微咸水灌溉对设施番茄生长以及产量和品质的影响

姚玉涛，张国新，孙叶烁，丁守鹏

（1.河北省农林科学院滨海农业研究所/河北省盐碱地绿化工程技术研究中心/唐山市植物耐盐研究重点实验室，河北 曹妃甸 063200）

近年来，随着我国淡水资源的匮乏，微咸水利用越来越受到人们的广泛关注。据统计，我国微咸水储量达277 亿m3/a，其中可开采量为130 亿m3/a，且绝大部分位于地下10～100 m 处，易开采[1]，因此，开发利用微咸水资源对于缓解我国水资源矛盾、节约淡水资源、扩大农业用水来源等具有重要意义。

国内外在利用微咸水灌溉方面已经进行了大量实践，结果显示，微咸水灌溉不仅可有效缓解地区降水量少、农田灌溉水资源短缺的现状，还可提高一些作物的品质。利用微咸水与淡水混合灌溉设施番茄，能够提高番茄果实的硬度、颜色和甜度[2]。利用微咸水灌溉黄瓜和甜瓜等对盐分中等敏感的作物，能够提高黄瓜的灌溉水利用效率和甜瓜品质[3，4]。利用微咸水直接灌溉的番茄果实含糖量显著高于淡水灌溉，原因是微咸水灌溉可使番茄叶片和果实中的己糖含量增加，蔗糖转运蛋白和转化酶活性增强，从而提高番茄果实的含糖量。微咸水中的矿化物含量往往较高，其通过渗透作用、盐离子作用和土壤理化性状的变化，影响作物生长以及果实产量和品质[3～6]。目前农业生产中对设施番茄水分调控和养分调控等相关研究较多，但对微咸水灌溉条件下设施番茄光合特性、水分利用效率以及产量和品质的研究较少。本研究以春茬设施番茄为研究对象，分析不同矿化度微咸水灌溉对设施番茄植株生长、果实品质以及水分利用效率的影响，旨为华北淡水资源相对匮乏地区进行微咸水安全灌溉提供理论依据，也可为水资源可持续发展战略实施提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为纽内姆1618。该品种生育期较短，但耐盐性较好、适应性强、长势旺、抗病性强、产量高、品质优良，是目前深受欢迎的设施番茄品种之一。

供试微咸水取自河北省农林科学院滨海农业研究所综合试验基地的咸水井，全盐含量11.25 g/L（表1），其他重金属含量均达到农田灌溉水质标准（GB/T 5084—2005）[7]。

表1 供试微咸水的水质Table 1 Quality of brackish water tested

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验在河北省农林科学院滨海农业研究所综合试验基地进行，0～30 cm 不同深度耕层土壤的基本理化性质存在一定差异（表2）。2019 年4月20 日开始番茄育苗；5 月20 日选择株高10 cm左右的秧苗移栽，穴植，株距40 cm、行距40 cm，栽前整地时底施农家肥10 000 kg/hm2和磷酸二铵5 250 kg/m2。栽植后至开花期用淡水灌溉，进入开花期后进行微咸水灌溉处理。试验微咸水矿化度设3 g/L（T）1、4 g/L（T）2、5 g/L（T）3和6 g/L（T）44 个处理，以淡水处理为对照（CK），灌溉方式均为滴灌（每畦在2 行作物根部5 cm 处铺设1 条滴灌带，滴头间距20 cm），水压采用重力式（将高0.6 m、容积280 L 的圆形卧式水桶置于距地面高2.0 m 处），平均流量1.5 L/h。小区长5.0 m、宽0.4 m，完全随机区组排列，3 次重复。番茄其他田间管理措施同常规。

1.2.2 测定项目与方法 番茄定植以后，每小区均选择长势一致的番茄植株5 株进行挂牌标记，定株测定相关指标。结果取平均值。

1.2.2.1 植株生长指标。在植株开花期，用卷尺（精度0.01 m） 测量株高；用游标卡尺（精度0.001 m）测量茎粗。

表2 不同深度土壤的基本理化性质Table 2 Basic physicochemical properties of soils at different depths

1.2.2.2 叶片光合指标。在植株开花期，从根部向上第4 片叶起，每株选取8 片叶，用SPAD-502 手持叶绿素仪测定叶片叶绿素含量（SPAD 值）；用Li-6400 型便携式光合仪测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2浓度 （Ci） 和蒸腾速率 （Tr）。

1.2.2.3 果实品质。每株选取第二穗番茄果实3 个，利用硬度计测定果实硬度；采用二氯酚靛酚滴定法测定Vc 含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用便携式果实糖度测定仪测定可溶性固形物含量；采用酸碱滴定法测定有机酸含量；采用分光光度法测定番茄红素含量。

1.3.2.4 产量及水分利用效率。每株保留3 穗果实，每穗果实成熟后分别采收，用电子秤（精度0.01 kg）称重，折合单位面积产量。计算番茄整个生育期对淡水和微咸水的水分利用效率（WUE）：

WUE=产量/生育期总灌水量

1.2.3 数据处理与分析 利用Microsoft Office Excel软件进行试验数据处理与分析，利用SPSS 22.0 软件进行方差分析（one-way ANOVA）及显著性检验。

2 结果与分析

2.1 微咸水灌溉对设施番茄生长的影响

微咸水灌溉处理的番茄株高均＜CK，但不同矿化度微咸水处理之间及其与CK 之间的株高差异均不显著（图1）。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会抑制番茄株高生长，但试验矿化度范围内影响均不显著。

图1 微咸水灌溉对设施番茄株高的影响Fig.1 Effect of brackish water irrigation on plant height of tomato in facility

微咸水灌溉处理的番茄茎粗均＜CK，除T4处理外，其他处理与CK 差异均不显著；指标值随微咸水矿化度的增加而逐渐降低，但不同矿化度处理之间差异均不显著（图2）。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会抑制番茄茎粗生长，其中矿化度为3～5 g/L 时影响不显著。

图2 微咸水灌溉对设施番茄茎粗的影响Fig.2 Effect of brackish water irrigation on stem diameter of tomato in facility

2.2 微咸水灌溉对设施番茄叶片叶绿素含量及光合特性的影响

2.2.1 对叶绿素含量的影响 微咸水灌溉处理的番茄叶片SPAD 值均显著＜CK，降幅为2.59%～4.50%；指标值随微咸水矿化度的增加而逐渐降低，不同矿化度处理之间差异较大，其中T1、T2和T3处理三者差异均不显著，但T1和T2处理与T4处理差异达到了显著水平（图3）。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会导致番茄叶片叶绿素含量明显降低，且这种作用随着灌溉水矿化度的增加而递增，其中矿化度3～5 g/L 微咸水处理之间的叶片SPAD 值差异不大。

图3 微咸水灌溉对设施番茄叶片叶绿素含量的影响Fig.3 Effect of brackish water irrigation on chlorophyll content of tomato leaves in facility

2.2.2 对光合特性的影响 微咸水灌溉处理的番茄叶片 Pn、Gs 和 Tr 均＜CK，其中 T1处理的 Pn 和 Gs 与CK 差异不显著，而其他指标与CK 差异均达到了显著水平；Ci 除T2处理略＞CK 外，其他处理均显著＜CK（表3）。随着微咸水矿化度的增加，叶片Pn、Gs 和Tr 均逐渐降低，Ci 顺序为 T2处理＞T1处理＞T3处理＞T4处理，不同矿化度处理之间差异均达到了显著水平。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会导致番茄叶片光合特性降低，且这种作用基本随灌溉水矿化度的增加而增加，其中矿化度为3 g/L 时对叶片Pn 和Gs 影响不大，矿化度为4 g/L 时对叶片Ci 影响不大。

在所有处理中，T4处理的光合特性指标均为最低，与CK 和T1处理相比，Pn 分别降低了36.48%和33.03%，Gs 分别降低了43.72%和41.44%，Ci 分别降低了16.21%和11.01%，Tr 分别降低了 55.72%和51.34%。表明利用矿化度为6 g/L 的微咸水灌溉对番茄植株光合作用抑制最大。

表3 微咸水灌溉对设施番茄光合特性的影响Table 3 Effects of brackish water irrigation on photosynthetic characteristics of tomato plants in facility

2.3 微咸水灌溉对设施番茄果实品质的影响

微咸水灌溉处理的番茄果实硬度为0.157 ～0.211 kg/cm2，均显著＞CK，增幅为18.05%～58.65%；指标值随灌溉水矿化度的增加呈增加—降低—增加的变化，顺序为 T4处理＞T2处理＞T3处理＞T1处理，不同矿化度处理之间差异均达到了显著水平（表4）。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会显著提高番茄果实硬度，其中矿化度为6 g/L 时硬度最大，矿化度为4 g/L时硬度次之。

微咸水灌溉处理的番茄果实Vc 含量为152.4～200.2 mg/kg，均显著＞CK，增幅为 23.10%～61.71%；指标值随灌溉水矿化度的增加呈先增加后降低的变化，顺序为 T2处理＞T3处理＞T4处理＞T1处理，不同矿化度处理之间差异较大，其中T2与T3处理差异不显著，但二者均与其他2 个处理差异达到了显著水平。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会显著提高番茄果实Vc 含量，其中矿化度为4～5 g/L 时效果更好。

微咸水灌溉处理的番茄果实可溶性固形物含量为6.84%～7.37%，均显著＞CK，增幅为25.50%～35.23%；指标值随灌溉水矿化度的增加呈先增加后降低的变化，顺序为 T3处理＞T4处理＞T2处理＞T1处理，不同矿化度处理之间差异较大，其中T2与T4处理差异不显著，但二者均与其他2 个处理差异达到了显著水平。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会显著提高番茄果实可溶性固形物含量，其中矿化度为5 g/L 时效果最好，其次是矿化度为4 和6 g/L。

微咸水灌溉处理的番茄果实有机酸含量为0.258%～0.291%，其中T2和T4处理的指标值＜CK，降幅分别为2.21%和4.80%，但T4处理与CK 差异达到了显著水平；指标值随灌溉水矿化度增加表现出的变化规律不明显，顺序为 T4处理＜T2处理＜T1处理＜T3处理，不同矿化度处理之间差异较大，其中T4与T2处理差异显著，且二者均与其他2 个处理差异也达到了显著水平，而T1与T3处理差异不显著。表明与淡水灌溉相比，利用矿化度为4 和6 g/L 的微咸水灌溉会降低番茄果实有机酸含量，其中矿化度为6 g/L 时效果显著。

微咸水灌溉处理的果实番茄红素含量为654.052～742.988 μg/kg，均显著＞CK，增幅为 2.85%～16.83%；指标值随灌溉水矿化度的增加呈先增加后降低的变化，顺序为 T3处理＞T2处理＞T4处理＞T1处理，不同矿化度处理之间差异均达到了显著水平。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会显著提高果实番茄红素含量，其中矿化度为5 g/L 时效果最好，其次是矿化度为4 g/L。

表4 微咸水灌溉对设施番茄果实品质的影响Table 4 Effect of brackish water irrigation on fruit quality of tomato in facility

2.4 微咸水灌溉对设施番茄产量及水分利用效率的影响

微咸水灌溉处理的番茄产量为118.52～215.05 t/hm2，WUE 为 86.72 ～161.75 kg/m3，均 ＜CK， 降幅 分别 为7.16%～48.83%和4.57%～48.83%，其中T1处理的指标值与CK 差异均不显著，其他处理指标值与CK 差异均达到了显著水平；指标值均随灌溉水矿化度的增加而逐渐降低，不同矿化度处理之间差异均达到了显著水平（表5）。表明与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会导致番茄产量和水分利用效率降低，其中矿化度为3 g/L时对番茄产量和水分利用效率影响不大。

表5 微咸水灌溉对设施番茄产量及水分利用效率的影响Table 5 Effects of brackish water irrigation on yield and water use efficiency of tomato in facility

3 结论与讨论

开发与利用微咸水资源是实现农业可持续发展的希望所在，具有十分重要的现实意义。利用微咸水灌溉不仅可以缓解淡水资源短缺问题，提高微咸水资源利用效率，还可以在一定程度上提高作物品质以及果菜的风味和口感[8]。

Li 等[9]研究了咸水灌溉对塔克拉玛干沙漠防护林生长及土壤发育的影响，结果表明，咸水灌溉对适应性植物的正常生长影响不大，这可能是与植物通过调整根系形态对盐胁迫产生了一定的适应性有关。Jianshe Li 等[10]研究表明，高盐环境胁迫下，作物生长过程中尤其是在果实发育以前，虽然叶面积指数、株高等生长指标会受到不同程度的抑制，但是在生长后期（果实发育期以后）可以提高果实的综合品质。吴蕴玉等[11]研究表明，低水高盐处理虽然会导致番茄叶面积最大值降低，但能够明显提高番茄果实的硬度、可溶性固形物含量、总酸含量、Vc 含量和糖酸比。Omer 等[12]研究了苦咸水灌溉对盐生植物蒸散、生长和离子吸收的影响，结果表明，与对照相比，苦咸水对2 个参试物种番茄和黄瓜的干生物量产量影响均不显著，但对植株生长产生了一定的抑制作用。本研究结果表明，与淡水灌溉相比，利用矿化度3～6 g/L的微咸水灌溉会导致设施番茄株高降低，但影响均不显著；茎粗变细，指标值随着灌溉水矿化度的增加而逐渐降低，其中矿化度为3～5 g/L 时茎粗与CK 差异不大；叶片叶绿素含量明显降低，指标值随着灌溉水矿化度的增加而逐渐降低，其中矿化度3～5 g/L 微咸水处理之间的叶绿素含量差异不显著；叶片净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率降低，除胞间CO2浓度表现为随着灌溉水矿化度的增加呈先增加后降低外，其他3 个指标均表现为随灌溉水矿化度的增加而逐渐降低，其中矿化度为3 g/L 时对净光合速率和气孔导度影响不大，矿化度为4 g/L 时对胞间CO2浓度影响不大。

Mizrahi 等[13]发现，温室沙土栽培的番茄在生长中后期用3 dS/m 的稀释海水灌溉，番茄产量与对照相比变化不大，但品质提高。Pasternak 等[14]在以色列沙壤土栽培番茄上的研究发现，用6.2 dS/m 的微咸水高频灌溉（滴灌5 次/d），番茄生长和产量与对照处理相比均不会受到明显影响。Mitchell 等[15]在加利福尼亚州黏壤土栽培番茄上的研究表明，用8.1 dS/m 的咸水沟灌可以获得令人满意的经济产量。张璐瑶等[16]研究了不同矿化度微咸水灌溉对压砂地欧李光合作用以及产量和品质的影响，结果表明，矿化度2.35 g/L 处理的欧李叶绿素、单果重、单位面积产量和灌溉水分生产效率均与淡水处理无显著差异，矿化度4.07 g/L 处理的欧李品质显著优于淡水处理；矿化度2.35 g/L 处理的欧李光合作用和产量等指标均优于矿化度4.07 g/L 处理，但果实品质以矿化度4.07 g/L 处理较优。本研究结果显示，与淡水灌溉相比，微咸水灌溉会导致番茄产量和水分利用效率降低，且这种作用随着灌溉水矿化度的增加而明显增强，其中矿化度为3 g/L 时指标值降低不显著；明显提高果实硬度以及Vc、可溶性固形物和番茄红素含量，随着灌溉水矿化度的增加，指标值除果实硬度呈增加—降低—增加外，其他3 个指标均呈先增加后降低的变化；果实有机酸含量变化规律不明显，其中矿化度为4 和6 g/L 时可以降低果实的有机酸含量，但矿化度为3 g/L 时效果不显著。

微咸水灌溉对于华北地区设施节水蔬菜发展具有深远的现实意义。为防止土壤次生盐渍化，需对微咸水灌溉的设施土壤区域进行长期盐分含量监测，以便及时采取相应的降盐措施，如暗管排盐、大水压盐等。