滴灌施氮對番茄氮代謝及水氮利用的影響

羅 慧，李伏生

（廣西大學農學院，南寧530005）

水分和氮素在作物生長中相互影響和制約[1,2]，水氮管理是否適宜可顯著影響作物體內氮代謝的強弱和協調程度，進而影響作物生育進程。于坤等[3]研究表明，水分適宜時增施氮肥可提高葉片氮含量，并保持葉片硝酸還原酶(NR)和谷氨酰胺合成酶(GS)的高活性；李佳帥等[4]研究表明，水分適宜時葉片NR、GS 和谷氨酸合成酶活性及可溶性蛋白和游離氨基酸含量隨施氮量增加而提高，而重度干旱脅迫時高氮處理則降低葉片中氮代謝相關酶活性、游離氨基酸和可溶性蛋白含量；ZHONG等[5]研究也表明，NR和GS活性隨土壤相對含水量降低而降低，降低程度因水分脅迫強度和作物生長階段不同而異，但隨土壤含水量提高而顯著提高。

交替滴灌（ADI）[6,7]對不同作物生長、產量和品質及水肥利用效率等的影響及其管理模式研究已取得較好的效果，如FU 等[8]結果表明，與常規滴灌相比，ADI降低耗水量，而水分利用效率提高32.3%，且提高氮肥農藝效率；LUO 等[9]研究發現，與常規滴灌相比，ADI能保持番茄產量，并提高水分利用效率8.9%～16.7%，ADI、30%N 肥作基肥、70%N 肥作滴灌追肥處理是番茄生產適宜水氮供應模式；LIU 等[10]研究表明，ADI與氮肥灌溉相結合，促進作物根系生長，提高產量和水氮利用效率。然而，不同施氮水平下，交替滴灌對番茄水氮利用影響的研究尚有不足，且對番茄氮代謝的影響尚未明晰。本文旨在進一步研究滴灌施氮對番茄氮代謝、水氮利用和干物質量的影響，探討不同滴灌施氮條件下番茄氮代謝變化規律及適宜水氮供應模式，以期為受區域性與季節性干旱制約生產的番茄優化灌水施肥制度提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

盆栽試驗于2014年10月至2015年2月在廣西大學農學院教學基地網室進行。供試土壤采自本校教學基地的赤紅壤，其土壤質地為黏壤土，有機質含量26.2 g/kg，pH 值5.6，堿解氮（N）45.9 mg/kg，速效磷（P）53.2 mg/kg，速效鉀（K）177.5 mg/kg，田間持水量（θf）28.6%。供試品種：Solanum lycopersicum L，西大櫻紅1 號。N 肥用尿素（含氮46%），磷肥用磷酸二氫鉀（含P2O552%），鉀肥用硫酸鉀（含K2O 54%），鈣肥用碳酸鈣（含Ca 40%）。

1.2 試驗方法

試驗在聚乙烯塑料桶（高23.5 cm、直徑30 cm）中進行，為阻止根兩側水分交換，所有處理桶均用塑料膜從中間隔開，在塑料布上部中間剪個小“V”形缺口，用于移栽番茄苗。每桶兩邊各裝入9 kg土，共18 kg土。試驗設3種滴灌方式和3個施氮水平，共9個處理，重復4次，共36盆，隨機區組排列。

3 種滴灌方式包括常規滴灌CDI（每邊各設一個滴頭灌水或施肥）；固定滴灌FDI（一個滴頭固定對一邊灌水或施肥）；交替滴灌ADI（每邊各設一個滴頭，每次只對一邊進行灌水或施肥，下次對另一邊進行灌水或施肥）。各時期CDI 處理滴灌水量參照王賀輝等[11]提出的番茄滴灌灌水指標（苗期45%～55%θf，開花坐果期55%～75%θf，坐果?成熟期65%～85%θf）進行，FDI和ADI處理各時期滴灌水量按苗期36%～44%θf、開花坐果期44%～60%θf、坐果?成熟期52%～68%θf進行。

3 種施氮水平包括，N100：N 肥用量各為0.2 g/kg 土，N80：N 肥用量為N100的80%（0.16 g/kg 土），N60：N 肥用量為N100的60%（0.12 g/kg 土）。試驗各處理30%N 作基肥土施，70%N 肥滴灌追施。各處理P2O5用量為0.1 g/kg 土，K2O 用量為0.3 g/kg土，Ca 用量為0.1 g/kg 土，全部P2O5、K2O 和Ca 肥與部分作基肥的N 肥裝盆時與土壤混勻；余下N 肥分別在苗期、開花期、果實膨大期和果實成熟期按設計比例作滴灌施肥，見表1。

試驗于2014年10月15日移栽番茄苗，2014年11月2日至2015年2月6日進行滴灌控水施肥處理；根據天氣情況和植株長勢，所有處理每隔1～2 d 于下午稱量桶質量，用水量平衡法確定各處理所需灌水量并記錄，總灌水量見表1。不加N 肥時，灌水量用量筒量取后注入模擬滴灌系統（為輸液吊袋，袋下部有出口接頭，接頭鏈接1 根塑料主管，主管上連接2 根帶滴頭的軟塑料分管，滴頭呈錐體狀），吊掛在距土面1.8 m處，以滴速為0.6 L/h 滴入土壤中。加N 肥時，事先按試驗設計配好N肥溶液，按上述方法進行滴灌追施處理。2015年2月10日試驗結束。

表1 番茄不同施氮水平和灌水量Tab.1 Different nitrogen rates and irrigation amount for tomato

1.3 樣品采集與測定

采取番茄果實膨大期和果實成熟期的功能葉片，一部分用液氮迅速冷凍，存放于?80 ℃冰箱，用于測定硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性；另一部分帶回實驗室立刻測定可溶性蛋白質、游離氨基酸和硝態氮含量。NR和GS含量的測定參照孔祥生和易現峰[12]方法，可溶性蛋白質含量用考馬斯亮藍法測定[12]，游離氨基酸含量用茚三酮比色法測定[12]，硝態氮含量的測定按照孔祥生和易現峰[12]方法測定。

收獲后采集番茄根系和地上部（包括番茄莖、葉和所有果實）于90 ℃殺青30 min 后，65 ℃烘至恒質量，稱其干物質量。收獲番茄地上部分后稱每桶質量，扣除原土壤質量和毛重，剩余部分為最后未消耗水分，把每次灌水量相加再減去最后未消耗的水分，即為總耗水量。因本試驗番茄的總干物質量包括根系、莖、葉和所有果實干物質量，水分利用效率和氮肥偏生產力的計算則以總干物質量為基礎。計算公式如下：

1.4 用灰色關聯度分析法分析番茄總干物質量與氮代謝指標之間關系

灰色關聯度分析是反映構成該指標系統的各性狀組成的比較數列和參考數列間的密切程度，關聯度越大，說明兩者間變化的勢態越接近，相互關系越密切[13,14]。番茄總干物質量與氮代謝指標之間關系用灰色關聯度分析法進行分析，公式如下[13,14]。

關聯系數：

關聯度：

式中：ξi(k)為Xi對X0在k點的關聯系數；p為灰色關聯的分辨系數（一般取0.5）；為2級最小差的絕對值，為2級最大差的絕對值。

1.5 數據分析

試驗數據采用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件進行分析，多重比較用Duncan 法，處理之間字母不同表示差異顯著（P<5%），處理之間字母相同均表示差異不顯著（P>5%）；并用灰色關聯度分析法分析番茄總干物質量與氮代謝指標之間關系。

2 結果與分析

2.1 氮代謝相關指標

圖1表明，與CDI 相比，N100下ADI 果實膨大期和成熟期葉片硝態氮含量分別提高25.9%和17.3%，N80下ADI果實成熟期葉片硝態氮含量提高16.4%；N80下ADI果實成熟期葉片可溶性蛋白質含量提高16.1%；N100下FDI 顯著降低果實成熟期葉片游離氨基酸和可溶性蛋白質含量；各施氮水平（N100、N80和N60，下同）下，ADI 不顯著提高或降低番茄葉片游離氨基酸含量、NR 和GS 活性；FDI 不顯著提高或降低番茄葉片硝態氮含量、NR 和GS 活性。不同施氮水平間比較，各滴灌方式（CDI、ADI、FDI，下同）下，果實膨大期葉片硝態氮、可溶性蛋白質、游離氨基酸含量以N100最高，而NR 和GS 活性以N80最高；ADI 下果實成熟期葉片硝態氮含量、NR 和GS 活性以N100最高，而可溶性蛋白質和游離氨基酸含量以N80最高。

圖1 不同滴灌方式和施氮水平對番茄葉片氮代謝指標的影響Fig.1 Effect of drip irrigation method and N fertilization level on leaf nitrogen metabolism-related indicators

2.2 水氮利用

圖2表明，與CDI相比，各施氮水平下，ADI的WUE提高3.2%～11.8%，但與CDI 的WUE差異不顯著；FDI 不顯著提高或降低WUE；ADI和FDI能保持氮肥偏生產力。各施氮水平間比較，各滴灌方式下WUE以N80最高，氮肥偏生產力以N60最高。

圖2 不同滴灌方式和施氮水平對番茄水氮利用的影響Fig.2 Effect of drip irrigation method and N fertilization level on tomato water and nitrogen use

2.3 干物質積累

圖3表明，各施氮水平下，與CDI 相比，ADI 和FDI 地上部干物質量、根干物質量和總干物質量提高或降低不顯著。各施氮水平間比較，ADI 下地上部干物質量和總干物質量以N80最高，而根干物質量以N100最高；FDI 和CDI 下地上部干物質量和總干物質量以N100最高，而根干物質量分別以N100和N80最高。

圖3 不同滴灌方式和施氮水平對番茄干物質積累的影響Fig.3 Effect of drip irrigation method and N fertilization level on tomato dry mass accumulation

2.4 干物質量與氮代謝指標之間的關系

圖4對番茄總干物質量與氮代謝指標進行灰色關聯度分析結果表明，番茄總干物質量與果實膨大期葉片氮代謝指標的關聯度大小表現為：可溶性蛋白質＞GS＞NR＞游離氨基酸＞硝態氮含量。總干物質量與可溶性蛋白質的關聯度最高，GS和NR次之，說明這3個指標對干物質積累影響較大。

圖4 不同滴灌方式和施氮水平下番茄總干物質量與氮代謝指標（果實膨大期）的關聯度Fig.4 The incidence of dry mass and nitrogen metabolism-related indicators(fruit enlarging stage)under different drip irrigation methods and N fertilization levels

3 討 論

（1）滴灌方式和施氮水平對番茄氮代謝指標的影響。氮代謝為番茄生長發育提供物質基礎，NR 是氮代謝同化硝態氮關鍵酶，其活性高低對作物氮素代謝的強弱起關鍵作用[15]；GS 是氮代謝氨態氮同化主要酶系[16]；游離氨基酸是氮代謝中間產物，可溶性蛋白質作為氮代謝的最終產物，它們的合成是在NR 和GS 等酶的共同催化下完成的[15,16]；硝態氮是作物體內最安全且最易運輸的氮素貯存形態[17,18]。適宜的水氮管理可提高作物葉片氮代謝關鍵酶活性和相關物質含量，為作物增產調質奠定基礎[19?21]。本試驗結果也表明，與CDI相比，N80下ADI提高果實成熟期葉片硝態氮和可溶性蛋白質含量，保持葉片游離氨基酸含量、NR和GS活性，說明交替滴灌條件下，合理減量施氮不影響番茄氮代謝。

（2）滴灌方式和施氮水平對番茄水氮利用的影響。ADI能提高或保持作物水、氮利用效率。劉學娜等[22]結果表明，減量施氮下ADI 可保證黃瓜生長、產量和品質的同時顯著提高WUE和氮肥利用效率；ZHAO 等[23]結果表明，即使ADI灌溉定額降至中等水平（51.6 mm），但番茄水分利用效率提高31.8%～32.7%。本試驗結果也表明，與CDI 相比，ADI 提高WUE，但與CDI 差異不顯著，且保持了氮肥偏生產力。不同施氮水平間比較，ADI下WUE以N80最高，說明N80和ADI結合WUE較好，可能原因為適宜的水氮管理促進番茄根系發育，提高根系的吸水吸肥能力，施氮調水和灌水調氮的作用較好。

（3）滴灌方式和施氮水平對干物質量的影響。干物質量可為作物是否高產的一個基本指標，因為作物營養生長階段所積累的干物質量控制著產量，綠色部分長勢好可為籽粒或貯藏組織提供充足的光合產物[24]。大量研究結果表明，交替灌溉能提高或保持作物干物質量或產量[25?27]。與CDI相比，N80下ADI也保持番茄根系、地上部和總干物質量，說明ADI處理既達到節水目的又不影響番茄干物質量的積累，是一種有效的節水灌溉方式。施用氮肥有利于干物質量積累和產量的形成，作物產量隨著施氮水平的增加而提高，但施氮水平過高作物產量則提高不明顯或降低[28]。本試驗中，ADI下地上部干物質量、總干物質量以N80最高。說明ADI和N80結合更有利于提高番茄干物質量積累。

此外，總干物質量與葉片可溶性蛋白質含量、NR和GS活性關聯度較高，說明干物質量與葉片可溶性蛋白質含量、NR和GS 活性關系較為密切，葉片可溶性蛋白質含量、NR 和GS活性變化對干物質量影響較大。

4 結 語

（1）與CDI 相比，ADI 保持番茄葉片游離氨基酸含量、NR 和GS 活性；N80下ADI 果實成熟期葉片硝態氮和可溶性蛋白質含量分別提高16.4%和16.1%；各滴灌方式下，果實膨大期葉片硝態氮、可溶性蛋白質、游離氨基酸含量以N100最高，而NR和GS活性以N80最高。

（2）與CDI 相比，ADI 和FDI 保持WUE、氮肥偏生產力和干物質量；各施氮水平間比較，ADI 下WUE、地上部干物質量和總干物質量以N80最高，而氮肥偏生產力以N60最高。

（3）總干物質量與葉片可溶性蛋白質含量、NR和GS活性關聯度較高。

因此，ADI?N80，即交替滴灌?N80既有利于改善番茄氮代謝，又保持了番茄WUE、氮肥偏生產力和干物質量，為最適宜水氮供應模式。