陳義浦,張少卿,劉 聰,周明耀

(1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司,江蘇 南京 210001;2.揚州大學 水利科學與工程學院,江蘇 揚州 225009)

我國蘇南地區(qū)雨水資源豐沛,地勢低洼平坦,土壤質(zhì)地粘重,降雨徑流的調(diào)蓄能力較弱,使得該地區(qū)農(nóng)田土壤水分過多,地下水位偏高,作物易受到澇漬災(zāi)害,影響其形態(tài)特性[1]和生長發(fā)育,降低凈光合速率、氣孔開度[2-3],導(dǎo)致產(chǎn)量下降,根系分布較淺且對土壤含水率極為敏感的蔬菜作物表現(xiàn)尤甚。目前大部分蔬菜地田間工程參照大田糧食生產(chǎn)標準,無法滿足蔬菜作物的排水要求,尤其臨近成熟期時,蔬菜作物受淹,更易導(dǎo)致產(chǎn)量損失巨大甚至絕產(chǎn),農(nóng)戶前期投入付諸東流。

以往的研究關(guān)于農(nóng)作物澇漬特性的研究主要集中在水稻[4]、小麥[5]、玉米[6]等糧食作物上,李玉昌等[7]指出任何高等植物都不能耐受長期的缺氧環(huán)境,水稻在孕穗期受淹4 d減產(chǎn)超過80%,涉及蔬菜作物淹水脅迫內(nèi)容較少,其中朱進等[8]的研究指出黃瓜幼苗耐淹水脅迫能力有限,淹水下幼苗生理受到顯著傷害。史艷姝等[9]的試驗表明青菜葉片受損率隨淹水歷時增加而越高,青菜葉片抗損率隨葉齡的增大而提高。因此,針對我國關(guān)于蔬菜澇漬脅迫試驗資料比較缺乏的現(xiàn)狀,有必要在南方雨水資源豐沛地區(qū),對主要蔬菜臨采收階段的耐淹水深和耐淹歷時作進一步研究,掌握受淹小青菜在臨近成熟時期(7～8葉)的生長性狀和產(chǎn)量損失規(guī)律,提出控制排水上限指標,為蔬菜地田間工程建設(shè)標準及運行管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料選用蘇南地區(qū)廣泛種植、食用的小青菜品種蘇州青3號(SZQ3),試驗區(qū)設(shè)在江蘇省常熟市水利科學研究所辛莊試驗基地(東經(jīng)120°41′,北緯31°32′)內(nèi),地處長江、太湖下游,屬平原河網(wǎng)地區(qū)。試驗土壤為適宜耕作的黏壤土,土壤經(jīng)風干、碾壓、過篩后裝入試驗盆內(nèi)。土壤有機質(zhì)含量4.39%,速效氮267.5 mg/kg,速效磷含量12.8 mg/kg,土壤密度1.22 g/cm3,pH6.90。試驗盆為紅色塑料桶,外徑28 cm,高28 cm,每盆裝土14.5 kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2月至4月進行,采用盆栽試驗。為保證蘇州青幼苗的正常生長,每個盆中投放復(fù)合肥50 g,盆底部放置2 cm～3 cm稻秸稈,用于改善土壤理化性狀,提高生物活性。農(nóng)田常規(guī)育苗,待植株長到7～8葉時,選取長勢一致的健壯植株66株,移植到培育盆內(nèi),每盆兩顆。培植盆放置在溫室大棚中,各盆施肥量一致。

設(shè)計試驗為蘇州青3號(SZQ3)7～8葉期單次淹水試驗,設(shè)置淹水深度、淹水歷時兩個因素,采用全因子試驗設(shè)計。參考當?shù)貧v年暴雨資料以及土壤等相關(guān)資料,淹水深度定為5 cm和10 cm,淹水歷時控制在6 h、12 h、24 h、36 h和48 h。在達到設(shè)計淹水歷時后,及時排除地表積水,并將盆內(nèi)水位統(tǒng)一降至10 cm以下。設(shè)10個處理,1個對照組(不淹水,CK),3次重復(fù),1個生育期(7～8葉期,臨成熟期),作物生長期間大棚內(nèi)平均氣溫23.1℃,淹水試驗方案如表1所示。

表1 淹水試驗方案

1.3 測定項目及方法

本試驗于處理前及排水處理后1 d、3 d、5 d、7 d進行相關(guān)數(shù)據(jù)的測定,以直尺測定小青菜根部以上最大高度作為株高。

葉片相對葉綠素含量(SPAD值)采用SPAD-502PLUS型葉綠素計(KONICA MINOLTA,JAPAN),每株隨機選取4片成熟葉取葉片中段進行測定。

產(chǎn)量采用電子天平測定。

根部情況于測產(chǎn)后挖根取樣,觀察記載,用直尺和游標卡尺分別測定根長和根粗。

計算各處理的產(chǎn)量損失率。品種產(chǎn)量損失率=(對照區(qū)產(chǎn)量-處理區(qū)產(chǎn)量)/對照區(qū)產(chǎn)量×100%。

數(shù)據(jù)分析方法采用EXCEL2010、SPSS19.0等軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析及繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 淹水對蘇州青相對葉綠素含量(SPAD)的影響

植物體內(nèi)的葉綠素在代謝過程中一方面合成,一方面分解,不斷更新。在處于逆境時,葉綠素形成受到影響,而分解過程仍然進行,因而莖葉發(fā)黃,光合作用受阻[9]。作物受淹后從原來的有氧呼吸變成了無氧呼吸或缺氧呼吸,葉綠素的形成受到抑制。蘇州青7～8葉期淹水處理恢復(fù)7 d后各處理的SPAD值見圖1、圖2。

圖1 淹水5 cm的蘇州青SPAD值變化

圖2 淹水10 cm的蘇州青SPAD值變化

由圖1、圖2可見,淹水脅迫-排水后0～3 d內(nèi),蘇州青各處理SPAD值呈上升趨勢,與對照保持一致,增長幅度略高于對照,其中對照組SPAD值增幅為3.9%,淹水深度為5 cm的處理SPAD值分別增長了13.8%、6.1%、7.1%、9.9%、8.0%;淹水深度為10 cm的處理SPAD值分別增加了5.3%、4.8%、5.9%、7.6%、8.4%。淹水脅迫-排水后3 d～7 d,蘇州青各處理SPAD值先開始緩慢下降,后明顯下降,其中QC10處理降幅最大為16.3%,最終各處理SPAD值與對照相比減少了3%～34%。

以上分析表明,淹水脅迫-排水后,蘇州青各處理葉片SPAD值初期與對照保持一致,呈增長趨勢,在排水1 d～3 d內(nèi)達到峰值后,SPAD值開始加速下降,最終表現(xiàn)為淹水6 h的處理SPAD值略有增加,其余SPAD值均保持或低于淹水前水平。各淹水處理與對照相比,SPAD值均降低,且差異顯著,淹水脅迫對葉綠素的產(chǎn)生有明顯抑制作用。SPAD值與淹水深度、淹水歷時均呈正相關(guān),蘇州青QC10處理的SPAD值較對照減少幅度最大。

蘇州青在淹水脅迫-排水后1 d～3 d后,葉綠素SPAD值達到峰值然后迅速降低。可能原因是作物在長期的進化過程中形成了一定的耐澇機制[9],淹水后短期內(nèi)形成了植株內(nèi)部的抗逆反應(yīng),后期因植株內(nèi)活性氧自由基積累,激素合成和調(diào)節(jié)過程受阻,葉片氣孔關(guān)閉[10-11],大量有機酸和其它活動性有機還原物質(zhì)直接或間接抑制作物的代謝過程,內(nèi)部細胞器官受到損傷且難以恢復(fù)并隨著時間的延長表現(xiàn)出來,進而影響葉綠素的形成及光合代謝。

2.2 淹水對蘇州青株高、葉片形態(tài)的影響

根據(jù)成熟期蘇州青(SZQ3)的株高、葉片形態(tài)等來分析7～8葉期不同淹水處理后蘇州青生長形狀變化見圖3—圖6。淹水脅迫后,與對照對比,QC1處理的株高稍有漲幅,增加了2.65%,其余處理分別減少了9.52%～31.22%,在淹水深度為5 cm、10 cm的處理條件下,淹水歷時6 h、12 h的蘇州青株高呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的趨勢,淹水24 h、36 h、48 h的蘇州青株高先緩慢增長,再逐漸降低,在排水后5 d達到最低值,而后莖部迅速抬升,其中淹水深度5 cm的處理表現(xiàn)更為明顯,QC7處理增幅最高達28.22%。

圖3 淹水5 cm的蘇州青株高變化

圖4 淹水10 cm的蘇州青株高變化

圖5 淹水5 cm的蘇州青葉片形態(tài)變化

圖6 淹水10 cm的蘇州青葉片形態(tài)變化

在觀測中發(fā)現(xiàn),蘇州青在7～8葉期受淹,主要表現(xiàn)為葉片出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象,葉邊下垂,枯萎葉片數(shù)增多,占總?cè)~片數(shù)的比重顯著增加,且更易發(fā)生病蟲害,花期提前,其中淹水歷時超過12 h的蘇州青植株表現(xiàn)尤甚。淹水深度為5 cm的條件下,蘇州青淹水(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)枯萎葉片數(shù)占總?cè)~片的比重最終比對照組分別增加了22.3%、20.3%、32.0%、50.1%和48.8%。淹水深度為10 cm的條件下,蘇州青淹水(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)枯萎葉片數(shù)占總?cè)~片的比重最終比對照組分別增加了22.7%、30.5%、44.2%、54.9%和64.4%。相同淹水深度條件下,隨著淹水歷時的延長,蘇州青作物枯萎葉片數(shù)所占比重也愈大,植株萎蔫現(xiàn)象也愈明顯。當淹水歷時低于12 h,受淹深度5 cm和10 cm植株枯萎葉片數(shù)所占比重差異不顯著。

淹水深度為5 cm時,淹水歷時12 h、24 h和48 h處理的株高與對照相比無顯著差異,其中淹水12 h處理的株高略高于對照組。淹水深度為10 cm時,所有淹水處理的株高均顯著低于對照,且隨著淹水歷時和淹水深度的增長而降低,排水處理后5 d～7 d因植株花期的提前使得各處理間株高差異縮小。蘇州青各處理總?cè)~片間無顯著差異,但淹水-排水后前期葉片萎蔫現(xiàn)象明顯,枯萎葉片占總?cè)~片比重均顯著低于對照,且與淹水歷時和淹水深度呈正相關(guān)。

蘇州青在排水后5 d株高增加迅速主要原因是植株受澇使作物內(nèi)部的動態(tài)平衡被打破,代謝循環(huán)紊亂,引起植株早衰[12],植株提前進入花期。

2.3 淹水對蘇州青根系生長、干物重的影響

根系是作物主要受淹部位,土壤缺氧會導(dǎo)致根系發(fā)育不良,使植物生長受阻。從表2可見,淹水脅迫后,蘇州青根系長度、根系干物重、地上采收葉片干物質(zhì)與對照組相比均顯著降低,根粗在淹水24 h以內(nèi)變化差異不顯著。淹水脅迫后的蘇州青各處理根系長度隨著淹水脅迫程度的加深呈下降趨勢,與對照組相比,除QC1處理增加1.65%,其余降幅為17.35%～37.19%,單株干根重減少0.1 g～0.4 g,且經(jīng)觀測,對照組根部呈淺鮮黃色,而淹水歷時較長的處理根部表皮色澤偏暗黃,部分出現(xiàn)病斑、腐爛、異味的情況,且次生根的數(shù)量及活性也隨著淹水歷時的延長而減少。地上采收葉片干物重顯著下降,下降幅度為50%～100%,其中淹水48 h的處理出現(xiàn)絕收情況。

表2 不同淹水處理對7～8葉期蘇州青(SZQ3)根系的影響

土壤水分高導(dǎo)致缺氧使蔬菜作物根系活力下降、有氧呼吸減弱,干物質(zhì)積累降低[13]。研究結(jié)果表明,蘇州青淹水脅迫后,除淹水6 h的蘇州青根長、根粗較對照組差異不顯著,其他與對照組間差異均顯著,根系長度、根系干物重、地上采收葉片干物質(zhì)隨著淹水脅迫程度加深而降低。

2.4 淹水對小青菜作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

圖7為蘇州青各處理作物產(chǎn)量測定結(jié)果。從圖7可知,淹水深度為5 cm的處理較對照分別顯著降低35.6%、48.0%、58.0%、70.3%和100%,淹水深度為10 cm的處理較對照分別顯著降低37.3%、55.5%、56.4%、79.4%和100%。根據(jù)觀測,受淹后蘇州青葉片失去光澤,經(jīng)陽光照射后葉片出現(xiàn)萎蔫下垂現(xiàn)象,且部分受淹嚴重的蘇州青植株提前開花,葉片無法食用。而淹水歷時較長的處理則出現(xiàn)葉片枯萎、植株死亡的情況。

圖7 不同淹水處理蘇州青產(chǎn)量

結(jié)果表明,蘇州青受淹后產(chǎn)量顯著降低,且淹水深度5 cm提高到10 cm,減產(chǎn)率增加,但差異不顯著,不同淹水歷時(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)之間,減產(chǎn)率隨著淹水歷時的增加顯著增加。

蘇州青在淹水脅迫-排水后產(chǎn)量大幅下降,主要是因為相比根系,蔬菜葉片受澇的表征狀況更明顯[11]。蔬菜等旱生作物在淹澇情況下其形態(tài)、生理都會受到影響,嚴重時表現(xiàn)出明顯的損傷甚至凋亡[14-15]。汪治瀾等[16]研究表明,葉片的萎蔫和損失程度與淹水時間呈正相關(guān),與本試驗結(jié)果一致。

3 結(jié) 論

(1) 小青菜(7～8葉期)臨近成熟采收階段受淹后,產(chǎn)量和品質(zhì)會受到顯著影響。當淹水歷時相同,淹水深度5 cm加深10 cm條件下,產(chǎn)量損失增加,但差異不顯著;淹水深度相同,淹水歷時(6 h、12 h、24 h、36 h、48 h)隨時間增加,小青菜產(chǎn)量損失愈顯著。

(2) 淹水歷時超過12 h后排水的小青菜根系伴隨病斑、腐爛、異味等情況,植株枯蔫,各項生理機能顯著下降,且在排除地表水5 d后,小青菜提前進入花期,莖部迅速拔高,葉片無法食用。

(3) 以減產(chǎn)3～4成為成災(zāi)標準,當小青菜淹水5 cm～10 cm時,小青菜淹水歷時以小于6 h為宜,上限指標不超過12 h,務(wù)必及時將蔬菜地地表水排除并進行降漬處理,為蔬菜種植田(或大棚)建設(shè)及水分管理提供依據(jù)。