李炎艷，季延海，武占會，劉明池，王寶駒，王麗萍

（1.河北省邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河北 邯鄲 056001； 2.北京市農(nóng)林科學(xué)院 蔬菜研究中心，北京100097；3.河北工程大學(xué) 園林與生態(tài)工程學(xué)院，河北 邯鄲 056038；4.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部都市農(nóng)業(yè)華北重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097）

番茄，是茄科番茄屬一年生或多年生草本植物，是設(shè)施蔬菜栽培的主要作物。水分對番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)有重要的影響，適度的水分虧缺，番茄產(chǎn)量下降但品質(zhì)提高，充足的水分灌溉，番茄品質(zhì)降低但產(chǎn)量增加，因此，科學(xué)合理的供液量和供液頻率即節(jié)約了水資源又實(shí)現(xiàn)了番茄生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)高效。

灌溉模式在多種作物上已有較多研究，如在番茄、小麥—玉米、辣椒［1-3］等作物上已篩選出適宜的供液量；在供液頻率上對甜瓜、番茄、黃瓜［4-6］等進(jìn)行了研究。已有研究表明，合理的灌溉模式能夠促進(jìn)根系生長，提高產(chǎn)量，改善果實(shí)品質(zhì)等，曹晨星［7］研究表明在潮汐灌溉中隨著灌溉間隔時(shí)間的縮短生菜產(chǎn)量、品質(zhì)呈先上升后下降趨勢，郭文忠等［8］研究指出高頻率灌溉顯著增加黃瓜的株高、產(chǎn)量。無土栽培中不同的基質(zhì)類型其灌溉模式又不盡相同。在椰糠基質(zhì)栽培中，延長灌溉間隔時(shí)間，減少灌溉次數(shù)，使單次灌溉量增加，可以提高黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率［9］；而在巖棉栽培中，縮短灌溉間隔時(shí)間，增加灌溉次數(shù)，使單次灌溉量減少，得出了適宜的番茄營養(yǎng)液膜灌溉模式［10］。因此，無土栽培中不同的栽培模式、不同的基質(zhì)類型會影響灌溉模式。

珍珠巖由于其良好的通氣透水性，一般作為復(fù)配基質(zhì)使用，但由于珍珠巖的通氣透水性和無機(jī)的特性,在已有的研究中也有將珍珠巖單獨(dú)作為栽培基質(zhì)的研究和應(yīng)用［11］。本研究所使用的封閉式無機(jī)基質(zhì)槽培系統(tǒng)已獲得國家發(fā)明專利（專利號CN104839001A）［12］。該系統(tǒng)使用珍珠巖作為基質(zhì)，通過對栽培槽的獨(dú)特設(shè)計(jì)和灌溉模式的制定，實(shí)現(xiàn)了營養(yǎng)液的循環(huán)利用和高產(chǎn)高效栽培。

本研究主要針對北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心自主研發(fā)的封閉式生態(tài)槽循環(huán)供液的無土栽培系統(tǒng)。試驗(yàn)以番茄為材料，在適宜珍珠巖粒徑配比基質(zhì)基礎(chǔ)上，研究不同供液量和供液頻率對番茄生長、光合、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，選出合理的供液量和供液次數(shù)，為番茄的節(jié)水高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)，為該系統(tǒng)的精確化應(yīng)用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2019年2月至2019年5月在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心連棟溫室進(jìn)行，供試品種為荷蘭瑞克斯旺種子種苗集團(tuán)公司生產(chǎn)的‘豐收’無限生長型紅果番茄，采用蔬菜研究中心自主研究開發(fā)的封閉式無機(jī)基質(zhì)槽培系統(tǒng)，番茄營養(yǎng)液配方為蔬菜研究中心劉增鑫［13］地下水改良配方。

1.2 試驗(yàn)方法

番茄于六葉一心時(shí)定植，每個(gè)栽培槽中定植2株，株距40 cm，小行距30 cm，大行距150 cm。試驗(yàn)期間于7：00—17：00供液，營養(yǎng)液pH穩(wěn)定范圍在6.2±0.2，EC的范圍在2.3±0.3，其他栽培管理方式按日常田間管理進(jìn)行。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)：基質(zhì)選用篩選出的珍珠巖最佳粒徑配比。設(shè)3個(gè)不同供液量處理（用字母A表示），即每天每株供液1 L（A1）、2 L（A2）、3 L（A3），3個(gè)不同供液頻率處理（用字母B表示），即3次/d (B3)、5次/d (B5)、7次/d (B7)，試驗(yàn)采用完全交互設(shè)計(jì)（見表1、2），共9個(gè)不同處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)置Table 1 Treatment settings of experiment

表2 不同供液時(shí)間點(diǎn)Table 2 Different time points of solution supply

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 番茄植株形態(tài)指標(biāo)測定 番茄形態(tài)指標(biāo)采用定株測量法，從定植0 d開始，以后每隔10 d在每處理中選定長勢相似的12株，對其進(jìn)行株高、莖粗、葉片數(shù)的測定。株高用卷尺測量從植株根莖部至植株頂端生長點(diǎn)之間的距離；莖粗用游標(biāo)卡尺在子葉和第一片真葉之間測定取值［14］；葉片數(shù)為植株完全展開葉片數(shù)，新葉按展開葉長大于2 cm計(jì)為一片葉。

1.3.2 番茄果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)測定 選取各處理成熟度一致的果實(shí)，每個(gè)處理重復(fù)3次。果實(shí)品質(zhì)測定：維生素 C的測定采用2，6-二氯酚靛酚鈉滴定法；可溶性糖的測定采用硫酸-蒽酮比色法；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)法；可滴定酸采用氫氧化鈉滴定法［15］。

1.3.3 番茄植株生物量指標(biāo)測定 根莖葉干鮮重：在試驗(yàn)開花前、開花坐果時(shí)、拉秧前，每處理選取植株長勢均勻、沒有病害的3株，將植株的根莖葉果分開，測量其鮮重，然后放入105 ℃恒溫干燥箱內(nèi)殺青 30 min，之后75 ℃烘干至恒重，用精度為1/100的電子天平稱其干重。

1.3.4 基質(zhì)含水量的測定 測定時(shí)期在定植后第15天開始，之后每15 d一次。各處理在上午第1次灌溉停止后半小時(shí)進(jìn)行，每個(gè)處理重復(fù)3次，先稱重環(huán)刀重量M1，使用環(huán)刀取栽培槽內(nèi)基質(zhì)，再稱取重量M2，隨后放置烘箱內(nèi)75 ℃下烘干樣品到恒重，稱重M3，基質(zhì)含水量 =（M2-M3）/（M3-M1）［11］。

1.3.5 番茄果實(shí)產(chǎn)量和水分利用效率指標(biāo)測定 摘取各處理成熟度一致的果實(shí)，定植后68 d進(jìn)入采收期，跟蹤測定到定植101 d拉秧結(jié)束，每重復(fù)隨機(jī)選取12株長勢一致的植株，分別記錄單果重、單株產(chǎn)量，計(jì)算畝產(chǎn)量。

教學(xué)情景是學(xué)生學(xué)習(xí)的“引子”，是教師開展教學(xué)工作的“前奏”.生活中處處有化學(xué)，依托學(xué)生熟悉的生活場景開展教學(xué)工作，創(chuàng)設(shè)學(xué)生易于接受的教學(xué)情景，學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情會大大提升，課堂教學(xué)也會更具活力.在實(shí)施過程中，教師可以借助生活現(xiàn)象、社會事件、學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)等.

定植后，記錄各處理每次添加營養(yǎng)液的用量，通過番茄產(chǎn)量計(jì)算水分利用效率。單株用水量=總用水量/番茄株數(shù)，水分利用效率（WUE）=番茄產(chǎn)量（Y）/水分用量（WU）［16］。

1.3.6 番茄植株根系活力指標(biāo)測定 根系活力于番茄拉秧前7 d測定，用TTC（氯化三苯基四氮唑）染色法［17］。

1.3.7 葉片光合參數(shù)的測定 于晴天上午9:00—11:00，采用LI-6400XT（美國，LI-COR）測定第3～4片功能葉，包括光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）及蒸騰速率（Tr），采用6400-02B紅藍(lán)光源，PFD為800μmol/(m2·s)，流速 500 μmol/s，CO2濃度 400±2 μmol/mol，3 次重復(fù)，取平均值。

1.3.8 葉片顯微結(jié)構(gòu)的測定 于盛果期取第4葉葉脈中部左右5 mm×5 mm見方小塊，立即置于FAA固定液，抽真空固定24 h，經(jīng)脫水、透明、浸蠟、包埋、切片，番紅-固綠染色，于蔡司顯微鏡下觀察并拍照［18］。每組10張切片，每張切片隨機(jī)3個(gè)視野測量葉片、上下表皮、柵欄組織及海綿組織厚度并計(jì)算柵欄組織厚度/海綿組織厚度（即柵/海比），柵欄組織厚度/葉片厚度、海綿組織厚度/葉片厚。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)測量數(shù)據(jù)采用IBM SPSS Statistics 23.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析，Duncan進(jìn)行差異顯著性分析；使用Microsoft Excel軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉模式對基質(zhì)含水量的影響

由表3可知，試驗(yàn)期間，A1B3基質(zhì)的含水量始終最低。定植90 d時(shí)，隨著供液量的增加，含水量呈上升趨勢，A3B3顯著高于A1B3處理32.79%。相同供液量下，供液頻率為5次的處理含水量大于供液頻率為7次的處理，A3B5高出A3B7處理17.51%。

表3 灌溉模式對基質(zhì)含水量的影響Table 3 Effects of irrigation patterns on water content s of substrates

2.2 灌對番茄生長的影響溉模式

2.2.1 灌溉模式對番茄株高的影響 由表4可以看出，番茄株高隨供液量增大呈增加趨勢，定植60 d時(shí)，A2、A3供液量的株高顯著高于A1，A2B5、A3B5顯著高于A1B5處理4.18%、10.63%。同一供液量下，供液頻率7次的處理高于供液頻率3次。

表4 灌溉模式對番茄株高的影響Table 4 Effects of irrigation patterns on plant height of tomatoes

表5 灌溉模式對番茄莖粗的影響Table 5 Effects of irrigation patterns on stem diameter of tomatoes

2.2.3 灌溉模式對番茄葉片數(shù)的影響 從表6中可以看出，定植10 d后，幼苗期各處理葉片數(shù)沒有顯著差異。定植50 d后，A1與A2、A3間差異顯著，定植60 d時(shí)，A1B3顯著低于A2B3、A3B3處理8.19%、7.60%。

表6 灌溉模式對番茄葉片數(shù)的影響Table 6 Effects of irrigation patterns on the leaf numbers of tomatoes

2.3 灌溉模式對番茄品質(zhì)的影響

在第二穗果實(shí)中，隨著供液量增加可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量呈下降趨勢，其中可溶性糖含量A1高于A2、A3處理，A2B3、A3B3顯著低于A1B3處理51.70%、58.68%；維生素C含量A1B5顯著高于A2B5、A3B5處理9.97%、29.76%；可溶性蛋白含量A1B3比A2B3、A3B3高出30%、62.5%；可滴定酸含量A2B5顯著高于A3B5處理46.67%；糖酸比A1B3最高，顯著高于A2、A3處理?？梢夾1B3處理品質(zhì)方面表現(xiàn)較好。

表7 灌溉模式對番茄品質(zhì)的影響Table 7 Effects of irrigation patterns on quality in tomatoes

2.4 灌溉模式對番茄植株干鮮重的影響

由表8可看出，番茄的全株干重和鮮重隨著供液量增加呈上升趨勢，A3與A1、A2存在顯著差異，A3B5的全株干重顯著高于A1B5、A2B5處理55.78%、42.73%；葉片的干鮮重A3顯著高于A1，A1B7的葉鮮重顯著低于A3B7處理20.21%；同一供液量下，根干鮮重供液頻率為7次的處理高于其他頻率次數(shù)，但A3B7較低，A2B7的根鮮重顯著高于A2B3、A2B5處理17.53%、21.71%；根系干重占全株干重的百分比隨著供液量的增加呈先增加后下降趨勢，說明適度供液有利于根系生長。

表8 灌溉模式對番茄植株干鮮重的影響Table 8 Effects of irrigation patterns on biomass in tomato plants g

2.5 灌溉模式對番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表9可看出，供液量增加，產(chǎn)量增加；相同供液量下，次數(shù)越多，產(chǎn)量越高，但3 L下，次數(shù)增加產(chǎn)量下降。A2B7產(chǎn)量最好，A2、A3的單果重、單株產(chǎn)量、畝產(chǎn)量顯著高于A1，A2B5、A3B5的畝產(chǎn)量顯著高于A1B5處理14.26%、29.1%，A1B7畝產(chǎn)量高出A1B3、A1B5處理3.69%、0.91%。隨供液量增加單株耗水量呈先上升后下降趨勢，A2、A3的平均單株耗水量均比A1的單株耗水量高，A2B7比A1B7、A3B7高出33.33%、3.70%；同一供液量下，供液頻率為3次的處理單株耗水量最低，A2B3顯著低于A2B5、A2B7處理2%、12.5%。水分利用效率隨供液量增加呈下降趨勢，A1處理最高，A1B3比A2B3、A3B3高出2.74%、3.25%。

表9 灌溉模式對番茄產(chǎn)量和生長期用水量情況Table 9 Effects of irrigation patterns on yield and water consumption in tomatoes

2.6 灌溉模式對番茄根系活力的影響

由圖1可見，供液量增大，根系活力先上升后下降，A1處理的根系活力低于A2、A3。A1B3顯著低于A2B3、A3B3處理22.33%、13.79%。

圖1 灌溉模式對番茄根系活力的影響Fig.1 Effects of irrigation patterns on tomato root activity

2.7 灌溉模式對番茄葉片光合特性的影響

2.7.1 灌溉模式對番茄葉片氣體交換參數(shù)的影響 由表10知，隨供液量增加，番茄葉片的凈光合速率Pn、氣孔導(dǎo)度Gs、胞間CO2濃度Ci、蒸騰速率Tr均顯著增加，同一供液量下，供液頻率無顯著差異。其中A3的Pn與A1存在顯著差異，A3B5的Pn顯著高于A1B5、A2B5處理66.45%、26.09%，A1下降反映植物同化CO2能力較弱；Ci減少，水分虧缺越大，Pn越低，A3B3處理Ci最大，顯著高于A1B3、A2B3處理29.77%、23.63%。

表10 灌溉模式對番茄葉片氣體交換參數(shù)的影響Table 10 Effects of irrigation patterns on gas exchange parameters of tomato leaves

2.7.2 灌溉模式對番茄葉片顯微結(jié)構(gòu)的影響 光學(xué)顯微鏡下觀察葉片結(jié)構(gòu)如圖2，表11，葉片結(jié)構(gòu)由上下表皮、柵欄組織及海綿組織組成，柵欄組織內(nèi)分布大量葉綠體，柵欄組織越厚且排列緊密，則葉片光合能力越強(qiáng)。隨著灌水量的增加，葉片厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度呈先增后降趨勢，A2葉片厚度、柵欄組織厚度顯著高于A1，A2B5的柵欄組織厚度比A1B5、A3B5高出43.31%、7.98%；海綿組織厚度A2B5顯著高于A1B5、A3B5處理35.77%、35.03%。圖5可看出，A2B5處理的柵欄組織排列相對整齊且氣腔較少，而A1B5、A3B5處理柵欄組織稀疏，間隙較大，排列相對傾斜無序，氣腔較多。說明供液量為A2 處理葉片顯微結(jié)構(gòu)較好。

表11 灌溉模式對番茄葉片顯微結(jié)構(gòu)的影響Table 11 Effects of irrigation patterns on microstructure of tomato leaves

圖2 灌溉模式對番茄葉片顯微結(jié)構(gòu)的影響Fig.2 Effects of irrigation patterns on microstructure of tomato leaves

2.8 基于熵權(quán)的TOPSIS法灌溉模式對番茄生長、產(chǎn)量及品質(zhì)影響的綜合分析

表12采用熵值模型［19］對溫室無土栽培番茄灌溉模式進(jìn)行綜合評價(jià)，選取指標(biāo)包括：產(chǎn)量、水分利用效率、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、維生素C含量、糖酸比含量，可見A1B3處理為最優(yōu)灌溉模式，其次是A2B3，說明供液量為1L、供液頻率為3次處理下的番茄具有良好的產(chǎn)量、水分利用、品質(zhì)等優(yōu)勢。A3B7為最劣灌溉模式。

表12 番茄不同灌溉模式綜合評價(jià)排名Table 12 Comprehensive evaluation ranking of different treatments of tomatoes

3 結(jié)論與討論

水分是顯著影響番茄生長、產(chǎn)量形成及品質(zhì)性狀的主要因子［20］。本試驗(yàn)中，隨著供液量和供液頻率的增加，植株的株高、莖粗、葉片數(shù)呈增加趨勢，可能是由于供液量和頻率的增加可以提高基質(zhì)含水量，有利于植株對水分和養(yǎng)分的吸收，增強(qiáng)了植株根系的發(fā)育，增加干物質(zhì)積累，為植株提供了適宜環(huán)境，這與張坤［21］研究結(jié)果一致。水分虧缺會降低葉肉細(xì)胞利用CO2的能力，增加氣孔交換時(shí)的阻礙，造成葉片光合能力不足，本研究A1處理光合速率顯著低于其他處理，光合能力較弱。較高灌溉有利于番茄葉片光合作用順利進(jìn)行，增加了柵欄組織和海綿組織的厚度，加強(qiáng)有機(jī)物的合成和養(yǎng)分的吸收累積，從而更好地促進(jìn)作物的增產(chǎn)豐收［22］。

供液量對水分利用效率也有一定的影響，水分利用效率隨著供液量的增加會下降［23］，適宜的供液量可以提高水分利用效率，達(dá)到節(jié)水的效果。本試驗(yàn)A1B3水分利用效率最高，供液量和供液次數(shù)最少，這與吳泳辰［24］研究結(jié)果一致。供液量增大，供液次數(shù)減少，會導(dǎo)致單株耗水量增大，基質(zhì)含水量達(dá)到飽和狀態(tài)后，會造成番茄生長后期的水分無效蒸發(fā)，降低了水分利用效率，A3B3水分利用效率比A1B3、A2B3減少3.15%、0.5%。

隨著供液量的增加，番茄果實(shí)的可溶性糖及維生素C等品質(zhì)下降，但產(chǎn)量呈增加趨勢，這與祁娟霞［25］研究結(jié)果一致。本研究A1處理品質(zhì)較好，A3處理產(chǎn)量較高。在水分虧缺中可溶性糖含量增加更多，提高了糖酸比，改善了風(fēng)味品質(zhì)，水分對果實(shí)中糖和酸有稀釋作用，過多的水分會導(dǎo)致可溶性糖與可滴定酸的下降，風(fēng)味變淡，這與國外學(xué)者做的節(jié)水調(diào)質(zhì)方面的研究［26］結(jié)果相符，但嚴(yán)重水虧缺時(shí)A1處理會減少產(chǎn)量，表明供液量減少抑制了根系的吸收。

A1B3處理下品質(zhì)指標(biāo)表現(xiàn)較好；A2B7處理下產(chǎn)量較高；熵權(quán)TOPSIS法對番茄指標(biāo)的選取會影響最終評價(jià)結(jié)果的排序，綜合考慮產(chǎn)量、水分利用效率及可溶性糖含量等多個(gè)指標(biāo)，結(jié)果表明A1B3處理得分最高，其次是A2B3,可以作為此系統(tǒng)應(yīng)用的供液模式。