多参数土壤水分、温度速测仪对温室小型西瓜苗期根区的研究.doc

托普仪器、质量第一、诚信至上、服务为本、创新为魂、立足精专、追求卓越多参数土壤水分、温度速测仪对温室小型西瓜苗期根区的研究摘 要以小型西瓜“黑美人”为试验材料，采用浙江托普仪器的多参数土壤水分、温度速测仪在日光温室内进行了灌溉试验研究，试验设置125Ep(Ep为两次灌水时间间隔内的蒸发皿蒸发量)、10Ep、075Ep和05Ep四个供水处理，以探求不同供水条件对温室小型西瓜根区土壤水分变化、土壤温度、西瓜的形态指标水分生理指标和光合生理指标的影响，并采用DPS分析软件对数据进行了显著性分析。土壤含水量随供水量的降低依次减少；株高呈现125Ep1oEp075Ep05Ep处理趋势，茎粗和LAI变化规律为075Ep10Ep125Ep05Ep处理；叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b均以075Ep处理最高，05Ep处理最低，而叶绿素ab值为05Ep处理最高根层土壤温度变化呈05Ep075Ep10Ep125励处理趋势；各处理叶片细胞液浓度呈“单峰”曲线，不同处理之间表现为o5Ep075Ep10Ep125Ep处理，土壤含水量与细胞液浓度问呈较好的二次曲线关系；光合速率和气孔导度的日变化规律呈“双峰”曲线，各处理之间呈125Ep1oEp075Ep05Ep处理趋势。西瓜苗期采用075Ep处理能够获得最好的形态指标和叶片光合色素含量，在用水量少的前提下获得了较适宜的根区土壤温度、叶片细胞液浓度、较高的光合速率和气孔导度值。关键词：小型西瓜；生理指标；多参数土壤水分、温度速测仪。小型西瓜(Citrullus lanatus Matsumet Nakai)，又称“微型西瓜”、“礼品西瓜”，是近年发展起来的优质西瓜新品种，已成为中国西瓜市场上的高档畅销果品，是现代化温室和设施农中经济效益较高、栽培量较大的果品种类之一。温室小环境下，空气流通较小，水分过多会使温室中湿度增加，容易造成病虫害严重的现象，因而水分的合理控制对作物的生长发育和产量、品质的形成都有很大影响。近几年国内外研究人员就如何控制作物根系层的水分条件，避免其周期性水分过多和水分亏缺，使其始终处在最优状态下，为作物的生长发育提供良好的生长条件做了大量的研究。陈金平【2J研究表明：随着土壤水分胁迫程度的增加，净光合速率、蒸腾速率、叶水势明显下降，气孔导度具有相同的趋势，而细胞液浓度显著升高。冯嘉王月【3 J等研究表明在土壤水分为田间持水量的90时，黄瓜幼苗长势健壮，茎粗大，根系活力强，叶绿素含鼍和光合速率高。曾向辉等14 J对温室圣女樱桃西红柿进行了滴灌灌水制度的试验研究，确定西红柿高产的适宜土壤含水率范围(田问持水率的百分比)，苗期为55一70，开花座果期为65一85，结果期为7090。彭致功引5研究了不同灌水下限对番茄产量性状及其生理机制的影响，得出苗期土壤含水量为田间持水量50的水分处理可提高35的座果率；番茄座果后保持土壤含水率不低于田间持水量的70，较适合番茄生长。张辉L6 J研究认为，番茄生育前期和后期灌溉控制下限土壤水吸力值分别控制在20 kPa和60 kPa左右可提高番茄的产量和劳动生产率。BorinMJ研究认为番茄的灌水始点应为土壤含水量的68，该点有利于番茄的生长发育和产量提高。Borelli8|、Yohannes等。在灌溉方法作物的研究中发现，在温室内采滴灌不仅能提高作物产量，而且能明显改善果实品质。目前，在温室大棚内对小型西瓜的灌溉通常采用沟灌，而对于有效控制作物根系层水分条件，避免产生周期性水分过多和水分亏缺的滴灌研究较少，同时对于温室小型西瓜在不同供水条件下根区土壤水分、温度以及相关生理指标的研究也还较少。针对上述问题，本文通过2007年和2008年的试验，研究滴灌技术在不同供水条件下对温室小型西瓜苗期根区土壤水分、温度及其生理指标的变化规律，为滴灌技术在温室小型西瓜栽培中的应用提供理论依据，指导其在设施农业中的生产实践。1材料与方法11试验材料试验在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室的日光温室内进行。温室结构为房脊型，长36 m，宽103 m，高4 m。实验室位于东经108004，北纬34020一。种植前测定的土壤养分状况：土壤有机质含量为1609 gkg，全氮含量为115gkg，全磷含量为118 gkg，全钾含量2026 gk，速效磷含量为2630 mkg，土壤肥力中等。温室内60 cm土层内平均土壤干容重为139 gcm3，田间持水量六为3266(体积百分比)。试验以小型西瓜“黑美人”为试验材料。分别于2007年8月27日和2008年4月8日定植，定植时浇保苗水1 500 ml，定植后覆膜。苗期分别结束于2007年9月15日和2008年4月27日。垄与垄间距100 cm，株距为40 cm，密度为25 000株hm2。12试验设计试验设置125勖、10助、075Ep和05Ep四个供水处理，每个处理设置4次重复。试验采用膜下滴灌，一条毛管控制一行作物，毛管长度与小区垄长相同。试验设置在西瓜不同生育阶段采用不同灌水量，灌溉水量采用E601型蒸发器的蒸发量值控制，以每天早晨8：00测定的蒸发量数值为灌溉标准，灌溉频率为1次d，蒸发器安置在温室内。计算方法为M=ZSEp (1)式中，Z为灌溉水量(mE)；吃为作物一蒸发皿系数；S为单个滴头控制面积(cm2)。在本研究中为40cm50 cm=2 000cm2；却为两次灌水时间间隔内的蒸发皿蒸发量(mm)。13、测定项目与方法土壤含水量采用浙江托普仪器有限公司生产的TZS-II多参数土壤水分、温度速测仪，监测深度为30 cm，测定间隔为15 min次。用金属曲管温度计观测试验区地下5、lO、15、20、25 cm土层深度的土壤温度，每天观测6次，观测时间为8：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00。株高采用米尺从西瓜基部开始量取；茎粗用千分尺采用“十字交叉”法量取基部茎秆直径；叶面积指数采用TOP-1200型植物叶面积指数仪测定，叶片细胞液浓度(CSC)采用阿贝折射仪测定；叶绿素测定采用TYS-A型叶绿素测定仪测量；采用英国生产的便携式光合测定系统测定净光合速率(巴)、蒸腾速率(L)、气孑L导度(c1)以及光、温等环境因子。多参数土壤水分、温度速测仪简介TZS-II系列多参数土壤水分、温度速测仪是浙江托普仪器有限公司生产的快速测量土壤水分、土壤温度的检测仪器。可2秒钟内直接测量显示土壤水分和温度含量值，有利于提高作物的产量和品质，也为差异化的节水灌溉提供科学的依据。多参数土壤水分、温度速测仪型号区别：型号 TZS-IW型 TZS-W型 TZS-IIW型 功能 区别直接测量显示土壤水分和温度含量值，有数据存储功能，直接存储在主机上。RS-232通讯接口与计算机通讯，专用数据下载软件 既可直接测量土壤水分和温度值，又可以实时测量时每次采样的时间和水分及温度含量数据，并存储到主机内，可与计算机连接将数据导出，软件具有存储、打印功能（软件赠送），可在计算机里对水分分布进行分析。 具有TZS-W所有功能外，增加了GPS定位功能。在测试土壤含水率和温度的同时，配合GPS能测定测点的精确信息（经度、纬度），可直接显示采样点的位置信息，因而，能够反映土壤水分的空间差异。不仅有利于实施节水灌溉，同时精确的供水也有利于提高作物的产量和品质。实现了含水率和三维位置信息的自动采样和处理，对传感器、GPS接收机的信号进行处理并计算出相应的数据，具备显示、存储、通讯等功能，并可在计算机中对水分分布进行分析。 2、结果分析21 不同供水条件根区土壤水分动态变化水分是影响作物生长发育的主要因素之一，植物的一切正常生命活动都必须在有一定的水分状况下才能进行。本试验在日光温室中进行，不受降雨影响，且地下水位在80 m以下，可忽略地下水的补给，因此，小型西瓜根区土壤水分差异是由不同供水条件和作物根系对水分吸收能力差异而引起的。本试验研究的西瓜处于苗期，根系活跃层较浅，因而，取0。30 cm深度来分析根区土壤水分动态。图1为2008年研究阶段不同供水条件下小型西瓜根区土壤水分变化曲线。从图中可以看出，(1)不同供水处理土壤水分变化规律在试验期间呈缓慢下降趋势，其中05场处理根区土壤含水量下降明显，苗期时根区土壤含水量约为060f；(2)试验期间小型西瓜土壤根区土壤含水量明显呈125却10Ep075勖05邱。说明不同供水条件对研究阶段温室小型西瓜的根区土壤含水量产生了明显影响。22不同供水条件对作物生理指标的影响植物的一切正常生命活动都必须有一定的水分状况下才能进行。在生育前期，作物以营养生长为主，蔬菜通过光合作用合成碳水化合物，积累干物质，积累量的大小直接反映在株高、茎粗、叶片数和叶面积的变化上【11J。从表1中可以看出，2007年和2008年的试验结果中，各处理问在株高、茎粗和叶面积指数(LAI)等指标间均存在显著差异，从125Ep处理到05Ep处理，株高依次降低，即125Ep10Ep075Ep05Ep处理，而茎粗和LAr均呈075Ep10Ep125Ep05Ep处理趋势。以上结果表明125Ep处理在西瓜苗期产生了“徒长”现象，不利于西瓜后面生育阶段的生长，05Ep处理株高、茎粗和LAI均为最低，说明该处理方式在苗期较重抑制了植株的生长，而075Ep处理株高适中，茎粗和LAI均为最大，说明该处理适宜于作物在苗期的生长。23不同供水条件对土壤根区温度的影响西瓜是喜高温作物，地下部分生长发育最适宜的温度在22。C一32。C之间，当温度低于13时，则根系停_ti：生KE12j。表层土壤温度受气温和水分的影响最为明显，作物苗期根系主要分布在10 cm深度范围内，受大气温度和土壤水分的影响更为明显，因此，这里只讨论5 am深度土壤温度在不同供水条件下的变化规律(图2)。从图2中可以看出：(1)不同供水条件下5 cm深度土壤温度变化趋势相似，最高温度均出现在16：0)左右，一日内土壤温度在8：0016：00处于升温阶爱，而16：00以后处于降温阶段。这主要是因为土壤温度与辐射能收支密切相关，当土壤吸收的热量大于散失的热量时土壤升温，反之土壤降温。8：0014：00是太阳热辐射逐渐增强、气温逐渐升高的阶段，而到了16：00以后太阳热辐射能逐渐减弱，到夜间降到最低。因此，土壤剖面温度的变化与太阳的热辐射强弱周期密切相关，这与张朝勇等人-3 研究结果相一致。(2)不同供水条件下土壤温度在晴天的变幅大于阴天，且温度变化呈05Ep075Ep10Ep125Ep处理，说明土壤表面温度日变幅在受到辐射水平的日变化和土壤的热物理性质影响的同时还受到土壤水分含量的影响，同时也表明适当降低苗期的土壤含水量能提高土壤的温度，有利于苗期作物的生长。24不同供水条件对叶片光合色素含量的影响叶绿素作为光合色素中重要的色素分子，参与光合作用中光能的吸收、传递和转化，在光合作用中占有重要地位4|，在一定程度上反映了叶片光合能力的强弱。通过2007年(图3a)和2008年(图3b)的试验研究，结果表明在温室小型西瓜苗期不同供水件下叶绿素a、叶绿素b和叶绿素a+b均以075昂处理最高，05Ep处理最低，而叶绿素ab值表现为05跏处理最高，075Ep处理最低。范淑秀51等研究表明，在光饱和点以下，叶片叶绿素a+b的含量和光合速率呈正相关，而叶绿素ab和光合速率呈负相关。说明075Ep处理在利用光合色素上最优，有利于温室小型西瓜苗期的生长。25不同供水条件对细胞液浓度的影晌251 不同供水条件对细胞液浓度日变化影响叶片细胞液浓度的大小和植物生活过程有极其密切的联系【16 J。图4反映了2007年和2008年温室小型西瓜苗期叶片细胞液浓度的日变化情况，从图中可以看出：(1)各供水条件下西瓜叶片细胞液浓度变化规律相似，均呈现“单峰”曲线，早上由于叶片含水量较高，叶片细胞液浓度较低，随着温度的逐渐增加，光照刺激细胞叶片气孔慢慢张开，叶片的蒸腾失水逐渐增加，细胞液浓度迅速增加，到12：00至14：00左右细胞液浓度达到最大值，随后随着温度的降低，蒸腾强度逐渐减弱，细胞叶浓度有所下降。(2)不同供水处理日变化趋势表现为05却075Ep10Ep125Ep处理，其中05Ep处理细胞液浓度值远高于其他处理，而其余处理细胞液浓度变化差异较小。这主要是因为05Ep处理供水量较小，西瓜叶片处于较重水分胁迫当中，细胞液浓度较高，叶片代谢活动较弱造成。说明在苗期采用05Ep处理较严重地阻碍了作物的生长发育，细胞活性较差，075 Ep处理供水量虽较10Ep和125Ep处理小，但并未降低细胞活性，减弱作物细胞水分代谢，能够避免作物遭受严重水分胁迫，可以更好利用土壤水分，提高作物的水分利用效率。252 细胞液浓度与土壤含水量的关系 当作物缺水时，叶肉细胞液浓度首先增高，因此可以将叶片细胞液浓度作为灌溉指标使用【l 7|。通过对试验数据拟合，如图5所示，土壤含水量与细胞液浓度问并不呈良好的线性关系，而呈较好的二次曲线关系，当土壤含水率较高时，作物叶片细胞液浓度较低，反之土壤含水率较低时，叶片细胞液浓度会增高，即叶片细胞液浓度随着土壤含水率的增高而减小，但是细胞液浓度的最大值并没有出现在土壤含水量最高的点上，说明当土壤含水量达到一定程度时其叶片细胞液浓度不再随其升高而会出现一定程度的降低。26不同供水条件对西瓜光合速率及气孔导度的影响光合作用是绿色植物获取生物学产量和经济产量的主要源泉。分析2007年9月14日(图6a)和2008年4月25日(图6b)不同供水条件对作物光合速率(P。)和气孔导度(G，)的影响，可以看出：(1)西瓜叶片光合速率和气孔导度的日变化规律呈近似的双峰曲线，两个波峰分别出现在上午10：00左右和下午14：00左右。这主要是由于早晨8：00光合有效辐射较弱、气温较低，光合速率较低，随着气温和光照强度的上升，气孔开放，光合速率增高，在10：00左右达到日高值。此后气温、光合有效辐射强度继续升高，空气相对湿度下降，蒸腾急剧上升，西瓜植株体内水分出现亏缺，叶片的保卫细胞就会因失水而体积缩小，导致气孔部分关闭，对水气的阻力增大，从而呈现气孔导度午问降低的现象，致使光合速率急剧减小，至12：00左右出现低谷。此后，随光合有效辐射和温度的降低，光合速率和气孔导度逐渐恢复，出现第二次波峰，但随着太阳入射角度减小和光合有效辐射强度的降低，光合速率和气孔导度逐渐降低。(2)不同供水处理西瓜叶片光合速率和气孔导度均表现为125Ep10Ep075励05Ep处理，其中05勖处理光合速率和气孔导度值远低于其他处理，而其余处理光合速率和气孔导度值变化差异较小。这主要是因为在05Ep处理下西瓜叶片处于程度较重水分胁迫当中，光合速率和气孔导度值较低，叶片水分代谢活动较弱造成。说明在西瓜苗期采用05功处理对作物的光合速率和气孔开度产生了较严重的抑制，075勋处理供水量虽较10Ep和125Ep处理小，但其光合速率和气孔导度值并未明显降低叶片的细胞水分代谢，可以更好利用土壤水分。3讨论适宜的土壤含水量是作物生长和丰产的基础。国内外学者通常采用逐日土壤含水量的变化情况来对作物根区土壤水分状况进行分析研究122。本试验通过对作物苗期根区土壤含水量在不同供水条件下土壤含水量的变化，说明在作物苗期采用不同的供水条件能有效地调控作物根区的水分状况。水分对作物株高的生长存在正效应，供水充足，作物吸收利用好，株高便会增大，而茎粗则不然，水分过多会造成“徒长”现象。本试验研究表明，075砀处理株高适中，茎粗和LAI均为最大，适宜于作物在苗期的生长。不同水分条件下，土壤根区温度和叶片叶绿素含遗及其组成比例的变化都会对植物的生长和光合作用产生影响。本试验的研究结果表明075励处理在利用光合色素上最优，并且获得了较高根区土壤温度，有利于温室小型西瓜苗期的生长。但目前对于不同水分条件下叶片叶绿素含量及其组成变化的影响还没有比较一致的结论，较多地认为随着水分胁迫程度的增加叶绿素含量下降旧3|，也有认为适度水分亏缺会导致叶片叶绿素含量上升【24J。叶片细胞液浓度可以作为灌溉指标使用。本研究表明05肋处理细胞液浓度值远高于其他处理，而其余处理细胞液浓度变化差异较小，说明不同的供水条件致使西瓜叶片处于一定程度的水分胁迫当中，细胞液浓度产生变化，叶片代谢活动减弱，通过叶片细胞液浓度与土壤含水量的数据拟合发现两者之间呈较好的相关关系。这与陈金平o和刘玉青126 J等研究结果一致。根冠通讯理论认为zT,m，当土壤出现一定程度的干旱时，植物根系可以迅速感知干旱，以化学信号(ABA)的形式将干旱信息传递至地上部分，在其地上部的水分状况尚未发生明显改变时即主动降低气孔开度，降低植株生长速率，抑制蒸腾作用，平衡植物的水分利用，以实现植物水分在非充分灌溉条件下的最优化分配。研究表明，随着水分胁迫的加剧，植物常表现出光合速率与气孔导度的平行下降，因而认为气孔限制是水分胁迫下植物光合速率下降的主要原因L290；而有些研究表明，水分胁迫下光合速率下降的主要原因来自于非气孔限制，水分胁迫下RuBP羧化酶效率降低和光合作用表观量子效率下降是光合速率降低的主要原因m,31 J。气孔调节的最优化理论则认为32J，气孔是CO，和水汽交换的通道，气孑L行为同时控制着叶片的光合与蒸腾，在蒸腾水量一定时，通过调节气孔开度，可实现对水分的最优利用。本试验结果表明对温室小型西瓜采用适宜的供水条件来调控作物的气孔运动是可行的。4结论1)不同供水条件能有效地调控西瓜根区的水分状况。随着供水量的依次减少，西瓜苗期土壤含水量呈125Ep10Ep075Ep05Ep处理变化趋势。2)不同供水条件下西瓜的