再生水滴灌對(duì)番茄光合、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

徐桂紅，田軍倉(cāng),2,3，王璐璐，沈 暉,2,3，閆新房,2,3

(1. 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2. 寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021；3. 寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021)

0 引 言

再生水和海水淡化、跨流域調(diào)水相比，有助于改善生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)水生態(tài)的良性循環(huán)，在緩解農(nóng)業(yè)用水供需矛盾方面也發(fā)揮著重要作用[1]。李艷(2018)等[2]研究表明，與清水灌溉相比,再生水灌溉沒(méi)有顯著影響蔬菜多環(huán)芳烴(PAHs)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(P>0.05)，未引起表層土壤和各蔬菜PAHs污染風(fēng)險(xiǎn)。張娜(2015)[3]等研究表明:清水和再生水中的鉛(Pb)主要以水溶態(tài)B0存在，總量均未超過(guò)國(guó)家《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-2005)》。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者采用合理的灌溉方式或?qū)⑻幚砗蟮奈鬯儆糜诠喔?，研究表明灌溉后作物的品質(zhì)指標(biāo)并不會(huì)低于相應(yīng)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)[4-6]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)再生水灌溉作物做了較多研究，相關(guān)研究集中再生水灌溉對(duì)作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響以及重金屬在土壤中的累積等方面[7-9]、再生水灌溉對(duì)表層土壤微生物群落多樣性和化學(xué)性質(zhì)及細(xì)菌種群的群落組成和動(dòng)態(tài)的影響[10-15]，再生水灌溉對(duì)番茄的研究主要集中在番茄果實(shí)品質(zhì)、產(chǎn)量、土壤特性、氮肥偏生產(chǎn)力及蔬菜生理和水分生產(chǎn)效率的影響[16-22]及對(duì)產(chǎn)品安全性的影響[23,24]，但再生水滴灌對(duì)番茄葉綠素及光合作用的影響研究鮮見(jiàn)，特別是干旱地區(qū)寧夏再生水滴灌對(duì)番茄的光合、品質(zhì)和產(chǎn)量的影響研究還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。本文針對(duì)再生水灌溉對(duì)番茄影響的問(wèn)題，研究再生水不同灌溉定額對(duì)番茄生長(zhǎng)、光合作用、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為寧夏再生水滴灌蔬菜合理灌溉推廣提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)基地基本情況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)文昌鎮(zhèn)應(yīng)理集團(tuán)中水處理廠的蔬菜示范基地，試驗(yàn)田土質(zhì)為壤土，定植前測(cè)得土壤的基礎(chǔ)肥力為：土壤pH 8.60，全鹽量0.50 g/kg，有機(jī)質(zhì)10.27 g/kg，堿解氮36.00 mg/kg，速效磷18.59 mg/kg，速效鉀180.10 mg/kg，土壤容重為1.44 g/cm3，田間持水率為28%(占干土重)。所用中水廠的再生水水質(zhì)符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5084-2005)》，灌溉水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。試驗(yàn)期間降雨量為116.3 mm。

表1 灌溉用水指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用對(duì)比試驗(yàn)方法，在施肥及栽培等措施相同的條件下，研究再生水不同灌溉定額對(duì)番茄光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。設(shè)置再生水處理低水平(2 290 m3/hm2)、中水平(3 235 m3/hm2)、高水平(4 180 m3/hm2)3個(gè)灌溉定額水平，以自來(lái)水為對(duì)照，也設(shè)置相應(yīng)的3個(gè)灌溉定額水平。3個(gè)灌溉定額水平相應(yīng)的灌水定額分別為90、135、180 m3/hm2，設(shè)計(jì)灌水次數(shù)22次。各處理3次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

每個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)處理，面積為7.7 m2(5.5 m長(zhǎng)×1.4 m寬，其中壟寬80 cm，壟距60 cm)，株距為40 cm，行距50 cm，灌水方式采用水肥一體化滴灌，每行番茄布置一條內(nèi)鑲式滴灌帶，滴頭間距為30 cm，滴頭流量3 L/h，灌溉時(shí)直接引用自來(lái)水和中水廠生活再生水，采用數(shù)字式水表量水?；适?fù)合肥750 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)，有機(jī)肥1 500 kg/hm2(有機(jī)質(zhì)≥45%，N+P2O5+K2O=5%)?；A(chǔ)肥力是在施基肥后測(cè)試。整個(gè)生育期追肥825 kg/hm2，分11次追肥，每次追肥75 kg/hm2，均為同一種水溶復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=16∶5∶25)。5月26日開(kāi)始移栽苗，10月25日拉秧。生育期灌水22次。

1.4 觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)及方法

產(chǎn)量按小區(qū)測(cè)產(chǎn)后計(jì)算公頃產(chǎn)量；葉綠素采用SPAD-520儀器測(cè)量；光合采用LI-6400便攜式光系統(tǒng)測(cè)試儀測(cè)量。維生素C采用2,6-二氯靛酚滴定法，可溶性糖采用3,5-二硝基水楊酸比色法。總酸使用酸堿滴定法，可溶性固形物使用折射儀法，番茄紅素使用高效液相色譜儀法。

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2007、Origin和DPS軟件進(jìn)行畫(huà)圖和分析處理。

2 結(jié)果分析

2.1 不同灌溉定額水平對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

對(duì)番茄最終產(chǎn)量進(jìn)行方差分析，由表2可知，再生水處理和對(duì)照三個(gè)灌溉定額水平對(duì)番茄產(chǎn)量均差異顯著。產(chǎn)量由大到小的水平順序?yàn)閆2>Z3>Z1，Q2>Q3>Q1；產(chǎn)量隨著灌溉定額水平的增大先增加后降低，呈現(xiàn)倒V型變化趨勢(shì)。Z2處理比Z1和Z3處理產(chǎn)量分別高18.5%和6.1%。Q2處理比Q1和Q3處理產(chǎn)量分別高30.5%和14.0%。再生水處理比對(duì)照相應(yīng)三個(gè)水平的產(chǎn)量分別高9.2%、11.4%和10.6%；再生水處理比對(duì)照三個(gè)水平平均產(chǎn)量高31.2%，說(shuō)明再生水對(duì)產(chǎn)量有促進(jìn)作用。群體水分利用效率、灌溉水分利用效率和葉片水分利用效率隨著灌溉定額的增大而減小，Z1、Z2水平值接近，與Z3水平相差較大。

表2 不同處理番茄水分利用效率

注：同列數(shù)據(jù)后，小寫(xiě)字母不同表示差異顯著(P<0.05)，大寫(xiě)字母不同表示差異極顯著(P<0.01)，下表同。

2.2 不同灌溉定額水平對(duì)番茄品質(zhì)的影響

維生素C、可溶性糖、可溶性固形物、總酸、番茄紅素是衡量番茄品質(zhì)的重要指標(biāo)。

由表3可知，番茄維生素C含量的Z1水平和Z2水平差異顯著，Z3和Z2水平差異不顯著，Q1、Q2和Q3水平差異顯著。可溶性糖的Z1和Z2水平差異不顯著，Z2和Z3水平差異顯著；可溶性糖的Q1和Q2水平差異顯著，Q2和Q3水平差異不顯著?？扇苄怨绦挝镌偕幚砗蛯?duì)照的中、低和高灌溉水平差異顯著。維生素C、可溶性糖、可溶性固形物三個(gè)指標(biāo)均隨著再生水處理和對(duì)照的灌溉定額水平的增大而減小。

表3 再生水番茄品質(zhì)指標(biāo)

對(duì)各水平之間比較，Z1比Z2和Z3水平的維生素C分別高11.4%和19.7%，Q1比Q2和Q3水平的維生素C分別高21.9%和38.3%。Z1比Z2和Z3水平的可溶性糖分別高3.6%和25.5%，Q1比Q2和Q3水平的可溶性糖分別高10.1%和11.6%。Z1比Z2和Z3水平的可溶性固形物分別高5.8%和10%，Q1比Q2和Q3水平可溶性固形物分別高3.9%和8.2%。

對(duì)再生水和對(duì)照比較，再生水處理比對(duì)照三個(gè)灌溉定額水平的番茄維生素C含量分別低14.6%、6.5%和1.3%，平均維生素C低22.4%；再生水處理比對(duì)照相應(yīng)的三個(gè)水平的番茄可溶性糖含量分別高16%、23.3%和3.1%，平均可溶性糖高42.4%；再生水處理比對(duì)照相應(yīng)的三個(gè)水平的番茄可溶性固形物含量分別高3.8%、2.0%和2.0%，平均可溶性固形物高7.8%。再生水灌溉對(duì)番茄維生素C有抑制作用，對(duì)番茄可溶性糖和可溶性固形物有促進(jìn)作用。

總酸Z1、Z2和Z3水平差異顯著，Q1和Q2水平差異顯著，Q3和Q2水平差異不顯著。對(duì)各水平之間比較，總酸含量隨著再生水處理和對(duì)照灌溉定額水平的增大而增加。Z3比Z1和Z2水平的總酸分別高18.5%和6.1%，Q3比Q1和Q2水平的總酸分別高27.2%和5.5%。對(duì)再生水和對(duì)照比較，再生水處理比對(duì)照三個(gè)灌溉定額水平的總酸含量分別高11.0%、2.9%和3.4%，平均總酸高17.3%，說(shuō)明再生水灌溉促使總酸含量提高。

再生水處理和對(duì)照三個(gè)灌溉定額水平的番茄番茄紅素含量均差異顯著。番茄紅素含量隨著再生水處理和對(duì)照灌溉定額水平的增大先增加后降低。對(duì)各水平之間比較，Z2比Z1和Z3水平的番茄紅素含量分別高69.1%和28.8%，Q2比Q1和Q3水平番茄紅素含量分別高65.2%和28.6%。對(duì)再生水處理和對(duì)照比較，前者比后者三個(gè)灌溉定額水平的番茄紅素含量分別高0.2%、2.5%和2.4%，平均番茄紅素含量高5.1%，由于施肥可增加番茄紅素含量，再生水中含有豐富的氮、磷及鉀元素，因此再生水灌溉對(duì)番茄紅素含量有促進(jìn)作用。

由表4可知，番茄的農(nóng)藥殘留小于無(wú)公害食品標(biāo)準(zhǔn)(吡蟲(chóng)啉<1 mg/kg，啶蟲(chóng)脒<5 mg/kg)。

表4 農(nóng)藥殘留測(cè)量值

μg/kg

2.3 不同灌溉定額水平對(duì)番茄光合作用的影響

由圖1-圖4可知，凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度日變化呈“M”型變化，峰值均出現(xiàn)在10∶40和14∶40；胞間二氧化碳濃度與凈光合速率日變化相反為“W”型，谷值出現(xiàn)在10∶40和14∶40。這與歐陽(yáng)贊等[25](2018)研究相符。由表5可知，灌溉定額各水平在峰值的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度差異均顯著。

圖1 不同水平番茄凈光合速率變化

圖2 不同水平番茄蒸騰速率變化

圖3 不同水平番茄氣孔導(dǎo)度變化

圖4 不同水平番茄胞間二氧化碳濃度變化

凈光合速率的Z2水平和Z1、Z3水平差異顯著，Q2水平和Q1水平差異顯著；蒸騰速率的Z2水平和Z1、Z3水平差異顯著，Z2水平和Z3水平差異不顯著，對(duì)照處理三個(gè)灌溉定額水平均差異顯著。氣孔導(dǎo)度Z2水平和Z1、Z3水平差異顯著，Z2水平和Z3水平差異不顯著，對(duì)照處理三個(gè)灌溉定額水平均差異顯著。胞間二氧化碳濃度再生水處理三個(gè)灌溉定額水平差異不顯著，Q2水平和Q1、Q3水平差異顯著，Q3水平和Q1水平差異不顯著。

凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和胞間二氧化碳濃度均隨著灌溉定額水平的增大先增大后減小，因?yàn)樗旨仁枪夂献饔玫脑现?，又可影響葉片氣孔的開(kāi)閉，間接影響CO2的吸收，當(dāng)番茄水分缺乏時(shí)會(huì)使光合速率下降，中等水分時(shí)，光合作用變大，水分過(guò)多時(shí)，由于葉片氣孔全部打開(kāi)，水分蒸發(fā)過(guò)多，參與光合作用的水分減少，光合作用降低。同時(shí)產(chǎn)量也隨著灌溉定額水平的增大先增大后減小，與光合作用規(guī)律一致。

對(duì)各水平之間比較，處理Z2水平比Z1和Z3水平的凈光合速率分別高24.9%和17.1%，蒸騰速率分別高12.9%和8.0%，氣孔導(dǎo)度分別高28.9%和0.4%，胞間二氧化碳濃度分別高20.4%和17.9%。對(duì)照Q2水平比Q1和Q3水平的凈光合速率分別高25.7%和17.9%，蒸騰速率分別高14.3%和6.0%，氣孔導(dǎo)度分別高0.32%和0.1%，胞間二氧化碳濃度分別高15.0%和10.3%。

對(duì)再生水處理和對(duì)照比較，再生水處理比對(duì)照相應(yīng)的三個(gè)灌溉定額水平的番茄凈光合速率分別高2.9%、2.9%和2.2%，番茄的蒸騰速率分別高8.8%、5.5%和7.4%，番茄的氣孔導(dǎo)度分別高16.7%、52%和48.5%，番茄的胞間二氧化碳濃度分別高11.4%、9.2%和16.7%。再生水處理比對(duì)照的平均凈光合速率、平均蒸騰速率、平均氣孔導(dǎo)度和平均胞間二氧化碳濃度分別高8.1%、21.9%、117.2%和37.2%。說(shuō)明再生水灌溉對(duì)番茄光合有促進(jìn)作用，究其原因是再生水處理中N、P、K及Mg都比自來(lái)水對(duì)照的含量大，N、P及K對(duì)光合產(chǎn)物的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化起促進(jìn)作用，Mg元素影響葉綠素從而影響光合作用。

2.4 不同灌溉定額水平對(duì)番茄葉綠素的影響

圖5和圖6是番茄生育期葉綠素SPAD值變化趨勢(shì)圖。由表5可知，番茄葉綠素SPAD值Z2水平和Z1、Z3水平差異顯著，Q2水平和Q1水平差異顯著。

圖5 再生水不同水平番茄葉綠素

圖6 自來(lái)水對(duì)照不同水平番茄葉綠素

水平號(hào)凈光合速率/(CO2μmol·m-2·s-1)蒸騰速率/(H2Ommol·m-2·s-1)氣孔導(dǎo)度/(H2Omol·m-2·s-1)胞間二氧化碳濃度/(CO2μmo·/mol-1)葉綠素SPAD值Z122.98 Bb14.75 Bb0.35 Bb186 Aa60.9AbZ225.89 Aa16.95 Aa0.49 Aa224 Aa62.8AaZ323.61 Bb15.82 ABb0.38 ABb190 Aa61.1AbQ121.7 Ab13.55 Cc0.25Bc167 Bb59.4AbQ224.28 Aa15.49 Aa0.33 Aa192 Aa61.0AaQ323.13 Aab14.89 Bb0.3 Ab174 ABb59.9Aab

注：光合差異顯著性分析所選均是10∶40光和值，葉綠素選取的為結(jié)果中期的值。

對(duì)各水平之間比較，由全生育期葉綠素SPAD值變化可知，再生水處理和對(duì)照的各水平生育期變化一致，初花期是番茄葉綠素SPAD值略有減小，結(jié)果中期時(shí)各水平葉綠素SPAD值達(dá)到最大值，隨著灌水量的增大葉綠素SPAD值先增大后降低。在結(jié)果中期時(shí)，再生水灌溉番茄葉綠素SPAD值由大到小的順序?yàn)閆2>Z3>Z1，對(duì)照自來(lái)水灌溉番茄葉綠素SPAD值由大到小的順序?yàn)镼2>Q3>Q1。Z2比Z1、Z3水平分別高3.1%和2.9%，Q2比Q1、Q3水平分別高2.7%和1.8%；

對(duì)再生水處理和對(duì)照比較，再生水處理比對(duì)照三個(gè)灌溉定額水平的番茄葉綠素SPAD值分別高2.5%、3.0%和2.0%，平均葉綠素SPAD值高7.5%。在灌溉定額水平相同的條件下，再生水灌溉番茄葉綠素高于對(duì)照自來(lái)水灌溉番茄葉綠素，因?yàn)樵偕茸詠?lái)水鎂元素含量高，可促進(jìn)葉綠素合成。

3 結(jié) 語(yǔ)

在本試驗(yàn)條件下，得到如下結(jié)論。

(1) 再生水處理和對(duì)照自來(lái)水的產(chǎn)量隨著灌溉定額的增大而先增加后降低，呈現(xiàn)倒V型變化。再生水處理比對(duì)照三個(gè)水平平均產(chǎn)量高31.2%，表明再生水對(duì)產(chǎn)量有促進(jìn)作用。群體水分利用效率、灌溉水分利用效率和葉片水分利用效率隨著灌溉定額水平的增大而減小。

(2)再生水處理比對(duì)照三個(gè)水平的平均番茄維生素C低22.4%，表明再生水灌溉對(duì)番茄維生素C有抑制作用；再生水處理比對(duì)照三個(gè)水平的平均番茄紅素、平均可溶性糖、平均總酸和平均可溶性固形物含量分別高 5.1%、42.4%、17.3 %和7.8%，表明再生水灌溉對(duì)番茄番茄紅素、可溶性糖、總酸和可溶性固形物含量有促進(jìn)作用，糖酸比為4.9～7.6。

(3)再生水灌溉平均凈光合速率、平均蒸騰速率、平均氣孔導(dǎo)度和平均胞間二氧化碳濃度比對(duì)照分別高8.1%、21.9%、117.2%和37.2%，表明再生水灌溉對(duì)番茄光合作用有促進(jìn)作用。

總之，在本試驗(yàn)條件下，中等灌溉定額水平的產(chǎn)量和光合作用均最大，番茄紅素最大，維生素C、可溶性糖、總酸和可溶性固形物適中，且品質(zhì)各指標(biāo)符合《無(wú)公害番茄質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(DB510422T018-2010)》限值指標(biāo)。所以再生水中等水平灌溉定額為3 235 m3/hm2，相應(yīng)的灌水定額為135 m3/hm2，灌水次數(shù)22次，產(chǎn)量為179 175 kg/hm2，是當(dāng)?shù)剌^適宜的灌溉制度。