调亏灌溉对温室番茄生长发育及产量和品质的影响

调亏灌溉对温室番茄生长发育及产量和品质的影响摘要水分在番茄生长过程中起着至关重要的作用，而目前我国的水资源短缺和时空分布不均现象十分严重，水分常常成为限制番茄生产的主要因素之一。随着市场需求的日益增加和人们生活水平的不断提高，消费者开始更多地关注果实的品质。番茄生产必然要求“优质高产、低耗高效”的集约型栽培模式，其生产目标也由过去单纯注重产量逐步转向品质和产量并重。为了促进番茄产业的健康发展，探讨番茄对水分亏缺的响应，特开展本试验进行研究，以期阐明调亏灌溉对番茄生物学性状的影响，为优质高产栽培提供理论依据。关键词水分亏缺水资源短缺时空分布不均一、研究的目的和意义我国是世界上水资源严重紧缺国家之一，人均水资源占有量约为2200㎥，是世界平均水资源占有量的28%。我国水资源分布极不均匀，北方干旱缺水，南方多雨多涝，水资源利用率低。随着人口急剧增长、工业化速度加快，生活用水、工业用水大幅度增加，从而大大缩减了农业用水，使农业用水实现零增长。同时，我国农业用水中又存在着大水漫灌等现象，农业用水效率低，不仅造成了水资源浪费，而且引起地下水环境污染等问题。水资源短缺已成为制约我国农业发展的首要因素。从蔬菜本身生长发育来看，水是绿色植物进行光合作用最主要的原料，同时又是植物体内原生质的主要成分，适宜的水分条件是蔬菜优质高产的基本保证。因此，认识植物对调亏灌溉的反应，研究调亏灌溉的生理机制，以及探讨科学的节水调控技术，具有极为重要的理论意义和实践价值。二、国内外发展现状调亏灌溉(RDI)是由亏缺灌溉(RegulatedDeficitIrrigation)，简称RDI发展而来的，于20世纪70年代中期由澳大利亚持续灌溉农业研究所Tuatara中心最早提出。它是根据作物的遗传和生理特性，在作物生长的某一适当阶段，人为主动地对其施加一定程度的水分亏缺，以影响作物的生理和生化过程，对作物进行抗旱锻炼，提高作物的后期抗旱能力，即通过作物自身的变化实现较高的水分利用效率。调亏灌溉还可以控制营养器官生长，提高根冠比，改变光合产物在营养器官和生殖器官之间的分配比例，以获得更高的经济产量，在产量增加的同时还能有效改善作物的品质，提高经济价值。实践证明调亏灌溉实现了产量、水分利用效率和品质的全面提高。而温室作为一种新发展起来的产业，具有保温、保墒、节能、节水等诸多优点，随着设施农业的不断发展，温室种植已经变得越来越普遍，越来越大众。结合我国水资源现状不难发现温室节水势在必行。近年来国内外学者在小麦、甜瓜、玉米等作物上，就调亏灌溉对作物的形态、生理生化过程的影响、干旱造成作物减产的机理及抗旱性评价的指标与方法等方面作了大量的研究，取得了丰硕的成果，为合理开发利用水资源、提高水分利用效率，发展优质、高产、低耗、高效农业提供了理论依据。三、研究中存在的问题亏缺灌溉从20世纪70年代提出到现在已经经历了40多年的历程，在这四十多年里，许多科学家对这一理论进行了不断的研究与试验，逐渐走向了成熟，尤其是在小麦和玉米方面，已经形成了一种较成熟的灌溉理论，研究的指标也已越来越综合全面。但是对番茄水分亏缺对植物生长发育、果实产量品质的影响的研究还很少，并没有一套系统而全面的研究。这些主要表现在以下几个方面：1.在以往的研究中，主要针对亏水对植株产生怎样的影响进行的定性分析，关于在各个时期亏水分别会对植株生长及果实产量品质产生怎样的影响，这种研究较少。2.对于亏水灌溉的研究主要是针对于大田作物，而对于温室植株亏水的研究很少，有很大的局限性。3.以往的研究中主要是对亏水灌溉以及对作物生长状况做了定性的分析研究，而如何转化成可以量化的实际参考有一定的难度。4、试验过程中，如何排除水分之外大的因素对植株生长发育的影响是比较困难的问题，具体的试验中并不能十分准确的排除其他方面对植株生长的影响。四、研究内容本文主要研究目的是：苗期轻度亏水对番茄不同生长时期各生长指标的影响、温室生态因子（室温，地温，湿度）与含水率及含盐量之间的关系、各生态因子相互之间的关系、苗期轻度亏水对番茄产量及外观品质的影响。主要研究内容具体可归纳如下:（1）苗期轻度亏水对番茄各项生长指标的影响。在苗期阶段设置亏水处理T2，控制土壤含水率保持在65～70%田间持水量，再设置一个对照组CK，使CK在番茄整个生长期的土壤含水率保持在75～80%田间持水量，考察两个处理番茄在整个生长时期各项生长指标的差异。（2）环境因子（室温，地温，叶温）与含水量及含盐量之间的关系。考察同一时期同一时间段内土壤含水率与温度之间的的关系、土壤含水率与土壤含盐量之间的联系、地温与土壤含盐量之间的联系。（3）温室各温度之间的联系。将温室的三个温度（室温，地温，叶温）两两作对比得出相应的规律。做比较前先看每个温度随时间变化规律，再考察三个温度相互之间的关系。（4）苗期轻度亏水对番茄外观品质及产量的影响。通过最后植株所结番茄数量与植株数量的比值以及所结番茄畸形率做出相应的评定。五、试验方案及技术路线5.1实验区概况本实验在河北工程大学水电学院无加温型塑料大棚内开始进行。该大棚位于邯郸市邯山区。该市位于河北省南端，地处东经114°03′～40′，北纬36°20′～44′之间，西依太行山脉，东接华北平原，位于晋冀鲁豫四省要冲和中原经济区腹心，邯郸市属典型的温带半湿润大陆性季风气候，日照充足，雨热同期，干冷同季，随着四季的明显交替，依次呈现春季干旱少雨，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥。年平均气温14℃，最冷月份（一月）平均气温-2.5℃，极端最低气温-20℃，最热月份（七月）平均气温27℃，极端最高气温42.5℃，全年无霜期200天。5.2实验设计本实验把番茄生育期划分为三个阶段：苗期，花期，坐果期。从第一片真叶出现至开始现蕾为幼苗期；从第一朵花出现大花蕾到坐果为开花期；从第一个果实坐果到采收结束为坐果期。每个时期设两个土壤含水率处理，分别为田间持水量55%-60%，65%-70%。T1（苗期土壤含水率为55%-60%田间持水量）T2（苗期土壤含水率为65%-70%田间持水量苗期）T3（花期土壤含水率为55%-60%田间持水量）T4（花期土壤含水率为65%-70%田间持水量）T5（坐果期土壤含水率为55%-60%田间持水量）T6（坐果期土壤含水率为65%-70%田间持水量）。除设定时间外，其他时间段均按充分灌溉处理（土壤含水率为75%-80%田间持水量）。另设一个充分灌水处理CK（土壤含水率为田间持水量75%-80%）作为对照。每块地选取4棵植株作为研究对象。当土壤含水量达到下限时立即补水至上限。试验前准备工作：首先买取番茄苗200株，品种为朝研219，为当地番茄主要种植品种。所用化肥为尿素、重过磷酸钙、硫酸钾和腐熟的羊粪。氮肥和钾肥按照基追比1：2施用，追肥分别在第一穗果坐果期和第二穗果坐果期进行；磷肥和有机肥一次性基施。追肥方法：溶解在灌溉水中随水施入。试验采用盆栽的方法，用盆下底直径27cm，上口直径34cm，高度为30cm。盆土取自外界大田20cm耕层，质地为中壤土，田间持水量24%，土壤肥力比较均一。装土时每桶各插2根灌水管，水分通过灌水管灌入，灌水管长30cm，直径为2.5cm，外层用1mm直径纱网缠绕两圈，共打3排孔，每排8个，孔间距2cm，孔的直径4.2mm，最下部的孔距管底部4cm，管子距桶底部5cm。5.3技术路线本试验以番茄为研究对象，从不同生育期、不同水分亏缺程度的组合处理对番茄进行水分亏缺响应研究，通过观测和测定生长形态、生理生化、产量及品质等指标，以期揭示番茄生长指标和生理生态指标对水分亏缺的响应机制，探讨水分亏缺条件下品质和产量的变化规律，明确最佳水分控制时期和亏缺程度。5.4试验测定项目（1）生长指标测定项目包括株高、茎粗，方法是自番茄定植后，在番茄全生育期内每隔7d观测株高、茎粗等生长形态指标，株高测定植株根部到生长点的高度，采用卷尺测量；茎粗测定第二茎节的粗度，采用游标卡尺分2个方向测量，取其平均值；用TDR时域反射仪测土壤含水率，用土壤电导率测定仪测土壤的含盐率。（2）光合特性指标主要包括光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度。采用LI-6400XT便携式光合作用测定系统，在开花期和坐果期各选择一个晴天测定叶片光合速率（Pn，μmol·m-2·s-1）、蒸腾速率（Tr，mmol·m-2·s-1）、气孔导度（Gs，mmol·m-2·s-1）和胞间CO2浓度（Ci，ppm）。测定时选7株具有代表性的植株，用标签标记好，作为下次定点监测的叶片，所测定叶位均为待测的完全展开叶中间最宽处部位。（3）叶绿素含量在番茄进入开花期后每隔7d取生长点以下第5片真叶，采用叶绿素含量测定仪进行测定。按以下方法测定：1、校准。每次开机都需校准。(1)打开电源(2)不放样品，按下探测头，直到听到“哔”一声，屏幕显示N=0表明校准完成。2、将叶片放入测量头部(1)确定样品完全覆盖接收窗。(2)不要测定过厚的样品，例如叶脉，如果测定有较多叶脉的样品，请多次测量并求平均值。(3)关闭测量头，按指压台直到听到一“哔”声，测量结果会显示在屏幕上，并自动储存。（4）脯氨酸、丙二醛脯氨酸的测定采用磺基水杨酸法；丙二醛的测定采用巴比妥酸比色法。叶片脯氨酸含量：在开花期和坐果期选取一个晴朗的清晨，每个处理选3株具有代表性的植株，剪下9个叶片，装入密封袋，拿回实验室，放入冰箱，待用。测定试验原理为：磺基水杨酸对脯氨酸有特定反应，当用磺基水杨酸提取植物样品时，脯氨酸便游离于磺基水杨酸溶液中。然后用酸性茚三酮加热处理后，茚三酮与脯氨酸反应，生成稳定的红色化合物，再用甲苯处理，则色素全部转移至甲苯中，色素的深浅即表示脯氨酸含量的高低。在520nm波长下测定吸光度，即可从标准曲线上查出脯氨酸的含量。叶片丙二醛（MDA）含量：叶片采集同脯氨酸测定。具体试验方法如下：①称取剪碎的试材0.5~1g，加入2mL5%三氯乙酸（TCA）和少量石英砂，研磨至匀浆，再加8mL5%TCA进一步研磨，匀浆在4000r/min离心10min，上清液为样品提取液。②显色反应和测定：吸取离心的上清液2mL（对照加2mL蒸馏水），加入2mL0.6%硫代巴比妥酸（TBA）溶液摇匀。将试管放在沸水浴中煮沸10min（自试管内溶液中出现小气泡开始计时），取出试管并冷却，3000r/min离心15min，取上清液以对照为空白测定532nm、600nm和450nm处的吸光度值。③计算含量。丙二醛含量（μmol/L）=CVtV11000V2W式中：C—根据公式C（μmol/L）=6.45（A532−A600）—0.56A450计算出的MDA浓度，μmol/L；Vt—样品提取液的总体积，mL；V1—样品提取液和TBA溶液总反应液体积，mL；V2—与TBA反应的样品提取液体积，mL；W—鲜叶片质量，g。（5）果实品质的测定测定Vc、有机酸、可溶性糖、可溶性固形物(可溶性固形物主要是指可溶性糖类，包括单糖、双糖，多糖除淀粉，纤维素、几丁质、半纤维素不溶于水)、番茄红素以及硝酸盐的含量。Vc含量：钼蓝比色法测定；有机酸含量：NaOH滴定法测定；可溶性糖含量：蒽酮比色法测定；可溶性固形物：手持式糖度计（因为番茄中成分复杂，故选此方法）；番茄红素：紫外分光光度法测定；硝酸盐含量：硫酸-水杨酸法（该方法测定的硝酸中的N元素，所以同样测亚硝酸盐）。每隔7~10d各处理选取有代表性的果实3个测定果实中有机酸含量、VC含量、可溶性糖含量。除第一次外每次采摘后，各处理均选取有代表性的果实3个，测定果实中可溶性固形物含量。5.4、实验步骤1)种植前施底肥，所用化肥为尿素、重过磷酸钙、硫酸钾和腐熟的羊粪。氮肥和钾肥按照基追比1：2施用，追肥分别在第一穗果坐果期和第二穗果坐果期进行；磷肥和有机肥一次性基施。追肥方法：溶解在灌溉水中随水施入;2)定植，行距50cm，株距一般30-33cm，栽苗深度以苗土坨略低于畦面或垄面；3）自番茄定植后，在番茄全生育期内每隔7d观测株高、茎粗、测量土壤含水率，对需要灌水的地