不同生育期曝气滴灌对温室番茄生长品质影响

邓云鹏,王猛猛,戴魁冠,张鹏,张倩*

(1. 山东农业大学水利土木工程学院, 山东 泰安 271018;2. 临沂水总建设集团有限公司,山东 临沂 276000)

地下滴灌已成为微灌技术应用的典型形式之一[1],有利于增加番茄产量.在高效的滴灌过程中,灌溉水驱赶土壤孔隙中的空气,可能造成土壤通气状况不良,而土壤通气性对作物正常的生长发育至关重要[2],植株根区土壤含氧量不足会造成根区低氧胁迫,影响作物正常的生理代谢和生长发育[3],而增氧地下滴灌能够有效改善土壤通气性.雷宏军等[4]研究发现,黄黏土条件下的循环曝气灌溉处理能够促进番茄果实成熟,有效提高作物产量,改善番茄品质.唐志瀚[5]研究发现,高曝气量(掺气比例17.25%)、中施肥量(N,P2O5和K2O的施肥量分别为180,90,112.5 kg/hm2)、中灌水量(蒸发皿作物系数Kcp为0.75)处理是温室番茄较优的水肥气耦合灌溉模式.

循环曝气地下滴灌可以促进植株根部对水分和养分的吸收,增加作物干物质积累,提高水分利用效率及作物产量.雷宏军等[6]研究了紫茄生长及养分利用对增氧地下滴灌的响应,结果表明,与常规灌溉相比,增氧灌溉能显著提高作物根的鲜质量和根系活力,且循环曝气滴灌对紫茄的提升效果最优.赵丰云等[7]研究地下穴贮滴灌条件下根际注气对葡萄幼苗生长的影响,发现地下穴贮滴灌根际注气可促进葡萄新梢增长,茎粗增加,显著提高葡萄新梢、细根等植株干物质量的积累.李元等[8]发现加气处理能改善根际土壤气体环境,提高果实横、纵径及果肉厚,进而增加单果质量.

国内外研究证明了循环曝气地下滴灌在提高水肥利用效率、作物产量及改善作物品质等方面的优越性,针对滴灌管埋深、施肥量、曝气值等方面均已取得大量的研究成果,但关于不同生育期循环曝气处理对作物产量品质影响的研究匮乏,文中针对温室番茄不同生育时期进行循环曝气地下滴灌处理,研究其对番茄生长和品质的影响,旨在找到最适合的循环曝气时期,降低加气成本,为建立高产、高效、节水的循环曝气地下滴灌模式提供理论依据和技术参考.

1 试验材料与方法

1.1 研究区概况

试验在山东农业大学日光温室中进行,日光温室高5.5 m,宽13.0 m,长52.0 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,土壤碱解氮质量比为136.50 mg/kg,速效磷质量比为51.72 mg/kg,速效钾质量比为168.07 mg/kg,pH为6.5,电导率EC为0.62 mS/cm.

1.2 试验设计及田间布置

日光温室内垄长8.0 m,宽0.8 m,临近2垄之间用埋深100 cm的塑料膜隔开,防止侧渗,1垄为1个试验小区,共计5个试验处理(S0:全生育期不曝气;S1:全生育期曝气;S2:开花坐果与果实膨大期曝气;S3:果实膨大期曝气;S4:开花坐果期曝气).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,埋深为15 cm,工作压力设置为0.15 MPa.按照管道间距布置植株,供试作物番茄品种为红千禧,属早熟品种,株距约24 cm,每个小区供水管路单独控制,并配有精密的计量水表.采用可实现作物水肥气一体化灌溉的循环曝气装置(专利号为CN103314697A),灌溉水在装置中进行15 min曝气处理,使水气充分混合后经由滴灌带输送到各试验小区.灌水量由安置于田间的E601型蒸发皿经24 h蒸发后的蒸发量为依据,当累积蒸发量读数达到约20 mm时进行灌水,灌水量计算公式为

I=AKcpEp,

(1)

式中:I为单个滴头每次的灌水量,mL;A为每2个支管控制的小区面积,A为0.8 m×10.0 m;Ep为2次灌水间隔温室内的蒸发皿累积蒸发量值,Ep=20 mm;Kcp为蒸发皿作物系数,Kcp取0.75.

1.3 测定项目及方法

2) 叶绿素含量测定:定植后果实膨大期(60 d)和成熟期(90 d),测定番茄叶片叶绿素a含量Chla、叶绿素b含量Chlb和叶绿素含量Chl. 选择充分受光、叶位一致的健康叶片,每小区选3株,每株选3个叶片,浸提液(45%乙醇、45%丙酮和10%蒸馏水)提取色素后,用分光光度计比色法分别于663 nm, 645 nm处测定吸光度并计算叶绿素含量.

3) 根系活力测定:在开花坐果期、果实膨大期、成熟期进行植株取样,在植株周围挖取土深约0.3 m的植株根系,清理后称取0.5 g根尖,以TTC法测定根系活力RLD.

4) 果实品质测定:使用电子天平测量番茄单果质量.使用游标卡尺测量果实形态指标(果实横径:D;果实纵径:L).每株选取成熟度一致的3个果实打成匀浆,分别进行品质测定,共计3次重复,取平均值.果实总固形物含量CS用手持测糖仪(PAL-1,ATAGO公司,日本)测定;通过考马斯亮蓝G-205染色法测定可溶性蛋白含量WP;通过蒽酮比色法和碱滴定法测定可溶性糖含量CSS与有机酸含量CO,并计算糖酸比RSA;采用钼蓝比色法测定维生素C含量WVC.

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2019进行数据整理,采用SPSS 24.0软件进行显著性检验和方差分析,Origin 9.1软件进行图表绘制.

2 结果与分析

2.1 不同生育期循环曝气对番茄生长的影响

2.1.1对株高、茎粗的影响

图1为不同生育期曝气处理番茄株高h变化图,图中td为定植天数.由图可知,曝气灌溉处理的番茄平均株高大于全生育期不曝气处理S0,开花坐果期(30 d, 40 d)的2次测量结果显示,循环曝气处理S1,S2,S4的株高较处理S0有明显提升,平均高15.50%,果实膨大期(50 d, 60 d)的2次测量发现,处理S2的番茄平均株高最大,处理S0最小.成熟期(70 d)的测量结果显示,处理S2番茄株高最大,比处理S0增大14.68%;处理S4番茄株高稍次之,较处理S0增大14.10%;处理S3番茄株高比处理S0增大13.01%.整个生育期,定植30 d,40 d,50 d,60 d的番茄株高测量结果表明曝气时间因素对番茄株高增长效果在P=0.01水平下差异具有统计学意义.定植70 d的番茄株高测量结果表明曝气时间因素对番茄株高增长效果在P=0.05水平下差异具有统计学意义.定植70 d时,较其他曝气处理,全生育期循环曝气处理S1对番茄株高的提升效果无明显优势,故选择曝气时间较少的处理更利于减少支出,因此选择开花坐果期曝气处理或开花坐果与果实膨大期曝气处理更适宜温室番茄株高的生长.

图1 不同生育期曝气处理番茄株高变化图Fig.1 Diagram of changes in plant height of greenhouse tomatoes with aeration treatment at different growth stages

图2为不同生育期曝气处理番茄茎粗d变化图.开花坐果期(30 d,40 d)的2次测量结果显示,循环曝气处理S1,S2,S4的茎粗较对照处理S0有明显提升,平均高14.96%.果实膨大期(50 d, 60 d)的2次测量结果显示,处理S1的番茄茎粗最大,其次是处理S2,S4,处理S0最小.成熟期(70 d)的测量结果显示,处理S3温室番茄茎粗最大,处理S1次之,处理S3和S1较处理S0分别增大10.25%和9.25%.

杀虫药在施入水体后，在杀灭寄生虫的同时也将水体中的微生物杀死，寄生虫及微生物尸体在水体分解、发酵会消耗水体大量溶氧；其次，会阻碍水体物质循环，从而使鱼类处于应激状态；再者，杀虫药的刺激，使鱼类在应激状态下适应新环境，对水体溶解氧浓度要求增加，遇上阴雨天水体中光合作用较弱，溶氧较低，氨态氮、亚硝酸盐态氮、硫化氢等各种有害物质浓度极易升高。

图2 不同生育期曝气处理番茄茎粗变化图Fig.2 Rough changes of tomato stems under aeration treatment at different growth stages

整个生育期,定植30 d,40 d的番茄茎粗测量结果表明,曝气时间因素对番茄茎粗增长效果在P=0.01水平下差异具有统计学意义;定植50 d的番茄茎粗测量结果表明,曝气时间因素对番茄茎粗增长效果在P=0.05水平下差异具有统计学意义;定植60 d,70 d的番茄茎粗测量结果表明,曝气时间因素对番茄茎粗增长效果在P=0.05水平下差异不具有统计学意义.定植70 d,全生育期循环曝气处理S1对番茄茎粗的影响较其他曝气处理差异无统计学意义,为了节约成本,果实膨大期进行循环曝气处理更适合促进番茄茎粗的生长.

2.1.2对叶绿素含量的影响

表1为不同生育期曝气处理番茄叶绿素含量变化.表中t为曝气时间.

表1 不同生育期曝气处理温室番茄叶绿素含量变化Tab.1 Changes in chlorophyll content of tomato under aeration treatment at different growth stages mg/g

由表可知,各处理60 d(果实膨大期)番茄叶绿素含量均大于90 d(成熟期),60 d结果显示,处理S2的Chla,Chlb及Chl含量最大,较处理S0分别增大3.80%,32.40%,18.00%.90 d结果显示,处理S1的叶绿素含量最大,Chla,Chlb及Chl较处理S0分别增大16.00%,36.36%,27.59%,即全生育期曝气处理S1对番茄叶绿素含量的影响具有统计学意义.方差分析结果表明,在60 d,曝气时间因素对Chla,Chlb和Chl均在P=0.05水平下差异具有统计学意义;在90 d,曝气时间因素对Chla在P=0.05水平下差异不具有统计学意义,曝气时间因素对Chlb和Chl在P=0.05水平下差异具有统计学意义.因此,为提升温室番茄叶绿素含量,更适宜在全生育期进行循环曝气处理.

2.1.3对根系活力的影响

图3为不同生育期曝气处理番茄根系活力RLD变化.由图可知,开花坐果期,在该时期循环曝气处理有利于提高番茄根系活力,循环曝气处理较不循环曝气处理根系活力平均提升57.32%;果实膨大期,在该时期曝气处理的温室番茄根系活力显著升高;成熟期,处理S1,S2,S3,S4较处理S0根系活力分别提升25.67%, 25.13%,16.04%,12.13%.处理S2与处理S1相比差异不具有统计学意义.方差分析表明,曝气时间因素对开花坐果期和果实膨大期的番茄根系活力均在P=0.01水平下差异具有统计学意义,对成熟期根系活力在P=0.05水平下差异具有统计学意义,说明开花坐果和果实膨大期进行循环曝气处理有利于提高温室番茄根系活力.

图3 不同生育期曝气处理根系活力变化图Fig.3 Dynamics of root viability under aerated treatment at different growth stages

2.2 不同生育期温室番茄品质

2.2.1对番茄单果重及横纵径的影响

表2为不同生育期循环曝气处理番茄果实形态(横径:D;纵径:L)及单果质量(G).由表可知,循环曝气处理S1,S2,S3,S4的温室番茄单果质量较处理S0分别增大27.84%,33.02%,36.12%,16.45%,由此可知,处理S3最有利于提高温室番茄单果质量.循环曝气处理的温室番茄果实横纵径高于对照组不曝气处理,说明曝气处理对提高温室番茄单果横纵径有促进作用.处理S1,S2,S3,S4的横径较处理S0分别增加5.61%,8.59%,11.52%,3.54%;处理S1,S2,S3,S4的纵径较处理S0分别增加10.66%,13.98%,20.28%,7.59%.说明单一生育期循环曝气时,果实膨大期循环曝气处理优于开花坐果期循环曝气处理,故果实膨大期进行循环曝气处理更有利于提高温室番茄横纵径.

表2 不同生育期曝气处理番茄果实形态及单果质量Tab.2 Aeration treatment of tomato fruit morphology and single fruit quality at diffe-rent growth stages

2.2.2对番茄品质的影响

表3为不同生育期循环曝气处理番茄果实品质.

表3 不同生育期曝气处理番茄果实品质Tab.3 Fruit quality of tomatoes treated with aera-tion at different growth stages

不同生育期循环曝气处理对可溶性固形物CS、有机酸CO、糖酸比RSA、维生素C含量WVC、可溶性蛋白含量WP的影响均在P=0.05水平下差异具有统计学意义.对可溶性糖含量CSS的影响在P=0.05水平下差异不具有统计学意义.可溶性固形物含量的多少表征果实糖含量的高低,由表3可知,随曝气生育期的延长,可溶性固形物含量逐渐增多,处理S1,S2,S3,S4的可溶性固形物含量均显著高于处理S0,其中,全生育期循环曝气处理S1的温室番茄可溶性固形物含量最高,较对照组处理S0提高29.25%,但处理S3的可溶性固形物含量与处理S1差异不具有统计学意义;处理S2维生素C含量最大,较处理S0高40.58%,处理S3维生素C含量较处理S0提高27.81%,但处理S3与处理S0差异不具有统计学意义,说明开花坐果与果实膨大期处理更有利于维生素含量的提高;处理S3糖酸比、可溶性糖含量及可溶性蛋白含量均较高,分别较处理S0高47.53%,12.65%,38.62%,处理S3有机酸含量最低,较处理S0低20.41%,说明处理S3在降低有机酸含量,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.综合考虑,果实膨大期曝气处理更适宜提升温室番茄果实品质.

3 讨 论

文中将番茄整个生育时期划分为开花坐果期、果实膨大期、成熟期这3个时期,探究各生育期及组合生育期循环曝气处理对温室番茄生长及品质的影响,发现单一生育期循环曝气处理中,开花坐果期循环曝气处理可促进番茄株高的生长,果实膨大期曝气处理可促进番茄茎粗的生长,这与杨润亚等[9],卢泽华等[10]研究结果类似.文中多生育期曝气处理与单生育期曝气处理相比,促进株高、茎粗生长方面效果不具有统计学意义.

叶绿素含量的高低能够反映植物的生长状况和叶片光合能力[11-12].文中发现全生育期循环曝气处理可显著提高叶绿素含量和根系活力,这与乔建磊等[13]研究结果一致.这是因为通过根区曝气处理,可提升植物根系活力,使植物根系更好地吸收水分和营养物质,从而改善叶片光合作用能力.文中还发现曝气处理根系活力普遍优于不曝气处理,这与张倩等[14]研究结果类似.文中还发现番茄开花坐果和果实膨大期曝气可显著提高根系活力,在处理S2的基础上,对温室番茄成熟期继续进行曝气处理,温室番茄根系活力提高较少,仅提高0.43%.

对比不同生育期曝气处理单果质量,开花坐果期循环曝气处理单果质量最低,这可能与开花坐果期循环曝气造成植株徒长,致使后期果实膨大时营养供应不足有关.对单果质量而言,生育期连续循环曝气效果不佳,成熟期循环曝气单果质量下降,果实膨大期循环曝气处理单果质量最高,这与卢泽华等[10]的研究结果一致.文中番茄品质指标中,可溶性固形物含量、有机酸含量、糖酸比、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量结果均为果实膨大期循环曝气处理优于开花坐果期循环曝气处理,这与甲宗霞[15]研究结果一致,可能与番茄开花坐果期循环曝气导致植株体内营养物质更多地用于供应植株的生长有关[10],而果实膨大期循环曝气通过影响叶片叶绿素含量和根系活力,使营养物质供应果实生长,从而提高了番茄单果质量及品质.可溶性固形物含量和可溶性糖含量的多少可以表征果实糖含量的高低,有机酸含量的高低表征果实酸度情况,糖酸比是衡量番茄口味的重要指标,维生素C含量是决定番茄品质优劣的重要营养成分,可溶性蛋白的积累能提高细胞的保水能力[16],文中果实膨大期循环曝气处理的温室番茄在口感方面最佳,细胞保水能力最强,在果实糖含量方面与全生育期曝气处理无显著差异,因此,果实膨大期循环曝气处理对温室番茄果实品质的促进效果更优.

4 结 论

1) 开花坐果期曝气处理和开花坐果与果实膨大期曝气处理,可显著提高温室番茄的株高,较对照组处理分别提高14.68%和14.10%;果实膨大期曝气处理可显著增加温室番茄的茎粗,较对照组增大10.25%;全生育期循环曝气处理可显著提高叶绿素含量,较对照组提高27.59%;开花坐果与果实膨大期循环曝气处理可显著提高根系活力,较对照组处理提高25.13%.

2) 果实膨大期循环曝气处理可显著提高温室番茄单果质量、糖酸比、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量,分别较对照组提高36.12%,47.53%,12.65%,38.62%,同时降低有机酸含量,较对照组降低20.41%;开花坐果与果实膨大期循环曝气处理可显著提高维生素C含量,较对照组处理提高40.58%;全生育期循环曝气处理可显著提高可溶性固形物含量,较对照组处理提高29.25%.

3) 对温室番茄单一生育期进行循环曝气处理时,果实膨大期循环曝气处理的单果质量和果实品质(除维生素C含量)较开花坐果期循环曝气处理更优,且维生素C含量差异不具有统计学意义;对温室番茄开花坐果与果实膨大期进行循环曝气处理时,与果实膨大期循环曝气处理相比,仅维生素C含量更佳;对温室番茄全生育期进行循环曝气处理时,与果实膨大期循环曝气处理相比,仅可溶性固形物含量和维生素C含量更佳,且二者可溶性固形物含量差异不具有统计学意义.因此可以选择仅在温室番茄果实膨大期进行循环曝气处理.