不同生长阶段咸水灌溉对樱桃番茄生长、产量及质量的影响

黄翠华，彭 飞，薛 娴，尤全刚，2，王 涛(．中国科学院寒区旱区环境与工程研究所中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室，甘肃兰州 730000;2．中国科学院大学，北京 00049)

水资源短缺是全球性的问题，尤其在干旱区更为严重，在干旱地区，水是关键的生态环境因子，是区域生态系统构成、发展和稳定的基础，持续的人口增加而引发的食品安全问题，导致干旱区不得不利用盐分较高的地下水进行农业灌溉［1］。咸水灌溉引起的渗透效应将影响作物的产量［2－3］、干物质、生长率［4］、可溶性固形物总量(TSS)［5］、果实保存期［6］、CO2净同化率、蒸腾作用和气孔导度［7］，这些生理和生产参数的变化决定了作物各个时期的生长状况［8］。如Del Amo等［9］的研究表明番茄在移植后16 d进行咸水灌溉比移植后36和66 d进行咸水灌溉的产量明显下降。在华北平原进行的试验表明移植后30 d对番茄使用电导率为1．4～4．9 dS/m的水进行灌溉对其产量没有明显的影响［10］。对番茄进行高频灌溉可以增强水分利用率［11］。

根据联合国粮农组织(FAO)的分类标准，番茄属于盐分敏感性作物，它的盐分临界值为2．5 dS/m，高于此值时每增高单位土壤电导率其产量下降9．9%。番茄的不同生长阶段对盐分的敏感性不同，生殖生长期比营养生长期敏感。温室内试验研究表明番茄的花期和第一坐果期的盐分胁迫对其产量影响明显。尽管有些研究者对番茄不同生长阶段对盐分的敏感性进行了研究［9－10］，但很少对其整个生长期进行跟踪试验，而且多数试验在温室进行。樱桃番茄(Lycopersivon esculentum Mill．)是番茄的一个品系，早在19世纪早期就开始在中国、美国和欧洲南部被作为经济作物进行种植。樱桃番茄自1996年起开始在民勤绿洲种植，现在已成为一种重要的经济作物。作为我国水资源开发程度较高的内陆河流之一，石羊河流域水资源紧缺程度引起社会各界的高度关注［12］。民勤绿洲淡水资源匮乏，降雨量低而蒸发强烈，20世纪50年代红崖山水库和跃进渠的修建以及水资源的不合理利用导致尾闾湖的消失，绿洲北部水资源极其匮乏［13］。为了维持生计当地农民不得不利用盐分较高的地下水进行农业灌溉，但长期使用高盐分地下水进行灌溉引起了一系列问题，如地下水水位下降、水质恶化和绿洲土地盐渍化。在民勤绿洲内部，南部地下水矿化度约为0．8 g/L，而在中部和北部分别为2．0和5．0 g/L［13］。在民勤绿洲的实际农业活动中，咸水和淡水轮番使用进行灌溉。该研究对樱桃番茄不同生长阶段进行咸水灌溉试验，评价不同试验处理条件下作物的生长、产量及果实质量，由此确定樱桃番茄在民勤绿洲合理的灌溉方法。

1 研究区概况与试验方法

民勤绿洲地处河西走廊东北部，位于102°45'～103°55'E，38°20'～39°10'N，西邻巴丹吉林沙漠，东北靠腾格里沙漠［14］。民勤全县面积1．600万km2，其中绿洲面积为0．144万km2，仅占9%。民勤20世纪50年代以来年平均降水量在115 mm左右，作物生长期降雨量占全年降雨量的90%，根据Penman-Monteith公式计算的年参考蒸发蒸腾总量(ET0)为995 mm，作物生长期ET0为798 mm［2－3］。民勤风沙大，盛行西北风，平均风速2．8 m/s，最大风速可达31．0 m/s。由于民勤日照时间长，光辐射强，昼夜温差大，所以非常适宜农作物尤其是瓜果类的糖分积累，具有良好的市场前景，适宜大规模种植。

该试验在甘肃省民勤综合防沙治沙试验站进行，试验土壤沙粒和黏粒含量达到90%，土壤容重为1．55 g/cm3，pH为8．3［15］。试验灌溉用水的淡水(试验站水塔水)电导率0．7 dS/m，咸水电导率为7 dS/m，共设4个处理，淡水灌溉处理(C，整个生长季使用淡水灌溉)、先淡水后咸水灌溉处理(T1，定植50 d之内为淡水灌溉，之后改为咸水)、先咸水后淡水灌溉处理(T2，定植50 d之内为咸水灌溉，之后改为淡水)和咸水灌溉处理(T3，整个生长季使用咸水灌溉)。试验前使用淡水进行漫灌处理(1 500 m3/hm2)。樱桃番茄5月23日至6月14日在温室进行育苗，6月15日苗高15 cm左右时移植到试验田。株距为40 cm，行距为50 cm和70 cm(大小行)，试验样方大小为9 m×7 m。第1次膜下滴灌在定植后当天进行，滴灌带在植株根部0～5 cm范围内，定植后第15天之前和63天之后每7 d灌溉1次，定植15～63 d之间每3～4 d灌溉1次。定植后第15天之前每次灌水量为85 m3/hm2，定植15～63 d之间每次灌溉量为38 m3/hm2，8月底和9月份每次灌溉量为40 m3/hm2，10月份每次灌溉量为18 m3/hm2。不同处理整个生长季灌溉总量相同。灌溉用的咸水组成与民勤县西渠镇姜桂村灌溉用井井水性质相同，灌溉用咸水通过在治沙站的井水(矿化度为0．46 g/L)中加入化学试剂(CaCl2、MgCl2、MgSO4、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3、NaNO3)，人工配制成矿化度为5．00 g/L的水进行灌溉试验，具体性质如表1所示。

土壤电导率(ECe)通过2．5∶1水土比提取液使用雷磁DDS-308 电导率仪测定。定植后1、8、26、41、55、74、87 和 102 d分别在 0～0．2 m 和0．2～0．4 m 深度上取样;定植后10、24、38、62、74、88 和100 d 在每个样方取 3 株植物样品，测定单株植物叶面积，茎、叶鲜重和干重，通过Hunt的方法确定植物叶面积指数(LAI)和叶面积持续时间(LAD)［16］，叶重比为叶干重与植株干重之比，茎重比为茎干重与植株干重之比，收获指数为果实干重与植株干重之比。在定植后39、57、72和93 d时进行熟果收获，以确定作物最终产量;每个样方采集9个成熟果实测定其可溶性固形物总量，每个果实重复测3次，用WYT-4型手持测糖仪测定;使用Li-cor 6400光合仪在定植后25 d和53 d每日上午11:00测定其净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和蒸腾速率(Tr)，每个样方测定3株，每株重复测定3次，水分利用效率等于光合速率与蒸腾速率之比。

表1 试验用水化学性质

2 结果与分析

2．1 作物生长 试验樱桃番茄定植后28 d进入开花期，定植后39 d进行第1次收获，收获量较小，定植后59 d和72 d达到坐果高峰期和最大收获期。

咸水灌溉处理(T1、T2、T3)与控制处理(C)间茎叶鲜重的区别在定植50 d后比50 d内更为明显(图1)。T2处理的叶鲜重增加幅度低于T3处理但高于T1处理，T2处理的茎鲜重随定植天数延长增加最少。

最大叶面积指数、最大叶干重和最大茎干重均出现在定植74 d时，它们在T1、T2和T3处理使用咸水灌溉后均呈下降趋势(表2)。T1、T2和T3处理的最大叶面积指数相对于C 处理分别下降0．16、0．13 和0．17。T1 和 T3 处理的最大茎叶干重下降幅度比T2处理大。定植74 d时T2和T3的叶重比和茎重比有所下降(表2)。自定植后38 d到最后1次测定，T2和T3处理的叶面积持续时间(LAD)增加幅度显著下降(图2)。

2．2 净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率 樱桃番茄对不同试验处理的生理响应如图3所示。不同测量时间和试验处理对净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、蒸腾速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的影响是相互独立的。4个处理定植后25 d的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均高于定植后53 d的测量值，而WUE则表现为定植后53 d高于定植后25 d。T2定植后53 d的Pn下降了11%，而T1和T3没有明显下降(图3Ⅰ);gs和Tr的变化趋势与Pn相同(图3Ⅱ和3Ⅲ)。定植后25 d的WUE只有T3处理明显升高了17%，定植后53 d的WUE T2和T3分别增加了11%和12%(图3Ⅳ)。

表2 不同试验处理对作物生长、产量和果实品质的影响

2．3 作物产量和果实品质 尽管所有试验处理的种植密度一致，T1和T3处理的上市果实产量显著下降，T2处理的上市果实产量没有明显降低(表2)。樱桃番茄共收获4次，4个处理收获日期一致(定植39、57、72和93 d)，均在定植50 d内收获1次，之后收获3次占总产量的77% ～82%。定植50 d内T2和T3处理的产量没有明显变化，定植50 d后T1和T3处理的产量显著下降(图4)。T1、T2和T3处理的上市果实总产量分别降低了24．6%、6．0%和23．1%，T2和T3处理的收获指数和可溶性固形物总量明显高于C和T1处理(表2)，作物产量与叶面积持续时间显著相关(R2=0．614，P ＜0．01)。

2．4 土壤盐分 土壤电导率是反映土壤电化学性质和肥力特性的基础指标，Rhoades［17］认为土壤盐分和含水率对土壤电导率的影响明显大于其他各因素，图5显示了樱桃番茄植至收获期0～0．4 m深度上的土壤电导率。定植40 d内，T2和T3处理的土壤电导率呈持续上升，而C和T1处理的土壤电导率呈不断下降态势;定植40～50 d之间4个处理的土壤电导率均有所增加;定植50～102 d T1和T3处理的土壤电导率不断上升，而T2不断下降(图5Ⅰ);整个生长季结束后T1和T3处理的土壤盐分显著增加，而C和T2处理的土壤电导率变化不显著(图5Ⅱ);T1和T3处理的土壤电导率分别增加了1．93和2．91 dS/m。尽管T2处理的土壤电导率有所下降，但生长季结束时它仍高于C处理的土壤电导率;C处理和T1处理的土壤盐分随土壤深度的增加而增加，而T2处理的土壤盐分随土壤深度的增加而降低，T3处理的土壤盐分在不同土壤深度间没有明显差别(图5Ⅲ)。

2．5 作物耐盐性 根据Maas－Hoffman模型［8］作物产量与灌溉水矿化度通过临界值外延至100的线性模型来评价。

Y=100－b(ECe－a)

Y是相对产量(%);b是斜率(单位盐分增加引起的产量下降);ECe是0～0．4 m深度上土壤电导率的季节平均值;a是盐分临界值。此关系表明了临界值a之上随着土壤盐分的增加作物生长率线性下降规律。

在试验中C处理的灌溉用水水质较好(矿化度为0．46 g/L、电导率为0．7 dS/m)，其试验样方的ECe也比较低。相对产量是通过咸水灌溉处理的测定产量(T1、T2和T3)与控制处理(C)的产量比值，通过相对产量与ECe的关系图发现两者的相关系数(b，斜率)，将生长时段分为定植50 d内和50 d后2个时段进行分析，结果显示2个时段的相关系数(b，斜率)明显不同(图6)。

将所有的观测结果合并成一个数据集得出图6中的线性关系，应用于适于上市产量分析。定植50 d内和50 d后2个时段的临界值a分别为2．4 dS/m和4．10 dS/m，此2个临界值之外每增加单位土壤电导率作物产量下降率分别为1．45%和7．85%，表明樱桃番茄在定植50 d之内的耐盐性较好，定植50 d以后对盐分中等敏感。

3 讨论

不同国家开展的诸多咸水灌溉对番茄影响的研究显示，盐分虽然降低了番茄生长、产量并对其生理过程产生影响，但是咸水灌溉提高了果实品质，补偿了咸水灌溉的负面作用，这一观点已被广泛接受［4］。咸水灌溉降低了樱桃番茄最大叶面积指数、最大茎叶干物质量和累积叶面积持续时间，但各处理间没有显著性差别，表明了樱桃番茄整个生长期对盐分胁迫的敏感性。而T1和T3处理的相对减幅比T2大，进一步证明了樱桃番茄生殖生长期对盐分的敏感性比营养生长期对盐分的敏感性更大。咸水灌溉明显降低了定植后25 d的净光合速率，但对定植50 d内的累积叶面积持续时间没有明显的影响。定植50 d茎叶生长的下降表明持续的咸水灌溉影响了作物的生长，T1处理的最大叶鲜重下降和T2处理的最大茎鲜重下降表明不同生长阶段作物不同器官的耐盐性不同。T1处理的叶重比和茎重比在定植后74 d没有明显下降，这是因为尽管这个时期茎叶干重明显下降但同时产量的下降使得叶重比和茎重比没有明显变化。

试验结果表明，樱桃番茄整个生长季或生长季后期使用咸水进行膜下滴灌能显著增加0～0．4 m深度上的土壤盐分含量，其结果与笔者之前进行的咸水沟灌黄河蜜瓜的试验结果相一致［15］。樱桃番茄定植后40～50 d 0～0．4 m深度上4个处理的土壤盐分均有增加的趋势，该时段作物生长达到高峰期，作物从深层土壤吸收水分，故0～0．4 m深度上的盐分不断增加。定植50 d使用淡水进行灌溉有效降低了土壤盐分。C和T1处理0～0．2 m深度上的土壤盐分低于0．2～0．4 m深度上的土壤盐分，T2处理0～0．2 m深度上的土壤盐分高于0．2～0．4 m深度上的土壤盐分，T3处理在不同土层土壤盐分差别不大，这与沟灌咸水灌溉试验土壤盐分表聚现象有所不同［16］。在该研究中，膜下滴灌的灌溉方式抑制了土壤水分蒸发和运动，进而减弱了盐分的表聚现象［18］。当土壤电导率高于3．0 dS/m时，番茄产量对盐分的升高十分敏感［18－19］。该研究中T1和T3处理的上市果实产量显著下降(分别为 24．6% 和 23．1%)，但 T2处理不显著(6．0%)，说明生殖生长期的咸水灌溉对果实产量具有明显的影响。影响果实上市产量的土壤电导率临界值为4．10 dS/m。高于此值时每增高单位土壤电导率产量下降7．85%，这与Mass-Hoffman的研究结果一致［8］。樱桃番茄的产量与叶面积持续时间高度相关(R2=0．614，P＜0．01)，相应的T1处理的叶鲜重和产量明显下降证实了叶面积持续时间可以作为产量的一个可信指示指标［20］。尽管T2和T3处理的果实产量下降但其收获指数上升，因为茎叶干物质的下降幅度小于产量的下降幅度;T1处理的收获指数没有明显变化，因为其茎叶干物质下降幅度与产量下降幅度相当。果实可溶性固形物总量的上升补偿了产量的下降［1，6，20－22］，这点在该研究中也得到了证实。

4 结论

该试验条件下咸水灌溉降低了樱桃番茄的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，却提高了水分利用效率;其生殖生长期利用咸水灌溉可大幅度减少茎叶干物质积累量;膜下滴灌的咸水灌溉方式抑制了土壤盐分的垂直运动;影响果实上市产量的土壤电导率临界值为4．10 dS/m，高于此值时每增加单位土壤电导率则产量下降7．85%;果实可溶性固形物总量在所有处理中呈不断上升趋势，只有在营养生长期才具有显著性增长特征。因此，在不得不使用咸水进行灌溉的条件下，生殖生长期使用淡水而在营养生长期使用咸水进行膜下滴灌是樱桃番茄在民勤绿洲种植较为合理的灌溉方式。

［1］MALASH N M，FLOWERS T J，RAGAB R．Effect of irrigation methods management and salinity of irrigation water on tomato yield，soil moisture and salinity distribution［J］．Irrigation Sciences，2008，26:313 －323．

［2］黄翠华，薛娴，彭飞，等．不同矿化度地下水灌溉对民勤土壤环境的影响［J］．中国沙漠，2013，33(2):590 －596．

［3］黄翠华，王涛，薛娴，等．民勤咸水灌溉及SWAP模型模拟研究［J］．中国沙漠，2011，31(2):288 －294．

［4］ISMAIL M R，BURRAGE S W．Effects of salinity on growth，water relations and photosynthetic rate of tomatoes grown in nutrient film technique［J］．Pertanika Journal of Tropical Agricultural Science，1994，17:73 －79．

［5］MAGGIO A，DE PASCALE S，ANGELINO G，et al．Physiological response of tomato to saline irrigation in long-term salinized soils［J］．European Journal of Agronomy，2004，21:149 －159．

［6］TEDESCHI A，LAVINI A，RICCARDI M，et al．Melon crops(Cucumis melo L．，cv．Tendral)grown in a Mediterranean enivronment under saline －sodic conditions:part I．Yeild quality［J］．Agricultural Water Management，2011，98:1392－1338．

［7］ROMERO-ARANDA R，SORIA T，CUARTERO J．Tomato plant-water uptake and plant－ water relationships under saline growth conditions［J］．Plant Science，2001，160(2):265 －272．

［8］MASS E V，POSS J A．Salt sensitivity of wheat at various growth stages［J］．Irrigation Science，1989，10:29 －40．

［9］DEL AMOR F M，MARTINEZ V，CERDA A．Salt tolerance of tomato plants at affected by stage of plant development［J］．Horticulture Sciences，2001，36:1260 －1263．

［10］WAN S Q，KANG Y H，WANG D，et al．Effect of drip irrigation with saline water on tomato(Lycopersicon esculentum Mill)yield and water use in semi-humid area［J］．Agricultural Water Management，2007，90:63 －74．

［11］巴音达拉．(覆膜)滴灌技术的应用及其对土壤水盐运移、根系分布的影响研究［J］．安徽农业科学，2013，41(29):11787 －11791．

［12］郭小芹，刘明春，曾婷，等．气候变化下石羊河流域水资源特征分析［J］．安徽农业科学，2014，42(5):1385 －1387，1426．

［13］FENG Q，WEI L，SU Y Z，et al．Distribution and evolution of water chemistry in Heihe River Basin［J］．Environmental Geology，2005，45:947 －956．

［14］尤全刚，薛娴，黄翠华．地下水深埋区咸水灌溉对土壤盐渍化的影响的初步研究——以民勤绿洲为例［J］．中国沙漠，2011，31(2):302－308．

［15］HUANG C H，ZONG L，BUONANNO M，et al．Impact of saline water irrigation on yield and quality of melon(Cucumis melo cv．Huanghemi)in northwest China［J］．European Journal of Agronomy，2012，43:68 －76．

［16］KAMAN H，KIRDA C，CETIN M，et al．Salt accumulation in the root zones of tomato and cotton irrigated with partial root－drying technique［J］．Irrigation and Drainage，2006，55:533 －544．

［17］RHOADES J D．Salinity:electrical conductivity and total dissolved solids［M］．In:Spark DL(ed)Methods of Soil Analysis．1996．

［18］BRENT C，SAUER T，SCOTTER D．Redistribution of water and solute following infiltration from a surface drip source［J］．Water Resource Research，1991，27:2091 －2097．

［19］CUARTERO J，FERNANDEZ-MUNOZ R．Tomato and salinity［J］．Scientia Horticulturae，1998，78:83 －125．

［20］KATERJI N，VAN HOORN J W，HAMDY A，et al．Salinity effect on crop development and yield，analysis of salt tolerance according to several classification methods［J］．Agricutural Water Management，2003，62:37 －66．

［21］BUSTAN A，COHEN S，DE MALACH Y，et al．Effects of timing and duration of brackish irrigation wate on fruit yield and quality of late summer melons［J］．Agricultural Water Management，2005，74:123 －134．

［22］MAGAN J J，GALLARDO M，THOMPSON R B，et al．Effects of salinity on fruit yield and quality of tomato grown in soil－less culture in greenhouses in Mediterranean climatic conditions［J］．Agricultural Water Management，2008，95:1041 －1055．