微咸水富氧灌溉对番茄生长、品质及土壤微生物的影响

翟红梅+冯俊霞+韩伟+刘孟雨

摘要：采用盆栽试验法，研究微咸水富氧灌溉对番茄生长、品质、土壤微生物活性的影响，试验包括3个水平咸水灌溉：0.2、2.0、5.0 g/L，2个水平的水溶氧浓度处理：3.0（对照）、7.0～9.0 mg/L。研究发现，富氧灌溉能够显著提高番茄的生物量、品质，在5.0 g/L咸水灌溉下，富氧灌溉分别能提高地上部、根部生物量32.0%、32.4%，在2.0 g/L咸水灌溉下，富氧灌溉分别提高维生素C含量69.95%、可溶性蛋白质含量23.16%、可溶性糖含量13.09%。富氧灌溉能够增加盐胁迫下土壤的微生物量和活性，富氧处理显著增加了2个水平咸水灌溉下的土壤酶活性，在5.0 g/L咸水灌溉下，蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶分别提高了44.0%、10.4%、31.7%、16.7%。结果表明，富氧灌溉可以作为微咸水安全灌溉的辅助措施。

关键词：富氧灌溉；微咸水；番茄；土壤微生物；土壤酶

中图分类号： S641.207文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）12-0085-03

蔬菜的生长需要大量灌溉用水，可利用的淡水资源越来越少，而许多国家和地区有相当丰富的咸水资源还没得到充分合理的利用[1]。由于咸水中存在大量盐离子，如果灌溉措施不当会引起土壤盐分含量增多，土壤盐胁迫是影响植物及土壤微生物生长的最主要非生物因素[2]。盐碱土会导致土壤通透性降低，土壤中氧气减少，而植物根系需要充足的氧气进行有氧呼吸来维持自身的新陈代谢和整个植株的生长发育[3-4]。近年来，在富氧灌溉方面有许多研究表明，富氧灌溉明显改善了植物的生长状况，而且有研究表明微咸水富氧灌溉可以提高番茄耐盐性能和水分利用效率，从而缓解微咸水灌溉的负面效应[5-6]。但是微咸水富氧灌溉下番茄品质的变化未见报道。比起植物生长以及土壤的物理化学性质，土壤微生物对土壤环境及管理措施更加敏感，可以作为评价土壤质量的有效指标[7]。土壤微生物、土壤酶活性对微咸水富氧灌溉如何响应，还未见报道。本研究以番茄为种植材料，研究微咸水富氧灌溉对番茄产量、品质及对根区土壤微生物和酶活性的影响，进一步探讨微咸水富氧灌溉减缓盐胁迫的生理机制。

1材料与方法

1.1试验区概述

盆栽试验于2013年11月10日进行移栽，2014年5月17日最终收获，在中国科学院栾城农业生态系统试验站日光温室中完成。盆栽土壤取自大田20 cm耕层，质地为潮褐土。试验土壤理化性质为土壤田间持水量26.00%（质量分数），有机质含量为12.00 g/kg，全氮含量为1.22 g/kg，速效氮含量为46.00 mg/kg，速效磷含量为32.20 mg/kg，pH值为710。供试作物为番茄，品种为鲁比。土壤过2 mm筛后装入塑料桶中，每桶土质量10 kg，桶直径30 cm，高度为35 cm。

1.2试验设计

试验处理包括3个盐分水平的咸水：0.2（地下水）、2.0、5.0 g/L，2个含氧浓度水：3.0（对照）、7.0～9.0 mg/L（加氧），共6个处理，每个处理10个重复。不同浓度的咸水通过向地下水中加入相应的NaCl配制而成，利用打氧泵在不同盐分水平咸水中加氧2 h达到饱和即得到加氧状态水，充氧后立即灌溉，以保证更多的氧被植物利用。水中氧饱和后，每隔2 h测定水中溶氧浓度，在前6 h加氧水的溶氧浓度显著高于不加氧水，在这期间对于盆栽试验灌溉水可以完成渗透使更多的氧进入土壤，并且24 h之内均能保证较高的氧浓度。浇灌次数及水量依照土壤含水量而定，土壤相对含水量保持在田间持水量的70%～80%。

1.3测定项目

2014年4月17日开始采摘番茄，取第2穗果进行果实品质测定。可溶性总糖含量用蒽酮比色法测定，维生素C含量用钼蓝比色法测定，有机酸含量用滴定法测定，可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝G-250法[8]测定。

生物量：2014年5月17日收获，分别测定地上部（包括番茄）、地下部生物量，鲜样置于鼓风烘箱105 ℃下杀青，然后在80 ℃下烘干，称质量。

收获时按无菌操作采集根部周围5 cm深度10～20 cm的土样，立即过2 mm土筛，分为2份，1份烘干后测定土壤pH值，1份用冰盒带回实验室分析土壤微生物及酶活性。土壤pH值及电导率采用pH计、电导率仪测定土水比 1 ∶5 的土壤浸提液；土壤微生物量碳利用熏蒸-浸提法[9]测定；基础呼吸采用碱液吸收法[10]测定；土壤脲酶利用靛蓝比色法[11]测定；土壤蛋白酶采用酪蛋白水解法，以茚三酮比色法[12]测定；土壤蔗糖酶采用3，5-二硝基水杨酸水解法测定；土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶活性采用人工合成的对硝基苯衍生物作为酶促反应底物[13]来测定。

1.4数据分析

数据用Excel 2003进行整理，用SPSS软件进行方差分析。

2结果与分析

2.1不同处理下番茄生物量的变化

从表1可见，高盐分含量给番茄的生长带来一定的不利影响。用不加氧的水灌溉时，与矿化度0.2 g/L相比，用 5.0 g/L 咸水灌溉，番茄地上部、根部生物量分别降低438%、60.8%；加氧水灌溉缓解了这种不利影响，在 5.0 g/L 咸水灌溉下，加氧水灌溉分别提高地上部、根部生物量32.0%、32.4%。5.0 g/L咸水灌溉显著降低了番茄的根冠比，而每个盐分水平下加氧处理与对照相比则没有显著影响。

2.2不同处理下番茄品质的变化

从表2可以看出，在不同的盐分处理下，番茄果实中维生素C、可溶性蛋白质、可溶性糖、有机酸含量的变化是有一定差异的。在矿化度为2.0 g/L处理条件下，番茄果实中的维生素C、可溶性蛋白质、有机酸含量显著高于0.2 g/L处理组。维生素C含量提高69.95%，可溶性蛋白质含量提高2316%，可溶性糖含量提高13.09%，有机酸含量提高4810%。随着盐胁迫的进一步提高，番茄果實的品质有下降趋势，但是加氧灌溉显著提高了维生素C、可溶性糖含量，减缓了5.0 g/L咸水的负面效应。endprint

2.3不同處理下土壤pH值和土壤电导率的变化

从表3可以看出，无论盐分处理，还是加氧灌溉都对收获时土壤的pH值没有显著性作用。但是咸水灌溉明显改变了土壤的电导率，随着灌溉水矿化度的增加，土壤电导率呈显著增加趋势，在对照处理中，相对于地下水，2.0、5.0 g/L灌溉水分别增加土壤电导率88.5%、164.4%，加氧处理下，随着矿化度的增加，土壤电导率同样呈现增加趋势，并且增加幅度更大，但相同矿化度下与对照相比没有显著差异。

2.4不同处理下土壤微生物量、活性、代谢墒的变化

盐分和加氧处理都明显改变了土壤的微生物量、活性、代谢墒。盐分的增加抑制了土壤微生物的增长和活性。从表4可以看出，对照情况下与地下水相比，2.0、5.0 g/L灌溉水下，土壤微生物量分别降低了21.5%、43.6%，土壤微生物呼吸分别降低21.1%、39.0%。在3个矿化度灌溉水中，加氧处理显著增加了土壤微生物量，分别提高了6.1%、204%、33.7%；而对于土壤微生物呼吸量，加氧处理只对2个咸水灌溉有显著改善作用。盐分能显著增加微生物代谢墒，但随着水氧浓度的增加而降低。

2.5不同处理下土壤酶活性的变化

不加氧条件下，除脲酶活性外，其他土壤酶活性均呈现出相同的趋势，即随盐分的升高而降低，在加氧处理下明显高于不加氧处理，但对各种酶的影响程度却是不同的。可以看出，在不加氧咸水灌溉条件下，酸性磷酸酶活性下降幅度最大，相对于地下水，在2.0、5.0 g/L时分别减少32.0%、63.5%。加氧处理显著增加了2个水平咸水灌溉下的土壤酶活性， 分别提高蔗糖酶活性28.7%、44.0%，脲酶活性11.4%、10.4%，酸性磷酸酶活性22.9%、31.7%，碱性磷酸酶活性11.1%、16.7%。

3结论与讨论

微咸水灌溉导致土壤通透性降低，而土壤中氧气的高低直接影响植株根系的生长。根际通气良好能够改善根部的土壤微环境，促进植物根系进行有氧呼吸，并增强根系对水肥吸

收的能力，有利于促进作物生长发育，提高产量和品质[14-15]。近年来研究表明，加氧灌溉能够改善植物的生长状况。本研究结果显示，番茄生物量随着灌溉水盐分的增加而减少，且根部生物量降低更为明显，加氧处理改善了由于咸水灌溉引起土壤通透性降低的状况，促进了植株的生长。温改娟等研究发现，加气灌溉提高了番茄的品质[4]，本研究结果与之一致，微咸水加氧灌溉能显著提高番茄的维生素C、可溶性糖含量。

微咸水富氧灌溉能够提高植株的耐盐性能，使得更少的离子进入植物体内，导致加氧处理下土壤的电导率有所增加[3，6]。相对于植物和土壤的物理化学性质，土壤微生物及土壤酶活性对盐胁迫更为敏感，本研究发现土壤微生物量和呼吸均随着灌溉水盐分的增加而显著降低，这与以前许多在盐碱土中的研究结果[16-17]一致。植物生物量的降低引起土壤中碳氮输入的减少，进而减少了微生物可以吸收的营养，导致微生物增长缓慢，另外土壤中的盐分引起土壤渗透压的变化，而微生物的正常生长需要合适的渗透势，盐分的增加还会引起土壤板结，通透性降低，抑制微生物的呼吸，所以盐分处理下土壤微生物量和活性都降低明显。同时也可以看出，2个指标都在加氧处理下显著增加，这是因为一方面加氧处理增加了番茄的生物量，另一方面提高了土壤的通透性，微生物有更多的氧气呼吸。明显增加的土壤微生物代谢熵说明盐分条件下微生物受到很大的胁迫，在逆境下微生物需要利用更多的有机质进行代谢呼吸，而不再有效地完成催化活性[18-19]，另外盐胁迫下微生物菌群的改变也是导致代谢熵变化的原因[16-19]，而加氧灌溉则缓解了这种胁迫。

土壤酶主要来自土壤微生物、植物根系的分泌、土壤动物，并且参与碳、氮、磷等主要元素的转化过程，土壤酶活性在一定程度上反映了微生物的活性，因此，一些土壤酶活性也被作为评价土壤质量的指标[20]。许多研究表明，盐分胁迫下土壤酶活性显著降低[19-21]，本研究中也得到一致的结果。盐分的增加由于减少了植物的微生物增长，土壤酶少了来源，从而明显降低了各种土壤酶的活性，因为不同的土壤酶来源于不同的微生物种类，所以盐分对土壤酶的抑制程度不完全相同。从前面的分析中可以看出，加氧改善了这种状况，所以土壤酶的活性明显提高。土壤中的盐分可能改变了蛋白质的高级结构而影响土壤酶活性。土壤酶活性的改变又会进一步影响碳、氮、磷的循环，进而影响植物的生长，所以在自然生态系统中植物和微生物是相互影响相互关联的。

综上所述，微咸水富氧灌溉改善了盐胁迫下土壤的通透性，提高了番茄的生物量和品质，提高了土壤酶活性，减缓了盐分对土壤的胁迫，所以笔者认为富氧灌溉可以作为咸水安全灌溉的有效措施。

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