灌溉方式及施肥量對食用玫瑰生長、生理和產量的影響

毛 譯, 楊啟良, 陳紹民, 譚 帥, 張 炎, 王若亞

(昆明理工大學 現代農業工程學院, 云南 昆明 650500)

1 研究背景

食用玫瑰(RosarugosaThunb.)作為云南省特色經濟作物,近幾年來已成為云南花卉產業中發展迅速且經濟效益突出的產品,省內各地食用玫瑰的種植面積已超過4 000 hm2,為當地農戶帶來不菲的經濟效益[1]。但是,由于種植者在食用玫瑰種植方面缺乏一定的理論知識和科學的管理技術,從而限制了食用玫瑰的產量和品質的提高。而合理的水肥調控可以有效改善不同品種玫瑰的產量和品質[2-3],因此,如何提高食用玫瑰對水肥的高效利用是生產中面臨的關鍵問題之一。

滴灌與微噴灌技術因可有效實現節水灌溉,同時易于實現水肥的自動化控制而被廣泛應用于農作物的水肥管理[4-5]。大量研究表明,地表滴灌不受地形和土壤條件的制約[6],還能有效提高水分利用效率。此外,相比于傳統畦灌,滴灌能夠實現根區的精準灌溉,從而顯著改善作物根區的水分環境,對糧食作物和經濟作物的干物質積累與產量提高有顯著作用[7-9],而微噴灌應用于玉米等作物的種植灌溉管理中,可以有效提高其產量與經濟效益[10]。滴灌和微噴灌相較于傳統地面灌溉而言,還能靈活協調水肥之間的配比,有利于植株生長、提高葉片同化積累量,增強作物后期的抗逆能力[11-12]。

另一方面,施肥作為影響植株生長的重要因素[13-14],對玫瑰的生長、生理及產量的形成有著重要影響。國內外學者就單一養分的用量及施肥濃度對玫瑰產量的影響研究較多,如:葉面噴施濃度為4～6 g/L的氮肥,可以顯著提高月季的產量積累、可溶性糖以及葉綠素含量,但當濃度達到8 g/L時會阻礙月季的生長[15];在微量元素方面[16],施肥時添加硼肥可以顯著改善玫瑰生長狀況和提高產量,但當土壤硼肥含量超過4 mg/kg時會出現較輕毒性癥狀,葉片出現浸濕斑點現象。上述結果表明,施入適量的單一營養元素有利于玫瑰生長、改善玫瑰品質并顯著提高玫瑰產量。氮肥作為當前種植業中投入量最大的肥料之一,對于植物體內酶、激素等多種蛋白質的合成有著重要的作用[17-18],但實踐中氮肥的大量投入存在土壤酸化、地下水污染和作物減產等潛在風險[19-20]。相對于花農習慣施肥量,氮肥減量25%施用,可增加玫瑰產量,但增加幅度與品種相關[21]。磷肥、鉀肥的投入對于玫瑰生長也有顯著影響,如磷肥虧缺將使干物質向根系轉移,鉀肥虧缺將導致根系的活力大幅下降[22]。同時,玫瑰第1次采花之后追加氮、磷、鉀復合肥能有效提高玫瑰的產量[23]。因此,重視大量元素復合肥在全生育期的合理投入有助于食用玫瑰的提質增效。

綜上所述,目前更多研究聚焦于施肥單一因素對于玫瑰生長等方面的影響,但是對于灌溉方式與施肥量的雙因素如何影響玫瑰在生長、生理和生育期產量方面的研究鮮見報道。另外,在露地栽培的模式下,自然降雨對玫瑰的病害發生有著嚴重影響[24]。因此,本文在避雨設施條件下,以云南省主栽品種之一“墨紅”食用玫瑰為研究對象,研究相同灌水量情況下不同灌溉方式及施肥量對食用玫瑰生長特性、生理特性和產量的影響,旨在探究避雨栽培條件下食用玫瑰生產中適宜的灌溉方式與施肥量,為食用玫瑰的高效種植提供一定的科學指導。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗區簡介

試驗于2021年10月至2022年9月在云南省昆明市昆明理工大學呈貢校區現代農業工程學院智慧農業試驗基地(102°86′39″E,24°84′47″N)的避雨塑料大棚中開展。試驗基地地處北緯低緯度,屬亞熱帶高原季風氣候,干濕分明且降雨集中,試驗地平均海拔為1 992 m,試驗期間平均濕度為72.9%,年平均氣溫為22.3 ℃,年日照時數為3 551 h。試驗地土壤pH值為7.4,田間持水量(體積含水量)為35.2%,土壤養分狀況為硝態氮(17.8 mg/kg)、速效磷(14.9 mg/kg)、速效鉀(134 mg/kg)。試驗品種選用長勢一致的2年生“墨紅”食用玫瑰。試驗所用供試化肥選用四川什邡德美實業股份有限公司生產的大量元素水溶肥(含N—P2O5—K2O為21—21—21)。

2.2 試驗設計

將食用玫瑰生育期分為萌芽期(10月—次年2月)、展葉期(3月—4月)、現蕾期(5月)、盛花期(6月—8月)、花末期(9月)。全生育期設置4個施肥總量,分別為F0(不施肥)、F1(840 kg/hm2)、F2(1 890 kg/hm2)、F3(3 150 kg/hm2),設置兩種灌溉方式:微噴灌(W)和滴灌(D)。采用2因素完全組合設計,共8個處理。試驗地共為8個處理區域,每個試驗處理區域壟寬1.5 m,壟長11.0 m,密度約為60 000株/hm2,每個處理重復3次。10月采用滴灌進行一致的緩苗水處理,11月進行試驗灌溉方式處理。在滴灌方式區域,每壟于食用玫瑰種植點處間隔0.2 m安設1條滴灌帶,共安設4條用于灌水和施肥;在微噴灌方式區域,每壟安裝4個噴頭僅用于灌水并安設4條滴灌帶用于滴灌施肥。滴灌帶采用市面可購買種類,滴頭間距為20 cm,滴頭流量為3 L/h。 3月初開始施肥處理,每月灌水4次,施肥2次,單次灌水量為22.5 mm,試驗期間共灌水44次,施肥14次,總灌水量為990 mm。具體試驗設計見表1。

表1 “墨紅”食用玫瑰灌溉施肥試驗設計

2.3 測定指標及方法

2.3.1 食用玫瑰生長生理指標 形態指標(株高、莖粗):各處理選取初始長勢一致的3株植株連續測定,自2021年11月至2022年9月,每月15日測量1次。

株高采用刻度尺(精度為0.01 cm)測量植株頂部到土層表面的垂直高度,莖粗采用游標卡尺(精度為0.02 mm)量取離地面1 cm處的主干直徑。

光合參數:自展葉期(3月)到花末期(9月)各生育期期間于晴朗無云的天氣條件下(8:00至12:00)采用Li-6400 便攜式光合儀(LI-COR,美國生產制造)測量“墨紅”食用玫瑰的凈光合速率和蒸騰速率。每個處理隨機選取長勢一致的植株3株,并于同一株上挑選相同部位的無病害且長勢、葉面積基本一致的葉子進行測量,重復3次。

光合色素含量:采用乙醇-丙酮浸取和紫外可見分光度法,在現蕾期(5月),取健康、成熟且長勢基本一致的葉子測定葉綠素和類胡蘿卜素含量[25]。

2.3.2 產量 展葉期(3月)至花末期(9月),各處理劃定5.5 m2區域,每周收集區域內完全盛開的花朵并稱重,每個處理重復3次。

2.4 數據處理

使用 Microsoft Excel 2017記錄數據、整合并計算;采用SPSS 25.0(IBM)統計軟件進行數據處理,其中包括計算雙因素方差分析(two-way analysis of variance)與Duncan多重比較,采用Origin20.0進行圖像繪制。

3 結果與分析

3.1 灌溉方式和施肥量對食用玫瑰形態指標的影響

“墨紅”食用玫瑰的株高、莖粗隨著不同生育期而變化,各處理水肥耦合對食用玫瑰形態指標的影響及其方差分析分別見圖1和表2。

圖1 試驗期各處理水肥耦合對食用玫瑰形態指標的影響

表2 水肥耦合對食用玫瑰形態指標影響方差分析

由圖1可知,在展葉期(3月),DF2處理下株高最高,為23.54 cm,DF1處理下主莖最粗,為0.743 mm;在花末期(9月),WF3處理下株高最高,為29.46 cm,DF3處理下主莖最粗,為1.070 cm。相同施肥量條件下,在展葉期,滴灌方式下的株高均高于微噴灌方式,滴灌方式下的莖粗也大于微噴灌方式(F2處理除外);在花末期,滴灌方式下的株高大于微噴灌方式(F3處理除外),滴灌方式下的莖粗均高于微噴灌方式。微噴灌處理條件下,在展葉期,隨著施肥量的增大,株高呈現先增后減的趨勢,各處理株高表現為F0

由表2可以看出,灌溉方式對食用玫瑰展葉期株高和莖粗有極顯著影響(P<0.01),對花末期株高和莖粗有顯著影響(P<0.05);施肥對食用玫瑰展葉期株高和莖粗無顯著影響(P>0.05),對花末期株高有極顯著影響(P<0.01),對花末期莖粗有顯著影響(P<0.05);灌溉方式與施肥量的交互作用對展葉期株高和花末期莖粗無顯著影響(P>0.05),對展葉期莖粗和花末期株高有極顯著影響(P<0.01)。

3.2 灌溉方式和施肥量對食用玫瑰光合特性的影響

各生育期灌溉方式和施肥量對“墨紅”食用玫瑰光合特性的影響及其方差分析分別見表3、4。

表3 各生育期灌溉方式和施肥量對食用玫瑰光合特性影響

由表3可知,同一施肥量下,食用玫瑰在展葉期至盛花期滴灌方式處理凈光合速率大于微噴灌方式,DF2處理現蕾期的凈光合速率達到最高值,為17.93 μmol/(m2·s);花末期微噴灌方式下凈光合速率顯著高于滴灌方式,WF2的凈光合速率最高,為11.78 μmol/(m2·s)。同一灌溉方式下,凈光合速率隨著施肥量的增加,呈現先增大后減小的趨勢。在微噴灌處理下,現蕾期和盛花期F1、F2、F3施肥量處理比不施肥處理F0顯著提高了食用玫瑰的凈光合速率,現蕾期分別提高了43.3%、31.6%和40.8%(P<0.05);盛花期分別提高了18.3%、39.3%和37.0%(P<0.05)。在滴灌處理下,現蕾期F1、F2、F3施肥量處理比不施肥處理F0的凈光合速率分別顯著提高了51.6%、75.3%和74.3%(P<0.05);同樣在盛花期凈光合速率分別顯著提高了22.7%、45.7%和45.9%(P<0.05)。由表3還可以看出,同一施肥量下,總體表現為滴灌方式下的葉片蒸騰速率較微噴灌方式更高,生育期內盛花期葉片蒸騰速率處于較高水平。除F3處理下的微噴灌方式高于滴灌方式外,其余處理均表現為滴灌方式高于微噴灌方式(P<0.05)。同一灌溉方式下,蒸騰速率總體隨施肥量的增大呈先增后減的趨勢,微噴灌F0～F3處理下花末期的蒸騰速率分別為3.05、4.01、4.61和4.34 mmol/(m2·s);滴灌F0～F3處理下花末期的蒸騰速率為3.68、4.48、4.41和4.33 mmol/(m2·s)。

表4中的方差分析表明,灌溉方式對食用玫瑰展葉期和現蕾期凈光合速率影響極顯著(P<0.01),對盛花期和花末期凈光合速率影響顯著(P<0.05);施肥量對食用玫瑰展葉期凈光合速率影響顯著(P<0.05),對現蕾期、盛花期和花末期凈光合速率影響極顯著(P<0.01);灌溉方式和施肥量的交互作用對展葉期葉片凈光合速率影響極顯著(P<0.01),對現蕾期凈光合速率影響顯著(P<0.05),對盛花期和花末期凈光合速率無顯著影響(P>0.05)。灌溉方式對食用玫瑰展葉期、現蕾期和花末期葉片蒸騰速率的影響顯著(P<0.05);施肥量對展葉期葉片蒸騰速率影響顯著(P<0.05),對現蕾期、盛花期和花末期影響極顯著(P<0.01);灌溉方式和施肥量的交互作用對食用玫瑰展葉期和花末期葉片蒸騰速率影響顯著(P<0.05),對盛花期影響極顯著(P<0.01)。

表4 各生育期灌溉方式和施肥量對食用玫瑰光合特性影響方差分析

3.3 灌溉方式和施肥量對食用玫瑰葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響

各處理不同灌溉方式和施肥量對“墨紅”食用玫瑰現蕾期葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響及其方差分析分別見表5、6。

表5 灌溉方式和施肥量對食用玫瑰葉綠素、類胡蘿卜素含量的影響 mg/g

分析表5可知,在“墨紅”食用玫瑰現蕾期,相同施肥量下,葉綠素b含量與類胡蘿卜素整體表現為滴灌處理較微噴灌處理更高,除F1處理微噴灌方式下的葉綠素a含量高于滴灌方式之外,其余處理均為滴灌方式下的葉綠素a含量高于微噴灌方式。相同灌溉方式下,葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量隨施肥量呈現出先增大后減小的趨勢,其中DF2方式下的葉綠素a含量最高,為1.43 mg/g,DF1的葉綠素b和類胡蘿卜素的含量最高,分別為0.41、0.30 mg/g。相同灌溉方式下,相對于不施肥處理F0,施肥量F1、F2處理的總葉綠素含量顯著升高(P<0.05),施肥量F3處理的總葉綠素含量無顯著差異(P>0.05)。表6中方差分析表明,灌溉方式、施肥量單因素對食用玫瑰總葉綠素和類胡蘿卜素的影響極顯著(P<0.01),二者的交互作用對食用玫瑰總葉綠素和類胡蘿卜素含量影響顯著(P<0.05)。

表6 灌溉方式和施肥量對食用玫瑰葉綠素、類胡蘿卜素含量影響的方差分析

3.4 灌溉方式和施肥量對食用玫瑰產量的影響

不同處理下各生育期食用玫瑰產量如表7所示。由表7可知,食用玫瑰在各生育期的產量呈波動變化。在展葉期,微噴灌方式下的產量隨著施肥量的增大而升高,而在滴灌方式下,產量隨著施肥量的增大呈先升高再降低的趨勢。在展葉期,微噴灌方式下F3處理獲得最高產量3 408 kg/hm2,較F0、F1和F2處理分別增產了102.0%、45.4%和17.2%;滴灌方式下F1處理的產量最高,為3 057 kg/hm2,較F0、F2和F3分別增產了28.6%、40.2%和44.1%。在現蕾期與盛花期,滴灌和微噴灌方式下,均以F2處理產量最高,在現蕾期,微噴灌方式下F2處理的產量為3 087 kg/hm2,相較于F0、F1、F3分別增產了58.6%、5.7%、27.5%;滴灌方式下F2處理的產量為3 643 kg/hm2,較F0、F1、F3分別增產了48.9%、4.9%、29.5%。在盛花期,微噴灌方式下F2處理的產量為3 723 kg/hm2,較F0、F1、F3分別增產了205.4%、20.2%、31.3%;滴灌方式下F2處理的產量為4 793 kg/hm2,較F0、F1、F3分別增產了136.6%、33.1%、1.1%。食用玫瑰進入花末期后產量大幅降低,兩種灌溉方式條件下,均以F3處理的產量更優。從灌溉方式來看,相同施肥量下,現蕾期和盛花期滴灌方式下產量顯著高于微噴灌方式(P<0.05)。在食用玫瑰總產量上,微噴灌方式下F2處理的總產量最高(10 330 kg/hm2),顯著高于F0、F1和F3;滴灌方式下F2處理的總產量最高,為11 036 kg/hm2。

表7 不同處理下各生育期食用玫瑰產量 kg/hm2

4 討 論

水肥作為食用玫瑰的重要生長條件,對其生長及生理產生著協同作用,本研究探究灌溉方式和施肥量對于“墨紅”食用玫瑰生長、生理和產量的影響。研究表明,微噴灌方式有利于“墨紅”食用玫瑰株高的增長,在WF3處理條件下獲得最大株高(圖1(a));而滴灌處理更有利于莖粗的形成,DF3處理獲得最大莖粗(圖1(d))。這與仙鶴等[26]開展的食用百合生長特征對不同灌溉方式響應的研究結果有所不同,原因是本研究是在溫室大棚中開展試驗,與文獻[26]研究中的種植環境不同。

研究表明,光合作用是植物生理代謝過程和營養物質積累的重要途經之一[27]。在灌溉方式與施肥量對于食用玫瑰光合參數的影響方面,本試驗結果顯示,在“墨紅”食用玫瑰的花末期微噴灌方式下凈光合速率顯著高于滴灌方式,這與張川等[28]的研究結論相同,但與在傳統灌溉方式下對凈光合速率的研究結果有所不同,可能是由于微噴灌方式能減少葉片的高溫脅迫、增加空氣濕度,從而更有利于葉片進行光合作用。蒸騰速率方面,滴灌方式下蒸騰速率顯著高于微噴灌處理,可能是由于微噴灌處理導致水分存在作物冠層截留損失[29],植株供水不足,從而導致氣孔關閉,影響蒸騰速率,這與譚娟等[30]和Reddy等[31]的研究結論相符。從施肥量方面來看,“墨紅”食用玫瑰在展葉期DF3處理下的凈光合速率和蒸騰速率最高。這可能是由于展葉期葉片為生長中心,在該生長期適當提高施肥量有利于葉片營養物質的合成與轉運,可極大程度地促進食用玫瑰的凈光合速率和蒸騰速率[32]。

葉綠素和類胡蘿卜素是植株進行光合作用的重要化學物質。試驗結果表明,“墨紅”食用玫瑰在DF2處理下的總葉綠素含量最高,在DF1處理下的類胡蘿卜素含量最高,究其原因,一方面是由于滴灌更有利于植株的冠層發育,能有效促進葉綠素和類胡蘿卜素的積累,這與任玉忠等[33]的研究結論一致;另一方面是由于氮素是構成葉綠素的重要礦質元素,合理增加氮肥可以延緩葉片衰老,提高葉綠素含量,但是過量的氮肥會破壞葉片的片層結構與葉肉細胞,削弱葉綠素的生物合成過程,從而導致葉片光合素含量的降低[34-36]。所以,合理的灌溉方式和施肥量有利于葉綠素和類胡蘿卜素的合成,能促進更多同化物質的形成與積累。

本試驗研究結果表明,“墨紅”食用玫瑰在現蕾期和盛花期滴灌方式下的產量更高,其主要原因可能是現蕾期和盛花期為其生殖生長階段,滴灌方式下能為花的生長提供更多的光合產物(表5)。在花末期,微噴灌方式下的產量更高,這與以往對不同灌溉方式下食用玫瑰產量的相關研究結果有所不同,可能與“墨紅”食用玫瑰在生長后期對水分的需求降低有關[37]。施肥量也是影響產量的重要因素之一,本研究中兩種灌溉方式下的產量均隨施肥量的增加呈先增后減的趨勢,微噴灌方式與滴灌方式下均以F2施肥量處理的總產量最高。其原因是施肥量對于食用玫瑰的生長有一定的閾值效應,當施肥量未達到閾值時,合理地增加施肥量可以有效提高作物產量[38-41],但當施肥過量時,會使土壤鹽濃度升高,造成根系的水分脅迫,從而影響植株根對水的吸收,導致增產效果不顯著甚至減產[36-37,42-43]。

本研究只是從灌溉方式的角度進行試驗,探究微噴灌灌溉與滴灌灌溉對“墨紅”食用玫瑰各個生育期的影響,并沒有對其灌溉進行定量分析,后續可以在此基礎上深入研究,探尋最適合“墨紅”食用玫瑰的灌水定額和灌溉定額。

5 結 論

(1)灌溉方式與施肥量對“墨紅”食用玫瑰的株高和莖粗有顯著影響(P<0.05),其中WF3處理有利于增大株高,DF3處理有利于加大莖粗。

(2)“墨紅”食用玫瑰的凈光合速率和蒸騰速率均在現蕾期達到峰值,DF2處理的凈光合速率最高(17.93 μmol/(m2·s)),DF3處理的蒸騰速率最高(6.10 mmol/(m2·s))。滴灌方式下更有利于葉綠素和類胡蘿卜素的合成,DF2處理的總葉綠素含量最高(1.83 mg/g),DF1處理的類胡蘿卜素含量最高(0.30 mg/g)。

(3)同一施肥量下,滴灌方式更有利于“墨紅”食用玫瑰產量的提高。同一灌溉方式下,施肥處理(F1、F2、F3)的總產量顯著高于不施肥處理(F0)(P<0.05),其中DF2處理的總產量最高(11 036 kg/hm2)。推薦DF2為避雨設施大棚條件下“墨紅”食用玫瑰的灌溉方式和施肥量。