咸水灌溉對土壤鹽分分布及設(shè)施番茄生理特性的影響.pdf

2023年 1月 灌溉排水學報 第 42卷 第 1期 Jan 2023 Journal of Irrigation and Drainage No 1 Vol 42 64 文章編號 1672 3317 2023 01 0064 09 咸水灌溉對土壤鹽分分布及設(shè)施番茄生理特性的影響 馬嘉瑩 1 2 王興鵬 1 2 王洪博 1 2 王海瑞 1 2 李朝陽 1 2 1 塔里木大學 水利與建筑工程學院 新疆 阿拉爾 843300 2 塔里木大學 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點實驗室 新疆 阿拉爾 843300 摘 要 目的 探明咸水灌溉對土壤鹽分分布與設(shè)施番茄生長及生理的影響 方法 本試驗以南疆設(shè)施番茄為 研究對象 設(shè)置 4個灌溉水礦化度 分別為 T1 2 g L T2 4 g L T3 6 g L 和 T4 8 g L 并以淡水灌溉 為對照 CK 開展咸水灌溉條件下設(shè)施番茄生理特性及土壤鹽分分布的影響研究 結(jié)果 在垂直方向上各處理 土壤含鹽量隨土層深度增加逐漸減小 水平方向上鹽分主要積聚在距離滴灌帶 20 40 cm處 結(jié)果末期鹽分主要積聚 在 20 60 cm淺層土壤處 形成積鹽區(qū) 且隨著灌溉水礦化度增加 積鹽區(qū)逐漸擴大 2 4 g L的咸水灌溉 對番茄株 高莖粗生長具有一定的促進作用 對干物質(zhì)量無顯著影響 6 8 g L咸水灌溉對作物生長 抑制作用明顯 當灌溉水礦 化度為 2 g L 時葉綠素總量達到最大 灌溉水礦化度 4 g L時類胡蘿卜素 量達到最大 當灌溉水礦化度大于 4 g L 時 植物器官內(nèi)大量積累的活性氧已經(jīng)超出保護酶的清除能力 2 4 g L咸水灌溉在保證番茄產(chǎn)量的同時 可顯著提 高果實的品質(zhì) 結(jié)論 綜合考慮設(shè)施番茄產(chǎn)量及品質(zhì) 在淡水資源緊缺 地下咸水資源豐富的南疆地區(qū) 推薦采 用 2 4 g L礦化度的咸水對設(shè)施番茄進行灌溉 關(guān) 鍵 詞 番茄 咸水 植株生長 葉片生理 產(chǎn)量 品質(zhì) 中圖分類號 S275 6 S274 1 S273 4 文獻標志碼 A doi 10 13522 ki ggps 2022060 OSID 馬嘉瑩 王興鵬 王洪博 等 咸水灌溉對土壤鹽分分布及設(shè)施番茄生理特性的影響 J 灌溉排水學報 2023 42 1 64 71 99 MA Jiaying WANG Xingpeng WANG Hongbo et al The Effects of Saline Water Irrigation on Soil Salinity and Physiology of Greenhouse Tomato J Journal of Irrigation and Drainage 2023 42 1 64 71 99 0 引 言 研究意義 近年來 合理開發(fā)利用地下咸水 資源發(fā)展農(nóng)業(yè)灌溉已成為解決水資源危機的有效途 徑 國內(nèi)外利用咸水資源進行農(nóng)業(yè)灌溉已有近百年 歷史 合理利用咸水灌溉不會造成作物減產(chǎn) 1 但不 合理利用咸水灌溉會增加土壤的次生鹽漬化風險 2 當土壤含鹽量積聚至植物的耐鹽閾值 會導(dǎo)致植株 出現(xiàn)水分失衡和滲透脅迫 進而影響其正常代謝 抑制作物生長 3 因此 本文嘗試將咸水資源在耕作 精細 可控程度較高的設(shè)施番茄種植中進行合理開 發(fā)利用 分析不同礦化度咸水灌溉對土壤鹽分運移 設(shè)施番茄生長 生理特征 產(chǎn)量及品質(zhì)的影響 確 定適宜南疆設(shè)施番茄灌溉需求的咸水礦化度閾值 以期為南疆地區(qū)合理利用咸水資源提供理論依據(jù) 對保障南疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和 應(yīng)用價值 研究進展 國內(nèi)外利用咸水進行農(nóng)田灌溉的 收稿日期 2012 01 28 基金項目 塔里木大學校長基金創(chuàng)新團隊項目 TDZKC202002 國家 自然科學基金項目 51669032 兵團科技攻關(guān)項目 2018AB027 作者簡介 馬嘉瑩 1998 女 碩士研究生 主要從事灌溉排水理論 與節(jié)水灌溉研究 E mail mjy980315 通信作者 李朝陽 19 86 男 副教授 主要從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理 論理論與技術(shù)研究 E mail lizhaoyang2i1 實踐已經(jīng)具有很長的歷史 眾多學者在咸水灌溉研 究中雖然設(shè)置的灌溉水礦化度梯度有所不同 但得 出咸水灌溉后土壤平均含鹽量隨灌溉水礦化度的提 高逐漸增大的結(jié)果 4 我國學 者研究發(fā)現(xiàn) 5 經(jīng)過連續(xù) 2 a 的咸水灌溉 發(fā)現(xiàn)土壤鹽分主要集中分布在 0 30 cm 土壤中 作物根區(qū)土壤體積質(zhì)量和鹽分明顯增加 咸水灌溉將鹽分帶入土壤 影響了作物根區(qū)土壤含 鹽量 6 進而對作物的生長生理特性產(chǎn)生影響 其中 短期內(nèi)利用 3 g L 礦化度的咸水灌溉對 枸杞 7 滴灌雖 使土壤鹽分略有增加 但對枸杞產(chǎn)量影響不大 3 4 g L 礦化度咸水灌溉對設(shè)施番茄株高及莖粗生長沒 有明顯抑制 作用 8 咸水灌溉顯著降低了番茄葉片中 可溶性糖量 9 隨灌溉水礦化度的升高番茄幼苗葉片 中過氧化氫酶 CAT 超氧化物歧化酶 SOD 過氧化物酶 POD 活性均逐漸升高 10 但 Khan 等 11 研究發(fā)現(xiàn) 耐鹽性較強的作物在高濃度咸水灌 溉下 可溶性糖量仍顯著增大 由此可知不同作物 耐鹽性不同 進而可溶性糖對灌溉水礦化度的響應(yīng) 程度也不相同 生產(chǎn)實踐證明 作物產(chǎn)量和品質(zhì)的好 壞直接受灌溉水礦化度的影響 陳素英等 12 研究咸水 灌溉對冬小麥及夏玉米 生長 的影響發(fā)現(xiàn) 當灌溉 水礦 化度為 2 g L 時小麥的產(chǎn)量達到最大 小麥和玉米的耐 馬嘉瑩 等 咸水灌溉對土壤鹽分分布及設(shè)施番茄生理特性的影響 65 鹽閾值分別為 4 g L 和 3 g L 吳蘊玉等 13 研究發(fā)現(xiàn) 咸水灌溉條件下番茄果實的總酸 可溶性固形物和 Vc 量雖然有所提高 但單果質(zhì)量卻有所降低 切入點 目前 國內(nèi)外對咸水灌溉的研究 主 要集中在降水量較高或土壤鹽漬化程度相對較低的 地區(qū) 但適宜極端干旱和土壤鹽漬化程度較高的南疆 地區(qū)的灌溉閾值尚未明確 未完全了解咸水灌溉下作 物耐鹽機制 擬解決的關(guān)鍵問題 鑒于此 本試驗 選用 4 組不同灌溉水礦化度對南疆設(shè)施番茄進行脅 迫 進一步了解咸水灌溉對土壤鹽分分布 作物生長 生理 產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 旨在揭示鹽脅迫下番茄植 株的生長生理指標的變化規(guī)律 以期為南疆地區(qū) 設(shè)施 農(nóng)業(yè)合理利用咸水灌溉提供理論基礎(chǔ) 1 材料與方法 1 1 試驗地概況 試驗于 2021 年 3 7 月在南疆塔里木大學水利與 建筑工程學院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)重點實驗室節(jié)水灌溉試驗基地 40 20 47 41 47 18 N 79 22 33 81 53 45 E 連 棟溫室內(nèi)進行 溫室占地 800 m2 長 40 m 寬 20 m 試驗地區(qū)海拔 1 020 m 為溫暖帶極端大陸性干旱荒 漠氣候 氣候干燥 蒸發(fā)量大 降水量稀少 年氣 溫 10 8 14 5 年降水量 40 1 82 5 mm 年蒸發(fā) 量 1 976 6 2 558 9 mm 試驗地土壤質(zhì)地屬砂壤土 0 80 cm 土壤平均體積質(zhì)量為 1 43 g cm3 平均田間持 水率為 0 26 g g 平均土壤初始含鹽量為 1 06 g kg 1 2 試驗設(shè)計 番茄選用當?shù)爻Ｒ?guī)品種 秦嶺蔬越 種植方 式為 1 壟 2 行 1 帶的起壟栽培模式 壟肩寬 60 cm 壟高 20 cm 壟間距 60 cm 番茄幼苗定植在壟的兩 側(cè) 株行距為 30 40 cm 選用滴頭間距為 30 cm 流 量 3 0 L h 的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶 小區(qū)總面積 250 m2 每個小區(qū)長 4 2 m 寬 4 m 種植模式如圖 1 所示 設(shè)置 4 個不同礦化度梯度的咸水灌溉處理 分別為 T1 2 g L T2 4 g L T3 6 g L 和 T4 8 g L 并以淡水灌溉為對照 CK 每個處理設(shè) 3 個重復(fù) 番茄全生育期灌水量為 300 mm 灌水次數(shù)為 8 次 本試驗根據(jù)南疆地區(qū)地下咸水離子 成分 在試驗地 淡 水 1 0 1 2 g L 的基礎(chǔ)上 灌溉水采取淡水和 Na2SO4 NaCl NaHCO3 CaCl2 MgCl2 8 8 1 1 1的 化學藥品混合配制成 14 追肥采用水肥一體化 營養(yǎng)生長期以平衡肥 N P2O5 K2O 15 15 15 為主 開花期 和結(jié)果期以高鉀肥 N P2O5 K2O 12 6 40 為主 用量為 45 kg hm2 田間管理措 施與當?shù)厣a(chǎn)實踐保持一致 番茄生育期共 122 d 于 3 月 10 日定植 6 月 3 日留 5 層果打頂 試驗于 7 月 10 日結(jié)束 圖 1 種植模式 Fig 1 Planting patterns 1 3 測定項目與方法 1 3 1 土壤含鹽量 采用電導(dǎo)法測定土壤含鹽量 開花結(jié)果期 5 月 3 日 和結(jié)果末期 7 月 3 日 灌水 24 h 后利用土鉆 在距離滴灌帶水平距離 0 20 40 60 cm 處進行取 樣 取樣深度分別為 10 20 40 60 80 cm 取樣 后烘干 烘干后土樣經(jīng)研磨后過 20 目篩 制作水土 比 5 1 浸提液并采用便攜式電導(dǎo)儀 DDP 210 測 定浸提液電導(dǎo)率 EC 最終利用烘干法標定出土 壤含鹽量與電導(dǎo)率的關(guān)系 換算土壤含鹽量 標定結(jié) 果如圖 2 所示 圖 2 烘干法標定結(jié)果 Fig 2 Calibration results of drying method 1 3 2 植株生長指標 株高 莖粗及干物質(zhì)量 生育期末 7 月 3 日 在每個試驗小區(qū)內(nèi)隨機選擇 10 株長勢一致的番茄植 株 從植株基部用卷尺測量株高 莖粗用電子游標卡 尺測量并采用十字交叉法讀數(shù) 并取其平均值 將植 株從地面根部剪下 105 殺青 30 min 然后 75 烘 干至恒質(zhì)量稱量計算干物質(zhì)量 1 3 3 植株生理指標 在番茄開花結(jié)果期 每個試驗小區(qū)中各選 3 株代 表性植株 取其上部功能葉 3 片分別測定以下指標 葉綠素 采用 95 乙醇提取 紫外分光光度計 BIOMATE160 法測定色素 量 丙二醛 MDA 量 采用硫代巴比妥酸法 15 測定 脯氨酸 Pro 量 采用酸 性茚三酮顯色法 16 測定 可溶性糖量 采用蒽酮比色 法 17 測定 蛋白質(zhì)量 采用考馬斯亮藍 G 250 法 17 測定 抗氧化酶活性 過氧化物酶 POD 活性 采 用愈創(chuàng)木酚比色法 15 測定 超氧化物歧化酶 SOD y 0 004 4 x 0 286 7 R2 0 99 0 2 4 6 8 10 12 0 500 1000 1500 2000 2500 含鹽量 g k g 1 電導(dǎo)率 S cm 1 灌溉排水學報 66 活性 采用氮藍四唑 NBT 光還原法 15 測定 過氧 化氫酶 CAT 采用高錳酸鉀滴定法 15 測定 1 3 4 番茄產(chǎn)量 產(chǎn)量在設(shè)施番茄進入采摘期后 每 2 5 d 人工摘收 1 次 每次收獲時 每個小區(qū)番茄按行摘收并稱 質(zhì)量 1 3 5 番茄品質(zhì) 在開花結(jié)果盛期 6 月 29 日 進行第 1 次采摘 在各處理隨機采 6 個鮮果樣測定番茄果實的品質(zhì) 可 溶性固形物用手持折射儀 ATAGO P32 Japan 測 定 還原性糖用斐林試劑法測定 18 硝酸鹽用硫酸 水楊酸法測定 19 Vc 用二氯酚靛酚滴定法測定 20 1 4 數(shù)據(jù)處理及分析 采用 Microsoft Excel 2018 對數(shù)據(jù)進行整理分析 使用 Origin 2018 進行繪圖 應(yīng)用 Spss 20 0 Duncan s 法檢驗處理間的差異顯著性 2 結(jié)果與分析 2 1 土壤鹽分分布 不同灌溉水礦化度下番茄開花結(jié)果期和結(jié)果末 期土壤含鹽量動態(tài)變化如圖 3 所示 各處理隨生育期 的推進在垂直方向上變化規(guī)律基本一致 土壤含鹽量 隨 土層深度增加逐漸減小 鹽分主要聚集在淺層土壤 生育中期水平方向 0 60 cm 范圍內(nèi)土壤含鹽量呈先 增大后減小趨勢 20 40 cm 處土壤含鹽量最大 土 壤平均含鹽量隨灌溉水礦化度升高逐漸增大 其中 T1 處理和 T2 處理在淺層土壤 20 40 cm 處形成積鹽 區(qū) T3 T4 處理在 0 40 cm 土層距離滴灌帶 10 40 cm 處形成橢球狀積鹽區(qū) 隨生育期推進 水平方向鹽分 逐漸被淋洗至遠離滴灌帶處 土壤含鹽量隨水平距離 提高逐漸增大 其中 T1 處理和 T2 處理積鹽區(qū)水平方 向運移至 40 60 cm 處 T3 處理和 T4 處理土壤含鹽 量整體較高 表明隨生育期推進咸水灌溉對滴灌帶附 近土壤具有一定淋洗作用 鹽分淋洗至遠離滴灌帶位 置 其中礦化度小于 4 g L 時淋洗效果明顯 滴灌帶 附近 0 30 cm 區(qū)域的土壤含鹽量相對較低 形成低鹽 區(qū) 6 8 g L 淋洗作用明顯減弱 整體來看 生育期 末鹽分主要積聚在淺層土壤 形成積鹽區(qū) 且隨著灌 溉水礦化度的提高積鹽區(qū)逐漸擴大 其中高質(zhì)量 濃度 咸水灌溉土壤含鹽量整體較大 由表 1 各土層平均積 鹽率可以看出 開花結(jié)果期各處理 0 60 cm 土壤積鹽 率均隨土層深度增加呈先增大后減小趨勢 在 10 40 cm 土層最大 結(jié)果末期 T1 處理積鹽率變化規(guī)律與開 花結(jié)果期基本一致 T2 T4 處理積鹽率隨土層深度 增加逐漸提高 CK 積鹽率在 20 40 cm 最大 T1 處 理積鹽率在 10 20 cm 處最大 隨生育期推進 CK 的 10 80 cm 土壤積鹽率逐漸減少 至生育期末 0 10 cm 和 60 80 cm 土壤處于脫鹽狀態(tài) T1 處理 10 60 cm 土 壤積鹽率逐增大 T2 T4 處理 0 80 cm 土壤積鹽率逐 漸增大 增加幅度隨灌溉水礦化度的增大逐漸提高 圖 3 生育期內(nèi)土壤含鹽量 Fig 3 Soil salinity during growth period 表 1 不同處理下各土層平均積鹽率 Table 1 Average salt accumulation rate of each soil layer under different treatments 土層 深度 cm 土壤初始含鹽量 g kg 1 開花結(jié)果期 積鹽率 結(jié)果末期 積鹽率 CK T1 處理 T2 處理 T3 處理 T4 處理 CK T1 處理 T2 處理 T3 處理 T4 處理 0 10 4 45 32 43 7 46 40 59 4 66 70 39 10 77 68 41 107 03 174 15 204 64 10 20 1 31 15 12 56 41 129 58 224 26 345 56 36 20 174 46 219 07 388 61 607 88 20 40 0 64 74 71 117 98 195 11 279 28 321 14 69 11 120 14 242 38 594 11 651 64 40 60 0 50 38 41 66 96 42 13 128 17 76 59 1 74 60 37 245 46 564 21 814 22 60 80 0 32 141 41 100 49 84 34 86 17 6 13 28 95 15 67 286 02 985 02 1005 28 馬嘉瑩 等 咸水灌溉對土壤鹽分分布及設(shè)施番茄生理特性的影響 67 綜上可知 隨著礦化度的增加 灌溉水對土壤淋 洗效果逐漸減弱 土壤含鹽量及積鹽區(qū)范圍明顯增大 分析認為 咸水灌溉對滴灌帶附近土壤鹽分具有不同 程度淋洗作用 部分鹽分運移至深層和遠離滴灌帶處 滴灌帶附近土壤在灌水洗鹽和蒸發(fā)積鹽作用下 土壤 鹽分處于動態(tài)平衡狀態(tài) 但距離滴灌帶較遠位置土壤 淋洗效果較弱 在淋洗排鹽和蒸發(fā)積鹽作用下形成明 顯的積鹽區(qū) 2 2 咸水灌溉對植株生長指標的影響 從圖 4 各處理番茄生育期末植株莖葉干物質(zhì)量 株高和莖粗可知 生育期末莖葉干物質(zhì)量隨灌溉水礦 化度的提高逐漸降低 T4 處理最小達 30 49 g 較 CK 減少 75 08 莖干物質(zhì)量隨灌溉水礦化度的提高呈 先增加后減小的趨勢 與 CK 相比 T1 處理提高 48 58 T4 處理減少 47 28 葉干物質(zhì)量隨灌溉水 礦化度的提高呈逐漸減小的趨勢 株高和莖粗隨灌溉 水礦化度提高呈先增加后減小趨勢 在 T2 處理達到 峰值 較 CK 分別增加了 7 08 和 9 25 圖 4 生育期末植株莖葉干物質(zhì)量 株高和莖粗變化 Fig 4 Total dry matter mass plant height and stem diameter at the end of growth period 綜上可知 適宜礦化度范圍內(nèi)咸水 2 4 g L 灌 溉可以促進植株生長 但當灌溉水礦化度大于 4 g L 時會顯著抑制生長 2 3 咸水灌溉對植株生理指標的影響 2 3 1 番茄葉片葉綠素 表 2 為不同處理對番茄結(jié)果期葉片的葉綠素 a 量 葉綠素 b 量 葉綠素總量和類胡蘿卜素的影響 由表 2 可知 與 CK 相比 T1 處理葉綠素 a 量顯著增加 其他處理均差異不顯著 T1 處理葉綠素 b 量及葉綠 素總量差異不顯著 其他處理均顯著減少 T4 處理 類胡蘿卜素量差異不顯著 其他處理均顯著增加 且 各處理葉綠素 a 葉綠素 b 和葉綠素總量變化趨勢一 致 即隨著灌溉水礦化度的增加均呈先增加后減小的 規(guī)律 與 CK 相比 TI 處理葉綠素總量增加 12 93 T2 T3 T4 處理分別降低 19 53 24 10 45 82 可見 鹽分脅迫會導(dǎo)致番茄葉片葉綠素的降解 且降 解程度隨著灌溉水礦化度的增加而增大 表 2 番茄結(jié)果期不同處理番茄葉片的葉綠素 a 葉綠素 b 葉綠素總量和類胡蘿卜素 Table 2 Chlorophyll a chlorophyll b total chlorophyll and carotenoids in tomato leaves of different treatments at fruiting stage 處理 葉綠素 a mg g 1 葉綠素 b mg g 1 葉綠素總量 mg g 1 類胡蘿卜素 mg g 1 CK 19 03 1 02b 10 57 0 78a 29 60 3 76ab 2 62 1 67b T1 22 15 2 00a 11 85 1 20a 34 00 4 17a 3 96 0 33a T2 18 45 1 23b 6 31 0 31b 24 77 2 49bc 4 05 0 59a T3 17 73 1 36b 6 12 0 74b 23 85 4 95bc 3 91 0 21a T4 16 65 0 83b 3 65 0 43c 20 30 1 50c 2 80 0 29b 2 3 2 番茄葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)量 在鹽脅迫條件下植株能夠積累有機物或無機物以 提高細胞液濃度 降低滲透勢而表現(xiàn)出的調(diào)節(jié)作用稱 為滲透調(diào)節(jié) 14 較高的土壤含鹽量容易對植株造成滲 透脅迫 從而引起滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累 從圖 5 不同 灌溉水礦化度下番茄葉片中丙二醛量 MDA 脯氨 酸量 Pro 可溶性糖量和蛋白量可以看出 咸水灌 溉對番茄葉片中 MDA 沒有顯著影響 葉片中 Pro 量隨 灌溉水礦化度的增加逐漸增加 T1 T2 T3 T4 處理 較 CK分別增加 13 18 23 14 142 88 和 171 73 可溶性糖量變化規(guī)律與脯氨酸量一致 T1 T2 T3 T4 處理較 CK 分別增加 20 90 37 02 53 90 和 74 81 低質(zhì)量濃度咸水灌溉對番茄葉片蛋白量無顯 著影響 當灌溉水礦化度大于 6 g L時蛋白量顯著增加 a MDA 量 b 脯氨酸量 c 可溶性糖量 b 蛋白量 圖 5 不同處理下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)量 Fig 5 Contents of osmotic adjustment substances under different treatments 2 3 3 番茄葉片抗氧化酶系統(tǒng) 從圖 6 不同灌溉水礦化度下番茄葉片抗氧化酶 活性可以看出 咸水灌溉下番茄葉片 SOD 活性隨灌 溉水礦化度的提高呈先增大后減小的趨勢 T2 處理 達到峰值 較 CK 增加 15 92 POD 活性隨灌溉水 礦化度提高呈先減小后增大趨勢 T1 T4 處理較 CK b a c d e a b c d e 0 20 40 60 80 100 120 140 CK T1 T2 T3 T4 干物質(zhì)量 g 處理 葉干質(zhì)量 莖干質(zhì)量 a a a b c bc ab a bc c 0 0 4 0 8 1 2 1 6 2 0 CK T1 T2 T3 T4 株高 m 莖粗 cm 處理 株高 莖粗 a a a a a 0 2 4 6 8 10 12 14 CK T1 T2 T3 T4 MD A量 mmo l g 1 處理 e d c b a 0 20 40 60 80 100 120 140 CK T1 T2 T3 T4 脯氨酸量 g g 1 處理 d c bc b a 0 1 2 3 CK T1 T2 T3 T4 可溶性糖量 處理 c c c b a 0 10 20 30 40 50 CK T1 T2 T3 T4 蛋白量 mg g 1 處理 灌溉排水學報 68 分別減小了 17 73 34 54 32 87 和 28 27 CAT 活性隨灌溉水礦化度的提高逐漸增大 T4 處理較 CK 增加 50 26 a SOD 活性 b POD 活性 C CAT 活性 圖 6 不同處理下葉片抗氧化酶量 Fig 6 Antioxidant enzyme content in leaves under different treatments 綜合來看 抗氧化酶活性變化說明番茄葉片在遭 受鹽脅迫時內(nèi)部在不停地進行自我調(diào)節(jié)來適應(yīng)和緩解 逆境帶來的傷害 當灌 溉水礦化度小于 4 g L 時 植株 在自我調(diào)節(jié)能力范圍內(nèi) 隨著灌溉水礦化度的增加逐 漸超出 番茄的調(diào)節(jié)能力 使其受到較嚴重的傷害 2 4 咸水灌溉對番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的影響 從圖 7 可知 咸水灌溉下設(shè)施番茄果實品質(zhì)指標 可知 設(shè)施番茄各項品質(zhì)指標均隨灌溉水礦化度的提 高呈先增大后減小的趨勢 與 CK 相比 咸水灌溉下 可溶性固形物顯著增加 P 0 05 T2 處理最大高 了 14 50 可溶性糖量在 T3 處理 下最大 提高了 2 76 硝酸鹽量顯著增加 P 0 05 T2 處理最大 提高了 119 45 Vc 量顯著增加 P 0 05 T2 處 理最大 提高了 107 41 從表 3 不同灌溉水礦化度 下番茄產(chǎn)量及品質(zhì)等指標可以看出 果硬度在 0 55 0 69 N之間 T1處理最大 較 CK提高了 11 29 單株結(jié)果數(shù)及果硬度隨灌溉水礦化度變化趨勢均與 產(chǎn)量一致 2 4 g L 咸水灌溉可顯著提高單株結(jié)果數(shù) 單果質(zhì)量與灌溉水礦化度 負相關(guān) 相關(guān)系數(shù)為 0 974 2 產(chǎn)量隨灌溉水礦化度的提高呈先增大后減小的趨勢 T1 處理的產(chǎn)量最高 達到 36 046 90 kg hm2 比 CK 顯著增加 9 09 與 相比 CK T2 T3 T4 處理則顯 著降低 P 0 05 綜合考慮番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)等指 標 2 4 g L 礦化度的咸水灌溉 有利于番茄品質(zhì)的 提高及產(chǎn)量的形成 a 可溶性固形物 b 可溶性糖 c 硝酸鹽 d Vc 圖 7 不同處理下番茄品質(zhì)指標 Fig 7 Quality indexes of tomato under different treatments 表 3 不同處理下番茄的產(chǎn)量等指標 Table 3 Yield and other indicators of tomato under different treatments 處理 單株結(jié)果數(shù) 個 單果 質(zhì)量 g 產(chǎn)量 t hm 2 果硬度 N 排名 CK 6 6 0 40b 99 37 3 41a 32 772 02 37 11b 0 62 0 02b 2 T1 8 0 0 02a 90 43 3 63b 36 046 90 36 88a 0 69 0 004a 1 T2 7 9 0 11a 78 82 4 13c 31 093 40 39 45c 0 63 0 02b 3 T3 6 7 0 01c 73 18 1 85d 21 954 14 32 20d 0 60 0 04c 4 T4 5 2 0 26d 60 20 5 65e 15 855 83 41 83e 0 55 0 04d 5 3 討 論 本研究表明 土壤含鹽量隨土層深度增加逐漸減 小 鹽分主要聚集在淺層土壤 且隨灌溉水礦化度的 提高而增加 表明咸水灌溉會增加土壤含鹽量 且土 壤蒸發(fā)使得鹽分在土壤表層聚集 21 生育中期隨滴灌 帶距離增加呈先增大后減小的趨勢 這是因為不斷進 入土體的水分對土壤中的鹽分有一定淋洗作用 可將 土體中過多的鹽分帶出根區(qū) 22 在毛細管作用下鹽分 在 20 40 cm 處積聚形成積鹽區(qū) 且隨灌溉水礦化度 b b a a c 0 600 1200 1800 2400 3000 CK T1 T2 T3 T4 SO D 活性 U mg 1 處理 a b c c bc 0 600 1200 1800 2400 3000 CK T1 T2 T3 T4 PO D 活性 U mg 1 mi n 1 處理 d d c b a 0 200 400 600 800 1000 CK T1 T2 T3 T4 CA T 活性 U g 1 mi n 1 處理 0 1 2 3 4 5 CK T1 T2 T3 T4 可溶性固 形物 處理 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 CK T1 T2 T3 T4 可溶性糖 處理 0 5 10 15 20 25 30 35 CK T1 T2 T3 T4 硝酸鹽 mg kg 1 處理 0 2 4 6 8 10 CK T1 T2 T3 T4 Vc 處理 馬嘉瑩 等 咸水灌溉對土壤鹽分分布及設(shè)施番茄生理特性的影響 69 的提高積鹽區(qū)范圍不斷向深層土壤擴散 隨生育期推 進 水平方向鹽分逐漸被淋洗至遠離滴灌帶處 生育 期末鹽分主要積聚在 0 20 cm 淺層土壤 形成積鹽區(qū) 且隨著灌溉水礦化度的提高逐漸增大 其中高 質(zhì)量 濃 度咸水灌溉土壤含鹽量整體較大 這與 Pasternak等 23 經(jīng)過連續(xù) 2 a 的咸水灌溉 發(fā)現(xiàn)土壤鹽分主要集中分 布在 0 30 cm 土壤中 作物根區(qū)土壤 體積質(zhì)量 鹽分 pH 值和 土壤 含水率明顯增加的結(jié)果基本一致 眾多 學者在咸水灌溉研究中雖然設(shè)置的灌 溉 水礦化度梯度 有所不同 但總體得出咸水灌溉后土壤平均含鹽量隨 灌 溉 水礦化度的提高逐漸增大的結(jié)果 4 但 與李丹等 9 的研究發(fā)現(xiàn) 咸水灌溉并沒有增加土體的鹽分 只是鹽 分在土體內(nèi)進行了重新分布的結(jié)果 不完全一致 這是 可能因為本試驗在日光溫室內(nèi)進行 未受到降 水 影響 因此經(jīng)過多次咸水灌溉后 土壤含鹽量顯著增加 土壤是作物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ) 土壤含鹽量對 作物生長及生態(tài)平衡產(chǎn)生了嚴重的影響 植株生長發(fā) 育對鹽分脅迫非常敏感 可以通過生長指標來評價植 株的耐鹽能力和鹽分脅迫程度 16 本研究表明 灌溉 水礦化度對植株生長影響較大 各處理間差異顯著 利用礦化度 2 4 g L的微咸水灌溉會促進番茄株高莖 粗 這與前人 24 研究結(jié)果適當鹽分范圍內(nèi)的咸水灌溉 可促進番茄生長的結(jié)論相一致 孟慶 英 等 25 研究發(fā)現(xiàn) 不同鹽分濃度脅迫下番茄葉片葉綠素量先升高后降低 然后趨于平穩(wěn) 這與本研究 一致 而萬曉等 26 研究認 為 隨著鹽分濃度提高 植株葉綠素量及總生物量逐 漸降低 這與本研究發(fā)現(xiàn)隨著灌 溉 水礦化度的提高總 干物質(zhì)量逐漸降低的趨勢一致 但與本研究發(fā)現(xiàn)葉綠 素和類胡蘿卜素均隨著灌溉水礦化度的增加均呈先 增加后減小的規(guī)律 不完全一致 主要原因是其試驗期 僅進行 1次咸水灌溉 且僅對苗期番茄進行觀測 試 驗期較短植株受鹽分影響不顯著 鹽脅迫影響植株的生長通過滲透脅迫過程實現(xiàn) 植株體內(nèi)的可溶性糖 脯氨酸 Pro 等可溶性物質(zhì)能 通過細胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)等方式緩解滲透脅迫 姜 淼等 27 認為 MDA 量可以作為植株耐鹽性的鑒定 且 MDA 量與植株耐鹽性呈負相關(guān)關(guān)系 李丹等 9 研究發(fā)現(xiàn) 咸水灌溉對番茄葉片 MDA 量無顯著影響 這 與本研 究結(jié)果一致 周廣生等 28 認為 脯氨酸的積累量與其 耐 鹽性呈負相關(guān)關(guān)系 脯氨酸積累可能是植物受到鹽 害的表現(xiàn) 本研究 也發(fā)現(xiàn)葉片 Pro 量隨灌溉水礦化度 的增加逐漸增加 可溶性糖是植株的主要滲透調(diào)節(jié)劑 也是合成其他有機溶質(zhì)的碳架和能量來源 對細胞膜 和原生質(zhì)膠體起穩(wěn)定作用 29 有研究表明 30 在逆境脅 迫下植株積累的可溶性糖越多 本研究同樣發(fā)現(xiàn) 隨 灌 溉 水礦化度的增大可溶性糖量逐漸增加 說明灌 溉 水礦化度越高植株受到逆境傷害越大 可溶性蛋白為 重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì) 其增加和積累能提 高細胞的保水能力 對細胞的生命物質(zhì)及生物膜起到 保護作用 因此經(jīng)常用作篩選抗性的指標之一 本研 究發(fā)現(xiàn) 蛋白量均隨灌溉水礦化度的增加逐漸增加 番茄植株可以通過滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的增加來適應(yīng)一定 的鹽脅迫環(huán)境 而周丹丹等 31 通過鹽分脅迫香樟和樸 樹幼苗研究發(fā)現(xiàn) 隨著灌溉水礦化度的提高幼苗葉片 的 Pro 可溶性糖和蛋白量均表現(xiàn)出先增加后減小的 趨勢 可能是由于該試驗灌溉水礦化度梯度與本試驗 設(shè)置不同 且不同植物的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)緩解滲透脅迫 具有一定的差異性 32 所致 當植株生長在正常環(huán)境中 時 植株體內(nèi)的活性氧 ROS 的產(chǎn)生與消除保持動 態(tài)平衡狀態(tài) 而當植株在遭受鹽脅迫時會打破植物體 內(nèi)原有 ROS 代謝的平衡 33 是植株遭受逆境損害的 主要原因之一 只有提高或保持高水平逆境保護酶活 性 才能去除 ROS 將其保持在低水平 防止 ROS 破 壞生物膜的結(jié)構(gòu)和功能 34 隨著灌溉水礦化度提高杜 鵑葉片 SOD 活性先上升后下降 且顯著高于對照 35 這與本 研究結(jié)果相似 本研究發(fā)現(xiàn)隨灌溉水礦化度的 提高果實中 POD 活性逐漸增大 植株葉片 POD 活性 呈先減少后增加的趨勢 當灌溉水礦化度達到 4 g L 時最小 這與 張海英 36 對辣椒芽苗的研究得出的 在鹽 脅迫下 隨著鹽濃度升高 辣椒幼苗 POD 活性呈先 下降后上升的趨勢結(jié)果一致 推測番茄葉片在咸水灌 溉條件下 SOD POD CAT 之間存在協(xié)同作用 SOD 與 POD 形成互補 一定的鹽分脅迫有利于提高設(shè)施番茄產(chǎn)量和果 實的品質(zhì) Campos等 37 研究咸水灌溉對番茄產(chǎn)量品 質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn) 灌溉水礦化度的增加造成經(jīng)濟效益和 總產(chǎn)量分別減少 11 9 和 11 0 但可溶性固體和可滴 定酸度分別增加 13 9 和 9 4 王相平等 38 認為作物 產(chǎn)量隨灌溉水礦化度的增 加 而降低 當灌溉水礦化度 達 1 5 g L時可獲得較高的產(chǎn)量 本研究表明 番茄產(chǎn) 量隨灌溉水礦化度的提高呈先增大后減小趨勢 采用 2 g L的咸水灌溉時產(chǎn)量最佳 采用 4 g L的咸水灌溉 時番茄的可溶性固形物量 硝酸鹽 量及 Vc量均達到最 佳 且與淡水灌溉相比 產(chǎn)量僅減少 5 12 未達顯著 水平 P 0 05 然而 楊文杰等 21 研究認為 不同 鹽分對番茄的產(chǎn)量沒有顯著影響 這與本研究發(fā)現(xiàn) 用 2 4 g L的咸水灌溉可以保證番茄產(chǎn)量 6 8 g L的 咸水灌溉番茄 產(chǎn)量顯著降低的結(jié)果有所不同 可能是 由于其灌溉方式為膜下滴灌 灌水后鹽分淋洗至深層 土壤和壟間 而覆膜有效抑制了土壤蒸發(fā) 降低了鹽 分在作物根區(qū)積聚現(xiàn)象 弱化了灌 溉 水礦化度對作物 的影響 另外 其灌水最大礦化度設(shè)置相對較低 僅 灌溉排水學報 70 為 5 g L 可能未找到灌溉水礦化度對作物產(chǎn)量的影響 閾值 加上供試番茄品種不同 存在耐鹽程度的差異 進而導(dǎo)致研究結(jié)果有所不同 綜合以上分析表明 采 用 1 4 g L的咸水灌溉對設(shè)施番茄的生長和產(chǎn)量是安 全的 4 結(jié) 論 1 各處理生育期內(nèi)垂直方向上土壤含鹽量變化 規(guī)律基本一致 即隨土層深度增加逐漸減小 水平方 向隨生育期的推進 鹽分逐漸向遠離滴灌帶處運移 生育期末鹽分主要積聚在 0 20 cm 淺層土壤 形成積 鹽區(qū) 且隨著灌溉水礦化度的提高逐漸擴大 高 質(zhì)量 濃度咸水灌溉使土壤含鹽量整體偏大 2 2 4 g L 的咸水灌溉 對番茄株高莖粗生長具 有一定的促進作用 對干物質(zhì)量無顯著影響 6 8 g L 咸水灌溉對番茄生長抑制作用明顯 當灌溉水礦化度 為 2 g L 時葉綠素總量達到最大 4 g L 時類胡蘿卜素 量達到最大 3 當灌溉水礦化度大于4 g L 時 植物器官內(nèi)大量 積累的活性氧已經(jīng)超出保護酶的清除能力 2 4 g L咸 水灌溉在保證番茄產(chǎn)量的同時 可顯著提高果實的品 質(zhì) 綜合考慮土壤鹽分 植株生長生理及產(chǎn)量 初步 認 為 在淡水資源緊缺 而地下咸水資源豐富的南疆地 區(qū) 可以嘗試采用 2 4 g L礦化度的咸水對設(shè)施番茄進 行灌溉 參考文獻 1 MAG N 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 9 1 041 1 055 2 EGGLETON M ZEGADA LIZARAZU W EPHRATH J 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