2016YFA0601501 作者简介 毋海梅 主要从事农业节水灌溉与水分高效利用方面的研究 Email hlwhm520 通信作者 闫浩芳 博士 副研究员 主要从事农业节水灌溉与水分高效 利用方面的研究 Email yanhaofang 黄瓜株高受不同程度水分亏缺影响不明显 而叶面积 光合速率和产量均随土壤水分的增大而增大 最终选择 灌水下限为 85 的田间持水量作为温室黄瓜膜下滴灌的 最适宜灌水下限 韩建会等 11 通过水分生产函数和回归 分析方法描述了水分亏缺对日光温室黄瓜产量的影响 表明日光温室黄瓜水分与产量相关性比较显著 廖凯 12 采用盆栽试验 模拟温室黄瓜膜下滴灌条件下不同土壤 体积含水率对黄瓜生理生态指标 产量与品质的影响 发现在黄瓜整个生长阶段内 黄瓜叶片的光合速率与气 孔导度两者呈正相关关系 在生长中期土壤体积含水率 保持在 75 90 的田间持水量时可以提高光合速率 和气孔导度 即在温室黄瓜整个生育期内控制灌溉上限 为 90 的田间持水量为宜 能达到丰产 高效用水的 目的 综上所述 以往研究对灌溉水量上 下限的确定主 要依据田间土壤持水量 然而 由于研究区域土壤类型 及土壤体积含水率观测手段及方法等的差异性 使得仅 仅依据田间持水量及土壤水分含量确定准确的灌溉水量 存在一定的局限性和不确定性 原保忠等 13 采用 20cm标 准蒸发皿的蒸发值来确定温室番茄的滴灌灌水量 结果 得出 番茄生育期内累计实际灌水量 蒸发皿累计蒸发 量和作物累计需水量存在较好的一致性 提出可用日光 第 9期 毋海梅等 温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应 85 温室内作物冠层上蒸发皿蒸发量作为指导灌溉的指标 并提出在塑料温室内马铃薯和草莓栽培蒸发皿系数分别 以 0 75 14 和 1 1 最佳 15 然而 由于不同研究中温室类型 灌水方式及作物种类的差异 导致依据蒸发皿系数确定 灌水制度的研究结果存在较大的差异 因此 本研究基于 Venlo 型温室内作物冠层顶端 20 cm标准蒸发皿蒸发量 对温室黄瓜不同生育阶段设定 不同灌溉水量 分析不同种植季节及生育阶段温室黄瓜 各项生理指标 耗水量 产量及水分利用效率对不同程 度水分亏缺的响应机理 确定温室黄瓜各生育阶段适宜 的灌水方案 探寻提高温室黄瓜水分利用效率的有效途 径 为温室黄瓜优质生产提供理论依据 1 材料与方法 1 1 试验区概况及供试材料 本研究试验于 2017 年 8 12 月 秋冬季 和 2018 年 3 7 月 春夏季 在江苏大学现代农业装备与技术 省部共建重点实验室 Venlo型温室内进行 试验点位于 江苏省镇江市 32 11 N 119 25 E 海拔 23 m 属亚 热带季风气候 试验用 Venlo型温室屋脊呈南北走向 南北长 20 m 东西长 32 m 面 积 为 640 m 2 檐 高 4 4 m 跨度 6 4 m 共两跨 每跨有 2 个小屋顶 温室覆盖材 料为厚 4 mm 的浮法玻璃 试验土壤质地为沙壤土 作 物根区土壤容重为 1 266 g cm 3 田间持水量 FC 为 0 408 cm 3 cm 3 凋萎系数 WP 为 0 16 cm 3 cm 3 试验 选取目前国内种植比例较大的黄瓜 品种油亮 3 2 作 为供试作物 1 2 试验设计及试验过程 按照 FAO 56 推荐方法 16 黄瓜生育期划分为生长初 期 发育期 中期和后期共 4个生育阶段 不同种植季节 温室黄瓜生育阶段的划分见表 1 春夏季和秋冬季温室黄 瓜全生育期天数均为 120 d 春夏季和秋冬季幼苗期不做 水分处理 发育期和中 后期设 3 个水分处理 分别为 充分灌溉 T1 轻度亏缺灌溉 T2 和中度亏缺灌溉 T3 本试验以 20 cm标准蒸发皿蒸发量作为参考依据 当累计水面蒸发量 E p 达到 20 2 mm时进行灌水 试验黄瓜不同种植季节及生育期均设计 3 个灌水处理 表 2 为温室黄瓜各生育阶段不同灌水处理下的蒸发皿系 数 在黄瓜生育期 秋冬季 T1 T2 和 T3 处理灌水量分 别为 0 9E p 0 75E p 和 0 5E p 春夏季这 3个处理灌水量分 别为 0 8E p 0 6E p 和 0 4E p 中期和后期 秋冬季 T1 T2 和 T3 处理灌水量分别为 1 2E p 0 9E p 和 0 6E p 春夏季分 别为 1 2E p 1 0E p 和 0 8E p 各处理进行 4 次重复 每个 处理共 36 株 各重复小区面积为 3 m 0 65 m 0 45 m 每个重复共有 6 株黄瓜 各重复之间用埋深 30 cm 的塑 料隔板隔离 分别于 2017 年 8 月 21 日 秋冬季 和 2018 年 3月 2 日 春夏季 育苗 定植日期分别为 2017 年 9 月 4 日 和 2018 年 3月 23 日 试验采用滴灌灌水方式 滴头间距 30 cm 滴头流量 1 0 L h 滴灌带布设方式为两行一带 试验槽畦长 16 7 m 宽 0 9 m 采用双行种植模式 行距 45 cm 株距 40 cm 种植密度为 6 63 株 m 2 定植前施复 合肥料 高浓度硫酸钾型 作为底肥 黄瓜植株进入发 育期后使用落蔓器将黄瓜植株悬吊在温室上方的铁丝 上 每隔 3 d 人工授粉 1 次 同时进行喷药等农作管理 采用滴灌方式灌溉 水分处理开始日期分别为 2017 年 9 月 15 日 秋冬季 和 2018 年 4月 4 日 春夏季 为确保黄瓜幼苗成活 定植后以滴灌方式补充灌水 20 mm 17 将 2 个直径均为 20 cm的标准蒸发皿分别置于 温室内黄瓜作物附近的不同位置 在底部距离地面 70 cm 的固定支架上安装标准蒸发皿 18 于每日 08 00 用精度 为 0 1 mm 的配套量筒测定温室内的水面蒸发量 当 E p 达到 20 2 mm 时进行灌水 不同种植季节温室黄瓜各 数相同 试验期间春夏季灌水共 22 次 秋冬季灌水共有 14 次 表1 不同种植季节温室黄瓜生育阶段的划分 Table 1 Division of growing stages of cucumber at different planting seasons in greenhouse 天数 Days 生育期 Growing stages 春夏季 Spring summer 秋冬季 Autumn winter 初期 Initial stage 21 20 发育期 Development stage 40 39 中期 Middle stage 38 40 后期 Later stage 21 21 总计 Total 120 120 表2 温室黄瓜各生育期不同灌水处理的蒸发皿系数 Table 2 Evaporating pan coefficients of greenhouse cucumber under different irrigation treatments at different growth stages 发育期 Development stage 中 后期 Middle and later stage 季节 Seasons 初期 Initial stage T1 T2 T3 T1 T2 T3 春夏季 Spring summer 0 8 0 6 0 4 1 2 1 0 0 8 秋冬季 Autumn winter 不做水 分处理 0 9 0 75 0 5 1 2 0 9 0 6 注 T1 为充分灌溉 T2 为轻度亏缺灌溉 T3 为中度亏缺灌溉 下同 Note T1 is full irrigation T2 is light deficit irrigation T3 is moderate deficit irrigation Same as below 表3 温室黄瓜不同水分处理下各生育阶段的灌水量 Table 3 Irrigation amount for different irrigaiton treatment in the different growing stage of greenhouse cucumber mm 季节 Seasons 处理 Treatment 初期 Initial stage 发育期 Development stage 中期 Middle stage 后期 Later stage 总计 Total T1 10 92 8 132 696 6332 0 T2 10 73 1 110 580 5274 1 春夏季 Spring summer T3 10 53 4 88 4 64 4216 2 T1 10 44 94 6 37 8192 8 T2 10 33 3 71 0 28 4146 5 秋冬季 Autumn winter T3 10 23 1 47 3 19 0100 3 1 3 测定项目与方法 1 3 1 植株蒸腾 采用包裹式茎流计 Flow32 1k system Dynamax USA 监测系统观测黄瓜植株茎秆液流速率 分别于 5 月 13 日 6月 1 日和 6月 10 日 6月 29 日 春夏季 10 月 14 日 10 月 30 日和 11 月 15 日 11 月 28 日 秋 冬季 随机选择 4 8 株长势良好无病虫害的植株进行 农业工程学报 http www tcsae org 2020年 86 测定 为避免土壤热量干扰 茎流计探头包裹在地表以 上 20 cm 处 为确保茎流计探头与植株茎秆紧密接触 茎流计传感器类型为 SGA5 WS 所选探头尺寸规格需满 足黄瓜茎秆直径要求 5 7 mm 18 采用 CR1000 数据 采集器 每 15 min 自动记录 1 次数据 所采集的茎流量 通过黄瓜的种植密度换算为植株蒸腾量 1 3 2 光合速率及气孔导度 采用便携式光合作用 荧光测量系统 GFS 3000 德 国 在温室黄瓜每个生育阶段测定黄瓜植株叶片的光合 速率和气孔导度 同时使用外置红蓝光源 设置光强梯 度为 800 mol m 2 s 流速设定 750 mol m 2 s 春夏季 从 2018 年 3月至 7 月 秋冬季从 2017 年 9 月至 12 月 测量时间范围在 08 00 18 00 时进行 每隔 1 2 h测定 1 次 在测量时 每个处理随机选取黄瓜植株生长良好 无病虫害 且能充分接收日照的叶片 并且尽量保证所 选叶片空间取向和形状相似 选取具有代表性的黄瓜植 株冠层上层第三片功能叶的中间位置进行测定 为了避 免因温室环境等条件的改变而引起的测量误差 每次测 量时间控制在 30 min 以内结束 1 3 3 果实产量指标的测定 在果实成熟阶段 每个处理取 4 个重复 每个重复 标记 6 株 每次收获时测量各处理黄瓜的果茎 果长及 鲜质量 并计算各处理的产量 1 3 4 土壤体积含水率的测定 土壤体积含水率采用土壤水分 温度及盐分传感器 Hydra Probe TSL11300 Stevens 进行观测 选择最能 代表作物根系附近土壤水分状况 滴灌系统相邻滴头的 中间位置 12 将传感器探头埋置于地表下 10 cm 处 由 CR1000 数据采集器记录每 10 min 观测结果 1 3 5 水分利用效率 水分利用效率 Water Use Efficiency WUE 是指植物 消耗单位蒸腾蒸发量所产生的作物光合作用量或生长 量 也有研究将其定义为每消耗单位水量所产作物果实 的鲜果质量 将 WUE作为评价作物生长适宜程度的综合 生长发育指标 可用公式 1 计算温室黄瓜滴灌条件下 不同灌水处理的 WUE 19 WUE Y ET c 1 式中 WUE 表示水分利用效率 kg m 3 Y 表示产量 kg hm 2 ET c 表示作物生育阶段的耗水量 mm ET c 用水量平衡公式计算如下 ET c W P r I S G D p 2 式中 W 表示计算时段内 30 cm 深度内土壤储水量变化 量 mm P r 表示计算时段内降雨量 mm 由于温室内 无降雨量 此项忽略不计 I 表示计算时段内的灌水量 mm S G 表示计算时段内地下水的补给量 由于本次试验 灌溉方式为滴灌 且该区域地下水埋深较大 故 S G 及深 层渗漏量 D p 也忽略不计 2 结果与分析 2 1 不同灌水处理下黄瓜根系层土壤水分的变化规律 图 1 为春夏季与秋冬季温室黄瓜在不同灌水处理下 根系层土壤体积含水率的变化特征 a 春夏季 a Spring summer b 秋冬季 b Autumn winter 图1 不同灌水处理温室黄瓜根系层土壤体积含水率变化 Fig 1 Variation of soil moisture in root layer of greenhouse cucumber in different irrigation treatments 生长初期不设置水分处理 为确保植株的成活率 定植时灌水 1 次 黄瓜植株在生长初期耗水量较小 初 始土壤体积含水率无明显差异 春夏季和秋冬季分别从 播种后天数为 32 和 25 d开始进行不同灌水处理 春夏季 黄瓜育苗时间在 3 月 气温较低限制了黄瓜幼苗的生长 而秋冬季的育苗时间在 8 月 气温较高 对于喜热的黄 瓜植株能快速生长 所以春夏季黄瓜灌水处理的开始时 间较秋冬季迟 如图 1 所示 春夏季和秋冬季分别在播 种 32 和 25 d后 随着灌溉次数和耗水量的增加 不同灌 水处理的土壤体积含水率开始出现明显的差异 T1 处理 的根系层土壤体积含水率明显高于 T2 和 T3 处理 由于 春夏季灌水频率较高 所以春夏季土壤体积含水率峰值 比秋冬季多 春夏季不同灌水处理土壤体积含水率最大 值均值分别为 0 408 0 324 和 0 288 cm 3 cm 3 最小值的 均值分别为 0 257 0 227 和 0 193 cm 3 cm 3 秋冬季不同 灌水处理土壤体积含水率最大值均值分别为 0 405 0 322 和 0 269 cm 3 cm 3 最小值的均值分别为 0 234 0 196 和 0 179 cm 3 cm 3 从进行水分处理到温室黄瓜试验结束 春 夏季和秋冬季 T1处理的土壤体积含水率均值分别为 0 339 和 0 337 cm 3 cm 3 T2 处理分别为 0 257和 0 265 cm 3 cm 3 T3 处理分别为 0 223和 0 237 cm 3 cm 3 春夏季 T1 处理的 土壤含水率均值分别比 T2 和 T3 高 24 2 和 34 2 P 0 05 秋冬季 T1 处理的土壤含水率均值分别比 T2 和 T3 高 21 3 和 29 7 P 0 05 由此发现 春夏季 各处理间土壤含水率的差异大于秋冬季 T2 和 T3 的均 值低于秋冬季 原因是秋冬季太阳辐射低于春夏季 气 温也低于春夏季 使得黄瓜作物的耗水受到了气候因子 的抑制 第 9期 毋海梅等 温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应 87 2 2 温室黄瓜茎流速率对不同程度水分胁迫的响应特征 不同灌水处理下春夏季和秋冬季黄瓜作物生长中期 和后期的茎流速率日变化规律如图 2 所示 随着作物生 育期的推进 黄瓜植株的茎流速率也随之变化 当作物 进入生长中期 图 2a 和 2c 植株叶面积指数和株高都 达到最大值 植株茎流速率也随之达到峰值 不同灌水 处理下 春夏季温室黄瓜生长中期茎流速率最大值分别 为 106 38 53 51 和 15 98 g h 生长后期分别为 42 52 30 71和 19 32 g h 秋冬季黄瓜生长中期分别为 104 21 51 56 和 19 90 g h 生长后期分别为 29 94 18 38 和 8 01 g h 春夏季黄瓜生长中期各灌水处理间茎流速率的 差值分别为 52 87 g h T1 和 T2 和 37 53 g h T2 和 T3 秋冬季分别为 52 56 g h T1 和 T2 和 31 66 g h T2 和 T3 杨再强等 20 对温室番茄和 Yamane 等 21 对桃树的 研究结果均显示水分亏缺状况下植株茎流量显著降低 在黄瓜生长后期 春夏季各处理间茎流速率的差值分别 为 11 81 g h T1和 T2 和 11 39 g h T2 和 T3 秋冬 季差值分别为 11 56 g h T1 和 T2 和 10 28 g h T2 和 T3 从上述结果可以得出 灌水处理 水分胁迫 对黄 瓜生长中期茎流速率峰值的影响大于对生长后期的影响 主要是由于黄瓜进入生长后期 黄瓜植株逐渐衰老 各灌 水处理黄瓜的生理机能下降 植株对水分需求量减少 在黄瓜生长中期和后期 选择晴天 2018 年 5 月 18 日和 6月 19 日 和阴天 2018年 5月 21 日和 6月 20 日 2 种天气状况 对不同灌水处理下黄瓜植株茎流速率进行 对比分析 如图 2所示 不同灌水处理单株黄瓜茎流速率 的日变化规律相似 以秋冬季黄瓜生长中期 图 2c 为例 晴天各灌水处理 T1 T2 和 T3 最大茎流速率值分别为 104 21 51 56 和 19 90 g h 阴天分别为 37 59 28 17 和 17 27 g h 晴天灌水处理间差值分别为 52 56 g h T1 和 T2 和 31 66 g h T2和 T3 阴天分别为 9 42和 10 91 g h 各灌水处理茎流速率的大小表现形式为 T1 T2 T3 晴天 阴天 且晴天各灌水处理间的差值比阴天更大 可以得出 水分亏缺抑制了黄瓜植株的茎流速率 在晴天尤为明显 龚雪文等 17 研究不同灌水水平下单株番茄茎流速率的日 变化过程 发现充分和亏缺灌水处理的番茄茎流速率在晴 天差异最大 阴雨天较小 且滞后太阳辐射 1 h 与本文 研究结果一致 a 春夏季中期 a Middle stage of spring summer b 春夏季后期 b Later stage of spring summer c 秋冬季中期 c Middle stage of autumn winter d 秋冬季后期 d Later stage of autumn winter 图2 不同灌水处理对黄瓜茎流速率的影响 Fig 2 Impacts of different irrigation treatments on stem flow rates of cucumbers 2 3 温室黄瓜光合速率及气孔导度对不同程度水分胁 迫的响应特征 光合作用是植株利用外界能量和物质合成自身需求 物质的一项生理过程 它是作物产量形成的基础 在作物 生长的不同时期 水分亏缺对作物叶片的光合作用均产生 不同的影响 作物叶片气孔是调节作物水热平衡的重要通 道之一 而气孔导度的大小直接影响到作物光合作用和蒸 腾作用 图 3 分别为春夏季和秋冬季不同灌水处理下温室 黄瓜生长中期光合速率与气孔导度的日变化规律 生长中 期的观测时间间隔为 1 h 观测时间段为 08 00 18 00 如 图 3所示 在黄瓜作物生长中期 叶片光合速率和气孔导 度日变化规律呈双峰型 春夏季和秋冬季黄瓜光合速率和 气孔导度日变化趋势基本相似 日变化趋势也基本相似 不同种植季节各灌水处理叶片光合速率和气孔导度的表 现形式均为 T1 T2 T3 由于土壤含水率的减小会直接导 致气孔开度变小 叶片水势升高及黄瓜叶面积减小 进而 削弱了黄瓜叶片的光合速率 这一特征在 T3 水分处理上 体现最为明显 胡笑涛等 23 研究发现当作物经受水分亏缺 时 会在根区不断产生脱落酸并经由木质部传输到作物叶 片减小气孔开度 进而抑制作物叶片的蒸腾作用 春夏季黄瓜生长中期各处理光合速率的峰值出现在 12 00 和 15 00 左右 最大值出现在 15 00 左右 T1 T2 和 T3 处理下光合速率峰值分别为 22 09 20 38 和 14 03 mmol m 2 s 秋冬季各处理光合速率峰值出现在 11 00 和 14 00 左右 最大值出现在 14 00 左右 T1 T2 和 T3 处理下光合速率值峰值分别为 21 67 21 39 和 20 36 mmol m 2 s 春夏季黄瓜生长中期各处理气孔导度 峰值出现在 11 00 和 14 00 左右 最大值出现在 14 00 左 右 T1 T2 和 T3 处理下峰值分别为 421 07 344 66 和 339 09 mmol m 2 s 秋冬季各处理光合速率峰值出现在 11 00 和 15 00 左右 最大值出现在 15 00 左右 T1 T2 和 T3 处理下峰值分别为 635 08 478 73 和 403 01 mmol m 2 s 春夏季 T1处理光合速率和气孔导度 的最大值分别比 T2 和 T3 处理高 7 7 和 36 5 18 1 和 19 5 P 0 05 秋冬季 T1 处理光合速率和气孔导 度的最大值分别比 T2 和 T3 处理高 1 73 和 6 0 24 6 和 36 5 P 0 05 且春夏季双峰值比秋冬季峰值出现 时间推迟了 1 h 可能是因为春夏季中期处于 5 月上旬 秋冬季处于 9月中旬 9 月相对于 5月太阳辐射较大 气 温较高 春夏季 13 00 与秋冬季 12 00 左右 由于中午气 温和太阳辐射达到最大值 叶片气孔关闭 出现光合 午 休 现象 导致光合速率急速下降 农业工程学报 http www tcsae org 2020年 88 a 春夏季中期光合速率 a Photosynthetic rate at middle stage in spring summer b 秋冬季中期光合速率 b Photosynthetic rate at middle stage in autumn winter c 春夏季中期气孔导度 c Stomatal conductance at middle stage in spring summer d 秋冬季中期气孔导度 d Stomatal conductance at middle stage in autumn winter 图3 不同灌水处理对温室黄瓜中期光合速率和气孔导度的影响 观测间隔 1 h Fig 3 Impacts of different irrigation treatments on photosynthetic rates and stomatal conductances of greenhouse cucumber at middle stage observation interval 1 h 图 4分别为春夏季和秋冬季不同灌水处理下温室黄瓜 生长后期光合速率与气孔导度的日变化规律 在生长后期 以 2 h 为测量时间尺度 观测时间段为 08 00 18 00 如 图 4 所示 在温室黄瓜生长后期 当测量时间尺度为 2 h 时 叶片光合速率和气孔导度日变化规律呈现单峰型 春 夏季和秋冬季各灌水处理黄瓜叶片光合速率和气孔导度 的日变化趋势基本相似 不同种植季节各灌水处理黄瓜叶 片光合速率和气孔导度的表现形式均为 T1 T2 T3 春 夏季和秋冬季黄瓜生长后期各处理光合速率和气孔导度 的峰值均出现在 12 00 13 00 左右 春夏季黄瓜在不同灌 水处理下 T1 T2和 T3 光合速率最大值分别为 11 88 7 52和 5 48 mmol m 2 s 气孔导度最大值分别为 219 58 182 08和 142 47 mmol m 2 s T1 T2和 T3 处理下秋冬季 黄瓜光合速率最大值分别为 9 87 5 79 和 3 95 mmol m 2 s 气孔导度最大值分别为 177 63 151 34 和 121 26 mmol m 2 s 春夏季 TI 处理光合速率和气孔导 度的最大值分别比 T2和 T3 处理高 36 7 和 53 9 17 1 和 35 2 P 0 05 秋冬季 TI 处理光合速率和气孔导度 的最大值分别比 T2和 T3 处理高 41 33 和 59 7 14 8 和 31 7 P T2 T3 如图所示 春 夏季各处理日均 ET c 基本呈上升趋势 主要是由于温室 内气温的升高导致黄瓜 ET c 增大 在温室黄瓜生长发育 期 春夏季 T1 T2 和 T3 处理下的日均 ET c 的变化范 围分别为 2 35 3 36 2 02 2 51 和 1 57 1 97 mm d 该生长阶段不同灌水处理下日均 ET c 增长缓慢 且各处 理间差异较小 在黄瓜生长中期 T1 T2 和 T3 处理 下日均 ET c 变化范围分别为 3 44 6 66 2 87 5 55 和 2 30 4 44 mm d 该生长阶段随着气温的升高 作物 ET c 也随之增大 在黄瓜生长后期 T1 T2 和 T3处理 下日均 ET c 的变化范围分别为 3 43 5 64 2 86 4 70 和 2 23 3 76 mm d 秋冬季各处理日均 ET c 变化趋势和春夏季类似 不 同的是秋冬季的日均 ET c 普遍低于春夏季 主要原因是 秋冬季 10 12月份 温室内气温逐渐降低 对于喜热 的黄瓜作物 植株生长受到低气温的影响 使得日均 ET c 减小 秋冬季黄瓜生长发育期 秋冬季 T1 T2和 T3处 理下日均 ET c 变化范围分别为 2 02 3 35 1 62 2 53 和 1 13 1 68 mm d 在黄瓜生长中期 T1 T2 和 T3 处理下日均 ET c 的变化范围分别为 2 47 3 85 2 05 2 89 和 1 40 1 92 mm d 该阶段由于气温的迅速降低使 得黄瓜的 ET c 增长变缓慢 增长速度远远低于春夏季 在黄瓜生长后期 T1 T2 和 T3日均 ET c 变化范围分别 为 1 71 2 92 1 29 2 38 和 0 87 1 70 mm d 该阶段 由于气温很低 日均 ET c 也随之降低 在作物生长中期 T1处理的 ET c 分别达到最大 春夏季为 6 66 mm d 秋 冬季为 3 85 mm d 第 9期 毋海梅等 温室滴灌黄瓜产量和水分利用效率对水分胁迫的响应 89 a 春夏季 a Spring summer b 秋冬季 b Autumn winter 图5 不同种植季节温室黄瓜不同灌水处理日均 ET c 的变化 Fig 5 Variations of daily average ET c of greenhouse cucumber for different irrigation treatments at different planting seasons 2 5 不同灌水处理对温室黄瓜产量 耗水量及 WUE 的影响 不同程度水分亏缺对作物各生育阶段生长发育产生 不同的影响 最终反映在作物的经济产量和 WUE上 在 对温室栽培管理技术的研究中 产量和 WUE 是确定准确 灌水量的决定性因素 温室黄瓜不同种植季节各灌水处 理下黄瓜的产量 耗水量及 WUE 如表 4所示 由表可知 随着温室黄瓜灌水量的减少 黄瓜耗水量 产量和 WUE 均呈降低趋势 春夏季温室黄瓜的产量 耗水量和 WUE 分别为 51 062 104 598 kg hm 2 216 22 331 99 mm 和 23 61 31 50 kg m 3 秋冬季温室黄瓜的产量 耗水量和 WUE 分别为 16 295 62 586 kg hm 2 100 29 192 77 mm 和 16 25 32 47 kg m 3 各灌水处理间产量 耗水量和 WUE 差异显著 P T2 T3 且各处理间的差异较作物生长初 期更为显著 表明在作物生长中 后期水分亏缺对产量 的影响更显著 表4 不同处理黄瓜的产量 耗水量及水分利用效率 Table 4 Cucumber yield evapotranspiration and water use efficiency of cucumber for different treatments 季节 Seasons 灌水处 理 Irrigation treatment 产量 Yield kg hm 2 耗水量 Evapotranspiration mm 水分利用效率 Water use efficiency kg m 3 T1 104 598a 331 99a 31 50a T2 81 625b 274 11b 29 78b 春夏季 Spring summer T3 51 062c 216 22c 23 61c T1 62 586a 192 77a 32 47a T2 28 694b 146 45b 19 59b 秋冬季 Autumn winter T3 16 295c 100 29c 16 25c 注 同列不同小写字母表示同季节不同处理间差异达到显著水平 P 0 05 下同 Note Different lowercase letters at same column indicate significant difference among treatments for same season P 0 05 Same below a 春夏季 a Spring summer b 秋冬季 b Autumn winter 注 不同小写字母表示相同生育期不同处理间差异达到显著水平 P 0 05 Note Different lowercase letters at same column indicate significant difference among treatments for same growing stage P 0 05 图6 不同灌水处理下各生育期黄瓜产量的对比 Fig 6 Comparison of cucumber yield at each growth stage under different irrigation treatments 农业工程学报 http www tcsae org 2020年 90 2 6灌水处理对温室黄瓜产量形成过程的影响 通过监测不同灌水处理下春夏季和秋冬季温室黄瓜 的平均单果质量 果茎 果长 单株坐果数和果实畸形 比例等数据 分析黄瓜植株及果实对不同程度水分亏缺 的响应规律 见表 5 由表可见 春夏季和秋冬季结果相 似 温室黄瓜平均单果质量 果茎 果长和单株坐果数均 随灌水量的减小而降低 各处理间单果质量差异较大 单 株坐果数随灌水量的增加而增多 T1 与 T2 T3 处理的 单株坐果数有显著差异 T2 与 T3 处理间的差异性不显 著 不同生长阶段的水分亏缺都会导致黄瓜果实畸形比 例的增大 不同处理黄瓜果实畸形比例以 T3 最高 T2 次之 T1 最低 作物生长中 后期是黄瓜发育成型及成 熟的重要时期 对水分需求量较大 过多的水分亏缺会 导致黄瓜果实难以成型 最终导致黄瓜果实畸形及坏死 表5 灌水处理对黄瓜产量及构成要素的影响 Table 5 Impacts of irrigation treatments on cucumber yield and its componen