不同增氧滴灌方法對溫室櫻桃番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及光合作用的影響

徐達勛

摘要：為了篩選出溫室櫻桃番茄的最佳增氧滴灌方法，以櫻桃番茄品種福特斯為試驗材料，分析了物理增氧滴灌（T1）、化學(xué)增氧滴灌（T2）和綜合增氧滴灌（T3）3種方法對櫻桃番茄根系生長、產(chǎn)量、品質(zhì)及光合作用的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)滴灌（CK）相比，增氧滴灌可提升灌溉水溶氧量，促進溫室櫻桃番茄根系生長，光合作用效率、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用率顯著提升（P<0.05），以綜合增氧滴灌（T3）效果最佳。與CK相比，T3處理平均溶氧量、根系總根長、總根干質(zhì)量、總根表面積、總根體積、平均直徑、根尖數(shù)、根系活力、凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、667 m2產(chǎn)量、水分利用率，以及可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、VC、番茄紅素含量分別增加29.88%、20.11%、16.71%、18.29%、26.67%、22.22%、20.23%、22.87%、11.24%、18.86%、8.72%、24.31%、12.6個、24.65%、21.78%、21.80%、8.68%、38.40%、37.63%、7.67%和12.41%;可滴定酸含量降低19.23%，單果質(zhì)量無顯著差異。

關(guān)鍵詞：增氧滴灌;櫻桃番茄;產(chǎn)量;品質(zhì);光合作用

中圖分類號：S641.2

文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2020）01-0152-06

Abstract：To select the best method of aerobic drip irrigation for cherry tomato in greenhouse， Futesi was used as experimental material to study the effects of physical aerobic drip irrigation（T1）， chemical aerobic drip irrigation（T2） and physicochemical aerobic drip irrigation（T3） on root growth， yield， quality and photosynthesis of cherry tomato in greenhouse. The results showed that， compared with the conventional drip irrigation（CK）， aerobic drip irrigation could increase irrigation water-soluble oxygen content and promote root growth of cherry tomato in greenhouse. Furthermore， the photosynthetic efficiency， yield， quality and water use efficiency were also significantly increased （P<0.05）. The effects of T3 treatment was the best. Compared with conventional drip irrigation， the average irrigation water-soluble oxygen content， total root length， total root dry weight， total root surface area， total root volume， average diameter， number of root tips， root activity， net photosynthetic rate （Pn）， stomatal conductance （Gs）， inter cellular CO2 concentration （Ci）， transpiration rate （Tr）， number of fruit per plant， yield per plant， yield per 667 m2， water use efficiency and the contents of soluble sugar， soluble protein， soluble solids， VC and lycopene in the treatment of T3 were increased by 29.88%， 20.11%， 16.71%， 18.29%， 26.67%， 22.22%， 20.23%， 22.87%， 11.24%， 18.86%， 8.72%， 24.31%， 12.6， 24.65%， 21.78%， 21.80%， 8.68%， 38.40%， 37.63%， 7.67% and 12.41%， respectively. The content of titratable acid was decreased by 19.23%， and there was no significant difference in single fruit weight.

Key words：aerobic drip irrigation;cherry tomato;yield;quality;photosynthesis

近年來，中國設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展極為迅速，為中國果蔬的周年供應(yīng)提供了保障[1]。然而，由于生產(chǎn)中常存在過度灌溉、過量施肥、中耕過少及人為踐踏頻率過高等原因，導(dǎo)致設(shè)施土壤容質(zhì)量逐年增加，土壤通氣性逐年降低，植株根系低氧脅迫時有發(fā)生，產(chǎn)量和品質(zhì)顯著降低[2-3]。大量研究結(jié)果表明，根區(qū)長期缺氧往往會對植物造成如下幾方面的影響：（1）降低植物對水分、養(yǎng)分的吸收能力，降低根系活力，抑制植物生長[4];（2）抑制植物的有氧呼吸，造成ATP及其他代謝產(chǎn)物減少，同時無氧呼吸產(chǎn)生的乙醇、乙醛等對植物產(chǎn)生毒害作用，影響植物生長發(fā)育[5];（3）降低土壤微生物群落多樣性和土壤酶活性，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量降低和植株病害加重[6-7];（4）促進氣孔關(guān)閉，加速葉綠素降解和降低光合酶活性，抑制植物光合作用，降低產(chǎn)量和品質(zhì)[8-9];（5）降低土壤氧化還原電位，導(dǎo)致土壤有毒物質(zhì)和還原性物質(zhì)的積累[10]。如何有效緩解植株根區(qū)低氧脅迫，已成為當(dāng)前設(shè)施果蔬栽培亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

增氧滴灌是近年來興起的一種新型灌溉技術(shù)，將地下滴灌技術(shù)和增氧技術(shù)有機結(jié)合，不僅具有地下滴灌的節(jié)水和保持土壤團粒結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，而且可通過增氧技術(shù)改善植株根區(qū)的缺氧環(huán)境，促進植物的生長發(fā)育，為充分挖掘作物的生產(chǎn)潛力提供一條新的綠色環(huán)保途徑[11]。前人研究結(jié)果表明，增氧滴灌可顯著改善土壤通氣狀況，促進作物根系生長，提升作物光合效率，提高小白菜[11]、甜瓜[12]、香芹[13]、番茄[14]、草莓[15]和紫茄[16]等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。目前，地下滴灌的增氧方法主要有物理增氧、化學(xué)增氧和綜合增氧3種方法，然而，關(guān)于不同增氧方法對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究尚不多見，尤其對果菜類蔬菜的影響更是未見相關(guān)報道。

因此，本研究以設(shè)施櫻桃番茄為試驗材料，采用物理增氧、化學(xué)增氧和綜合增氧3種方法進行增氧灌溉，研究不同增氧灌溉方法對設(shè)施櫻桃番茄根系生長、光合作用、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用率的影響，以期獲得最佳的增氧滴灌方法，為設(shè)施櫻桃番茄高效種植提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

櫻桃番茄品種為福特斯（72-152），購自瑞克斯旺（青島）農(nóng)業(yè)服務(wù)有限公司;物理增氧用微型充氣泵（40 L/min），購自上海寶歐機電有限公司;化學(xué)增氧用35% H2O2溶液，購自荊州雙雄化工科技有限公司。試驗用日光溫室坐北朝南，面積527 m2（62 m×8.5 m），棚膜為醋酸乙烯薄膜。日光溫室土壤為黏壤土，pH為7.85，容質(zhì)量1.31 g/cm3，有機質(zhì)含量14.82 g/kg，速效氮、磷、鉀含量分別為68.2 mg/kg、56.3 mg/kg、132.6 mg/kg，田間持水量25.2%。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計試驗于鹽城生物工程高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校日光溫室內(nèi)實施，采用穴盤進行育苗。2018年3月15日，選取長勢、大小一致的幼苗進行移栽，采用小區(qū)起壟覆膜雙行栽培模式，壟寬、壟高及壟間距分別為50 cm、20 cm和100 cm，株距35 cm，小區(qū)長8 m，寬5 m，每個小區(qū)定植220株。定植前，在各壟下方預(yù)埋直徑為18 mm、滴頭間距為35 cm的2條地下滴灌帶，滴灌帶間距40 cm，預(yù)埋深度距壟面20 cm。試驗共設(shè)：常規(guī)滴灌（CK），采用正常的灌溉用水;物理增氧滴灌（T1），采用微型充氣泵向灌溉用水中加氣，加氣頻率為每隔10 min加氣1 min，水氣混合體通過預(yù)埋滴灌輸送至根區(qū);化學(xué)增氧滴灌（T2），灌溉前用濃度為35%的過氧化氫溶液5 ml，按1∶100（體積比）進行稀釋，并用灌溉水定容至5 L進行灌溉。綜合增氧滴灌（T3），同時采用物理增氧和化學(xué)增氧方式進行增氧，過氧化氫溶液用量為2.5 ml，物理增氧頻率為每隔10 min加氣0.5 min，各處理4次重復(fù)。櫻桃番茄整個生育期每隔5 d滴灌1次，灌水量視植株和土壤濕度而定。各處理施肥、灌水量、植株調(diào)整及病蟲害防治等田間管理措施保持一致。

1.2.2測定指標(biāo)及方法灌溉水溶氧量測定：分別于3月15日、4月15日、5月15日、6月15日、7月15日、8月15日和9月15日滴灌1 h時，采用梅上海三信溶氧儀（SX716）進行各處理灌溉水溶氧量測定。8月10日，取各處理根系進行根系生長指標(biāo)測定：采用GXY-A型根系分析儀測定總根長、總根表面積、總根體積、平均直徑、根尖數(shù);總根干質(zhì)量測定采用烘干法進行;根系活力測定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法。光合參數(shù)測定：分別于3月20日、5月1日、6月10日、7月20日、8月30日和9月20日上午10∶00-11∶00時，選取各處理植株的第3片功能葉，用Li-6400XT型便攜式光合作用儀（美國LI-COR公司產(chǎn)品）進行凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr）測定。產(chǎn)量及水分利用率測定：按小區(qū)統(tǒng)計櫻桃番茄產(chǎn)量，同時各小區(qū)選10株進行結(jié)果數(shù)、單果質(zhì)量及單株產(chǎn)量統(tǒng)計;按小區(qū)統(tǒng)計整個生育期灌水量，計算水分利用率，水分利用率=產(chǎn)量/灌水量。品質(zhì)指標(biāo)測定：可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、VC、番茄紅素、可滴定酸及硝酸鹽含量分別采用蒽酮比色法、考馬斯亮藍G-250法、手持折射儀（RHBO-90）測定法、2，6-二氯靛酚滴定法、高效液相色譜法（HPLC）、標(biāo)準(zhǔn)酸堿滴定法和紫外分光光度法進行測定。

1.2.3數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007軟件進行數(shù)據(jù)整理、計算及作圖，用SPSS 18.0軟件進行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同增氧滴灌方法對灌溉水增氧效果的影響

如表1所示，不同增氧滴灌方法對灌溉水增氧效果存在明顯差異。櫻桃番茄不同生長階段，常規(guī)滴灌（CK）的灌溉水最大溶氧量為8.22 mg/L，平均溶氧量為8.09 mg/L。與CK相比，物理增氧滴灌（T1）、化學(xué)增氧滴灌（T2）和綜合增氧滴灌（T3）的灌溉水最大溶氧量分別增長21.17%、40.63%和41.73%，T1、T2和T3的灌溉水平均溶氧量分別增長12.68%、28.89%和29.88%。這說明，增氧滴灌可明顯提高灌溉水中的溶氧量，其中，以綜合增氧滴灌方法增氧效果最佳。

2.2不同增氧滴灌方法對溫室櫻桃番茄根系生長的影響

如表2所示，增氧滴灌可顯著促進溫室櫻桃番茄根系生長，根系總根長、總根干質(zhì)量、總根表面積、總根體積、平均直徑、根尖數(shù)及根系活力均顯著增加。與CK相比，T1處理的溫室櫻桃番茄根系總根長、總根干質(zhì)量、總根表面積、總根體積、平均直徑、根尖數(shù)及根系活力分別顯著增加13.96%、11.60%、14.22%、13.33%、13.89%、11.45%和12.63%（P<0.05），T2處理分別顯著增加17.12%、10.47%、9.73%、26.67%、16.67%、16.79%和21.27%（P<0.05），T3處理分別顯著增加20.11%、16.71%、18.29%、26.67%、22.22%、20.23%和22.87%（P<0.05）。

這說明，增氧滴灌可顯著促進溫室櫻桃番茄根系生長和提升根系活力，從而提高植株對水分、養(yǎng)分的汲取能力，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳。

2.3不同增氧滴灌方法對溫室櫻桃番茄光合參數(shù)的影響

如圖1所示，隨著溫室櫻桃番茄的生長，葉片光合作用強度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，而增氧滴灌可顯著提高不同生長階段葉片的光合作用效率。7月20日，各處理的櫻桃番茄葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）和蒸騰速率（Tr）均達到最高，其中，CK的Pn、Gs、Ci和Tr分別達到18.36 ?μmol/（m2·s）、222.00 mmol/（m2·s）、345.15 ?μl/L和3.11 mmol/（m2·s）。與CK相比，T1處理的Pn、Gs、Ci和Tr分別提高6.86%、15.32%、6.84%和8.68%，差異達到顯著水平（P<0.05）;T2處理的Pn、Gs、Ci和Tr分別提高10.84%、22.07%、10.15%和17.68%，差異達到顯著水平（P<0.05），且Pn、Gs和Tr較T1處理差異達到顯著水平（P<0.05）;T3處理的Pn、Gs、Ci和Tr分別提高11.24%、18.86%、8.72%和24.31%，均較CK和T1處理差異達到顯著水平（P<0.05）。這說明，增氧滴灌可顯著提升溫室櫻桃番茄葉片的光合作用，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳，這與增氧滴灌促進櫻桃番茄根系生長和葉片氣孔開放密切相關(guān)。

2.4不同增氧滴灌方法對溫室櫻桃番茄產(chǎn)量及水分利用率的影響

如表3所示，不同增氧滴灌方法可顯著提高溫室櫻桃番茄單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、667 m2產(chǎn)量和水分利用率。與CK相比，T1處理的單果質(zhì)量無顯著差異，而單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、667 m2產(chǎn)量和水分利用率分別提高8.1個、16.90%、15.35%和15.34%，差異均達到顯著水平（P<0.05）;T2處理的單果質(zhì)量無顯著差異，而單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、667m2產(chǎn)量和水分利用率分別提高11.8個、23.24%、20.40%和20.40%，差異均達到顯著水平（P<0.05）;T3處理的單果質(zhì)量無顯著差異，而單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量、667 m2產(chǎn)量和水分利用率分別提高12.6個、24.65%、21.78%和21.80%，差異均達到顯著水平（P<0.05），且單株結(jié)果數(shù)、單株產(chǎn)量和667 m2產(chǎn)量較T1處理差異均達到顯著水平（P<0.05）。這說明，增氧滴灌可顯著提高溫室櫻桃番茄產(chǎn)量和水分利用率，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳，這與綜合增氧滴灌提高櫻桃番茄葉片光合作用和促進根系生長密切相關(guān)。

2.5不同增氧滴灌方法對溫室櫻桃番茄品質(zhì)的影響

如表4所示，不同增氧滴灌方法可顯著提高溫室櫻桃番茄品質(zhì)。與CK相比，T1處理的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、VC、番茄紅素含量分別提高6.31%、34.40%、27.59%、4.43%和12.27%，可滴定酸含量降低11.54%，差異均達到顯著水平（P<0.05）;T2處理的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、VC、番茄紅素含量分別提高8.27%、40.00%、35.93%、6.07%和12.52%，可滴定酸含量降低15.38%，差異均達到顯著水平（P<0.05）;T3處理的可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、VC、番茄紅素含量分別提高8.68%、38.40%、37.63%、7.67%和12.41%，可滴定酸含量降低19.23%，差異均達到顯著水平（P<0.05）。這說明，增氧滴灌可顯著提高溫室櫻桃番茄品質(zhì)，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳，這與增氧滴灌提高櫻桃番茄葉片光合作用和促進根系對水分、養(yǎng)分的吸收密切相關(guān)。

3討論

根系是植物生長發(fā)育的基礎(chǔ)。根區(qū)低氧脅迫下，植物有氧呼吸受到抑制，對水分和養(yǎng)分的吸收能力顯著降低，無氧呼吸產(chǎn)生的乙醇、乙醛等代謝產(chǎn)物進一步對根系造成毒害[4-5]。前人研究結(jié)果表明，增氧滴灌可提高灌溉水的溶氧量，改善根系生長環(huán)境，有助于根系進行有氧呼吸，顯著促進植物根系的生長發(fā)育，提升根系對水分和養(yǎng)分的吸收能力[16-17]。本研究結(jié)果表明，增氧滴灌可顯著促進溫室櫻桃番茄根系生長，提升根系活力，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳，根系總根長、總根干質(zhì)量、總根表面積、總根體積、平均直徑、根尖數(shù)及根系活力分別較常規(guī)滴灌（CK）顯著增加20.11%、16.71%、18.29%、26.67%、22.22%、20.23%和22.87%（P<0.05）。本結(jié)果與前人研究結(jié)果較為一致，其原因主要是：首先，根區(qū)增氧提高了植物根系的有氧呼吸，促進了根系對水分、養(yǎng)分的主動吸收能力，同時降低了無氧呼吸代謝產(chǎn)物對植物根系的傷害，從而促進了植物根系的生長[16-17];其次，根區(qū)增氧提高了根區(qū)土壤微生物數(shù)量及多樣性，加速分解土壤有機質(zhì)，提高土壤肥力，促進根系生長[18];第三，綜合增氧方法的灌溉水溶氧量明顯高于物理增氧（T1）和化學(xué)增氧（T2），因此，根系生長發(fā)育情況顯著優(yōu)于T1和T2處理。

植物根系生長發(fā)育與葉片光合作用、干物質(zhì)積累等密切相關(guān)[19]。根區(qū)低氧脅迫下，根系生長發(fā)育受抑制，植物凈光合速率明顯降低，作物產(chǎn)量顯著下降。前人研究結(jié)果表明，增氧滴灌可顯著促進植物根系的生長發(fā)育，提升根系對水分和養(yǎng)分的吸收能力，提升光合作用效率，增加作物產(chǎn)量[14，20]。本研究結(jié)果表明，增氧滴灌可顯著提升溫室櫻桃番茄葉片的光合作用，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均較對照顯著增加。本結(jié)果與前人研究結(jié)果較為一致，其原因主要是根區(qū)增氧顯著降低了植株體內(nèi)的ABA含量，從而促使葉片氣孔打開，提升凈光合效率[14]。增氧滴灌可顯著緩解根區(qū)的低氧脅迫，提高溫室櫻桃番茄的產(chǎn)量和水分利用率，以綜合增氧滴灌方法效果最佳。其中，單株結(jié)果數(shù)增加是產(chǎn)量增加的主要因素，單株結(jié)果數(shù)較對照顯著增加12.6個，而不同處理的單果質(zhì)量則未達到顯著差異。本研究結(jié)果與前人的根區(qū)增氧可提高作物產(chǎn)量和水分利用率結(jié)論一致，其原因主要是：首先，根區(qū)增氧提高了植物的凈光合速率，光合產(chǎn)物增加，減少了因光合效率低而導(dǎo)致的落花落果，提高了結(jié)果數(shù)[21];其次，根區(qū)增氧提高了植株對水分、養(yǎng)分的吸收能力，減少了養(yǎng)分不足導(dǎo)致的落花落果，提高了結(jié)果數(shù)[22]。

根區(qū)增氧可改善植株根際土壤環(huán)境，有助于植株進行正常的生理代謝，對提高果蔬產(chǎn)品品質(zhì)具有一定的促進作用[12]。本研究結(jié)果表明，增氧滴灌可顯著提升溫室櫻桃番茄的果實品質(zhì)，其中，以綜合增氧滴灌方法效果最佳，可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、可溶性固形物、VC及番茄紅素含量分別較對照提高8.68%、38.40%、37.63%、7.67%和12.41%，可滴定酸含量降低19.23%，這可能與增氧滴灌增加了植株光合產(chǎn)物有關(guān)。硝酸鹽含量是衡量果蔬品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，含量過高對人體有害[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，增氧滴灌顯著提高了溫室櫻桃番茄的硝酸鹽含量，其中，以綜合增氧滴灌方法提升幅度最大，硝酸鹽含量較對照提高18.83%，但其含量仍遠低于安全上限（438 mg/kg）。這說明，增氧滴灌有助于提升櫻桃番茄對硝態(tài)氮的吸收能力，從而提高產(chǎn)量，但為了避免硝酸鹽含量過高而造成品質(zhì)下降，在日常栽培時應(yīng)適當(dāng)減少氮肥用量。

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（責(zé)任編輯：張震林）