趙園園， 洪 明， 曲俊杉， 謝香文， 馬曉鵬

(1.新疆農業(yè)大學 水利與土木工程學院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2.新疆水利工程安全與水災害防治重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830052； 3.新疆農科院土壤肥料與農業(yè)節(jié)水研究所， 新疆 烏魯木齊 830091)

1 研究背景

和田地區(qū)地處新疆維吾爾自治區(qū)的西南部，是全國“三區(qū)三州”深度貧困地區(qū)之一，該地區(qū)光熱資源豐富，也是新疆發(fā)展設施農業(yè)的優(yōu)勢區(qū)域之一。近年來，和田地區(qū)以設施農業(yè)為主要抓手實施產業(yè)扶貧，有力促進了農民增收、農業(yè)增效及農業(yè)產業(yè)結構調整，對鞏固和田地區(qū)脫貧攻堅成果，助力該地區(qū)鄉(xiāng)村振興工作具有重要意義。截止2020年底，和田地區(qū)各類設施農業(yè)發(fā)展面積已達3 304.3 hm2[1]，其中膜下滴灌技術具有顯著的節(jié)水增產效果，已在設施農業(yè)中被廣泛地應用[2-3]。辣椒作為新疆老百姓最為喜愛的蔬菜之一，種植面積約占設施農業(yè)的1/3，但由于當地滴灌日光溫室辣椒灌溉管理粗放，導致設施辣椒高投入、低產出的問題突出，確定適宜于當地滴灌日光溫室辣椒的灌溉制度意義重大。近年來已有諸多關于滴灌日光溫室辣椒的研究報道，如師曉丹等[4]、鄭國玉等[5]、趙倩等[6]分別對辣椒的品種選擇、育苗、田間管理及定植方式等優(yōu)質高產栽培技術進行了詳細的研究；黃玉萍等[7]、劉學軍等[8]、彭強等[9]分別對北疆、寧夏及陜西地區(qū)的溫室滴灌辣椒進行了研究，提出了適宜的灌溉制度。上述研究成果雖然可為和田滴灌日光溫室辣椒栽培及灌溉管理提供一定的理論依據，但由于各地氣象、土壤等條件的差異導致已有關于滴灌日光溫室辣椒的研究結果不能直接應用于和田地區(qū)?；诖?，本文以和田滴灌日光溫室辣椒為研究對象，分析滴灌灌水定額對辣椒生長、產量及品質的影響，提出適宜于當地滴灌日光溫室辣椒的灌水定額，為當地制定設施蔬菜節(jié)水高效的滴灌灌溉制度提供參考。

2 材料與研究方法

2.1 試驗地概況

2018年9月至2019年6月在和田縣和安新村的日光溫室進行了試驗，試驗地具體坐標為37°16′N、79°52′E，高程為1 370 m，屬典型的溫帶荒漠型氣候，降雨少而蒸發(fā)量大，年平均溫度為12.2 ℃，多年平均降水量為33 mm，多年平均潛在蒸發(fā)量為2 600 mm，太陽輻射年總量為143.1 kJ/cm2，年日照時數為2 634.9 h，無霜期為244 d，大于10 ℃的積溫在3 000～3 700 ℃之間。由于試驗地處于沙漠邊緣，土壤的均一性良好，田間持水率為15%(質量比)，平均干容重為1.48 g/cm3，試驗點表層土壤速效氮、磷、鉀的含量分別為460、7和205 mg/kg，有機質含量為1.25%，pH值為8.12，土壤含鹽量在0.06%～0.09% 之間。區(qū)域地下水埋深在6.0 m左右，地下水礦化度為1.625 g/L，灌溉水源取自地下水[4]。

2.2 試驗材料

供試辣椒(CapsicumannuumL.)選用當地菜農的主栽品種“洛椒308”， 通過對試驗大棚內土壤的篩分試驗，土壤的機械組成如表1所示，根據《中國土壤質地分類標準》(1985年)，屬于粗砂。

表1 試驗點土壤機械組成

2.3 試驗方法

共開展了秋、春兩茬灌溉試驗研究，秋茬辣椒于2018年9月12日移栽，分別在2018年11月19日和2019年1月24日對辣椒進行了收獲。春茬辣椒于2019年2月7日移栽，前期緩苗30 d，分別在4月5日、4月16日、4月29日、5月5日、5月28日和6月12日進行了收獲。

試驗辣椒采用起壟覆膜種植，株行距為20 cm×40 cm，具體種植模式如圖1所示。試驗辣椒采用滴灌進行灌溉，滴灌帶鋪設在地膜下，采用一行一帶的布設方式。滴灌帶為單翼邊縫式，滴頭流量為3.2 L/h，滴頭間距為20 cm。試驗設置了5個灌水水平，以23.4 mm為中水平的灌水定額(處理I3)，按其灌水定額分別遞減20%和40%得到灌水定額處理I2(18.7 mm)和I1(14.1 mm)，分別遞增20%和40%得到灌水定額處理I4(28.1 mm)和I5(32.8 mm)，以當地菜農實際灌溉水平50 mm為對照(處理CK)。每個處理設3個重復，共設18個小區(qū)，各小區(qū)隨機布置。為了確保移栽辣椒苗的成活率，辣椒苗移栽后30 d內未做灌溉處理，待移栽的辣椒苗成活率達到90%以上時，開始進行灌溉處理，兩茬辣椒實際采用的灌溉制度見表2、3。辣椒定植前，采用旋耕機旋耕后人工起壟，施入雞糞22.5 t/hm2，追肥主要以果泰百年和尿素為主，隨水追施，施肥量均為45 kg/hm2，移栽-苗期每15 d左右施肥一次，開花坐果期-結果期每兩次灌水施肥一次。其他田間管理與當地菜農一致。

圖1 試驗辣椒種植模式示意圖(單位：cm)

表2 試驗秋茬辣椒采用的灌溉制度

2.4 測定指標及方法

灌水量：每個灌水小區(qū)進口安裝旋翼式水表計量灌水量。

株高和莖粗：每個處理選取10株長勢相近的辣椒進行標記，從辣椒定植后每隔12 d左右用卷尺測量株高，用游標卡尺測量莖粗。

葉綠素含量：在標記辣椒植株中分別選取不同方向的4個葉片進行標記，從辣椒定植后每隔 12 d 左右用葉綠素儀(SPAD-502Plus)測定辣椒葉綠素量。

產量：從始收期開始到末收期，每個試驗小區(qū)辣椒按行收獲，統(tǒng)計每行辣椒數量和重量，在采摘末期統(tǒng)計各小區(qū)辣椒總產量。

灌溉水利用效率(irrigation water utilization efficiency,IWUE)：IWUE=產量/灌水量。

品質：選取最后一茬辣椒測定品質，其中果形指數用游標卡尺測量果實的縱徑和橫徑，計算縱徑與橫徑的比值；維生素C含量采用鉬藍比色法測定；可溶性糖含量采用苯酚法測定[11]；類胡蘿卜素采用高效液相色譜法測定[12]。

2.5 數據處理與統(tǒng)計分析

試驗數據經Excel 2010初步整理后利用DPS2006數據處理系統(tǒng)對數據進行統(tǒng)計分析。

表3 試驗春茬辣椒采用的灌溉制度

3 結果與分析

3.1 灌水定額對辣椒株高和莖粗的影響

圖2為試驗各處理兩茬辣椒各生育期的平均株高比較。由圖2可以看出，各生育期辣椒株高與灌水定額均呈正相關關系。在不同灌水定額處理下辣椒的株高在各生育期呈現出的變化規(guī)律一致，即均隨著生育期的推進呈增加趨勢。由于辣椒在移栽-苗期階段各處理灌水量相同，因此各處理辣椒株高無明顯差異。兩茬辣椒在開花坐果期和結果期均表現為I1～I5處理的辣椒株高均小于CK處理，其中除I4處理下的開花坐果期外，I1～I4處理與CK處理差異顯著(P<0.05)，I5處理與CK處理差異不顯著；與中水平灌水定額I3處理相比，I1、I2處理的辣椒株高顯著減小(P<0.05)，I4、I5處理的株高呈增加趨勢，但差異不顯著。表明當灌水定額小于I3時，灌水定額增加會顯著影響辣椒平均株高，當灌水定額增加至I3后再繼續(xù)增大時，灌水定額對辣椒平均株高影響不顯著。

圖2 試驗各處理兩茬辣椒各生育期的平均株高比較

圖3為試驗各處理兩茬辣椒各生育期的平均莖粗比較。由圖3可以看出，在不同灌水定額處理下兩茬辣椒的莖粗變化規(guī)律一致，即均隨著生育期的推進呈增加趨勢。隨著灌水定額的增加，辣椒莖粗呈單峰趨勢變化，峰值出現在I3處理。在開花坐果期，I1～I5處理辣椒莖粗均顯著大于CK處理(P<0.05)；與中水平灌水定額I3處理相比，I1、I2處理的辣椒莖粗顯著減小(P<0.05)，I4、I5處理減小趨勢不顯著。在結果期，I1～I5處理的辣椒莖粗均大于CK處理，其中I1、I2處理與CK處理相比差異不顯著，I3～I5處理與CK處理相比差異顯著(P<0.05)。表明當灌水定額小于I3時，灌水定額增加會顯著影響辣椒莖粗，當灌水定額增加至I3后再繼續(xù)增大時，灌水定額對辣椒莖粗影響不顯著。

圖3 試驗各處理兩茬辣椒各生育期的平均莖粗比較

3.2 灌水定額對辣椒葉綠素含量的影響

圖4為試驗各處理兩茬辣椒葉片各生育期平均葉綠素相對含量比較。由圖4可以看出，各生育期內辣椒葉片中葉綠素含量與灌水定額呈正相關關系。各處理辣椒葉片葉綠素含量在各生育期的變化規(guī)律一致，即隨著生育期的推進，在快速生長期呈增大趨勢，在采收期出現小幅降低。在開花坐果期和結果期，I1～I5處理的辣椒葉片葉綠素含量均小于CK處理，其中I1～I4處理與CK處理差異顯著(P<0.05)，I5處理與CK處理差異不顯著。與中水平灌水定額I3處理相比，I1、I2處理的辣椒葉片葉綠素含量在開花坐果期差異不顯著，在結果期差異性顯著提高(P<0.05)；I4、I5處理的辣椒葉片葉綠素含量在開花結果期顯著提高(P<0.05)，在結果期變化不顯著。以上結果表明，當灌水定額小于I3時，灌水定額增加會顯著提高結果期辣椒葉片葉綠素含量，當灌水定額增加至I3后再繼續(xù)增大時，會顯著提高開花結果期辣椒葉片的葉綠素含量。由圖4還可以看出，灌水定額的變化對辣椒葉片葉綠素含量的影響在各生長階段有所不同。在葉片快速生長過程中，水分充足會顯著提高葉片葉綠素含量，而水分虧缺的影響在葉片生長后期會體現的比較明顯。對比兩茬辣椒可知，春茬葉片的葉綠素含量比秋茬略高，分析認為可能的原因是秋茬種植多在冬季，冬季低溫弱光的環(huán)境導致了辣椒葉片葉綠素含量的降低，而春茬種植的辣椒，由于春季溫度升高、光照增強，使得葉片葉綠素含量較高[13]。

3.3 灌水定額對辣椒產量及灌溉水利用效率的影響

圖5為試驗各處理兩茬辣椒的產量和灌溉水利用效率比較。

圖5 試驗各處理兩茬辣椒的產量和灌溉水利用效率比較

由圖5(a)可以看出，各處理兩茬辣椒的產量均隨著灌水定額的增加呈現先增大后減小的趨勢。秋茬和春茬辣椒單位面積產量分別在22 279～38 226 kg/hm2和30 126～54 269 kg/hm2之間變化，試驗各處理中兩茬辣椒單位面積產量均在I3處理時達到最大，分別為38 226 kg/hm2(秋茬)和54 269 kg/hm2(春茬)。I1～I5處理與CK處理相比兩茬辣椒產量分別增產41.00%～67.10%和51.00%～78.63%，差異顯著(P<0.05)。與中水平灌水定額I3處理相比，I1、I2、I4、I5處理的辣椒產量均有不同程度的減少，其中I1、I2、I5處理與I3處理相比差異顯著(P<0.05)。表明當灌水定額小于I3時，灌水定額增加會顯著提高辣椒產量；當灌水定額增加至I3后再繼續(xù)增大時，辣椒產量則會降低；當灌水定額增加至I5時，辣椒產量會顯著減小(P<0.05)，這種影響在春茬辣椒上體現的更加明顯。分析認為，當灌水定額小于中水平灌水定額I3時，由于灌水定額較小，在一個灌水周期的后期會出現根區(qū)水分供應不足的現象，從而導致辣椒減產；但當灌水定額大于I3后，由于沙土保水能力有限，隨著灌水定額的增大會導致部分根區(qū)土壤水分下滲至主要根系層深度以下，這一過程同時會導致易溶于水的氮肥和鉀肥的淋洗，從而表現出I4和I5處理的辣椒產量較I3也有一定程度的降低。對比兩茬辣椒發(fā)現春茬辣椒產量明顯高于秋茬，兩茬辣椒從定植到采收結束均歷時160 d左右，分析認為由于春季的積溫與光照強度整體較秋茬高，辣椒葉片光合效率較秋茬高，從而使辣椒產量較秋茬有較大提高[14]。

由圖5(b)可以看出，兩茬辣椒的灌溉水利用效率(IWUE)隨灌水定額的增大而減小， I1處理的IWUE最高，分別為8.52 kg/m3(秋茬)、6.14 kg/m3(春茬)。I1～I5處理與CK處理相比辣椒的IWUE提高了105%～270%，且差異顯著(P<0.05)。與中水平灌水定額I3處理相比，I1、I2處理的IWUE有所增加，但差異不顯著；I4、I5處理的IWUE顯著降低(P<0.05)。表明當灌水定額小于I3時，灌水定額對辣椒IWUE影響不顯著，當灌水定額增加至I3后再繼續(xù)增大時，會顯著降低辣椒的IWUE。對比兩茬辣椒發(fā)現，秋茬辣椒的IWUE明顯高于春茬，分析認為春季氣溫回升，溫室內溫度較高，辣椒蒸騰作用增加，植株間蒸發(fā)強烈，再加之為了降低溫室內的溫度，灌水量也較秋茬明顯增大，從而降低了辣椒的IWUE。

3.4 灌水定額對辣椒品質的影響

試驗不同處理下辣椒的品質參數比較如表4所示。由表4可以看出兩茬辣椒各品質參數均隨灌水定額的增加呈先增大后減小的趨勢，與CK處理相比，除I1、I2處理的果形指數外，I1～I5處理的辣椒各品質指標均差異顯著(P<0.05)，且灌水定額為I3處理時辣椒品質最佳。與中水平灌水定額I3處理相比，除春茬辣椒單果干重外，I1、I2處理的辣椒各品質指標均顯著降低(P<0.05)，另外I4、I5處理的秋茬辣椒單果干重顯著增加(P<0.05)。表明除春茬單果干重外，當灌水定額小于I3時，隨著灌水定額的增加，辣椒各品質指標會顯著提升，當灌水定額超過I3繼續(xù)增大時，辣椒各品質指標整體呈現出下降的趨勢。分析認為這可能與水分過多造成辣椒植株營養(yǎng)生長旺盛，而分配給果實的有機物質減少，以及水分過多影響根系對土壤養(yǎng)分的吸收有關。

表4 試驗不同處理下辣椒的品質參數比較

4 討 論

株高、莖粗以及葉綠素含量是植株生長過程中非常重要的形態(tài)指標和植物進行光合作用的物質基礎，也是辣椒產量形成的基礎[15-17]。試驗中隨著灌水定額的增加，辣椒株高、葉片葉綠素含量逐漸增大，莖粗先增大后減小，結果與黃玉萍等[7]、韓廣泉等[15]和曹超群等[18]的研究結果一致，表明灌水定額是影響辣椒株高、葉綠素含量和莖粗的關鍵因素，增加灌水定額可以促進辣椒植株生長，但灌水定額過大會導致辣椒株高快速增加而使得植株莖稈變得纖細。隨著生活水平的提高，人們對蔬菜品質的要求也越來越高，因此溫室蔬菜的品質也十分重要[9]。試驗中辣椒的各品質指標整體表現出隨灌水定額的增加呈先增大后減小的趨勢，結果與彭強等[9]的研究結果相近，表明適宜的灌水定額能夠獲得較好的辣椒品質，灌水定額過低或過高均不利于辣椒品質的提高。作物植株往往通過生理調節(jié)去適應生境的改變，不同的水分供應往往導致作物的生長指標也產生相應的變化，并最終影響到作物的產量[19-21]。試驗結果顯示，隨著灌水定額的增加，辣椒產量先增大后減小，但灌溉水利用效率(IWUE)逐漸減小，秋、春兩茬辣椒產量均在I3處理時達到最大，單位面積產量分別為38 226 kg/hm2(秋茬)、54 269 kg/hm2(春茬)，兩茬辣椒IWUE均在I1處理時達到最大，分別為8.52 kg/m3(秋茬)、6.14 kg/m3(春茬)，表明適當減小灌水定額可以提高辣椒的IWUE[22-23]，眾多關于非充分灌溉及調虧灌溉對作物水分利用的研究也有類似的結論。吳婕[24]對疏勒河流域膜下春茬滴灌辣椒的研究結果表明，辣椒最高產量及IWUE分別為34 902 kg/hm2和8.42 kg/m3，與本試驗研究的春茬辣椒最高產量相比低了35.69%，分析認為，吳婕[24]所研究的辣椒種植區(qū)域為甘肅疏勒河流域，而和田地區(qū)較疏勒河流域的日照時數和積溫更高[25]，更有利于辣椒的生長；與本文春茬辣椒最大IWUE相比，吳婕[24]研究得出的IWUE高了37.13%，導致此種差異的可能原因是其辣椒種植于中壤土，保水保肥性均優(yōu)于本試驗點的土壤，因此其IWUE明顯高于本試驗結果。試驗中I1～I5處理的灌溉量較CK處理小了24.41%～50.97%，但單位面積產量較CK處理增加了41.00%～78.63%，因而目前和田地區(qū)設施蔬菜節(jié)水增產的潛力還很大，同時也表明通過合理灌溉管理，在一定范圍內適當減小灌水定額可大幅提高和田地區(qū)滴灌日光溫室辣椒的產量。

5 結 論

(1)隨著灌水定額的增加，試驗區(qū)辣椒株高和葉片葉綠素含量逐漸增大，而莖粗先增大后減小。

(2)試驗區(qū)辣椒產量和各品質指標隨著灌水定額的增加均呈現先增大后減小的趨勢，灌溉水利用效率呈逐漸減小的趨勢。灌水定額小于I3時，增加灌水定額會顯著提高辣椒的產量和品質，但對辣椒的灌溉水利用效率影響不顯著；灌水定額大于I3后，則會降低辣椒的產量與品質，同時辣椒的灌溉水利用效率也顯著減小。

(3)綜合辣椒的產量和品質，和田地區(qū)與試驗點種植條件類似的滴灌日光溫室辣椒較為適宜的灌水定額為I3，即23.4 mm。