水分-沸石耦合调控策略对番茄生长特性影响研究

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番茄是一种市场需求大、种植广泛、经济价值较高的经济作物。番茄在生长过程中对水资源的需求较大,如何减少农业灌溉用水的同时,保证番茄高产优质,提高水分利用效率,是亟需解决的一大问题。为此,本文引入能增强土壤保水性能的沸石材料,并结合具体灌溉方式、水分条件及施用条件,形成不同的水分调控策略,分别通过常规滴灌不同水分(W50-70、W60-80、W70-90)、沸石量(Z3、Z6、Z9)和埋深(H15、H30、H45)条件下番茄生长试验,以及交替膜下滴灌不同水分(W50E、W75E、W100E)、沸石量(Z0、Z3、Z6、Z9)耦合作用对番茄生长影响试验,对番茄生长指标、生理指标、产量及品质指标进行监测分析,进而揭示了不同水分-沸石调控策略对番茄生长的影响,并基于主成分分析的番茄优质高产综合评价方法,确定了最优的水分-沸石调控策略。主要结论如下:1.常规滴灌下水分-沸石量-埋深对番茄生长特性影响研究(1)对土壤水分动态的影响:不同处理土壤平均含水率随生育期的推进,均表现为灌水前先下降,灌水后回升再下降的趋势。在进行水分处理之前,埋深相同的条件下,沸石量越大含水率回落越慢;沸石量相同条件下,沸石埋深越大平均含水率回落越慢。在进行水分处理之后,灌水上下限越高,土壤平均含水率越高,但含水率却随时间变化越迟缓,增大沸石埋深对土壤平均含水率存在正效应。(2)对番茄生长生理的影响:不同处理下番茄株高及茎粗随生育期推进均呈“S”型增长趋势,可采用Logistic模型进行描述。提高水分对番茄株高、茎粗、净光合作用、气孔导度、蒸腾速率、干物质量、根系参数,以及增施沸石对干物质量、增加埋深对净光合速率、总根长、根体积、根平均直径表现为正效应。水分增加对胞间CO2浓度和增加沸石埋深对番茄茎粗、胞间CO2浓度存在负效应。增施沸石对株高茎粗、净光合速率、气孔导度、根长、根体积、根平均直径,以及增加沸石埋深对番茄株高、干物质量表现为先促进后抑制。增施沸石对番茄胞间CO2浓度、蒸腾速率、根表面积,以及增加沸石埋深对番茄气孔导度、蒸腾速率、根表面积表现为先抑制后促进。影响株高、干物质量、总根表面积、根体积、果实膨大期Pn、Gs、Ci的因素主次顺序为:W>Z>H;影响茎粗、Tr、总根长、平均直径的因素主次顺序分别为:W>H>Z。(3)对番茄产量品质的影响:番茄产量由高到低表现为:W70-90Z9H30>W70-90Z6H15>W70-90Z3H45>W60-80Z3H30>W60-80Z9H15>W60-80Z6H45>W50-70Z6H30>W50-70Z3H15>W50-70Z9H45。提高水分对番茄产量、有机酸含量,以及沸石增加对可溶性固形物含量、埋深增加对产量、硝酸盐含量表现为正效应。水分增加对可溶性固形物、维生素C、可溶性糖、硝酸盐含量、水分利用效率,以及沸石增加对硝酸盐含量、埋深增加对可溶性固形物、有机酸含量表现为负效应。增施沸石对产量、维生素C、硝酸盐、可溶性糖含量、水分利用效率,以及埋深对可溶性糖含量表现为先促进后抑制。埋深增加对维生素C含量表现为先抑制后促进。影响产量、品质及水分利用效率的因素主次顺序均为:W>Z>H。沸石埋深对番茄生长生理及产量品质影响较小,综合考虑水分利用效率可知,在生产应用中以30 cm埋深为宜。2.交替膜下滴灌水分-沸石耦合作用对番茄生长影响(1)对土壤水分的影响:不同处理土壤含水率随时间动态变化规律基本一致,不同处理土壤含水率随着生育期的推进呈现下降趋势,且在生育后期土壤平均含水率渐趋稳定。灌水前表现为含水率较低,在灌水后含水率显著增大。(2)对番茄生长生理的影响:番茄株高和茎粗呈“S”型增长趋势,采用作物生长Logistic模型对番茄植株形态生长进行量化描述合理可行。水分增加对番茄株高、茎粗、叶面积指数、根系参数、干物质量、光合作用,以及增施沸石对W50E、116 d的叶面积指数表现为极显著正效应。增施沸石对株高、51 d和76 d的叶面积指数、根系参数、干物质量、光合作用表现为先促进后抑制,对98 d和116 d、W75E条件下的叶面积指数表现为先抑制后促进,对W50E、W75E条件下茎粗表现为“促进-抑制-促进”,对W100E条件下茎粗表现为“抑制-促进-抑制”。水分-沸石量交互作用对番茄株高、根长、根表面积、产量、干物质量、Gs、Ci、Tr可溶性糖、可溶性固形物、维生素C、硝酸盐含量存在显著影响(P<0.05)。(3)对番茄产量品质的影响:水分增加对番茄产量、有机酸含量存在极显著正效应。水分增加对维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、硝酸盐含量、水分利用效率表现为负效应。沸石增加对W50E、W75E、W100E条件下番茄产量、水分利用效率、光合作用、可溶性糖、维生素C、硝酸盐、可溶性固形物含量表现为先促进后抑制表现为先抑制后促进。水分与沸石量交互作用对番茄产量、可溶性固形物、维生素C、硝酸盐含量存在极显著影响(P<0.01)。3.基于主成分分析的番茄优质高产水分调控策略综合评价选取不同水分-沸石调控策略下番茄产量、品质、水分利用效率中7个指标进行主成分分析,提取出两个主成分,累积方差贡献率为86.016%。根据主成分分析综合得分排名,得到番茄最佳水分-沸石调控处理为Z6W50E。而在常规滴灌条件下则以W50-70Z6H30最优,在番茄种植过程中可根据实际情况进行方案选取。
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