膜下滴灌调亏辣椒产量构成要素及水分生产函数研究

王世杰1,张恒嘉1,巴玉春2,王玉才1,黄彩霞1,薛道信1,李福强1

(1.甘肃农业大学 水利水电工程学院,甘肃 兰州 730070;2.民乐县洪水河管理处,甘肃 民乐 734500)

摘要为了研究不同生育期水分亏缺对膜下滴灌辣椒生长、产量和水分利用效率的影响,在辣椒苗期和开花坐果期对辣椒均分别进行轻度(65%~75% Field capacity,FC)和中度(55%~65% FC)水分调亏,在盛果期和后果期进行轻度水分调亏,以全生育期充分供水处理(75%~85% FC)为对照。同时构建辣椒Jensen模型水分生产函数并求解。研究结果表明,对照处理辣椒青果总产量最大,为36 203.90 kg/hm2,苗期轻度和中度水分调亏以及后果期轻度水分调亏对辣椒青果总产量无显著影响(P>0.05),其余水分调亏处理辣椒总产量比对照显著减少10.45%~13.32%。盛果期轻度水分调亏和后果期轻度水分调亏使水分调亏时段的辣椒青果含水率分别比对照显著降低5.75,5.83个百分点(P<0.05)。各水分处理辣椒灌溉水利用效率(IWUE)和水分利用效率(WUE)相差不大,苗期中度水分调亏以及后果期轻度水分调亏处理的辣椒WUE分别比CK显著增加11.63%和9.41%。由求解得的Jensen辣椒水分生产函数可知,辣椒开花坐果期水分敏感指数最大,为0.517。因此,开花坐果期是辣椒的需水临界期,此生育期缺水对辣椒产量影响较大,为保证辣椒高产,应充分供水(75%~85%FC)。

关键词辣椒;膜下滴灌;水分调亏;产量构成;水分生产函数

由水资源污染、浪费和水资源时空分布不均等因素造成的缺水问题制约着我国农业现代化的发展、GDP的增长和居民生活水平的提高[1]。据统计,在2016年我国总用水量为6 040.2亿m3,其中,农业用水占62.4%[2],这说明农业用水仍是我国的用水大户。灌溉农业是干旱和半干旱地区农业的主要发展形式,也是农业用水的主要去向[3]。与发达国家相比,我国现代农业科技发展起步晚、发展慢,从而造成我国农业对水资源的利用效率始终偏低,水资源利用过程中浪费严重[4]。辣椒是生活中重要的蔬菜作物和调料原料之一,在栽培过程中辣椒耗水量一般较大,而且辣椒根系下扎深度小,根量少,对水分敏感,抗耐旱和耐涝能力弱[5-6]。大量研究表明,适时适度的水分亏缺不仅能减少辣椒营养器官的过度生长,从而可以抑制辣椒植株对水分和养分的无效消耗[7-8]。国内外有关水分调亏对作物生长、产量构成、水分利用效率和水分生产函数及作物各个生育阶段的水分敏感性等方面的研究主要集中在果树和大田作物方面,而以蔬菜作为水分调亏对象的研究较少,尤其是辣椒在大田环境下水分调亏对其生长影响的研究甚少[9-10]

本研究在辣椒不同生育期进行不同程度的水分调亏,研究水分亏缺对辣椒生长、水分利用和产量形成的影响,并用Jensen模型构建求解辣椒水分生产函数,从而确定辣椒对不同生育期水分胁迫的敏感性大小以及本研究中最优灌溉方式。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验在甘肃省张掖市民乐县益民灌溉试验站进行。试验区地处东经100°43′,北纬38°39′,海拔1 970 m,降水相对缺乏,平均多年降雨量为183~285 mm;昼夜温差大,年平均温度为6 ℃;4-10月为无霜期,是田间作物栽培时期;日照充足,年日照时数3 000 h左右。试验区土壤容重为1.45 g/cm3,田间持水量(质量含水率)为24%,地下水位为20 m。

1.2 试验材料

试验选用的品种为当地的主打品种金椒6号。该品种抗寒抗旱能力强,适合在大田栽培,本试验辣椒灌溉方式采用膜下滴灌。

为提高幼苗成活率,选择在温棚育苗,等到幼苗生长到15 cm左右后移栽定植到田间。起垄前施入足量的氮磷钾复合肥。为了预防辣椒生长期间的各种常见病虫害的发生,本试验从辣椒现蕾开始每隔15 d喷施一定浓度的吡虫啉、噻唑行、霜脲·锰锌和高效氯氟氰菊酯。辣椒青果分3次采摘,第1批在7月11日采摘,第2批在8月5日采摘,最后一批在8月29日采摘。

1.3 试验设计

本试验为单因素试验,将辣椒生育期按其生长特点分为4个生育期:苗期(5月11日至6月9日)、开花坐果期(6月10日至7月5日)、盛果期(7月6日至8月5日)和后果期(8月6日至8月29日)。土壤水分设充分灌水(75%~85% 田间持水量,Field capacity,FC)、轻度水分调亏(65%~75% FC)和中度水分调亏(55%~65% FC)3个梯度。在苗期和开花坐果期均分别进行轻度和中度水分调亏,在盛果期和后果期分别进行轻度水分调亏,以全生育期充分灌水处理(75%~85% FC)为对照。因此,本试验共设7个处理,每个处理设3次重复,共21个小区,小区面积为2.4 m×6.0 m,采用随机区组设计。当测得试验小区水分低于设计下限时,灌水到设计上限,灌水方法为膜下滴灌灌水,水表量水,计划湿润层为30 cm,具体试验设计方案见表1,其中,CK为对照处理。

试验小区内滴灌带、垄,辣椒植株及排水沟布置形式如图1所示,采用人工起垄,垄中间铺设一条滴头间距为30 cm内镶贴片式滴灌带,灌水时滴头平均流量为2.5 L/h。铺设完滴灌带后在滴灌带两侧,离滴灌带约5 cm平行于滴灌带处分别用小锄头开挖2条深为8 cm左右的小沟,并施入由硫酸钾 0.30 kg/m2,三元复合肥 0.35 kg/m2,尿素 0.35 kg/m2,磷酸二铵 0.35 kg/m2 组成的混合肥料,后期不再追肥。辣椒采用的定植方式如图1所示,为了尽可能减少雨水大量入渗,每个小区之间沿垄走向以排水沟的形式隔开,在垄沟和排水沟沟底用塑料薄膜(厚度为0.08 mm,宽为120 cm)以搭接方式进行覆盖并用约5 cm厚土层压盖。

表1 试验设计
Tab.1 Experimental design %

注:表中“~”前后数字分别代表辣椒计划湿润层水分的控制上限和下限(占田间持水量的百分数)。
Note:The numbers in front and back of the mark "-" in the table represent the upper and lower limits of soil water control(the percentage of field capacity),respectively.

A.排水干沟沟堤;B.排水干沟;C.田埂;D.垄沟;E.滴灌带;F.辣椒植株;G.垄;H.小区纵向防渗薄膜;图中数字后单位均为厘米(cm)。
The capital letters from A to H in the figure mean the dyke of the main drain ditch,main drainage ditch,ridges,furrow,drip irrigation tape,pepper plant,
field ridge and vertical anti-seepage plastic film between plots,respectively;The unit behind the numbers is centimeter(cm).

图1 垄和垄沟剖面示意
Fig.1 Section diagram of ridges and furrows

1.4 试验区基本气象状况

由表2可知,辣椒全生育期内最高气温为33.8 ℃,出现在后果期;最低气温为-0.5 ℃,出现在苗期。 苗期日平均气温最低,为11.7 ℃,平均日照时数为7.9 h,降雨量为20.8 mm,占全生育期总降雨量的12.71%;开花坐果期日平均气温较高,为17.7 ℃,平均日照时数最大,为10.1 h,但降雨量仅为6.1 mm, 占全生育期降雨量的3.73%,基本无降雨;盛果期日平均气温较高,为17.7 ℃,平均日照时数为8.9 h,降雨量60.9 mm,占全生育期总降雨量的37.23%;后果期日平均气温为17.1 ℃,平均日照时数最小,为3.9 h,但降雨量最大,为75.8 mm,占全生育期总降雨量的46.33%。

1.5 试验仪器设备

钢尺、游标卡尺(分度值为0.02 mm)、土钻、烘箱、电子天平(感量为0.01 g)、环刀、地温计、水表。

表2 辣椒各生育期基本气象状况
Tab.2 Meteorological conditions during different pepper growth periods

1.6 测定项目及方法

1.6.1 株高、茎粗和叶面积指数 移栽到田间的辣椒幼苗长势基本一致,平均株高为15.52 cm,平均茎粗为4.02 mm,平均叶面积指数为0.054。辣椒植株的株高、茎粗和叶面积指数从移栽在每个生育期末分别测定一次。用游标卡尺测量辣椒主茎直径,株高的测量用分度值为1 mm的钢卷尺,叶面积的测量采用称重法,每次测定时从每个小区随机选取5株辣椒分别测量株高、茎粗和叶面积指数并分别记录。

1.6.2 辣椒青果含水率 辣椒青果含水率用烘干法测定。每次采摘完成熟辣椒青果后,从每个小区随机选取10个辣椒青果分别称取鲜质量并记录,然后分别装入纸袋,在105 ℃条件下杀青1 h后,再将烘箱温度调为85 ℃,烘8 h左右,待辣椒果实质量不再发生变化后分别称量干质量并记录。

1.6.3 土壤水分 采用烘干法测定土壤水分,在辣椒移栽前(5月9日)用土钻每隔10 cm分别钻取小区膜下0~60 cm土壤剖面内土样,测定其含水率,以后每隔4,7 d采用同样方法测定一次,灌水后以及降雨前后各加测一次。由于本研究中辣椒计划湿润层为膜下30 cm的土层,因此,本研究以0~30 cm土层的土壤水分大小作为灌水依据,而以0~60 cm内土壤水分的大小作为作物对土壤水分消耗量的计算依据。当试验测得辣椒计划湿润层土壤水分低于表1所示下限时,立即灌到控制上限,辣椒灌水计算公式如下:

M=10γHpP(θi-θj)

式中,M为灌水量(mm);γ为计划湿润层土壤容重(g/cm3);Hp为计划湿润层深度(30 cm);θiθj为灌水前后测得的土壤质量含水率(%);P为滴灌设计湿润比(65%)。

1.6.4 辣椒耗水量 采用水量平衡法计算。

式中,i为土层编号,Er为辣椒第i生育阶段耗水量(mm);Hi为第i层土层厚度(cm);ri为第i层土壤容重(1.45 g/cm3);Wi1Wi2 为第i层土壤在测量时段始末含水率(%);P为测量段内的降雨量(mm);K为深层水向膜下60 cm土层内的补给量(mm);C为深层渗漏量(mm)。试验区地下水位为20 m,无深层水补给,故K取0;最大灌水量为田间持水量的85%,计划湿润层为30 cm,所以无深层渗漏水,故C取0,并将辣椒终耗水量计算结果单位转化成m3/hm2

1.6.5 水分利用效率和灌溉水利用效率

WUE=Y/ETa

IWUE=Y/I

式中,WUE为辣椒的水分利用效率(kg/m3);IWUE为辣椒的灌溉水利用效率(kg/m3);Y为辣椒青果总产量(kg/hm2); I为辣椒全生育期总灌水量(m3/hm2);ETa为辣椒全生育期总耗水量(m3/hm2)。

1.7 数据分析

采用软件Excel 2007和SPSS 13.0对采集数据进行统计分析,并用Excel 2007作图。

2 结果与分析

2.1 膜下滴灌调亏对辣椒株高茎粗和叶面积指数的影响

2.1.1 膜下滴灌调亏对株高的影响 由表3可知,处理WRD1、WRD5和WRD6辣椒株高与CK处于同一水平,而WRD2、WRD3和WRD4的辣椒株高处于同一水平,均显著小于CK(P<0.05)。因此,与对照处理相比,苗期中度、开花坐果期轻度和中度水分调亏均会显著降低辣椒株高(P<0.05),而在苗期、盛果期和后果期对辣椒分别进行轻度水分调亏时,水分亏缺对辣椒株高影响不显著(P>0.05)。

表3 辣椒生育期末株高、茎粗和叶面积指数
Tab.3 The plant height,stem diameter,leaf area index in the end of pepper growth stage

注:同一列不同小写字母表示P<0.05的显著水平。表4-7同。
Note:Within each column,different small letters mean significant difference at P<0.05.The same as Tab.4-7.

2.1.2 膜下滴灌调亏对茎粗的影响 由表3可知,处理WRD1、WRD5和WRD6辣椒的茎粗与CK处于同一水平,而WRD4的辣椒茎粗最小,为12.62 mm,显著小于CK(P<0.05)。WRD2和WRD3的辣椒茎粗也均显著小于CK。但WRD3与WRD4之间无显著差异,WRD2显著大于WRD4。说明辣椒在苗期、盛果期和后果期受到轻度水分亏缺时,水分亏缺对辣椒株高无显著影响(P>0.05),而苗期中度、开花坐果期轻度和中度水分调亏均显著抑制了辣椒茎粗的增大。其中,开花坐果期中度水分调亏对辣椒茎粗影响最明显。

2.1.3 膜下滴灌调亏对叶面积指数的影响 处理WRD1和WRD6辣椒叶面积指数与CK处于同一水平(表3),而WRD2、WRD3、WRD4和 WRD5的辣椒叶面积指数均处于同一水平,均显著小于CK(P<0.05)。说明在苗期轻度水分调亏处理对辣椒叶片生长无显著影响(P>0.05),而在辣椒生长较快的开花坐果期和盛果期轻度水分调亏就能显著抑制辣椒叶片生长,在营养生长基本完成的后果期,水分调亏对辣椒叶片生长无显著影响。

2.2 膜下滴灌调亏对辣椒产量及产量构成要素的影响

2.2.1 膜下滴灌调亏对产量的影响 第1次采摘产量:如表4所示,第1批青果在胜果期初采收,苗期轻度水分调亏处理WRD1的青果产量与采摘前未调亏的处理WRD5 、WRD6和CK均处于最高水平,而开花坐果期中度水分调亏处理WRD4的青果产量最低,比CK显著(P<0.05)小25.00%,苗期中度水分调亏处理WRD2和开花期轻度水分调亏处理WRD3的辣椒青果产量均显著小于CK,但均显著大于WRD4。

第2次采摘产量:第2批辣椒青果在盛果期末采收,盛果期受到轻度水分调亏的处理WRD5的辣椒青果产量分别比CK显著(P<0.05)小21.08%(表4),开花坐果期轻度和中度水分调亏处理WRD3和WRD4的辣椒青果产量均与WRD5处于同一水平,且均显著小于CK,而处理WRD1和WRD2的青果产量均与CK无显著差异(P>0.05)。

第3次采摘产量:辣椒最后一批青果在后果期采收,与CK相比,在此阶段受到轻度水分调亏的处理WRD6的青果产量与CK无显著差异(P>0.05)(表4),而开花坐果期轻度和中度水分调亏处理WRD3和WRD4的辣椒青果产量分别比CK显著小10.52%和9.48%(P<0.05),而其余调亏处理辣椒青果产量均与CK无显著差异。

总产量:全生育期充分供水处理CK的辣椒青果总产量最大,为36 203.90 kg/hm2(表4),开花坐果期中度水分调亏处理WRD4的辣椒青果总产量最低,为31 379.76 kg/hm2。苗期轻度和中度水分调亏处理WRD1和WRD2的青果总产量与CK处于最高水平,其余水分调亏处理的青果总产量比对照显著小10.45%~13.32%。这说明在本研究方案中,充分灌水条件下辣椒产量最大,适宜时期适度的水分亏缺对辣椒产量影响不大,苗期轻度和后果期轻度水分调亏均不会引起辣椒青果总产量的显著下降,而开花坐果期和盛果期水分调亏均显著降低了辣椒青果产量。

表4 不同水分处理下辣椒产量
Tab.4 Pepper fruit yield in different water treatments kg/hm2

2.2.2 膜下滴灌调亏对单株结果数的影响 辣椒单株结果数以3次采摘之和计。由图2可知,对照处理的平均单株结果数最大(22),开花坐果期中度水分调亏处理WRD4的单株结果数最小(15个),比CK显著小31.82%(P<0.05)。开花坐果期轻度水分调亏处理WRD3的辣椒单株结果比CK显著小15.91%,但显著大于WRD4(P<0.05),其余水分调亏处理的辣椒单株结果数与CK间均无显著差异,说明辣椒在开花坐果期受到水分亏缺时,辣椒坐果率会明显下降。

2.2.3 膜下滴灌调亏对单果重的影响 如表5所示,第1批辣椒成熟青果在进入盛果期后的第7天采收,其中处理WRD2的辣椒单果重比CK显著大15.23%(P<0.05),而WRD3和WRD4比CK显著小13.40%,20.64%,其余水分调亏处理的辣椒单果重均与对照无显著差异(P>0.05)。第2批辣椒青果的采摘在盛果期末完成,其中,WRD2和WRD3的单果重处于同一水平,分别显著大于CK 24.26%和18.35%。而WRD5的单果重比CK显著小13.31%,而其余水分调亏处理辣椒单果重均与CK无显著差异。最后一批青果在后果期末采收,其中处理WRD2的单果重最大,为52.45 g。WRD4与WRD2处于同一水平,均显著大于CK,而WRD6单果重比CK显著小12.50%。而其余水分调亏处理与CK均无显著差异。这表明在果实形成前期一定程度水分亏缺有利于后期辣椒青果的生长,而在果实形成时期,水分亏缺能显著抑制辣椒青果的生长。

不同小写字母表示P<0.05的差异显著。
The different small letters in figure mean significant difference at P<0.05.

图2 不同水分处理下辣椒单株结果数
Fig.2 Pepper fruit number per plant in
different water treatments

表5 不同水分处理各采摘阶段辣椒单果重
Tab.5 Pepper fruit weight in each picking under different water treatments g

2.2.4 膜下滴灌调亏对果实含水率的影响 辣椒青果含水率分批测定,如表6所示,在第1批采摘的辣椒成熟青果中,处理WRD4的青果含水率显著小于其他处理(P<0.05),而其他处理之间青果含水率均无显著差异(P>0.05),这主要是因为第1批果实主要在开花坐果期生成,并且处理WRD4在开花坐果期受到较重的水分亏缺的影响,而在盛果期内复水时间(7 d)较短,最终导致辣椒青果含水率小于其他处理。第2批辣椒青果的采摘在盛果期末完成,此生育期受到轻度水分调亏的处理WRD5的辣椒青果含水率分别比对照显著低5.75个百分点,而其余处理的辣椒青果含水率与对照无显著差异。辣椒最后一茬青果在后果期末完成,各处理中只有此阶段受到轻度水分调亏的处理WRD6的青果含水率比对照显著低5.83个百分点,而其余处理的辣椒青果含水率与对照无显著差异,这说明在辣椒果实形成时期水分亏缺能有效降低亏水时段青果的含水率,改善辣椒储运品质,而在亏水之后复水所生成辣椒青果的含水率与对照无显著差异。

表6 不同水分处理各采摘阶段辣椒果实含水率
Tab.6 Pepper water content in each picking under different water treatments %

2.3 膜下滴灌调亏对辣椒水分利用效率的影响

2.3.1 膜下滴灌调亏对全生育期耗水量和灌溉水量的影响 由表7可知,不同生育期水分亏缺均能降低辣椒全生育期耗水量和灌水量。处理CK的辣椒全生育期耗水量和灌水量均最大,除WRD1的全生育期耗水量和灌水量与CK无显著差异(P>0.05)外,其余调亏处理辣椒总耗水量和灌水量均显著小于CK(P<0.05),其中,处理WRD2和WRD6的辣椒全生育期耗水量和灌水量处于同一水平,比CK显著小10.03%~11.23%,而WRD3、 WRD4和WRD5的辣椒全生育期耗水量和灌水量均处于同一水平,比CK显著小16.29%~17.95%,这说明水分亏缺对辣椒总耗水量的影响大小与水分调亏时期和水分调亏程度的大小有关。

2.3.2 膜下滴灌调亏对水分利用效率的影响 由表7可知,处理WRD2的WUE最高,为14.59 kg/m3,WRD4的WUE最低,为12.33 kg/m3。其中,处理WRD2和WRD6的WUE分别比CK显著大11.63%,9.41%(P<0.05),而WRD4的WUE比CK显著小5.66%,其余水分调亏处理的WUE均与CK无显著差异(P>0.05)。因此,苗期中度和后果期轻度水分调亏均在不显著降低辣椒青果产量的条件下,显著提高了辣椒水分利用效率。

2.3.3 膜下滴灌调亏对灌溉水利用效率的影响 处理WRD2的IWUE最高,为15.47 kg/m3,显著大于CK(P<0.05),而WRD4的IWUE最低,为12.89 kg/m3,显著小于CK。其中,WRD6的IWUE与WRD2处于同一水平,均显著大于CK,而WRD1、WRD3和WRD5的IWUE均与CK无显著差异(P>0.05)。这说明苗期中度水分调亏,后果期轻度水分调亏处理均能在不显著降低辣椒青果产量的前提下,显著提高辣椒灌溉水利用效率。

表7 各水分处理辣椒水分利用情况
Tab.7 The water use of pepper in each water treatment

2.4 膜下滴灌调亏辣椒水分生产函数

作物水分生产函数能够定量地表达出作物产量与灌水量或作物耗水量之间的关系[11]。其中,阶段性作物水分生产函数还能通过水分敏感指数或水分敏感系数来确切地表示出作物在不同生育时期遇到不同程度的缺水时对产量带来的影响程度,是研究非充分灌溉的必须资料之一[12]。阶段性水分生产函数模型Jensen乘法模型因通过连乘方式考虑了不同阶段亏水效应之间的影响而被国际上众多学者认为是目前比较完善的水分生产函数模型之一[13]。因此,本研究中辣椒的水分生产函数采用Jensen模型来构建和求解。

2.4.1 Jensen水分生产函数模型的构建 Jensen模型公式如下。

式中, i为辣椒生育阶段编号,n为辣椒生育阶段总数(n=4);m为水分处理总数(m=7);Y为各水分调亏处理中的辣椒青果产量(kg/hm2);Ym为对照处理辣椒青果产量(kg/hm2);Ym为各水分调亏处理辣椒第i个生育阶段的蒸发蒸腾量(mm);ETαi为充分灌溉处理的蒸发蒸腾量(mm);λi为辣椒第i个生育阶段的水分敏感指数。

将②式两边取ln对数得:

对于式⑥可令

因此,⑥式可以用线性公式表示为:

λi·Qi

若有m个处理,可得jQij·Pj(j=1,2,…,mi=1,2,…,n)(j=1,2,…,mi=1,2,…,n)采用最小二乘法,可求得满足下式的λi值。

2.4.2 Jensen水分生产函数模型求解结果 根据试验测得的数据,通过最小二乘法求解2.4.1中模型参数得到本研究条件下辣椒的水分生产函数,如下所示:

×××

式中,字母A、B、C和D分别代表辣椒的4个生育期:苗期、开花坐果期、盛果期和后果期,其他字母含义同前。

模型的相关系数为0.947,由此可知,求解所得辣椒水分生产函数能较好地反映出产量和水分消耗量之间的关系。其中,辣椒在开花坐果期水分敏感指数最大,大小为0.517,明显大于其他生育期水分敏感指数。由此可以得出,开花坐果期为本研究条件下辣椒需水临界期,为避免因缺水而导致产量大幅度降低,此生育阶段应给辣椒充分供水。

3 结论与讨论

由于辣椒根系下扎深度小,且主根粗、根量少,从而导致辣椒对土壤水分比较敏感。随着土壤缺水程度的增加,水分胁迫对辣椒营养器官生长的抑制作用就越明显,株高、茎粗、叶面积等生长指标会随着水分胁迫程度的不断加强呈现下降趋势[14-15]

本研究表明,充分供水处理下辣椒营养生长旺盛,辣椒最终株高、茎粗和叶面积指数均处于最高水平。辣椒在苗期受到中度水分亏缺、在开花坐果期受到轻度和中度水分亏缺以及盛果期受到轻度水分亏缺时,水分亏缺均显著抑制了辣椒营养生长,导致这些处理中辣椒的株高、茎粗和叶面积指数均显著小于对照。而在苗期和后果期受到轻度水分亏缺时,辣椒各生长指标(株高、茎粗和叶面积指数)均与充分灌水的对照组无显著差异。

不同作物均对干旱有一定的适应能力,特别是旱作物。作物受到水分胁迫时,可以通过改变自身生理过程或调整自身各器官的生长来减少或避免干旱胁迫对自身造成的损伤[16-17]。可以利用这一机理在作物营养生长阶段人为施加适度水分胁迫,可有效控制作物生长,调控养分和光合产物更多地进入生殖器官,从而提高果实产量在整个作物中的分配比例 [18-19]。从本研究结果得出,辣椒在苗期受到轻度和中度水分亏缺时辣椒单果重高于充分灌水的对照组。而在果实大量形成的开花坐果期和盛果期,水分亏缺使辣椒单果重显著下降,抑制了青果的膨大生长。

水分亏缺可有效降低果蔬的含水率,方便果蔬的储存和保鲜,从而可提高果蔬的货架寿命[20-21]。本研究结果表明,盛果期轻度水分调亏处理WRD5的辣椒在亏水时段(第2批果实生成时期)青果水率比对照显著低5.75个百分点,后果期轻度水分调亏处理WRD6的辣椒在亏水时段(第3批果实生成时期)青果含水率比对照显著低5.83个百分点,而在果实生长的未亏水或亏水后复水时段辣椒青果的含水率与充分灌水的对照无显著差异,这说明在辣椒果实形成时期水分亏缺能有效降低水分亏缺时段青果的含水率,这与武阳等[22]、房玉林等[23]和唐晓伟等[24]对葡萄、番茄和香梨的研究结果相似。

农作物栽培过程中的用水效率常用作物水分利用效率(WUE)来衡量[25]。王峰等[26]、韦东等[27]和刘晓荣等[28]分别对辣椒、葡萄和白鹤芋的调亏灌溉研究表明,采用调亏灌溉方式对作物供水可明显减少作物生育期耗水量,从而有效提高作物水分利用效率。在本研究中,由于试验区地下水埋藏深,灌溉水无深层渗漏,且辣椒生育期内降雨少以及田间薄膜的阻挡及排水作用,辣椒主要消耗的水分来自灌溉水,辣椒灌溉水利用效率(IWUE)和WUE相差不大,苗期中度水分调亏(WRD2)和后果期轻度水分调亏(WRD6)使辣椒WUE分别比CK显著高11.63%和9.41%。并且在处理WRD2的辣椒产量与对照无显著差异,而辣椒平均单果重显著高于对照。因此,WRD2为本研究中辣椒最优水分处理。

在本研究条件下,采用Jensen(1968年)乘法模型构建辣椒水分生产函数效果良好(R=0.947),并且辣椒开花坐果期的水分敏感指数最大,为0.517。在开花坐果期,试验区日平均气温较高,为17.7 ℃(表2),日照充足,平均日照时数最大,为10.1 h,温热条件良好,适合辣椒生长发育,但此生育时期降雨量仅为6.1 mm,基本无降雨,缺水就成为此阶段辣椒生长发育的限制因素,相对于其他生育阶段,此阶段缺亏水对辣椒生长发育产生的影响较大,从而对辣椒产量也会产生较大影响。因此,在本研究条件下,辣椒的需水临界期为开花坐果期,为避免因缺水而导致辣椒青果产量大幅度降低,在开花坐果期应保证辣椒根区土壤有充足的水分供辣椒吸收,即将辣椒计划湿润层内的水分控制在田间持水量的75%~85%。

参考文献:

[1] 冯浩源,石培基,周文霞,等. 水资源管理“三条红线”约束下的城镇化水平阈值分析:以张掖市为例[J]. 自然资源学报,2018,33(2):287-301.

[2] 范 博. 节水现状存在的水资源问题及保护措施探究[J]. 黑龙江水利科技,2016,44(8):69-70.

[3] 韩 琦,姜纪沂,李 瑛,等. 西北干旱半干旱区水资源承载力研究现状与发展趋势[J]. 节水灌溉,2017(6):59-62,67.

[4] 张正海,张 燕. 浅谈我国水文水资源领域技术需求及推广应用[J]. 地下水,2017(6):178-181.

[5] 邹宇锋,山 立. 有限水资源条件下西北旱区农业发展途径[J]. 干旱地区农业研究,2014(2):257-263.

[6] 王文志,王文彬. 如何加快节水型农业建设的思考[J]. 农机使用与维修,2013(11):114.

[7] 车艳芳,杨英茹. 白菜,萝卜和辣椒种植技术[M]. 石家庄:河北科学技术出版社,2014.

[8] 耿三省,陈 斌,张晓芬,等. 我国辣椒品种市场需求变化趋势及育种对策[J]. 中国蔬菜,2015,1(3):1-5.

[9] 王永平,何 嘉,张绍刚,等. 我国辣椒国内外市场需求现状及变化趋势[J]. 北方园艺,2010(1):213-216.

[10] 龚记熠,彭毅秋,张冬林,等. 干旱胁迫对引种辣椒生长特性的影响[J]. 广东农业科学,2014,41(2):54-56,69.

[11] 韩 磊,杜妮妮. 作物水分生产函数的理论基础及其应用[J]. 宁夏农林科技,2012,53(8):24-25,45.

[12] 夏 辉,杨路华. 作物水分生产函数常用模型及灌溉制度优化概述[J]. 安徽农业科学,2010,38(11):5521-5522,5555.

[13] 张玉顺,路振广,张 湛. 作物水分生产函数Jensen模型中有关参数在年际间确定方法[J]. 节水灌溉,2003(6):4-6,45.

[14] 杨会颖. 西北旱区膜下滴灌条件下辣椒耗水规律及灌溉制度研究[D]. 北京:北京师范大学,2012.

[15] 张爱民,杨 红,耿广东. 干旱胁迫对辣椒幼苗形态指标的影响[J]. 贵州农业科学,2011,39(10):54-56.

[16] 李 娜,李 莉,陈光晖. 作物抗旱机理及其相关基因的研究进展[J]. 长江大学学报:自然科学版,2011,8(3):239-243.

[17] 范钧星,王立红,郭忠军. 干旱对作物机理的影响研究进展[J]. 农村经济与科技,2016,27(7):6-8.

[18] 千晶晶,原保忠,别之龙. 温室作物调亏灌溉研究进展[J]. 中国农学通报,2012,28(12):18-23.

[19] 杨 盛,宋宇琴,李 洁,等. 调亏灌溉技术在果树应用上的研究进展[J]. 北方园艺,2015(11):176-179.

[20] 王燕丛. 日光温室茄子调亏灌溉节水机理研究[D]. 邯郸:河北工程大学,2012.

[21] 刘 浩,孙景生,王聪聪. 灌溉对蔬菜品质影响的研究现状及发展趋势[J]. 中国农村水利水电,2011(4):81-84,87.

[22] 武 阳,王 伟,雷廷武,等. 调亏灌溉对滴灌成龄香梨果树生长及果实产量的影响[J]. 农业工程学报,2012,28(11):118-124.

[23] 房玉林,孙 伟,万 力,等. 调亏灌溉对酿酒葡萄生长及果实品质的影响[J]. 中国农业科学,2013,46(13):2730-2738.

[24] 唐晓伟,刘明池,郝 静,等. 调亏灌溉对番茄品质与风味组分的影响[J]. 植物营养与肥料学报,2010,16(4):970-977.

[25] 时学双,李法虎,闫宝莹,等. 不同生育期水分亏缺对春青稞水分利用和产量的影响[J]. 农业机械学报,2015,46(10):144-151,265.

[26] 王 峰,杜太生,邱让建,等. 调亏灌溉对温室辣椒产量、品质及水分利用效率的影响[C]//全国农业水土工程第六届学术研讨会论文集. 昆明:2010:454-462.

[27] 韦 东,卢震林. 吐鲁番地区成龄葡萄滴灌水分利用效率研究[J]. 安徽农业科学,2016,44(21):41-43.

[28] 刘晓荣,廖飞雄,王建新,等. 白鹤芋的光合特性和水分利用效率[J]. 西北农业学报,2015,24(2):142-145.

The Study of Water Regulated Deficit on Yield Component and Water Production Function of Pepper with Mulched Drip Irrigation

WANG Shijie1,ZHANG Hengjia1,BA Yuchun2,WANG Yucai1,HUANG Caixia1,XUE Daoxin1,LI Fuqiang1

(1.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Gansu Minle County Hongshuihe Administration,Minle 734500,China)

AbstractIn order to study the effects of water deficit in different growth periods on growth,yield and water use efficiency of pepper with mulched drip irrigation,mild water deficit(65%-75% Field capacity,FC)and moderate water deficit(55%-65% FC)were composed during seedling period and blossom and fruit period,respectively,mild water deficit was composed during full fruit period and later fruit period,respectively,and full irrigation(75%-85% FC)during the whole pepper growth period as the control(CK). Meanwhile,water production function of pepper was modeled and solved by Jensen model. The results showed that the maximum pepper fresh fruit yield was found in the fully irrigated pepper(CK)with fruit yield of 36 203.90 kg/ha. The mild and moderate water deficit during seedling period and mild water deficit during later fruit period had no significant influence(P>0.05)on total fresh fruit yield of pepper compared with CK,but the other water deficit treatments had significantly smaller total fresh fruit yield by 10.45% to 13.32% than CK. The mild water deficit at the full fruit period and mild water deficit at later fruit period could significantly(P<0.05)decreased pepper fresh fruit moisture content by 5.75,5.83 percentage points during the stage with water deficit compared to CK,respectively. Pepper irrigation water use efficiency(IWUE)and WUE were similar in each water treatment,the WUE of the water treatments with moderate water deficit during seedling period and mild water deficit during later fruit period were significantly greater than CK by 11.63% and 9.41%,respectively. The water sensitive index at blossom and fruit period was the maximum of 0.517 during the different pepper growth period in Jensen water production function. Therefore,the blossom and fruit period was the critical period of water requirement of pepper,the water deficit in this growth period would lead to serious reduction of pepper yield. In order to get a higher yield,full irrigation(soil moisture was controlled at 75% to 85% of field capacity)should be conducted at this growth period.

Key words:Pepper;Mulched drip irrigation;Water regulated deficit;Yield formation;Water production function

中图分类号S275

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2018)04-0217-09

doi:10.7668/hbnxb.2018.04.031

收稿日期2018-04-17

基金项目国家自然科学基金项目(51669001);甘肃省高等学校基本科研业务费项目(2012)

作者简介王世杰(1989-),男,甘肃临夏人,硕士,主要从事作物节水理论及技术研究。

通讯作者张恒嘉(1974-),男,甘肃天水人,教授,博士,博士生导师,主要从事农业水土资源高效利用研究。