不同灌溉下限與營養(yǎng)液濃度對基質栽培番茄的影響

楊平+陳銳+李杰+費聰+吳楊煥+鄭重

摘要：通過番茄基質栽培試驗，研究營養(yǎng)液濃度和灌溉下限對番茄光合、品質、產(chǎn)量及水分利用效率的影響。結果表明，相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，番茄葉片的凈光合速率、蒸騰速率、葉片氣孔導度、果實可溶性固形物含量、單株產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)呈明顯的上升趨勢，葉片胞間CO2濃度、果實番茄紅素含量、維生素C含量、可溶性糖含量、硝酸鹽含量、灌溉水分利用效率呈下降趨勢；相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，番茄葉片凈光合速率、果實硝酸鹽含量、單株產(chǎn)量、灌溉水分利用效率多呈增加趨勢，葉片胞間CO2濃度基本呈減小趨勢，果實番茄紅素含量、維生素C含量、可溶性糖含量、可溶性固形物含量多呈先增加后減小趨勢；KNO3、NH4H2PO4、Ca（NO3）2·4H2O、MgSO4·7H2O使用濃度分別為318、127、401、288 mg/L、灌溉下限為田間持水量的70%為最佳營養(yǎng)液濃度和灌溉下限組合，此時番茄單株產(chǎn)量和水分利用效率分別為2.198 kg、26.32 kg/m3。

關鍵詞：營養(yǎng)液；灌溉下限；基質栽培；產(chǎn)量；品質；水分利用效率；番茄

中圖分類號： S641.207；S641.206文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）05-0126-03

番茄是世界上種植面積最大、最受歡迎的蔬菜作物之一[1]，含有豐富的礦物質、維生素、番茄紅素、有機酸、必需氨基酸及抗氧化劑等，可以降低人類一些疾病的發(fā)生概率[2]。水和肥是番茄生長中不可缺少的2個因子，直接影響著番茄的產(chǎn)量和品質。番茄是一種對水分極其敏感的作物，水分過高或過低對產(chǎn)量及品質都會產(chǎn)生影響[3]。[JP2]有研究指出，番茄生長中調(diào)虧灌溉有利于增加產(chǎn)量，適當?shù)奶澣惫喔瓤稍黾庸麑嵵蟹鸭t素和維生素C含量，而水分嚴重虧缺將限制植株生長，使產(chǎn)量降低[4]；在不同生育時期，番茄土壤含水量過高會對作物產(chǎn)量和品質產(chǎn)生不同程度的影響[5]，而灌溉量過大不僅影響番茄的產(chǎn)量和品質，也會導致低的水分利用效率。施肥有助于增加產(chǎn)量，但施肥量過大對作物增產(chǎn)不明顯，甚至出現(xiàn)產(chǎn)量下降的趨勢。滴灌施肥可以減少水分和肥料損失，提高作物的產(chǎn)量和品質，同時可以提高作物的水肥利用效率[6]。[JP]

新疆維吾爾族自治區(qū)是水資源短缺的地區(qū)，冬季漫長而寒冷，而智能溫室作為該地新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，是解決當?shù)囟臼卟耸袌鲂枨蟆⒃黾愚r(nóng)民收入的主要途徑。番茄是重要的溫室栽培蔬菜之一，合理的灌水和施肥是提高番茄品質、增加水分利用效率、保持番茄產(chǎn)量的重要途徑，對農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有至關重要的意義[1]。本試驗研究不同營養(yǎng)液濃度和灌溉下限互作對新疆地區(qū)溫室基質栽培番茄光合特性、品質、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，以期為新疆地區(qū)番茄溫室基質栽培提供科學理論和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗地點與材料

試驗于2015年2—7月在新疆生產(chǎn)建設兵團104團農(nóng)牧場（42°46′ N、86°37′ E）智能溫室內(nèi)進行，溫室長度、跨度、高度分別為65、9、6.5 m。供試番茄品種為中研100；栽培基質由草炭、珍珠巖、蛭石按體積比2 ∶[KG-*3]1 ∶[KG-*3]1混配而成，基本理化性質：密度0.179 g/cm3，總孔隙度89.4%，田間最大持水量63.1%，pH值6.86，電導率1.71 dS/m，有機質含量 84.6 g/kg，速效氮、速效磷、速效鉀、可溶性鈣、可溶性鎂含量分別為2 064.82、199.14、2 299.14、1 001.25、175.22 mg/kg；基質袋為無土栽培專用袋，規(guī)格為90 cm×30 cm，材質為內(nèi)黑外白聚乙烯（PE）薄膜，每個栽培袋裝復合基質 5 kg；溫室水肥一體化智能管理設備主要由顯示屏、水泵、肥料桶、土壤溫濕度傳感器、空氣溫濕度傳感器、二氧化碳濃度及光照度傳感器等組成。

1.2試驗設計

設置灌溉下限和營養(yǎng)液濃度2個處理因素。灌溉下限設3個水平：低灌溉下限（W1），為田間持水量的60%；中灌溉下限（W2），為田間持水量的70%；高灌溉下限（W3），為田間持水量的80%。灌溉上限均為田間持水量的95%。營養(yǎng)液設低濃度（F1）、中濃度（F2）、高濃度（F3）3個水平，各營養(yǎng)元素使用濃度詳見表1，其中中濃度（F2）是根據(jù)每生產(chǎn)1 t番茄需氮、磷、鉀、鈣、鎂分別為4.0、0.786、3.983、2366、0.947 kg，并按目標產(chǎn)量每株3.0 kg計算出氮、磷、鉀、鈣、鎂的需要量，在此基礎上，根據(jù)番茄目標產(chǎn)量需肥量、有機基質中速效養(yǎng)分含量來確定補充量，并根據(jù)預試驗每株番茄灌溉量以80 L為最優(yōu)灌溉量來確定營養(yǎng)液濃度[7]。處理F1、F3為F2濃度分別向上、向下浮動25%。微量元素采用Arrnon營養(yǎng)液配方：EDTA-2NaFe 14.5 mg/L、H3BO3 1.43 mg/L、MnSO4·H2O 081 mg/L、ZnSO4·7H2O 0.11 mg/L、CuSO4·5H2O 0.04 mg/L、（NH4）6Mo7O24·4H2O 0.01 mg/L。

試驗在同一個溫室大棚內(nèi)進行，采用2因素完全隨機設計，共計9個處理，代碼分別為W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3，每個處理重復3次，共計27個小區(qū)，每個試驗小區(qū)長×寬為7.2 m×1.65 m，面積小計為11.88 m2。2015年2月28日開始定植4葉1心番茄幼苗，每個基質袋3株，株距為30 cm，行距為80、30、80 cm的寬窄行種植模式；5月1日打頂，留5穗果，利用水肥一體化系統(tǒng)進行水肥管理，每株番茄插1個箭式滴頭，除水分和肥料外，其他管理措施同常規(guī)栽培。番茄生長發(fā)育具有明顯的階段性，根據(jù)番茄生育特點將其全生育期劃分為苗期（2015-02-28至2015-03-21）、開花坐果期（2015-03-22至2015-04-06）、果實膨大期（2015-04-07至2015-04-28）、采收期（2015-04-29至2015-07-03）共4個階段。

1.3.2產(chǎn)量每小區(qū)隨機選擇10株番茄進行標記，每次收獲時分別稱質量，計算單株產(chǎn)量。

1.3.3品質番茄成熟期，選擇大小色澤一致的第2穗番茄果，根據(jù)李合生的方法[8]測定其品質，主要包括可溶性糖、番茄紅素、維生素C、硝酸鹽、可溶性固形物含量。

1.4水分利用效率的計算及灌溉量測定

水分利用效率WUE計算公式為WUE=Y/I。式中：WUE為水分利用效率，kg/m3；Y為產(chǎn)量，kg；I為灌溉量，m3。小區(qū)灌溉量通過安裝在各個小區(qū)的水表獲得。

1.5數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件進行方差分析，用Excel 2003軟件進行統(tǒng)計，用Word 2003軟件進行作表。

2結果與分析

[HTK]2.1營養(yǎng)液濃度和灌溉下限對番茄光合特性的影響[HT]

由表2可見，相同營養(yǎng)液濃度處理下，隨灌溉下限的上升，番茄葉片的凈光合速率、蒸騰速率、葉片氣孔導度多呈明顯的上升趨勢，而胞間CO2濃度隨灌溉下限的上升呈逐漸降低趨勢；相同灌溉下限條件下，番茄凈光合速率隨營養(yǎng)液濃度的增加而增加，胞間CO2濃度大致隨營養(yǎng)液濃度的增加而降低，蒸騰速率、氣孔導度多呈不致變化趨勢。

2.2營養(yǎng)液濃度和灌溉下限對番茄品質的影響

2.2.1可溶性糖和可溶性固形物番茄的口感主要通過可溶性固形物和可溶性糖來體現(xiàn)，是番茄品質的重要指標。由表3可見， 相同灌溉下限條件下， 隨營養(yǎng)液濃度的增加，可溶

著（P<0.05）、極顯著（P<0.01）水平。ns表示無顯著影響。下表同。[HT][FK）]

2.2.2番茄紅素和維生素C番茄紅素、維生素C也是番茄重要的品質指標。由表3可見，相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，番茄紅素、維生素C含量呈下降趨勢；相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，番茄紅素、維生素C含量呈先增大后減小的變化趨勢，即 F2>F1>F3；經(jīng)顯著性檢驗可知，營養(yǎng)液濃度、灌溉下限對番茄果實番茄紅素、維生素C含量的影響達到極顯著水平，營養(yǎng)液濃度和灌溉下限互作對果實番茄紅素含量的影響達到顯著水平，而對維生素C含量的影響沒有達到顯著水平。

2.2.3硝酸鹽由表3可見，各處理間硝酸鹽含量差異顯著，最大值出現(xiàn)在處理F3W1，為1 215 mg/kg，最小值出現(xiàn)在處理F1W3，為702 mg/kg；同一營養(yǎng)液濃度下，硝酸鹽含量表現(xiàn)為W1>W2>W3，即隨著灌溉下限的上升，硝酸鹽含量呈下降趨勢；相同灌溉下限條件下，硝酸鹽含量變化規(guī)律為 F3>F2>F1，即隨營養(yǎng)液濃度的增加，硝酸鹽含量呈上升趨勢；經(jīng)顯著性檢驗可知，營養(yǎng)液濃度、灌溉下限對番茄果實硝酸鹽含量的影響達到極顯著水平，營養(yǎng)液濃度和灌溉下限互作對果實硝酸鹽含量的影響僅達到顯著水平。

[HTK]2.3營養(yǎng)液濃度和灌溉下限對番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響[HT]

2.3.1產(chǎn)量由表4可見，處理F3W2的單株產(chǎn)量相對最高，為2.314 kg，其次為處理F3W3、F2W3、F2W2，分別為2228、2.218、2.198 kg，且這4個處理的單株產(chǎn)量差異不顯著；相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，單株產(chǎn)量呈增加趨勢；相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，單株產(chǎn)量多呈增加趨勢，且高、中濃度營養(yǎng)液水平的單株產(chǎn)量差異不顯著，與低濃度的有顯著性差異；經(jīng)顯著性檢驗可知，營養(yǎng)液濃度、灌溉下限對番茄單株產(chǎn)量的影響達到極顯著水平，而營養(yǎng)液濃度和灌溉下限互作對番茄單株產(chǎn)量的影響不顯著。

2.3.2水分利用效率由表4可見，各處理間番茄灌溉水分利用效率差異顯著；相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，番茄灌溉水分利用效率呈下降趨勢，即：W1>W2>W3；相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，番茄灌溉水分利用效率多呈增加趨勢；經(jīng)顯著性檢驗可知，營養(yǎng)液濃度、灌溉下限對番茄水分利用效率的影響達到極顯著水平，而營養(yǎng)液濃度和灌溉下限互作對番茄水分利用效率的影響不顯著。

3結論與討論

光合作用是作物生長的基礎，而水肥是影響光合作用的2個重要因子[9]，主要通過對光合作用相關酶、葉片色素及氣孔或非氣孔因素的控制來影響光合作用[10-11]。本研究結果顯示，營養(yǎng)液濃度和灌溉下限對作物光合作用的影響較為明顯，同一營養(yǎng)液濃度下，光合速率、蒸騰速率隨灌溉下限的上升多呈明顯的增加趨勢；相同灌溉下限條件下，番茄凈光合速率隨營養(yǎng)液濃度的增加而增加，這與王英宇等研究結論[12-13]相似，這可能是在同一灌溉下限條件下，增加營養(yǎng)液濃度可促進葉片葉綠素含量的增加，從而促進了葉片的光合作用。合適的水肥條件有利于改善基質的生態(tài)環(huán)境，增強番茄光合作用，利于番茄生長[14]。

研究結果表明，相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，番茄紅素、維生素C、可溶性糖含量呈下降趨勢；相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，番茄紅素、維生素C、可溶性糖、可溶性固形物含量多呈先增大后降低的變化趨勢，這與劉煉紅等的研究結果[15-16]基本一致。相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，番茄硝酸鹽含量呈上升趨勢，這與張國紅等的研究結果[17]一致，可能是由于高濃度營養(yǎng)液增加了基質中氮素供給水平，從而引起硝酸根離子含量的增加。

前人大量研究表明，低肥料施用量滿足不了作物的生長需要，不利于作物生長而影響產(chǎn)量，而肥料使用量過大，雖然在一定程度上能夠增加產(chǎn)量，但肥料利用率不高，導致肥料浪費；水分是作物生長的物質基礎，土壤含水量過高或過低都不利于作物生長[18]。本研究表明，相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，番茄單株產(chǎn)量呈增加趨勢，相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，單株產(chǎn)量多呈增加趨勢，且高、中濃度營養(yǎng)液水平的單株產(chǎn)量差異不顯著，這與王殿武等的研究結果[19]相符。而林多等研究認為，營養(yǎng)液濃度較高，可促使植株營養(yǎng)生長過旺，生殖生長受到抑制，從而產(chǎn)量降低[20]，這可能與本研究營養(yǎng)液濃度還未超出使用上限有關。

本研究還表明，相同灌溉下限條件下，隨營養(yǎng)液濃度的增加，番茄灌溉水分利用效率多呈增加趨勢，提高營養(yǎng)液濃度具有明顯的提高水分利用效率的作用，這與杜建軍等結論[21]一致。在相同營養(yǎng)液濃度條件下，隨灌溉下限的上升，番茄灌溉水分利用效率呈下降趨勢，這與王峰等研究結論[22]較為一致，而與Li等研究結果[23]恰恰相反，可能是由于試驗對象不一樣所致，具體原因有待進一步探討。

番茄的光合參數(shù)、品質、產(chǎn)量及水肥利用效率受營養(yǎng)液濃度、灌溉下限的影響十分明顯，且變化規(guī)律有所不同，故不能單純從某一指標來確定營養(yǎng)液濃度和灌溉下限的最優(yōu)組合。全面考慮番茄各項指標，提出新疆地區(qū)番茄基質栽培中，營養(yǎng)液濃度和灌溉下限較好的控制條件為KNO3、NH4H2PO4、Ca（NO3）2·4H2O、MgSO4·7H2O使用濃度分別為318、127、401、288 mg/L，灌溉下限為田間持水量的70%，此時番茄單株產(chǎn)量、水分利用效率分別為2.198 kg、26.32 kg/m3。

參考文獻：

[1]Hebbar S S，Ramachandrappa B K，Nanjappa H V，et al. Studies on NPK drip fertigation in field grown tomato（Lycopersicon esculentum Mill.）[J]. European Journal of Agronomy，2004，21（1）：117-127.

[2]Massot C，Génard M，Stevens R，et al. Fluctuations in sugar content are not determinant in explaining variations in vitamin C in tomato [JP2]fruit[J]. Plant Physiology and Biochemistry，2010，48（9）：751-757.[JP]

[3]Yang L J，Zhao F Y，Chang Q，et al. Effects of vermicomposts on tomato yield and quality and soil fertility in greenhouse under different soil water regimes[J]. Agricultural Water Management，2015（160）：98-105.

[4]Favati F，Lovelli S，Galgano F，et al. Processing tomato quality as affected by irrigation scheduling[J]. Scientia Horticulturae，2009，122（4）：562-571.

[5]Kuscu H，Turhan A，Demir A O. The response of processing tomato to [JP3]deficit irrigation at various phenological stages in a sub-humid [JP2]environment[J]. Agricultural Water Management，2014，133（2）：92-103.[JP][JP]

[6]Zhu J H，Li X L，Christie P，et al. Environmental implications of low[ZK）][HT][HJ][HT][FL）][LM]

[HT8.][KG1*2/3] nitrogen use efficiency in excessively fertilized hot pepper （Capsicum frutescens L.） cropping systems[J]. Agriculture Ecosystems & Environment，2005，111（1/2/3/4）：70-80.

[7][JP3]郭世榮. 無土栽培學[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：90-111.[JP]

[8]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000：164-261.

[9]馬富舉，李丹丹，蔡劍，等. 干旱脅迫對小麥幼苗根系生長和葉片光合作用的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2012，23（3）：724-730.[ZK）]

[10]沈玉芳，李世清，邵明安.水肥空間組合對冬小麥光合特性及產(chǎn)量的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2007，18（10）：2256-2262.

[11]張國紅，眭曉蕾，郭英華，等. 施肥水平對日光溫室番茄光合生理的影響[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，2006，37（3）：317-321.

[12]王英宇，楊建，韓烈保. 不同灌溉量對草坪草光合作用的影響[J]. 北京林業(yè)大學學報，2006（增刊1）：26-31.

[13]王翠玲. 水肥耦合對草莓生長、產(chǎn)量品質及水肥利用效率的影響[D]. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2010.

[14]韋澤秀，梁銀麗，周茂娟，等. 水肥組合對日光溫室黃瓜葉片生長和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（3）：69-74.

[15]劉煉紅，莫言玲，楊小振，等. 調(diào)虧灌溉合理滴灌頻率提高大棚西瓜產(chǎn)量及品質[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2014，30（24）：95-104.

[16]閔炬，施衛(wèi)明. 不同施氮量對太湖地區(qū)大棚蔬菜產(chǎn)量、氮肥利用率及品質的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報，2009，15（1）：151-157.

[17][JP2]張國紅，袁麗萍，郭英華，等. 不同施肥水平對日光溫室番茄生長發(fā)育的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2005，21（增刊2）：151-154.[JP]

[18]付秋實，李紅嶺，崔健，等. 水分脅迫對辣椒光合作用及相關生理特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2009，42（5）：1859-1866.

[19]王殿武，劉樹慶，文宏達，等. 高寒半干旱區(qū)春小麥田施肥及水肥耦合效應研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，1999，32（5）：62-68.

[20]林多，黃丹楓，楊延杰，等. 營養(yǎng)液濃度對基質栽培網(wǎng)紋甜瓜生長和品質的影響[J]. 華北農(nóng)學報，2007，22（2）：184-186.

[21]杜建軍，李生秀，高亞軍，等. 氮肥對冬小麥抗旱適應性及水分利用的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)大學學報，1999，27（5）：1-5.

[22]王峰，杜太生，邱讓建，等. 虧缺灌溉對溫室番茄產(chǎn)量與水分利用效率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（9）：46-52.

[23]Li Y J，Yuan B Z，Bie Z L，et al. Effect of drip irrigation criteria on yield and quality of muskmelon grown in greenhouse conditions[J]. Agricultural Water Management，2012，109（9）：30-35.