不同水-沼液一體化間接地下滴灌模式對(duì)番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

楊 赟，鄭 健，齊興贇

（1.臨夏回族自治州水利科學(xué)研究院，甘肅臨夏 731100；2.蘭州理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，蘭州 730050；3.甘肅省生物質(zhì)能與太陽能互補(bǔ)供能系統(tǒng)重點(diǎn)試驗(yàn)室，蘭州 730050）

0 引 言

實(shí)施和推廣節(jié)水灌溉，保障作物生產(chǎn)，提高作物品質(zhì)，是解決農(nóng)業(yè)水資源短缺的重要方式[1]。虧缺灌溉是一種具有節(jié)水潛力的灌溉方式，可以在作物的某個(gè)生長階段或全生育期采用低于充分灌溉的水量，通過水分脅迫對(duì)植物的生化和生理過程產(chǎn)生影響[2]。研究表明，在作物的全生育和某個(gè)生育階段采用適度的水分虧缺，會(huì)降低作物的葉面積，但卻可以獲得與充分灌溉相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，不但提高了水分利用效率，還對(duì)作物果實(shí)品質(zhì)還有一定的改善作用[3,4]。間接地下滴灌是一種高效的節(jié)水灌溉技術(shù)，由普通滴灌帶與布設(shè)在滴頭下方土壤中的導(dǎo)水裝置構(gòu)成，能夠減少土壤表面無效水分的蒸發(fā)，達(dá)到水分高效利用和節(jié)約水資源的目的[5]。研究發(fā)現(xiàn)，灌水量相同時(shí)，間接地下滴灌條件下作物的生長量、果實(shí)大小及單果質(zhì)量顯著大于普通地表滴灌，與普通地表滴灌相比，間接地下滴灌還可以改善果實(shí)品質(zhì)[6,7]。如果將虧缺灌溉和間接地下滴灌相結(jié)合，是否能同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、品質(zhì)的提升和水分利用效率的提高？

沼液是沼氣工程的產(chǎn)物，隨意排放必然對(duì)周圍環(huán)境造成危害。但沼液中含有90%以上的水分，施用沼液可減少作物的灌溉用水，起到節(jié)約水資源的作用，同時(shí)沼液中含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、腐殖酸、維生素、植物激素和抑制病蟲害活性的物質(zhì)[8]，是作物良好的生長促進(jìn)劑。此外，沼液還具有調(diào)節(jié)土壤酸堿度，增強(qiáng)土壤微生物活性和降低土壤重金屬毒性等作用[9]。課題組近年來進(jìn)行的試驗(yàn)研究結(jié)果表明，采用水-沼液一體化灌溉的方式在作物全生育期施用實(shí)現(xiàn)化肥的替代，并可以有效提高作物的營養(yǎng)品質(zhì)[10,11]。但沼液具有高水低肥的特性，限制了沼液在農(nóng)業(yè)生展中的推廣應(yīng)用，需要有新的灌溉方式和灌溉技術(shù)的融入。

基于此，本研究將水-沼液一體化與間接地下滴灌相結(jié)合，提出水-沼液一體化間接地下滴灌，并融入虧缺灌溉理論。以溫室番茄為研究對(duì)象，在番茄的不同生育階段設(shè)置不同虧缺水平，研究水肥同虧對(duì)番茄生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的影響，并應(yīng)用TOPSIS （Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）法對(duì)番茄品質(zhì)和綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，探求沼液資源在農(nóng)田灌溉中的新方法與新模式，減少化肥投入，提高農(nóng)民收入。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于蘭州市七里河區(qū)魏嶺鄉(xiāng)綠化村的設(shè)施蔬菜水肥一體化示范點(diǎn)的溫室大棚。日光溫室為房脊型，長度、跨度和高度分別為50、10.5 和4 m。位于北緯36°03′、東經(jīng)103°40′，平均海拔1 872 m，屬溫帶大陸性氣候；年平均氣溫8.9 ℃，無霜期150 d 左右，年平均降水量和蒸發(fā)量分別為310.5 和1 158.0 mm，日光充足，干旱少雨，且多集中在7-9月。溫室里裝有小型自動(dòng)氣象站，試驗(yàn)期間可以不間斷地監(jiān)測常規(guī)氣象數(shù)據(jù)。

1.2 供試材料

1.2.1 供試土壤

供試材料為番茄“中研-958F1”，是一種早熟高檔大紅果硬果品種。土壤類型為壤質(zhì)黏土，其中砂粒、粉粒和黏粒含量分別為18.39%、45.18%、36.43%。0～60 cm 土層內(nèi)土壤平均容重1.30 g/cm3，田間持水量為22.6%（質(zhì)量含水率）。作物種植前測得土壤養(yǎng)分狀況為：土層（0～60 cm）有機(jī)質(zhì)平均含量為13.73 g/kg，全氮含量為0.89 g/kg，有機(jī)碳含量為7.91 g/kg，全鉀含量為1.59 g/kg，試驗(yàn)前土壤pH值為7.97。

1.2.2 供試沼液

試驗(yàn)用的沼液取自蘭州市花莊鎮(zhèn)的甘肅荷斯坦良種奶牛繁育中心正常發(fā)酵、正常產(chǎn)氣的沼氣池中，該沼氣工程以牛糞為發(fā)酵原料。經(jīng)曝氣靜置2個(gè)月，待其理化性質(zhì)穩(wěn)定后，用4層紗布（32目）過濾掉沼液中較大的懸浮顆粒備用。沼液原液的pH 值為7.78，養(yǎng)分狀況為有機(jī)質(zhì)10.43 g/L，全氮含量為1.037 g/L，全磷含量為0.531 g/L。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)將番茄全生育期劃分為3個(gè)生長階段：苗期、開花坐果期和成熟期，在每個(gè)生育期內(nèi)設(shè)置3個(gè)不同的土壤水分控制下限：60%FC、70%FC和80%FC（FC為田間持水量），采用濃度為1:4 的沼液進(jìn)行灌溉（沼液：水，體積比），同時(shí)設(shè)置傳統(tǒng)灌溉+化肥組T10），以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的施用量為準(zhǔn)，具體為：氮肥（尿素，含氮46.4%）76 kg/hm3、磷肥（磷酸二銨，P2O5含量為40%）95.6 kg/hm3、鉀肥（硫酸鉀復(fù)合肥，有效含量45%）98.3 kg/hm3，全生育期追肥4 次，施肥時(shí)間與農(nóng)戶施肥時(shí)間一致。試驗(yàn)共10個(gè)處理，具體試驗(yàn)處理方案詳見表1。所有處理的土壤水分控制上限均為田間持水量的90%，每個(gè)處理重復(fù)3次且隨機(jī)區(qū)組排列?？紤]到試驗(yàn)過程中影響土壤含水率的因素較復(fù)雜，精準(zhǔn)控制灌水下限有一定的難度，故對(duì)每個(gè)處理的灌水下限設(shè)定一個(gè)波動(dòng)幅度值（本試驗(yàn)中取該值為±3%）。

表1 虧缺灌溉試驗(yàn)方案%Tab.1 Deficit irrigation experiment scheme

試驗(yàn)采用當(dāng)?shù)氐湫偷膯螇鸥魷细材しN植模式，壟高為20 cm，壟面寬30 cm，定植前提前起壟并覆膜。番茄苗為人工育苗，待幼苗成型后（四葉一心左右大小）移栽至提前起好的壟上，各處理移栽參數(shù)一致（行距60 cm，株距30 cm，每行定植11株）。番茄各生育期的具體劃分時(shí)間為：苗期6月9日-7月10日、開花坐果期7月11日-8月13日、果實(shí)成熟期8月14日-10月5日。為保證土壤水分控制試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)設(shè)保護(hù)行，并用埋深為1 m的塑料膜將試驗(yàn)區(qū)域與周邊環(huán)境相隔開，防止水平方向上的水分互相滲透。番茄幼苗移栽后為提高其成活率，提供2 000 mL 的保苗水，分3 d 灌入，緩苗3 d后再開展試驗(yàn)。其他田間管理方式各處理均一致。

1.4 灌溉方法

本試驗(yàn)采用水-沼液一體化間接地下滴灌技術(shù)進(jìn)行灌溉，導(dǎo)水裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示。灌溉水由滴灌管經(jīng)帶有調(diào)節(jié)閥的小管滴入導(dǎo)水裝置中（導(dǎo)水裝置由上部分不透水邊界（用PVC管代替）、下部分透水邊界以及底部（由秸稈填充）構(gòu)成），水分通過導(dǎo)水裝置到達(dá)下部分透水邊界和底部入滲至根區(qū)土壤。布設(shè)前先用直徑略大于導(dǎo)水裝置直徑（5 cm）的取土器在番茄植株兩邊（距植株根部5～8 cm）取孔，深度為10 cm。將PVC 管插入土洞底部，把事先準(zhǔn)備好的秸稈裝入其中（秸稈為當(dāng)?shù)赜衩捉斩?，制作成粒徑約為0.5 cm，裝填密度為0.4 g/cm3，裝填厚度5 cm），然后在保證不擾動(dòng)周邊土壤和裝填秸稈的情況下緩慢的將PVC 管向上拔出3 cm，以在底部形成3 cm 高的透水邊界，布設(shè)滴灌管，在靠近導(dǎo)水裝置的滴灌管上安裝出流小管（2 L/h），將水導(dǎo)入導(dǎo)水裝置。

圖1 灌溉裝置示意圖（單位：cm）Fig.1 Irrigation device schematic

各處理的灌水量由公式（1）確定：

式中：W為單次灌水量；S為控制小區(qū)面積，本試驗(yàn)中取30 cm×60 cm；H為計(jì)劃濕潤深度，在苗期、開花坐果期和成熟期分別取10 cm、30 cm 和40 cm；ρ為土壤容重，本試驗(yàn)中為1.30 g/cm3；Qmax和Qmin分別為土壤水分上、下限。

1.5 測定項(xiàng)目及方法

番茄葉面積的測定：在每個(gè)生育期末進(jìn)行破壞性取樣，將番茄葉片完好的從植株上摘取下來，全部有序平鋪在白紙上，用干凈透明的玻璃蓋壓，拍照后導(dǎo)入AutoCAD2012 軟件中用折算系數(shù)法[12]計(jì)算番茄葉面積。

番茄干物質(zhì)質(zhì)量的測定：先將樣株的各部分稱取鮮重，然后用干燥箱烘干，取出冷卻后用精度為0.01 g的電子天平稱取干質(zhì)量并記錄。

產(chǎn)量測定：在番茄果實(shí)成熟期各處理隨機(jī)標(biāo)記3株用于番茄單株產(chǎn)量測算，每次將采摘后的鮮果（不含果蒂）質(zhì)量用電子秤稱量記錄（精度0.01 g），各處理在整個(gè)成熟期采摘的平均單株重即為番茄果實(shí)單株產(chǎn)量。

品質(zhì)測定：番茄果形比采用游標(biāo)卡尺測定（測出番茄果實(shí)橫徑和縱徑，果形比=縱徑/橫徑）；可溶性固形物采用WAY-2S型阿貝折射儀測定[13]；可溶性總糖采用蒽酮比色法測定[14]；可滴定酸度采用0.1 moL-1NaOH 滴定法測定[15]；可溶性蛋白質(zhì)采用考馬斯亮蘭G-250染色法測定[16]；維生素C 采用鉬藍(lán)比色法測定[17]；硬度采用GY-1型硬度計(jì)測定[18]。

品質(zhì)評(píng)價(jià)方法：首先采用熵權(quán)法確定番茄各單一指標(biāo)的客觀權(quán)重[19]，然后采用TOPSIS對(duì)番茄綜合品質(zhì)做出評(píng)價(jià)[17]。

番茄綜合效益評(píng)價(jià)：采用組合評(píng)價(jià)法[20]。

1.6 數(shù)據(jù)處理及分析

利用SPSS 26.0 軟件進(jìn)行顯著性分析和組合評(píng)價(jià)分析；EXCEL 軟件進(jìn)行熵權(quán)法、AHP 法的權(quán)重計(jì)算以及TOPSIS 法排序；利用Origin 9.1軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)番茄生長的影響

2.1.1 葉面積

從表2可以看出，不同生育階段采用水、養(yǎng)同調(diào)對(duì)番茄單株葉面積的形成有顯著影響（P<0.05）。苗期葉面積隨著虧缺度的增大而減小，表現(xiàn)為T3>T2>T10>T1，T3 處理葉面積較T2、T10 和T1 處理分別高出12.74%、20.81%和35.96%；苗期采用輕度虧缺的T3處理和中度虧缺的T2處理，在開花坐果期采用充分水、養(yǎng)供給后，葉面積表現(xiàn)出較強(qiáng)的補(bǔ)償效應(yīng)，在開花坐果末期葉面積分別增加了2 987.87 和3 176.72 cm2；開花坐果期番茄葉面積表現(xiàn)為T6>T5>T4>T10，T6處理葉面積較T5、T4 和T10 處理分別高出7.79%、13.69%和20.61%，而在該生育階段進(jìn)行重度虧缺的T4 處理對(duì)番茄葉面積的形成造成了不可逆的損害，葉面積較苗期增量僅為2 017.90 cm2，為各處理最低；果實(shí)成熟期番茄葉面積增加量較開花坐果期明顯下降，采用重度虧缺的T7 處理獲得了最小的葉面積增量（975.87 cm2）。

表2 不同處理對(duì)番茄單株葉面積的影響cm2/株Tab.2 Effects of soil moisture regulation lower limit on tomato leaf area per plant in different treatments

2.1.2 干物質(zhì)量

從圖2可以看出，在苗期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺的處理（T1、T2、T3）植株總干物質(zhì)累積量隨虧缺下限的增大而減小，即表現(xiàn)為T3>T2>T1，T3 處理（80%FC）獲得了最大的總干物質(zhì)質(zhì)量（16.74 g/株），較T2、T1 處理分別高出4.76%和15.45%；苗期虧缺處理對(duì)根干質(zhì)量和莖干質(zhì)量累積影響較小，對(duì)葉干質(zhì)量影響較大，說明苗期番茄葉片對(duì)水分與養(yǎng)分的盈虧更為敏感。在開花坐果期進(jìn)行虧缺灌溉的處理（T4、T5、T6）中，采用重度虧缺的T4 處理（60%FC）對(duì)番茄植株各器官干物質(zhì)質(zhì)量的形成影響最大，T4 處理總干物質(zhì)質(zhì)量為各處理間的最小值（135.52 g/株）；開花坐果期各虧缺處理間總干物質(zhì)質(zhì)量呈現(xiàn)出T6>T5>T4 的規(guī)律，T6 處理較T5、T4 處理分別高出9.6%和26.48%，說明該階段番茄干物質(zhì)質(zhì)量的形成對(duì)水分和養(yǎng)分的需求量較高，重度水養(yǎng)虧缺會(huì)極大的影響植株總干物質(zhì)質(zhì)量的形成；苗期采用輕度和中度虧缺處理的T3 和T2 處理，在開花坐果期采用充分水、養(yǎng)供給后總干物質(zhì)質(zhì)量累積速率較快，表現(xiàn)出較強(qiáng)的補(bǔ)償效應(yīng)。在果實(shí)成熟期進(jìn)行虧缺的處理（T7、T8、T9）對(duì)番茄總干重物質(zhì)質(zhì)量的影響較苗期和開花坐果期小，各處理干物質(zhì)累積量較開花坐果期明顯下降，T7 處理的干物質(zhì)增量為各處理最低；在開花坐果期采用重度虧缺的T4 處理在果實(shí)成熟期采用充分水、養(yǎng)供給后干物質(zhì)累積量依然為各處理最低，表明在番茄開花坐果期不宜采用重度水、養(yǎng)虧缺處理。

圖2 不同生育期水、養(yǎng)調(diào)控對(duì)番茄干物質(zhì)累積量的影響Fig.2 Effects of water and nutrient regulation on tomato dry matter accumulation in different growth stages

2.2 不同處理對(duì)番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表3可知，T2 處理獲得了最高單株產(chǎn)量（4.66 kg/株），T9處理次之，T10處理產(chǎn)量最小，說明沼液灌溉可以有效提高番茄產(chǎn)量；在整個(gè)生育期內(nèi)，各處理均呈現(xiàn)出T2>T9>T3>T8>T6>T7>T5>T1>T4>T10 的規(guī)律；水-沼液一體化各處理中采用重度虧缺處理都會(huì)對(duì)番茄產(chǎn)量的形成產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，但從影響程度上來看，在果實(shí)成熟期采用重度虧缺的T7 處理較在苗期和開花坐果期進(jìn)行重度虧缺的T1、T4 處理對(duì)番茄產(chǎn)量形成的影響較輕，說明開花坐果期對(duì)番茄產(chǎn)量形成的影響最大。

從表3還可以看出，番茄苗期各虧缺處理（T1、T2、T3）水分利用效率隨虧缺下限的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，在苗期采用中度虧缺的T2 處理獲得了苗期水、養(yǎng)虧缺各處理的最高值（83.21 kg/m3），較T1 和T3 處理分別提高了9.01%和11.48%；在開花坐果期和果實(shí)成熟期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺灌溉的處理（T4、T5、T6 和T7、T8、T9）中，采用重度虧缺處理的T4和T7獲得了各階段虧缺處理的水分利用效率最高值，說明重度的水分虧缺會(huì)提高作物的水分利用效率，但結(jié)合產(chǎn)量來看在開花坐果期采用重度虧缺的T4 處理產(chǎn)量各處理最低，進(jìn)一步說明不宜在開花坐果期采用重度虧缺處理。

表3 不同處理對(duì)番茄單產(chǎn)量及水分利用效率的影響Tab.3 Effects of different treatments on tomato yield and water use efficiency

2.3 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響及評(píng)價(jià)

2.3.1 對(duì)番茄品質(zhì)的影響

根據(jù)番茄各品質(zhì)指標(biāo)反映的內(nèi)容，將番茄品質(zhì)指標(biāo)分為外觀品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)和儲(chǔ)運(yùn)品質(zhì)。本試驗(yàn)中番茄的外觀品質(zhì)主要采用果形比體現(xiàn)，由表4可知，番茄果形比均在T9 處理下獲得最大值（0.862），T8 處理次之，T10 處理番茄果型比最?。?.727），表明本試驗(yàn)中設(shè)置的化肥處理不利于番茄果形比的形成；在番茄各生育階段內(nèi)，番茄果型比隨虧缺度的增大而減小，其中T3 處理較T1 處理提高了5.41%，T6 處理較T4 處理提高了8.12%，T9 處理較T7 處理提高了4.87%，說明在開花坐果期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺對(duì)果形比的影響最大。

表4 不同處理對(duì)番茄品質(zhì)的影響Tab.4 Effects of different treatments on tomato quality

從風(fēng)味品質(zhì)來看，番茄果實(shí)可溶性糖含量均在T4 處理下取得最大值（4.385%），在T10 處理下最?。?.411），T4 處理較T10 處理高出28.55%；苗期虧缺灌溉各處理間可溶性糖含量差異較?。ň?%以內(nèi)），在開花坐果期和成熟期可溶性糖含量呈現(xiàn)出隨虧缺度的減小而減小的變化趨勢，其中T4 處理較T6 處理高出14.52%，T7 處理較T9 處理高出15.24%，說明適當(dāng)減少灌溉量有助于番茄可溶性糖的積累。番茄果實(shí)可滴定酸含量均在T4 處理下取得最大值（0.435%），T7 處理次之，在T10 處理下最小，T4 處理較T10 處理高出22.88%。苗期水、養(yǎng)虧缺下可滴定酸含量隨虧缺度的減小而增大且差異較小，T3 處理較T1 處理高出1.38%，在開花坐果期和成熟期表現(xiàn)出相反的規(guī)律，可滴定酸含量呈現(xiàn)出隨虧缺度的增大而減小的變化，其中T4 處理較T6 處理高出12.40%，T7 處理較T9處理高出13.11%。番茄果實(shí)糖酸比在T2處理下取得最大值（10.809），T10 處理最小，T2 處理較T10 處理高出12.17%，說明沼液灌溉有利于提高番茄糖酸比；不同生長階段各處理均在中度虧缺灌溉（T2、T5 和T8）下取得最大值，說明適度虧缺可以對(duì)番茄的糖酸比進(jìn)行調(diào)節(jié)。番茄果實(shí)可溶性固形物在T7 處理下取得最大值（6.36%），T8 處理次之，T10 處理獲得最小值，T7 處理較T10 處理高出30.06%。在番茄苗期進(jìn)行調(diào)虧灌溉時(shí)可溶性固形物含量沒有明顯的規(guī)律，但在開花坐果期和成熟期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺灌溉時(shí)，番茄可溶性固形物均呈現(xiàn)出隨虧缺下限增大而增大的變化趨勢，其中T4處理較T6處理高出10.17%，T7 處理較T9 處理高出17.99%，說明適宜的水肥供給模式能夠改變番茄可溶性固形物的含量，且沼液灌溉能夠顯著提高可溶性固形物含量。

番茄營養(yǎng)品質(zhì)主要包括維生素C和可溶性蛋白質(zhì)含量，番茄果實(shí)維生素C 在T7 處理下取得最大值（39.563 mg·100/g），T8 處理次之，T10 處理獲得最小值，T7 處理較T10 處理高出9.56%；苗期水、養(yǎng)虧缺下維生素C 含量沒有明顯的響應(yīng)，在開花坐果期和成熟期虧缺處理下，維生素C隨虧缺度的增大而增大，且輕度虧缺與中度虧缺之間差異較小，與重度虧缺之間差異較大，T4處理較T6處理高出7.06%，T7處理較T9處理高出7.69%，說明在果實(shí)成熟期進(jìn)行重度虧缺可提高番茄維生素C 的含量。番茄可溶性蛋白質(zhì)含量在T7 處理下取得最大值（1.163 mg/g），T5 處理次之，T10 處理獲得最小值，T7 處理較T10處理高出36.02%，沼液灌溉較傳統(tǒng)化肥處理能有效提高番茄可溶性蛋白質(zhì)含量。

從番茄的儲(chǔ)運(yùn)品質(zhì)來看，番茄果實(shí)含水量均在T9 處理下獲得了最大值（93.29%），T8 處理次之，T10 處理獲得了最小的果實(shí)含水量，T9處理較T10處理高出2.95%；不同生長階段虧缺灌溉處理下番茄果實(shí)含水量均呈現(xiàn)出隨虧缺下限的增大而減小的變化趨勢，T3 處理較T1 處理高出0.34%，T6 處理較T4 處理高出1.78%，T9 處理較T7 處理高出1.13%，說明在開花坐果期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺對(duì)果實(shí)含水量會(huì)產(chǎn)生較大影響。番茄果實(shí)硬度在T7處理下取得最大值（6.59 kg/cm2），T8 處理次之，T10處理獲得最小值，T7處理較T10處理高出25.05%；在番茄苗期進(jìn)行調(diào)虧處理時(shí)果實(shí)硬度沒有明顯的規(guī)律，但在開花坐果期和成熟期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺灌溉時(shí)，番茄果實(shí)硬度呈現(xiàn)出隨虧缺下限增大而增加的變化趨勢，T4 處理較T6 處理高出14.76%，T7處理較T9處理高出19.60%。

2.3.2 番茄果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

番茄品質(zhì)是一個(gè)多指標(biāo)的綜合體，不同指標(biāo)對(duì)番茄品質(zhì)的影響不同，但各指標(biāo)之間又相互影響，如何客觀全面的評(píng)價(jià)不同處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要意義。熵權(quán)法是多屬性決策中常用的方法，可確定某一指標(biāo)的重要程度。本研究采用熵權(quán)法計(jì)算番茄各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重（見表5），采用TOPSIS 對(duì)番茄綜合品質(zhì)做出評(píng)價(jià)（見表6）。Ai+和Ai-表示根據(jù)正、負(fù)理想解確定的加權(quán)歐氏距離，Si表示根據(jù)加權(quán)歐氏距離得出最終評(píng)分。結(jié)果表明，T7 處理下獲得了最佳的番茄綜合營養(yǎng)品質(zhì)，說明在成熟期進(jìn)行虧缺灌溉有利于改善果實(shí)品質(zhì)；在開花坐果期進(jìn)行適度虧缺（T5 處理）也有效提高了番茄品質(zhì)。不同處理下，化肥對(duì)照組T10番茄綜合品質(zhì)最差，進(jìn)一步說明沼液施用對(duì)改善番茄品質(zhì)的功效；T9處理綜合品質(zhì)在沼液灌溉處理組下獲得了最小值，說明在成熟期水肥施用量大會(huì)降低番茄品質(zhì)。

表5 基于熵權(quán)法的番茄單一品質(zhì)指標(biāo)權(quán)重Tab.5 Tomato single quality index weight based on entropy weight method

表6 TOPSIS方法下各處理果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果及排序Tab.6 Evaluation results and ranking values of TOPSIS method

2.4 番茄綜合效益評(píng)價(jià)

番茄綜合效益由多種因素決定，組合評(píng)價(jià)模型能夠在多指標(biāo)因素中得出最優(yōu)處理，且結(jié)果具有合理性和代表性。本研究采用組合評(píng)價(jià)的方法對(duì)不同處理下的番茄綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，獲得適宜沼液間接地下滴灌虧缺灌溉方案建議。結(jié)果如表7所示，T7 處理為最優(yōu)處理，T5 處理次之，T10 處理最差，說明成熟期虧缺灌溉可有效提高番茄綜合效益，且沼液施用較化肥有更明顯的促進(jìn)作用。初步分析主要是因?yàn)?，成熟期的適度虧水使得果實(shí)內(nèi)水分減少，溶質(zhì)濃度增大，而對(duì)產(chǎn)量基本沒有影響，進(jìn)一步提高水分利用效率。另一方面，沼液對(duì)番茄品質(zhì)的改善和產(chǎn)量的提高具有顯著的效果。

表7 番茄綜合效益評(píng)價(jià)Tab.7 Evaluation of comprehensive benefits of tomato

3 討 論

葉面積是描述作物生長發(fā)育過程中重要的指標(biāo)，與作物的干物質(zhì)和產(chǎn)量有著密切的聯(lián)系[21]。合理的水肥措施能促進(jìn)作物葉面積的形成和光合產(chǎn)物的累積，進(jìn)而影響到干物質(zhì)形成[22]，適度的水肥能促進(jìn)作物植株的根、莖、葉的干物質(zhì)量的積累，可以提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)[23-25]。本試驗(yàn)中番茄的葉面積和干物質(zhì)量在苗期采用輕度虧缺的T3處理和中度虧缺的T2處理，在開花坐果期采用充分供水后，葉面積和干物質(zhì)量表現(xiàn)出較強(qiáng)的補(bǔ)償效應(yīng)；而開花坐果期進(jìn)行虧缺處理對(duì)番茄葉面積和干物質(zhì)的形成有著根本性的影響，重度虧缺處理會(huì)嚴(yán)重抑制番茄葉面積和干物質(zhì)的形成；果實(shí)成熟期番茄葉面積增加量較開花坐果期明顯下降，而干物質(zhì)量增加較快，重度虧缺依然會(huì)對(duì)番茄葉面積的增加產(chǎn)生負(fù)面影響。初步分析主要是由于苗期是番茄的營養(yǎng)生長期，水分和養(yǎng)分主要用于植株的生長，水分和養(yǎng)分的虧缺會(huì)引起葉面積和干物質(zhì)明顯的差異；開花坐果期是番茄逐步由營養(yǎng)生長向生殖生長的過渡階段，也是番茄生長最為快速的階段，水分和養(yǎng)分的需求量快速增加，但水分和養(yǎng)分在這個(gè)階段開始向生殖生長（開花、坐果）分配，干物質(zhì)量迅速累積，使得充分的水分養(yǎng)分供給產(chǎn)生了明顯的補(bǔ)償效應(yīng)[26,27]；果實(shí)成熟期番茄以生殖生長為主，營養(yǎng)生長減緩，葉面積雖然也在增加，但速度明顯降低，而果實(shí)增長明顯加快，成為干物質(zhì)的主要組成部分。

水肥和合理調(diào)控是作物產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用率提高的關(guān)鍵因素[28]。本試驗(yàn)中沼液灌溉各處理產(chǎn)量均高于傳統(tǒng)化肥處理，在開花坐果期水肥重度虧缺降低番茄產(chǎn)量，但會(huì)適度提升作物的水分利用效率，但結(jié)合產(chǎn)量來看在開花坐果期采用重度虧缺的T4 處理產(chǎn)量各處理最低，說明不宜在開花坐果期采用重度虧缺處理。這與Liu 等[29]對(duì)芒果虧缺灌溉研究中所得獲得結(jié)論一致。作物的品質(zhì)決定著市場競爭力，隨著人們生活水平的提高作物果實(shí)的品質(zhì)越來越受到重視[30]。蔬菜的品質(zhì)主要取決于其遺傳特性，也明顯受灌溉和土肥等環(huán)境因素的影響[31]。在本試驗(yàn)中開花坐果期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺對(duì)果形比的影響最大，適當(dāng)進(jìn)行虧缺灌溉有助于番茄可溶性糖的積累，而在果實(shí)成熟期進(jìn)行重度虧缺可提高番茄維生素C的含量；各處理番茄可溶性固形物含量沒有明顯的變化規(guī)律，但水肥供給模式能夠改變番茄可溶性固形物的含量，且沼液灌溉較傳統(tǒng)化肥處理能夠提高可溶性固形物含量；沼液灌溉較傳統(tǒng)化肥處理能有效提高番茄可溶性蛋白質(zhì)含量；在開花坐果期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺對(duì)果實(shí)含水量會(huì)產(chǎn)生較大影響；番茄果實(shí)硬度呈現(xiàn)出隨虧缺下限增大而增大的變化趨勢。產(chǎn)生上述結(jié)果的主要原因是在本試驗(yàn)中種植前沒有在土壤中施加基肥，而土壤是植物最主要供養(yǎng)源，作物生長過程中對(duì)施入肥料養(yǎng)分的利用量低于從土壤中獲得的[32]。同時(shí)，沼液中含有發(fā)酵過程中產(chǎn)生的多種有機(jī)、無機(jī)鹽類、微量元素和多種氨基酸、水解酶等可溶性物質(zhì)[33]，其中微量元素接參與植物的各種生理代謝過程，又是干物質(zhì)積累的基礎(chǔ)[34]，而氨基酸和水解酶這些活性物質(zhì)對(duì)作物的生長發(fā)育具有重要的調(diào)控作用，因此沼液的施用和水-沼液一體化的利用方式，為作物產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的提高提供了更好的條件。并且水分和養(yǎng)分的虧缺導(dǎo)致用于果皮滲透調(diào)節(jié)的水分和養(yǎng)分減少，而通過韌皮部進(jìn)入果實(shí)的糖濃度提高，從而提高了維生素C和可溶性糖含量[35,36]。

農(nóng)田水肥管理的目的就是通過協(xié)調(diào)水肥關(guān)系，實(shí)現(xiàn)作物節(jié)水、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目標(biāo)[37]。高產(chǎn)是果農(nóng)的目標(biāo)，優(yōu)質(zhì)是消費(fèi)者的需求，水分利用效率效率是農(nóng)業(yè)水資源高效利用的核心組成部分。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率的最大化[38]。本研究采用TOPSIS 法對(duì)10 個(gè)處理的產(chǎn)量、水分利用效率和品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。該方法可為不同指標(biāo)的優(yōu)化和目標(biāo)群體的綜合評(píng)價(jià)提供有效的解決方案。本研究改進(jìn)了傳統(tǒng)的TOPSIS 方法，采用熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和合理性。T7 處理能夠更好的協(xié)調(diào)產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率之間的關(guān)系，為本試驗(yàn)中的最優(yōu)處理。

4 結(jié) 論

（1）苗期采用輕度和中度虧缺處理在開花坐果期采用充分供水后，葉面積和干物質(zhì)量表現(xiàn)出較強(qiáng)的補(bǔ)償效應(yīng)；開花坐果期進(jìn)行虧缺處理對(duì)番茄葉面積和干物質(zhì)的形成有著根本性的影響，而重度虧缺處理會(huì)嚴(yán)重抑制番茄葉面積和干物質(zhì)的形成；果實(shí)成熟期番茄葉面積增加量較開花坐果期明顯下降，但干物質(zhì)量增加較快，重度虧缺會(huì)對(duì)番茄葉面積的增加產(chǎn)生負(fù)面影響。

（2）開花坐果期水肥重度虧缺降低番茄產(chǎn)量，但會(huì)適度提升作物的水分利用效率；開花坐果期進(jìn)行水、養(yǎng)虧缺對(duì)果形比的影響最大，適度虧缺灌溉有助于番茄可溶性糖的積累，在果實(shí)成熟期進(jìn)行重度虧缺可提高番茄維生素C的含量；沼液灌溉能夠提高可溶性固形物含量和可溶性蛋白質(zhì)含量。

（3）TOPSIS 法分析結(jié)果表明，在果實(shí)成熟期采用重度虧缺（60%FC）的T7 處理番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率綜合得分最高。