基于 Logistic 模型的加气灌溉辣椒生长特性和产量研究.pdf

2022 年 7 月 灌溉排水学报 第 41 卷 第 7 期 Jul 2022 Journal of Irrigation and Drainage No 7 Vol 41 16 文章编号 1672 3317 2022 07 0016 08 基于 Logistic 模型的加气灌溉辣椒生长特性 和产量研究 肖哲元 1 雷宏军 1 张振华 2 张 倩 3 金翠翠 1 孙克平 1 1 华北水利水电大学 水利学院 郑州 450046 2 鲁东大学 资源与环境工程学院 山东 烟台 264025 3 山东农业大学 水利土木工程学院 山东 泰安 271018 摘 要 目的 探明 加气灌溉对土壤 通气性 温室辣椒生长 特性 及 产量的影响 为 设施栽培条件下蔬菜增产增效 提供理论依据 方法 以辣椒为研究对象 设置施氮量 N1 225 kg hm2 和 N2 300 kg hm2 加 气量 C 加 气率 0 和 A 加气率 15 灌水量 W1 682 8 m3 hm2 和 W2 1 024 2 m3 hm2 的 3 因素 2 水平试验 采用 Logistic 模型拟合辣椒株高生长动态并定量分析其 生长特征 研究不同处理土壤通气性 辣椒 干物质量和产量的 变化 结果 灌水后第 2 d 相同施氮量和加气量下 土壤充水孔隙率 WFPS 随灌水量的增加而显著增加 相 同施氮量和灌水量下 加气处理相比不加气处理的 土壤氧气扩散速率 ODR 有 显著提升 在开花坐果期 加气灌 溉对促进辣椒株高生长的 效果最显著 增幅在 9 0 以上 不同处理辣椒株高变化符合 Logistic 模型 且拟合度 R2 均在 0 980以上 加气处理的 株高最大增长速率和快速增长 期平均增长速率较不加气处理 分别提高了 13 0 和 11 8 辣椒地上部干物质量和 单株 产量随加气量 施氮量和灌水量的 增加而增加 其中 N2AW2 处理的单株产量最高 324 63 g 株 且产量与土壤 ODR 和株高呈正相关 结论 加气灌溉 可 显著 改善土壤通气状况 促进辣椒生长 及 干物质量积 累 和 产量 提升 利用 Logistic 模型可较为准确 地描述辣椒株高生长动态 为 设施作物在加气灌溉 条件 下 的动态生长模拟提供理论依据 关 键 词 辣椒 加气灌溉 Logistic 模型 生长特性 产量 中图分类号 S626 5 文献标志码 A doi 10 13522 ki ggps 2022138 OSID 肖哲元 雷宏军 张振华 等 基于 Logistic 模型的 加气灌溉 辣椒生长特性和产量研究 J 灌溉排水学报 2022 41 7 16 23 XIAO Zheyuan LEI Hongjun ZHANG Zhenhua et al Modelling Growth and Yield of Aerated Pepper by the Logistic Model J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 7 16 23 0 引 言 1 研究意义 滴灌水肥一体化技术能有效减少作 物蒸 散发 并提高水肥利用效率 近年来被广泛应用 然而 长时间滴灌会造成作物根区土壤接近饱和状态 降低作物根区土壤的透气性和氧气量 1 而土壤缺氧 会 导致根系生长发育受阻 迟滞吸收土壤中的营养物 质 加剧肥料的淋溶和渗漏 2 加气灌溉作为地下滴 灌的一种拓展技术 可有效解决根区土壤缺氧问题 改善作物根际生长环境 辣椒作为主要的设施栽培蔬 菜 在加气灌溉模式下 探究 其生长规律和增产增效潜 力 对 促进农业增收 和发展设施农业节水灌溉具有重 要 意义 研究进展 Li 等 3 研究表明 向根区土壤 收稿日期 2022 03 18 基金项目 国家自然科学基金项目 52079052 河南省科技攻关计划 项目 212102110032 山东省重点研发计划重大科技创新工程项目 2019JZZY010710 作者简介 肖哲元 1992 男 博士研究生 主要从事节水灌溉理论 与技术研究 E mail xzy150610 通信作者 雷宏军 1975 男 教授 博士生导师 主要从事节水灌 溉理论与技术研究 E mail hj lei2002 加气 对促进番茄生长和干物质量的积累具有 积极 作 用 Cui等 4 研究指出 加气灌溉辅以施氮 240 kg hm2 是提高温室黄瓜产量最有效的管理措施 庞婕等 5 研 究表明 高灌水量下 加气灌溉可显著提高番茄产量 和水分利用效率 近年来 Logistic模型已被用来定 量描述辣椒 6 小麦 玉米 7 等作物生长动态累计变 化过程 且表现效果普遍较好 杨慧等 8 利用 Logistic 模型对水氮耦合条件下番茄地上部生物量及氮素累 积量的动态变化进行了研究 赵娣等 9 基于 Logistic 模型对不同水分条件下的番茄株高 叶面积指数等生 长特性进行了分析 为干旱地区农业生产提供了指导 切入点 然而 以往研究 大多是 利用Logistic 模型 模拟不同 水肥条件下作物 生长发育 和氮素累积 状况 而对于在加气灌溉 条件 下的 设施辣椒生长特性 的模 拟却 鲜有报道 拟解决的关键问题 鉴于此 本研 究以 温室 辣椒为研究对象 以生长时间为自变量 采 用 Logistic模型拟合不同处理 下的 辣椒株高生长的动 态变化过程 明确加气灌溉 对辣椒株高特征参数 土 壤通气性 干物质量及产量的影响 以期为设施栽培 肖哲元 等 基于 Logistic 模型的加气灌溉辣椒生长特性和产量研究 17 条件下蔬菜增产增效提供理论依据 1 材料与方法 1 1 研究 区概况 试验于 2019年 9月 11日 12月 26日在华北水利 水电大学农业高效用水实验场现代化温室中进行 该地区属北温带大陆性季风气候 年平均日照时间为 2 400 h 无霜期 220 d 温室内装有风机和湿帘 以 调节室内温度和空气湿度 温室内的气温变化 范围 在 10 5 32 2 之间 相对湿度变化范围在 32 5 90 3 之间 图 1 供试土壤为黏质壤土 土壤剖面质地 均匀 种植前土壤基础理化性质见表 1 图 1 温室辣椒生育期 空气温度和 相对湿度 Fig 1 Relative humidity and air temperature dynamics during greenhouse growing cropping season 表 1 土壤理化性质 Table 1 Soil physical and chemical properties pH 值 土壤 体积质量 g cm 3 田间持水 率 有机质 量 g kg 1 全氮 量 g kg 1 全磷 量 g kg 1 全钾 量 g kg 1 6 51 1 38 28 22 41 1 02 0 86 29 54 1 2 试验设计 试验采用 3 因素 2 水平 的完全随机区组设计 设 置施氮量 N1 225 kg hm2 N2 300 kg hm2 加 气量 不加气 C 加气 A 和灌水量 W1 682 8 m3 hm2 W2 1 024 2 m3 hm2 3 个因素 共 8 个处理 每个 处理 重复 4次 共计 32个小区 每个小区面积为 2 m2 具体的试验设计见表 2 各小区通过地下滴灌系统供 水 供水压力为 0 10 MPa 不 加气处理利用首部供 水装置 进行供水 加气处理利用储水管路 循环泵 文丘里空气射流器 Mazzei air injector 684 美国 Mazzei Corp 公司 等设备循环曝气 20 min 制得加 气比率为 15 的加气水 10 灌水下限根据距离植株径 向 10 cm 纵向 20 cm 埋深处的张力计 12 型分体式 张力计 中国农业科学院农田灌溉研究所 测定 土 壤基质势下限控制在 30 5 KPa 11 灌水量根据式 1 计算 1 式中 W 为各处理每次的灌水量 m 3 hm2 A 为小 区控制面积 m 2 EP为 1 个灌水周期内 6 蒸发 皿的蒸发量 mm K P 为 作物 蒸发皿系数 W1 处 理取 0 6 W2处理取 0 9 0 1 为单位换算系数 试验小区采用地下滴灌供水方式 滴灌带型号为 JOHN DEERE 直径为 16 mm 壁厚为 0 6 mm 埋 深为 15 cm 滴头额定流量为 1 2 L h 滴头间距为 33 cm 为防止水分侧渗 相邻 小区间用塑料膜隔开 选 用的辣椒品种为 豫艺鲜辣 8 号 于 2019 年 9 月 11 日选取长势相同的幼苗进行移植 种植密度为 3 株 m2 在 移植后的 12 d 覆膜 全生育期共计 107 d 生育期具体划分为 苗期 20190911 0928 开花坐 果期 20190929 1030 果实膨大期 20191031 1130 成熟期 20191201 1226 供试肥料为水溶性施乐多 含硝态氮量 7 1 铵态氮量 1 1 脲态氮量 6 9 P2O5量 15 K2O 量 30 螯合态微量元素 Fe 量 0 1 Mn 量 0 05 Zn 量 0 15 Cu 量 0 05 Mo 量 0 05 B 量 0 1 中国康拓肥料有限公司生产 采用文丘里施肥器将 其掺入水流后随水施入田间 1 3 项目测定 1 3 1 土壤通气性测定 选取辣椒果实膨大期的一个完整灌水周期进行 土壤通气性监测 利用氧化还原电位测量仪 上海仪 电科学仪器股份有限公司 中国制造 测定土壤氧气 扩散速率 Oxygen Diffusion Rate ODR 在距离 植株茎秆横向 5 cm 深度 20 cm 处埋设参比电极 铜 电极和铂金电极 测定时间为每日的 09 00 和 15 00 表 2 试验设计 Table 2 Experimental design 处理 施氮量 kg hm 2 加 气 率 灌水量 m3 hm 2 N1CW1 225 0 682 8 N1AW1 225 15 682 8 N1CW2 225 0 1 024 2 N1AW2 225 15 1 024 2 N2CW1 300 0 682 8 N2AW1 300 15 682 8 N2CW2 300 0 1 024 2 N2AW2 300 15 1 024 2 采用土壤湿度记录仪 FDS 100 邯郸市清胜电 子科技有限公司 测定 20 cm 土层深度处的土壤质量 含水率 水分传感器埋设于相邻 2 株作物的中间 测 0 20 40 60 80 100 5 10 15 20 25 30 35 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 相对湿度 气温 移植后天数 d 气温 相对湿度 灌溉排水学报 18 定期间利用烘干法进行标定 11 土壤充水孔隙率 Soil water filled pore space WFPS 参照 Du 等 12 的计算 方法进行测定 1 3 2 辣椒株高动态模拟 在 每个小区随机标记长势均匀的 3 株植物 从移 植 后的第 10 天开始 每 7 10 d 测量 1 次株高 采用 Logistic 模型对辣椒株高进行非线性回归拟合 式 2 对式 2 求导可得其增长速率方程 式 3 根据 式 2 和 式 3 可求出辣椒株高的各特征参数 值 13 定义 V1 和 t1 分别代表最大增长速率和对应的 移植天数 t2和 t3为生长曲线上的 2 个拐点 V2代表 快增期的平均增长速率 t1 t2 t3构成了辣椒生长曲 线 上的 3 个关键点 具体表示为 0 t2为渐增期 t2 t3 为快增期 t3 为缓增期 2 3 式中 Y 为辣椒株高 cm t 为 移植 后天数 d a b 和 k 为模型固定系数 1 3 3 生物量和产量测定 辣椒成熟期 在每个小区 随机选 取 3 株长势一致 的植株 破坏性取样后称取植株 地上 和地下部样品鲜 质量 在鼓风干燥箱中在 105 条件下杀青 30 min后 在 75 条件下烘干至恒定质量 采用精度为 0 01 g 的 电子秤称取干质量 辣椒成熟后采收果实并称 质量 每个小区除去首末两端的 1 株植株 选择剩余 4 株 测 定 其单株产量 取平均值作为该处理的 1 个重复 每 个处理设 4 个重复 1 4 数据处理 采用 Excel 2019进行数据处理和绘图 通过 SPSS 22 0 统计软件拟合 Logistic 生长模型并进行方差分析 Pearson 相关分析及显著性检验 模型有效性采用效 率系数 Nash sutcliffe efficiency coefficient E 14 和标准化均方根误差 Normalized root mean squared error nRMSE 13 进行 检验 2 结果与分析 2 1 不同处理土壤通气性的动态变化 由图 2 可知 不同处理的土壤充水孔隙率 WFPS 变化动态基本一致 灌水后 均呈先升高后下降的 变化 趋势 在 灌水后 的第 2 天下午 N1 施氮水平下的 N1AW2处理 和 N1CW2处理 土壤 WFPS达到较高水平 分别为 77 4 和 74 7 相 比 N1AW1处理和 N1CW1 处理 分别提高了 14 5 和 12 7 N2施氮水平下的各 处理土壤 WFPS 在灌水周期内基本表现为 N2CW2处 理 N2AW2 处理 N2CW1 处理 N2AW1 处理 在 灌水 后第 2 天 下午差异达到最大 N2CW2处理 和 N2AW2 处理较 N2CW1处理和 N2AW1处理的土壤 WFPS 分别 提高了 13 6 和 12 2 P 0 05 加气量和施氮量 的变化对土壤 WFPS 无显著影响 灌水后不同处理土壤 ODR 均呈 先下降后上升 之后 逐渐 趋于平缓的变化趋势 图 3 相同灌水量 和施氮量下 加气处理的土壤 ODR 平均高于不 加气 处理 在灌水后第 2 天 上午 最为显著 此时 N1AW1 N1AW2 N2AW1处理 和 N2AW2处理均已回升到较高 水平 平均达到 59 81 10 8 g cm2 min 其中 N1AW1 处理和 N1AW2 处理较 N1CW1 处理 和 N1CW2 处理 的 土壤 ODR 分别提高了 29 9 和 37 9 N2AW1处理 和 N2AW2 处理较 N2CW1 处理和 N2CW2 处理 的土壤 ODR 分别提高了 24 5 和 35 3 不同灌水量和施氮 量对 土壤 ODR 无显著影响 a N1 水 平 b N2水平 图 2 不同处理土壤充水孔隙率 动态变化 Fig 2 Dynamics of soil WFPS under different treatments 25 35 45 55 65 75 85 68 69 70 71 72 73 土壤充水孔隙率 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 25 35 45 55 65 75 85 68 69 70 71 72 73 土壤充水孔隙率 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 肖哲元 等 基于 Logistic 模型的加气灌溉辣椒生长特性和产量研究 19 a N1水平 b N2水平 图 3 不同处理土壤氧气扩散速率动态 变化 Fig 3 Dynamics of soil ODR under different treatments 2 2 不同 处理辣椒 株高动态变化 由图 4可知 不同处理辣椒株高随时间的动态变 化趋势相同 均呈现 慢 快 慢 的 S型变化趋势 移 植 后的 49 d 相同施氮量和灌水量下 与不加气处理 相比 加气处理对辣椒株高的影响差异最显著 其中 N1AW1处理 和 N1AW2处理 的辣椒株高 相比 N1CW1处 理 和 N1CW2处理分别增加了 11 8 和9 1 N2AW1处 理和 N2AW2处理 的株高较 N2CW1处理 和 N2CW2处理 分别增加了 10 2 和 9 1 在开花坐果期 加气灌溉 能有效增加土壤氧气量 提高根系呼吸作用 增强根 系对养分的吸收 进而促进辣椒生长 采用 Logistic模型对不同处理辣椒株高动态 过程 进行拟合 拟合方程 和有效性检验 见表 3 各处理拟 合方程的相关参数变化幅度较小 决定系数 R2均在 0 980以上 且均达到了极显著水平 P 0 01 各处 理实测值与模拟值的效率系数 E在0 818 0 903 之间 标准化均方根误差 nRMSE在 4 14 5 78 之间 小于 10 说明该模型可以准确地模拟辣椒株高 动态随时 间的变化过程 模拟值与实测值有较高的吻合度 相 同灌水量和施氮量下 不加气处理的辣椒株高理论最 大值平均为 67 68 cm 而加气处理的辣椒株高理论最 大值平均为 70 43 cm 二者相差 2 75 cm a N1 水 平 b N2水平 图 4 不同处理辣椒株高动态变化 Fig 4 Dynamics of pepper plant height under different treatments 表 3 不同处理 辣椒 株高生长过程模拟及有效性检验 Table 3 Plant height growth equation fitting and model validity for pepper under different treatments 处理 拟合 方程 模型有效性检验 决定系数 R2 效率系数 E nRMSE N1CW1 Y 69 06 1 7 28e 0 044t 0 991 0 903 4 14 N1AW1 Y 70 63 1 8 14e 0 048t 0 987 0 870 4 93 N1CW2 Y 69 48 1 6 84e 0 043t 0 990 0 897 4 16 N1AW2 Y 70 60 1 8 09e 0 049t 0 986 0 860 5 09 N2CW1 Y 66 01 1 7 36e 0 047t 0 990 0 896 4 27 N2AW1 Y 69 53 1 8 28e 0 050t 0 985 0 848 5 33 N2CW2 Y 66 17 1 7 44e 0 048t 0 987 0 873 4 68 N2AW2 Y 70 94 1 8 15e 0 050t 0 982 0 818 5 78 注 表示 在 P 0 01水平上存在显著性差异 下同 0 20 40 60 80 68 69 70 71 72 73 氧气扩散速率 10 8 g cm mi n 1 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 0 20 40 60 80 68 69 70 71 72 73 氧气扩散速率 10 8 g cm mi n 1 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 10 20 30 40 50 60 70 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 株高 cm 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 10 20 30 40 50 60 70 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 株高 cm 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 灌溉排水学报 20 2 3 不同处理辣椒 株高 增长速率及特征参数分析 图 5为不同处理 Logistic拟合 方程求一阶导数后 得到的辣椒株高增长速率动态曲线 各处理辣椒株高 增长速率为单峰曲线 且随移植时间的推移整体呈先 增加后下降的变化 趋势 相同施氮量和灌水量下 移 植后 35 49 d 与不加气处理相比 加气处理的株高 增长速率增幅最快 以移植后 35 d为例 N1AW1处理 和 N1AW2处理的株高增长速率较 N1CW1处理 N1CW2 处理分别提高 了 12 5 和 16 7 N2AW1处理和 N2AW2处理 的株高增长速率较 N2CW1 N2CW2处理 分 别 提高了12 0 和 11 7 进一步对Logistic 拟合方程求二阶导数得到株高 累计特征参数值 结果见表 4 不同处理在开花坐果 期 移植后 41 81 45 12 d 辣椒 株高 生长达到其 最大 增长速率 其中 N2AW2处理的株高最大增长速率和 快增期平均增长速率最高 分别 达到 0 89 cm d和 0 78 cm d N 1CW2处理最低 仅为 0 75 cm d和 0 65 cm d 加气处理的株高快增期持续时间较不加气处理 平均 提前了 4 51 d 株高最大增长速率和快增期平均增长 速率在加气处理下 平均 为 0 87 cm d和 0 76 cm d 不加 气处理下平均为 0 77 cm d和 0 68 cm d 加气处理较不 加气处理分别提高了 13 0 和 11 8 综上 在辣椒生 长活跃期向根区土壤通气可有效提高辣椒株高增长 速率 为营养生长向生殖生长的过渡奠定基础 a N1水平 b N2水平 图 5 不同处理辣椒株高增长速率动态变化曲线 Fig 5 Variation curves of pepper plant height growth rate under different treatments 表 4 不同处理辣椒株高动态随生育期变化的特征参数 Table 4 Plant height dynamics of pepper on the eigenvalues with different growth stages under different treatments 处理 辣椒株高主要特征参数 t1 d t2 d t3 d t d V1 cm d 1 V2 cm d 1 N1CW1 45 12 15 19 75 05 59 86 0 76 0 67 N1AW1 43 68 16 25 71 12 54 87 0 85 0 74 N1CW2 44 72 14 09 75 34 61 25 0 75 0 65 N1AW2 42 67 15 79 69 54 53 75 0 86 0 76 N2CW1 42 47 14 45 70 49 56 04 0 78 0 68 N2AW1 42 28 15 94 68 62 52 68 0 87 0 76 N2CW2 41 81 14 37 69 25 54 87 0 79 0 70 N2AW2 41 96 15 62 68 30 52 68 0 89 0 78 注 t1为最大增长速率所对应的移植天数 t2 t3为快增期的开始和结束时间 t为快增期持续时间 V1为最大增长速率 V2为快增期平均增长速率 2 4 不同处理对辣椒干物质量及产量的影响 由 表 5 可知 单因素下 施氮量 加气量对辣椒 干物质量和单株产量均具有极显著影响 灌水量对地 上部干物质量和单株产量具有极显著影响 且对地下 部干物质量具有显著影响 水氮交互作用对地上部干 物质量会产生极显著影响 其他因素的交互作用 均对 辣椒干物质量和单株产量无显著影响 本试验条件下 不同处理对辣椒地下部干物质量 无显著影响 相同施氮量和灌水量下 加气处理较不 加气处理能显著增加辣椒地上部干物质量和产量 其 中 在 N1施氮水平下 N1AW2处理的辣椒 地上部干 物质量 和单株产量达到最高 分别为 63 04 g 株和 274 62 g 株 较 N1CW2 处理分别增加了 18 5 和 16 5 N2水平下 N2AW2处理的辣椒 地上部干物质 量和单株产量分别达到了 67 68 g 株和 324 63 g 株 较 N2CW2处理分别增加了 15 7 和 17 0 辣椒地上 部干物质量和单株产量随施氮量 灌水量的增加而增 加 N2水平下 辣椒 地上部干物质量和单株产量 平均 为 60 60 g 株和 279 61 g 株 分别较 N1水平下的辣椒 地上部干物质量和单株产量增加了 16 7 和 17 4 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 辣椒株高增长速率 cm d 1 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 5 15 25 35 45 55 65 75 85 95 辣椒株高增长速率 cm d 1 移植后天数 d 处理 N CW N AW N CW N AW 肖哲元 等 基于 Logistic 模型的加气灌溉辣椒生长特性和产量研究 21 N2AW2处理较 N2AW1处理 的辣椒地上部干物质量和 单株产量分别增加 9 5 和 17 8 进一步分析发现 N2CW1 处理 的单株产量较 N2CW2 处理 减少 13 2 而 N2AW1处理较 N2CW2处理 的单株产量仅减少 0 7 可见 加气灌溉可以缓解由于减少灌水而对辣椒产量 所造成的 负面 影响 综上所述 辣椒地上部干物质量 和产量随加气量 施氮量和灌水量的增加而显著增加 N2AW2处理效果最佳 表 5 不同处理 对辣椒干物质量及产量 的影响 Table 5 Effect of different treatments on dry matter and yield of pepper 处理 地上部 干 物 质量 g 株 1 地下部 干 物 质量 g 株 1 单株 产量 g 株 1 N1CW1 42 25 1 87g 8 13 0 41c 205 40 7 28d N1AW1 49 31 1 51f 8 62 0 71bc 237 12 7 66c N1CW2 53 18 3 16ef 8 56 0 42bc 235 76 6 40c N1AW2 63 04 2 13b 9 37 0 66ab 274 62 8 39b N2CW1 54 40 1 95de 8 77 0 69b 240 75 8 15c N2AW1 61 80 2 96bc 9 35 0 58ab 275 54 4 09b N2CW2 58 51 2 14cd 9 29 0 37ab 277 52 5 73b N2AW2 67 68 3 39a 10 12 0 51a 324 63 11 15a F 值 施氮量 N 73 425 9 748 177 245 加 气量 A 68 831 8 809 150 863 灌水量 W 73 595 7 391 152 980 N A 0 008 0 016 0 853 W N 13 209 0 013 2 070 W A 1 281 0 403 2 457 N A W 0 067 0 006 0 184 注 同列数据后不同小写字母表示 P 0 05水平存在显著性差异 和 分别表示在P 0 05和 P 0 01水平存在显著性差异 下同 2 5 土壤 ODR WFPS 和辣椒各指标之间的相关 分析 本试验采摘的辣椒产量取自收获期 故将收获前 1个灌水周期所测土壤 ODR和 WFPS的平均值进行相 关分析 由表6 可知 辣椒株高 与干物质量呈极显著 正相关 P 0 01 辣椒产量与土壤 ODR呈显著正相 关 P 0 05 与株高 干物质量呈极显著正相关 P 0 01 辣椒良好的生长活动有利于干物质量的 积累 进而促进产量增加 并且产量与土壤 ODR的相 关性较高 表 6 土壤 ODR WFPS 和辣椒各指标间的相关关系 Table 6 Correlations among soil ODR WFPS and different indexs of pepper 指标 ODR WFPS 株高 干物质量 产量 ODR 1 0 208 0 030 0 222 0 457 WFPS 1 0 017 0 046 0 105 株高 1 0 635 0 555 干物质量 1 0 883 产量 1 3 讨 论 土壤温度 含水率 透气性等表征土壤物理特性 的环境因子相互 作用 且共同对植物的生长发育 产生 重要影响 15 ODR 可表征氧气对作物的有效性 当 阈值低于 40 10 8 g cm2 min 时 将损害作物的正常 生长发育 16 本研究发现 灌水后第 2 天上午 加气 处理较不加气处理能显著提高土壤 ODR 这与臧明 17 关于增氧 灌溉 的氧气扩散速率和氧化还原电位较常 规灌溉有显著提高 且改善效果最少持续 24 h 的结 论相似 株高表征植物纵向的拓展能力 是植物生长 发育进程中重要的动态指标之一 且植物的生物量和 产量与其关系紧密 18 Li 等 19 发现 通过向土壤注 气可使番茄株高和茎粗对其产生积极的反馈 吴梅 等 20 研究表明 与常规地下滴灌相比 玉米的株高和茎 粗在 加气滴灌下显著增加 1 51 4 88 和 3 63 6 22 本试验中 相同施氮量和灌水量下 在开花坐果期 移植后第 49 天 采用加气灌溉能显 著促进辣椒株高生长 增幅在 9 0 以上 与前人研 究结果基本一致 作物生长模型的构建可进一步为作物动态调控 提供有效支撑 罗新兰等 21 构建了关于玉米叶面积指 数的 Logistic 模型 R2和标准误差分别在 0 98 和 0 21 左右 较好的预测了不同生育期玉米叶面积指数的动 态变化 潘玉娇 6 利用 Logistic 模型定量研究了辣椒 叶面积指数和干物质积累量的变化过程 模型效果表 现良好 本研究以移植天数为自变量 采用 Logistic 模型 对加气灌溉条件下辣椒株高生长 过程 进行了模 拟 各处理的拟合方程均达到极显著水平 能很好地 描述辣椒株高生长 动态 今后将开展多季试验对加气 灌溉下不同作物的各项动态指标进行拟合 进一步提 高特征参数的 拟合 精度 Logistic 模型对其求各阶导 数后 能得到许多具有生物学意义的特征参数 可 定量 分析作物的生长动态变化 本研究发现 加气处理的 株高快增期持续时间较不加气处理平均提前了 4 51 d 与不加气处理相比 辣椒 株高最大增长速率和快增期 平均增长速率在加气处理下分别提高 13 0 和 11 8 这是由于加气灌溉增加了根区土壤氧气量 辣椒根系 呼吸速率增强 进而为地上部生长奠定良好的基础 本文只分析了辣椒株高随时间的动态变化 下一步将 以有效积温为自变量 对加气灌溉下不同温室作物的 生长 特性 及氮素累积进行拟合分析 为调控设施作物 生长发育及精准施氮提供理论依据 最终实现增产增 效协同发展 作物产量受气象条件 人员管理 土壤肥力等多 方因素的综合影响 有研究发现 加气灌溉下作物叶 灌溉排水学报 22 面积 22 光合特性和干物质积累 23 等指标较常规地下 滴灌显著 提高 良好土壤通气状况和养分供给加快了 植物体内各种生理活动的运转 促进了生物量的积累 和产量增加 Liu 等 24 利用微纳米气泡设备发现 加 气灌溉显著增加番茄干物质量 29 2 67 5 和产量 7 8 26 9 庞婕等 5 研究表明 土壤水分充足和适 宜的溶解氧质量浓度相结合 有利于促进 植株根系呼 吸 提高 番茄 产量 以上研究结果与本试验在相同灌 水和施氮条件下加气灌溉能有效促进辣椒地上部干 物质量的积累 显著提高产量结论相似 4 结 论 1 加气灌溉能显著改善温室辣椒土壤通气状况 相同灌水量和施氮量下 加气处理的土壤 ODR 平均 高于不加气处理 灌水后第 2 天效果最显著 提升幅 度在 24 0 以上 2 开花坐果期采用加气灌溉对促进辣椒株高生 长效果最为显著 增幅在 9 0 以上 Logistic 模型可 较为准确地描述辣椒株高的生长过程 加气处理 的辣 椒株高最大增长速率和快增期平均增长速率较不加 气处理分别提高了 13 0 和 11 8 3 辣椒地上部干物质量和产量随加气量 施氮 量和灌水量的 增加 而增加 且产量与土壤 ODR和株高 呈正相关 关系 N2AW2处理 即 施氮量 300 kg hm2 灌水量 1 024 2 m3 hm2 加气率 15 在促进辣椒生长 及 干物质量积累和产量提升中的综合效果最佳 参考文 献 1 NIU Wenquan JIA Zongxia ZHANG Xuan et al Effects of soil rhizosphere aeration on the root growth and water absorption of tomato J Clean Soil Air Water 2012 40 12 1 364 1 371 2 NIU Wenquan GUO Qing ZHOU Xiaobo et al Effect of Aeration and Soil Water Redistribution on the Air Permeability under Subsurface Drip Irrigation J Soil Science Society of America Journal 2012 76 3 815 820 3 LI Yuan NIU Wenquan CAO Xiaoshu et al Growth response of greenhouse produced muskmelon and tomato to sub surface drip irrigation and soil aeration management factors J BMC Plant Biology 2020 20 1 1 15 4 CUI Bingjing NIU Wenquan DU Yadan et al Response of yield and nitrogen use efficiency to aerated irrigation and N application rate in greenhouse cucumber J Scientia Horticulturae 2020 265 6 109 220 5 庞婕 韩其晟 周爽 等 水气互作对温室番茄生长 产量和水分利 用效率的影响 J 灌溉排水学报 2022 41 1 87 94 PANG Jie HAN Qisheng ZHOU Shuang et al The integrative effects of irrigation and aeration on growth and water use efficiency of greenhouse tomato J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 1 87 94 6 潘玉娇 不同水分条件下辣椒生长发育与干物质积累模拟模型的研 究 D 长春 吉林农业大学 2007 PAN Yujiao Study on the simulation model of growth and dry matter accumulation of pepper under different irrigation quartity D Changchun Jilin Agricultural University 2007 7 DING Dianyuan FENG Hao ZHAO Ying et al Effects of continuous plastic mulching on crop growth in a winter wheat summer maize rotation system on the Loess Plateau of China J Agricultural and Forest Meteorology 2019 271 385 397 8 杨慧 曹红霞 柳美玉 等 水氮耦合 条件下番茄临界氮浓度模 型的建立及氮素营养诊断 J 植物营养与肥料学报 2015 21 5 1 234 1 242 YANG Hui CAO Hongxia LIU Meiyu et al Simulation of critical nitrogen concentration and nitrogen nutrition index of tomato under different water and