利用SFM1熱脈沖莖流計(jì)評(píng)估三種辣椒“Tanjung”、“Unpad”和“Osaka”在不同農(nóng)業(yè)環(huán)境條件下的生長(zhǎng)與水分利用效率
《Scientific Reports》：Evaluating the growth and water use efficiency of chili pepper ‘Tanjung’, ‘Unpad’, and ‘Osaka’ using SFM1 sap flow in agro-environment
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為解決園藝作物水分利用效率評(píng)估問(wèn)題，研究人員采用熱脈沖莖流計(jì)（SFM1），在溫室、遮雨棚、網(wǎng)室和大田四種環(huán)境下，對(duì)Tanjung、Unpad、Osaka-3三種辣椒的水分利用效率（WUE）、生長(zhǎng)與生理特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，農(nóng)業(yè)環(huán)境條件與品種存在交互作用，顯著影響水分?jǐn)z入、莖流和生長(zhǎng)。Tanjung在網(wǎng)室中表現(xiàn)出最高WUE（2.0 g/L）和絕對(duì)生長(zhǎng)率（>0.60 cm/day）。研究強(qiáng)調(diào)了優(yōu)化農(nóng)業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)對(duì)提高辣椒水分生產(chǎn)力和可持續(xù)性的重要意義。
在全球氣候變化和農(nóng)業(yè)水資源日益緊張的背景下，如何在多變的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，特別是高效利用水資源，已成為亟待解決的難題。園藝作物，如辣椒，作為重要的經(jīng)濟(jì)作物，其生長(zhǎng)和產(chǎn)量對(duì)水分供應(yīng)極為敏感。然而，不同品種的辣椒在不同保護(hù)地栽培環(huán)境（如溫室、網(wǎng)室等）中的水分需求、消耗效率和生長(zhǎng)表現(xiàn)究竟有何差異？如何精確測(cè)量和評(píng)估其水分利用效率（Water Use Efficiency, WUE），以指導(dǎo)精準(zhǔn)灌溉和優(yōu)化栽培模式？這些問(wèn)題對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和水資源可持續(xù)利用至關(guān)重要。為此，來(lái)自Universitas Padjadjaran的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一項(xiàng)精細(xì)的研究，旨在評(píng)估三種不同的辣椒品種在四種農(nóng)業(yè)環(huán)境條件下的生長(zhǎng)表現(xiàn)、水分利用效率及相關(guān)生理特性，以期找到在節(jié)約用水的同時(shí)維持甚至提高產(chǎn)量的最優(yōu)栽培組合，其研究成果發(fā)表在《Scientific Reports》上。
為了回答上述問(wèn)題，研究人員在印度尼西亞的Universitas Padjadjaran，于2023年12月至2024年5月期間，進(jìn)行了一項(xiàng)田間試驗(yàn)。研究采用了因子隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計(jì)，將432株辣椒植株分配在四種不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境條件下：溫室、遮雨棚、網(wǎng)室和露天大田。試驗(yàn)涉及三個(gè)辣椒品種：Tanjung、Unpad和Osaka-3。研究的關(guān)鍵技術(shù)方法在于使用基于熱脈沖速度（Heat Pulse Velocity, HPV）技術(shù)的Sap Flow Meter SFM1（SFM1莖流計(jì)）來(lái)直接測(cè)量植物的莖流，從而獲取精準(zhǔn)的水分消耗信息。灌溉用水量（即營(yíng)養(yǎng)液用量）則根據(jù)四種環(huán)境下的作物蒸散量（Evapotranspiration, ETc）進(jìn)行差異化供給，并利用土壤水分平衡模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)測(cè)量莖流速率、水分消耗、絕對(duì)生長(zhǎng)率等指標(biāo)，綜合分析品種與環(huán)境對(duì)辣椒生長(zhǎng)和水分利用效率的影響。
研究結(jié)果
農(nóng)業(yè)環(huán)境與品種對(duì)水分?jǐn)z入、莖流和生長(zhǎng)的交互影響
研究發(fā)現(xiàn)，辣椒品種（Cultivar）和四種不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境條件之間存在顯著的交互作用，共同影響著植株的水分?jǐn)z入、莖流（Sap Flow）以及生長(zhǎng)表現(xiàn)。這表明，評(píng)估辣椒的水分利用不能孤立地看待品種或環(huán)境，而必須考慮兩者的組合效應(yīng)。
不同品種的莖流與蒸騰特性
在三個(gè)辣椒品種中，Osaka品種表現(xiàn)出最高的莖流速度（Water Sap Velocity），尤其是在網(wǎng)室和露天大田環(huán)境中，這表明其具有更強(qiáng)的蒸騰作用。相比之下，Tanjung和Unpad品種的莖流速度相對(duì)較低。
Tanjung在網(wǎng)室環(huán)境中的優(yōu)異表現(xiàn)
盡管Tanjung品種的耗水量較低，但它在網(wǎng)室環(huán)境中表現(xiàn)出了最佳的綜合性能。具體而言，Tanjung在網(wǎng)室中達(dá)到了最高的水分利用效率（2.0 g/L）和最高的絕對(duì)生長(zhǎng)率（Absolute Growth Rate, AGR，大于0.60 cm/天）。這意味著在該環(huán)境下，Tanjung能夠以更少的水分消耗實(shí)現(xiàn)更快的生長(zhǎng)和更高的生物量積累效率。
莖流速度與生長(zhǎng)、水分利用效率的相關(guān)性
統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)一步揭示了關(guān)鍵變量之間的內(nèi)在聯(lián)系。莖流速度與植株的絕對(duì)生長(zhǎng)率之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（相關(guān)系數(shù)為0.68*），與水分利用效率之間也存在正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.59）。這表明，莖流速率可以作為評(píng)估辣椒生長(zhǎng)表現(xiàn)和水分利用效率的一個(gè)重要生理指示指標(biāo)。
研究結(jié)論與討論
本研究通過(guò)結(jié)合精準(zhǔn)的SFM1莖流計(jì)測(cè)量與多環(huán)境栽培試驗(yàn)，系統(tǒng)評(píng)估了三種辣椒在不同農(nóng)業(yè)環(huán)境下的水分利用策略。主要結(jié)論是：辣椒的水分利用效率、生長(zhǎng)和生理表現(xiàn)受到品種和栽培環(huán)境的共同顯著影響，兩者存在交互作用。 Osaka品種具有較強(qiáng)的蒸騰潛力，而Tanjung品種在網(wǎng)室環(huán)境中展現(xiàn)出卓越的水分經(jīng)濟(jì)性，即用更少的水實(shí)現(xiàn)了更高的生長(zhǎng)效率和水分利用效率。莖流速度與生長(zhǎng)和水分利用效率的正相關(guān)性，為未來(lái)基于生理指標(biāo)的節(jié)水灌溉和品種篩選提供了科學(xué)依據(jù)。
這項(xiàng)研究的意義在于，它明確指出了通過(guò)優(yōu)化農(nóng)業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)（如選擇網(wǎng)室結(jié)構(gòu)）與選擇適宜品種（如Tanjung）相結(jié)合，是提高辣椒生產(chǎn)系統(tǒng)中水分利用效率、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)的有效途徑。在氣候變化導(dǎo)致水資源不確定性增加的背景下，這種基于精準(zhǔn)測(cè)量的品種-環(huán)境匹配策略，對(duì)于保障園藝作物的穩(wěn)定生產(chǎn)和資源高效利用具有重要的實(shí)踐價(jià)值。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了在追求高產(chǎn)的同時(shí)，必須考慮作物生長(zhǎng)的生理過(guò)程與環(huán)境互作，為發(fā)展智能、節(jié)水的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)和理論支持。
