加气滴灌对温室黄瓜生长、产量和品质的影响之农业学研究

本文是一篇研究农业学毕业论文，本试验通过温室黄瓜栽培试验研究，探索滴灌埋深、加气频率、灌水定额不同处理对黄瓜生长的影响规律，以及通过试验研究不同加气滴灌处理对温室黄瓜形态指标、生理指标、产量和品质的影响，为建立高产、高效节水的加气滴灌模式提供理论依据和技术参考，寻找加气滴灌对黄瓜生长状况、产量和品质影响的最优组合。

第一章 文献综述

1.1 研究进展
1.1.1 加气滴灌的提出及发展
（1）加气滴灌的提出
加气滴灌是近年来出现的新型灌溉方式，是对地下滴灌的完善和改进。地下滴灌主要是指在灌溉过程中，水分经滴灌带直接渗入到整个植物根系区域的高效灌溉技术。地下滴灌可减少表层土壤的水分蒸发，促进作物对水分的吸收，提高水分可利用性。虽然地下滴灌可以通过减少地表水分蒸发以及增大根系对水分的吸收量来提高灌溉水利用效率，但是地下滴灌容易造成土壤紧实度增大，从而降低植物根际土壤空气含量。有研究人员对地下滴灌对土壤水分运动和水分利用效率的影响进行试验研究，也有对地下滴灌的灌溉制度、农作物产量及果实品质等方面的影响进行研究,但都没有考虑地下滴灌造成根际土壤含氧量降低对作物的负作用，也没有考虑向根际土壤通入适量氧气对作物的根系生长发育、产量及品质的影响。对于植物来说，根系需要充足的氧气，通过有氧呼吸满足植物养分摄取和水分吸收，维持自身新陈代谢需要。但是植物根系生长对土壤中的气体，特别是氧气的浓度特别敏感，长时间进行地下滴灌会影响滴头附近的土壤物理结构和水力学特性，形成一个持续的湿润锋，使根际水分长时间接近饱和状态，造成土壤缺氧状况。土壤中氧气不足影响到根系和土壤呼吸，造成根系呼吸作用受限，影响植物根系水分养分的吸收和向地上部分的传输过程，进而限制整个植株的生长，严重者甚至导致死亡。因而，如何改变地下滴灌中根系土壤气体环境对于植物生长具有重要意义。
本世纪初，美国在农业发展过程中形成了一种新型节水灌溉技术——加气滴灌(Aeration underground drip irrigation, AUDI)技术。向土壤加气的理念首先由Enyeart 提出，它可以通过直接向植物根系输氧的措施来实现根域气体环境的优化，作物产量的提高、水分利用效率的提高、土壤中固、液、气三相比例方面的平衡。其基本原理是依靠文丘里管注射器将空气直接吸入水流中或通过过氧化氢溶液溶解方法，通过地下滴灌系统将空气和水流按一定比例混合后，利用重力作用和毛细作用将水滴缓慢入渗到作物根部的一种灌溉方法。加气滴灌技术只需在现有的地下灌溉系统上增加文丘里管注射器等设备就可实现，具有节水、高效和快速的特点。随后澳大利亚、加拿大、意大利等国对加气滴灌技术进行了深入研究和推广，取得了巨大的经济效益和社会效益。
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1.2 研究背景、目的及意义
1.2.1 研究背景
（1）人们对高品质蔬菜的需求高涨
随着我国社会经济的高速发展，人们生活水平越来越好，对绿色有机蔬菜越来越重视，人们更重视蔬菜的营养价值，对蔬菜品质的硬性要求也越来越高。为了迎合市场的需求，菜农们纷纷改变栽培方式，以此来提高蔬菜的产品质量。设施蔬菜生产条件受栽培环境、耕作制度、复种指数、灌溉频繁等特殊环境的影响，土壤易发生板结、盐渍化和营养元素比例不协调等问题。近年来，随着我国农村农业产业结构的调整以及经济的迅猛发展，我国蔬菜种植正处在蓬勃发展的高峰期。据农业部市场与经济信息司消息，近几年来我国蔬菜出口达到 973.0 万吨，其中黄瓜出口量较其他蔬菜来说更是首当其冲，主要以鲜食或半成品出口到日本、韩国、俄罗斯、美国、新加坡等国家。我国温室和塑料大棚多以生产黄瓜和番茄为主，黄瓜作为一种可以生吃的蔬菜，是我国的主栽蔬菜作物之一，深受世界人民的喜爱。在各种栽培技术和种植设施的出现的今天，黄瓜已经可以全年种植栽培，每个季节供应市场和人民。黄瓜不仅食用方便，而且富含维生素 A、C 以及多种有益矿物质，在此基础上黄瓜还具有美容养颜的功效，因此市场需求量非常大。黄瓜又是绿色高产蔬菜，黄瓜干脆美味，营养价值高，菜和果兼用，具有一定的保健效果。黄瓜不仅仅可以鲜食和炒菜，还可泡菜、盐渍、酱渍、制干和制罐，经济价值颇高，深受广大农户的喜爱[49]。我国的农产品生产已经从单纯追求数量增产，向追求安全、健康、品质、环保等为目标的小康型农业生产方式过渡阶段[72]。2015 年 11 月 10 日习近平总书记在中央财经领导小组第十一次会议上提出“供给侧结构性改革”使农业供给侧改革已成为热点问题。
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第二章 试验设计与方法

2.1 试验设计
2.1.1 试验材料
研究材料：滴灌带采用 NETAFIM 贴片滴管：直径 16.2 mm，滴水孔直径0.38 mm，滴头间距 40 cm，流速 1.60 L/H；温室内气象监测采用气象仪监测；充气设备采用空气压缩机：型号 V-O 12/8,转速 920 r/min，容积 40 L，功率 11 KW,排量为 0.12 m3/min ；水面蒸发量采用 20 cm 直径蒸发皿测量；测量茎粗株高和叶面积用卷尺和卡尺、选用中农 20 号黄瓜种子作为育苗种子。
灌溉水分利用效率的计算方法 灌溉水分利用效率是指作物利用单位灌水量生产的经济作物产量，单位为 kg·m-3，计算公式为：

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2.2 试验方法
2.2.1 试验方案
每个小区内铺设 2 条地下滴灌带（NETAFIM），直径 16.2 mm，滴头间距40 cm，滴灌带间距 40 cm。土壤中所通气体为空气，在干管上连接气泵，每条支管上分别安装 1 个阀门，便于独立控制灌水量和加气量，通过地下滴灌带为作物供水、供气。种植行距 40 cm，株距 40 cm。每个小畦栽培 2 行，每行 20 株。所有小区施肥、灌溉、打药等田间管理均一致。
如表 2-1 所示，试验所用黄瓜采用大棚种植，分 12 试验区，每个试验区面积（3.6 m×8 m）,每个试验区分 3 个小畦，重复试验。设置 3 个滴灌带埋深水平，依次是 D1(10 cm)、D2(20 cm)、D3(30 cm)；3 个加气水平依次是 G1(每 1 天加气1 次)、G2(每 2 天加气 1 次)、G3(每 3 天加气 1 次)，每次加气 30 分钟，每次的加气量为 3.6 m3/区；3 个灌水定额水平依次是 W1(0.63 m3/区)、W2(0.53 m3/区)、W3(0.43 m3/区)。1～9 区为加气滴灌试验区。CK1、CK2、CK3 为常规地下滴灌试验区，不加气，各区采用相同的灌水定额。

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第三章 加气滴灌对黄瓜生长发育的影响...........................19
3.1 加气滴灌对黄瓜地上部分生长的影响..............................19
3.1.1 不同处理对黄瓜植株形态指标的影响........................19
3.1.2 黄瓜植株形态指标的方差分析....................20
第四章 加气滴灌对黄瓜生理指标的影响.........................35
4.1 加气滴灌对伤流液流量的影响............................35
4.1.1 不同处理对伤流液流量的影响..........................35
4.1.2 伤流液流量的方差分析.....................36
第五章 加气滴灌对黄瓜果实品质的影响..........................45
5.1 黄瓜品质指标的筛选.................45
5.1.1 农产品品质的内涵...................45
5.1.2 黄瓜品质指标的选择...............45

第五章 加气滴灌对黄瓜果实品质的影响

5.1 黄瓜品质指标的筛选
5.1.1 农产品品质的内涵
农产品品质的内涵包括营养品质、加工品质和商业品质三个面,其中,营养品质是农产品的物质基础和核心。农产品的营养品质指标包括农产品的理化成分即水分、灰分、pH 值、粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、维生素、矿物质元素、脂肪酸、热量等。
5.1.2 黄瓜品质指标的选择
黄瓜除含水分达 98% 外，还含有维生素 C、 维生素 B1、维生素 B2、维生素 E、胡萝卜素、蛋白质、钙、铁、硫胺素、丙醇二酸等人体必需的成分。我们对黄瓜风味的研究主要从芳香物质（大部分挥发性物质），呈味物质（糖、酸、维生素 C 等）和质地方面进行。有大量研究选择蛋白质、抗坏血酸、可溶性固形物和总酸作为风味品质的营养指标。植物蛋白质是构成人体结构的主要成分，是人类膳食蛋白质的主要来源，蔬菜中蛋白质还有人体必需氨基酸。抗坏血酸是一种水溶性维生素，水果和蔬菜中含量丰富，对人体健康有益，能增强免疫功能，预防癌症。可溶性固形物主要是指可溶性糖类，包括单糖、双糖，部分多糖，可溶性固形物和总酸含量是影响黄瓜风味的重要指标。施肥是提高农产品产量和品质的重要途径，适量的氮肥和磷肥可以提高黄瓜果实蛋白质含量，降低有机酸含量，钾肥可以提高黄瓜果实的维生素 C、可溶性糖、蛋白质含量，降低单宁、有机酸和硝酸盐含量。因此本试验以黄瓜蛋白质、抗坏血酸、总酸、可溶性固形物含量为检测黄瓜营养品质指标。试验通过不同加气频率、滴灌带埋深和灌水定额正交处理，研究加气滴灌对黄瓜营养品质的影响。
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第六章 结论与讨论

6.1 结论
通过正交试验设计，探讨了加气滴灌对温室黄瓜形态指标、生理指标、产量和品质的影响，得到结论主要有:
(1)加气滴灌对黄瓜植株形态指标和产量的影响：与对照相比，除了 D1W1G1之外，其余加气滴灌处理均能促进黄瓜生长和提高产量，其中最优处理为D3W1G2，D3W1G2 处理的茎粗增长量较对照增加了 104%～110%，株高增长量增加了 12.1%～17%，叶面积增加了 28.7%～34.1%，产量增加了 62%～66.4%。结果表明，最适合黄瓜地上部分生长的加气滴灌处理是 D3W1G2。同时也表明向黄瓜根部通入适量的空气，可以促进黄瓜生长和提高产量，说明加气滴灌是高效的节水灌溉模式，解决了常规地下滴灌造成土壤含氧量降低的问题。
(2)加气滴灌对黄瓜生理指标的影响：加气滴灌对温室黄瓜的生理指标影响显著，除了 D1W1G1 外，各处理的伤流液流量、水分利用效率、光合速率和气孔导度明显优于对照处理。加气滴灌处理均能提高叶片叶绿素含量，其中D3W1G2 处理的植株叶片叶绿素含量在整个生育期都最高。结果表明，D3W1G2处理对黄瓜叶片叶绿素含量提高作用最大，同时对光合速率和气孔导度影响效果最好。D3W3G2 加气滴灌处理对伤流液流量和水分利用效率提高作用最大。
(3)加气滴灌对黄瓜果实品质的影响：加气滴灌可以有效提高黄瓜品质，对黄瓜蛋白质含量影响最优的加气滴灌处理是 D3W1G2，其每 100g 果实蛋白质含量为 0.83g，比对照提高了 22.1%～25.8%；对黄瓜果实抗坏血酸含量作用最优的加气滴灌处理是 D3W3G2。对黄瓜果实总酸含量作用最优的加气滴灌处理是D3W1G2；对黄瓜果实营养品质影响最优的处理是 D3W1G2，D3W1G2 处理的可溶性固形物含量达到 3.8%，比对照提高了 18.7%～26.7%。综合考虑 D3W1G2加气滴灌处理最优，D3W1G2 处理的黄瓜抗坏血酸，蛋白质和可溶性固形物含量均较高，总酸含量较低，黄瓜果实的风味品质最好。
参考文献（略）