我國第二大優(yōu)質(zhì)加工番前(Lycopersicon esculentum)生產(chǎn)基地D_2],但該區(qū)域地處干旱、半干旱荒漠草原帶,無灌 溉便無農(nóng)業(yè)產(chǎn)出。隨著國家施用方式對黃河流域水資源調(diào)配,河 套灌區(qū)灌溉水日趨短缺,但另一方面浪費(fèi)又很普遍, 亟需開展節(jié)水灌溉。聚丙稀酰胺(PAM)是一種線型、水 溶性高分子化合物,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常作為土壤結(jié)構(gòu)調(diào)理 劑,可調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu),增加水分人滲,提高水分利用率, 具有保水、保土、保肥、增產(chǎn)等效用。有關(guān)PAM在農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究較多[7_13],但在番茄生產(chǎn)中應(yīng)用較 少?,F(xiàn)通過PAM不同施用方式對土壤水分及番前生長的影響,尋找PAM在番茄生產(chǎn)中的最佳施用方式,為節(jié) 水栽培及番茄高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供理論依據(jù)^
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)地位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾盟的磴口縣 壩愣村,地處河套灌區(qū)西部,年均氣溫7. 6°C,無霜期 136?144 d,年降雨量142. 7 mm,年蒸發(fā)量2 381. 8 mm。
試驗(yàn)地土壤為灌淤土,土層厚度1.0?L 5 m,田間持水 量23.23%,凋萎系數(shù)11.07%,耕層土壤有機(jī)質(zhì)約 10.0 g/kg,0?80 cm 土層土壤容重為 1. 48 g/cm3,地下 水位3_ 0 m以下。番前定植前0?80 cm 土層土壤含水 率平均為22. 06%(折合水層厚度261. 24 mm)。
1-2試驗(yàn)材料
供試材料為PAM,白色粉末,分子量為1 200萬Da (Da表示一個碳12原子質(zhì)量的1/12),具有一定的保水 作用[7a4]。參照前人的研究結(jié)果[8 ^],PAM施用量為 45 kg/hm2。供試番茄品種為“石番97-10”。供試番茄5
月加日定植,定植時(shí)番茄苗為五葉一心,帶基質(zhì)移栽。
PAM不同處理的施用方法、小區(qū)設(shè)計(jì)、農(nóng)藝措施、 施肥量、灌水量、灌水時(shí)期參照耿桂俊等[2]的試驗(yàn)。試驗(yàn) 設(shè)5個處理,不施PAM為對照,番茄移栽前開溝(深 10 cm,寬15 on)施化肥,磨平小溝,覆蓋地膜,然后使用 點(diǎn)播器移栽番茄。溝施在開溝施肥時(shí)將PAM與化肥一 同施在溝內(nèi);混施是在開溝施化肥前將PAM均勻撒施 在番茄定植行上,然后再開溝施化肥;穴施是在開溝施 化肥后,在距離番茄定植處10 cm用點(diǎn)播器穴施PAM。 撒施是在開溝施化肥、磨平小溝后將PAM撒施在定植 行上。單壟為1小區(qū),定植番茄80株,長20 m。隨機(jī)區(qū) 組設(shè)計(jì),每個小區(qū)為1個處理,3次重復(fù)。
釆用壟溝栽培,壟寬1〇〇 cm,溝深20 cm,寬20 on, 溝內(nèi)及壟兩側(cè)覆30 cm寬的地膜。壟上定植2行番 前,行距70 cm,株距50 cm,南北行向,定植密度為 33 333株/hm2。施肥量磷酸二銨375. 0 kg/hm2,氯化鉀 37*5 kg/hm2。試驗(yàn)地進(jìn)行溝灌,分別在番茄緩苗期、苗 期、開花期、坐果期、果實(shí)轉(zhuǎn)色期各灌水1次,每次灌水 20 _,生育期內(nèi)共灌水100 mm。
1.4項(xiàng)目測定
1.4.1 土壤水分與降水量在番茄苗期(6月6日)、開 花期(7月2日灌水前)、幼果期(8月21日灌水前)、拉秧 期(9月28日)測定土壤水分。測定方法、測定深度、水 分換算和降水量測定等參照耿桂俊等[2]的方法。
1.4.2生物量開花期(7月2日)、幼果期(8月21 日)、拉秧期(9月28日)常規(guī)方法測定番茄莖、葉(包括 枯葉)生物量及果實(shí)生物量(包含幼果及拉秧前的青 果),分層挖掘番茄根系,測定根系分布狀況與生物量。 采收期測定番茄產(chǎn)量及果實(shí)含水量,折算為果實(shí)生 物量。
1.4.3光合速率番茄開花期、幼果期選晴朗日,于上 午9:30?10:30時(shí),利用LI-6400便攜式光合儀測定植株 頂部第3片功能葉的光合速率及蒸騰速率,每個處理測 定5株。測定時(shí)以該儀器攜帶的人工光源、控溫設(shè)備和 CQ氣源,維持光強(qiáng)在1 000 jtxmol • m—2 • s_1,C〇t濃度 為 400 jurnol • m—2 • s-1,葉溫 25X:,大氣水氣壓(VPD) 1 100 Pa.
L 4. 4水分利用率試驗(yàn)地高低一致,平坦,土壤質(zhì)地 均一,無滲漏、無地下水補(bǔ)給及水分的水平運(yùn)動,根據(jù)番 茄生長期間的有效降水量、灌溉量和生物量計(jì)算田間耗 水量、水分利用效率[2^13]。WUE=B/Et。式中, WUE:水分利用效率,kg • mnT1 • hnT2);B:地上部生 物總量,kg/hm2;Et:田間耗水量,mm。Et = p+I 士 Ah。式中,Et:田間耗水量,mm;P:生育期間的有效降 水量,_山生育期間的灌水水量,mm; Ah:生育期間土 壤水含量的變化,mm。式中,P:有效降水量,
降水有效利用系數(shù);P'降水量,mm。當(dāng)一次降水 量或24 h降水量<5. 0 mm,人為0;當(dāng)5* 0 mm<降水量 <50 mm 時(shí),X 為 1_ 00;當(dāng)50. 0 mm<C降水量<150. 0 mm 時(shí),入為〇* 75?0• 85;當(dāng)降水量〉150, 0 mm時(shí),X為0. 7。 1.5數(shù)據(jù)分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)先用SPSS 10.0軟件進(jìn)行單因素方差分 析;如果有顯著差異,則采用Duncan’s檢驗(yàn)進(jìn)行多重 比較。
2結(jié)果與分析
2.1不同處理對土壤水分影響
不同處理的土壤水分表現(xiàn)為苗期、開花期較高,幼 果期、拉秧期較低。緩苗期連續(xù)3d降水25.2 mm(圖 1),灌水2(X0 mm(5月27日)。不同處理苗期(6月6 日)0?80 cm 土層土壤含水量基本在235?250 mm,撒 施、穴施處理顯著高于對照(PC0.05)。苗期耕層(0? 20 cm)對照土壤水分為45* 23 mm,混施47_ 78 mm,溝 施 48. 46 mm,穴施 52, 36 mm,撒施 54. 24 mm,穴施、撒 施極顯著高于對照,顯著高于混施、溝施。施用PAM提 高了苗期的土壤水分。
降水:從定植到拉秧共降水94.8 mm,其中有效降 水4 mm,苗期及采收期相對較多,開花期、坐果期相
對較少(圖1)。
時(shí)間Time/月-日
圖1番茄生長期間降水置
Fig, 1 Precipitation during tomato growing stages
開花期(7月2日)0?80 cm 土層土壤水含量基本 維持在223?240 _,撒施、混施顯著高于對照。開花期 耕層土壤水分對照為42.16 mm,撒施47.18 mm,混施為 45, 48 mm,穴施為46.11 mm,溝施為44. 23 mm,均顯著 高于對照。
幼果期(8月21日)無有效降水,灌水僅40 mm (7月2日20 mm,8月12日20 mm)。幼果期0?80 cm
土層土壤水分基本在150?175 _,溝施、混施顯著高于
對照,穴施、撒施極顯著高于對照。幼果期對照耕層土 壤水分為19. 47 mm,混施21.16 nun,穴施26. 60 mm,溝 施23. 90 mm,撒施議29 _,撒施、穴施、溝施極顯著高 于對照,混施顯著高于對照。幼果期(8月21日)到拉秧 期(9月28日)灌水20 mm(8月30日),有效降水37, 2 mm。拉狹期0?80 cm 土層土壤水含量各處理基本維持 在150?170 mm,溝施、混施、穴施均極顯著高于撒施,撒 施略低于對照。
表1番前不同生長期0?80 cm 土層土壤水分
TJtble 1Soil moisture in 0^80 cm soil layer during
tomato different growth stage
施用方法 Application method
生育時(shí)期
Growth stage對照
CK混施
Mixing穴施
Holing溝施 撤施 Furrowing Broadcasting
苗期 Seeding stage236,6240. 4247. 7241. 9249. 7
開花期 Flowering stage223. 1234. 7227,9230. 6240. 1
幼果期 Fruiting stage15L8155.9167.6164,6172, 2
拉狹期 Roots pulling out stage157.4162. 3159.8im 3151. 1
!• 2不同處理對番茄光合速率及蒸騰速率的影響
開花期撒施的光合速率顯著高于對照、穴施和混 艇,極顯著高于溝施;對照、穴施的光合速率極顯著高于 勾施,顯著高于混施。幼果期撒施的光合速率極顯著高 F溝施,顯著高于穴施、混施;穴施、混施顯著低于對照, 勾施極顯著低于對照。撒施提高了光合速率,溝施、混 拒降低了光合速率(圖2a)。
開花期撒施的蒸騰速率顯著高于其它處理,且極顯 I高于混施;對照、穴施、混施的蒸騰速率顯著高于溝 電。幼果期撒施與對照的蒸騰速率顯著高于混施,混施 艮著高于溝施;且撒施、對照、穴施極顯著高于溝施。撒 挺在開花期提高了葉片的蒸騰速率,而溝施則降低了蒸 _速率,且幼果期達(dá)到極顯著差異水平(圖2b)。
一.srr.uulounl/iis 3:u<u^uxsosqd
10.5
圖2不同處理對番茄光合速率與蒸騰速率的影晌
2.3不同處理對番茄生長狀況的影響
開花期不同處理的株高、莖粗、根系深度、根系分布 幅度、根系生物量均表現(xiàn)為撒施、穴施和對照極顯著高 于溝施和混施;果實(shí)(幼果)生物量為對照、撒施極顯著 高于其它處理,且其它處理間存在極顯著差異。不同處 理的莖稈生物量、葉片生物量之間的差異較大,存在著 極顯著或顯著差異。撒施的地上部生物量極顯著高于 對照和穴施,對照和穴施極顯著高于混施與溝施,混施 顯著高于溝施。
幼果期撒施的株高極顯著高于對照、混施、穴施,溝 施則極顯著低于對照及混施、穴施。幼果期撒施、穴施 的莖粗較高,對照居中,混施、穴施較低。幼果期撒施、 穴施、對照根系分布較深,混施、溝施較淺;撒施、穴施的 根系生物量較大,分布較廣,而混施、溝施的較小且較 窄。果實(shí)(幼果)生物量為撒施、穴施、對照的較大,混施、 溝施的較小。莖稈生物量、葉片生物量為撒施、穴施的 較大,對照居中,混施、溝施的較小,不同處理間存在顯 著或極顯著差異(表2)。拉秧期不同處理的株高無顯著 差異,莖粗為撒施的較高,穴施、對照居中,混施、溝施較 小。拉秧期番茄根系分布深度、幅度為撒施、穴施較深, 對照居中,混施、溝施較淺且分布幅度較小。根系、果 實(shí)、莖稈生物量為撒施 > 對照 > 穴施 > 混施 > 溝施,葉
片生物量為撒施>穴施>對照>溝施>混施,不同處理 間存在顯著或極顯著差異。
2.4不同處理對番茄產(chǎn)量的影響
撒施的番茄產(chǎn)量比對照提高了 la 57%,而穴施則 降低了 2.80%,混施降低了 10.66%,溝施降低了 17.96%。撒施的產(chǎn)量極顯著高于對照,穴施與對照基本 處于同一水平,而混施、溝施極顯著低于對照(圖3)。
2/ S1Att+L
2 10 T1 1 1
9 8 7 £
aA
B
bB
do
對照混施穴施 溝施 撤施
CKMixing Holeing Funowmg Bnoodcastnig
PA峨用方式
圖3不同處理對番茄產(chǎn)量的影響
Fig. 3 Tomato yields of different treatments
2.5不同處理對水分利用效率的影響
番茄定植到拉秧期灌水量為KXX0 _,有效降水 量為88. 4 _。撒施的耗水量顯著高于溝施,水分利用 效率極顯著高于對照和穴施,對照、穴施極顯著高于混
Fig. 2 Photosynthentic rate and transpiration rate of tomato with different treatments
表2不同處理對番茄不同生長期生長狀況的影響
Table 2Growth condition of different treatments during differentgrowing stages
生長時(shí)期處理
Treatments株高 莖粗 Plant height Stem diameter /cm /cm根系深度 Root depth
/cm根系幅度 Root range
/cm根系生物量 Root biomass
/g果實(shí)生物量 Fruit biomass
/g莖稈生物量 Stalks biomass
/g葉片生物量 I^eaf biomass
/g地上部生物量 Overground parts biomass/ g
對照 Control59. 4aA1. 46aA26. OaA15. 6bA8. 24bA0. 64 aA17, 91cB24, 55bB43. lOhB
開花期混施Mixing51. 5bBL 31bB22. 5bB12. 6cB7. 12cB0. 17cC12. 83dD18, 61cC31* 61cC
Flowering穴施Holing61. 8aAh 48aA27. 2aA17* 2a A9. 18a A0. 36 bB19. 62 bAB23. 77bB43. 75bB
stage溝施 Furrowing48, 5bBL 26bB2L 2bB12. 5cB6. 54dB0. 05dD10. 35eE16. 95dC27. 35dC
撒施 Broadcasting62. 5aA1.52aA26. 5aA16, 5abA9. 31aA0• 63 aA21. 64 aA27. 73aA50. OOaA
對照 Control65. 2bB1. 58bAB27. 2aA18. 3bB9. 48bA79. 53aA57. 41cB86. 40bB223. 34bA
幼果期混施Mixing64. 9bB1. 49cB23. 2bB15.9cC8, 49 cC70. 35bB51. 35dC70, 38cC192. 08cB
Young fruiting穴施Holing64. lbB1. 64aA28. laA2L 6aA9. 66aA78. 31 aA67. 12bA94. 65aAB240. 08bA
stage溝施 Funrowing56. lcC1. 43cB23. 4bB15.5cC8. 48cC69. 24bB50, 75dC72. 60cC192. 59cB
撒施 Broadcasting76- laAL 68aA27. 9aA2L 2aA10. 13aA81. 64aA72. 53aA98. 05aA252. 22aA
對照 Control75. 2aA1. 61bcAB34. 5bB24. 3bA15, 2bAB284. 11 bB78. 31aAB79. 82bA440. 24bB
拉秧期混施Mixing73. 8aA1* 56cB29. OcC21.4cC13‘lcC239. 76cC65. 41cC66. 43cB371. 6cC
Roots pulling穴施Holing74, 5aAh 66bAB40. 2aA26. laA14. 5 bB282. 67bB71. 8bBC85. 64aA440. llbB
out stage溝施 Furrowing73, 5aA1. 52 cB30- 5cC20. 5cC12. 8cC229. 60cC58. 8dD67. 63cB356. 03cC
撒施 Broadcasting78. 2aA1. 75aA38. 9aA25. 6aA16. 7aA329. 38aA81. 62aA87. 46aA498, 46 aA
注:拉秧期的果實(shí)生物量包含了采收期的成熟果實(shí)生物量及拉秧期的未成熟果實(shí)(青旲)生物量。
表3不同處理水分利用效率
Table 3WUE of different treatments
處理
Treatments0?80 cm 土壤水分
Soil moisture in 0^80 cm soil layer/mm
移栽前 拉秧期 Before transplanting Roots pulling out stage有效降水量 田間灌水量 Effective precipitation Field irrigation / mm /mm耗水量 總生物量 水分利用效率 Water consumption Total biomass WUE
/mm /kg * hm—2 /kg * hm—2 • mm—1
對照 Control266. 9157. 488,4100.0297. 9ab14 674. 5249* 26bB
混施Mixing266. 9162, 388.4100.0293. Oab12 386. 5442. 27cC
穴施Holing266.9159. 888. 4100.0295. Sab14 670.1949. 65hB
詢施 Furrowing 266. 9170. 388,4100.0285. 0b11 867, 5541. 64cC
撒施 Broadcasting 266. 9151.188.4100. 0304. 2a16 615.1754. 62aA
施、溝施(表3)。撒施提高了土壤水分利用率,溝施、混 施則降低了土壤水分利用率。
3討論與結(jié)論
河套灌區(qū)施用FAM提高了土壤水分,特別是在干 旱的幼果期提高了土壤水分,這與黃占斌等、杜社妮等 的研究結(jié)果一致[7_11]。施用PAM提高了土壤水分,為番 茄生長,特別是根系生長提供了相對良好的條件[16]。
PAM撒施于地表,遇水后溶解,其分子同土壤顆粒 通過絮凝作用和對土壤分散顆粒的團(tuán)聚作用,使土壤微 團(tuán)聚體組成發(fā)生變化,促進(jìn)土壤水分人滲,提高土壤水 分含量[17],且灌水后還可在土壤表層形成一層薄膜,阻 礙土壤水分蒸發(fā),減少土壤水分無效消耗。PAM溝施、 混施、穴施于土壤,因其自身的分子鏈較長,在絮凝土壤 的同時(shí),長鏈尾部會堵塞土壤顆粒間的孔隙,減少土壤 水分入滲,從而減少土壤水分含量,降低土壤通透性,抑
制番茄生長。試驗(yàn)地土壤為灌淤土,土壤含鹽量較高, 特別是土壤中的Mg2—、Ca2+等金屬陽離子可降低PAM 的吸水倍率;PAM溝施、混施、穴施于土壤,PAM可吸附 土壤的K+、NH4 +等速效養(yǎng)分,影響番茄生長。PAM混 施、溝施于土壤,降低了 PAM的保水性,降低了土壤肥 力及土壤通透性,因而番茄的光合能力降低,生長狀況 較差,產(chǎn)量降低。溝施的效果較混施差,主要是溝施的 保水區(qū)相對集中,在灌溉干旱的交替過程中,不能及時(shí) 供給番茄水分。PAM穴施于土壤,其保水區(qū)更加集中, 同時(shí)其對土壤通透性、土壤肥力影響的區(qū)域較小,且距 番茄定植區(qū)相對較遠(yuǎn),因而對番茄生長影響較小,無顯 著的增產(chǎn)或減產(chǎn)作用。河套灌區(qū)番茄生產(chǎn)中的最大問 題是干旱,撒施PAM提高了土壤水分,因而撒施PAM 的番茄根系生長量大,光合速率高,番茄生物量、產(chǎn)量 高,水分利用效率高。
番茄移栽前土壤施用PAM,均提髙了土壤水分。 其中撒施、穴施的效果較強(qiáng),溝施、混施較弱。撒施PAM 提高了葉片的光合速率及蒸騰速率,而溝施、混施則降 低了葉片的光合速率及蒸騰速率。撒施番茄產(chǎn)量提高 了 10. 57%,溝施、混施、穴施則減產(chǎn)了 17.96%、1(X 66%、 2.80%。撒施PAM極顯著提高了土壤水分利用效率, 溝施、混施則極顯著降低了水分利用效率,穴施對土壤 水分利用效率無顯著影響。在河套灌區(qū)番茄生產(chǎn)中, PA1V[應(yīng)采用撒施,可提高番茄產(chǎn)量及水分利用效率。