分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄品質、產量及水分利用效率的影響

王曉艷，高艷明，李建設，閆思華，王祿星

(寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】我國是中度缺水國家，農業(yè)用水量占總用水量的70%左右[1]。隨著全國農業(yè)的快速發(fā)展，需水量急劇增加，水資源短缺及水分利用效率低下等問題嚴重制約著我國農業(yè)的發(fā)展。我國農業(yè)灌溉用水有效利用系數(shù)為0.536，僅為發(fā)達國家的75%[2]。因此，發(fā)展節(jié)水農業(yè)，提高作物的水分利用效率具有重要意義。分根區(qū)交替灌溉(APRI)技術被認為是一種有效的提高作物水分利用效率和改善果實品質的灌溉策略，并已在蘋果[3-4]、葡萄[5-6]、玉米[7-8]、馬鈴薯[9-10]、番茄等[11-12]作物中產生了良好效果。分根區(qū)交替灌溉可使根系干燥區(qū)域產生脫落酸，脫落酸可通過調節(jié)氣孔開度來減少植株奢侈的蒸騰失水，APRI策略還能刺激根系的補償功能，提高根系傳導能力，減少棵間土壤蒸發(fā)，提高儲存在根區(qū)水分的有效性[13]。【前人研究進展】鄭健等[14]分析表明，在中國地區(qū)，交替灌溉可提升28.9%的水分利用效率，西北地區(qū)水分利用效率可顯著提升49.29%，在溫室大棚中，交替灌溉下作物的水分利用效率提升最為顯著，達到53.45%，這充分說明分根區(qū)交替灌溉是一種高效可行的節(jié)水灌溉策略。Zhao D等研究表明，在常規(guī)灌水量下，分根區(qū)交替灌溉有利于加工番茄的生長發(fā)育和干物質積累。陳志遠等[15]研究表明，在分根區(qū)交替滴灌營養(yǎng)液模式下，適當減少供液量和供液頻率可提高番茄果實品質。【本人研究切入點】有關分根區(qū)下灌溉量、水肥耦合的研究有很多，但對于分根區(qū)交替灌溉下，保持全生育期總灌溉量一定，改變灌溉頻率和交替頻率的研究鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】本試驗以櫻桃番茄‘金妃’為研究對象，探討基質培分根區(qū)交替灌溉營養(yǎng)液條件下，保持全生育期總灌溉量一定，改變灌溉頻率和交替頻率對日光溫室基質培櫻桃番茄果實品質、產量和水分利用效率的影響，得出分根區(qū)交替灌溉條件下最優(yōu)的灌水策略，為日光溫室櫻桃番茄的灌溉模式提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2020年4—7月在寧夏銀川國家農業(yè)科技園區(qū)(106°19′E，38°35′N)科研開發(fā)區(qū)2號日光溫室內進行。該地屬溫帶大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大，氣候干燥，蒸發(fā)強烈。年平均氣溫8.5 ℃左右，年平均日照時數(shù)2800～3000 h，年平均降水量200 mm左右，無霜期155 d左右。

1.2 供試材料

供試櫻桃番茄品種為‘金妃’(農友種苗(中國)有限公司)，為無限生長型，果實長橢圓形，黃色。供試基質由寧夏中青農業(yè)科技有限公司提供，基質容重為0.38 g/cm3，田間最大持水體積為80.00%。

1.3 試驗設計

試驗采用完全隨機區(qū)組設計，在分根區(qū)條件下，設計灌溉頻率和交替頻率兩個因素，兩因素下各設3個水平，設計灌溉頻率為每天(D1)、2 d(D2)、3 d(D3)灌溉1次，交替頻率為一側灌溉1次(T1)、2次(T2)、3次(T3)換另一側灌溉，交替進行，共9個處理，具體試驗處理見表 1，各處理重復3次。定植株距25 cm，行距150 cm，小區(qū)面積6 m2，栽植密度為24 444株/hm2，三桿整枝。

表1 試驗設計

采用基質槽培(槽長6.00 m，槽寬0.75 m，深0.30 m)，為實現(xiàn)分根區(qū)灌溉，每槽由泡沫板將栽培槽沿槽長方向均勻分為A、B兩部分，櫻桃番茄定值于泡沫板上，在A側和B側各鋪設一條滴灌帶。將營養(yǎng)液儲存在營養(yǎng)液池，每個處理準備一個水桶(150 L)，灌溉前將營養(yǎng)液池水注入水桶，每個水桶放兩個水泵，分別對一個處理的A側和B側進行灌溉，灌溉的啟動與關閉由定時器控制。田間具體灌溉裝置布置見圖 1。櫻桃番茄定值至第1穗花坐果平均每株灌溉600 mL/d，1穗花坐果至1穗果成熟平均每株灌溉800 mL/d，1穗果成熟至拉秧平均每株灌溉1200 mL/d，各處理櫻桃番茄全生育期總灌溉量相同。在櫻桃番茄定值時灌溉足量的清水以促進緩苗，緩苗結束后采用日本園試1單位營養(yǎng)液進行滴灌。在櫻桃番茄第1穗花開始坐果時(定值后第36天)開始處理。

圖1 灌溉裝置布置Fig.1 Irrigation device layout plan

1.4 測定項目與方法

1.4.1 櫻桃番茄根系活力的測定 在櫻桃番茄盛果期，每小區(qū)選取3株櫻桃番茄進行破壞性取樣，將根系清理干凈用TTC法[16]測定根系活力。

1.4.2 櫻桃番茄根冠生物量的測定 在拉秧期，每小區(qū)選取3株櫻桃番茄植株，稱取地上部及與之對應的地下部根系的鮮質量，然后放入烘箱105 ℃殺青0.5 h，在80 ℃下烘干至恒重并稱其干質量。根冠比以櫻桃番茄地下部根系與地上部(莖、葉)的干重比值表示。

1.4.3 葉綠素熒光參數(shù)的測定 在櫻桃番茄盛果期，選擇晴朗天氣，在10:00—11:00用連續(xù)激發(fā)式熒光儀選取櫻桃番茄植株上部完全展開的功能葉進行葉綠素熒光參數(shù)的測定，測定前，需要先暗適應20 min。每個小區(qū)隨機測定3片葉片。

1.4.4 品質指標的測定 每個小區(qū)隨機選取成熟度一致的二穗果12顆進行品質指標的測定。采用手持式糖度計測定可溶性固形物，NaOH滴定法測定有機酸[17]，硫酸-蒽酮比色法測定可溶性糖[18]，鉬藍比色法測定維生素C[17]，糖酸比為可溶性糖比有機酸。

1.4.5 櫻桃番茄產量、水分利用效率的測定 在櫻桃番茄果實成熟后，采收成熟度一致的番茄，記錄櫻桃番茄平均單果質量、單株產量，并最終對各小區(qū)產量進行統(tǒng)計匯總，折合成總產量。

灌溉水分利用效率(IWUE，kg/m3)為櫻桃番茄單位面積灌水量的產量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2019對試驗數(shù)據(jù)進行整理，用IBM SPSS Statistics 20.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，采用Duncan’s新復極差法進行顯著性分析(P<0.05)，并用Origin 2019b軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄根系活力的影響

由圖 2可知，各處理根系活力大小順序為D3T1>D1T3> D1T2> D3T2> D1T1> D2T1> D2T3> D2T2> D3T3。與處理D1T1相比，處理D1T2、D1T3、D3T1的根系活力分別顯著增加了8.40%、13.43%、17.58，處理D3T3顯著降低了5.44%。

2.2 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄根冠生物量的影響

由圖 3可知，不同灌溉頻率和交替頻率對櫻桃番茄物質積累有顯著影響，但對根冠比無顯著性影響。與處理D1T1相比，處理D2T1、D3T2的地上部鮮重分別顯著降低了16.29%、27.34%，處理D2T1、D2T3、D3T1、D3T2的地上部干重分別顯著降低了33.13%、17.31%、16.41%、26.45%，處理D1T3的根干重和鮮重均有顯著增加，分別增加了4.79%、7.64%，處理D2T1、D2T3、D3T2、D3T3根鮮重均顯著降低，處理D2T1、D2T3根干重分別顯著降低了11.63%、17.81%。

2.3 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄葉綠素熒光的影響

葉綠素熒光特性可以反映葉片光合作用光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散和分配[19-20]，可用來評價植株葉片光合器官的功能[20-22]，通過對葉綠素熒光特性的研究可以了解植株的生長和受脅迫的生理狀態(tài)[20,23]。由圖 4可知，初始熒光強度(Fo)代表不參與PSⅡ光化學反應的光能輻射部分。處理D1T3、D2T3的Fo較處理D1T1分別顯著增加了25.13%、20.94%。處理間的最大熒光產量(Fm)無顯著差異，說明通過PSⅡ的電子傳遞情況無顯著差異。最大光化學量子效率(Fv/Fm)是反映光系統(tǒng)Ⅱ活性中心光能轉換效率的重要參數(shù)，反映了植物對光能的利用效率[24]，反應了植物潛在最大光合能力(光合效率)。與處理D1T1相比，處理D1T3的Fv/Fm顯著降低了3.3%。光化學淬滅系數(shù)(qP)，即由光合作用引起的熒光淬滅，反映了光合活性的高低。減少灌溉頻率可以降低qP，與處理D1T1相比，減少灌溉頻率的處理，其qP相對減少了30.06%～49.00%。NPQ是由熱耗散引起的熒光淬滅，反映了植物耗散過剩光能為熱的能力，即植株的光保護能力[25]。處理D2T1的NPQ較處理D1T1顯著降低了19.89%。

圖2 不同處理對櫻桃番茄根系活性的影響Fig.2 Effects of different treatments on root activity of cherry tomato

圖3 不同處理對櫻桃番茄根冠生物量的影響Fig.3 Effects of different treatments on root and shoot biomass of cherry tomato

2.4 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄果實品質的影響

由表 2可知，處理D2T3維生素C含量較處理D1T1顯著增加了4.49%。處理D1T2、D1T3、D2T3可溶性固形物與處理D1T1差異不顯著。處理D1T3可溶性糖含量較處理D1T1顯著增加了20.25%。處理D2T3有機酸含量較處理C1D1顯著降低了7.69%。處理D1T3的糖酸比較處理D1T1顯著提高了21.33%，其它處理(除處理D1T2、D1T3)的糖酸比均顯著低于處理D1T1。

表2 不同處理對櫻桃番茄果實品質的影響

圖4 不同處理對櫻桃番茄葉綠素熒光的影響Fig.4 Effects of different treatments on chlorophyll fluorescence of cherry tomatoes

2.5 分根區(qū)交替滴灌對櫻桃番茄平均單果質量、產量及水分利用效率的影響

由表 3可知，平均單果質量、產量、水分利用效率均以處理D1T3最高，處理D1T3的平均單果質量較處理D1T1顯著提高了17.76%，其它處理(除處理D1T2、D1T3)平均單果質量與處理D1T1無顯著差異，均達到13.9 g。當保持櫻桃番茄全生育期總灌溉量一定時，水分利用效率隨著產量的增加而增加，減少而減少。各處理間產量和水分利用效率的大小順序均為：D1T3>D1T2>D2T1>D1T1>D2T2>D3T1>D2T3>D3T2>D3T3。與處理D1T1相比，處理D1T3產量和水分利用效率顯著最高，產量達到61.68 t/hm2，水分利用效率達到30.84 kg/m3，產量和水分利用效率均提高了9.85%，處理D1T2提高了4.32%。處理D3T3的產量和水分利用效率最低，較處理D1T1減少了7.96%。

表3 不同處理對櫻桃番茄產量和水分利用效率的影響

2.6 櫻桃番茄的綜合評價

選取櫻桃番茄地上部干重、根干重、根系活力、葉綠素熒光參數(shù)(Fo、Fm、Fv/Fm、qP、NPQ)、可溶性糖含量、維生素C含量、可溶性固形物、有機酸、產量、水分利用效率14種指標進行主成分分析及綜合評價。由表 4可知，前3個主成分特征值均大于1，且累計貢獻率達94.71%。第一主成分的特征值為8.14，貢獻率為58.13%，可溶性糖、qP、產量、水分利用效率載荷量正向較大。第二主成分的特征值為2.20，貢獻率為15.71%，維生素C載荷量正向較大。第三主成分的特征值為1.68，貢獻率為12.03%，F(xiàn)m載荷量正向較大。

表4 主成分特征向量及累計貢獻率

表5 櫻桃番茄綜合評價

由表 5可知，D1T3處理的櫻桃番茄綜合評價最好，F(xiàn)值為3.73，其次為處理D1T2，F(xiàn)值為2.04，說明處理D1T2綜合評價較處理D1T3差一些，處理D3T3的F值最低，為-2.21，綜合評價最差。

3 討 論

番茄對水分比較敏感，不同灌溉策略對櫻桃番茄果實品質、產量及水分利用效率影響顯著。增加灌水量可提高番茄產量，但會造成水分利用效率和品質下降[26-27]，虧缺灌溉可降低番茄產量[28]。李紅崢等[29]研究表明，交替隔溝灌溉可提高番茄綜合品質的同時又可使產量和水分利用效率達到較高水平，從而獲得較高的綜合效益。本研究結果表明，在分根區(qū)條件下，保持全生育期總灌溉量一定，當灌溉頻率為1次/d時，減少交替頻率可提高櫻桃番茄果實品質、產量及水分利用效率；當灌溉頻率為1次/2 d，減少交替頻率對櫻桃番茄果實品質無顯著影響，但顯著降低產量和水分利用效率；當灌溉頻率為1次/3 d時，減少交替頻率不利于櫻桃番茄果實品質的改善、產量和水分利用效率的提高。其中，處理D1T3的綜合評價最好，可溶性糖含量、糖酸比、平均單果質量、產量和水分利用效率均顯著最高，產量達61.68 t/hm2，水分利用效率達30.84 kg/m3。

處理D1T3的綜合評價最好，可能是因為根系最先感知基質水分變化，該策略能夠有效刺激復水區(qū)根系生長的補償效應，干旱一側復水后能刺激根系產生大量新根，從而保持較高的根系活性和生物量，進而促進植株的養(yǎng)分吸收并提高產量和水分利用效率[30]。

處理D1T2、D1T3可溶性糖含量較處理D1T1分別增加了7.11%、20.25%，說明當灌溉頻率1次/d時，可溶性糖含量隨著交替頻率的減少(交替周期的增加)而增加，這與李洪任等[31]的試驗結果相一致。當灌溉頻率為1次/2 d、1次/3 d時，各處理的綜合表現(xiàn)較差，這可能是櫻桃番茄的主要吸收根較集中分布在上層基質中，而上層基質含水量是影響作物根系正常生長的主要因素[32]，當全生育期總灌溉量一定時，減少灌溉頻率和交替頻率，可增加每次灌溉的灌溉量和一側根區(qū)的基質含水量，這樣使得基質水分飽和深度下移，而基質水分飽和深度下移過多不利于櫻桃番茄產量、水分利用效率的提高。因此，在實際灌溉時，應充分考慮作物根系吸收根分布位置進行合理灌溉。

4 結 論

處理D2T3維生素C含量顯著最高，為191.37 mg/kg；可溶性糖、糖酸比、平均單果質量、產量、水分利用效率均以處理D1T3顯著最高，分別達到6.77%、17.52、17.90 g、61.68 t/hm2、30.84 kg/m3。用主成分分析法對櫻桃番茄進行綜合評價，處理D1T3的F值最高，為3.73。因此，處理D1T3為分根區(qū)交替灌溉條件下最優(yōu)的灌水策略。