基于溫室番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì)對加氣灌溉處理的綜合評價

朱艷，蔡煥杰，宋利兵，商子惠，陳慧

基于溫室番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì)對加氣灌溉處理的綜合評價

朱艷，蔡煥杰，宋利兵，商子惠，陳慧

（1西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室/西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院/西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌 712100）

【】研究不同灌水水平和滴頭埋深條件下加氣灌溉對溫室番茄產(chǎn)量、灌溉水分利用效率（IWUE）和果實品質(zhì)的影響，進而對不同試驗處理進行綜合評價。試驗以常規(guī)地下滴灌（S）為對照，設(shè)置在W1、W2和W3（對應(yīng)作物-皿系數(shù)k分別為0.6、0.8和1.0）3個灌水水平與D1和D2（分別對應(yīng)15 cm和25 cm）2種滴頭埋深下進行加氣灌溉（O），共12個處理?；诟魈幚硐鹿麑嵁a(chǎn)量和品質(zhì)指標的差異，通過主成分分析法探索較優(yōu)的試驗處理。加氣灌溉下單株產(chǎn)量、單果重、IWUE、果實中番茄紅素、Vc、可溶性糖含量和糖酸比較對照分別顯著增加了21.2%、23.9%、21.0%、28.1%、36.0%、22.8%和28.0%（＜0.05）。主成分分析中，第1主成分主要受番茄紅素、Vc、灌溉水分利用效率和糖酸比的正影響，且處理W2D1O和W2D2O的得分分列第1和2名。因此處理W2D1O和W2D2O在兼顧節(jié)水和番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)方面較優(yōu)。第2主成分主要受單株產(chǎn)量的正影響和有機酸的負影響，各處理有機酸含量未形成顯著性差異且處理W3D1O的單株產(chǎn)量最高，因此得分最高。處理W3D1O的綜合得分在12個處理中位列第1位。灌水水平k為1.0，滴頭埋深15 cm的加氣灌溉處理可兼顧節(jié)水和溫室番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的要求，為加氣灌溉的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)。

加氣灌溉；灌水水平；滴頭埋深；主成分分析；產(chǎn)量；品質(zhì)；番茄；溫室

0 引言

【研究意義】地下滴灌與溝灌、漫灌等傳統(tǒng)灌水方式相比，能有效提高水分利用效率、減少灌溉用水進而有效緩解因灌水過多造成的環(huán)境污染[1-2]，在干旱和半干旱地區(qū)得到日益廣泛的應(yīng)用[3]。但地下滴灌灌水時滴頭附近持續(xù)的飽和濕潤鋒[4-5]易造成作物根區(qū)缺氧。地下滴灌滴頭埋設(shè)在地下、灌水頻率較大[6]、作物根系優(yōu)先在滴頭附近生長[7]進一步加劇了根區(qū)土壤缺氧的危害。加氣灌溉在地下滴灌基礎(chǔ)上提出來，既能充分發(fā)揮地下滴灌水分利用效率高的優(yōu)點，又能有效緩解地下滴灌根區(qū)土壤缺氧狀況[8-9]。加氣灌溉下，空氣通過文丘里設(shè)備被吸入到加壓灌溉水中，與灌溉水混合形成水氣混合液和微型氣泡[8]，后通過地下滴灌管道輸送到土壤中。因此，加氣灌溉是將水和空氣同時輸送到土壤中，可有效避免灌水時滴頭附近土壤水分飽和。【前人研究進展】近年來，關(guān)于加氣灌溉的研究不再局限于其對作物生長發(fā)育的影響，像對株高、莖粗、物候期等外在指標[10-11]的影響。加氣灌溉和地下滴灌的本質(zhì)區(qū)別是加氣灌溉將空氣和水同時輸送到土壤中，地下滴灌僅將水輸送到土壤中。因此，加氣灌溉首先改變的是灌水時土壤中的水氣配比。因此，越來越多關(guān)于加氣灌溉的研究開始集中在對土壤微環(huán)境，包括土壤氧氣含量、土壤水分、土壤微生物、土壤呼吸、土壤酶、土壤溫室氣體排放等的影響[12-17]。另一方面，關(guān)于加氣灌溉條件的研究，除了不同灌水水平[10,18]、滴頭埋深[10,15,19]、加氣頻率[15,20]、土壤類型[21]和加氣方法[12-13, 21-22]等條件下的水氣耦合的研究外，也在向水肥氣耦合的可持續(xù)灌溉方向發(fā)展[23-24]?！颈狙芯壳腥朦c】加氣灌溉應(yīng)用的初衷是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，節(jié)約灌溉用水。因此，關(guān)于加氣灌溉的研究仍應(yīng)著眼于其對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。雖然關(guān)于加氣灌溉對作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究眾多[8-10, 20-21, 25-26]，但鮮有人基于不同加氣灌溉處理對產(chǎn)量和果實品質(zhì)的影響差異對不同試驗處理進行綜合評價，進而探索較優(yōu)處理?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究基于溫室番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì)對不同灌水水平和滴頭埋深條件下加氣灌溉處理進行綜合評價，以探討本試驗條件下最優(yōu)的試驗處理。本試驗中選取了產(chǎn)量（單株產(chǎn)量、單株果數(shù)、單果重）、灌溉水分利用效率和果實品質(zhì)（番茄紅素、Vc、可溶性糖、有機酸和糖酸比）共9個指標對加氣灌溉處理進行綜合評價。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室（34°20′N，108°24′E，海拔521 m）的日光溫室內(nèi)進行。試驗區(qū)年平均日照時長2 163.8 h，無霜期210 d。土壤類型為土。土壤質(zhì)地為粉砂質(zhì)黏壤土，砂粒、粉粒和黏粒的含量分別為26.0%、33.0%、41.0%；0—40 cm土層每10 cm為一個劃分層的土壤容重分別為1.27、1.34、1.42、1.37 g·cm-3；60 cm土層內(nèi)的田間持水量為32.1%（體積含水量）。

1.2 試驗方法與設(shè)計

試驗采用中早熟番茄品種“金鵬10號”，番茄幼苗為3葉1心至4葉1心時（本試驗于2016年8月18日）進行移植，移植當天澆透底水，以保證番茄幼苗的成活。經(jīng)歷9 d的緩苗后，試驗于2016年8月27日正式開始。試驗地壟長4 m，寬0.8 m，壟中間埋設(shè)管徑16 mm的地下滴灌管（圖1）。每壟移植11株番茄苗，株距35 cm。壟間用埋深100 cm的塑料膜隔開，防止側(cè)滲。1壟即為1個試驗小區(qū)。三穗時打頂，其他試驗日常管理措施，如整枝、覆膜、施肥等，均按照當?shù)氐墓芾泶胧┻M行。試驗中只施基肥，施肥量和種類為3 437.5 kg hm-2有機肥（N-P2O5-K2O≥10%、有機質(zhì)≥45%）和2 187.5 kg·hm-2復(fù)混肥（N、P2O5和K2O分別為15%）。番茄全生育期時長144 d，生育期劃分為苗期（08-27至09-19）、開花期（09-20至09-28）、結(jié)果期（09-29至12-02）和成熟期（12-03至2017-01-09）。

康躍虎[27]指出，當灌水頻率一定時，可通過蒸發(fā)皿的水面蒸發(fā)量指導(dǎo)灌溉。本試驗中，通過放置在番茄冠層20 cm處的E601標準蒸發(fā)皿測得的蒸發(fā)量控制灌水量，灌水時間為8：00—12：00，周期為3—4 d，灌水量以灌水間隔內(nèi)每天早8：00測定的蒸發(fā)量為依據(jù)，計算公式[28-29]為：

=pan·k（1）

式中，為灌溉水量（mm）；pan為兩次灌水間隔內(nèi)的累計蒸發(fā)量（mm）；k為作物-皿系數(shù)。

試驗采用3因素完全隨機設(shè)計，設(shè)計2種灌水方式、3個灌水水平和2種滴頭埋深。2種灌水方式分別為加氣灌溉（O）和常規(guī)地下滴灌（對照處理，S）；2種滴頭埋深分別為15 cm（D1）和25 cm（D2）；依據(jù)作物-皿系數(shù)k分別取值0.6、0.8和1.0設(shè)置3種灌水水平W1、W2和W3。試驗共12個處理（W1D1O、W1D1S、W1D2O、W1D2S、W2D1O、W2D1S、W2D2O、W2D2S、W3D1O、W3D1S、W3D2O和W3D2S），每個處理3次重復(fù)，1次重復(fù)即為1個小區(qū)。番茄整個生育期內(nèi)共灌水29次，每次灌水量和具體灌水日期見表1。

灌水時，通過水泵形成加壓灌溉水，調(diào)節(jié)管道末端的調(diào)節(jié)閥，保證灌水時每壟進出口壓力分別為0.1和0.02 MPa，灌水管道中多余的水回流到供水水桶中（圖1）。加氣灌溉處理采用Mazzei287型文丘里加氣設(shè)備，文丘里設(shè)備服從伯努利原理，在有壓灌溉時喉管處形成負壓環(huán)境吸入空氣，空氣與加壓灌溉水混合形成微型氣泡和水氣混合液[8]隨滴灌管道和滴頭輸送到土壤中。由排氣法測得加氣灌溉處理中進氣量占灌溉水量的17%[14]。加氣灌溉在灌水的同時吸入空氣，因此在相同灌水量下，加氣灌溉的灌水時間相比于地下滴灌會相對延長[4,9]。本試驗中每灌1 L（7.1 mm）水，加氣灌溉下灌水時間比地下滴灌延長約3 min[14,30]。

試驗中共36個小區(qū)，圖中僅用8個小區(qū)進行示意

表1 蒸發(fā)量、灌水時間和灌水量

1.3 測定指標與方法

（1）產(chǎn)量測定：每個小區(qū)除去首末兩端的各2株植株，選擇剩余7株測其產(chǎn)量，以單株計，包括單株產(chǎn)量、單株果數(shù)和單果重的記錄。其中灌溉水分利用效率（IWUE）計算公式為：

IWUE=Y/I （2）

式中，IWUE為灌溉水分利用效率（g·mm-1）；Y為單株產(chǎn)量（g）；I為番茄整個生育期內(nèi)單株總灌水量（mm）。

（2）番茄果實品質(zhì)測定：收獲期間每壟隨機選擇3個成熟果實進行品質(zhì)分析。利用蒽酮比色法測其可溶性糖含量[31]，酸堿滴定法測其有機酸含量[31-32]，鉬藍比色法測其VC含量[31]，紫外分光光度法測定番茄紅素含量[33-34]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行顯著性分析、相關(guān)關(guān)系分析和主成分分析。用SigmaPlot12.0和AutoCAD2018繪圖分析。

2 結(jié)果

2.1 不同試驗處理對溫室番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì)的影響

隨灌水水平增大，單株產(chǎn)量顯著（＜0.05）增大（表2）。W3處理單株產(chǎn)量較W1和W2分別顯著增大24.8%和7.8%，W2處理較W1顯著增大18.5%。W2和W3處理單果重較W1分別顯著增大14.2%和18.1%；W2和W3處理單果重不存在顯著性差異。隨灌水水平增大，IWUE顯著降低。W3處理IWUE較W1和W2分別顯著降低30%和20%，W2處理較W1顯著降低10%。單株果數(shù)在不同灌水水平下沒有顯著性差異。從F值也可看出，單株產(chǎn)量和單果重對灌水水平的增大產(chǎn)生極顯著（＜0.01）正響應(yīng)，IWUE對灌水水平的增大產(chǎn)生極顯著負響應(yīng)。另外，各產(chǎn)量指標在D1和D2兩種滴頭埋深下無顯著差異。加氣灌溉下單株產(chǎn)量、單果重和IWUE與對照形成顯著性差異，分別顯著增大21.2%、23.9%和21%；但單株果數(shù)較對照不存在顯著差異。

W2處理果實中番茄紅素和Vc含量均最大，W3處理均最低，W2處理分別較W3分別顯著增大20.9%和26.0%（表3）。隨灌水水平增大，果實中可溶性糖和有機酸含量均有所降低，W3處理分別較W1處理分別顯著降低36%和20%。從F值中也可得到，果實中可溶性糖含量對灌水水平的增大產(chǎn)生顯著負響應(yīng)。果實中糖酸比隨灌水水平變化沒有顯著性差異。另外，果實品質(zhì)各指標在D1和D2兩種滴頭埋深下無顯著性差異。加氣灌溉下果實中番茄紅素、Vc、可溶性糖和糖酸比與對照形成顯著性差異，分別顯著增大了28.1%、36.0%、22.8%和28.0%。有機酸含量在加氣灌溉和對照處理下不存在顯著性差異。

表2 不同滴頭埋深和灌水水平下加氣灌溉對溫室番茄產(chǎn)量指標的影響

“平均值”行中小寫或大寫或列中大寫不同字母分別表示存在顯著性差異（＜0.05），相同字母分別表示不存在顯著性差異。**表示極顯著性相關(guān)（＜0.01）；*表示顯著相關(guān)（＜0.05）。下同

In “mean value” column or row, values followed by different small or capital letters respectively indicate significant differences (＜0.05), and the same letters respectively indicate no significant differences. ** Indicates highly significant at＜0.01; *Means significant at＜0.05. The same as below

表3 不同滴頭埋深和灌水水平下加氣灌溉對番茄品質(zhì)指標的影響

單株產(chǎn)量和單果重的范圍分別為522.6—950.5 g和67.0—115.0 g。W3D1O處理的單株產(chǎn)量和單果重均最大，除單株產(chǎn)量與W3D2O無顯著差異，均與其他處理形成顯著性差異；W1D2S處理的單株產(chǎn)量和單果重均最小，除與W1D1S無顯著性差異，與其他處理形成顯著性差異；W3D1O處理較W1D2S分別顯著增大45%和42%（表4）。IWUE的變化范圍為4.30— 7.59 g·mm-1。W1D2O處理的IWUE最大，除與W1D1O無顯著性差異外，與其他處理均存在顯著性差異；W3D2S處理的IWUE最低，除與W3D1S無顯著性差異外，與其他處理均存在顯著性差異；W1D2O處理較W3D2S顯著增大43.3%。單株果數(shù)的變化范圍為7.76—8.90，各處理不存在顯著性差異。

果實品質(zhì)指標中，W2D2O處理的番茄紅素含量最大，W2D1O處理的Vc含量最大，W3D2S處理的番茄紅素和Vc含量均最?。ū?）。果實中番茄紅素含量變化范圍為17.5—34.6 μg·g-1，W2D2O處理較W3D2S顯著增大49.4%。果實中Vc含量變化范圍為1.48—3.45 mg·100 g-1，W2D1O處理較W3D2S顯著增大57.1%。果實中可溶性糖含量變化范圍為1.60%— 3.16%，其中W1D1O處理含量最大，W3D2S處理最低，W1D1O處理較W3D2S顯著增大49%。果實中糖酸比變化范圍為2.92%—5.62%，其中W3D1O處理糖酸比最大，W3D2S處理最小，W3D1O處理較W3D2S顯著增大50%。果實中有機酸的范圍為0.53%—0.73%，各處理無顯著性差異。

綜合可知，雖然某處理的單個或部分指標值較大，但其他指標卻并不大，例如雖W3D1O處理的單株產(chǎn)量和單果重最大，但處理W1D2O的IWUE最大（表4）；雖處理W2D1O和W2D2O番茄紅素和Vc含量相對較大，但各產(chǎn)量指標并不突出。因此需要將各產(chǎn)量和品質(zhì)指標綜合起來對各處理進行綜合評價。

2.2 基于產(chǎn)量和果實品質(zhì)指標對不同試驗處理進行綜合評價

番茄產(chǎn)量和品質(zhì)9個指標間共存在21對顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系（表5）。其中，產(chǎn)量指標中，單株產(chǎn)量與單果重極顯著正相關(guān)，單株果數(shù)與IWUE極顯著負相關(guān)。除有機酸外，其余品質(zhì)指標間極顯著或顯著正相關(guān)。另外，單株產(chǎn)量與有機酸極顯著負相關(guān)；單株果數(shù)與除有機酸外的其他品質(zhì)指標均極顯著或顯著負相關(guān)；單果重與番茄紅素、Vc和糖酸比顯著正相關(guān)，與有機酸極顯著負相關(guān)；IWUE與除有機酸外的其他品質(zhì)指標間極顯著正相關(guān)。

表4 不同試驗處理對溫室番茄產(chǎn)量指標和品質(zhì)指標的影響

每列中不同字母表示存在顯著性差異（＜0.05），相同字母表示差異不顯著

In every column, values followed by different letters indicate significant differences (＜0.05), and the same letters indicate no significant differences

表5 各產(chǎn)量指標與品質(zhì)指標間的相關(guān)性

由于各品質(zhì)和產(chǎn)量指標間存在相關(guān)性，直接進行綜合評價會產(chǎn)生信息重復(fù)，進而影響評價結(jié)果。因此，利用主成分分析法將具有相關(guān)性的產(chǎn)量和品質(zhì)指標組合成一組新的互相無關(guān)聯(lián)的綜合指標，再進行綜合評價，以提高評價的可靠性。

通過主成分分析，以特征值大于1的原則提取出2個主成分，累計方差貢獻率為90.91%，可代表各處理對產(chǎn)量和果實品質(zhì)的綜合影響（表6）。第1主成分方差貢獻率為62.02%，主要受IWUE、番茄紅素、Vc、糖酸比的正影響，其貢獻率大小為Vc＞番茄紅素＞糖酸比＞IWUE（表7）。綜合相關(guān)關(guān)系可知，IWUE、番茄紅素、Vc和糖酸比間基本上均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，即當其中1個指標增大，其他指標隨之增大，第1主成分的綜合得分也隨之增大。第2主成分方差貢獻率為28.89%，主要受單株產(chǎn)量的正影響和有機酸的負影響，有機酸的貢獻率大于單株產(chǎn)量的貢獻率。綜合相關(guān)關(guān)系可知，單株產(chǎn)量與有機酸呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，即隨單株產(chǎn)量的增大，有機酸含量降低，第2主成分的綜合得分增大。

綜合2個主成分的方差貢獻率，可得到基于產(chǎn)量和品質(zhì)的各處理的綜合評價線性函數(shù)：

Z=0.6202Z1+0.2889Z2 （3）

式中，Z為基于產(chǎn)量和果實品質(zhì)的各處理的綜合得分；Z1為主因子1的綜合得分；Z2為主因子2的綜合得分。

表6 主成分特征值及方差貢獻率

表7 因子負荷矩陣

將各產(chǎn)量和品質(zhì)指標原始數(shù)據(jù)標準化后，代入公式（3）可得到各處理的綜合得分和綜合排名（表8）。綜合排名排在前6位的均是加氣灌溉處理，排在第1位的是W3D1O處理，排在第2和3位的分別是W2D1O和W2D2O處理，W3D2O處理排在第4位，而且這4個處理的Z1和Z2均為正值。排在第5和6位的分別是W1D2O和W1D1O處理，其中Z1取值均為正，Z2均為負。而且，加氣灌溉的6個處理主因子1得分最高的是W2D1O處理，W2D2O、W1D1O和W1D2O處理分列第2、3和4位；W3D1O和W3D2O處理的主因子2的得分分列第1和2位。隨k從0.6增大到0.8，對照處理的排位從11（W1D1S）和12位（W1D2S）提升至8（W2D1S）和7位（W2D2S）；但k從0.8增至1.0，排位卻降低至9（W3D1S）和10位（W3D2S）。對照6個處理主因子1的得分均是負值；處理W2D1S、W3D1S和W3D2S主因子2的得分均為正值。

表8 基于溫室番茄產(chǎn)量和果實品質(zhì)的各處理的綜合得分

3 討論

本試驗12個處理的綜合排名中，加氣灌溉的6個處理均位于前6位。由此可知，與對照相比，加氣灌溉處理改善了番茄果實品質(zhì)、提高了番茄產(chǎn)量和IWUE。本試驗中，加氣灌溉下單株產(chǎn)量和IWUE較對照處理分別顯著增大21.2%和21.0%（表2），果實中番茄紅素、Vc、可溶性糖含量和糖酸比較對照處理分別顯著增大28.1%、36.0%、22.8%和28.0%（＜0.05）（表3）。DU等[35]基于Meta分析總結(jié)了27個關(guān)于加氣灌溉的研究，結(jié)果表明加氣灌溉下植株產(chǎn)量和WUE分別增大了19.3%和17.9%。CHEN等[21]關(guān)于不同加氣設(shè)備、土壤和作物類型下加氣灌溉的研究也表明，加氣灌溉下作物產(chǎn)量和WUE均顯著增大。隨生活水平的提高，人們對果實、蔬菜等的品質(zhì)要求越來越高，而且果實品質(zhì)也決定著其市場競爭力。因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在追求高產(chǎn)、節(jié)水的前提下，也要兼顧優(yōu)質(zhì)。由于口味需求不同，暫且不論加氣灌溉下可溶性糖和糖酸比的增大是否是其優(yōu)點，但番茄紅素和Vc對番茄果實營養(yǎng)價值至關(guān)重要[36-39]。李元等[26]針對不同滴頭埋深和加氣頻率下加氣灌溉的研究表明，加氣灌溉下甜瓜中可溶性糖、可溶性固形物和Vc含量顯著增大。LI等[25]的研究也表明，加氣灌溉使得溫室番茄果實中的番茄紅素、Vc、糖酸比分別顯著增大了2%、41%和43%。臧明等[40]的研究表明，加氣灌溉下番茄果實中的可溶性固形物、Vc和總酸含量較對照顯著增大。WOLF[41]和BHATTARAI等[8]指出當土壤中的水、氣和養(yǎng)分達到最佳平衡時，作物才可充分發(fā)揮其生產(chǎn)力。與常規(guī)地下滴灌相比，加氣灌溉向土壤中輸送的不僅僅是水，而是水氣混合物和微型氣泡，因此可有效調(diào)控土壤中的水氣配比，增大土壤氧氣含量和充氣孔隙度[9-10,14]，促進土壤微生物和作物根系呼吸[14]，促進微生物的繁殖生長，提高土壤脲酶、磷酸酶和過氧化氫酶等的酶活性[15]，改善作物根系-土壤微環(huán)境，提高作物根系活力[42]，促進根系吸水能力[11]和養(yǎng)分吸收[13,42]，進而為光合作用提供充足的底物，促進光合作用，提高葉綠素含量和凈光合速率、增大氣孔導(dǎo)度等[11,43]，進而促進光合產(chǎn)物的積累。張鈞恒等[44]指出，番茄光合速率越高，產(chǎn)量越高，且光合特性與品質(zhì)間存在正相關(guān)關(guān)系。李元等[26]指出加氣灌溉通過保障甜瓜生理功能的正常運轉(zhuǎn)提升甜瓜果實品質(zhì)。臧明等[40]的研究結(jié)果表明，番茄果實中可溶性固形物和總酸含量與土壤溶解氧濃度和氧氣擴散速率呈顯著正相關(guān)。因此加氣灌溉在改善根系土壤微環(huán)境的基礎(chǔ)上，促進了地上部的生長[10,26]、干物質(zhì)積累[10-11,43]和向果實的分配[10]，進而提高作物產(chǎn)量、改善果實品質(zhì)。

雖然加氣灌溉顯著增大了番茄產(chǎn)量和IWUE，改善了果實品質(zhì)，但仍需探討何種條件下的加氣灌溉可兼顧高產(chǎn)、節(jié)水和優(yōu)質(zhì)的三重需求。本試驗中，主因子1得分第1和2位的分別是處理W2D1O和W2D2O（表8），主因子1主要受Vc、番茄紅素、IWUE和糖酸比的正影響（表7），且這4個因子間極顯著正相關(guān)（表5）。因此，W2水平下的加氣灌溉處理可有效提高灌溉水利用效率且滿足改善番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)的要求。從表4中也可得到，W2水平下果實中的番茄紅素和Vc含量最大，且加氣灌溉對番茄紅素和Vc含量產(chǎn)生極顯著正影響（表3）。灌水量的控制，對光合作用的進行、光合產(chǎn)物的積累與分配及在果實中的轉(zhuǎn)化至關(guān)重要。李元等[26]提出過量灌水可能會導(dǎo)致作物營養(yǎng)生長階段的徒長，進而影響生殖生長。齊紅巖等[45]的研究表明，虧缺灌溉下番茄果實中的蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶的活性增大，而酸性轉(zhuǎn)化酶和中性轉(zhuǎn)化酶的活性降低。劉明池等[32]的研究也表明，適度虧缺灌溉可有效提高番茄果實中可溶性固形物、Vc和有機酸含量。本試驗中，相比于W3水平，W2水平下加氣灌溉處理的果實營養(yǎng)品質(zhì)更優(yōu)。主因子2得分較高的處理分別是W3D1O和W3D2O（表8），而主因子2主要受到單株產(chǎn)量的正影響和有機酸的負影響（表7），且單株產(chǎn)量與有機酸極顯著負相關(guān)（表5），各處理的有機酸含量無顯著性差異（表4）。由此可知，W3水平下的加氣灌溉顯著提高了番茄單株產(chǎn)量。從表2中也可得到，灌水水平的提高和加氣灌溉均對單株產(chǎn)量產(chǎn)生極顯著正相關(guān)影響?？弟S虎[27]指出，當灌水頻率設(shè)定為1 d、2 d或3 d一次時，灌水量為灌水間隔內(nèi)的累計蒸發(fā)量乘以值為1的比例系數(shù)時，大部分溫室作物可獲得較理想的產(chǎn)量。ERTEK等[28]基于蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量進行灌溉的研究表明，k為1.0、灌水頻率為8 d一次，大田黃瓜的產(chǎn)量最高。本試驗中，設(shè)定灌水頻率3—4 d采用E601標準蒸發(fā)皿的蒸發(fā)量控制灌水量，作物-皿系數(shù)k為1.0，即灌水量為159.8 mm時的加氣灌溉處理（W3D1O和W3D2O）的單株產(chǎn)量分列第1和2位，與其他處理形成顯著性差異（表4）。綜合而言，加氣灌溉處理下W2水平下果實營養(yǎng)品質(zhì)和IWUE較高，W3水平下果實單株產(chǎn)量較高。綜合考慮主因子1和2，處理W3D1O的綜合得分為第1位（表8），因此相比于其他處理，W3D1O處理土壤中的水、氣和養(yǎng)分可能更接近于最佳平衡，作物更能充分發(fā)揮其生產(chǎn)力。本試驗條件下灌水水平k為1.0，滴頭埋深為15 cm的加氣灌溉處理可較好的兼顧高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和節(jié)水的三重目標，可為實際生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

4 結(jié)論

4.1 加氣灌溉下番茄單株產(chǎn)量、IWUE、果實中番茄紅素和Vc含量較地下滴灌分別顯著增大21.2%、21.0%、28.1%和36.0%。因此，加氣灌溉顯著提高了果實產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)，且在地下滴灌基礎(chǔ)上進一步增大了IWUE。

4.2 從主因子1和2的得分中可得到，W2水平下（即127.8 mm灌水量時）的加氣灌溉處理節(jié)水效果和果實營養(yǎng)品質(zhì)較優(yōu)，W3水平下（即159.8 mm灌水量時）的加氣灌溉處理果實產(chǎn)量相對較高。

4.3 處理W3D1O（即灌水量為159.8 mm，滴頭埋深為15 cm時的加氣灌溉處理）的綜合得分較高，即兼顧高產(chǎn)、節(jié)水和優(yōu)質(zhì)目標的效果最優(yōu)，為實際生產(chǎn)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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Comprehensive Evaluation of Different Oxygation Treatments Based on Fruit Yield and Quality of Greenhouse Tomato

ZHU Yan, CAI HuanJie, SONG LiBing, SHANG ZiHui, CHEN Hui

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Areas, Ministry of Education, Northwest A&F University/Institute of Water-saving Agriculture in Arid Areas of China (IWSA), Northwest A&F University/College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【】 Oxygation is defined as the delivery of aerated water directly to the root zone by subsurface drip irrigation (SDI) and is recognized to increase yield and water use efficiency (WUE) through improving soil aeration around SDI drippers. The specific objective was to assess the effects of oxygation under different irrigation amounts and trickle-buried depths conditions on fruit yield and quality and IWUE (irrigation water use efficiency) of greenhouse tomato, and then the optimal treatment was explored through principal component analysis. 【】Greenhouse-based experiments were conducted during tomato growing season (from Aug. 18, 2016 to Jan. 9, 2017) under the oxygation (O) and unaerated SDI (S, CK) conditions, which included three different irrigation levels correlated with crop-pan coefficients (k) being 0.6 (W1), 0.8 (W2) and 1.0 (W3) and two different emitter depths of 15 cm (D1) and 25 cm (D2), respectively. Consequently, there was a total of 12 treatments (W1D1O, W1D1S, W2D1O, W2D1S, W3D1O, W3D1S, W1D2O, W1D2S, W2D2O, W2D2S, W3D1S and W3D2S) and replied 3 times.【】 The results showed that yield per plant, fruit weight, IWUE, the content of lycopene, vitamin C, soluble sugar and sugar-acid ratio in fruit with oxygation were significantly increased by 21.2%, 23.9%, 21.0%, 28.1%, 36.0%, 22.8% and 28.0%, respectively (＜0.05), compared with the CK. In the principal component analysis, the first principal component was positively affected by lycopene, Vc, IWUE and sugar-acid ratio, and W2D1O and W2D2O were ranked the first and second, respectively. Therefore, compared with other treatments, W2D1O and W2D2O were better in both reducing irrigation water application and improving nutritional quality of tomato fruits. The second principal component was positively influenced by yield per plant and negatively affected by the content of organic acid. Meanwhile, the content of organic acid showed no significant differences among all treatments. What’s more, the yield per plant under W3D1O was the highest. Consequently, the score of the second principal component of W3D1O was the highest. The comprehensive scores of W3D1O were ranked the first among the 12 treatments. 【】 Therefore, in this experiment, the combination ofkbeing 1.0 with emitter depths of 15 cm under oxygation conditions could best meet the requirements of reducing irrigation water application and improving fruit yield and quality. In a word, the exploration of optimal treatment provided a theoretical basis for the applying of oxygation.

oxygation; irrigation level; emitter depths; the principal component analysis; yield; quality; tomato; greenhouse

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.11.010

2019-08-26；

2019-09-24

國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFC0400200和2016YFC0400201）、國家自然科學基金項目（51171798）

朱艷，E-mail：zhuyan2015@nwsuaf.edu.cn。通信作者蔡煥杰，E-mail：caihj@nwsuaf.edu.cn

（責任編輯 李云霞）