中圖分類(lèi)號(hào):S641.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):2097-2172(2025)04-0331-06
doi:10.3969/j.issn.2097-2172.2025.04.008
Effects of Water Deficit on the Growth Physiology and Water Use Efficiency of Tomatoes Grown in Facility Substrates
GAO Jing', CHEN Yupeng1,LIU Xiaoqi1,WANG Junwen',LU Jian1, XIAO Xuemei 12, YU Jihua (1.College of Horticulture,Gansu Agricultural University,Lanzhou Gansu 73Oo7o,China; 2.Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Habitat Crop Science,Lanzhou Gansu 73Oo7O, China)
Abstract:This studyinvestigatedtheefectofwaterdeficitongrowth physiologyandwateruseeficiencyof tomatoesunder soilesssubstrateulivation,imingtoprovideatheoreticalbasisforhighieldndighqualityintomatoproduction.Usigtoato varietiesHairyowderndasxpimntalateals,4wateficitadientseetablishd,ioalgaiild ( 80 % normal irrigation), moderate ( 60 % normal irrigation) and severe water deficit( 40 % normal irrigation), effects on plant height, stemdiameter,leafarea,photosytheticparameters,yieldperplant,umberoffruitperplant,fruitweightperplantandwateruse eficiencyofenttoatoreestigatdesultsodtatstgrefaterdititesido exhibited decreases in plant height,stem thicknessand leaf area,the net photosyntheticrate( P n ),thetranspirationrate ( T r )and the stomatal conductance( G s ) weregetingsmaler,theyield showedanoverall downward trend,while wateruseefficiencygenerally increased.Mild water deficit( 80 % normal irigation) improved water use efficiency without significantly reducing yield. Compared withvariety181,hairypowder8O2showedarelativelysmaleryieldreductionandhigherwateruseeficiency,makingitmore suitable for cultivation under water-deficit conditions.
KeyWords:Water deficit; Tomato; Facility substrate; Growth physiology;Water use efficiency
水分對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成均有顯著調(diào)控作用,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的要素之一。然而過(guò)量灌溉會(huì)造成水資源浪費(fèi),也不利于作物品質(zhì)和產(chǎn)量的提高[1]。中國(guó)西北地區(qū)氣候干燥,干旱缺水,因此提高水資源利用效率是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要課題之一。番茄是需水量較大的園藝作物,對(duì)水分脅迫極為敏感,在水分虧缺條件下會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部水分運(yùn)輸減少,限制光合作用所需資源的獲取,進(jìn)而影響番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。目前,番茄生產(chǎn)趨于“優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),低耗高效”的集約型栽培模式,生產(chǎn)目標(biāo)也從過(guò)去單純注重產(chǎn)量逐步轉(zhuǎn)向品質(zhì)和產(chǎn)量并重。適當(dāng)減量灌溉不僅能實(shí)現(xiàn)節(jié)水,充分挖掘植物高效利用水分的潛力,提高水分利用率,還能刺激植物根系生長(zhǎng),在一定程度上提高番茄的品質(zhì)[3]。
基質(zhì)栽培能夠向植株地下部提供穩(wěn)定而全面的水分、礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)等,保持植株堅(jiān)挺,提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。但基質(zhì)栽培水分蒸發(fā)量較大,在栽培試驗(yàn)和生產(chǎn)中容易產(chǎn)生水分脅迫,從而影響優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于水分虧缺對(duì)番茄種植的影響研究多集中在產(chǎn)量、品質(zhì)、生理特性等方面[4-5],關(guān)于水分虧缺對(duì)基質(zhì)栽培番茄影響的全面研究尚少[6]。為進(jìn)一步探究設(shè)施栽培番茄對(duì)不同程度水分虧缺的響應(yīng),我們探討基質(zhì)栽培下水分虧缺對(duì)番茄植株生長(zhǎng)、光合作用、產(chǎn)量及水分利用效率的影響,以期篩選出適宜在水分虧缺條件下生長(zhǎng)的番茄品種,為番茄的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)在甘肅省市榆中縣城關(guān)鎮(zhèn)( N,
)李家莊棲云山國(guó)家田園綜合體六區(qū)3號(hào)日光溫室進(jìn)行。當(dāng)?shù)仄骄0?1 7 0 0 m ,年平均氣溫
。
1.2 試驗(yàn)材料
供試番茄品種為毛粉802(購(gòu)自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)和181(購(gòu)自沈陽(yáng)佳和園藝科技有限公司)。栽培基質(zhì)購(gòu)自甘肅省綠能瑞奇農(nóng)業(yè)科技股份有限公司。
1.3 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)采用日光溫室槽式栽培,溫室長(zhǎng) 6 0 m 跨度 1 0 m ,栽培槽長(zhǎng) 9 . 0 0 m 、寬 0 . 4 0 m 、深0 . 2 5 m ,共36槽,每槽填充基質(zhì) ,定植34株(17株 × 2 行),行距為 0 . 2 0 m ,株距為 0 . 4 5 m ?;|(zhì)田間最大持水量為 7 6 . 5 5 % ,容重為583.91
。灌溉方式為膜下滴灌,應(yīng)用精準(zhǔn)灌溉施肥系統(tǒng)。
1.4試驗(yàn)方法
試驗(yàn)從第1穗果中第1果坐果率達(dá)到 8 0 % 時(shí)開(kāi)始進(jìn)行水分虧缺處理。采用隨機(jī)區(qū)組排列,共設(shè)4個(gè)處理,對(duì)照(CK)灌水上限為 9 0 % 最大田間持水量,下限為 7 5 % 最大田間持水量,其余處理灌水量分別為對(duì)照的 8 0 % (T1)、 6 0 % (T2)、 4 0 % (T3)(表1),每處理4次重復(fù)。使用TRIMEPICO32水分速測(cè)儀(德國(guó)IMKO公司)保持基質(zhì)含水量,待含水量到下限時(shí)灌水至上限,灌水量計(jì)算公式如下:
M=S × r × h × Q × ( q 1-q 2 )
式中, M 為每槽灌溉量 , s 為試驗(yàn)每槽栽培面積
, r 為基質(zhì)容重
), h 為計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(
, Q 為最大田間持水量0 7 6 . 5 5 % ),q1、 q 2 分別代表灌水上、下限(田間持水量百分比)。
采用TRIMEPICO32土壤水溫鹽傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CK的基質(zhì)含水量,待其下降至 7 5 % 的灌水下限時(shí)進(jìn)行灌溉,直至 90 % 的灌水上限,記錄灌水量,并將此灌水量的 8 0 % 、 6 0 % 、 4 0 % 對(duì)其他各虧水處理進(jìn)行灌溉。采用TRIMEPICO32土壤水溫鹽傳感器對(duì)各虧水處理的灌水上下限也進(jìn)行了監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)輕度、中度、重度虧水處理的含水量逐漸下降,前期下降速度較快,后期下降較為緩慢。在水分處理后期,T1處理的灌水上下限為田間最大持水量的 6 6 % 和 5 8 % 左右;T2處理的灌水上下限為田間最大持水量的 5 9 % 和 54 % 左右;T3處理的灌水上下限為田間最大持水量的約 54 % 和 4 9 % 。
1.5測(cè)定指標(biāo)與方法
移植后至坐果穗坐果 8 0 % 期間,每隔14d測(cè)量株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)1次,每行標(biāo)記12株。用直尺測(cè)量株高:從根基部到植株生長(zhǎng)點(diǎn)的高度;用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗:以基質(zhì)上
2 c m 為基準(zhǔn)測(cè)量植株的直徑;選取每株第5片葉片固定測(cè)量葉面積,用直尺測(cè)量葉片的長(zhǎng)度(L,葉柄基部到葉尖的距離)和寬度(W,與主脈垂直的最大寬度),由長(zhǎng)度和寬度計(jì)算葉面積(LA)[6-8]。
小葉(葉長(zhǎng) ? 3 0 c m 的葉面積 ( L A)=0 . 2 2 8 L × W+8 . 1 5 2
大葉(葉長(zhǎng) gt; 3 0 c m 的葉面積 ( L A)=0 . 2 3 3 L × W+3 1 . 3 8 7
在植株結(jié)果盛期測(cè)定光合參數(shù),選擇晴天上午利用CIRAS-2便攜式光合測(cè)定儀(美國(guó)PPSYS-TEMS公司)選取每株番茄植株第2花序下第1片葉,測(cè)定其凈光合速率 ( P n ) 、蒸騰速率 ( T r ) 、氣孔導(dǎo)度 ( G s ) 、胞間 濃度 ( C i ) ,重復(fù)3次。每槽選取6株測(cè)定單株結(jié)果數(shù)、單果重,折算總產(chǎn)量,重復(fù)3次。水分利用效率參考呂劍的方法進(jìn)行計(jì)算。
水分利用效率 Δ W U E)=Y a / E T 式中, Y a 為產(chǎn)量,ET為灌水量。
1.6統(tǒng)計(jì)與分析
使用Excel2016軟件分析數(shù)據(jù)和作圖,利用SPSS20.0軟件Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析。
2 結(jié)果與分析
2.1水分虧缺對(duì)番茄植株株高的影響
由圖1可知,同一時(shí)期2個(gè)番茄品種的株高均隨灌水量的減少而降低,其中181的株高略高于毛粉802。181處理42d時(shí),T1、T2、T3處理的株高分別較CK顯著降低了 7 . 5 2 % 、 1 2 . 8 6 % 、 1 8 . 5 0 % 。毛粉802處理42d時(shí),T2和T3處理株高較CK處理顯著降低了 2 0 . 2 9 % 和 2 7 . 3 4 % ,T1處理與CK無(wú)顯著性差異。表明水分虧缺對(duì)番茄植株株高有抑制作用,對(duì)品種181的抑制作用低于毛粉802。
2.2水分虧缺對(duì)番茄植株莖粗的影響
由圖2可知,2個(gè)番茄品種的莖粗均隨灌水量的減少而降低,其中毛粉802莖粗略粗于181。品種181處理42d時(shí),T1、T2、T3處理莖粗分別較CK顯著降低了 3 . 5 6 % 、 5 . 7 3 % 、 7 . 0 3 % 。毛粉802處理42d時(shí),T3處理莖粗較CK顯著降低了3 . 2 3 % ,T1、T2處理與CK處理無(wú)顯著性差異。表明水分虧缺對(duì)番茄植株莖粗有抑制作用,對(duì)品種181的莖粗抑制作用略高于毛粉802。
2.3水分虧缺對(duì)番茄植株葉面積的影響
由圖3可知,兩品種番茄的葉面積隨灌水量的減少而減小,品種181葉面積略大于毛粉802。品種181處理 4 2 d 時(shí),T1處理葉面積與CK相比差異不顯著,T2、T3處理葉面積分別較CK顯著降低了 5 . 8 8 % 、 9 . 7 8 % 。毛粉802品種處理 4 2 d 時(shí),T1處理葉面積與CK相比無(wú)顯著性差異,T2、T3處理葉面積較CK顯著降低了 7 . 5 4 % 、 9 . 1 3 % 。表明水分虧缺會(huì)抑制番茄植株的葉面積生長(zhǎng),且水分虧缺越嚴(yán)重,對(duì)番茄葉面積生長(zhǎng)的抑制效果越明顯。
2.4水分虧缺對(duì)番茄植株光合特性的影響
由圖4A可以看出,2個(gè)番茄品種各處理的凈光合速率隨灌水量的減少呈降低的趨勢(shì)。T3處理下品種181和毛粉802的凈光合速率分別為 4 . 9 6 / ,分別較CK顯著降低了 3 8 . 9 9 % 、4 7 . 2 9 % 。由圖4B可見(jiàn),2個(gè)番茄品種各處理的氣孔導(dǎo)度隨灌水量的減少呈降低的趨勢(shì)。其中T3處理下品種181和毛粉802的氣孔導(dǎo)度分別為521.57、
,分別較CK顯著降低了 1 3 . 0 8 % 、1 3 . 7 1 % 。由圖4C可見(jiàn),2個(gè)番茄品種的蒸騰速率隨灌水量的減少整體呈降低趨勢(shì),表現(xiàn)為CK處理顯著高于其他處理。T3處理下品種181和毛粉802的蒸騰速率分別為2.11、
,分別較CK顯著降低了 2 0 . 3 8 % 、 1 4 . 1 7 % 。由圖4D可見(jiàn),品種181在T2處理下胞間
濃度最高,為4 8 4 . 2 9 μ m o l / m o l ,較CK高 3 . 9 2 % ,但各處理間無(wú)顯著性差異;毛粉802各處理胞間
濃度由大到小依次為為T(mén)3、T1、T2、CK,其中處理T3胞間
濃度為 4 7 5 . 1 9 μ m o l / m o l ,較CK顯著提高了8 . 5 7 % 。表明水分虧缺會(huì)降低番茄植株凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率,且水分虧缺程度越重,下降越明顯;胞間
濃度在一定程度水分虧缺條件下會(huì)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。
2.5水分虧缺對(duì)番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響
如表2所示,2個(gè)品種番茄的單株產(chǎn)量、單果重、折合產(chǎn)量均隨灌水量的減少而逐漸降低。2個(gè)番茄品種單株產(chǎn)量和折合產(chǎn)量均表現(xiàn)為CK與T1處理間差異不顯著,與T2、T3處理間差異顯著。其中,品種181單株產(chǎn)量CK為 3 0 2 6 . 0 7 g ,折合產(chǎn)量為 ,T1、T2、T3處理折合產(chǎn)量分別較CK降低了 5 . 6 8 % 、 1 8 . 8 0 % 、 3 4 . 4 5 % 。毛粉802單株產(chǎn)量CK為 4 8 7 2 . 6 6 g ,折合產(chǎn)量為
,T1、T2、T3處理折合產(chǎn)量分別較CK減產(chǎn)了 5 . 6 7 % 、 1 2 . 6 7 % 、 2 0 . 3 5 % 。品種181水分利用效率T1、T2、T3處理分別較CK增加了
1 4 . 6 5 % 、 2 5 . 8 0 % 、 4 0 . 0 0 % ,毛粉802在T1、T2、T3處理下的水分利用效率分別較CK增加了1 4 . 6 3 % 、 3 5 . 2 8 % 、 7 0 . 0 9 % 。表明水分虧缺會(huì)降低番茄果實(shí)的產(chǎn)量,水分虧缺程度越嚴(yán)重,減少量越大,水分利用效率越高??傮w來(lái)說(shuō),與品種181相比,毛粉802的折合產(chǎn)量受水分虧缺影響較小,水分利用效率更高。
3討論與結(jié)論
水分虧缺對(duì)作物生長(zhǎng)有多方面影響,不同程度、不同時(shí)期的缺水都會(huì)造成植株不同反應(yīng)[9-]。植物在水分虧缺條件下光合電子傳遞鏈活性受到抑制,影響植物葉片內(nèi)的ATP和NADPH產(chǎn)生,降低了光合速率,進(jìn)而影響產(chǎn)量水平[12]。本研究通過(guò)對(duì)番茄品種181和毛粉802在一定時(shí)期內(nèi)進(jìn)行不同程度水分虧缺處理,發(fā)現(xiàn)在中度和重度水分虧缺條件下,番茄生長(zhǎng)會(huì)受到明顯抑制,產(chǎn)量下降顯著,而且水分虧缺程度越重,減產(chǎn)效果越嚴(yán)重。水分虧缺條件下,2個(gè)番茄品種在生長(zhǎng)特性上存在差異,隨著水分虧缺程度的加重,2個(gè)品種番茄的株高、莖粗、葉面積均呈下降趨勢(shì)。水分虧缺條件下,品種181株高和葉面積表現(xiàn)出相對(duì)優(yōu)勢(shì),而毛粉802則在莖粗上更為健壯,然而,2個(gè)品種株高、莖粗和葉面積均受到水分虧缺的顯著影響呈下降趨勢(shì),說(shuō)明合理控制灌水量對(duì)于確保番茄正常生長(zhǎng)至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)植株葉片氣孔張開(kāi)度受水分條件影響很大,一旦過(guò)度缺水,會(huì)導(dǎo)致氣孔張開(kāi)度減小[13]。本研究中,2個(gè)番茄品種的 P n 、 T r 、 G s 均隨灌水量減少而降低,與劉浩等[14]番茄葉片光合速率以及氣孔開(kāi)度的研究結(jié)果相似。姜鳳超等「5發(fā)現(xiàn)番茄植株葉片的蒸騰速率和光合速率均隨灌水量的減少而降低。而在本研究中 Ci 在一定程度水分虧缺條件下會(huì)呈現(xiàn)增加趨勢(shì),這可能是因?yàn)橹参锶~片在水分虧缺條件下自身進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié),采取一系列生理反應(yīng)導(dǎo)致氣孔導(dǎo)度降低,雖然氣孔關(guān)閉減少了 的進(jìn)入,但由于光合作用的降低(由于水分脅迫導(dǎo)致的光反應(yīng)和暗反應(yīng)受阻),植物對(duì)
的消耗也相應(yīng)減少。這種消耗的減少與進(jìn)入的減少之間可能形成一個(gè)不平衡,使得胞間
濃度相對(duì)增加。
水分利用效率是作物產(chǎn)量與獲得該產(chǎn)量的耗水量的比值,水分利用效率值越大,說(shuō)明水分被利用的程度越高,水分被利用的越充分[16-17]。張國(guó)新等[18]研究發(fā)現(xiàn),隨著灌水頻次減少,番茄的水分利用效率明顯提高。同時(shí),在水分虧缺條件下,番茄植株通過(guò)調(diào)節(jié)葉面積和氣孔導(dǎo)度,可以實(shí)現(xiàn)葉片光合和蒸騰之間的平衡[19],從而降低無(wú)效蒸騰,提高水分利用效率。相關(guān)研究表明,光合參數(shù)與土壤含水量狀況有關(guān),在適宜的光合有效輻射強(qiáng)度下,水分越充足,凈光合速率越大、蒸騰越快[20]。因此,要避免番茄產(chǎn)量降低,必須通過(guò)合理的灌溉管理,降低水分虧缺程度,控制合適的水分條件來(lái)保持植株健康和提高產(chǎn)量。在本試驗(yàn)中,181與毛粉802番茄的水分利用效率均隨灌水量的減少而增大,且輕度水分虧缺( 8 0 % 正常灌水量)番茄折合產(chǎn)量與正常灌水量折合產(chǎn)量差異不顯著,因此輕度水分虧缺能夠滿足產(chǎn)量的基本需求和植株的水分利用,可有效實(shí)現(xiàn)設(shè)施基質(zhì)栽培番茄生產(chǎn)節(jié)水。另外,毛粉802與181相比減產(chǎn)量相對(duì)較小,水分利用效率相對(duì)較高,更適用于虧缺條件下的栽培生產(chǎn)。
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