不同生長階段咸水灌溉對櫻桃番茄生長、產量及質量的影響

黃翠華，彭 飛，薛 嫻，尤全剛，2，王 濤(．中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所中國科學院沙漠與沙漠化重點實驗室，甘肅蘭州 730000;2．中國科學院大學，北京 00049)

水資源短缺是全球性的問題，尤其在干旱區(qū)更為嚴重，在干旱地區(qū)，水是關鍵的生態(tài)環(huán)境因子，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)構成、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎，持續(xù)的人口增加而引發(fā)的食品安全問題，導致干旱區(qū)不得不利用鹽分較高的地下水進行農業(yè)灌溉［1］。咸水灌溉引起的滲透效應將影響作物的產量［2－3］、干物質、生長率［4］、可溶性固形物總量(TSS)［5］、果實保存期［6］、CO2凈同化率、蒸騰作用和氣孔導度［7］，這些生理和生產參數的變化決定了作物各個時期的生長狀況［8］。如Del Amo等［9］的研究表明番茄在移植后16 d進行咸水灌溉比移植后36和66 d進行咸水灌溉的產量明顯下降。在華北平原進行的試驗表明移植后30 d對番茄使用電導率為1．4～4．9 dS/m的水進行灌溉對其產量沒有明顯的影響［10］。對番茄進行高頻灌溉可以增強水分利用率［11］。

根據聯(lián)合國糧農組織(FAO)的分類標準，番茄屬于鹽分敏感性作物，它的鹽分臨界值為2．5 dS/m，高于此值時每增高單位土壤電導率其產量下降9．9%。番茄的不同生長階段對鹽分的敏感性不同，生殖生長期比營養(yǎng)生長期敏感。溫室內試驗研究表明番茄的花期和第一坐果期的鹽分脅迫對其產量影響明顯。盡管有些研究者對番茄不同生長階段對鹽分的敏感性進行了研究［9－10］，但很少對其整個生長期進行跟蹤試驗，而且多數試驗在溫室進行。櫻桃番茄(Lycopersivon esculentum Mill．)是番茄的一個品系，早在19世紀早期就開始在中國、美國和歐洲南部被作為經濟作物進行種植。櫻桃番茄自1996年起開始在民勤綠洲種植，現在已成為一種重要的經濟作物。作為我國水資源開發(fā)程度較高的內陸河流之一，石羊河流域水資源緊缺程度引起社會各界的高度關注［12］。民勤綠洲淡水資源匱乏，降雨量低而蒸發(fā)強烈，20世紀50年代紅崖山水庫和躍進渠的修建以及水資源的不合理利用導致尾閭湖的消失，綠洲北部水資源極其匱乏［13］。為了維持生計當地農民不得不利用鹽分較高的地下水進行農業(yè)灌溉，但長期使用高鹽分地下水進行灌溉引起了一系列問題，如地下水水位下降、水質惡化和綠洲土地鹽漬化。在民勤綠洲內部，南部地下水礦化度約為0．8 g/L，而在中部和北部分別為2．0和5．0 g/L［13］。在民勤綠洲的實際農業(yè)活動中，咸水和淡水輪番使用進行灌溉。該研究對櫻桃番茄不同生長階段進行咸水灌溉試驗，評價不同試驗處理條件下作物的生長、產量及果實質量，由此確定櫻桃番茄在民勤綠洲合理的灌溉方法。

1 研究區(qū)概況與試驗方法

民勤綠洲地處河西走廊東北部，位于102°45'～103°55'E，38°20'～39°10'N，西鄰巴丹吉林沙漠，東北靠騰格里沙漠［14］。民勤全縣面積1．600萬km2，其中綠洲面積為0．144萬km2，僅占9%。民勤20世紀50年代以來年平均降水量在115 mm左右，作物生長期降雨量占全年降雨量的90%，根據Penman-Monteith公式計算的年參考蒸發(fā)蒸騰總量(ET0)為995 mm，作物生長期ET0為798 mm［2－3］。民勤風沙大，盛行西北風，平均風速2．8 m/s，最大風速可達31．0 m/s。由于民勤日照時間長，光輻射強，晝夜溫差大，所以非常適宜農作物尤其是瓜果類的糖分積累，具有良好的市場前景，適宜大規(guī)模種植。

該試驗在甘肅省民勤綜合防沙治沙試驗站進行，試驗土壤沙粒和黏粒含量達到90%，土壤容重為1．55 g/cm3，pH為8．3［15］。試驗灌溉用水的淡水(試驗站水塔水)電導率0．7 dS/m，咸水電導率為7 dS/m，共設4個處理，淡水灌溉處理(C，整個生長季使用淡水灌溉)、先淡水后咸水灌溉處理(T1，定植50 d之內為淡水灌溉，之后改為咸水)、先咸水后淡水灌溉處理(T2，定植50 d之內為咸水灌溉，之后改為淡水)和咸水灌溉處理(T3，整個生長季使用咸水灌溉)。試驗前使用淡水進行漫灌處理(1 500 m3/hm2)。櫻桃番茄5月23日至6月14日在溫室進行育苗，6月15日苗高15 cm左右時移植到試驗田。株距為40 cm，行距為50 cm和70 cm(大小行)，試驗樣方大小為9 m×7 m。第1次膜下滴灌在定植后當天進行，滴灌帶在植株根部0～5 cm范圍內，定植后第15天之前和63天之后每7 d灌溉1次，定植15～63 d之間每3～4 d灌溉1次。定植后第15天之前每次灌水量為85 m3/hm2，定植15～63 d之間每次灌溉量為38 m3/hm2，8月底和9月份每次灌溉量為40 m3/hm2，10月份每次灌溉量為18 m3/hm2。不同處理整個生長季灌溉總量相同。灌溉用的咸水組成與民勤縣西渠鎮(zhèn)姜桂村灌溉用井井水性質相同，灌溉用咸水通過在治沙站的井水(礦化度為0．46 g/L)中加入化學試劑(CaCl2、MgCl2、MgSO4、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3、NaNO3)，人工配制成礦化度為5．00 g/L的水進行灌溉試驗，具體性質如表1所示。

土壤電導率(ECe)通過2．5∶1水土比提取液使用雷磁DDS-308 電導率儀測定。定植后1、8、26、41、55、74、87 和 102 d分別在 0～0．2 m 和0．2～0．4 m 深度上取樣;定植后10、24、38、62、74、88 和100 d 在每個樣方取 3 株植物樣品，測定單株植物葉面積，莖、葉鮮重和干重，通過Hunt的方法確定植物葉面積指數(LAI)和葉面積持續(xù)時間(LAD)［16］，葉重比為葉干重與植株干重之比，莖重比為莖干重與植株干重之比，收獲指數為果實干重與植株干重之比。在定植后39、57、72和93 d時進行熟果收獲，以確定作物最終產量;每個樣方采集9個成熟果實測定其可溶性固形物總量，每個果實重復測3次，用WYT-4型手持測糖儀測定;使用Li-cor 6400光合儀在定植后25 d和53 d每日上午11:00測定其凈光合速率(Pn)、氣孔導度(gs)和蒸騰速率(Tr)，每個樣方測定3株，每株重復測定3次，水分利用效率等于光合速率與蒸騰速率之比。

表1 試驗用水化學性質

2 結果與分析

2．1 作物生長 試驗櫻桃番茄定植后28 d進入開花期，定植后39 d進行第1次收獲，收獲量較小，定植后59 d和72 d達到坐果高峰期和最大收獲期。

咸水灌溉處理(T1、T2、T3)與控制處理(C)間莖葉鮮重的區(qū)別在定植50 d后比50 d內更為明顯(圖1)。T2處理的葉鮮重增加幅度低于T3處理但高于T1處理，T2處理的莖鮮重隨定植天數延長增加最少。

最大葉面積指數、最大葉干重和最大莖干重均出現在定植74 d時，它們在T1、T2和T3處理使用咸水灌溉后均呈下降趨勢(表2)。T1、T2和T3處理的最大葉面積指數相對于C 處理分別下降0．16、0．13 和0．17。T1 和 T3 處理的最大莖葉干重下降幅度比T2處理大。定植74 d時T2和T3的葉重比和莖重比有所下降(表2)。自定植后38 d到最后1次測定，T2和T3處理的葉面積持續(xù)時間(LAD)增加幅度顯著下降(圖2)。

2．2 凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率和水分利用效率 櫻桃番茄對不同試驗處理的生理響應如圖3所示。不同測量時間和試驗處理對凈光合速率(Pn)、氣孔導度(gs)、蒸騰速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的影響是相互獨立的。4個處理定植后25 d的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率均高于定植后53 d的測量值，而WUE則表現為定植后53 d高于定植后25 d。T2定植后53 d的Pn下降了11%，而T1和T3沒有明顯下降(圖3Ⅰ);gs和Tr的變化趨勢與Pn相同(圖3Ⅱ和3Ⅲ)。定植后25 d的WUE只有T3處理明顯升高了17%，定植后53 d的WUE T2和T3分別增加了11%和12%(圖3Ⅳ)。

表2 不同試驗處理對作物生長、產量和果實品質的影響

2．3 作物產量和果實品質 盡管所有試驗處理的種植密度一致，T1和T3處理的上市果實產量顯著下降，T2處理的上市果實產量沒有明顯降低(表2)。櫻桃番茄共收獲4次，4個處理收獲日期一致(定植39、57、72和93 d)，均在定植50 d內收獲1次，之后收獲3次占總產量的77% ～82%。定植50 d內T2和T3處理的產量沒有明顯變化，定植50 d后T1和T3處理的產量顯著下降(圖4)。T1、T2和T3處理的上市果實總產量分別降低了24．6%、6．0%和23．1%，T2和T3處理的收獲指數和可溶性固形物總量明顯高于C和T1處理(表2)，作物產量與葉面積持續(xù)時間顯著相關(R2=0．614，P ＜0．01)。

2．4 土壤鹽分 土壤電導率是反映土壤電化學性質和肥力特性的基礎指標，Rhoades［17］認為土壤鹽分和含水率對土壤電導率的影響明顯大于其他各因素，圖5顯示了櫻桃番茄植至收獲期0～0．4 m深度上的土壤電導率。定植40 d內，T2和T3處理的土壤電導率呈持續(xù)上升，而C和T1處理的土壤電導率呈不斷下降態(tài)勢;定植40～50 d之間4個處理的土壤電導率均有所增加;定植50～102 d T1和T3處理的土壤電導率不斷上升，而T2不斷下降(圖5Ⅰ);整個生長季結束后T1和T3處理的土壤鹽分顯著增加，而C和T2處理的土壤電導率變化不顯著(圖5Ⅱ);T1和T3處理的土壤電導率分別增加了1．93和2．91 dS/m。盡管T2處理的土壤電導率有所下降，但生長季結束時它仍高于C處理的土壤電導率;C處理和T1處理的土壤鹽分隨土壤深度的增加而增加，而T2處理的土壤鹽分隨土壤深度的增加而降低，T3處理的土壤鹽分在不同土壤深度間沒有明顯差別(圖5Ⅲ)。

2．5 作物耐鹽性 根據Maas－Hoffman模型［8］作物產量與灌溉水礦化度通過臨界值外延至100的線性模型來評價。

Y=100－b(ECe－a)

Y是相對產量(%);b是斜率(單位鹽分增加引起的產量下降);ECe是0～0．4 m深度上土壤電導率的季節(jié)平均值;a是鹽分臨界值。此關系表明了臨界值a之上隨著土壤鹽分的增加作物生長率線性下降規(guī)律。

在試驗中C處理的灌溉用水水質較好(礦化度為0．46 g/L、電導率為0．7 dS/m)，其試驗樣方的ECe也比較低。相對產量是通過咸水灌溉處理的測定產量(T1、T2和T3)與控制處理(C)的產量比值，通過相對產量與ECe的關系圖發(fā)現兩者的相關系數(b，斜率)，將生長時段分為定植50 d內和50 d后2個時段進行分析，結果顯示2個時段的相關系數(b，斜率)明顯不同(圖6)。

將所有的觀測結果合并成一個數據集得出圖6中的線性關系，應用于適于上市產量分析。定植50 d內和50 d后2個時段的臨界值a分別為2．4 dS/m和4．10 dS/m，此2個臨界值之外每增加單位土壤電導率作物產量下降率分別為1．45%和7．85%，表明櫻桃番茄在定植50 d之內的耐鹽性較好，定植50 d以后對鹽分中等敏感。

3 討論

不同國家開展的諸多咸水灌溉對番茄影響的研究顯示，鹽分雖然降低了番茄生長、產量并對其生理過程產生影響，但是咸水灌溉提高了果實品質，補償了咸水灌溉的負面作用，這一觀點已被廣泛接受［4］。咸水灌溉降低了櫻桃番茄最大葉面積指數、最大莖葉干物質量和累積葉面積持續(xù)時間，但各處理間沒有顯著性差別，表明了櫻桃番茄整個生長期對鹽分脅迫的敏感性。而T1和T3處理的相對減幅比T2大，進一步證明了櫻桃番茄生殖生長期對鹽分的敏感性比營養(yǎng)生長期對鹽分的敏感性更大。咸水灌溉明顯降低了定植后25 d的凈光合速率，但對定植50 d內的累積葉面積持續(xù)時間沒有明顯的影響。定植50 d莖葉生長的下降表明持續(xù)的咸水灌溉影響了作物的生長，T1處理的最大葉鮮重下降和T2處理的最大莖鮮重下降表明不同生長階段作物不同器官的耐鹽性不同。T1處理的葉重比和莖重比在定植后74 d沒有明顯下降，這是因為盡管這個時期莖葉干重明顯下降但同時產量的下降使得葉重比和莖重比沒有明顯變化。

試驗結果表明，櫻桃番茄整個生長季或生長季后期使用咸水進行膜下滴灌能顯著增加0～0．4 m深度上的土壤鹽分含量，其結果與筆者之前進行的咸水溝灌黃河蜜瓜的試驗結果相一致［15］。櫻桃番茄定植后40～50 d 0～0．4 m深度上4個處理的土壤鹽分均有增加的趨勢，該時段作物生長達到高峰期，作物從深層土壤吸收水分，故0～0．4 m深度上的鹽分不斷增加。定植50 d使用淡水進行灌溉有效降低了土壤鹽分。C和T1處理0～0．2 m深度上的土壤鹽分低于0．2～0．4 m深度上的土壤鹽分，T2處理0～0．2 m深度上的土壤鹽分高于0．2～0．4 m深度上的土壤鹽分，T3處理在不同土層土壤鹽分差別不大，這與溝灌咸水灌溉試驗土壤鹽分表聚現象有所不同［16］。在該研究中，膜下滴灌的灌溉方式抑制了土壤水分蒸發(fā)和運動，進而減弱了鹽分的表聚現象［18］。當土壤電導率高于3．0 dS/m時，番茄產量對鹽分的升高十分敏感［18－19］。該研究中T1和T3處理的上市果實產量顯著下降(分別為 24．6% 和 23．1%)，但 T2處理不顯著(6．0%)，說明生殖生長期的咸水灌溉對果實產量具有明顯的影響。影響果實上市產量的土壤電導率臨界值為4．10 dS/m。高于此值時每增高單位土壤電導率產量下降7．85%，這與Mass-Hoffman的研究結果一致［8］。櫻桃番茄的產量與葉面積持續(xù)時間高度相關(R2=0．614，P＜0．01)，相應的T1處理的葉鮮重和產量明顯下降證實了葉面積持續(xù)時間可以作為產量的一個可信指示指標［20］。盡管T2和T3處理的果實產量下降但其收獲指數上升，因為莖葉干物質的下降幅度小于產量的下降幅度;T1處理的收獲指數沒有明顯變化，因為其莖葉干物質下降幅度與產量下降幅度相當。果實可溶性固形物總量的上升補償了產量的下降［1，6，20－22］，這點在該研究中也得到了證實。

4 結論

該試驗條件下咸水灌溉降低了櫻桃番茄的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，卻提高了水分利用效率;其生殖生長期利用咸水灌溉可大幅度減少莖葉干物質積累量;膜下滴灌的咸水灌溉方式抑制了土壤鹽分的垂直運動;影響果實上市產量的土壤電導率臨界值為4．10 dS/m，高于此值時每增加單位土壤電導率則產量下降7．85%;果實可溶性固形物總量在所有處理中呈不斷上升趨勢，只有在營養(yǎng)生長期才具有顯著性增長特征。因此，在不得不使用咸水進行灌溉的條件下，生殖生長期使用淡水而在營養(yǎng)生長期使用咸水進行膜下滴灌是櫻桃番茄在民勤綠洲種植較為合理的灌溉方式。

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