表1 各处理溶氧量和灌水定额
处理T1 T2 T3 T4溶氧方式微纳米气泡发生装置滴灌泵加氧滴灌混合加氧滴灌正常滴灌溶氧量/（mg·L-1）6.8 8.0 7.4 1.2灌水定额/（m3·hm-2）45 45 45 45
马继梅1,田军仓1,2,3,张瑞弯1
（1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川750021；2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川750021；3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，银川750021）
摘 要：通过大棚立体种植油麦菜试验，以灌溉水中溶氧量为试验因素，研究不同溶氧量（T1处理6.8 mg/L、T2处理8 mg/L、T3处理7.4 mg/L、T4处理1.2 mg/L）对油麦菜生长量、光合指标、植株鲜质量、干质量和产量的影响。结果表明，①不同溶氧量对油麦菜株高、叶片数和茎粗有显著性影响；各处理株高均值次序为：T2处理＞T3处理＞T1处理＞T4处理，叶片数均值次序与株高的相同；②不同溶氧量对叶绿素质量分数、净光合速率、蒸腾速率、气孔开度有显著性影响，但是对胞间CO2摩尔分数影响并不显著；③不同溶氧量对单株鲜质量和干质量影响显著，T2处理的单株鲜质量和干质量最大，分别为56.25、10.71 g；T4处理的最小，分别为42.64、3.52 g；T1、T2、T3处理与T4处理相比产量分别提高了13.2%、22.6%、28.3%。以产量为研究目标时，7.4 mg/L溶氧量+灌水定额45 m3/hm2为最佳组合。
关 键 词：节水灌溉；溶氧量；油麦菜；光合指标；产量
植物的根系是吸收养分的重要器官之一，而作物生长过程中，灌水常使土壤中CO2质量浓度过高和O2质量浓度过低，影响植物生长发育及其产量和品质[1]。陈新明等[2]研究表明加氧灌溉使菠萝单果质量、产量显著增加；卢泽华等[3]研究表明加气灌溉能够有效地促进作物的生长，相同灌水条件下加气灌溉可以促进温室番茄的生长并提高产量；张文萍等[4]研究认为，相对于常规灌溉加氧灌溉促进了烟草旺长期和现蕾期根系的生长；肖卫华等[5]研究认为加氧灌溉能增加烟草单叶叶面积、总叶叶面积和烟叶总量；加氧灌溉对黄瓜和油菜生长的试验中发现加氧灌溉能有效改变其根系分布，油菜籽粒饱满，黄瓜个数增多[6-7]；陈新明等[2]研究还表明加氧灌溉能潜在地增加作物产量，因为在作物根区加入O2使得根功能处于最佳状态，有利于根区微生物的活动和矿物质的运移，最终导致作物生长发育的改善、产量的增加和水分利用效率的增加。目前，针对曝气灌溉研究内容较多，但具体针对灌溉水中不同溶氧量的研究鲜见。因此，通过立体栽培技术，以油麦菜为试验对象，灌溉水中溶氧量为试验因素，研究有限水资源条件下不同溶氧量对油麦菜的生长、光合作用和产量影响，旨在为建立高产、高效节水的加氧灌溉模式提供理论依据和技术参考。
试验于2016年3月21日—2016年5月17日在宁夏回族自治区银川市贺兰县洪广镇欣荣村沙土地温室内进行，海拔1 111.5 m。试验土壤属培养基质，体积质量为0.31 g/cm3，田间质量持水率为18%；当地微咸水原水的电导率5.58 μs/cm，采用自主研发的微咸水净水装置将当地微咸水净化成淡水灌溉，净化后的淡水电导率0.262 μs/cm，矿化度为0.187 mg/L。
本试验采用立体基质栽培油麦菜，共用12根长600 cm，直径20 cm的PVC管。管距20 cm，株距15 cm，即每根管子种植40株油麦菜，种植时每个处理灌相同的保苗水（底水）。自4月10日开始实施试验方案，每次灌水64 L。试验通过对比方法，以灌溉水中加注不同溶氧量为试验因素，设计4个水平3次重复。各处理溶氧量如表1所示。
表1 各处理溶氧量和灌水定额
采用钢卷尺每2～4 d测量油麦菜的株高、叶脉长、叶脉宽；记录叶片数；在每个试验处理随机选取3株油麦菜。采用烘干法测定油麦菜植株的干质量。取样时用铁铲挖取，尽量保证油麦菜根系和植株的完整。取样后，将根系洗净，晾干后测定植株的鲜质量，再把鲜样放入恒温烘箱内105℃下杀青15 min，然后在80℃下烘8 h，称得样品干质量。
采用LI-6400便携式光系统测定仪（LI-COR，Lincoln，USA），在每个处理的PVC管中取3片不同植株上生长健康、长势一致、光照均匀的同位叶片，在08:00—18:00每隔2 h测量1次油麦菜叶片的光合指标，得到净光合速率Pn、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs、胞间CO2摩尔分数Ci等指标。
叶绿素采用日本生产的便携式SPAD-520型叶绿素仪进行活体快速测定SPAD值，在油麦菜生长期每天中午测取标记叶片的SPAD值。
所有数据均采用Excel 2007和DPS 2014统计分析软件进行分析处理。
根据油麦菜的生长特性将其生育阶段具体划分为：幼苗期（4月10—17日），发棵期（4月18—24日），器官形成期（4月25日—5月5日）和成熟期（5月6—17日），结束时间为2016年5月17日，全生育期为55d。
测取每个试验处理各重复中标记的3个样本植株株高，用9个测量数值求得平均值作为该处理油麦菜的株高，进行数理统计分析。
由图1可知，油麦菜在整个生长阶段，株高随着时间不断增长，到成熟期株高增长速度开始逐渐降低。在幼苗期、器官形成期和成熟期阶段，株高最高的均为T2处理，在发棵期阶段，T1处理的株高最大；在各生长阶段，株高最低的均为T4处理。成熟期株高最大的为T2处理，达到36.04 cm；其次是处理T3，最低的T4处理为30.11 cm。由表2可知，不同溶氧量的对油麦菜株高有显著影响(p＜0.05)；在试验因素设计范围内灌溉水溶氧量为8 mg/L时油麦菜株高最高。
图1 不同处理油麦菜株高变化
测取每个试验处理标记的3个样本植株叶片数，用9个测量数值求得平均值作为该处理油麦菜的叶片数，进行数理统计分析。由图2可知，在整个生育期内，油麦菜叶片数呈单支抛物曲线形式增长，幼苗期变化较小，从发棵期到产品器官形成期，油麦菜叶片数增长速度快；在开花结果期各处理的叶片数趋于稳定，差异不大，叶片最多的是T2处理，为25片；T4处理最少，为22片。各处理之间叶片数大小次序是：T2处理＞T3处理＞T1处理＞T4处理，由表2可知，不同溶氧量对油麦菜叶片数有显著性影响（p＜0.05）。
茎粗是在4月17日（苗期）开始第一次测定，以后在每个生育阶段的初期、中期、末期3个时段测定。测取每个试验处理各重复中标记的3个样本植株茎粗，用9个测量数值求得平均值作为该处理油麦菜的茎粗，进行统计分析。
图2 不同处理油麦菜叶片数变化
表2 不同溶氧量对生长量影响的差异性分析结果
注 表中小写字母代表差异显著（p＜0.05），大写字母代表差异极显著（p＜0.01），同一列中字母相同代表差异不显著，下同。
图3 不同处理油麦菜茎粗变化
茎干是莴苣类植物从土壤中汲取营养和运输水分的主要通道，也是决定作物产量和植物干物质累积量的一个重要指标[8]。由图3可知，在整个生育期内，油麦菜茎粗呈单支抛物曲线形式增长，幼苗期变化较小，而在器官形成期油麦菜茎粗增长较快；在成熟期各处理的茎粗趋于稳定，其均值次序依次为:T1处理＞T3处理＞T2处理＞T4处理，分别为10.43、9.95、9.77 mm。其中T1处理较T4处理增长了12%。由表2可知不同溶氧量对油麦菜茎粗有显著性影响（p＜0.05）。
叶绿素是植物吸收土壤的水分、养分及大气光能等能量转化成植物同化物质的主要指标[9]。由图4可知，油麦菜生长期叶绿素的变化趋势，各处理SPAD的最大值出现在产品器官形成期。SPAD从幼苗期到产品器官形成期逐渐增大，产品器官形成期过后到结果期开始降低；这主要是由于油麦菜在产品器官形成期之前，属于生长量增长阶段和光合产物吸收及同化过程；产品器官形成期后，生长量不再变化，该阶段主要是光合产物同化过程和营养物质积累过程，因此叶绿素出现降低趋势。
图4 不同处理油麦菜生长阶段SPAD值变化趋势
由表3可知，不同溶氧量对SPAD值存在显著差异性影响（p＜0.05）。T3处理与T4处理存在极显著性差异（p＜0.01），T1处理与T4处理存在显著性差异（p＜0.05）。各处理中，SPAD值最大的是T3处理，最大值为30.93，最小的是T4处理；灌溉水中不同溶氧量对油麦菜SPAD值有不同的影响效应，这与张敏等[10]研究结果契合。灌溉水中加注适当的溶氧量可以增大油麦菜SPAD值，为其品质和产量提供生物基础。在本试验中，灌溉水中溶氧量为7.4 mg/L时，SPAD值最高。
作物光合作用受到自然因素、人为活动等因素的影响[11]。图5是油麦菜在5月2日净光合速率的日变化。由图5可知，油麦菜净光合速率日变化趋势是由低到高，再逐渐降低，呈现单峰形。T1处理和T3处理在12:40达到最大值，T2处理在14:40达到最大值。
图5 不同处理油麦菜净光合速率(Pn)日变化趋势
由表4可知，不同溶氧量对净光合速率存在显著影响。T1与T4处理存在极显著性差异（p＜0.01），T3与T4处理存在显著性差异（p＜0.05）。各处理中，T1处理的净光合速率均值最大，为 23.40 μmol/(m2·s)，其次是T3处理；T4处理最小，最小值为16.76 μmol/(m2·s)。由图5和表4分析可得，不同溶氧量对油麦菜净光合速率有不同的影响效应，灌溉水中合适的溶氧量可加快净光合速率，有利于光合产物的积累；本试验灌溉水加注溶氧量为6.8 mg/L时，净光合速率值最大。
表3 不同溶氧量对叶绿素质量分数影响的差异性分析结果
表4 不同溶氧量对净光合速率影响的差异性分析结果
作物根系吸收土壤水分和养分以及在作物体内水分和养分的转移主要由蒸腾作用完成，蒸腾作用关系到土壤水分和养分能否有效利用。图6是油麦菜在5月2日蒸腾速率的日变化趋势图。由图6可知，各处理的日变化趋势均呈现“单峰”趋势；其中各处理的峰值出现在12:50。各处理中T3处理的峰值最大为14.3 mmol/(m2·s)，T4处理的最小为9.21 mmol/(m2·s)。
由表5可知，不同溶氧量对蒸腾速率存在显著的影响。T1、T3处理与T4处理达到极显著差异（p＜0.01），T3处理蒸腾速率最大，最大为10.80 mmol/(m2·s)，T4处理的最小，最小值为7.31 mmol/(m2·s)。本试验中灌溉水中溶氧量为7.4 mg/L时，油麦菜的蒸腾速率最快。
图6 不同处理油麦菜蒸腾速率(Tr)日变化趋势
表5 不同溶氧量对蒸腾速率影响的差异性分析结果
表6 不同溶氧量对气孔导度影响的差异性分析结果
气孔导度是作物呼吸、体内水分蒸腾的主要通道，气孔导度直接影响作物蒸腾作用和吸收光能。图7是油麦菜在5月2日气孔导度的日变化趋势图。由图7可知，油麦菜的气孔导度均为单峰状，T1和T2处理的峰值出现在10:40，T3和T4处理的出现在中午。经方差分析（表6）可知，T3与T4处理存在极显著差异（p＜0.01）。
图7 不同处理油麦菜气孔导度(Gs)日变化趋势
图8不同处理油麦菜胞间二氧化碳浓度(Ci)日变化趋势
图8 是油麦菜在5月2日细胞间CO2摩尔分数的日变化趋势图。各处理从08:00到16:40整体呈下降趋势；二氧化碳均值最高的是T2处理，最低的是T3处理；经方差分析（表7）可知，各处理之间差异不显著（p＞0.05）。
表7 不同溶氧量下油麦菜胞间二氧化碳摩尔分数方差分析结果
各处理因溶氧量不同，鲜质量和干质量也有变化。从图9、图10可知，鲜质量和干质量在器官形成期增加明显；且随着溶氧量的增大而增大；在采收时T2处理的单株实际鲜质量和干质量最大,分别为56.25、10.71 g；T4处理的最小，分别为42.64、3.52 g；而根据表8可知，T2处理的干质量和鲜质量与T4处理差异极显著，T2处理的油麦菜的鲜质量、干质量的平均值最大，分别为15.35、2.16 g；T4处理的鲜质量和干质量的平均值最小，分别为9.45、0.83 g。
图9 不同溶氧量油麦菜鲜质量变化趋势
图10 不同溶氧量油麦菜干质量变化趋势
表8 不同溶氧量下油麦菜干鲜质量方差分析结果
产量统计可按种植模式换算：试验的管距20 cm，株距15 cm，每根管子种植40株，共12根管种480株；大田种植行距20 cm，株距15 cm，则种植密度为333 495株/hm2。各处理油麦菜成熟时的各产量如表9所示。
由表9可以看出，通过提高灌溉水中的溶氧量可以明显提高油麦菜的单株质量及其总产量，这与陈涛等[12]研究结果契合。T1、T2、T3处理与T4处理相比产量分别提高了13.2%、22.6%、28.3%。当以产量为研究目标时，灌溉水中溶氧量为7.4 mg/L为最佳溶氧量值。
表9 不同处理油麦菜产量
注 表中单株产量为同一处理的9株油麦菜的平均值
1)不同溶氧量对油麦菜生长影响显著。适宜的溶氧量可以促进作物的植株生长，其中株高、茎粗、叶片数是油麦菜作为可食用的蔬菜的重要指标。
2)不同溶氧量对油麦菜叶绿素及光和指标有重要影响。适当的增加溶氧量可以提高油麦菜SPAD值、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度，降低胞间二氧化碳摩尔分数；过量增加溶氧量对油麦菜生长的影响效果并不明显，甚至会导致SPAD值、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度减小，胞间二氧化碳摩尔分数增大。
3)T1、T2、T3处理与T4处理相比产量都有所提高，其中T3处理的产量最大，为22 677.60 kg/hm2。因此溶氧量7.4 mg/L为该实验区节水高效生产的适宜灌溉水中溶氧量值。
参考文献：
[1]甲宗霞,牛文全,张璇.通气灌溉对番茄产量与品质的影响[J].灌溉排水学报，2011,30(4):13-17.
[2]陈新明,JAY DHUNGEL,SURYA BHATTARAI,等.加氧灌溉对菠萝根区土壤呼吸和生理特性的影响[J].排灌机械工程学报,2010,28（6）:543-547.
[3]卢泽华,蔡焕杰,王健.加气灌溉对温室番茄生长及产量的影响[J].节水灌溉,2011(10):67-70.
[4]张文萍,姚帮松,肖卫华,等.增氧滴灌对烟草农艺性状的影响研究[J].灌溉排水学报,2013,32(1):142-144．
[5]肖卫华,姚帮松,张文萍,等.加氧灌溉对烟草生长影响规律的研究[J].中国农村水利水电,2014（2）:30-32．
[6]徐欢欢,姚帮松.输气灌溉对大棚秋黄瓜主要农艺性状的影响[J].华北水利水电学院学报,2011,32(4):32-35．
[7]刘朵朵,姚帮松,张文萍,等.根区供氧对滞水油菜生长特性的影响研究[J].灌溉排水学报,2013,32(3):128-130．
[8]刘永红,杨勤,杨文钰,等.花期干湿交替对玉米干物质积累与再分配的影响[J].作物学报,2006,32（11）:1 723-1 727.
[9]王平荣,张帆涛,高家旭,等.高等植物叶绿素生物合成的研究进展[J].西北植物学报,2009,29（3）:629-636.
[10]张敏,蔡焕杰,刘杰,等.根系通气对温室甜瓜生长特性的影响[J].灌溉排水学报,2010,29（5）:19-22.
[11]杨吉顺,高辉远,刘鹏,等.种植密度和行距配置对超高产夏玉米群体光合特性的影响[J].作物学报,2010,36（7）:1 226-1 233.
[12]陈涛,姚帮松,肖卫华,等.增氧灌溉对马铃薯产量及水分利用效率的影响[J].中国农村水利水电,2013（8）:70-72.
Effects of Dissolved Oxygen on Growth,Photosynthesis and Yield of Leaf Lettuce
MAJimei1,TIAN Juncang1,2,3,ZHANG Ruiwan1
(1.College of Civil and Hydraulic Engineering,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.Ningxia Research Center of Technology on Water-saving Irrigation and Water Resources Regulation,Yinchuan 750021,China;3.Center of Engineering Research of Education Department on Efficient Utilization of Water Resources in ModernAgriculture inArid Regions,Yinchuan 750021,China)
Abstract：We studied the impact of dissolved oxygen concentration in irrigating water on growth,photosynthesis,fresh weight,dry weight and yield of leaf lettuce grown in a greenhouse.Four concentrations were examined:6.8 mg/L(T1),8 mg/L(T2),7.4 mg/L(T3)and 1.2 mg/L(T4).The findings were as follows:①The dissolved oxygen concentration has a significant impact on lettuce height,leaf numbers and stem diameter;both height and leaf number of the lettuce under different treatments decreased in the order of T2＞ T3＞ T1＞T4.②The dissolved oxygen concentration also has a significant effect on chlorophyll content,net photosynthetic rate,transpiration rate,and stomatal aperture,but has less impact on intercellular CO2concentration.③The dissolved oxygen has remarkable impact on fresh and dry plant weights.The highest fresh weight and dry weights were in T2,being 56.25 g and 10.71 g respectively.The lowest fresh and dry weights were in T4,being 42.64 g and 3.52 g respectively.The yield in T1,T2 and T3 increased by 13.2%,22.6%and 28.3%respectively compared with that in T4.The results showed that a combination of dissolved oxygen concentration of 7.4 mg/L with amount of irrigation of 45 m3/hm2achieved the highest yield.
Key words：water saving irrigation;dissolved oxygen concentration;leaf lettuce;photosynthesis indexes;yield
中图分类号：S274.3
文献标志码：A
doi：10.13522/j.cnki.ggps.2017.07.011
文章编号：1672-3317（2017）07-0060-06
责任编辑：赵宇龙
马继梅，田军仓，张瑞弯.不同溶氧量对油麦菜生长、光合指标和产量的影响[J].灌溉排水学报，2017，36（7）：60-65.
收稿日期：2016-07-24
基金项目：国家自然科学基金项目(51469027)；教育部“长江学者和创新团队发展计划”创新团队项目(IRT1067)
作者简介：马继梅（1990-），女，宁夏固原人。硕士研究生，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail:604907167qq.com
通信作者：田军仓（1958-），男，陕西扶风人。教授，博士生导师，主要从事节水灌溉理论与技术研究。E-mail:slxtjc@163.com