循环曝气地下滴灌下温室番茄生长特性与产量研究

张 倩 曾 健 张振华 雷宏军 张 鹏 柳 栋

(1.山东农业大学水利土木工程学院， 泰安 271018； 2.鲁东大学资源与环境工程学院， 烟台 264025； 3.华北水利水电大学水利学院， 郑州 450011)

0 引言

作物在生长发育过程吸收水分和养分，需要根系供给氧气，土壤中氧气含量可直接影响作物根系呼吸和养分的吸收等，进而影响作物生长发育[1-2]。现代农业种植中，地下滴灌是公认的节水灌溉技术[3]。但是由于灌水后土壤充满水，气体被迫排出，以及使用化肥、机械压实等因素，造成土壤板结，土壤中氧气含量不足，从而抑制作物根系呼吸，制约作物生长发育，造成作物减产和品质降低[4-5]。PENDERGAST等[6]研究发现，地下滴灌滴头附近区域的氧气扩散率最低，长时间地下滴灌会导致滴头附近土壤缺氧；MACHADO等[7]研究发现，在地下滴灌条件下，作物根系通常因为吸收水分而分布在滴灌带滴头位置，因此作物根系经常处于低氧环境中；PAYERO等[8]试验表明土壤缺氧会导致作物产量降低；TAKESHI等[9]研究表明，根区土壤含氧量不足会限制根细胞能量供应，降低根系活力，影响根系对水分和养分的吸收，导致作物干物质积累不足，从而对作物植株生长产生不利影响。

曝气滴灌是利用文丘里加气设备将空气吸入到地下滴灌管道中进而将灌溉水和空气输送到作物根区土壤的技术[10]，已有研究成果表明，曝气滴灌可以提高作物产量和水分利用率，促进作物生长，提高作物产量[11-16]。曝气处理可显著提高果实的水分利用效率、干物质量、产量和瞬时叶片蒸腾速率[16-20]。

以往关于加气灌溉研究多集中于单因素处理或水气耦合、水肥耦合、滴管带埋深等复合多因素，主要关注加气灌溉对作物水分利用效率、产量及品质的提升[21-24]。有关肥气耦合的研究较少涉及，循环曝气地下滴灌条件下不同曝气水平和施肥水平复合因素下植株光合作用的研究较少。因此，本研究以对土壤通气性比较敏感的番茄为研究对象，设置不同的曝气量及施肥量，研究曝气量和施肥量不同肥气耦合作用对番茄生长特性、光合特性、叶绿素含量及产量的影响，探求最佳的灌溉施肥模式，以期为肥气耦合灌溉下番茄增产提供相关理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验在山东农业大学日光温室进行，日光温室高5.5 m，内宽13 m，东西长52 m，有效种植面积为450 m2。试验区属于温带大陆性半湿润季风区，年均日照时数2 627.1 h。土壤类型为棕壤土，土壤碱解氮质量比136.5 mg/kg，速效磷质量比51.72 mg/kg，速效钾质量比168.07 mg/kg，pH值为6.5，电导率(EC)为0.62 mS/cm。

供试作物番茄品种为京鲁6335，属中晚熟品种。日光温室内垄长10 m，宽0.8 m，临近两垄之间用埋深100 cm的塑料膜隔开，防止侧渗，一垄为一个试验小区。滴灌管管径为16 mm，滴头设计流量为2 L/h，滴头间距为33 cm，最大工作压力为0.2 MPa。按照滴头间距布置植株，水平距定植点约10 cm，埋深20 cm，每个小区供水管路单独控制，并配有精密的计量水表。所有小区施肥、灌溉、打药等田间管理措施均一致。

1.2 试验设计

试验设计两种灌水方式，分别为循环曝气地下滴灌(O)和地下滴灌(S，未进行曝气处理的灌溉，作为对照)，3个曝气水平(O1、O2、O3分别表示高、中、低曝气量(掺气比例分别为16.25%、14.58%、11.79%))和3个施肥水平(F1、F2、F3分别表示高施肥量(N、P2O5、K2O施加量分别为240、120、150 kg/hm2)、中施肥量(N、P2O5、K2O施加量分别为180、90、112.5 kg/hm2)、低施肥量(N、P2O5、K2O施加量分别为120、60、75 kg/hm2))。

共计12个试验处理(表1)，试验小区随机排列设计，每个处理3次重复，共36个小区。采用单垄双行的种植方式，垄长10 m，垄宽0.8 m。有研究表明滴灌管埋深25 cm为温室番茄种植的较优埋深[20,25]，本试验每垄铺设的滴灌带埋深设置为25 cm，滴灌带滴头间距33 cm，每垄种30株作物，每垄面积为8 m2(10 m×0.8 m)。为防止水分侧渗，垄与垄之间用塑料膜隔开，并设置保护行，以防处理之间相互影响。2019年9月22日定植，为保证成活率，定植当天浇透底水，所有小区的田间管理措施均一致，留到五穗果后打顶，全生育期约为120 d。

表1 试验设计方案Tab.1 Design scheme of experiment

灌水量由安置在温室内的E601型蒸发皿的蒸发量确定，以前一天08:00经24 h蒸发后的蒸发量为依据，当累积蒸发量达到20 mm左右时进行灌水，其计算公式为

I=AKcpEp

式中I——滴头每次的灌水量，mL

A——2个支管控制的小区面积，本试验为8 m2

Ep——2次灌水间隔温室内蒸发皿累积蒸发量，取20 mm

Kcp——蒸发皿系数，取1

曝气装置采用循环曝气装置，该装置可以实现作物的水肥气一体化灌溉。试验采用的滴灌管最大工作压力为0.2 MPa，有研究表明，随着工作压力的增大，曝气水流的掺气比例提高，曝气量可通过设置压力控制器工作压力来控制[26]。本试验设置0.15、0.1、0.05 MPa共3个压力水平调节高、中、低3个曝气水平，灌溉水源取自地下水，地下井水温度比较稳定，保持在18℃，该水温下，高曝气量(O1)、中曝气量(O2)、低曝气量(O3)掺气比例分别为16.25%、14.58%、11.79%。在灌水进入地下滴灌系统之前进行循环曝气处理，使水气同步混合后，通过地下滴灌系统将水气混合物输送到各个作物根区。

1.3 测定指标及方法

1.3.1生长指标测定

温室番茄株高和茎粗缓苗后20 d进行测量，每隔10 d测定一次，株高采用卷尺测量从植株底端至植株最高生长点的垂直距离，茎粗采用游标卡尺量取番茄第2、3片叶间茎干直径，每个小区随机选取6株测定，并做标记。

1.3.2光合指标测定

每个小区选取3株番茄植株，每株选取3片叶片，用CIRAS-3型光合测定系统随机选取充分受光、叶位一致的连体健康叶片测定叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(WUE)和气孔限制值(Ls)等气体交换参数。测定日期为定植后60 d(开花坐果期)和108 d(果实膨大期)，测定时间为09:00—11:00。

1.3.3叶绿素含量测定

定植后60 d(开花坐果期)和108 d(果实膨大期)，测定番茄叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量。叶绿素含量的测定方法为浸提液(45%乙醇、45%丙酮和10%蒸馏水)提取色素，用分光光度计比色法分别于663、645 nm处测定吸光度，计算其含量[27]。叶绿素含量测试选择充分受光、叶位一致的健康叶片，每小区选3株进行测量，每株选取3片叶片。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，SPSS 22.0统计软件进行数据分析，Origin Pro 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 肥气耦合处理对温室番茄生长特性的影响

图1为曝气灌溉处理温室番茄全生育期内株高的变化曲线。由图1可知，同一施肥水平曝气灌溉处理的番茄株高均大于不曝气灌溉处理，且均是高曝气灌溉处理番茄株高最高，中曝气灌溉处理其次，低曝气处理株高最低，因此同一施肥水平下，番茄株高随曝气灌溉曝气量的增大呈增高趋势。纵观整个生育期，曝气灌溉处理对番茄生育前期株高的影响较小，定植50 d之前，曝气灌溉处理对番茄株高的影响不显著(P>0.05)，定植50 d后各处理株高差异开始逐渐显著，到打顶前各处理株高达到最高，差异达极显著(P<0.01)。

图1 曝气灌溉处理温室番茄株高的变化曲线Fig.1 Variation curves of greenhouse tomato plant height under aerated irrigation treatment

由表2可知，番茄定植后30～50 d期间，曝气灌溉处理和不曝气灌溉处理番茄株高的日增长量差异不显著，其原因是此时番茄处于前期生育阶段，对土壤氧气的需求较小，因此，曝气灌溉在番茄生育前期对株高的影响不显著。番茄定植50～70 d、70～90 d期间，曝气灌溉处理番茄株高日增长量均较不曝气灌溉处理差异显著，高曝气灌溉处理株高日增长量最高，株高日增长量随曝气灌溉曝气量的升高呈增高趋势；定植90～110 d期间，番茄株高的日增长量明显放缓，所有试验处理的日增长量差异不显著，说明曝气灌溉处理在番茄生育后期对株高的影响不显著，曝气灌溉处理在番茄生育中期对株高增长的影响显著。

表2 株高分段日均增长量Tab.2 Per-day growth of height of tomato cm

图2为施肥处理温室番茄全生育期内株高的变化规律，从图中可看出，各试验处理的番茄株高均随生育期的推进呈逐渐增大趋势。高曝气灌溉水平，中肥处理番茄株高最高，高肥处理其次，低肥处理最低；中曝气灌溉和低曝气灌溉水平下，高肥处理番茄株高最高，中肥处理其次，低肥处理株高最低，说明高曝气灌溉水平，中肥处理促进番茄植株株高生长的效果最显著，中、低曝气灌溉水平，高肥处理促进番茄植株株高生长的效果最显著。定植30～50 d期间，同一曝气水平不同施肥处理番茄株高日增长量差异不显著(P>0.05)，定植50 d后番茄株高的差异逐渐显著，定植110 d各试验处理株高达到最大值，差异极显著(P<0.01)，定植90～110 d期间，各个曝气水平番茄株高增长速度均放缓，施肥水平在番茄的生育前期和生育后期对株高的日增长量影响不显著(P>0.05)。

图2 施肥处理温室番茄株高的变化曲线Fig.2 Variation curves of greenhouse tomato plant height under fertilization treatment

图3 曝气灌溉处理温室番茄茎粗的变化曲线Fig.3 Variation curves of greenhouse tomato stem diameter under aerated irrigation treatment

图3为曝气灌溉处理温室番茄全生育期内茎粗的变化曲线，由图可知，同一施肥水平曝气灌溉处理番茄茎粗均大于不曝气灌溉处理。高肥水平，中曝气灌溉处理番茄茎粗最大，其次是高曝气灌溉处理，低曝气灌溉处理番茄茎粗最小；中、低肥水平，高曝气灌溉处理茎粗最大，中曝气灌溉处理其次，低曝气灌溉处理最小，因此中、低肥水平，茎粗随曝气灌溉曝气量的增加呈增大趋势。纵观整个生育期，高肥水平，高、中、低曝气灌溉处理和不曝气灌溉处理对番茄茎粗变化的影响较小；中、低肥水平，随着植株的生长，高、中、低曝气灌溉和不曝气灌溉处理的番茄植株茎粗差异较大。定植50 d之前，曝气灌溉处理对番茄茎粗的影响不显著(P>0.05)，定植50 d后各处理的茎粗差异开始逐渐明显，定植50～70 d、70～90 d番茄茎粗差异达极显著水平(P<0.01)。

由表3可知，番茄定植后30～50 d期间，曝气灌溉处理和不曝气灌溉处理番茄茎粗的日增长量差异不显著，定植后50～70 d、70～90 d差异性达显著水平，其原因是随着植株不断生长，植物根系对氧气的需求量逐渐增大，土壤含氧量对植物生长发育的影响显现，在番茄生育中期(定植后50～90 d)，其茎粗的日均增长量最大，曝气灌溉对番茄茎粗的影响显著。定植后90～130 d是生育末期，这一阶段番茄处于果实采收期，番茄茎粗的日均增长量明显放缓，曝气灌溉对这一阶段番茄茎粗的影响不显著，由此可见，曝气灌溉处理在番茄生育中期对茎粗增长有显著影响。

表3 茎粗分段日均增长量Tab.3 Per-day growth of stem width of tomato mm

图4为施肥处理温室番茄全生育期内茎粗的变化曲线，从图中可看出，各试验处理的番茄茎粗均随生育期的推进呈逐渐增大趋势，高曝气灌溉水平下，中肥处理番茄茎粗最高，高肥处理其次，低肥处理最低；中曝气灌溉和低曝气灌溉水平，高肥处理番茄茎粗最大，中肥处理其次，低肥处理最小。说明高曝气灌溉水平，中肥处理促进番茄植株茎粗的增大效果最好，中、低曝气灌溉水平，高肥处理促进番茄植株茎粗增大效果最好。定植30～90 d是番茄茎粗的快速增长阶段，定植90～130 d，番茄生长后期茎粗的增长明显放缓。定植30～50 d曝气灌溉处理下不同施肥处理对番茄茎粗的影响不显著(P>0.05)，定植后50 d各处理的茎粗差异逐渐开始明显，定植后50～90 d番茄茎粗差异显著(0.01

图4 施肥处理温室番茄茎粗的变化曲线Fig.4 Variation curves of greenhouse tomato stem diameter under fertilization treatment

曝气灌溉不同施肥水平对番茄株高、茎粗的影响见表4，从表4可看出，同一施肥水平下，曝气灌溉处理的番茄株高、茎粗均大于不曝气灌溉处理，番茄株高和茎粗均随曝气量的增加呈增大趋势，且曝气灌溉对株高、茎粗的影响极显著(P<0.01)。高肥水平，高、中、低曝气灌溉处理番茄株高较不曝气灌溉处理分别显著增大14.12%、12.6%、10.2%，茎粗较不曝气灌溉处理分别增大0.68%、2.52%、0.48%；中肥水平，高、中、低曝气灌溉处理番茄株高较不曝气灌溉处理分别显著增大22.57%、5.64%、5.36%，茎粗较不曝气灌溉处理分别增大7.25%、3.17%、2.39%；低肥水平，高、中、低曝气灌溉处理番茄株高较不曝气灌溉处理分别显著增大11.77%、7.09%、2.52%，茎粗较不加气灌溉处理分别增大4.53%、4.17%、3.81%。施肥水平对番茄株高和茎粗影响极显著(P<0.01)，高曝气灌溉水平，中肥处理番茄株高和茎粗均达最大值，较高肥处理分别显著增大2.21%和3.11%，较低肥处理分别显著增大13.83%和4.89%。在交互作用下，曝气和施肥对番茄株高有显著性影响(P<0.05)，对番茄茎粗无显著影响(P>0.05)。

2.2 肥气耦合处理对番茄光合特性的影响

肥气耦合处理对番茄光合特性的影响见表5，开花坐果期和果实膨大期两次测定结果均表明曝气灌溉处理净光合速率Pn高于不曝气灌溉处理。在开花坐果期，同一施肥水平下，曝气灌溉处理Pn变化趋势相同，均随曝气量的升高而增大，高曝气灌溉处理番茄Pn最高，其次是中曝气灌溉处理，低曝气灌溉处理最低。而在果实膨大期，同一施肥水平下，除低肥水平时中曝气灌溉处理Pn略低于低曝气灌溉处理，高肥、中肥水平各处理Pn变化趋势相同，均随曝气量的升高而增大。且开花坐果期和果实膨大期内，高肥水平下，高曝气灌溉处理Pn分别较不曝气处理提高31.28%和30.77%，平均提高31.03%；中肥水平，开花坐果期和果实膨大期高曝气处理Pn分别较不曝气处理提高60.40%和44.52%，平均提高52.46%；低肥水平，开花坐果期和果实膨大期高曝气处理Pn分别较不曝气处理提高44.44%和42.03%，平均提高43.24%。开花坐果期番茄叶片气孔导度Gs大于果实膨大期，同一施肥水平下，开花坐果期Gs随曝气量的升高先减小后增大，果实膨大期，Gs随曝气量的升高而增大。中肥水平，Gs峰值出现在高曝气灌溉处理，分别较不曝气灌溉增大43.21%和78.07%，平均增大60.64%。开花坐果期Ci均高于果实膨大期，开花坐果期和果实膨大期两次测定结果均表明曝气灌溉处理番茄叶片Ci高于不曝气灌溉处理。且Ci的最大值均出现于高曝气中肥灌溉处理，分别较不曝气灌溉增大18.01%和31.98%，平均增大25.00%。曝气灌溉处理Tr高于不曝气灌溉处理，同一施肥水平下，开花坐果期和果实膨大期Tr均随曝气量的升高呈逐渐增大趋势。高肥水平，Tr峰值出现在高曝气灌溉处理，开花坐果期和果实膨大期Tr分别较不曝气灌溉处理提高13.65%和44.07%，平均提高28.86%；中肥水平，Tr峰值出现在高曝气处理，开花坐果期和果实膨大期Tr分别较不曝气处理提高38.05%和35.71%，平均提高36.88%。在开花坐果期，WUE随曝气量的升高而升高，高肥水平下，WUE由不曝气处理的2.93 mmol/mol升高至高曝气处理的3.5 mmol/mol，中肥水平，高曝气灌溉处理较不曝气处理WUE提高31.03%，低肥水平，WUE由不曝气处理的2.77 mmol/mol升高至高曝气处理的3.23 mmol/mol，果实膨大期测定结果表明番茄曝气灌溉处理WUE均高于不曝气灌溉处理。

表4 肥气耦合处理对温室番茄株高、茎粗的影响Tab.4 Effects of fertilizer-air coupling treatment on plant height and stem diameter in greenhouse tomato

表5 肥气耦合处理对温室番茄光合特性的影响Tab.5 Effects of different fertilizer-air coupling treatment on photosynthetic parameters in greenhouse tomato

开花坐果期和果实膨大期两次测定结果表明番茄曝气灌溉处理下Ls均高于不曝气灌溉处理，开花坐果期和果实膨大期Ls峰值均出现在高曝气中肥处理。方差分析表明，曝气处理对两个生育阶段内番茄叶片Pn、Gs、Ci(FEP除外)和Tr均有极显著影响(P<0.01)，对果实膨大期Tr及WUE有极显著影响(P<0.01)，对开花坐果期WUE及Ls有显著影响(P<0.05)。施肥处理对开花坐果期番茄Ci和果实膨大期Gs有显著影响(P<0.05)，对开花坐果期和果实膨大期番茄叶片Tr、WUE及Ls均影响不显著(P>0.05)。两因素交互作用对两个生育阶段内番茄Pn、Gs、Ci、Tr、WUE及Ls均无显著影响(P>0.05)。

2.3 肥气耦合处理对番茄功能叶片光合色素的影响

肥气耦合处理对番茄功能叶片光合色素含量(质量比)的影响见表6。开花坐果期和果实膨大期两次测定结果均表明曝气灌溉处理番茄叶片叶绿素a含量高于不曝气灌溉处理，同一施肥水平下，叶绿素a和叶绿素b含量均随曝气量的增大呈逐渐增大趋势，高曝气灌溉处理叶绿素a和叶绿素b含量最高，其次是中曝气灌溉处理，低曝气灌溉处理最低。开花坐果期和果实膨大期，高曝气灌溉处理较不曝气灌溉处理叶绿素a含量分别最大提高38.33%和28.00%，平均提高33.17%，叶绿素b含量分别最大提高54.55%和42.86%，平均提高48.71%。高曝气灌溉水平下，中肥处理番茄叶片叶绿素a和叶绿素b含量最高，高肥处理其次，低肥处理最低；中曝气灌溉和低曝气灌溉水平，高肥处理番茄叶片叶绿素a和叶绿素b含量最高，中肥处理其次，低肥处理最低，与温室番茄植株株高和茎粗变化规律一致。

表6 肥气耦合处理对番茄功能叶片光合色素含量的影响Tab.6 Effects of fertilizer-air coupling treatment on photosynthetic pigment content of greenhouse tomato functional leaves mg/g

开花坐果期和果实膨大期，曝气灌溉处理总叶绿素含量均高于不曝气灌溉处理，同一施肥水平下，总叶绿素含量均随曝气量的升高呈增大趋势。开花坐果期，总叶绿素含量在高曝气灌溉中肥处理达最大值1.17 mg/g，在不曝气灌溉低肥处理达最小值0.77 mg/g；果实膨大期，总叶绿素含量在高曝气中肥处理达最大值1.47 mg/g，在不曝气灌溉低肥处理达最小值1.04 mg/g。开花坐果期和果实膨大期的峰值均出现于高曝气中肥灌溉处理，较不曝气灌溉处理总叶绿素含量分别升高44.44%和33.64%。

方差分析表明，开花坐果期和果实膨大期，曝气处理对番茄叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量均有极显著影响(P<0.01)；开花坐果期，施肥处理对番茄叶片叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量影响均不显著(P>0.05)，果实膨大期，施肥处理对番茄叶片总叶绿素含量有显著影响(P<0.05)，对番茄叶片叶绿素a、叶绿素b含量影响均不显著(P>0.05)。两因素交互作用对开花坐果期和果实膨大期叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量影响均不显著(P>0.05)。

2.4 肥气耦合处理对番茄干物质积累量的影响

表7为肥气耦合处理对温室番茄植株开花坐果期和果实膨大期各部分干物质累积量的影响。由表可知，开花坐果期各试验处理番茄不同部位干物质积累量由大到小依次为叶、茎、果和根。果实膨大期各处理番茄不同部位干物质积累量由大到小依次为果、茎、叶和根。在同一施肥水平下，开花坐果期和果实膨大期曝气处理番茄干物质积累总量均高于不曝气处理，高曝气灌溉处理干物质积累总量较不曝气灌溉处理分别最大提高31.66%和36.95%，干质量积累总量总体上均随曝气量升高呈升高趋势，高曝气灌溉处理干物质积累总量最高。开花坐果期内，除低曝气灌溉高肥处理干物质积累总量略低于低曝气中肥处理外，同一曝气水平下，干质量积累总量总体上随施肥量升高呈升高趋势，高曝气高肥处理较高曝气中肥处理和高曝气低肥处理干质量积累总量提高3.61%和11.89%。果实膨大期，同一曝气水平下干质量积累总量总体上随施肥量升高呈先升高后降低趋势，中肥处理干质量积累总量最大，高曝气中肥处理果实干物质量和干质量积累总量较高曝气低肥处理分别提高26.36%和19.13%。

表7 肥气耦合处理对温室番茄植株各组成部分干物质积累量的影响Tab.7 Effects of different fertilizer-air coupling treatments on dry matter partitioning of greenhouse tomato g

方差分析表明，开花坐果期，曝气处理对番茄根干物质积累量有极显著影响(P<0.01)，对茎、果和干物质积累总量有显著影响(P<0.05)；施肥处理除对番茄根干物质积累量影响显著(P<0.05)，对茎、叶和果干物质积累总量均影响不显著(P>0.05)。果实膨大期，曝气处理对番茄根、茎、叶和果干物质积累总量均有极显著影响(P<0.01)；施肥处理除对番茄根、茎和果干物质积累量有显著影响(P<0.05)，对叶和干物质积累总量影响不显著(P>0.05)。两因素交互作用对果实膨大期根、茎干物质积累量影响显著(P<0.05)。

2.5 肥气耦合处理对番茄产量的影响

表8为肥气耦合处理对番茄单株产量和单果质量的影响。由表可知，同一施肥水平下，除中曝气灌溉中肥处理番茄单株产量略低于低曝气灌溉中肥处理外，番茄单株产量和单果质量均随曝气量的升高呈升高趋势，最高单株产量出现在高曝气灌溉中肥处理，最低单株产量出现在低曝气灌溉低肥处理，最高单果质量出现在高曝气灌溉中肥处理，最低单果质量出现在低曝气低肥处理。高肥水平，高曝气灌溉处理单株产量和单果质量较不曝气灌溉处理提高8.46%和4.73%。中肥水平，高曝气灌溉处理单株产量和单果质量较不曝气灌溉处理提高12.80%和19.51%。低肥水平，高曝气灌溉处理单株产量和单果质量较不曝气灌溉处理提高9.28%和12.09%。单因素中曝气处理对番茄单株产量和单果质量均有极显著影响(P<0.01)，施肥处理对单株产量有极显著影响(P<0.01)，对单果质量有显著影响(0.01

表8 肥气耦合处理温室番茄单株产量和单果质量Tab.8 Yield and fruit quality of greenhouse tomato under fertilizer and air coupling treatment g

表9表明，各曝气水平下，曝气灌溉处理番茄单株产量与植株的株高、茎粗和净光合速率相关系数较不曝气灌溉处理高，随着曝气量的升高，番茄产量与植株各生长指标相关性也呈升高趋势。高曝气灌溉处理番茄产量与植株各生长指标相关系数最高，为0.4左右，而中、低曝气灌溉处理相关系数差异不大，均为0.3左右。由此可知，高曝气灌溉处理番茄产量与植株各生长指标相关性相较于中、低曝气灌溉处理高，由大到小依次为净光合速率、株高和茎粗。各施肥水平下，中肥处理番茄产量与植株各生长指标相关系数最高，高肥处理次之，低肥处理相关系数最低。循环曝气地下滴灌肥气耦合下，全部处理的番茄产量与植株的株高、茎粗和净光合速率均呈现极显著正相关关系(P<0.01)，番茄产量与株高相关系数最大，为0.473，与净光合速率相关系数次之，为0.427，与植株茎粗相关系数最小，为0.377。由此可知，肥气耦合条件下番茄产量与植株各生长指标的相关系数差异较大，番茄产量与植株各生长指标相关性由大到小依次为株高、净光合速率和茎粗。

表9 各试验处理条件下温室番茄单株产量与植株的株高、茎粗、净光合速率的相关系数Tab.9 Correlation coefficients among fruit yield，plant height，stem diameter and photosynthetic rate

3 讨论

已有研究表明曝气地下滴灌可以改善作物根区土体内氧气含量，有效缓解土壤的低氧胁迫，从而促进土壤呼吸[15]，土壤缺氧环境的改善对作物的生长有积极影响，促进作物植株的生长发育[28]。LI等[29]通过试验向土壤中加气，研究发现曝气处理的番茄株高和茎粗均较不曝气处理显著增大。朱艳等[25]对番茄进行曝气处理发现，茎粗和叶面积对加气灌溉存在极显著的积极响应，加气灌溉处理番茄植株茎粗和叶面积较不加气灌溉处理分别显著增大4.55%和16.21%。BHATTARAI等[30]研究也表明加气灌溉处理棉花植株的茎粗显著增大了6.86%。本试验中番茄植株在高、中、低3个曝气水平下株高和茎粗较不曝气灌溉处理增长极显著，株高分别最大显著增长14.12%、22.57%和11.78%，茎粗分别最大显著增大2.52%、7.24%和4.53%，这与前人的研究结果相似。在曝气灌溉条件下，提高施肥量有利于植株株高和茎粗的生长[31-32]，但本试验在高曝气水平时，增加施肥量番茄株高、茎粗反而降低。说明低肥和高肥水平均抑制番茄的植株生长，中肥水平能显著促进番茄苗期生长发育，改善植株生长状况。这均表明曝气灌溉有效改善了作物根系的通气状况，进而对番茄生长发育产生了积极的影响作用。

光合作用利用叶绿素等光合色素，将二氧化碳和水转化为有机物并贮存起来。叶片气孔是作物进行气体交换的主要场所，蒸腾作用为水分、养分的吸收提供动力，净光合速率是光合作用强弱的一个重要反映[33-34]。气孔导度表示植物气孔的开张程度，影响植物的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用，温室番茄叶片的气孔导度除了受土壤水分的制约外，还受到气温和大气湿度等多种环境因子的影响[29]。本试验表明，相较于不曝气处理，曝气处理下番茄叶片气孔导度增加，气孔限制值升高，胞间CO2浓度升高，蒸腾速率升高，与此同时，植株的净光合速率也升高。另一方面，根区加气处理使得叶绿素a和叶绿素b含量升高，叶绿素作为光合反应中心色素起着捕获光能和分离电荷的双重作用[33]。因此，叶绿素含量的升高进一步促进了净光合反应速率的升高。本试验中开花坐果期和果实膨大期内曝气处理均能显著提高净光合速率。李元等[20]发现，加气灌溉改善根区气体环境，能够显著提高番茄叶片叶绿素含量及光合反应速率，这与本试验得到循环曝气处理显著提高番茄叶片净光合速率相一致。试验中，开花坐果期和果实膨大期同一施肥水平下高曝气、中曝气处理气孔导度均较不曝气处理有显著提高，曝气处理有利于气孔的开放。该结果表明对根区土壤进行循环曝气在一定程度上促进植株叶片气孔的开放，有利于增加光合反应的原料(CO2)。其次，开花坐果期和果实膨大期内叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量对曝气处理均有积极响应，相较于不曝气处理均有显著提高。然而，方差分析表明施肥处理对植株净光合速率影响不显著，这与赵策等[31]发现施肥量对辣椒净光合速率有显著影响并不一致，这可能是施肥量设置水平不同以及试验材料不同引起的，其次，土壤质地不同也可能是造成结果不一致的主要原因，同时土壤中养分的不足或过量，在作物生长期间，可能抑制了植物的各种生理过程，进而影响光合作用。曝气处理使番茄叶片叶绿素含量和气孔导度增加，促使净光合速率提高，因而植株干物质积累和产量增加。本试验中，曝气水平对开花坐果期和果实膨大期番茄根、茎、叶和果的干质量积累量均影响显著，曝气处理番茄根、茎、叶和果的干物质积累量较不曝气处理显著增大(表7)。这与之前研究得到根区加气能够提高作物产量、单果质量一致[25]。

本试验发现(表9)，高曝气水平下番茄单株产量与植株的株高、茎粗和净光合速率均呈极显著正相关关系(P<0.01)，这表明高曝气处理番茄株高、茎粗及净光合速率与产量有密切关系。曝气灌溉处理在改善土壤环境和作物根系生长的基础上，促进番茄植株株高、茎粗生长和光合作用，进而有利于植株各部位干物质积累，提高作物产量。相较于不曝气地下滴灌，曝气灌溉处理单株产量、单果质量分别显著增大21.04%、11.14%。循环曝气地下滴灌肥气耦合处理中，高曝气灌溉处理和中肥处理番茄产量与植株的株高、茎粗和净光合速率相关系数最高(表9)。由此可知，本试验中在中肥水平下进行高曝气灌溉对植株生长、番茄产量的积极影响效应更明显。BHATTARAI等[24,35]试验表明加气灌溉下温室番茄产量的增长主要归因于单果质量和果实干物质积累量的增加，与本研究结果一致。本试验中，番茄产量随曝气量的升高呈升高趋势，但随施肥量的升高呈先升高后降低的趋势，中肥水平下番茄产量最高，说明在保证曝气量相同的前提下高肥水平并没有促进产量增加。可能是由于高肥引起植株徒长，影响番茄开花结果，导致坐果率低，对番茄的单株产量产生不利作用，而低肥水平下的产量最低，说明在番茄的生长发育过程中过低的施肥量使得番茄处于缺少营养的状态，不利于作物果实产量的积累。曝气处理和施肥处理对温室番茄生长指标、单株产量和单果质量存在显著性影响，但影响规律并不一致，曝气处理影响较施肥处理高，温室番茄生长指标、单株产量和单果质量均随曝气量的升高呈升高趋势，随施肥量的升高呈先升高后降低的趋势，最佳曝气水平为高曝气水平，最佳施肥水平为中肥水平，双因素交互作用对单株产量和单果质量影响不显著，可能是曝气处理在不同施肥水平对温室番茄生长指标、单株产量和单果质量有不同影响，双因素同时作用较单一因素的影响减弱，交互作用抵消了各自单因素影响。综合分析番茄植株生长指标、光合特性、干物质积累量和番茄产量，高曝气灌溉中肥水平是本试验条件下温室番茄较优的曝气施肥模式。

4 结论

(1)循环曝气地下滴灌对温室番茄生长指标、光合作用均有显著影响，高曝气中肥处理番茄株高、茎粗、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶绿素a含量和叶绿素b含量均高于其他试验处理。

(2)同一施肥水平下，曝气处理番茄干物质积累总量均高于不曝气处理，高曝气灌溉处理干物质积累总量较不曝气灌溉处理分别最大提高31.66%和36.95%，高曝气灌溉处理干物质积累总量最高，低曝气灌溉处理最低。番茄单株产量和单果质量均随曝气量的升高呈升高趋势，最高单株产量出现在高曝气灌溉中肥处理，最低单株产量出现在低曝气灌溉低肥处理，最高单果质量出现在高曝气灌溉中肥处理，最低单果质量出现在低曝气灌溉低肥处理。

(3)循环曝气地下滴灌肥气耦合下番茄单株产量与植株株高、茎粗和净光合速率均呈现极显著正相关(P<0.01)，高曝气灌溉中肥处理番茄产量与植株株高、茎粗和净光合速率相关系数高于其他试验处理。因此，综合考虑肥气耦合各试验处理对番茄植株生长特性、光合特性、干物质积累量和番茄产量的影响，高曝气灌溉中肥处理(掺气比例16.25%，N、P2O5、K2O施加量为180、90、112.5 kg/hm2)是本试验推荐的山东地区温室番茄较优的肥气耦合灌溉模式。