循環(huán)曝氣地下滴灌下溫室番茄生長特性與產量研究

張 倩 曾 健 張振華 雷宏軍 張 鵬 柳 棟

(1.山東農業(yè)大學水利土木工程學院， 泰安 271018； 2.魯東大學資源與環(huán)境工程學院， 煙臺 264025； 3.華北水利水電大學水利學院， 鄭州 450011)

0 引言

作物在生長發(fā)育過程吸收水分和養(yǎng)分，需要根系供給氧氣，土壤中氧氣含量可直接影響作物根系呼吸和養(yǎng)分的吸收等，進而影響作物生長發(fā)育[1-2]?，F(xiàn)代農業(yè)種植中，地下滴灌是公認的節(jié)水灌溉技術[3]。但是由于灌水后土壤充滿水，氣體被迫排出，以及使用化肥、機械壓實等因素，造成土壤板結，土壤中氧氣含量不足，從而抑制作物根系呼吸，制約作物生長發(fā)育，造成作物減產和品質降低[4-5]。PENDERGAST等[6]研究發(fā)現(xiàn)，地下滴灌滴頭附近區(qū)域的氧氣擴散率最低，長時間地下滴灌會導致滴頭附近土壤缺氧；MACHADO等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在地下滴灌條件下，作物根系通常因為吸收水分而分布在滴灌帶滴頭位置，因此作物根系經(jīng)常處于低氧環(huán)境中；PAYERO等[8]試驗表明土壤缺氧會導致作物產量降低；TAKESHI等[9]研究表明，根區(qū)土壤含氧量不足會限制根細胞能量供應，降低根系活力，影響根系對水分和養(yǎng)分的吸收，導致作物干物質積累不足，從而對作物植株生長產生不利影響。

曝氣滴灌是利用文丘里加氣設備將空氣吸入到地下滴灌管道中進而將灌溉水和空氣輸送到作物根區(qū)土壤的技術[10]，已有研究成果表明，曝氣滴灌可以提高作物產量和水分利用率，促進作物生長，提高作物產量[11-16]。曝氣處理可顯著提高果實的水分利用效率、干物質量、產量和瞬時葉片蒸騰速率[16-20]。

以往關于加氣灌溉研究多集中于單因素處理或水氣耦合、水肥耦合、滴管帶埋深等復合多因素，主要關注加氣灌溉對作物水分利用效率、產量及品質的提升[21-24]。有關肥氣耦合的研究較少涉及，循環(huán)曝氣地下滴灌條件下不同曝氣水平和施肥水平復合因素下植株光合作用的研究較少。因此，本研究以對土壤通氣性比較敏感的番茄為研究對象，設置不同的曝氣量及施肥量，研究曝氣量和施肥量不同肥氣耦合作用對番茄生長特性、光合特性、葉綠素含量及產量的影響，探求最佳的灌溉施肥模式，以期為肥氣耦合灌溉下番茄增產提供相關理論依據(jù)和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗在山東農業(yè)大學日光溫室進行，日光溫室高5.5 m，內寬13 m，東西長52 m，有效種植面積為450 m2。試驗區(qū)屬于溫帶大陸性半濕潤季風區(qū)，年均日照時數(shù)2 627.1 h。土壤類型為棕壤土，土壤堿解氮質量比136.5 mg/kg，速效磷質量比51.72 mg/kg，速效鉀質量比168.07 mg/kg，pH值為6.5，電導率(EC)為0.62 mS/cm。

供試作物番茄品種為京魯6335，屬中晚熟品種。日光溫室內壟長10 m，寬0.8 m，臨近兩壟之間用埋深100 cm的塑料膜隔開，防止側滲，一壟為一個試驗小區(qū)。滴灌管管徑為16 mm，滴頭設計流量為2 L/h，滴頭間距為33 cm，最大工作壓力為0.2 MPa。按照滴頭間距布置植株，水平距定植點約10 cm，埋深20 cm，每個小區(qū)供水管路單獨控制，并配有精密的計量水表。所有小區(qū)施肥、灌溉、打藥等田間管理措施均一致。

1.2 試驗設計

試驗設計兩種灌水方式，分別為循環(huán)曝氣地下滴灌(O)和地下滴灌(S，未進行曝氣處理的灌溉，作為對照)，3個曝氣水平(O1、O2、O3分別表示高、中、低曝氣量(摻氣比例分別為16.25%、14.58%、11.79%))和3個施肥水平(F1、F2、F3分別表示高施肥量(N、P2O5、K2O施加量分別為240、120、150 kg/hm2)、中施肥量(N、P2O5、K2O施加量分別為180、90、112.5 kg/hm2)、低施肥量(N、P2O5、K2O施加量分別為120、60、75 kg/hm2))。

共計12個試驗處理(表1)，試驗小區(qū)隨機排列設計，每個處理3次重復，共36個小區(qū)。采用單壟雙行的種植方式，壟長10 m，壟寬0.8 m。有研究表明滴灌管埋深25 cm為溫室番茄種植的較優(yōu)埋深[20,25]，本試驗每壟鋪設的滴灌帶埋深設置為25 cm，滴灌帶滴頭間距33 cm，每壟種30株作物，每壟面積為8 m2(10 m×0.8 m)。為防止水分側滲，壟與壟之間用塑料膜隔開，并設置保護行，以防處理之間相互影響。2019年9月22日定植，為保證成活率，定植當天澆透底水，所有小區(qū)的田間管理措施均一致，留到五穗果后打頂，全生育期約為120 d。

表1 試驗設計方案Tab.1 Design scheme of experiment

灌水量由安置在溫室內的E601型蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量確定，以前一天08:00經(jīng)24 h蒸發(fā)后的蒸發(fā)量為依據(jù)，當累積蒸發(fā)量達到20 mm左右時進行灌水，其計算公式為

I=AKcpEp

式中I——滴頭每次的灌水量，mL

A——2個支管控制的小區(qū)面積，本試驗為8 m2

Ep——2次灌水間隔溫室內蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量，取20 mm

Kcp——蒸發(fā)皿系數(shù)，取1

曝氣裝置采用循環(huán)曝氣裝置，該裝置可以實現(xiàn)作物的水肥氣一體化灌溉。試驗采用的滴灌管最大工作壓力為0.2 MPa，有研究表明，隨著工作壓力的增大，曝氣水流的摻氣比例提高，曝氣量可通過設置壓力控制器工作壓力來控制[26]。本試驗設置0.15、0.1、0.05 MPa共3個壓力水平調節(jié)高、中、低3個曝氣水平，灌溉水源取自地下水，地下井水溫度比較穩(wěn)定，保持在18℃，該水溫下，高曝氣量(O1)、中曝氣量(O2)、低曝氣量(O3)摻氣比例分別為16.25%、14.58%、11.79%。在灌水進入地下滴灌系統(tǒng)之前進行循環(huán)曝氣處理，使水氣同步混合后，通過地下滴灌系統(tǒng)將水氣混合物輸送到各個作物根區(qū)。

1.3 測定指標及方法

1.3.1生長指標測定

溫室番茄株高和莖粗緩苗后20 d進行測量，每隔10 d測定一次，株高采用卷尺測量從植株底端至植株最高生長點的垂直距離，莖粗采用游標卡尺量取番茄第2、3片葉間莖干直徑，每個小區(qū)隨機選取6株測定，并做標記。

1.3.2光合指標測定

每個小區(qū)選取3株番茄植株，每株選取3片葉片，用CIRAS-3型光合測定系統(tǒng)隨機選取充分受光、葉位一致的連體健康葉片測定葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、瞬時水分利用效率(WUE)和氣孔限制值(Ls)等氣體交換參數(shù)。測定日期為定植后60 d(開花坐果期)和108 d(果實膨大期)，測定時間為09:00—11:00。

1.3.3葉綠素含量測定

定植后60 d(開花坐果期)和108 d(果實膨大期)，測定番茄葉片葉綠素a含量、葉綠素b含量。葉綠素含量的測定方法為浸提液(45%乙醇、45%丙酮和10%蒸餾水)提取色素，用分光光度計比色法分別于663、645 nm處測定吸光度，計算其含量[27]。葉綠素含量測試選擇充分受光、葉位一致的健康葉片，每小區(qū)選3株進行測量，每株選取3片葉片。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，SPSS 22.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，Origin Pro 9.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 肥氣耦合處理對溫室番茄生長特性的影響

圖1為曝氣灌溉處理溫室番茄全生育期內株高的變化曲線。由圖1可知，同一施肥水平曝氣灌溉處理的番茄株高均大于不曝氣灌溉處理，且均是高曝氣灌溉處理番茄株高最高，中曝氣灌溉處理其次，低曝氣處理株高最低，因此同一施肥水平下，番茄株高隨曝氣灌溉曝氣量的增大呈增高趨勢?？v觀整個生育期，曝氣灌溉處理對番茄生育前期株高的影響較小，定植50 d之前，曝氣灌溉處理對番茄株高的影響不顯著(P>0.05)，定植50 d后各處理株高差異開始逐漸顯著，到打頂前各處理株高達到最高，差異達極顯著(P<0.01)。

圖1 曝氣灌溉處理溫室番茄株高的變化曲線Fig.1 Variation curves of greenhouse tomato plant height under aerated irrigation treatment

由表2可知，番茄定植后30～50 d期間，曝氣灌溉處理和不曝氣灌溉處理番茄株高的日增長量差異不顯著，其原因是此時番茄處于前期生育階段，對土壤氧氣的需求較小，因此，曝氣灌溉在番茄生育前期對株高的影響不顯著。番茄定植50～70 d、70～90 d期間，曝氣灌溉處理番茄株高日增長量均較不曝氣灌溉處理差異顯著，高曝氣灌溉處理株高日增長量最高，株高日增長量隨曝氣灌溉曝氣量的升高呈增高趨勢；定植90～110 d期間，番茄株高的日增長量明顯放緩，所有試驗處理的日增長量差異不顯著，說明曝氣灌溉處理在番茄生育后期對株高的影響不顯著，曝氣灌溉處理在番茄生育中期對株高增長的影響顯著。

表2 株高分段日均增長量Tab.2 Per-day growth of height of tomato cm

圖2為施肥處理溫室番茄全生育期內株高的變化規(guī)律，從圖中可看出，各試驗處理的番茄株高均隨生育期的推進呈逐漸增大趨勢。高曝氣灌溉水平，中肥處理番茄株高最高，高肥處理其次，低肥處理最低；中曝氣灌溉和低曝氣灌溉水平下，高肥處理番茄株高最高，中肥處理其次，低肥處理株高最低，說明高曝氣灌溉水平，中肥處理促進番茄植株株高生長的效果最顯著，中、低曝氣灌溉水平，高肥處理促進番茄植株株高生長的效果最顯著。定植30～50 d期間，同一曝氣水平不同施肥處理番茄株高日增長量差異不顯著(P>0.05)，定植50 d后番茄株高的差異逐漸顯著，定植110 d各試驗處理株高達到最大值，差異極顯著(P<0.01)，定植90～110 d期間，各個曝氣水平番茄株高增長速度均放緩，施肥水平在番茄的生育前期和生育后期對株高的日增長量影響不顯著(P>0.05)。

圖2 施肥處理溫室番茄株高的變化曲線Fig.2 Variation curves of greenhouse tomato plant height under fertilization treatment

圖3 曝氣灌溉處理溫室番茄莖粗的變化曲線Fig.3 Variation curves of greenhouse tomato stem diameter under aerated irrigation treatment

圖3為曝氣灌溉處理溫室番茄全生育期內莖粗的變化曲線，由圖可知，同一施肥水平曝氣灌溉處理番茄莖粗均大于不曝氣灌溉處理。高肥水平，中曝氣灌溉處理番茄莖粗最大，其次是高曝氣灌溉處理，低曝氣灌溉處理番茄莖粗最?。恢?、低肥水平，高曝氣灌溉處理莖粗最大，中曝氣灌溉處理其次，低曝氣灌溉處理最小，因此中、低肥水平，莖粗隨曝氣灌溉曝氣量的增加呈增大趨勢?？v觀整個生育期，高肥水平，高、中、低曝氣灌溉處理和不曝氣灌溉處理對番茄莖粗變化的影響較?。恢?、低肥水平，隨著植株的生長，高、中、低曝氣灌溉和不曝氣灌溉處理的番茄植株莖粗差異較大。定植50 d之前，曝氣灌溉處理對番茄莖粗的影響不顯著(P>0.05)，定植50 d后各處理的莖粗差異開始逐漸明顯，定植50～70 d、70～90 d番茄莖粗差異達極顯著水平(P<0.01)。

由表3可知，番茄定植后30～50 d期間，曝氣灌溉處理和不曝氣灌溉處理番茄莖粗的日增長量差異不顯著，定植后50～70 d、70～90 d差異性達顯著水平，其原因是隨著植株不斷生長，植物根系對氧氣的需求量逐漸增大，土壤含氧量對植物生長發(fā)育的影響顯現(xiàn)，在番茄生育中期(定植后50～90 d)，其莖粗的日均增長量最大，曝氣灌溉對番茄莖粗的影響顯著。定植后90～130 d是生育末期，這一階段番茄處于果實采收期，番茄莖粗的日均增長量明顯放緩，曝氣灌溉對這一階段番茄莖粗的影響不顯著，由此可見，曝氣灌溉處理在番茄生育中期對莖粗增長有顯著影響。

表3 莖粗分段日均增長量Tab.3 Per-day growth of stem width of tomato mm

圖4為施肥處理溫室番茄全生育期內莖粗的變化曲線，從圖中可看出，各試驗處理的番茄莖粗均隨生育期的推進呈逐漸增大趨勢，高曝氣灌溉水平下，中肥處理番茄莖粗最高，高肥處理其次，低肥處理最低；中曝氣灌溉和低曝氣灌溉水平，高肥處理番茄莖粗最大，中肥處理其次，低肥處理最小。說明高曝氣灌溉水平，中肥處理促進番茄植株莖粗的增大效果最好，中、低曝氣灌溉水平，高肥處理促進番茄植株莖粗增大效果最好。定植30～90 d是番茄莖粗的快速增長階段，定植90～130 d，番茄生長后期莖粗的增長明顯放緩。定植30～50 d曝氣灌溉處理下不同施肥處理對番茄莖粗的影響不顯著(P>0.05)，定植后50 d各處理的莖粗差異逐漸開始明顯，定植后50～90 d番茄莖粗差異顯著(0.01

圖4 施肥處理溫室番茄莖粗的變化曲線Fig.4 Variation curves of greenhouse tomato stem diameter under fertilization treatment

曝氣灌溉不同施肥水平對番茄株高、莖粗的影響見表4，從表4可看出，同一施肥水平下，曝氣灌溉處理的番茄株高、莖粗均大于不曝氣灌溉處理，番茄株高和莖粗均隨曝氣量的增加呈增大趨勢，且曝氣灌溉對株高、莖粗的影響極顯著(P<0.01)。高肥水平，高、中、低曝氣灌溉處理番茄株高較不曝氣灌溉處理分別顯著增大14.12%、12.6%、10.2%，莖粗較不曝氣灌溉處理分別增大0.68%、2.52%、0.48%；中肥水平，高、中、低曝氣灌溉處理番茄株高較不曝氣灌溉處理分別顯著增大22.57%、5.64%、5.36%，莖粗較不曝氣灌溉處理分別增大7.25%、3.17%、2.39%；低肥水平，高、中、低曝氣灌溉處理番茄株高較不曝氣灌溉處理分別顯著增大11.77%、7.09%、2.52%，莖粗較不加氣灌溉處理分別增大4.53%、4.17%、3.81%。施肥水平對番茄株高和莖粗影響極顯著(P<0.01)，高曝氣灌溉水平，中肥處理番茄株高和莖粗均達最大值，較高肥處理分別顯著增大2.21%和3.11%，較低肥處理分別顯著增大13.83%和4.89%。在交互作用下，曝氣和施肥對番茄株高有顯著性影響(P<0.05)，對番茄莖粗無顯著影響(P>0.05)。

2.2 肥氣耦合處理對番茄光合特性的影響

肥氣耦合處理對番茄光合特性的影響見表5，開花坐果期和果實膨大期兩次測定結果均表明曝氣灌溉處理凈光合速率Pn高于不曝氣灌溉處理。在開花坐果期，同一施肥水平下，曝氣灌溉處理Pn變化趨勢相同，均隨曝氣量的升高而增大，高曝氣灌溉處理番茄Pn最高，其次是中曝氣灌溉處理，低曝氣灌溉處理最低。而在果實膨大期，同一施肥水平下，除低肥水平時中曝氣灌溉處理Pn略低于低曝氣灌溉處理，高肥、中肥水平各處理Pn變化趨勢相同，均隨曝氣量的升高而增大。且開花坐果期和果實膨大期內，高肥水平下，高曝氣灌溉處理Pn分別較不曝氣處理提高31.28%和30.77%，平均提高31.03%；中肥水平，開花坐果期和果實膨大期高曝氣處理Pn分別較不曝氣處理提高60.40%和44.52%，平均提高52.46%；低肥水平，開花坐果期和果實膨大期高曝氣處理Pn分別較不曝氣處理提高44.44%和42.03%，平均提高43.24%。開花坐果期番茄葉片氣孔導度Gs大于果實膨大期，同一施肥水平下，開花坐果期Gs隨曝氣量的升高先減小后增大，果實膨大期，Gs隨曝氣量的升高而增大。中肥水平，Gs峰值出現(xiàn)在高曝氣灌溉處理，分別較不曝氣灌溉增大43.21%和78.07%，平均增大60.64%。開花坐果期Ci均高于果實膨大期，開花坐果期和果實膨大期兩次測定結果均表明曝氣灌溉處理番茄葉片Ci高于不曝氣灌溉處理。且Ci的最大值均出現(xiàn)于高曝氣中肥灌溉處理，分別較不曝氣灌溉增大18.01%和31.98%，平均增大25.00%。曝氣灌溉處理Tr高于不曝氣灌溉處理，同一施肥水平下，開花坐果期和果實膨大期Tr均隨曝氣量的升高呈逐漸增大趨勢。高肥水平，Tr峰值出現(xiàn)在高曝氣灌溉處理，開花坐果期和果實膨大期Tr分別較不曝氣灌溉處理提高13.65%和44.07%，平均提高28.86%；中肥水平，Tr峰值出現(xiàn)在高曝氣處理，開花坐果期和果實膨大期Tr分別較不曝氣處理提高38.05%和35.71%，平均提高36.88%。在開花坐果期，WUE隨曝氣量的升高而升高，高肥水平下，WUE由不曝氣處理的2.93 mmol/mol升高至高曝氣處理的3.5 mmol/mol，中肥水平，高曝氣灌溉處理較不曝氣處理WUE提高31.03%，低肥水平，WUE由不曝氣處理的2.77 mmol/mol升高至高曝氣處理的3.23 mmol/mol，果實膨大期測定結果表明番茄曝氣灌溉處理WUE均高于不曝氣灌溉處理。

表4 肥氣耦合處理對溫室番茄株高、莖粗的影響Tab.4 Effects of fertilizer-air coupling treatment on plant height and stem diameter in greenhouse tomato

表5 肥氣耦合處理對溫室番茄光合特性的影響Tab.5 Effects of different fertilizer-air coupling treatment on photosynthetic parameters in greenhouse tomato

開花坐果期和果實膨大期兩次測定結果表明番茄曝氣灌溉處理下Ls均高于不曝氣灌溉處理，開花坐果期和果實膨大期Ls峰值均出現(xiàn)在高曝氣中肥處理。方差分析表明，曝氣處理對兩個生育階段內番茄葉片Pn、Gs、Ci(FEP除外)和Tr均有極顯著影響(P<0.01)，對果實膨大期Tr及WUE有極顯著影響(P<0.01)，對開花坐果期WUE及Ls有顯著影響(P<0.05)。施肥處理對開花坐果期番茄Ci和果實膨大期Gs有顯著影響(P<0.05)，對開花坐果期和果實膨大期番茄葉片Tr、WUE及Ls均影響不顯著(P>0.05)。兩因素交互作用對兩個生育階段內番茄Pn、Gs、Ci、Tr、WUE及Ls均無顯著影響(P>0.05)。

2.3 肥氣耦合處理對番茄功能葉片光合色素的影響

肥氣耦合處理對番茄功能葉片光合色素含量(質量比)的影響見表6。開花坐果期和果實膨大期兩次測定結果均表明曝氣灌溉處理番茄葉片葉綠素a含量高于不曝氣灌溉處理，同一施肥水平下，葉綠素a和葉綠素b含量均隨曝氣量的增大呈逐漸增大趨勢，高曝氣灌溉處理葉綠素a和葉綠素b含量最高，其次是中曝氣灌溉處理，低曝氣灌溉處理最低。開花坐果期和果實膨大期，高曝氣灌溉處理較不曝氣灌溉處理葉綠素a含量分別最大提高38.33%和28.00%，平均提高33.17%，葉綠素b含量分別最大提高54.55%和42.86%，平均提高48.71%。高曝氣灌溉水平下，中肥處理番茄葉片葉綠素a和葉綠素b含量最高，高肥處理其次，低肥處理最低；中曝氣灌溉和低曝氣灌溉水平，高肥處理番茄葉片葉綠素a和葉綠素b含量最高，中肥處理其次，低肥處理最低，與溫室番茄植株株高和莖粗變化規(guī)律一致。

表6 肥氣耦合處理對番茄功能葉片光合色素含量的影響Tab.6 Effects of fertilizer-air coupling treatment on photosynthetic pigment content of greenhouse tomato functional leaves mg/g

開花坐果期和果實膨大期，曝氣灌溉處理總葉綠素含量均高于不曝氣灌溉處理，同一施肥水平下，總葉綠素含量均隨曝氣量的升高呈增大趨勢。開花坐果期，總葉綠素含量在高曝氣灌溉中肥處理達最大值1.17 mg/g，在不曝氣灌溉低肥處理達最小值0.77 mg/g；果實膨大期，總葉綠素含量在高曝氣中肥處理達最大值1.47 mg/g，在不曝氣灌溉低肥處理達最小值1.04 mg/g。開花坐果期和果實膨大期的峰值均出現(xiàn)于高曝氣中肥灌溉處理，較不曝氣灌溉處理總葉綠素含量分別升高44.44%和33.64%。

方差分析表明，開花坐果期和果實膨大期，曝氣處理對番茄葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量均有極顯著影響(P<0.01)；開花坐果期，施肥處理對番茄葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量影響均不顯著(P>0.05)，果實膨大期，施肥處理對番茄葉片總葉綠素含量有顯著影響(P<0.05)，對番茄葉片葉綠素a、葉綠素b含量影響均不顯著(P>0.05)。兩因素交互作用對開花坐果期和果實膨大期葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量影響均不顯著(P>0.05)。

2.4 肥氣耦合處理對番茄干物質積累量的影響

表7為肥氣耦合處理對溫室番茄植株開花坐果期和果實膨大期各部分干物質累積量的影響。由表可知，開花坐果期各試驗處理番茄不同部位干物質積累量由大到小依次為葉、莖、果和根。果實膨大期各處理番茄不同部位干物質積累量由大到小依次為果、莖、葉和根。在同一施肥水平下，開花坐果期和果實膨大期曝氣處理番茄干物質積累總量均高于不曝氣處理，高曝氣灌溉處理干物質積累總量較不曝氣灌溉處理分別最大提高31.66%和36.95%，干質量積累總量總體上均隨曝氣量升高呈升高趨勢，高曝氣灌溉處理干物質積累總量最高。開花坐果期內，除低曝氣灌溉高肥處理干物質積累總量略低于低曝氣中肥處理外，同一曝氣水平下，干質量積累總量總體上隨施肥量升高呈升高趨勢，高曝氣高肥處理較高曝氣中肥處理和高曝氣低肥處理干質量積累總量提高3.61%和11.89%。果實膨大期，同一曝氣水平下干質量積累總量總體上隨施肥量升高呈先升高后降低趨勢，中肥處理干質量積累總量最大，高曝氣中肥處理果實干物質量和干質量積累總量較高曝氣低肥處理分別提高26.36%和19.13%。

表7 肥氣耦合處理對溫室番茄植株各組成部分干物質積累量的影響Tab.7 Effects of different fertilizer-air coupling treatments on dry matter partitioning of greenhouse tomato g

方差分析表明，開花坐果期，曝氣處理對番茄根干物質積累量有極顯著影響(P<0.01)，對莖、果和干物質積累總量有顯著影響(P<0.05)；施肥處理除對番茄根干物質積累量影響顯著(P<0.05)，對莖、葉和果干物質積累總量均影響不顯著(P>0.05)。果實膨大期，曝氣處理對番茄根、莖、葉和果干物質積累總量均有極顯著影響(P<0.01)；施肥處理除對番茄根、莖和果干物質積累量有顯著影響(P<0.05)，對葉和干物質積累總量影響不顯著(P>0.05)。兩因素交互作用對果實膨大期根、莖干物質積累量影響顯著(P<0.05)。

2.5 肥氣耦合處理對番茄產量的影響

表8為肥氣耦合處理對番茄單株產量和單果質量的影響。由表可知，同一施肥水平下，除中曝氣灌溉中肥處理番茄單株產量略低于低曝氣灌溉中肥處理外，番茄單株產量和單果質量均隨曝氣量的升高呈升高趨勢，最高單株產量出現(xiàn)在高曝氣灌溉中肥處理，最低單株產量出現(xiàn)在低曝氣灌溉低肥處理，最高單果質量出現(xiàn)在高曝氣灌溉中肥處理，最低單果質量出現(xiàn)在低曝氣低肥處理。高肥水平，高曝氣灌溉處理單株產量和單果質量較不曝氣灌溉處理提高8.46%和4.73%。中肥水平，高曝氣灌溉處理單株產量和單果質量較不曝氣灌溉處理提高12.80%和19.51%。低肥水平，高曝氣灌溉處理單株產量和單果質量較不曝氣灌溉處理提高9.28%和12.09%。單因素中曝氣處理對番茄單株產量和單果質量均有極顯著影響(P<0.01)，施肥處理對單株產量有極顯著影響(P<0.01)，對單果質量有顯著影響(0.01

表8 肥氣耦合處理溫室番茄單株產量和單果質量Tab.8 Yield and fruit quality of greenhouse tomato under fertilizer and air coupling treatment g

表9表明，各曝氣水平下，曝氣灌溉處理番茄單株產量與植株的株高、莖粗和凈光合速率相關系數(shù)較不曝氣灌溉處理高，隨著曝氣量的升高，番茄產量與植株各生長指標相關性也呈升高趨勢。高曝氣灌溉處理番茄產量與植株各生長指標相關系數(shù)最高，為0.4左右，而中、低曝氣灌溉處理相關系數(shù)差異不大，均為0.3左右。由此可知，高曝氣灌溉處理番茄產量與植株各生長指標相關性相較于中、低曝氣灌溉處理高，由大到小依次為凈光合速率、株高和莖粗。各施肥水平下，中肥處理番茄產量與植株各生長指標相關系數(shù)最高，高肥處理次之，低肥處理相關系數(shù)最低。循環(huán)曝氣地下滴灌肥氣耦合下，全部處理的番茄產量與植株的株高、莖粗和凈光合速率均呈現(xiàn)極顯著正相關關系(P<0.01)，番茄產量與株高相關系數(shù)最大，為0.473，與凈光合速率相關系數(shù)次之，為0.427，與植株莖粗相關系數(shù)最小，為0.377。由此可知，肥氣耦合條件下番茄產量與植株各生長指標的相關系數(shù)差異較大，番茄產量與植株各生長指標相關性由大到小依次為株高、凈光合速率和莖粗。

表9 各試驗處理條件下溫室番茄單株產量與植株的株高、莖粗、凈光合速率的相關系數(shù)Tab.9 Correlation coefficients among fruit yield，plant height，stem diameter and photosynthetic rate

3 討論

已有研究表明曝氣地下滴灌可以改善作物根區(qū)土體內氧氣含量，有效緩解土壤的低氧脅迫，從而促進土壤呼吸[15]，土壤缺氧環(huán)境的改善對作物的生長有積極影響，促進作物植株的生長發(fā)育[28]。LI等[29]通過試驗向土壤中加氣，研究發(fā)現(xiàn)曝氣處理的番茄株高和莖粗均較不曝氣處理顯著增大。朱艷等[25]對番茄進行曝氣處理發(fā)現(xiàn)，莖粗和葉面積對加氣灌溉存在極顯著的積極響應，加氣灌溉處理番茄植株莖粗和葉面積較不加氣灌溉處理分別顯著增大4.55%和16.21%。BHATTARAI等[30]研究也表明加氣灌溉處理棉花植株的莖粗顯著增大了6.86%。本試驗中番茄植株在高、中、低3個曝氣水平下株高和莖粗較不曝氣灌溉處理增長極顯著，株高分別最大顯著增長14.12%、22.57%和11.78%，莖粗分別最大顯著增大2.52%、7.24%和4.53%，這與前人的研究結果相似。在曝氣灌溉條件下，提高施肥量有利于植株株高和莖粗的生長[31-32]，但本試驗在高曝氣水平時，增加施肥量番茄株高、莖粗反而降低。說明低肥和高肥水平均抑制番茄的植株生長，中肥水平能顯著促進番茄苗期生長發(fā)育，改善植株生長狀況。這均表明曝氣灌溉有效改善了作物根系的通氣狀況，進而對番茄生長發(fā)育產生了積極的影響作用。

光合作用利用葉綠素等光合色素，將二氧化碳和水轉化為有機物并貯存起來。葉片氣孔是作物進行氣體交換的主要場所，蒸騰作用為水分、養(yǎng)分的吸收提供動力，凈光合速率是光合作用強弱的一個重要反映[33-34]。氣孔導度表示植物氣孔的開張程度，影響植物的蒸騰作用、光合作用和呼吸作用，溫室番茄葉片的氣孔導度除了受土壤水分的制約外，還受到氣溫和大氣濕度等多種環(huán)境因子的影響[29]。本試驗表明，相較于不曝氣處理，曝氣處理下番茄葉片氣孔導度增加，氣孔限制值升高，胞間CO2濃度升高，蒸騰速率升高，與此同時，植株的凈光合速率也升高。另一方面，根區(qū)加氣處理使得葉綠素a和葉綠素b含量升高，葉綠素作為光合反應中心色素起著捕獲光能和分離電荷的雙重作用[33]。因此，葉綠素含量的升高進一步促進了凈光合反應速率的升高。本試驗中開花坐果期和果實膨大期內曝氣處理均能顯著提高凈光合速率。李元等[20]發(fā)現(xiàn)，加氣灌溉改善根區(qū)氣體環(huán)境，能夠顯著提高番茄葉片葉綠素含量及光合反應速率，這與本試驗得到循環(huán)曝氣處理顯著提高番茄葉片凈光合速率相一致。試驗中，開花坐果期和果實膨大期同一施肥水平下高曝氣、中曝氣處理氣孔導度均較不曝氣處理有顯著提高，曝氣處理有利于氣孔的開放。該結果表明對根區(qū)土壤進行循環(huán)曝氣在一定程度上促進植株葉片氣孔的開放，有利于增加光合反應的原料(CO2)。其次，開花坐果期和果實膨大期內葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量對曝氣處理均有積極響應，相較于不曝氣處理均有顯著提高。然而，方差分析表明施肥處理對植株凈光合速率影響不顯著，這與趙策等[31]發(fā)現(xiàn)施肥量對辣椒凈光合速率有顯著影響并不一致，這可能是施肥量設置水平不同以及試驗材料不同引起的，其次，土壤質地不同也可能是造成結果不一致的主要原因，同時土壤中養(yǎng)分的不足或過量，在作物生長期間，可能抑制了植物的各種生理過程，進而影響光合作用。曝氣處理使番茄葉片葉綠素含量和氣孔導度增加，促使凈光合速率提高，因而植株干物質積累和產量增加。本試驗中，曝氣水平對開花坐果期和果實膨大期番茄根、莖、葉和果的干質量積累量均影響顯著，曝氣處理番茄根、莖、葉和果的干物質積累量較不曝氣處理顯著增大(表7)。這與之前研究得到根區(qū)加氣能夠提高作物產量、單果質量一致[25]。

本試驗發(fā)現(xiàn)(表9)，高曝氣水平下番茄單株產量與植株的株高、莖粗和凈光合速率均呈極顯著正相關關系(P<0.01)，這表明高曝氣處理番茄株高、莖粗及凈光合速率與產量有密切關系。曝氣灌溉處理在改善土壤環(huán)境和作物根系生長的基礎上，促進番茄植株株高、莖粗生長和光合作用，進而有利于植株各部位干物質積累，提高作物產量。相較于不曝氣地下滴灌，曝氣灌溉處理單株產量、單果質量分別顯著增大21.04%、11.14%。循環(huán)曝氣地下滴灌肥氣耦合處理中，高曝氣灌溉處理和中肥處理番茄產量與植株的株高、莖粗和凈光合速率相關系數(shù)最高(表9)。由此可知，本試驗中在中肥水平下進行高曝氣灌溉對植株生長、番茄產量的積極影響效應更明顯。BHATTARAI等[24,35]試驗表明加氣灌溉下溫室番茄產量的增長主要歸因于單果質量和果實干物質積累量的增加，與本研究結果一致。本試驗中，番茄產量隨曝氣量的升高呈升高趨勢，但隨施肥量的升高呈先升高后降低的趨勢，中肥水平下番茄產量最高，說明在保證曝氣量相同的前提下高肥水平并沒有促進產量增加?？赡苁怯捎诟叻室鹬仓晖介L，影響番茄開花結果，導致坐果率低，對番茄的單株產量產生不利作用，而低肥水平下的產量最低，說明在番茄的生長發(fā)育過程中過低的施肥量使得番茄處于缺少營養(yǎng)的狀態(tài)，不利于作物果實產量的積累。曝氣處理和施肥處理對溫室番茄生長指標、單株產量和單果質量存在顯著性影響，但影響規(guī)律并不一致，曝氣處理影響較施肥處理高，溫室番茄生長指標、單株產量和單果質量均隨曝氣量的升高呈升高趨勢，隨施肥量的升高呈先升高后降低的趨勢，最佳曝氣水平為高曝氣水平，最佳施肥水平為中肥水平，雙因素交互作用對單株產量和單果質量影響不顯著，可能是曝氣處理在不同施肥水平對溫室番茄生長指標、單株產量和單果質量有不同影響，雙因素同時作用較單一因素的影響減弱，交互作用抵消了各自單因素影響。綜合分析番茄植株生長指標、光合特性、干物質積累量和番茄產量，高曝氣灌溉中肥水平是本試驗條件下溫室番茄較優(yōu)的曝氣施肥模式。

4 結論

(1)循環(huán)曝氣地下滴灌對溫室番茄生長指標、光合作用均有顯著影響，高曝氣中肥處理番茄株高、莖粗、凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、葉綠素a含量和葉綠素b含量均高于其他試驗處理。

(2)同一施肥水平下，曝氣處理番茄干物質積累總量均高于不曝氣處理，高曝氣灌溉處理干物質積累總量較不曝氣灌溉處理分別最大提高31.66%和36.95%，高曝氣灌溉處理干物質積累總量最高，低曝氣灌溉處理最低。番茄單株產量和單果質量均隨曝氣量的升高呈升高趨勢，最高單株產量出現(xiàn)在高曝氣灌溉中肥處理，最低單株產量出現(xiàn)在低曝氣灌溉低肥處理，最高單果質量出現(xiàn)在高曝氣灌溉中肥處理，最低單果質量出現(xiàn)在低曝氣灌溉低肥處理。

(3)循環(huán)曝氣地下滴灌肥氣耦合下番茄單株產量與植株株高、莖粗和凈光合速率均呈現(xiàn)極顯著正相關(P<0.01)，高曝氣灌溉中肥處理番茄產量與植株株高、莖粗和凈光合速率相關系數(shù)高于其他試驗處理。因此，綜合考慮肥氣耦合各試驗處理對番茄植株生長特性、光合特性、干物質積累量和番茄產量的影響，高曝氣灌溉中肥處理(摻氣比例16.25%，N、P2O5、K2O施加量為180、90、112.5 kg/hm2)是本試驗推薦的山東地區(qū)溫室番茄較優(yōu)的肥氣耦合灌溉模式。