微咸水灌溉對設(shè)施番茄生長以及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

姚玉濤，張國新，孫葉爍，丁守鵬

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所/河北省鹽堿地綠化工程技術(shù)研究中心/唐山市植物耐鹽研究重點實驗室，河北 曹妃甸 063200）

近年來，隨著我國淡水資源的匱乏，微咸水利用越來越受到人們的廣泛關(guān)注。據(jù)統(tǒng)計，我國微咸水儲量達277 億m3/a，其中可開采量為130 億m3/a，且絕大部分位于地下10～100 m 處，易開采[1]，因此，開發(fā)利用微咸水資源對于緩解我國水資源矛盾、節(jié)約淡水資源、擴大農(nóng)業(yè)用水來源等具有重要意義。

國內(nèi)外在利用微咸水灌溉方面已經(jīng)進行了大量實踐，結(jié)果顯示，微咸水灌溉不僅可有效緩解地區(qū)降水量少、農(nóng)田灌溉水資源短缺的現(xiàn)狀，還可提高一些作物的品質(zhì)。利用微咸水與淡水混合灌溉設(shè)施番茄，能夠提高番茄果實的硬度、顏色和甜度[2]。利用微咸水灌溉黃瓜和甜瓜等對鹽分中等敏感的作物，能夠提高黃瓜的灌溉水利用效率和甜瓜品質(zhì)[3，4]。利用微咸水直接灌溉的番茄果實含糖量顯著高于淡水灌溉，原因是微咸水灌溉可使番茄葉片和果實中的己糖含量增加，蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白和轉(zhuǎn)化酶活性增強，從而提高番茄果實的含糖量。微咸水中的礦化物含量往往較高，其通過滲透作用、鹽離子作用和土壤理化性狀的變化，影響作物生長以及果實產(chǎn)量和品質(zhì)[3～6]。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對設(shè)施番茄水分調(diào)控和養(yǎng)分調(diào)控等相關(guān)研究較多，但對微咸水灌溉條件下設(shè)施番茄光合特性、水分利用效率以及產(chǎn)量和品質(zhì)的研究較少。本研究以春茬設(shè)施番茄為研究對象，分析不同礦化度微咸水灌溉對設(shè)施番茄植株生長、果實品質(zhì)以及水分利用效率的影響，旨為華北淡水資源相對匱乏地區(qū)進行微咸水安全灌溉提供理論依據(jù)，也可為水資源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試番茄品種為紐內(nèi)姆1618。該品種生育期較短，但耐鹽性較好、適應(yīng)性強、長勢旺、抗病性強、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良，是目前深受歡迎的設(shè)施番茄品種之一。

供試微咸水取自河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所綜合試驗基地的咸水井，全鹽含量11.25 g/L（表1），其他重金屬含量均達到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準（GB/T 5084—2005）[7]。

表1 供試微咸水的水質(zhì)Table 1 Quality of brackish water tested

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所綜合試驗基地進行，0～30 cm 不同深度耕層土壤的基本理化性質(zhì)存在一定差異（表2）。2019 年4月20 日開始番茄育苗；5 月20 日選擇株高10 cm左右的秧苗移栽，穴植，株距40 cm、行距40 cm，栽前整地時底施農(nóng)家肥10 000 kg/hm2和磷酸二銨5 250 kg/m2。栽植后至開花期用淡水灌溉，進入開花期后進行微咸水灌溉處理。試驗微咸水礦化度設(shè)3 g/L（T）1、4 g/L（T）2、5 g/L（T）3和6 g/L（T）44 個處理，以淡水處理為對照（CK），灌溉方式均為滴灌（每畦在2 行作物根部5 cm 處鋪設(shè)1 條滴灌帶，滴頭間距20 cm），水壓采用重力式（將高0.6 m、容積280 L 的圓形臥式水桶置于距地面高2.0 m 處），平均流量1.5 L/h。小區(qū)長5.0 m、寬0.4 m，完全隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)。番茄其他田間管理措施同常規(guī)。

1.2.2 測定項目與方法 番茄定植以后，每小區(qū)均選擇長勢一致的番茄植株5 株進行掛牌標記，定株測定相關(guān)指標。結(jié)果取平均值。

1.2.2.1 植株生長指標。在植株開花期，用卷尺（精度0.01 m） 測量株高；用游標卡尺（精度0.001 m）測量莖粗。

表2 不同深度土壤的基本理化性質(zhì)Table 2 Basic physicochemical properties of soils at different depths

1.2.2.2 葉片光合指標。在植株開花期，從根部向上第4 片葉起，每株選取8 片葉，用SPAD-502 手持葉綠素儀測定葉片葉綠素含量（SPAD 值）；用Li-6400 型便攜式光合儀測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間 CO2濃度 （Ci） 和蒸騰速率 （Tr）。

1.2.2.3 果實品質(zhì)。每株選取第二穗番茄果實3 個，利用硬度計測定果實硬度；采用二氯酚靛酚滴定法測定Vc 含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用便攜式果實糖度測定儀測定可溶性固形物含量；采用酸堿滴定法測定有機酸含量；采用分光光度法測定番茄紅素含量。

1.3.2.4 產(chǎn)量及水分利用效率。每株保留3 穗果實，每穗果實成熟后分別采收，用電子秤（精度0.01 kg）稱重，折合單位面積產(chǎn)量。計算番茄整個生育期對淡水和微咸水的水分利用效率（WUE）：

WUE=產(chǎn)量/生育期總灌水量

1.2.3 數(shù)據(jù)處理與分析 利用Microsoft Office Excel軟件進行試驗數(shù)據(jù)處理與分析，利用SPSS 22.0 軟件進行方差分析（one-way ANOVA）及顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 微咸水灌溉對設(shè)施番茄生長的影響

微咸水灌溉處理的番茄株高均＜CK，但不同礦化度微咸水處理之間及其與CK 之間的株高差異均不顯著（圖1）。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會抑制番茄株高生長，但試驗礦化度范圍內(nèi)影響均不顯著。

圖1 微咸水灌溉對設(shè)施番茄株高的影響Fig.1 Effect of brackish water irrigation on plant height of tomato in facility

微咸水灌溉處理的番茄莖粗均＜CK，除T4處理外，其他處理與CK 差異均不顯著；指標值隨微咸水礦化度的增加而逐漸降低，但不同礦化度處理之間差異均不顯著（圖2）。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會抑制番茄莖粗生長，其中礦化度為3～5 g/L 時影響不顯著。

圖2 微咸水灌溉對設(shè)施番茄莖粗的影響Fig.2 Effect of brackish water irrigation on stem diameter of tomato in facility

2.2 微咸水灌溉對設(shè)施番茄葉片葉綠素含量及光合特性的影響

2.2.1 對葉綠素含量的影響 微咸水灌溉處理的番茄葉片SPAD 值均顯著＜CK，降幅為2.59%～4.50%；指標值隨微咸水礦化度的增加而逐漸降低，不同礦化度處理之間差異較大，其中T1、T2和T3處理三者差異均不顯著，但T1和T2處理與T4處理差異達到了顯著水平（圖3）。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會導(dǎo)致番茄葉片葉綠素含量明顯降低，且這種作用隨著灌溉水礦化度的增加而遞增，其中礦化度3～5 g/L 微咸水處理之間的葉片SPAD 值差異不大。

圖3 微咸水灌溉對設(shè)施番茄葉片葉綠素含量的影響Fig.3 Effect of brackish water irrigation on chlorophyll content of tomato leaves in facility

2.2.2 對光合特性的影響 微咸水灌溉處理的番茄葉片 Pn、Gs 和 Tr 均＜CK，其中 T1處理的 Pn 和 Gs 與CK 差異不顯著，而其他指標與CK 差異均達到了顯著水平；Ci 除T2處理略＞CK 外，其他處理均顯著＜CK（表3）。隨著微咸水礦化度的增加，葉片Pn、Gs 和Tr 均逐漸降低，Ci 順序為 T2處理＞T1處理＞T3處理＞T4處理，不同礦化度處理之間差異均達到了顯著水平。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會導(dǎo)致番茄葉片光合特性降低，且這種作用基本隨灌溉水礦化度的增加而增加，其中礦化度為3 g/L 時對葉片Pn 和Gs 影響不大，礦化度為4 g/L 時對葉片Ci 影響不大。

在所有處理中，T4處理的光合特性指標均為最低，與CK 和T1處理相比，Pn 分別降低了36.48%和33.03%，Gs 分別降低了43.72%和41.44%，Ci 分別降低了16.21%和11.01%，Tr 分別降低了 55.72%和51.34%。表明利用礦化度為6 g/L 的微咸水灌溉對番茄植株光合作用抑制最大。

表3 微咸水灌溉對設(shè)施番茄光合特性的影響Table 3 Effects of brackish water irrigation on photosynthetic characteristics of tomato plants in facility

2.3 微咸水灌溉對設(shè)施番茄果實品質(zhì)的影響

微咸水灌溉處理的番茄果實硬度為0.157 ～0.211 kg/cm2，均顯著＞CK，增幅為18.05%～58.65%；指標值隨灌溉水礦化度的增加呈增加—降低—增加的變化，順序為 T4處理＞T2處理＞T3處理＞T1處理，不同礦化度處理之間差異均達到了顯著水平（表4）。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會顯著提高番茄果實硬度，其中礦化度為6 g/L 時硬度最大，礦化度為4 g/L時硬度次之。

微咸水灌溉處理的番茄果實Vc 含量為152.4～200.2 mg/kg，均顯著＞CK，增幅為 23.10%～61.71%；指標值隨灌溉水礦化度的增加呈先增加后降低的變化，順序為 T2處理＞T3處理＞T4處理＞T1處理，不同礦化度處理之間差異較大，其中T2與T3處理差異不顯著，但二者均與其他2 個處理差異達到了顯著水平。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會顯著提高番茄果實Vc 含量，其中礦化度為4～5 g/L 時效果更好。

微咸水灌溉處理的番茄果實可溶性固形物含量為6.84%～7.37%，均顯著＞CK，增幅為25.50%～35.23%；指標值隨灌溉水礦化度的增加呈先增加后降低的變化，順序為 T3處理＞T4處理＞T2處理＞T1處理，不同礦化度處理之間差異較大，其中T2與T4處理差異不顯著，但二者均與其他2 個處理差異達到了顯著水平。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會顯著提高番茄果實可溶性固形物含量，其中礦化度為5 g/L 時效果最好，其次是礦化度為4 和6 g/L。

微咸水灌溉處理的番茄果實有機酸含量為0.258%～0.291%，其中T2和T4處理的指標值＜CK，降幅分別為2.21%和4.80%，但T4處理與CK 差異達到了顯著水平；指標值隨灌溉水礦化度增加表現(xiàn)出的變化規(guī)律不明顯，順序為 T4處理＜T2處理＜T1處理＜T3處理，不同礦化度處理之間差異較大，其中T4與T2處理差異顯著，且二者均與其他2 個處理差異也達到了顯著水平，而T1與T3處理差異不顯著。表明與淡水灌溉相比，利用礦化度為4 和6 g/L 的微咸水灌溉會降低番茄果實有機酸含量，其中礦化度為6 g/L 時效果顯著。

微咸水灌溉處理的果實番茄紅素含量為654.052～742.988 μg/kg，均顯著＞CK，增幅為 2.85%～16.83%；指標值隨灌溉水礦化度的增加呈先增加后降低的變化，順序為 T3處理＞T2處理＞T4處理＞T1處理，不同礦化度處理之間差異均達到了顯著水平。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會顯著提高果實番茄紅素含量，其中礦化度為5 g/L 時效果最好，其次是礦化度為4 g/L。

表4 微咸水灌溉對設(shè)施番茄果實品質(zhì)的影響Table 4 Effect of brackish water irrigation on fruit quality of tomato in facility

2.4 微咸水灌溉對設(shè)施番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響

微咸水灌溉處理的番茄產(chǎn)量為118.52～215.05 t/hm2，WUE 為 86.72 ～161.75 kg/m3，均 ＜CK， 降幅 分別 為7.16%～48.83%和4.57%～48.83%，其中T1處理的指標值與CK 差異均不顯著，其他處理指標值與CK 差異均達到了顯著水平；指標值均隨灌溉水礦化度的增加而逐漸降低，不同礦化度處理之間差異均達到了顯著水平（表5）。表明與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會導(dǎo)致番茄產(chǎn)量和水分利用效率降低，其中礦化度為3 g/L時對番茄產(chǎn)量和水分利用效率影響不大。

表5 微咸水灌溉對設(shè)施番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響Table 5 Effects of brackish water irrigation on yield and water use efficiency of tomato in facility

3 結(jié)論與討論

開發(fā)與利用微咸水資源是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的希望所在，具有十分重要的現(xiàn)實意義。利用微咸水灌溉不僅可以緩解淡水資源短缺問題，提高微咸水資源利用效率，還可以在一定程度上提高作物品質(zhì)以及果菜的風(fēng)味和口感[8]。

Li 等[9]研究了咸水灌溉對塔克拉瑪干沙漠防護林生長及土壤發(fā)育的影響，結(jié)果表明，咸水灌溉對適應(yīng)性植物的正常生長影響不大，這可能是與植物通過調(diào)整根系形態(tài)對鹽脅迫產(chǎn)生了一定的適應(yīng)性有關(guān)。Jianshe Li 等[10]研究表明，高鹽環(huán)境脅迫下，作物生長過程中尤其是在果實發(fā)育以前，雖然葉面積指數(shù)、株高等生長指標會受到不同程度的抑制，但是在生長后期（果實發(fā)育期以后）可以提高果實的綜合品質(zhì)。吳蘊玉等[11]研究表明，低水高鹽處理雖然會導(dǎo)致番茄葉面積最大值降低，但能夠明顯提高番茄果實的硬度、可溶性固形物含量、總酸含量、Vc 含量和糖酸比。Omer 等[12]研究了苦咸水灌溉對鹽生植物蒸散、生長和離子吸收的影響，結(jié)果表明，與對照相比，苦咸水對2 個參試物種番茄和黃瓜的干生物量產(chǎn)量影響均不顯著，但對植株生長產(chǎn)生了一定的抑制作用。本研究結(jié)果表明，與淡水灌溉相比，利用礦化度3～6 g/L的微咸水灌溉會導(dǎo)致設(shè)施番茄株高降低，但影響均不顯著；莖粗變細，指標值隨著灌溉水礦化度的增加而逐漸降低，其中礦化度為3～5 g/L 時莖粗與CK 差異不大；葉片葉綠素含量明顯降低，指標值隨著灌溉水礦化度的增加而逐漸降低，其中礦化度3～5 g/L 微咸水處理之間的葉綠素含量差異不顯著；葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率降低，除胞間CO2濃度表現(xiàn)為隨著灌溉水礦化度的增加呈先增加后降低外，其他3 個指標均表現(xiàn)為隨灌溉水礦化度的增加而逐漸降低，其中礦化度為3 g/L 時對凈光合速率和氣孔導(dǎo)度影響不大，礦化度為4 g/L 時對胞間CO2濃度影響不大。

Mizrahi 等[13]發(fā)現(xiàn)，溫室沙土栽培的番茄在生長中后期用3 dS/m 的稀釋海水灌溉，番茄產(chǎn)量與對照相比變化不大，但品質(zhì)提高。Pasternak 等[14]在以色列沙壤土栽培番茄上的研究發(fā)現(xiàn)，用6.2 dS/m 的微咸水高頻灌溉（滴灌5 次/d），番茄生長和產(chǎn)量與對照處理相比均不會受到明顯影響。Mitchell 等[15]在加利福尼亞州黏壤土栽培番茄上的研究表明，用8.1 dS/m 的咸水溝灌可以獲得令人滿意的經(jīng)濟產(chǎn)量。張璐瑤等[16]研究了不同礦化度微咸水灌溉對壓砂地歐李光合作用以及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，礦化度2.35 g/L 處理的歐李葉綠素、單果重、單位面積產(chǎn)量和灌溉水分生產(chǎn)效率均與淡水處理無顯著差異，礦化度4.07 g/L 處理的歐李品質(zhì)顯著優(yōu)于淡水處理；礦化度2.35 g/L 處理的歐李光合作用和產(chǎn)量等指標均優(yōu)于礦化度4.07 g/L 處理，但果實品質(zhì)以礦化度4.07 g/L 處理較優(yōu)。本研究結(jié)果顯示，與淡水灌溉相比，微咸水灌溉會導(dǎo)致番茄產(chǎn)量和水分利用效率降低，且這種作用隨著灌溉水礦化度的增加而明顯增強，其中礦化度為3 g/L 時指標值降低不顯著；明顯提高果實硬度以及Vc、可溶性固形物和番茄紅素含量，隨著灌溉水礦化度的增加，指標值除果實硬度呈增加—降低—增加外，其他3 個指標均呈先增加后降低的變化；果實有機酸含量變化規(guī)律不明顯，其中礦化度為4 和6 g/L 時可以降低果實的有機酸含量，但礦化度為3 g/L 時效果不顯著。

微咸水灌溉對于華北地區(qū)設(shè)施節(jié)水蔬菜發(fā)展具有深遠的現(xiàn)實意義。為防止土壤次生鹽漬化，需對微咸水灌溉的設(shè)施土壤區(qū)域進行長期鹽分含量監(jiān)測，以便及時采取相應(yīng)的降鹽措施，如暗管排鹽、大水壓鹽等。