隋淑梅，刘明池，崔 锦，田 洁，梁 浩，钟启文，季延海
（1.北京市农林科学院蔬菜研究所，北京 100097；
2.青海大学农林科学院 青藏高原种质资源研究与利用实验室，西宁 810016；
3.蔬菜生物育种全国重点实验室，北京 100097；
4.国家蔬菜工程技术研究中心，北京 100097；
5.农业农村部华北都市农业重点实验室，北京 100097）
茄子（SolanummelongenaL.）在我国设施蔬菜栽培中种植面积和产量均居第3 位[1]。茄子生长旺盛、叶面积较大，在生长期间需水量较多，一般认为土壤田间持水量达80%比较适宜其生长[2]。传统的土壤栽培模式因受连作障碍的影响，存在土传病害严重、水肥管理粗放、单株产量低、生产效率低等一系列问题[3]。随着经济的发展，人们对高品质农产品的追求，无土栽培逐渐得到快速推广应用。其中，基质栽培具有水肥可控、安全高效的特点，能够解决连作障碍、土传病害等问题，是目前无土栽培推广应用的主要方式[4]。茄子基质栽培已有较多应用，但在实际生产中，还面临着水肥供应不合理、根区盐分积累、离子比例失调等一系列问题，从而导致其产量、品质及水分利用效率下降[5]。影响设施茄子生长、品质形成和产量的原因是多方面的，其中，水肥供应状况是重要因素之一，营养液供应量过多或过少都不利于作物的生长[6]。因此，探究适宜茄子生长发育的营养液供液量是十分必要的。
近年来，有学者在茄子栽培方式和水肥供应量方面有所研究，郭新勇[7]在秋冬茬茄子栽培试验中发现在盛果期时日需水量最大，为5.9 mm/d；
拉秧期次之，为4.6 mm/d；
开花坐果期为4.0 mm/d，幼苗期需水量较小，为1.8 mm/d。郑国保[8]在研究不同灌溉定额对设施茄子光合特性和产量的影响中发现：灌溉定额较高处理的叶片净光合速率显著高于灌溉定额较低的处理，随着灌水量的增加，叶片蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度先减少后增加，水分亏缺和水分过量都会影响光化学效率、潜在活性、捕获激发能的效率、光合电子的传递；
马志杰[9]在研究设施条件下不同水氮用量对番茄生长及根区土壤环境的影响中发现：低灌水量处理的电导率（EC）显著高于高灌水量处理，低灌水量处理中有离子积累现象。李建明[10]在灌溉量对温室全有机营养液栽培甜瓜根际环境和茎流的影响研究中发现：在施肥量相同的条件下，长期低灌溉量会导致甜瓜根际中盐离子累积量增多，EC值增大，当灌溉量增大时，一方面可以促进根系吸收离子，另一方面可以促进根际离子迁移，使根际盐离子浓度降低；
哈婷[11]等在探究供液量对茄子生长生理指标、品质及产量等影响发现，每株每天供液700 mL 为茄子理想的供液量，可有效促进植株生长、提高果实品质和产量；
王燕丛[12]等在茄子各生育期进行不同程度调亏灌溉，结果发现，轻度水分亏缺适宜盛果期茄子生长指标的形成，有利于提高产量、提高果实单果重量。尽管前人已经对茄子灌溉量对植株生长和果实品质方面有所研究，但有关封闭式无机基质循环槽培系统栽培茄子的研究鲜有报道。因此，本试验以‘京茄黑宝’为试验材，利用封闭式无机基质循环槽培系统，来探究在营养液循环利用模式下灌溉量对茄子光合参数、生理品质、产量和根区盐分积累的影响，并找出最佳营养液灌溉量，以期为设施栽培茄子提质增效提供理论依据。
1.1 试验材料
本试验于2020 年8 月至2021 年1 月在北京市农林科学院蔬菜研究所连栋温室中展开。以‘京茄黑宝’为试验材料，该品种果形近圆球形，果脐小，果皮黑亮，果肉浅绿色，质地细嫩，风味好，具有丰产、耐低温弱光、商品性状佳等特性。于2020年8月在穴盘播种，待茄子幼苗长出2～3片真叶时开始定植（2020 年9 月9 日），定植后缓苗10 d，于茄子开花坐果期（50 d）开始实验。
1.2 试验设计
本试验采用完全随机设计，共设置6个处理：日灌溉量分别为2.4 mm （T1）、3.6 mm （T2）、4.8 mm （T3）、6.0 mm（T4）、7.2 mm（T5）、8.4 mm（CK）。采用北京市农林科学院蔬菜研究所自主研发的封闭式无机基质循环槽培系统(CN201510214349.X)，营养液选用北京市农林科学院蔬菜研究所刘增鑫(2000 年)的地下水改良配方，以珍珠岩为栽培基质，其物理性质如表1所示。每个处理为一套单独的循环系统，如图1 所示，共20 个栽培槽，合计40 株茄子，每平方米定植4株。另外，每个处理设置日灌溉次数为6 次，每个滴针流速40 mL/min，各处理灌溉量及时间设定如表2 所示。最后，每个处理新配的营养液pH 调到6.0±0.2，EC值调到2.0±0.2 mS/cm。在此期间进行打杈、绑蔓、摘除侧枝和卷须及底部老叶片等周期性操作。
图1 封闭式循环槽培系统Fig.1 Closed loop tank culture system
表1 珍珠岩物理性质Tab.1 Physical properties of perlite
表2 营养液灌溉量试验设计Tab.2 Design of nutrient liquid supply test
1.3 测定项目及方法
（1）光合色素含量测定。在茄子生长中期，用手持叶绿素仪测定叶绿素总含量。
（2）光合参数测定。在定植后64 d(晴天)，使用Li-6400（美国，LI-COR）便携式光合仪[6400-02B 红蓝光源叶室，光强为1 000 µmol/(m2·s)，流速为500 µmol/s[14]]进行光合指标测定,测定时间为9∶00-11∶00，选取从上部数第4～6 片朝向南侧的叶片,每个处理测定6株。
（3）叶绿素荧光测定。首先把茄子顶部生长点以下第4片功能叶片包住，然后放于暗环境中，处理30 min 后，设定快门Shutter=1，敏感度Sensitivity=46，光照Act3=0，Act2=10，Actl=56，Super=20，采用Fluor Cam叶绿素荧光成像系统测定光系统Ⅱ的潜在活性（Fv/Fo）、暗适应下最大光化学效率（Fv/Fm）[15]。
（4）茄子果实品质测定。在盛果期，每个处理随机选取3个成熟果实，测量品质指标，各3次重复。茄肉中维生素C 含量测定采用2,6-二氯酚靛酚钠滴定法[16]；
可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝染色法[16]；
可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[16]；
可溶性固形物含量采用手持折射仪法（日本，ATAGO）测定[16]；
可滴定酸含量采用氢氧化钠滴定法测定[16]；
硝态氮采用水杨酸法测定[16]。
（5）生物量积累、产量的测定。拉秧前每个处理随机选取3 株，将其地上部和地下部分别用电子天平称重，然后在105 ℃下杀青30 min后，降低温度至75 ℃烘干至恒重，随后对烘干后的地上部和地下部进行称重。各处理定株选择12 株，于果实始收期挂牌标记作为测产植株，采用商用台秤记录产量，记录周期为始收至拉秧期。
（6）茄子根系及根区环境测定。根系活力采用TTC 法进行测定[13]。利用土壤溶液提取器每7 d 进行一次根区溶液采集，放入4 ℃冰箱保存，随后送公司测定根区溶液离子含量，后期根区溶液EC值和pH 值采用哈纳笔式水质多参数测定仪测定。
1.4 数据处理
利用Excel 2019 完成初步数据整理计算，利用SPSS 进行方差分析、Duncan 多重比较（P<0.05）和相关性分析分析，利用Origin绘制图表。
2.1 不同灌溉量对茄子叶片光合参数、叶绿素含量和荧光参数的影响
不同灌溉量处理对茄子叶片光合参数、叶绿素含量和荧光参数的影响如表3所示：茄子叶片的光合指标与营养液灌溉量呈现正相关关系，光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的值随营养液灌溉量的升高呈现逐渐增大的趋势。其中，CK 处理的净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均显著高于其他处理，T5 处理次之，且比T5 处理分别高12.48、2.08%和5.98%；
叶绿素含量方面，T1处理的叶绿素总含量最高，T3 处理次之，且与CK 相比分别提高了4.88%和3.64%；
荧光参数方面，随着灌溉量的增加，Fv/Fm和Fv/Fo呈现持续上升趋势，其中，CK 处理各个参数的值最高，说明正常灌溉量下的植株生长状态最好，低灌溉量会降低光系统II反应中心的潜在活性，且抑制暗适应下的最大光化学效率。
表3 不同灌溉量对茄子叶片光合参数、叶绿素含量和荧光参数的影响Tab.3 Effects of different irrigation on photosynthetic parameters, chlorophyll content and fluorescence parameters of eggplant leaves
2.2 不同灌溉量对茄子品质的影响
从表4可以看出，维生素C 含量随灌溉量的上升呈现先升高后下降趋势，其中，T4 处理较T1、T2、T3、T5 和CK 处理分别显著高21.23%、20.15%、9.58%、8.57%和20.94%；
可溶性蛋白含量随灌溉量的上升也呈现先升高后下降趋势，T4 处理也同样显著高于其余5 个处理，较CK 处理显著提高了30.53%；
可溶性糖含量随灌溉量的上升总体呈现下降的趋势，T1 处理的可溶性糖含量显著高于其他处理，且比CK 处理高25%；
可溶性固形物随灌溉量的上升呈现逐渐降低的趋势，T1处理的可溶性固形物显著高于其他处理，且比CK 高13.97%；
T5 处理的硝态氮含量显著低于其他处理，与CK 相比降低了32.26%。总体来看，T4 处理的茄子果实品质最佳，适当减少灌溉量有利于茄子果实品质的形成，但灌溉量太低，硝态氮会发生积累，导致硝酸盐积累。
表4 不同灌溉量对茄子品质的影响Tab.4 Effects of different irrigation amount on quality of eggplant meat
2.3 不同灌溉量对茄子生物量累积、果实产量和水分利用效率的影响
从表5可以看出，茄子地下部鲜重、地上部鲜重、地下部干重和地上部干重均随着灌溉量的增加呈现出先上升后下降的趋势，其中，地下部鲜重、地上部鲜重、地下部干重和地上部干重都是T4 处理显著高于其他处理，T3 次之，与CK 相比，分别提高了166.97%、59.82%、117.61%和64.36%，这说明适当地减少灌溉量有利于茄子生物量的积累。另外，果实产量方面，不同处理单株产量随着灌溉量的增加呈现出先增高后降低的趋势，其中，以T4 处理的单株产量最高，较T1、T2、 T3、 T5、 CK 分别显著增加了109.29%、 43.61%、24.96%、23.80%、96.08%；
水分利用效率也随着灌溉量的增加呈现出先增高后降低的趋势，其整体表现为T4>T3>T2>T5>T1>CK，其中，T4 处理显著高于其他处理，较其他处理分别提高了64.93%、22.21%、14.48%、29.44%和108.01%。
表5 不同灌溉量对茄子生物量积累、单株产量和水分利用效率的影响Tab.5 Effects of different irrigation amount on eggplant biomass accumulation
2.4 不同灌溉量对茄子根区溶液EC和pH值的影响
从图2(a)可以看出，在整个生长周期中茄子根区营养液EC值随着植株生长呈现先升高后下降，并逐渐稳定的增长趋势。其中，T1处理的EC同样呈现先升高后下降，并逐渐稳定的趋势。另外，在64 d 时，根区溶液的EC表现为：T1>T2>CK>T5>T3>T4，且T1 处理的EC达到最高值5.16 mS/cm，较CK 高33.72%。在定植后148 d，根区溶液的EC表现为：T3>T1>T5>T4>T2>CK，且各处理分别比CK 高20.04%、17.40%、10.93%、9.63%和4.42%，且与定植前相比，各处理的EC分别提高了84.5%、80.45%、70.5%、68.5%、60.5%和53.7%。
图2 不同灌溉量对茄子根区溶液EC和pH值的影响Fig.2 Effect of different irrigation on EC and pH in root zone of eggplant
从图2(b)可以看出，在整个生长周期中茄子根区营养液pH随着植株生长呈现先升后降再升再降，并逐渐稳定的趋势。其中，T1 处理的pH 同样符合根区营养液总体变化趋势，在64 d时达到最低值4.96，比CK低14.04%。在定植后148 d，根区溶液的pH 表现为：T2>T4>CK>T1>T3>T5，与定植前相比，T2、T4 和CK 的pH 分别提高了2.53%、2.20%和1.5%，T1、T3和T5的pH分别降低了0.33%、0.83%和3.83%。
随着茄子植株的生长，基质栽培茄子根区营养液的EC值逐渐增加。另外，在茄子生长过程中根区营养液pH 值总是小于7，整体偏酸性。
2.5 不同灌溉量对茄子根系活力的影响
在茄子开花坐果期（64 d）测定不同灌溉量下茄子根系活力（见图3），结果表明，随着灌溉量的增加，茄子的根系活力呈现逐渐上升趋势，其根系活力表现为：CK>T5>T4>T3>T2>T1，其中，CK 处理的根系活力最高，而T1、T2、T3、T4 和T5 较CK 相比，分别降低了43.90%、23.57%、19.53%、10.42%和9.14%。另外，T1、T2、T3、T4 间存在显著差异，T5 和CK 间无显著差异。此时T1 处理的EC最高，但根系活力最弱。这说明T1 处理下基质栽培茄子根区溶液中可能会造成离子累积，减弱茄子的根系活力，而T3、T4 灌溉量下，根区营养液EC值适宜，茄子根系活力较高。
图3 不同灌溉量对茄子根系活力的影响Fig.3 Effects of different irrigation amount on root activity of eggplant
2.6 不同灌溉量对茄子根区营养液离子浓度的影响
不同灌溉量下根区营养液中总氮、总磷、K+、Ca2+和Mg2+质量浓度随植株的生长而产生变化，但其总体变化趋势一致：随着生育期的延长茄子根区盐分累积量不断增加，整体呈现上升的增长趋势（见图4）。在图4(a)中，根区营养液中总氮质量浓度呈现先上升后下降趋势，其中T1 处理的总氮质量浓度高于其他处理，且在78 d 时总氮质量浓度最高，为182 mg/L，在148 d 时，根区营养液中总氮含量表现为：T1>T3>T2>CK>T4>T5；
在图4(b)中，根区营养液中各处理的总磷质量浓度呈现先上升后下降的趋势，其中T5 处理的总磷含量总体高于其他处理，在148 d时，根区营养液中总磷含量表现为：T5>T1>CK>T4>T2>T3；
在图4(c)中，K+质量浓度也呈现先上升后下降趋势，与总氮质量浓度变化相似，其中T1 处理的K+质量浓度总体高于其他处理，且在64 d 时达到最高值598 mg/L，在148 d 时，根区营养液中K+质量浓度表现为：T4>T1>T2>T5>CK>T3；
在图4(d)中，根区营养液中T5处理的Ca2+质量浓度呈现先上升后下降再上升的趋势，而其他处理呈现先上升后下降再上升再下降的趋势，其中T5 处理中的Ca2+质量浓度在85 d 时达到最高值为277 mg/L，T1处理中的Ca2+质量浓度在64 d时达到最高值为318.5 mg/L，在148 d时，根区营养液中Ca2+质量浓度表现为：T5>T4>CK>T1>T2>T3；
在图4(e)中，根区营养液中Mg2+质量浓度呈现稳定上升趋势，但在植株生长末期稍有下降趋势，在148 d(拉秧期)时，根区营养液中Mg2+质量浓度表现为：T5>T4>CK>T1>T3>T2。
由图2可知，在植株生长64 d时，基质栽培茄子根区营养液的EC值最高，但其pH 值最低，与根区营养液中离子含量相对应，在第64 d 时，T1 处理根区营养液各离子质量浓度均表现为：K+>Ca2+>总磷>Mg2+>总氮，其中K+对根区盐分累积强度的贡献率最高，总氮的吸收量最高。
2.7 不同灌溉量茄子光合、生理和品质指标间的相关性分析
茄子净光合速率、蒸腾速率、维生素C、可溶性蛋白、可溶性糖、可溶性固形物、根系活力和单株产量之间表现出不同的相关性(见表6)。其中，净光合速率与蒸腾速率之间、净光合速率与根系活力之间、维生素C与单株产量之间、可溶性糖与可溶性固形物之间、总磷质量浓度与Ca2+质量浓度之间呈极显著正相关（P<0.01），叶绿素总量与总氮质量浓度之间、蒸腾速率与根系活力之间、蒸腾速率与Mg2+质量浓度之间、维生素C 与可溶性蛋白之间、Ca2+质量浓度与Mg2+质量浓度之间呈显著正相关（P<0.05）；
净光合速率与可溶性糖之间、净光合速率与可溶性固形物之间、蒸腾速率与可溶性糖之间、可溶性固形物与根系活力之间、根系活力与总氮质量浓度之间呈极显著负相关（P<0.01），蒸腾速率与可溶性固形物之间、可溶性糖与根系活力之间、硝态氮与总磷质量浓度之间、硝态氮与Ca2+质量浓度之间呈显著负相关（P<0.05）。以上说明茄子光合参数指标、生理品质和根区营养液离子浓度之间密切相关，并相互影响。
我国正面临着水资源短缺，农业用水十分紧张的局面，适当地节水灌溉有利于提高农业用水的利用效率，减少水资源的浪费[17]。在基质栽培中，植株生长发育依赖营养液供应，营养液灌溉量能够调节蔬菜作物的根系对水分和养分的吸收和植株营养物质的分配，从而影响其生长、产量和品质[18]。另外，营养液灌溉量也会影响植物的光合作用，灌溉量过少会造成水分的亏缺，导致植物光合作用减慢[19]。金建新[20]研究表明马铃薯气孔导度、蒸腾强度、净光合速率均与灌水量正相关，且与灌水量表现为显著的线性关系，在土壤水分不足时，马铃薯机体通过产生内源激素ABA，降低叶片的蒸腾强度，并减少了水分流失；
季延海[21]研究结果也表明随着灌溉量的减少，净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率均呈下降趋势。本研究结果也表明，茄子叶片的光合参数指标与营养液灌溉量呈现正相关关系，光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的值随营养液灌溉量的降低呈现逐渐降低的趋势。有研究表明，水分胁迫会影响植物叶片PSⅡ的结构和功能，会造成不同程度的伤害，引起Pn、Gs、Tr、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo降低，其中Fv/Fm的下降可用来表示植物叶片损伤光能的判断指标[22,23]，本试验结果与之类似。随着灌溉量的减少，Fv/Fm和Fv/Fo呈现逐渐下降的趋势，说明过低灌溉量会产生逆境胁迫，从而导致叶绿素荧光出现抑制状态，不利于进行光合作用[24]。
不同营养液灌溉量对应的茄子果实生理品质表现有所差异。本研究表明，适当减少营养液灌溉量有利于果实品质的建成，其中，当营养液灌溉量为6.0 mm（T4）时，维生素C含量、可溶性蛋白含量显著高于其他处理组；
当营养液灌溉量为2.4 mm（T1）时，可溶性糖含量和可溶性固形物含量显著高于其他处理，但硝酸盐含量最高。另外，有研究表明，可溶性糖和维生素C是衡量植物碳营养水平与作物品级的重要因素[25]，故而，当营养液灌溉量为6.0 mm（T4）时，茄子品质最佳。除此之外，供液量对单株产量及水分利用效率也有影响，有研究表明适当的增加供液量可提高单株产量及水分利用效率[14,26]。另外，本研究还表明，不同处理单株产量和水分利用效率均表现出先增高后降低的趋势，以T4 处理的营养液灌溉量最佳。这说明适当减少营养液供应量能够提高果实产量和水分利用效率，这与刘贤赵[27]和李若楠[28]适量降低滴灌水量有利于作物合理的分配和使用营养物质和能量，提高果实品质和产量的研究结果相似。
适宜的水肥管理在一定程度上能够促进植株的生长发育、提高果实品质和产量[29]。在本试验中，营养液灌溉量为T1 低灌溉量处理（2.4 mm）时，基质栽培茄子根区溶液中的总离子浓度和主要离子质量浓度（N、P、K+、Ca2+、Mg2+）最高，这与李建明[10]长期低灌溉量会导致甜瓜根际中盐离子累积量增多，EC值增大一致。另外，T1 低灌溉量处理的根系活力最低，这是因为长期低灌溉量，根区溶液中会产生离子积累，从而会对植物根系造成一定程度上的离子胁迫，从而导致根系活力降低。在64 d时，T1处理各离子质量浓度表现为：K+>Ca2+>总磷>Mg2+>总氮，其中K+对根区盐分累积强度的贡献率最高，总氮对根区盐分累积强度的贡献率最低，这是因为氮元素是植株进行光合作用，开展碳同化物的生产、运输、分配的一个重要营养因子，在茄子开花坐果期吸收利用的氮元素多[30]。茄子地下部鲜重、地上部鲜重、地下部干重、地上部干重均随着灌溉量的增加呈现出先上升后下降的趋势，其中，均以T4 处理最高，这说明适当地减少灌溉量有利于茄子的生长和生物量的积累，这与哈婷[11]的试验结果相似，随供液量的增加，地上、地下部鲜、干物质量呈现先增大后减小趋势，以700 mL 灌溉量最为显著高。另外，本研究还表明，灌溉量过多不利于根系的呼吸和生长，同时也不利于植株整体生长和发育，这与杨振宇[31]供液量过多，使根部透气性变差，降低了根系对养分的吸收，抑制地上部与地下部的协调生长，不利于茄子的生长的试验结果一致。
蔬菜作物的离子吸收、生长、品质和产量之间相互影响，有一定的相关性。本研究中根系活力与总氮含量之间呈极显著负相关、净光合速率与根系活力之间呈现极显著正相关、叶绿素总量与总氮含量之间呈显著正相关、蒸腾速率与根系活力之间呈显著正相关，这是因为根系活力通过影响茄子根系氮元素的吸收，进而对茄子叶片叶绿素含量和光合参数产生影响[32]。
在温室基质栽培茄子生产中，适宜的营养液灌溉量有利于减轻茄子根区营养液离子积累，有助于茄子根系对根区营养液养分的吸收，有助于茄子植株的生长、果实品质的形成和单株产量的增加。当营养液日灌溉量为6.0 mm（T4）时，茄子果实品质、单株产量和水分利用率等指标最佳。适当减少茄子营养液的灌溉量既可以保证茄子的品质和产量，还能提高水分利用效率，节约水肥成本。
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