再生水滴灌对番茄光合、产量及品质的影响

徐桂红，田军仓,2,3，王璐璐，沈 晖,2,3，闫新房,2,3

(1. 宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2. 宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021；3. 宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021)

0 引 言

再生水和海水淡化、跨流域调水相比，有助于改善生态环境，实现水生态的良性循环，在缓解农业用水供需矛盾方面也发挥着重要作用[1]。李艳(2018)等[2]研究表明，与清水灌溉相比,再生水灌溉没有显著影响蔬菜多环芳烃(PAHs)质量分数(P>0.05)，未引起表层土壤和各蔬菜PAHs污染风险。张娜(2015)[3]等研究表明:清水和再生水中的铅(Pb)主要以水溶态B0存在，总量均未超过国家《农田灌溉水质标准(GB5084-2005)》。国内外许多学者采用合理的灌溉方式或将处理后的污水再用于灌溉，研究表明灌溉后作物的品质指标并不会低于相应规定标准[4-6]。国内外学者对再生水灌溉作物做了较多研究，相关研究集中再生水灌溉对作物产量与品质的影响以及重金属在土壤中的累积等方面[7-9]、再生水灌溉对表层土壤微生物群落多样性和化学性质及细菌种群的群落组成和动态的影响[10-15]，再生水灌溉对番茄的研究主要集中在番茄果实品质、产量、土壤特性、氮肥偏生产力及蔬菜生理和水分生产效率的影响[16-22]及对产品安全性的影响[23,24]，但再生水滴灌对番茄叶绿素及光合作用的影响研究鲜见，特别是干旱地区宁夏再生水滴灌对番茄的光合、品质和产量的影响研究还未见文献报道。本文针对再生水灌溉对番茄影响的问题，研究再生水不同灌溉定额对番茄生长、光合作用、产量及品质的影响，为宁夏再生水滴灌蔬菜合理灌溉推广提供理论依据与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验基地基本情况

试验地点位于宁夏回族自治区中卫市沙坡头区文昌镇应理集团中水处理厂的蔬菜示范基地，试验田土质为壤土，定植前测得土壤的基础肥力为：土壤pH 8.60，全盐量0.50 g/kg，有机质10.27 g/kg，碱解氮36.00 mg/kg，速效磷18.59 mg/kg，速效钾180.10 mg/kg，土壤容重为1.44 g/cm3，田间持水率为28%(占干土重)。所用中水厂的再生水水质符合《农田灌溉水质标准(GB5084-2005)》，灌溉水质指标如表1所示。试验期间降雨量为116.3 mm。

表1 灌溉用水指标

1.2 试验设计

采用对比试验方法，在施肥及栽培等措施相同的条件下，研究再生水不同灌溉定额对番茄光合作用、产量和品质的影响。设置再生水处理低水平(2 290 m3/hm2)、中水平(3 235 m3/hm2)、高水平(4 180 m3/hm2)3个灌溉定额水平，以自来水为对照，也设置相应的3个灌溉定额水平。3个灌溉定额水平相应的灌水定额分别为90、135、180 m3/hm2，设计灌水次数22次。各处理3次重复。

1.3 试验实施

每个小区对应一个处理，面积为7.7 m2(5.5 m长×1.4 m宽，其中垄宽80 cm，垄距60 cm)，株距为40 cm，行距50 cm，灌水方式采用水肥一体化滴灌，每行番茄布置一条内镶式滴灌带，滴头间距为30 cm，滴头流量3 L/h，灌溉时直接引用自来水和中水厂生活再生水，采用数字式水表量水。基肥施复合肥750 kg/hm2(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)，有机肥1 500 kg/hm2(有机质≥45%，N+P2O5+K2O=5%)。基础肥力是在施基肥后测试。整个生育期追肥825 kg/hm2，分11次追肥，每次追肥75 kg/hm2，均为同一种水溶复合肥(N∶P2O5∶K2O=16∶5∶25)。5月26日开始移栽苗，10月25日拉秧。生育期灌水22次。

1.4 观测试验数据及方法

产量按小区测产后计算公顷产量；叶绿素采用SPAD-520仪器测量；光合采用LI-6400便携式光系统测试仪测量。维生素C采用2,6-二氯靛酚滴定法，可溶性糖采用3,5-二硝基水杨酸比色法。总酸使用酸碱滴定法，可溶性固形物使用折射仪法，番茄红素使用高效液相色谱仪法。

1.5 数据处理和统计方法

所有数据均采用Excel 2007、Origin和DPS软件进行画图和分析处理。

2 结果分析

2.1 不同灌溉定额水平对番茄产量的影响

对番茄最终产量进行方差分析，由表2可知，再生水处理和对照三个灌溉定额水平对番茄产量均差异显著。产量由大到小的水平顺序为Z2>Z3>Z1，Q2>Q3>Q1；产量随着灌溉定额水平的增大先增加后降低，呈现倒V型变化趋势。Z2处理比Z1和Z3处理产量分别高18.5%和6.1%。Q2处理比Q1和Q3处理产量分别高30.5%和14.0%。再生水处理比对照相应三个水平的产量分别高9.2%、11.4%和10.6%；再生水处理比对照三个水平平均产量高31.2%，说明再生水对产量有促进作用。群体水分利用效率、灌溉水分利用效率和叶片水分利用效率随着灌溉定额的增大而减小，Z1、Z2水平值接近，与Z3水平相差较大。

表2 不同处理番茄水分利用效率

注：同列数据后，小写字母不同表示差异显著(P<0.05)，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)，下表同。

2.2 不同灌溉定额水平对番茄品质的影响

维生素C、可溶性糖、可溶性固形物、总酸、番茄红素是衡量番茄品质的重要指标。

由表3可知，番茄维生素C含量的Z1水平和Z2水平差异显著，Z3和Z2水平差异不显著，Q1、Q2和Q3水平差异显著。可溶性糖的Z1和Z2水平差异不显著，Z2和Z3水平差异显著；可溶性糖的Q1和Q2水平差异显著，Q2和Q3水平差异不显著。可溶性固形物再生水处理和对照的中、低和高灌溉水平差异显著。维生素C、可溶性糖、可溶性固形物三个指标均随着再生水处理和对照的灌溉定额水平的增大而减小。

表3 再生水番茄品质指标

对各水平之间比较，Z1比Z2和Z3水平的维生素C分别高11.4%和19.7%，Q1比Q2和Q3水平的维生素C分别高21.9%和38.3%。Z1比Z2和Z3水平的可溶性糖分别高3.6%和25.5%，Q1比Q2和Q3水平的可溶性糖分别高10.1%和11.6%。Z1比Z2和Z3水平的可溶性固形物分别高5.8%和10%，Q1比Q2和Q3水平可溶性固形物分别高3.9%和8.2%。

对再生水和对照比较，再生水处理比对照三个灌溉定额水平的番茄维生素C含量分别低14.6%、6.5%和1.3%，平均维生素C低22.4%；再生水处理比对照相应的三个水平的番茄可溶性糖含量分别高16%、23.3%和3.1%，平均可溶性糖高42.4%；再生水处理比对照相应的三个水平的番茄可溶性固形物含量分别高3.8%、2.0%和2.0%，平均可溶性固形物高7.8%。再生水灌溉对番茄维生素C有抑制作用，对番茄可溶性糖和可溶性固形物有促进作用。

总酸Z1、Z2和Z3水平差异显著，Q1和Q2水平差异显著，Q3和Q2水平差异不显著。对各水平之间比较，总酸含量随着再生水处理和对照灌溉定额水平的增大而增加。Z3比Z1和Z2水平的总酸分别高18.5%和6.1%，Q3比Q1和Q2水平的总酸分别高27.2%和5.5%。对再生水和对照比较，再生水处理比对照三个灌溉定额水平的总酸含量分别高11.0%、2.9%和3.4%，平均总酸高17.3%，说明再生水灌溉促使总酸含量提高。

再生水处理和对照三个灌溉定额水平的番茄番茄红素含量均差异显著。番茄红素含量随着再生水处理和对照灌溉定额水平的增大先增加后降低。对各水平之间比较，Z2比Z1和Z3水平的番茄红素含量分别高69.1%和28.8%，Q2比Q1和Q3水平番茄红素含量分别高65.2%和28.6%。对再生水处理和对照比较，前者比后者三个灌溉定额水平的番茄红素含量分别高0.2%、2.5%和2.4%，平均番茄红素含量高5.1%，由于施肥可增加番茄红素含量，再生水中含有丰富的氮、磷及钾元素，因此再生水灌溉对番茄红素含量有促进作用。

由表4可知，番茄的农药残留小于无公害食品标准(吡虫啉<1 mg/kg，啶虫脒<5 mg/kg)。

表4 农药残留测量值

μg/kg

2.3 不同灌溉定额水平对番茄光合作用的影响

由图1-图4可知，净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化呈“M”型变化，峰值均出现在10∶40和14∶40；胞间二氧化碳浓度与净光合速率日变化相反为“W”型，谷值出现在10∶40和14∶40。这与欧阳赞等[25](2018)研究相符。由表5可知，灌溉定额各水平在峰值的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度差异均显著。

图1 不同水平番茄净光合速率变化

图2 不同水平番茄蒸腾速率变化

图3 不同水平番茄气孔导度变化

图4 不同水平番茄胞间二氧化碳浓度变化

净光合速率的Z2水平和Z1、Z3水平差异显著，Q2水平和Q1水平差异显著；蒸腾速率的Z2水平和Z1、Z3水平差异显著，Z2水平和Z3水平差异不显著，对照处理三个灌溉定额水平均差异显著。气孔导度Z2水平和Z1、Z3水平差异显著，Z2水平和Z3水平差异不显著，对照处理三个灌溉定额水平均差异显著。胞间二氧化碳浓度再生水处理三个灌溉定额水平差异不显著，Q2水平和Q1、Q3水平差异显著，Q3水平和Q1水平差异不显著。

净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间二氧化碳浓度均随着灌溉定额水平的增大先增大后减小，因为水分既是光合作用的原料之一，又可影响叶片气孔的开闭，间接影响CO2的吸收，当番茄水分缺乏时会使光合速率下降，中等水分时，光合作用变大，水分过多时，由于叶片气孔全部打开，水分蒸发过多，参与光合作用的水分减少，光合作用降低。同时产量也随着灌溉定额水平的增大先增大后减小，与光合作用规律一致。

对各水平之间比较，处理Z2水平比Z1和Z3水平的净光合速率分别高24.9%和17.1%，蒸腾速率分别高12.9%和8.0%，气孔导度分别高28.9%和0.4%，胞间二氧化碳浓度分别高20.4%和17.9%。对照Q2水平比Q1和Q3水平的净光合速率分别高25.7%和17.9%，蒸腾速率分别高14.3%和6.0%，气孔导度分别高0.32%和0.1%，胞间二氧化碳浓度分别高15.0%和10.3%。

对再生水处理和对照比较，再生水处理比对照相应的三个灌溉定额水平的番茄净光合速率分别高2.9%、2.9%和2.2%，番茄的蒸腾速率分别高8.8%、5.5%和7.4%，番茄的气孔导度分别高16.7%、52%和48.5%，番茄的胞间二氧化碳浓度分别高11.4%、9.2%和16.7%。再生水处理比对照的平均净光合速率、平均蒸腾速率、平均气孔导度和平均胞间二氧化碳浓度分别高8.1%、21.9%、117.2%和37.2%。说明再生水灌溉对番茄光合有促进作用，究其原因是再生水处理中N、P、K及Mg都比自来水对照的含量大，N、P及K对光合产物的运输和转化起促进作用，Mg元素影响叶绿素从而影响光合作用。

2.4 不同灌溉定额水平对番茄叶绿素的影响

图5和图6是番茄生育期叶绿素SPAD值变化趋势图。由表5可知，番茄叶绿素SPAD值Z2水平和Z1、Z3水平差异显著，Q2水平和Q1水平差异显著。

图5 再生水不同水平番茄叶绿素

图6 自来水对照不同水平番茄叶绿素

水平号净光合速率/(CO2μmol·m-2·s-1)蒸腾速率/(H2Ommol·m-2·s-1)气孔导度/(H2Omol·m-2·s-1)胞间二氧化碳浓度/(CO2μmo·/mol-1)叶绿素SPAD值Z122.98 Bb14.75 Bb0.35 Bb186 Aa60.9AbZ225.89 Aa16.95 Aa0.49 Aa224 Aa62.8AaZ323.61 Bb15.82 ABb0.38 ABb190 Aa61.1AbQ121.7 Ab13.55 Cc0.25Bc167 Bb59.4AbQ224.28 Aa15.49 Aa0.33 Aa192 Aa61.0AaQ323.13 Aab14.89 Bb0.3 Ab174 ABb59.9Aab

注：光合差异显著性分析所选均是10∶40光和值，叶绿素选取的为结果中期的值。

对各水平之间比较，由全生育期叶绿素SPAD值变化可知，再生水处理和对照的各水平生育期变化一致，初花期是番茄叶绿素SPAD值略有减小，结果中期时各水平叶绿素SPAD值达到最大值，随着灌水量的增大叶绿素SPAD值先增大后降低。在结果中期时，再生水灌溉番茄叶绿素SPAD值由大到小的顺序为Z2>Z3>Z1，对照自来水灌溉番茄叶绿素SPAD值由大到小的顺序为Q2>Q3>Q1。Z2比Z1、Z3水平分别高3.1%和2.9%，Q2比Q1、Q3水平分别高2.7%和1.8%；

对再生水处理和对照比较，再生水处理比对照三个灌溉定额水平的番茄叶绿素SPAD值分别高2.5%、3.0%和2.0%，平均叶绿素SPAD值高7.5%。在灌溉定额水平相同的条件下，再生水灌溉番茄叶绿素高于对照自来水灌溉番茄叶绿素，因为再生水比自来水镁元素含量高，可促进叶绿素合成。

3 结 语

在本试验条件下，得到如下结论。

(1) 再生水处理和对照自来水的产量随着灌溉定额的增大而先增加后降低，呈现倒V型变化。再生水处理比对照三个水平平均产量高31.2%，表明再生水对产量有促进作用。群体水分利用效率、灌溉水分利用效率和叶片水分利用效率随着灌溉定额水平的增大而减小。

(2)再生水处理比对照三个水平的平均番茄维生素C低22.4%，表明再生水灌溉对番茄维生素C有抑制作用；再生水处理比对照三个水平的平均番茄红素、平均可溶性糖、平均总酸和平均可溶性固形物含量分别高 5.1%、42.4%、17.3 %和7.8%，表明再生水灌溉对番茄番茄红素、可溶性糖、总酸和可溶性固形物含量有促进作用，糖酸比为4.9～7.6。

(3)再生水灌溉平均净光合速率、平均蒸腾速率、平均气孔导度和平均胞间二氧化碳浓度比对照分别高8.1%、21.9%、117.2%和37.2%，表明再生水灌溉对番茄光合作用有促进作用。

总之，在本试验条件下，中等灌溉定额水平的产量和光合作用均最大，番茄红素最大，维生素C、可溶性糖、总酸和可溶性固形物适中，且品质各指标符合《无公害番茄质量标准(DB510422T018-2010)》限值指标。所以再生水中等水平灌溉定额为3 235 m3/hm2，相应的灌水定额为135 m3/hm2，灌水次数22次，产量为179 175 kg/hm2，是当地较适宜的灌溉制度。