分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

王曉艷，高艷明，李建設(shè)，閆思華，王祿星

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】我國是中度缺水國家，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70%左右[1]。隨著全國農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，需水量急劇增加，水資源短缺及水分利用效率低下等問題嚴(yán)重制約著我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展。我國農(nóng)業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)為0.536，僅為發(fā)達(dá)國家的75%[2]。因此，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高作物的水分利用效率具有重要意義。分根區(qū)交替灌溉(APRI)技術(shù)被認(rèn)為是一種有效的提高作物水分利用效率和改善果實品質(zhì)的灌溉策略，并已在蘋果[3-4]、葡萄[5-6]、玉米[7-8]、馬鈴薯[9-10]、番茄等[11-12]作物中產(chǎn)生了良好效果。分根區(qū)交替灌溉可使根系干燥區(qū)域產(chǎn)生脫落酸，脫落酸可通過調(diào)節(jié)氣孔開度來減少植株奢侈的蒸騰失水，APRI策略還能刺激根系的補償功能，提高根系傳導(dǎo)能力，減少棵間土壤蒸發(fā)，提高儲存在根區(qū)水分的有效性[13]。【前人研究進(jìn)展】鄭健等[14]分析表明，在中國地區(qū)，交替灌溉可提升28.9%的水分利用效率，西北地區(qū)水分利用效率可顯著提升49.29%，在溫室大棚中，交替灌溉下作物的水分利用效率提升最為顯著，達(dá)到53.45%，這充分說明分根區(qū)交替灌溉是一種高效可行的節(jié)水灌溉策略。Zhao D等研究表明，在常規(guī)灌水量下，分根區(qū)交替灌溉有利于加工番茄的生長發(fā)育和干物質(zhì)積累。陳志遠(yuǎn)等[15]研究表明，在分根區(qū)交替滴灌營養(yǎng)液模式下，適當(dāng)減少供液量和供液頻率可提高番茄果實品質(zhì)。【本人研究切入點】有關(guān)分根區(qū)下灌溉量、水肥耦合的研究有很多，但對于分根區(qū)交替灌溉下，保持全生育期總灌溉量一定，改變灌溉頻率和交替頻率的研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗以櫻桃番茄‘金妃’為研究對象，探討基質(zhì)培分根區(qū)交替灌溉營養(yǎng)液條件下，保持全生育期總灌溉量一定，改變灌溉頻率和交替頻率對日光溫室基質(zhì)培櫻桃番茄果實品質(zhì)、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，得出分根區(qū)交替灌溉條件下最優(yōu)的灌水策略，為日光溫室櫻桃番茄的灌溉模式提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2020年4—7月在寧夏銀川國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)(106°19′E，38°35′N)科研開發(fā)區(qū)2號日光溫室內(nèi)進(jìn)行。該地屬溫帶大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，氣候干燥，蒸發(fā)強烈。年平均氣溫8.5 ℃左右，年平均日照時數(shù)2800～3000 h，年平均降水量200 mm左右，無霜期155 d左右。

1.2 供試材料

供試櫻桃番茄品種為‘金妃’(農(nóng)友種苗(中國)有限公司)，為無限生長型，果實長橢圓形，黃色。供試基質(zhì)由寧夏中青農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，基質(zhì)容重為0.38 g/cm3，田間最大持水體積為80.00%。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，在分根區(qū)條件下，設(shè)計灌溉頻率和交替頻率兩個因素，兩因素下各設(shè)3個水平，設(shè)計灌溉頻率為每天(D1)、2 d(D2)、3 d(D3)灌溉1次，交替頻率為一側(cè)灌溉1次(T1)、2次(T2)、3次(T3)換另一側(cè)灌溉，交替進(jìn)行，共9個處理，具體試驗處理見表 1，各處理重復(fù)3次。定植株距25 cm，行距150 cm，小區(qū)面積6 m2，栽植密度為24 444株/hm2，三桿整枝。

表1 試驗設(shè)計

采用基質(zhì)槽培(槽長6.00 m，槽寬0.75 m，深0.30 m)，為實現(xiàn)分根區(qū)灌溉，每槽由泡沫板將栽培槽沿槽長方向均勻分為A、B兩部分，櫻桃番茄定值于泡沫板上，在A側(cè)和B側(cè)各鋪設(shè)一條滴灌帶。將營養(yǎng)液儲存在營養(yǎng)液池，每個處理準(zhǔn)備一個水桶(150 L)，灌溉前將營養(yǎng)液池水注入水桶，每個水桶放兩個水泵，分別對一個處理的A側(cè)和B側(cè)進(jìn)行灌溉，灌溉的啟動與關(guān)閉由定時器控制。田間具體灌溉裝置布置見圖 1。櫻桃番茄定值至第1穗花坐果平均每株灌溉600 mL/d，1穗花坐果至1穗果成熟平均每株灌溉800 mL/d，1穗果成熟至拉秧平均每株灌溉1200 mL/d，各處理櫻桃番茄全生育期總灌溉量相同。在櫻桃番茄定值時灌溉足量的清水以促進(jìn)緩苗，緩苗結(jié)束后采用日本園試1單位營養(yǎng)液進(jìn)行滴灌。在櫻桃番茄第1穗花開始坐果時(定值后第36天)開始處理。

圖1 灌溉裝置布置Fig.1 Irrigation device layout plan

1.4 測定項目與方法

1.4.1 櫻桃番茄根系活力的測定 在櫻桃番茄盛果期，每小區(qū)選取3株櫻桃番茄進(jìn)行破壞性取樣，將根系清理干凈用TTC法[16]測定根系活力。

1.4.2 櫻桃番茄根冠生物量的測定 在拉秧期，每小區(qū)選取3株櫻桃番茄植株，稱取地上部及與之對應(yīng)的地下部根系的鮮質(zhì)量，然后放入烘箱105 ℃殺青0.5 h，在80 ℃下烘干至恒重并稱其干質(zhì)量。根冠比以櫻桃番茄地下部根系與地上部(莖、葉)的干重比值表示。

1.4.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定 在櫻桃番茄盛果期，選擇晴朗天氣，在10:00—11:00用連續(xù)激發(fā)式熒光儀選取櫻桃番茄植株上部完全展開的功能葉進(jìn)行葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定，測定前，需要先暗適應(yīng)20 min。每個小區(qū)隨機測定3片葉片。

1.4.4 品質(zhì)指標(biāo)的測定 每個小區(qū)隨機選取成熟度一致的二穗果12顆進(jìn)行品質(zhì)指標(biāo)的測定。采用手持式糖度計測定可溶性固形物，NaOH滴定法測定有機酸[17]，硫酸-蒽酮比色法測定可溶性糖[18]，鉬藍(lán)比色法測定維生素C[17]，糖酸比為可溶性糖比有機酸。

1.4.5 櫻桃番茄產(chǎn)量、水分利用效率的測定 在櫻桃番茄果實成熟后，采收成熟度一致的番茄，記錄櫻桃番茄平均單果質(zhì)量、單株產(chǎn)量，并最終對各小區(qū)產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計匯總，折合成總產(chǎn)量。

灌溉水分利用效率(IWUE，kg/m3)為櫻桃番茄單位面積灌水量的產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2019對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用IBM SPSS Statistics 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)，并用Origin 2019b軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄根系活力的影響

由圖 2可知，各處理根系活力大小順序為D3T1>D1T3> D1T2> D3T2> D1T1> D2T1> D2T3> D2T2> D3T3。與處理D1T1相比，處理D1T2、D1T3、D3T1的根系活力分別顯著增加了8.40%、13.43%、17.58，處理D3T3顯著降低了5.44%。

2.2 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄根冠生物量的影響

由圖 3可知，不同灌溉頻率和交替頻率對櫻桃番茄物質(zhì)積累有顯著影響，但對根冠比無顯著性影響。與處理D1T1相比，處理D2T1、D3T2的地上部鮮重分別顯著降低了16.29%、27.34%，處理D2T1、D2T3、D3T1、D3T2的地上部干重分別顯著降低了33.13%、17.31%、16.41%、26.45%，處理D1T3的根干重和鮮重均有顯著增加，分別增加了4.79%、7.64%，處理D2T1、D2T3、D3T2、D3T3根鮮重均顯著降低，處理D2T1、D2T3根干重分別顯著降低了11.63%、17.81%。

2.3 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄葉綠素?zé)晒獾挠绊?/h3>

葉綠素?zé)晒馓匦钥梢苑从橙~片光合作用光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散和分配[19-20]，可用來評價植株葉片光合器官的功能[20-22]，通過對葉綠素?zé)晒馓匦缘难芯靠梢粤私庵仓甑纳L和受脅迫的生理狀態(tài)[20,23]。由圖 4可知，初始熒光強度(Fo)代表不參與PSⅡ光化學(xué)反應(yīng)的光能輻射部分。處理D1T3、D2T3的Fo較處理D1T1分別顯著增加了25.13%、20.94%。處理間的最大熒光產(chǎn)量(Fm)無顯著差異，說明通過PSⅡ的電子傳遞情況無顯著差異。最大光化學(xué)量子效率(Fv/Fm)是反映光系統(tǒng)Ⅱ活性中心光能轉(zhuǎn)換效率的重要參數(shù)，反映了植物對光能的利用效率[24]，反應(yīng)了植物潛在最大光合能力(光合效率)。與處理D1T1相比，處理D1T3的Fv/Fm顯著降低了3.3%。光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP)，即由光合作用引起的熒光淬滅，反映了光合活性的高低。減少灌溉頻率可以降低qP，與處理D1T1相比，減少灌溉頻率的處理，其qP相對減少了30.06%～49.00%。NPQ是由熱耗散引起的熒光淬滅，反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，即植株的光保護能力[25]。處理D2T1的NPQ較處理D1T1顯著降低了19.89%。

圖2 不同處理對櫻桃番茄根系活性的影響Fig.2 Effects of different treatments on root activity of cherry tomato

圖3 不同處理對櫻桃番茄根冠生物量的影響Fig.3 Effects of different treatments on root and shoot biomass of cherry tomato

2.4 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄果實品質(zhì)的影響

由表 2可知，處理D2T3維生素C含量較處理D1T1顯著增加了4.49%。處理D1T2、D1T3、D2T3可溶性固形物與處理D1T1差異不顯著。處理D1T3可溶性糖含量較處理D1T1顯著增加了20.25%。處理D2T3有機酸含量較處理C1D1顯著降低了7.69%。處理D1T3的糖酸比較處理D1T1顯著提高了21.33%，其它處理(除處理D1T2、D1T3)的糖酸比均顯著低于處理D1T1。

表2 不同處理對櫻桃番茄果實品質(zhì)的影響

圖4 不同處理對櫻桃番茄葉綠素?zé)晒獾挠绊慒ig.4 Effects of different treatments on chlorophyll fluorescence of cherry tomatoes

2.5 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄平均單果質(zhì)量、產(chǎn)量及水分利用效率的影響

由表 3可知，平均單果質(zhì)量、產(chǎn)量、水分利用效率均以處理D1T3最高，處理D1T3的平均單果質(zhì)量較處理D1T1顯著提高了17.76%，其它處理(除處理D1T2、D1T3)平均單果質(zhì)量與處理D1T1無顯著差異，均達(dá)到13.9 g。當(dāng)保持櫻桃番茄全生育期總灌溉量一定時，水分利用效率隨著產(chǎn)量的增加而增加，減少而減少。各處理間產(chǎn)量和水分利用效率的大小順序均為：D1T3>D1T2>D2T1>D1T1>D2T2>D3T1>D2T3>D3T2>D3T3。與處理D1T1相比，處理D1T3產(chǎn)量和水分利用效率顯著最高，產(chǎn)量達(dá)到61.68 t/hm2，水分利用效率達(dá)到30.84 kg/m3，產(chǎn)量和水分利用效率均提高了9.85%，處理D1T2提高了4.32%。處理D3T3的產(chǎn)量和水分利用效率最低，較處理D1T1減少了7.96%。

表3 不同處理對櫻桃番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.6 櫻桃番茄的綜合評價

選取櫻桃番茄地上部干重、根干重、根系活力、葉綠素?zé)晒鈪?shù)(Fo、Fm、Fv/Fm、qP、NPQ)、可溶性糖含量、維生素C含量、可溶性固形物、有機酸、產(chǎn)量、水分利用效率14種指標(biāo)進(jìn)行主成分分析及綜合評價。由表 4可知，前3個主成分特征值均大于1，且累計貢獻(xiàn)率達(dá)94.71%。第一主成分的特征值為8.14，貢獻(xiàn)率為58.13%，可溶性糖、qP、產(chǎn)量、水分利用效率載荷量正向較大。第二主成分的特征值為2.20，貢獻(xiàn)率為15.71%，維生素C載荷量正向較大。第三主成分的特征值為1.68，貢獻(xiàn)率為12.03%，F(xiàn)m載荷量正向較大。

表4 主成分特征向量及累計貢獻(xiàn)率

表5 櫻桃番茄綜合評價

由表 5可知，D1T3處理的櫻桃番茄綜合評價最好，F(xiàn)值為3.73，其次為處理D1T2，F(xiàn)值為2.04，說明處理D1T2綜合評價較處理D1T3差一些，處理D3T3的F值最低，為-2.21，綜合評價最差。

3 討 論

番茄對水分比較敏感，不同灌溉策略對櫻桃番茄果實品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率影響顯著。增加灌水量可提高番茄產(chǎn)量，但會造成水分利用效率和品質(zhì)下降[26-27]，虧缺灌溉可降低番茄產(chǎn)量[28]。李紅崢等[29]研究表明，交替隔溝灌溉可提高番茄綜合品質(zhì)的同時又可使產(chǎn)量和水分利用效率達(dá)到較高水平，從而獲得較高的綜合效益。本研究結(jié)果表明，在分根區(qū)條件下，保持全生育期總灌溉量一定，當(dāng)灌溉頻率為1次/d時，減少交替頻率可提高櫻桃番茄果實品質(zhì)、產(chǎn)量及水分利用效率；當(dāng)灌溉頻率為1次/2 d，減少交替頻率對櫻桃番茄果實品質(zhì)無顯著影響，但顯著降低產(chǎn)量和水分利用效率；當(dāng)灌溉頻率為1次/3 d時，減少交替頻率不利于櫻桃番茄果實品質(zhì)的改善、產(chǎn)量和水分利用效率的提高。其中，處理D1T3的綜合評價最好，可溶性糖含量、糖酸比、平均單果質(zhì)量、產(chǎn)量和水分利用效率均顯著最高，產(chǎn)量達(dá)61.68 t/hm2，水分利用效率達(dá)30.84 kg/m3。

處理D1T3的綜合評價最好，可能是因為根系最先感知基質(zhì)水分變化，該策略能夠有效刺激復(fù)水區(qū)根系生長的補償效應(yīng)，干旱一側(cè)復(fù)水后能刺激根系產(chǎn)生大量新根，從而保持較高的根系活性和生物量，進(jìn)而促進(jìn)植株的養(yǎng)分吸收并提高產(chǎn)量和水分利用效率[30]。

處理D1T2、D1T3可溶性糖含量較處理D1T1分別增加了7.11%、20.25%，說明當(dāng)灌溉頻率1次/d時，可溶性糖含量隨著交替頻率的減少(交替周期的增加)而增加，這與李洪任等[31]的試驗結(jié)果相一致。當(dāng)灌溉頻率為1次/2 d、1次/3 d時，各處理的綜合表現(xiàn)較差，這可能是櫻桃番茄的主要吸收根較集中分布在上層基質(zhì)中，而上層基質(zhì)含水量是影響作物根系正常生長的主要因素[32]，當(dāng)全生育期總灌溉量一定時，減少灌溉頻率和交替頻率，可增加每次灌溉的灌溉量和一側(cè)根區(qū)的基質(zhì)含水量，這樣使得基質(zhì)水分飽和深度下移，而基質(zhì)水分飽和深度下移過多不利于櫻桃番茄產(chǎn)量、水分利用效率的提高。因此，在實際灌溉時，應(yīng)充分考慮作物根系吸收根分布位置進(jìn)行合理灌溉。

4 結(jié) 論

處理D2T3維生素C含量顯著最高，為191.37 mg/kg；可溶性糖、糖酸比、平均單果質(zhì)量、產(chǎn)量、水分利用效率均以處理D1T3顯著最高，分別達(dá)到6.77%、17.52、17.90 g、61.68 t/hm2、30.84 kg/m3。用主成分分析法對櫻桃番茄進(jìn)行綜合評價，處理D1T3的F值最高，為3.73。因此，處理D1T3為分根區(qū)交替灌溉條件下最優(yōu)的灌水策略。