灌溉量對溫室基質栽培茄子產量、品質與根區鹽分積累的影響

隋淑梅，劉明池，崔 錦，田 潔，梁 浩，鐘啟文，季延海

（1.北京市農林科學院蔬菜研究所，北京 100097；2.青海大學農林科學院 青藏高原種質資源研究與利用實驗室，西寧 810016；3.蔬菜生物育種全國重點實驗室，北京 100097；4.國家蔬菜工程技術研究中心，北京 100097；5.農業農村部華北都市農業重點實驗室，北京 100097）

0 引 言

茄子（SolanummelongenaL.）在我國設施蔬菜栽培中種植面積和產量均居第3 位[1]。茄子生長旺盛、葉面積較大，在生長期間需水量較多，一般認為土壤田間持水量達80%比較適宜其生長[2]。傳統的土壤栽培模式因受連作障礙的影響，存在土傳病害嚴重、水肥管理粗放、單株產量低、生產效率低等一系列問題[3]。隨著經濟的發展，人們對高品質農產品的追求，無土栽培逐漸得到快速推廣應用。其中，基質栽培具有水肥可控、安全高效的特點，能夠解決連作障礙、土傳病害等問題，是目前無土栽培推廣應用的主要方式[4]。茄子基質栽培已有較多應用，但在實際生產中，還面臨著水肥供應不合理、根區鹽分積累、離子比例失調等一系列問題，從而導致其產量、品質及水分利用效率下降[5]。影響設施茄子生長、品質形成和產量的原因是多方面的，其中，水肥供應狀況是重要因素之一，營養液供應量過多或過少都不利于作物的生長[6]。因此，探究適宜茄子生長發育的營養液供液量是十分必要的。

近年來，有學者在茄子栽培方式和水肥供應量方面有所研究，郭新勇[7]在秋冬茬茄子栽培試驗中發現在盛果期時日需水量最大，為5.9 mm/d；拉秧期次之，為4.6 mm/d；開花坐果期為4.0 mm/d，幼苗期需水量較小，為1.8 mm/d。鄭國保[8]在研究不同灌溉定額對設施茄子光合特性和產量的影響中發現：灌溉定額較高處理的葉片凈光合速率顯著高于灌溉定額較低的處理，隨著灌水量的增加，葉片蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度先減少后增加，水分虧缺和水分過量都會影響光化學效率、潛在活性、捕獲激發能的效率、光合電子的傳遞；馬志杰[9]在研究設施條件下不同水氮用量對番茄生長及根區土壤環境的影響中發現：低灌水量處理的電導率（EC）顯著高于高灌水量處理，低灌水量處理中有離子積累現象。李建明[10]在灌溉量對溫室全有機營養液栽培甜瓜根際環境和莖流的影響研究中發現：在施肥量相同的條件下，長期低灌溉量會導致甜瓜根際中鹽離子累積量增多，EC值增大，當灌溉量增大時，一方面可以促進根系吸收離子，另一方面可以促進根際離子遷移，使根際鹽離子濃度降低；哈婷[11]等在探究供液量對茄子生長生理指標、品質及產量等影響發現，每株每天供液700 mL 為茄子理想的供液量，可有效促進植株生長、提高果實品質和產量；王燕叢[12]等在茄子各生育期進行不同程度調虧灌溉，結果發現，輕度水分虧缺適宜盛果期茄子生長指標的形成，有利于提高產量、提高果實單果重量。盡管前人已經對茄子灌溉量對植株生長和果實品質方面有所研究，但有關封閉式無機基質循環槽培系統栽培茄子的研究鮮有報道。因此，本試驗以‘京茄黑寶’為試驗材，利用封閉式無機基質循環槽培系統，來探究在營養液循環利用模式下灌溉量對茄子光合參數、生理品質、產量和根區鹽分積累的影響，并找出最佳營養液灌溉量，以期為設施栽培茄子提質增效提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2020 年8 月至2021 年1 月在北京市農林科學院蔬菜研究所連棟溫室中展開。以‘京茄黑寶’為試驗材料，該品種果形近圓球形，果臍小，果皮黑亮，果肉淺綠色，質地細嫩，風味好，具有豐產、耐低溫弱光、商品性狀佳等特性。于2020年8月在穴盤播種，待茄子幼苗長出2～3片真葉時開始定植（2020 年9 月9 日），定植后緩苗10 d，于茄子開花坐果期（50 d）開始實驗。

1.2 試驗設計

本試驗采用完全隨機設計，共設置6個處理：日灌溉量分別為2.4 mm （T1）、3.6 mm （T2）、4.8 mm （T3）、6.0 mm（T4）、7.2 mm（T5）、8.4 mm（CK）。采用北京市農林科學院蔬菜研究所自主研發的封閉式無機基質循環槽培系統(CN201510214349.X)，營養液選用北京市農林科學院蔬菜研究所劉增鑫(2000 年)的地下水改良配方，以珍珠巖為栽培基質，其物理性質如表1所示。每個處理為一套單獨的循環系統，如圖1 所示，共20 個栽培槽，合計40 株茄子，每平方米定植4株。另外，每個處理設置日灌溉次數為6 次，每個滴針流速40 mL/min，各處理灌溉量及時間設定如表2 所示。最后，每個處理新配的營養液pH 調到6.0±0.2，EC值調到2.0±0.2 mS/cm。在此期間進行打杈、綁蔓、摘除側枝和卷須及底部老葉片等周期性操作。

圖1 封閉式循環槽培系統Fig.1 Closed loop tank culture system

表1 珍珠巖物理性質Tab.1 Physical properties of perlite

表2 營養液灌溉量試驗設計Tab.2 Design of nutrient liquid supply test

1.3 測定項目及方法

（1）光合色素含量測定。在茄子生長中期，用手持葉綠素儀測定葉綠素總含量。

（2）光合參數測定。在定植后64 d(晴天)，使用Li-6400（美國，LI-COR）便攜式光合儀[6400-02B 紅藍光源葉室，光強為1 000 μmol/(m2·s)，流速為500 μmol/s[14]]進行光合指標測定,測定時間為9∶00-11∶00，選取從上部數第4～6 片朝向南側的葉片,每個處理測定6株。

（3）葉綠素熒光測定。首先把茄子頂部生長點以下第4片功能葉片包住，然后放于暗環境中，處理30 min 后，設定快門Shutter=1，敏感度Sensitivity=46，光照Act3=0，Act2=10，Actl=56，Super=20，采用Fluor Cam葉綠素熒光成像系統測定光系統Ⅱ的潛在活性（Fv/Fo）、暗適應下最大光化學效率（Fv/Fm）[15]。

（4）茄子果實品質測定。在盛果期，每個處理隨機選取3個成熟果實，測量品質指標，各3次重復。茄肉中維生素C 含量測定采用2,6-二氯酚靛酚鈉滴定法[16]；可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍染色法[16]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[16]；可溶性固形物含量采用手持折射儀法（日本，ATAGO）測定[16]；可滴定酸含量采用氫氧化鈉滴定法測定[16]；硝態氮采用水楊酸法測定[16]。

（5）生物量積累、產量的測定。拉秧前每個處理隨機選取3 株，將其地上部和地下部分別用電子天平稱重，然后在105 ℃下殺青30 min后，降低溫度至75 ℃烘干至恒重，隨后對烘干后的地上部和地下部進行稱重。各處理定株選擇12 株，于果實始收期掛牌標記作為測產植株，采用商用臺秤記錄產量，記錄周期為始收至拉秧期。

（6）茄子根系及根區環境測定。根系活力采用TTC 法進行測定[13]。利用土壤溶液提取器每7 d 進行一次根區溶液采集，放入4 ℃冰箱保存，隨后送公司測定根區溶液離子含量，后期根區溶液EC值和pH 值采用哈納筆式水質多參數測定儀測定。

1.4 數據處理

利用Excel 2019 完成初步數據整理計算，利用SPSS 進行方差分析、Duncan 多重比較（P<0.05）和相關性分析分析，利用Origin繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉量對茄子葉片光合參數、葉綠素含量和熒光參數的影響

不同灌溉量處理對茄子葉片光合參數、葉綠素含量和熒光參數的影響如表3所示：茄子葉片的光合指標與營養液灌溉量呈現正相關關系，光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)的值隨營養液灌溉量的升高呈現逐漸增大的趨勢。其中，CK 處理的凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)均顯著高于其他處理，T5 處理次之，且比T5 處理分別高12.48、2.08%和5.98%；葉綠素含量方面，T1處理的葉綠素總含量最高，T3 處理次之，且與CK 相比分別提高了4.88%和3.64%；熒光參數方面，隨著灌溉量的增加，Fv/Fm和Fv/Fo呈現持續上升趨勢，其中，CK 處理各個參數的值最高，說明正常灌溉量下的植株生長狀態最好，低灌溉量會降低光系統II反應中心的潛在活性，且抑制暗適應下的最大光化學效率。

表3 不同灌溉量對茄子葉片光合參數、葉綠素含量和熒光參數的影響Tab.3 Effects of different irrigation on photosynthetic parameters, chlorophyll content and fluorescence parameters of eggplant leaves

2.2 不同灌溉量對茄子品質的影響

從表4可以看出，維生素C 含量隨灌溉量的上升呈現先升高后下降趨勢，其中，T4 處理較T1、T2、T3、T5 和CK 處理分別顯著高21.23%、20.15%、9.58%、8.57%和20.94%；可溶性蛋白含量隨灌溉量的上升也呈現先升高后下降趨勢，T4 處理也同樣顯著高于其余5 個處理，較CK 處理顯著提高了30.53%；可溶性糖含量隨灌溉量的上升總體呈現下降的趨勢，T1 處理的可溶性糖含量顯著高于其他處理，且比CK 處理高25%；可溶性固形物隨灌溉量的上升呈現逐漸降低的趨勢，T1處理的可溶性固形物顯著高于其他處理，且比CK 高13.97%；T5 處理的硝態氮含量顯著低于其他處理，與CK 相比降低了32.26%?？傮w來看，T4 處理的茄子果實品質最佳，適當減少灌溉量有利于茄子果實品質的形成，但灌溉量太低，硝態氮會發生積累，導致硝酸鹽積累。

表4 不同灌溉量對茄子品質的影響Tab.4 Effects of different irrigation amount on quality of eggplant meat

2.3 不同灌溉量對茄子生物量累積、果實產量和水分利用效率的影響

從表5可以看出，茄子地下部鮮重、地上部鮮重、地下部干重和地上部干重均隨著灌溉量的增加呈現出先上升后下降的趨勢，其中，地下部鮮重、地上部鮮重、地下部干重和地上部干重都是T4 處理顯著高于其他處理，T3 次之，與CK 相比，分別提高了166.97%、59.82%、117.61%和64.36%，這說明適當地減少灌溉量有利于茄子生物量的積累。另外，果實產量方面，不同處理單株產量隨著灌溉量的增加呈現出先增高后降低的趨勢，其中，以T4 處理的單株產量最高，較T1、T2、 T3、 T5、 CK 分別顯著增加了109.29%、 43.61%、24.96%、23.80%、96.08%；水分利用效率也隨著灌溉量的增加呈現出先增高后降低的趨勢，其整體表現為T4>T3>T2>T5>T1>CK，其中，T4 處理顯著高于其他處理，較其他處理分別提高了64.93%、22.21%、14.48%、29.44%和108.01%。

表5 不同灌溉量對茄子生物量積累、單株產量和水分利用效率的影響Tab.5 Effects of different irrigation amount on eggplant biomass accumulation

2.4 不同灌溉量對茄子根區溶液EC和pH值的影響

從圖2(a)可以看出，在整個生長周期中茄子根區營養液EC值隨著植株生長呈現先升高后下降，并逐漸穩定的增長趨勢。其中，T1處理的EC同樣呈現先升高后下降，并逐漸穩定的趨勢。另外，在64 d 時，根區溶液的EC表現為：T1>T2>CK>T5>T3>T4，且T1 處理的EC達到最高值5.16 mS/cm，較CK 高33.72%。在定植后148 d，根區溶液的EC表現為：T3>T1>T5>T4>T2>CK，且各處理分別比CK 高20.04%、17.40%、10.93%、9.63%和4.42%，且與定植前相比，各處理的EC分別提高了84.5%、80.45%、70.5%、68.5%、60.5%和53.7%。

圖2 不同灌溉量對茄子根區溶液EC和pH值的影響Fig.2 Effect of different irrigation on EC and pH in root zone of eggplant

從圖2(b)可以看出，在整個生長周期中茄子根區營養液pH隨著植株生長呈現先升后降再升再降，并逐漸穩定的趨勢。其中，T1 處理的pH 同樣符合根區營養液總體變化趨勢，在64 d時達到最低值4.96，比CK低14.04%。在定植后148 d，根區溶液的pH 表現為：T2>T4>CK>T1>T3>T5，與定植前相比，T2、T4 和CK 的pH 分別提高了2.53%、2.20%和1.5%，T1、T3和T5的pH分別降低了0.33%、0.83%和3.83%。

隨著茄子植株的生長，基質栽培茄子根區營養液的EC值逐漸增加。另外，在茄子生長過程中根區營養液pH 值總是小于7，整體偏酸性。

2.5 不同灌溉量對茄子根系活力的影響

在茄子開花坐果期（64 d）測定不同灌溉量下茄子根系活力（見圖3），結果表明，隨著灌溉量的增加，茄子的根系活力呈現逐漸上升趨勢，其根系活力表現為：CK>T5>T4>T3>T2>T1，其中，CK 處理的根系活力最高，而T1、T2、T3、T4 和T5 較CK 相比，分別降低了43.90%、23.57%、19.53%、10.42%和9.14%。另外，T1、T2、T3、T4 間存在顯著差異，T5 和CK 間無顯著差異。此時T1 處理的EC最高，但根系活力最弱。這說明T1 處理下基質栽培茄子根區溶液中可能會造成離子累積，減弱茄子的根系活力，而T3、T4 灌溉量下，根區營養液EC值適宜，茄子根系活力較高。

圖3 不同灌溉量對茄子根系活力的影響Fig.3 Effects of different irrigation amount on root activity of eggplant

2.6 不同灌溉量對茄子根區營養液離子濃度的影響

不同灌溉量下根區營養液中總氮、總磷、K+、Ca2+和Mg2+質量濃度隨植株的生長而產生變化，但其總體變化趨勢一致：隨著生育期的延長茄子根區鹽分累積量不斷增加，整體呈現上升的增長趨勢（見圖4）。在圖4(a)中，根區營養液中總氮質量濃度呈現先上升后下降趨勢，其中T1 處理的總氮質量濃度高于其他處理，且在78 d 時總氮質量濃度最高，為182 mg/L，在148 d 時，根區營養液中總氮含量表現為：T1>T3>T2>CK>T4>T5；在圖4(b)中，根區營養液中各處理的總磷質量濃度呈現先上升后下降的趨勢，其中T5 處理的總磷含量總體高于其他處理，在148 d時，根區營養液中總磷含量表現為：T5>T1>CK>T4>T2>T3；在圖4(c)中，K+質量濃度也呈現先上升后下降趨勢，與總氮質量濃度變化相似，其中T1 處理的K+質量濃度總體高于其他處理，且在64 d 時達到最高值598 mg/L，在148 d 時，根區營養液中K+質量濃度表現為：T4>T1>T2>T5>CK>T3；在圖4(d)中，根區營養液中T5處理的Ca2+質量濃度呈現先上升后下降再上升的趨勢，而其他處理呈現先上升后下降再上升再下降的趨勢，其中T5 處理中的Ca2+質量濃度在85 d 時達到最高值為277 mg/L，T1處理中的Ca2+質量濃度在64 d時達到最高值為318.5 mg/L，在148 d時，根區營養液中Ca2+質量濃度表現為：T5>T4>CK>T1>T2>T3；在圖4(e)中，根區營養液中Mg2+質量濃度呈現穩定上升趨勢，但在植株生長末期稍有下降趨勢，在148 d(拉秧期)時，根區營養液中Mg2+質量濃度表現為：T5>T4>CK>T1>T3>T2。

由圖2可知，在植株生長64 d時，基質栽培茄子根區營養液的EC值最高，但其pH 值最低，與根區營養液中離子含量相對應，在第64 d 時，T1 處理根區營養液各離子質量濃度均表現為：K+>Ca2+>總磷>Mg2+>總氮，其中K+對根區鹽分累積強度的貢獻率最高，總氮的吸收量最高。

2.7 不同灌溉量茄子光合、生理和品質指標間的相關性分析

茄子凈光合速率、蒸騰速率、維生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、可溶性固形物、根系活力和單株產量之間表現出不同的相關性(見表6)。其中，凈光合速率與蒸騰速率之間、凈光合速率與根系活力之間、維生素C與單株產量之間、可溶性糖與可溶性固形物之間、總磷質量濃度與Ca2+質量濃度之間呈極顯著正相關（P<0.01），葉綠素總量與總氮質量濃度之間、蒸騰速率與根系活力之間、蒸騰速率與Mg2+質量濃度之間、維生素C 與可溶性蛋白之間、Ca2+質量濃度與Mg2+質量濃度之間呈顯著正相關（P<0.05）；凈光合速率與可溶性糖之間、凈光合速率與可溶性固形物之間、蒸騰速率與可溶性糖之間、可溶性固形物與根系活力之間、根系活力與總氮質量濃度之間呈極顯著負相關（P<0.01），蒸騰速率與可溶性固形物之間、可溶性糖與根系活力之間、硝態氮與總磷質量濃度之間、硝態氮與Ca2+質量濃度之間呈顯著負相關（P<0.05）。以上說明茄子光合參數指標、生理品質和根區營養液離子濃度之間密切相關，并相互影響。

3 討 論

我國正面臨著水資源短缺，農業用水十分緊張的局面，適當地節水灌溉有利于提高農業用水的利用效率，減少水資源的浪費[17]。在基質栽培中，植株生長發育依賴營養液供應，營養液灌溉量能夠調節蔬菜作物的根系對水分和養分的吸收和植株營養物質的分配，從而影響其生長、產量和品質[18]。另外，營養液灌溉量也會影響植物的光合作用，灌溉量過少會造成水分的虧缺，導致植物光合作用減慢[19]。金建新[20]研究表明馬鈴薯氣孔導度、蒸騰強度、凈光合速率均與灌水量正相關，且與灌水量表現為顯著的線性關系，在土壤水分不足時，馬鈴薯機體通過產生內源激素ABA，降低葉片的蒸騰強度，并減少了水分流失；季延海[21]研究結果也表明隨著灌溉量的減少，凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率均呈下降趨勢。本研究結果也表明，茄子葉片的光合參數指標與營養液灌溉量呈現正相關關系，光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)的值隨營養液灌溉量的降低呈現逐漸降低的趨勢。有研究表明，水分脅迫會影響植物葉片PSⅡ的結構和功能，會造成不同程度的傷害，引起Pn、Gs、Tr、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo降低，其中Fv/Fm的下降可用來表示植物葉片損傷光能的判斷指標[22,23]，本試驗結果與之類似。隨著灌溉量的減少，Fv/Fm和Fv/Fo呈現逐漸下降的趨勢，說明過低灌溉量會產生逆境脅迫，從而導致葉綠素熒光出現抑制狀態，不利于進行光合作用[24]。

不同營養液灌溉量對應的茄子果實生理品質表現有所差異。本研究表明，適當減少營養液灌溉量有利于果實品質的建成，其中，當營養液灌溉量為6.0 mm（T4）時，維生素C含量、可溶性蛋白含量顯著高于其他處理組；當營養液灌溉量為2.4 mm（T1）時，可溶性糖含量和可溶性固形物含量顯著高于其他處理，但硝酸鹽含量最高。另外，有研究表明，可溶性糖和維生素C是衡量植物碳營養水平與作物品級的重要因素[25]，故而，當營養液灌溉量為6.0 mm（T4）時，茄子品質最佳。除此之外，供液量對單株產量及水分利用效率也有影響，有研究表明適當的增加供液量可提高單株產量及水分利用效率[14,26]。另外，本研究還表明，不同處理單株產量和水分利用效率均表現出先增高后降低的趨勢，以T4 處理的營養液灌溉量最佳。這說明適當減少營養液供應量能夠提高果實產量和水分利用效率，這與劉賢趙[27]和李若楠[28]適量降低滴灌水量有利于作物合理的分配和使用營養物質和能量，提高果實品質和產量的研究結果相似。

適宜的水肥管理在一定程度上能夠促進植株的生長發育、提高果實品質和產量[29]。在本試驗中，營養液灌溉量為T1 低灌溉量處理（2.4 mm）時，基質栽培茄子根區溶液中的總離子濃度和主要離子質量濃度（N、P、K+、Ca2+、Mg2+）最高，這與李建明[10]長期低灌溉量會導致甜瓜根際中鹽離子累積量增多，EC值增大一致。另外，T1 低灌溉量處理的根系活力最低，這是因為長期低灌溉量，根區溶液中會產生離子積累，從而會對植物根系造成一定程度上的離子脅迫，從而導致根系活力降低。在64 d時，T1處理各離子質量濃度表現為：K+>Ca2+>總磷>Mg2+>總氮，其中K+對根區鹽分累積強度的貢獻率最高，總氮對根區鹽分累積強度的貢獻率最低，這是因為氮元素是植株進行光合作用，開展碳同化物的生產、運輸、分配的一個重要營養因子，在茄子開花坐果期吸收利用的氮元素多[30]。茄子地下部鮮重、地上部鮮重、地下部干重、地上部干重均隨著灌溉量的增加呈現出先上升后下降的趨勢，其中，均以T4 處理最高，這說明適當地減少灌溉量有利于茄子的生長和生物量的積累，這與哈婷[11]的試驗結果相似，隨供液量的增加，地上、地下部鮮、干物質量呈現先增大后減小趨勢，以700 mL 灌溉量最為顯著高。另外，本研究還表明，灌溉量過多不利于根系的呼吸和生長，同時也不利于植株整體生長和發育，這與楊振宇[31]供液量過多，使根部透氣性變差，降低了根系對養分的吸收，抑制地上部與地下部的協調生長，不利于茄子的生長的試驗結果一致。

蔬菜作物的離子吸收、生長、品質和產量之間相互影響，有一定的相關性。本研究中根系活力與總氮含量之間呈極顯著負相關、凈光合速率與根系活力之間呈現極顯著正相關、葉綠素總量與總氮含量之間呈顯著正相關、蒸騰速率與根系活力之間呈顯著正相關，這是因為根系活力通過影響茄子根系氮元素的吸收，進而對茄子葉片葉綠素含量和光合參數產生影響[32]。

4 結 論

在溫室基質栽培茄子生產中，適宜的營養液灌溉量有利于減輕茄子根區營養液離子積累，有助于茄子根系對根區營養液養分的吸收，有助于茄子植株的生長、果實品質的形成和單株產量的增加。當營養液日灌溉量為6.0 mm（T4）時，茄子果實品質、單株產量和水分利用率等指標最佳。適當減少茄子營養液的灌溉量既可以保證茄子的品質和產量，還能提高水分利用效率，節約水肥成本。