不同生育期曝氣滴灌對溫室番茄生長品質影響

鄧云鵬,王猛猛,戴魁冠,張鵬,張倩*

(1. 山東農業大學水利土木工程學院, 山東 泰安 271018;2. 臨沂水總建設集團有限公司,山東 臨沂 276000)

地下滴灌已成為微灌技術應用的典型形式之一[1],有利于增加番茄產量.在高效的滴灌過程中,灌溉水驅趕土壤孔隙中的空氣,可能造成土壤通氣狀況不良,而土壤通氣性對作物正常的生長發育至關重要[2],植株根區土壤含氧量不足會造成根區低氧脅迫,影響作物正常的生理代謝和生長發育[3],而增氧地下滴灌能夠有效改善土壤通氣性.雷宏軍等[4]研究發現,黃黏土條件下的循環曝氣灌溉處理能夠促進番茄果實成熟,有效提高作物產量,改善番茄品質.唐志瀚[5]研究發現,高曝氣量(摻氣比例17.25%)、中施肥量(N,P2O5和K2O的施肥量分別為180,90,112.5 kg/hm2)、中灌水量(蒸發皿作物系數Kcp為0.75)處理是溫室番茄較優的水肥氣耦合灌溉模式.

循環曝氣地下滴灌可以促進植株根部對水分和養分的吸收,增加作物干物質積累,提高水分利用效率及作物產量.雷宏軍等[6]研究了紫茄生長及養分利用對增氧地下滴灌的響應,結果表明,與常規灌溉相比,增氧灌溉能顯著提高作物根的鮮質量和根系活力,且循環曝氣滴灌對紫茄的提升效果最優.趙豐云等[7]研究地下穴貯滴灌條件下根際注氣對葡萄幼苗生長的影響,發現地下穴貯滴灌根際注氣可促進葡萄新梢增長,莖粗增加,顯著提高葡萄新梢、細根等植株干物質量的積累.李元等[8]發現加氣處理能改善根際土壤氣體環境,提高果實橫、縱徑及果肉厚,進而增加單果質量.

國內外研究證明了循環曝氣地下滴灌在提高水肥利用效率、作物產量及改善作物品質等方面的優越性,針對滴灌管埋深、施肥量、曝氣值等方面均已取得大量的研究成果,但關于不同生育期循環曝氣處理對作物產量品質影響的研究匱乏,文中針對溫室番茄不同生育時期進行循環曝氣地下滴灌處理,研究其對番茄生長和品質的影響,旨在找到最適合的循環曝氣時期,降低加氣成本,為建立高產、高效、節水的循環曝氣地下滴灌模式提供理論依據和技術參考.

1 試驗材料與方法

1.1 研究區概況

試驗在山東農業大學日光溫室中進行,日光溫室高5.5 m,寬13.0 m,長52.0 m,有效種植面積為450 m2.試驗區屬于溫帶大陸性半濕潤季風區,年均日照時數2 627.1 h.土壤類型為棕壤土,土壤堿解氮質量比為136.50 mg/kg,速效磷質量比為51.72 mg/kg,速效鉀質量比為168.07 mg/kg,pH為6.5,電導率EC為0.62 mS/cm.

1.2 試驗設計及田間布置

日光溫室內壟長8.0 m,寬0.8 m,臨近2壟之間用埋深100 cm的塑料膜隔開,防止側滲,1壟為1個試驗小區,共計5個試驗處理(S0:全生育期不曝氣;S1:全生育期曝氣;S2:開花坐果與果實膨大期曝氣;S3:果實膨大期曝氣;S4:開花坐果期曝氣).滴灌管管徑為16 mm,滴頭設計流量為2 L/h,滴頭間距為33 cm,埋深為15 cm,工作壓力設置為0.15 MPa.按照管道間距布置植株,供試作物番茄品種為紅千禧,屬早熟品種,株距約24 cm,每個小區供水管路單獨控制,并配有精密的計量水表.采用可實現作物水肥氣一體化灌溉的循環曝氣裝置(專利號為CN103314697A),灌溉水在裝置中進行15 min曝氣處理,使水氣充分混合后經由滴灌帶輸送到各試驗小區.灌水量由安置于田間的E601型蒸發皿經24 h蒸發后的蒸發量為依據,當累積蒸發量讀數達到約20 mm時進行灌水,灌水量計算公式為

I=AKcpEp,

(1)

式中:I為單個滴頭每次的灌水量,mL;A為每2個支管控制的小區面積,A為0.8 m×10.0 m;Ep為2次灌水間隔溫室內的蒸發皿累積蒸發量值,Ep=20 mm;Kcp為蒸發皿作物系數,Kcp取0.75.

1.3 測定項目及方法

2) 葉綠素含量測定:定植后果實膨大期(60 d)和成熟期(90 d),測定番茄葉片葉綠素a含量Chla、葉綠素b含量Chlb和葉綠素含量Chl. 選擇充分受光、葉位一致的健康葉片,每小區選3株,每株選3個葉片,浸提液(45%乙醇、45%丙酮和10%蒸餾水)提取色素后,用分光光度計比色法分別于663 nm, 645 nm處測定吸光度并計算葉綠素含量.

3) 根系活力測定:在開花坐果期、果實膨大期、成熟期進行植株取樣,在植株周圍挖取土深約0.3 m的植株根系,清理后稱取0.5 g根尖,以TTC法測定根系活力RLD.

4) 果實品質測定:使用電子天平測量番茄單果質量.使用游標卡尺測量果實形態指標(果實橫徑:D;果實縱徑:L).每株選取成熟度一致的3個果實打成勻漿,分別進行品質測定,共計3次重復,取平均值.果實總固形物含量CS用手持測糖儀(PAL-1,ATAGO公司,日本)測定;通過考馬斯亮藍G-205染色法測定可溶性蛋白含量WP;通過蒽酮比色法和堿滴定法測定可溶性糖含量CSS與有機酸含量CO,并計算糖酸比RSA;采用鉬藍比色法測定維生素C含量WVC.

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2019進行數據整理,采用SPSS 24.0軟件進行顯著性檢驗和方差分析,Origin 9.1軟件進行圖表繪制.

2 結果與分析

2.1 不同生育期循環曝氣對番茄生長的影響

2.1.1對株高、莖粗的影響

圖1為不同生育期曝氣處理番茄株高h變化圖,圖中td為定植天數.由圖可知,曝氣灌溉處理的番茄平均株高大于全生育期不曝氣處理S0,開花坐果期(30 d, 40 d)的2次測量結果顯示,循環曝氣處理S1,S2,S4的株高較處理S0有明顯提升,平均高15.50%,果實膨大期(50 d, 60 d)的2次測量發現,處理S2的番茄平均株高最大,處理S0最小.成熟期(70 d)的測量結果顯示,處理S2番茄株高最大,比處理S0增大14.68%;處理S4番茄株高稍次之,較處理S0增大14.10%;處理S3番茄株高比處理S0增大13.01%.整個生育期,定植30 d,40 d,50 d,60 d的番茄株高測量結果表明曝氣時間因素對番茄株高增長效果在P=0.01水平下差異具有統計學意義.定植70 d的番茄株高測量結果表明曝氣時間因素對番茄株高增長效果在P=0.05水平下差異具有統計學意義.定植70 d時,較其他曝氣處理,全生育期循環曝氣處理S1對番茄株高的提升效果無明顯優勢,故選擇曝氣時間較少的處理更利于減少支出,因此選擇開花坐果期曝氣處理或開花坐果與果實膨大期曝氣處理更適宜溫室番茄株高的生長.

圖1 不同生育期曝氣處理番茄株高變化圖Fig.1 Diagram of changes in plant height of greenhouse tomatoes with aeration treatment at different growth stages

圖2為不同生育期曝氣處理番茄莖粗d變化圖.開花坐果期(30 d,40 d)的2次測量結果顯示,循環曝氣處理S1,S2,S4的莖粗較對照處理S0有明顯提升,平均高14.96%.果實膨大期(50 d, 60 d)的2次測量結果顯示,處理S1的番茄莖粗最大,其次是處理S2,S4,處理S0最小.成熟期(70 d)的測量結果顯示,處理S3溫室番茄莖粗最大,處理S1次之,處理S3和S1較處理S0分別增大10.25%和9.25%.

殺蟲藥在施入水體后，在殺滅寄生蟲的同時也將水體中的微生物殺死，寄生蟲及微生物尸體在水體分解、發酵會消耗水體大量溶氧；其次，會阻礙水體物質循環，從而使魚類處于應激狀態；再者，殺蟲藥的刺激，使魚類在應激狀態下適應新環境，對水體溶解氧濃度要求增加，遇上陰雨天水體中光合作用較弱，溶氧較低，氨態氮、亞硝酸鹽態氮、硫化氫等各種有害物質濃度極易升高。

圖2 不同生育期曝氣處理番茄莖粗變化圖Fig.2 Rough changes of tomato stems under aeration treatment at different growth stages

整個生育期,定植30 d,40 d的番茄莖粗測量結果表明,曝氣時間因素對番茄莖粗增長效果在P=0.01水平下差異具有統計學意義;定植50 d的番茄莖粗測量結果表明,曝氣時間因素對番茄莖粗增長效果在P=0.05水平下差異具有統計學意義;定植60 d,70 d的番茄莖粗測量結果表明,曝氣時間因素對番茄莖粗增長效果在P=0.05水平下差異不具有統計學意義.定植70 d,全生育期循環曝氣處理S1對番茄莖粗的影響較其他曝氣處理差異無統計學意義,為了節約成本,果實膨大期進行循環曝氣處理更適合促進番茄莖粗的生長.

2.1.2對葉綠素含量的影響

表1為不同生育期曝氣處理番茄葉綠素含量變化.表中t為曝氣時間.

表1 不同生育期曝氣處理溫室番茄葉綠素含量變化Tab.1 Changes in chlorophyll content of tomato under aeration treatment at different growth stages mg/g

由表可知,各處理60 d(果實膨大期)番茄葉綠素含量均大于90 d(成熟期),60 d結果顯示,處理S2的Chla,Chlb及Chl含量最大,較處理S0分別增大3.80%,32.40%,18.00%.90 d結果顯示,處理S1的葉綠素含量最大,Chla,Chlb及Chl較處理S0分別增大16.00%,36.36%,27.59%,即全生育期曝氣處理S1對番茄葉綠素含量的影響具有統計學意義.方差分析結果表明,在60 d,曝氣時間因素對Chla,Chlb和Chl均在P=0.05水平下差異具有統計學意義;在90 d,曝氣時間因素對Chla在P=0.05水平下差異不具有統計學意義,曝氣時間因素對Chlb和Chl在P=0.05水平下差異具有統計學意義.因此,為提升溫室番茄葉綠素含量,更適宜在全生育期進行循環曝氣處理.

2.1.3對根系活力的影響

圖3為不同生育期曝氣處理番茄根系活力RLD變化.由圖可知,開花坐果期,在該時期循環曝氣處理有利于提高番茄根系活力,循環曝氣處理較不循環曝氣處理根系活力平均提升57.32%;果實膨大期,在該時期曝氣處理的溫室番茄根系活力顯著升高;成熟期,處理S1,S2,S3,S4較處理S0根系活力分別提升25.67%, 25.13%,16.04%,12.13%.處理S2與處理S1相比差異不具有統計學意義.方差分析表明,曝氣時間因素對開花坐果期和果實膨大期的番茄根系活力均在P=0.01水平下差異具有統計學意義,對成熟期根系活力在P=0.05水平下差異具有統計學意義,說明開花坐果和果實膨大期進行循環曝氣處理有利于提高溫室番茄根系活力.

圖3 不同生育期曝氣處理根系活力變化圖Fig.3 Dynamics of root viability under aerated treatment at different growth stages

2.2 不同生育期溫室番茄品質

2.2.1對番茄單果重及橫縱徑的影響

表2為不同生育期循環曝氣處理番茄果實形態(橫徑:D;縱徑:L)及單果質量(G).由表可知,循環曝氣處理S1,S2,S3,S4的溫室番茄單果質量較處理S0分別增大27.84%,33.02%,36.12%,16.45%,由此可知,處理S3最有利于提高溫室番茄單果質量.循環曝氣處理的溫室番茄果實橫縱徑高于對照組不曝氣處理,說明曝氣處理對提高溫室番茄單果橫縱徑有促進作用.處理S1,S2,S3,S4的橫徑較處理S0分別增加5.61%,8.59%,11.52%,3.54%;處理S1,S2,S3,S4的縱徑較處理S0分別增加10.66%,13.98%,20.28%,7.59%.說明單一生育期循環曝氣時,果實膨大期循環曝氣處理優于開花坐果期循環曝氣處理,故果實膨大期進行循環曝氣處理更有利于提高溫室番茄橫縱徑.

表2 不同生育期曝氣處理番茄果實形態及單果質量Tab.2 Aeration treatment of tomato fruit morphology and single fruit quality at diffe-rent growth stages

2.2.2對番茄品質的影響

表3為不同生育期循環曝氣處理番茄果實品質.

表3 不同生育期曝氣處理番茄果實品質Tab.3 Fruit quality of tomatoes treated with aera-tion at different growth stages

不同生育期循環曝氣處理對可溶性固形物CS、有機酸CO、糖酸比RSA、維生素C含量WVC、可溶性蛋白含量WP的影響均在P=0.05水平下差異具有統計學意義.對可溶性糖含量CSS的影響在P=0.05水平下差異不具有統計學意義.可溶性固形物含量的多少表征果實糖含量的高低,由表3可知,隨曝氣生育期的延長,可溶性固形物含量逐漸增多,處理S1,S2,S3,S4的可溶性固形物含量均顯著高于處理S0,其中,全生育期循環曝氣處理S1的溫室番茄可溶性固形物含量最高,較對照組處理S0提高29.25%,但處理S3的可溶性固形物含量與處理S1差異不具有統計學意義;處理S2維生素C含量最大,較處理S0高40.58%,處理S3維生素C含量較處理S0提高27.81%,但處理S3與處理S0差異不具有統計學意義,說明開花坐果與果實膨大期處理更有利于維生素含量的提高;處理S3糖酸比、可溶性糖含量及可溶性蛋白含量均較高,分別較處理S0高47.53%,12.65%,38.62%,處理S3有機酸含量最低,較處理S0低20.41%,說明處理S3在降低有機酸含量,提高可溶性糖和可溶性蛋白含量以及提升番茄糖酸比方面效果最佳.綜合考慮,果實膨大期曝氣處理更適宜提升溫室番茄果實品質.

3 討 論

文中將番茄整個生育時期劃分為開花坐果期、果實膨大期、成熟期這3個時期,探究各生育期及組合生育期循環曝氣處理對溫室番茄生長及品質的影響,發現單一生育期循環曝氣處理中,開花坐果期循環曝氣處理可促進番茄株高的生長,果實膨大期曝氣處理可促進番茄莖粗的生長,這與楊潤亞等[9],盧澤華等[10]研究結果類似.文中多生育期曝氣處理與單生育期曝氣處理相比,促進株高、莖粗生長方面效果不具有統計學意義.

葉綠素含量的高低能夠反映植物的生長狀況和葉片光合能力[11-12].文中發現全生育期循環曝氣處理可顯著提高葉綠素含量和根系活力,這與喬建磊等[13]研究結果一致.這是因為通過根區曝氣處理,可提升植物根系活力,使植物根系更好地吸收水分和營養物質,從而改善葉片光合作用能力.文中還發現曝氣處理根系活力普遍優于不曝氣處理,這與張倩等[14]研究結果類似.文中還發現番茄開花坐果和果實膨大期曝氣可顯著提高根系活力,在處理S2的基礎上,對溫室番茄成熟期繼續進行曝氣處理,溫室番茄根系活力提高較少,僅提高0.43%.

對比不同生育期曝氣處理單果質量,開花坐果期循環曝氣處理單果質量最低,這可能與開花坐果期循環曝氣造成植株徒長,致使后期果實膨大時營養供應不足有關.對單果質量而言,生育期連續循環曝氣效果不佳,成熟期循環曝氣單果質量下降,果實膨大期循環曝氣處理單果質量最高,這與盧澤華等[10]的研究結果一致.文中番茄品質指標中,可溶性固形物含量、有機酸含量、糖酸比、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量結果均為果實膨大期循環曝氣處理優于開花坐果期循環曝氣處理,這與甲宗霞[15]研究結果一致,可能與番茄開花坐果期循環曝氣導致植株體內營養物質更多地用于供應植株的生長有關[10],而果實膨大期循環曝氣通過影響葉片葉綠素含量和根系活力,使營養物質供應果實生長,從而提高了番茄單果質量及品質.可溶性固形物含量和可溶性糖含量的多少可以表征果實糖含量的高低,有機酸含量的高低表征果實酸度情況,糖酸比是衡量番茄口味的重要指標,維生素C含量是決定番茄品質優劣的重要營養成分,可溶性蛋白的積累能提高細胞的保水能力[16],文中果實膨大期循環曝氣處理的溫室番茄在口感方面最佳,細胞保水能力最強,在果實糖含量方面與全生育期曝氣處理無顯著差異,因此,果實膨大期循環曝氣處理對溫室番茄果實品質的促進效果更優.

4 結 論

1) 開花坐果期曝氣處理和開花坐果與果實膨大期曝氣處理,可顯著提高溫室番茄的株高,較對照組處理分別提高14.68%和14.10%;果實膨大期曝氣處理可顯著增加溫室番茄的莖粗,較對照組增大10.25%;全生育期循環曝氣處理可顯著提高葉綠素含量,較對照組提高27.59%;開花坐果與果實膨大期循環曝氣處理可顯著提高根系活力,較對照組處理提高25.13%.

2) 果實膨大期循環曝氣處理可顯著提高溫室番茄單果質量、糖酸比、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量,分別較對照組提高36.12%,47.53%,12.65%,38.62%,同時降低有機酸含量,較對照組降低20.41%;開花坐果與果實膨大期循環曝氣處理可顯著提高維生素C含量,較對照組處理提高40.58%;全生育期循環曝氣處理可顯著提高可溶性固形物含量,較對照組處理提高29.25%.

3) 對溫室番茄單一生育期進行循環曝氣處理時,果實膨大期循環曝氣處理的單果質量和果實品質(除維生素C含量)較開花坐果期循環曝氣處理更優,且維生素C含量差異不具有統計學意義;對溫室番茄開花坐果與果實膨大期進行循環曝氣處理時,與果實膨大期循環曝氣處理相比,僅維生素C含量更佳;對溫室番茄全生育期進行循環曝氣處理時,與果實膨大期循環曝氣處理相比,僅可溶性固形物含量和維生素C含量更佳,且二者可溶性固形物含量差異不具有統計學意義.因此可以選擇僅在溫室番茄果實膨大期進行循環曝氣處理.