黃翠華，彭 飛，薛 嫻，尤全剛，2，王 濤(．中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所中國(guó)科學(xué)院沙漠與沙漠化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州 730000;2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 00049)

水資源短缺是全球性的問題，尤其在干旱區(qū)更為嚴(yán)重，在干旱地區(qū)，水是關(guān)鍵的生態(tài)環(huán)境因子，是區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成、發(fā)展和穩(wěn)定的基礎(chǔ)，持續(xù)的人口增加而引發(fā)的食品安全問題，導(dǎo)致干旱區(qū)不得不利用鹽分較高的地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉［1］。咸水灌溉引起的滲透效應(yīng)將影響作物的產(chǎn)量［2－3］、干物質(zhì)、生長(zhǎng)率［4］、可溶性固形物總量(TSS)［5］、果實(shí)保存期［6］、CO2凈同化率、蒸騰作用和氣孔導(dǎo)度［7］，這些生理和生產(chǎn)參數(shù)的變化決定了作物各個(gè)時(shí)期的生長(zhǎng)狀況［8］。如Del Amo等［9］的研究表明番茄在移植后16 d進(jìn)行咸水灌溉比移植后36和66 d進(jìn)行咸水灌溉的產(chǎn)量明顯下降。在華北平原進(jìn)行的試驗(yàn)表明移植后30 d對(duì)番茄使用電導(dǎo)率為1．4～4．9 dS/m的水進(jìn)行灌溉對(duì)其產(chǎn)量沒有明顯的影響［10］。對(duì)番茄進(jìn)行高頻灌溉可以增強(qiáng)水分利用率［11］。

根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)的分類標(biāo)準(zhǔn)，番茄屬于鹽分敏感性作物，它的鹽分臨界值為2．5 dS/m，高于此值時(shí)每增高單位土壤電導(dǎo)率其產(chǎn)量下降9．9%。番茄的不同生長(zhǎng)階段對(duì)鹽分的敏感性不同，生殖生長(zhǎng)期比營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期敏感。溫室內(nèi)試驗(yàn)研究表明番茄的花期和第一坐果期的鹽分脅迫對(duì)其產(chǎn)量影響明顯。盡管有些研究者對(duì)番茄不同生長(zhǎng)階段對(duì)鹽分的敏感性進(jìn)行了研究［9－10］，但很少對(duì)其整個(gè)生長(zhǎng)期進(jìn)行跟蹤試驗(yàn)，而且多數(shù)試驗(yàn)在溫室進(jìn)行。櫻桃番茄(Lycopersivon esculentum Mill．)是番茄的一個(gè)品系，早在19世紀(jì)早期就開始在中國(guó)、美國(guó)和歐洲南部被作為經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行種植。櫻桃番茄自1996年起開始在民勤綠洲種植，現(xiàn)在已成為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物。作為我國(guó)水資源開發(fā)程度較高的內(nèi)陸河流之一，石羊河流域水資源緊缺程度引起社會(huì)各界的高度關(guān)注［12］。民勤綠洲淡水資源匱乏，降雨量低而蒸發(fā)強(qiáng)烈，20世紀(jì)50年代紅崖山水庫(kù)和躍進(jìn)渠的修建以及水資源的不合理利用導(dǎo)致尾閭湖的消失，綠洲北部水資源極其匱乏［13］。為了維持生計(jì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民不得不利用鹽分較高的地下水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，但長(zhǎng)期使用高鹽分地下水進(jìn)行灌溉引起了一系列問題，如地下水水位下降、水質(zhì)惡化和綠洲土地鹽漬化。在民勤綠洲內(nèi)部，南部地下水礦化度約為0．8 g/L，而在中部和北部分別為2．0和5．0 g/L［13］。在民勤綠洲的實(shí)際農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，咸水和淡水輪番使用進(jìn)行灌溉。該研究對(duì)櫻桃番茄不同生長(zhǎng)階段進(jìn)行咸水灌溉試驗(yàn)，評(píng)價(jià)不同試驗(yàn)處理?xiàng)l件下作物的生長(zhǎng)、產(chǎn)量及果實(shí)質(zhì)量，由此確定櫻桃番茄在民勤綠洲合理的灌溉方法。

1 研究區(qū)概況與試驗(yàn)方法

民勤綠洲地處河西走廊東北部，位于102°45'～103°55'E，38°20'～39°10'N，西鄰巴丹吉林沙漠，東北靠騰格里沙漠［14］。民勤全縣面積1．600萬km2，其中綠洲面積為0．144萬km2，僅占9%。民勤20世紀(jì)50年代以來年平均降水量在115 mm左右，作物生長(zhǎng)期降雨量占全年降雨量的90%，根據(jù)Penman-Monteith公式計(jì)算的年參考蒸發(fā)蒸騰總量(ET0)為995 mm，作物生長(zhǎng)期ET0為798 mm［2－3］。民勤風(fēng)沙大，盛行西北風(fēng)，平均風(fēng)速2．8 m/s，最大風(fēng)速可達(dá)31．0 m/s。由于民勤日照時(shí)間長(zhǎng)，光輻射強(qiáng)，晝夜溫差大，所以非常適宜農(nóng)作物尤其是瓜果類的糖分積累，具有良好的市場(chǎng)前景，適宜大規(guī)模種植。

該試驗(yàn)在甘肅省民勤綜合防沙治沙試驗(yàn)站進(jìn)行，試驗(yàn)土壤沙粒和黏粒含量達(dá)到90%，土壤容重為1．55 g/cm3，pH為8．3［15］。試驗(yàn)灌溉用水的淡水(試驗(yàn)站水塔水)電導(dǎo)率0．7 dS/m，咸水電導(dǎo)率為7 dS/m，共設(shè)4個(gè)處理，淡水灌溉處理(C，整個(gè)生長(zhǎng)季使用淡水灌溉)、先淡水后咸水灌溉處理(T1，定植50 d之內(nèi)為淡水灌溉，之后改為咸水)、先咸水后淡水灌溉處理(T2，定植50 d之內(nèi)為咸水灌溉，之后改為淡水)和咸水灌溉處理(T3，整個(gè)生長(zhǎng)季使用咸水灌溉)。試驗(yàn)前使用淡水進(jìn)行漫灌處理(1 500 m3/hm2)。櫻桃番茄5月23日至6月14日在溫室進(jìn)行育苗，6月15日苗高15 cm左右時(shí)移植到試驗(yàn)田。株距為40 cm，行距為50 cm和70 cm(大小行)，試驗(yàn)樣方大小為9 m×7 m。第1次膜下滴灌在定植后當(dāng)天進(jìn)行，滴灌帶在植株根部0～5 cm范圍內(nèi)，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之間每3～4 d灌溉1次。定植后第15天之前每次灌水量為85 m3/hm2，定植15～63 d之間每次灌溉量為38 m3/hm2，8月底和9月份每次灌溉量為40 m3/hm2，10月份每次灌溉量為18 m3/hm2。不同處理整個(gè)生長(zhǎng)季灌溉總量相同。灌溉用的咸水組成與民勤縣西渠鎮(zhèn)姜桂村灌溉用井井水性質(zhì)相同，灌溉用咸水通過在治沙站的井水(礦化度為0．46 g/L)中加入化學(xué)試劑(CaCl2、MgCl2、MgSO4、Na2SO4、NaHCO3、Na2CO3、NaNO3)，人工配制成礦化度為5．00 g/L的水進(jìn)行灌溉試驗(yàn)，具體性質(zhì)如表1所示。

土壤電導(dǎo)率(ECe)通過2．5∶1水土比提取液使用雷磁DDS-308 電導(dǎo)率儀測(cè)定。定植后1、8、26、41、55、74、87 和 102 d分別在 0～0．2 m 和0．2～0．4 m 深度上取樣;定植后10、24、38、62、74、88 和100 d 在每個(gè)樣方取 3 株植物樣品，測(cè)定單株植物葉面積，莖、葉鮮重和干重，通過Hunt的方法確定植物葉面積指數(shù)(LAI)和葉面積持續(xù)時(shí)間(LAD)［16］，葉重比為葉干重與植株干重之比，莖重比為莖干重與植株干重之比，收獲指數(shù)為果實(shí)干重與植株干重之比。在定植后39、57、72和93 d時(shí)進(jìn)行熟果收獲，以確定作物最終產(chǎn)量;每個(gè)樣方采集9個(gè)成熟果實(shí)測(cè)定其可溶性固形物總量，每個(gè)果實(shí)重復(fù)測(cè)3次，用WYT-4型手持測(cè)糖儀測(cè)定;使用Li-cor 6400光合儀在定植后25 d和53 d每日上午11:00測(cè)定其凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(gs)和蒸騰速率(Tr)，每個(gè)樣方測(cè)定3株，每株重復(fù)測(cè)定3次，水分利用效率等于光合速率與蒸騰速率之比。

表1 試驗(yàn)用水化學(xué)性質(zhì)

2 結(jié)果與分析

2．1 作物生長(zhǎng) 試驗(yàn)櫻桃番茄定植后28 d進(jìn)入開花期，定植后39 d進(jìn)行第1次收獲，收獲量較小，定植后59 d和72 d達(dá)到坐果高峰期和最大收獲期。

咸水灌溉處理(T1、T2、T3)與控制處理(C)間莖葉鮮重的區(qū)別在定植50 d后比50 d內(nèi)更為明顯(圖1)。T2處理的葉鮮重增加幅度低于T3處理但高于T1處理，T2處理的莖鮮重隨定植天數(shù)延長(zhǎng)增加最少。

最大葉面積指數(shù)、最大葉干重和最大莖干重均出現(xiàn)在定植74 d時(shí)，它們?cè)赥1、T2和T3處理使用咸水灌溉后均呈下降趨勢(shì)(表2)。T1、T2和T3處理的最大葉面積指數(shù)相對(duì)于C 處理分別下降0．16、0．13 和0．17。T1 和 T3 處理的最大莖葉干重下降幅度比T2處理大。定植74 d時(shí)T2和T3的葉重比和莖重比有所下降(表2)。自定植后38 d到最后1次測(cè)定，T2和T3處理的葉面積持續(xù)時(shí)間(LAD)增加幅度顯著下降(圖2)。

2．2 凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率 櫻桃番茄對(duì)不同試驗(yàn)處理的生理響應(yīng)如圖3所示。不同測(cè)量時(shí)間和試驗(yàn)處理對(duì)凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(gs)、蒸騰速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的影響是相互獨(dú)立的。4個(gè)處理定植后25 d的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率均高于定植后53 d的測(cè)量值，而WUE則表現(xiàn)為定植后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沒有明顯下降(圖3Ⅰ);gs和Tr的變化趨勢(shì)與Pn相同(圖3Ⅱ和3Ⅲ)。定植后25 d的WUE只有T3處理明顯升高了17%，定植后53 d的WUE T2和T3分別增加了11%和12%(圖3Ⅳ)。

表2 不同試驗(yàn)處理對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì)的影響

2．3 作物產(chǎn)量和果實(shí)品質(zhì) 盡管所有試驗(yàn)處理的種植密度一致，T1和T3處理的上市果實(shí)產(chǎn)量顯著下降，T2處理的上市果實(shí)產(chǎn)量沒有明顯降低(表2)。櫻桃番茄共收獲4次，4個(gè)處理收獲日期一致(定植39、57、72和93 d)，均在定植50 d內(nèi)收獲1次，之后收獲3次占總產(chǎn)量的77% ～82%。定植50 d內(nèi)T2和T3處理的產(chǎn)量沒有明顯變化，定植50 d后T1和T3處理的產(chǎn)量顯著下降(圖4)。T1、T2和T3處理的上市果實(shí)總產(chǎn)量分別降低了24．6%、6．0%和23．1%，T2和T3處理的收獲指數(shù)和可溶性固形物總量明顯高于C和T1處理(表2)，作物產(chǎn)量與葉面積持續(xù)時(shí)間顯著相關(guān)(R2=0．614，P ＜0．01)。

2．4 土壤鹽分 土壤電導(dǎo)率是反映土壤電化學(xué)性質(zhì)和肥力特性的基礎(chǔ)指標(biāo)，Rhoades［17］認(rèn)為土壤鹽分和含水率對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響明顯大于其他各因素，圖5顯示了櫻桃番茄植至收獲期0～0．4 m深度上的土壤電導(dǎo)率。定植40 d內(nèi)，T2和T3處理的土壤電導(dǎo)率呈持續(xù)上升，而C和T1處理的土壤電導(dǎo)率呈不斷下降態(tài)勢(shì);定植40～50 d之間4個(gè)處理的土壤電導(dǎo)率均有所增加;定植50～102 d T1和T3處理的土壤電導(dǎo)率不斷上升，而T2不斷下降(圖5Ⅰ);整個(gè)生長(zhǎng)季結(jié)束后T1和T3處理的土壤鹽分顯著增加，而C和T2處理的土壤電導(dǎo)率變化不顯著(圖5Ⅱ);T1和T3處理的土壤電導(dǎo)率分別增加了1．93和2．91 dS/m。盡管T2處理的土壤電導(dǎo)率有所下降，但生長(zhǎng)季結(jié)束時(shí)它仍高于C處理的土壤電導(dǎo)率;C處理和T1處理的土壤鹽分隨土壤深度的增加而增加，而T2處理的土壤鹽分隨土壤深度的增加而降低，T3處理的土壤鹽分在不同土壤深度間沒有明顯差別(圖5Ⅲ)。

2．5 作物耐鹽性 根據(jù)Maas－Hoffman模型［8］作物產(chǎn)量與灌溉水礦化度通過臨界值外延至100的線性模型來評(píng)價(jià)。

Y=100－b(ECe－a)

Y是相對(duì)產(chǎn)量(%);b是斜率(單位鹽分增加引起的產(chǎn)量下降);ECe是0～0．4 m深度上土壤電導(dǎo)率的季節(jié)平均值;a是鹽分臨界值。此關(guān)系表明了臨界值a之上隨著土壤鹽分的增加作物生長(zhǎng)率線性下降規(guī)律。

在試驗(yàn)中C處理的灌溉用水水質(zhì)較好(礦化度為0．46 g/L、電導(dǎo)率為0．7 dS/m)，其試驗(yàn)樣方的ECe也比較低。相對(duì)產(chǎn)量是通過咸水灌溉處理的測(cè)定產(chǎn)量(T1、T2和T3)與控制處理(C)的產(chǎn)量比值，通過相對(duì)產(chǎn)量與ECe的關(guān)系圖發(fā)現(xiàn)兩者的相關(guān)系數(shù)(b，斜率)，將生長(zhǎng)時(shí)段分為定植50 d內(nèi)和50 d后2個(gè)時(shí)段進(jìn)行分析，結(jié)果顯示2個(gè)時(shí)段的相關(guān)系數(shù)(b，斜率)明顯不同(圖6)。

將所有的觀測(cè)結(jié)果合并成一個(gè)數(shù)據(jù)集得出圖6中的線性關(guān)系，應(yīng)用于適于上市產(chǎn)量分析。定植50 d內(nèi)和50 d后2個(gè)時(shí)段的臨界值a分別為2．4 dS/m和4．10 dS/m，此2個(gè)臨界值之外每增加單位土壤電導(dǎo)率作物產(chǎn)量下降率分別為1．45%和7．85%，表明櫻桃番茄在定植50 d之內(nèi)的耐鹽性較好，定植50 d以后對(duì)鹽分中等敏感。

3 討論

不同國(guó)家開展的諸多咸水灌溉對(duì)番茄影響的研究顯示，鹽分雖然降低了番茄生長(zhǎng)、產(chǎn)量并對(duì)其生理過程產(chǎn)生影響，但是咸水灌溉提高了果實(shí)品質(zhì)，補(bǔ)償了咸水灌溉的負(fù)面作用，這一觀點(diǎn)已被廣泛接受［4］。咸水灌溉降低了櫻桃番茄最大葉面積指數(shù)、最大莖葉干物質(zhì)量和累積葉面積持續(xù)時(shí)間，但各處理間沒有顯著性差別，表明了櫻桃番茄整個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)鹽分脅迫的敏感性。而T1和T3處理的相對(duì)減幅比T2大，進(jìn)一步證明了櫻桃番茄生殖生長(zhǎng)期對(duì)鹽分的敏感性比營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期對(duì)鹽分的敏感性更大。咸水灌溉明顯降低了定植后25 d的凈光合速率，但對(duì)定植50 d內(nèi)的累積葉面積持續(xù)時(shí)間沒有明顯的影響。定植50 d莖葉生長(zhǎng)的下降表明持續(xù)的咸水灌溉影響了作物的生長(zhǎng)，T1處理的最大葉鮮重下降和T2處理的最大莖鮮重下降表明不同生長(zhǎng)階段作物不同器官的耐鹽性不同。T1處理的葉重比和莖重比在定植后74 d沒有明顯下降，這是因?yàn)楸M管這個(gè)時(shí)期莖葉干重明顯下降但同時(shí)產(chǎn)量的下降使得葉重比和莖重比沒有明顯變化。

試驗(yàn)結(jié)果表明，櫻桃番茄整個(gè)生長(zhǎng)季或生長(zhǎng)季后期使用咸水進(jìn)行膜下滴灌能顯著增加0～0．4 m深度上的土壤鹽分含量，其結(jié)果與筆者之前進(jìn)行的咸水溝灌黃河蜜瓜的試驗(yàn)結(jié)果相一致［15］。櫻桃番茄定植后40～50 d 0～0．4 m深度上4個(gè)處理的土壤鹽分均有增加的趨勢(shì)，該時(shí)段作物生長(zhǎng)達(dá)到高峰期，作物從深層土壤吸收水分，故0～0．4 m深度上的鹽分不斷增加。定植50 d使用淡水進(jìn)行灌溉有效降低了土壤鹽分。C和T1處理0～0．2 m深度上的土壤鹽分低于0．2～0．4 m深度上的土壤鹽分，T2處理0～0．2 m深度上的土壤鹽分高于0．2～0．4 m深度上的土壤鹽分，T3處理在不同土層土壤鹽分差別不大，這與溝灌咸水灌溉試驗(yàn)土壤鹽分表聚現(xiàn)象有所不同［16］。在該研究中，膜下滴灌的灌溉方式抑制了土壤水分蒸發(fā)和運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而減弱了鹽分的表聚現(xiàn)象［18］。當(dāng)土壤電導(dǎo)率高于3．0 dS/m時(shí)，番茄產(chǎn)量對(duì)鹽分的升高十分敏感［18－19］。該研究中T1和T3處理的上市果實(shí)產(chǎn)量顯著下降(分別為 24．6% 和 23．1%)，但 T2處理不顯著(6．0%)，說明生殖生長(zhǎng)期的咸水灌溉對(duì)果實(shí)產(chǎn)量具有明顯的影響。影響果實(shí)上市產(chǎn)量的土壤電導(dǎo)率臨界值為4．10 dS/m。高于此值時(shí)每增高單位土壤電導(dǎo)率產(chǎn)量下降7．85%，這與Mass-Hoffman的研究結(jié)果一致［8］。櫻桃番茄的產(chǎn)量與葉面積持續(xù)時(shí)間高度相關(guān)(R2=0．614，P＜0．01)，相應(yīng)的T1處理的葉鮮重和產(chǎn)量明顯下降證實(shí)了葉面積持續(xù)時(shí)間可以作為產(chǎn)量的一個(gè)可信指示指標(biāo)［20］。盡管T2和T3處理的果實(shí)產(chǎn)量下降但其收獲指數(shù)上升，因?yàn)榍o葉干物質(zhì)的下降幅度小于產(chǎn)量的下降幅度;T1處理的收獲指數(shù)沒有明顯變化，因?yàn)槠淝o葉干物質(zhì)下降幅度與產(chǎn)量下降幅度相當(dāng)。果實(shí)可溶性固形物總量的上升補(bǔ)償了產(chǎn)量的下降［1，6，20－22］，這點(diǎn)在該研究中也得到了證實(shí)。

4 結(jié)論

該試驗(yàn)條件下咸水灌溉降低了櫻桃番茄的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，卻提高了水分利用效率;其生殖生長(zhǎng)期利用咸水灌溉可大幅度減少莖葉干物質(zhì)積累量;膜下滴灌的咸水灌溉方式抑制了土壤鹽分的垂直運(yùn)動(dòng);影響果實(shí)上市產(chǎn)量的土壤電導(dǎo)率臨界值為4．10 dS/m，高于此值時(shí)每增加單位土壤電導(dǎo)率則產(chǎn)量下降7．85%;果實(shí)可溶性固形物總量在所有處理中呈不斷上升趨勢(shì)，只有在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期才具有顯著性增長(zhǎng)特征。因此，在不得不使用咸水進(jìn)行灌溉的條件下，生殖生長(zhǎng)期使用淡水而在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期使用咸水進(jìn)行膜下滴灌是櫻桃番茄在民勤綠洲種植較為合理的灌溉方式。

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