適宜的毛管埋深提高溫室番茄品質及產量

王京偉，牛文全，郭麗麗，梁博惠，李 元

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適宜的毛管埋深提高溫室番茄品質及產量

王京偉1,2，牛文全1,3※，郭麗麗4，梁博惠4，李 元1

（1. 西北農林科技大學水土保持研究所，楊凌 712100；2. 山西省水土保持生態環境建設中心，太原 030002； 3. 中國科學院、水利部水土保持研究所，楊凌 712100；4. 西北農林科技大學水利與建筑工程學院，楊凌 712100）

為探索地下滴灌條件下，毛管埋深對作物“地上部分-地下部分-產量和品質”相互作用的影響，合理配置滴灌措施，提高水分管理能力，該文研究了4種不同毛管埋深0、10、20和30 cm（CK、S10、S20和S30）對番茄植株生長、根系生長、光合產物分配、果實產量、品質和水分利用效率的影響，結果表明：與地面滴灌（CK）相比，毛管埋深為10 cm的番茄根系分叉數顯著增加85.16%，但根長、根面積、番茄產量未顯著提高，且番茄紅素顯著降低18.85%（<0.05）；毛管埋深為20 cm，盛果期I番茄葉面積指數顯著增加23.37%，根長、根面積、根系分叉數分別顯著提高43.22%、20.82%、176.61%，番茄產量提高22.35%，番茄果實品質顯著改善，如可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量和糖酸比分別提高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%和53.01%，水分利用效率顯著提高35.91%（<0.05）；毛管埋深為30 cm，番茄根長、根系分叉數顯著提高46.10%、122.37%，番茄產量顯著提高19.53%，水分利用效率顯著36.93%，但番茄紅素顯著降低34.02%。綜合考慮番茄品質和產量，地下滴灌毛管埋深20 cm是較為適宜的布設方式。

灌溉；水分；土壤；地下滴灌；埋深；番茄；品質；產量

0 引 言

番茄果實富含維生素、類胡蘿卜素及各種糖類物質，營養價值豐富[1]，是人們喜歡食用的重要蔬菜，在中國西北地區廣泛種植[2]。番茄生長需水量大[3]，而中國西北地區屬干旱、半干旱氣候區[4]，水資源缺乏是限制番茄生產的主要因素[5]。

地下滴灌通過地埋毛管將水分直接、緩慢滲流到作物根區土壤[6-7]，能減少土壤水分蒸發[8-9]、疏松土壤[10-12]、高效節水[13]，廣泛用于果蔬種植中[14]。Rui等[15]研究表明，地下滴灌能促進根系生長，提高滴灌濕潤區的根長密度，有利于水肥管理，增加番茄產量。有研究表明適度的毛管埋深能顯著優化根系分布、提高根系活力[16-17]，這將促進土壤養分吸收[18]，提高產量和水分利用效率[19]。地下滴灌特殊的水分運移方式，提高了根區土壤濕潤區持水性[20-21]，促進土壤養分和微生物活化[22]，增強根系對養分的吸收，促進番茄單果生長[23]，進而提高了產量和水分利用效率，但這些機制內在機理還不清楚。另外，作物生長過程中，植株各部分物質交換、分配和能量流動相互影響、相互制約。有關地下滴灌對番茄生長影響的研究，更多關注水、肥對番茄根系生長、產量和水分利用效率的影響，而對毛管埋深，毛管布置方式對產量、品質影響的研究還較少。

因此，本文重點研究了不同毛管埋深地下滴灌對番茄根系生長、植株生長、產量和品質等的影響，分析地下滴灌條件下“土壤-作物-產量及品質”相互作用對光合產物累積和分配的影響，探討地下滴灌節水增產優勢的內在機制，以期為合理配置滴灌措施，完善灌溉制度，提高水土資源利用效率等提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況及試驗設計

試驗地位于108°08′E，34°16′N，海拔521 m，屬于暖溫帶半濕潤季風區，年均氣溫約16.3 ℃，多年平均降水量約535.6 mm，年均日照時數約2163 h，年均無霜期約210 d。試驗于2014年10月－2015年5月在陜西楊凌區大寨鄉大寨村菜農的生產用日光溫室內進行。溫室內無加溫設施，在越冬季（2014年12月－2015年3月），白天通過透光塑料膜增溫，夜間在溫室表面加蓋草被和棉被進行保溫；試驗載植耐冷型番茄品種“海地”。越冬季溫室內平均氣溫維持在20 ℃，能基本滿足番茄生長對溫度的要求。試驗溫室東西長108 m，南北寬8 m。供試土壤容重為1.35 g/cm3，田間持水量為28.17%（質量含水率），土壤孔隙度為49.38%。土壤組成為砂礫（>0.02～2 mm）占25.4%，粉粒（>0.002～0.02 mm）占44.1%，黏粒（<0.002 mm）占30.5%。在溫室內從西向東劃分種植小區，種植小區起雙壟，小區面積為3.4 m2（長6.0 m，壟面寬0.6 m，高0.2 m，溝寬0.3 m）。每個小區定植34株，采用雙行種植，植株間距0.35 m。試驗地兩端均設保護行。

試驗以地面滴灌為對照（CK），其毛管位于番茄行距中間，灌水上、下限分別為75% FC（FC為田間持水量）、70% FC。設3個地下滴灌處理，毛管位于番茄行距中間，埋深分別為10 cm (S10)、20 cm (S20)和30 cm (S30)，考慮到地下滴灌比地上滴灌更節水，地下滴灌的灌水上、下限分別為65% FC、60% FC。

每個處理設3個重復，共12個試驗小區。試驗鋪設地膜（江蘇靖江市新豐塑料廠）為白色透光高壓低密度聚乙烯地膜，膜厚度0.014 mm，滴灌管（甘肅大禹節水集團股份有限公司）為內鑲式扁平滴灌管，直徑16 mm，壁厚0.3 mm，滴頭間距30 cm，工作壓力為0.1 MPa，滴頭流量為1.2 L/h。

在每個試驗小區中間安裝1 根深度為100 cm探管，采用Field TDR 200測試土壤含水率（美國Spectrum公司），進行水分控制，按10 cm的等間隔測試土壤含水率，深度測至60 cm，并用打鉆取土烘干法校正。當土壤含水量達到土壤水分下限時，按照濕潤層40 cm進行計算補充水分。灌水量計算式為

式中為灌水量，m3；為計劃濕潤面積，根據種植小區面積及生產實踐取值4.6 m2；b為土壤容重，試驗地土壤容重為1.35 g/cm3；為濕潤比，為水分利用系數，根據當地番茄種植水分消耗，取值0.8，取值0.95；為濕潤層深度，當地灌溉取值0.4 m；1、2分別為灌水上限、土壤實測含水率，%。

次灌水量的理論值為5% FC，由于無法實現對土壤水分的連續監控，實測土壤水分含量略低或略高于控制灌水下限，因此，實際灌水量約為10 mm。根據番茄生長情況，在開花坐果期（番茄定植后0～50 d）每隔4 d灌水1次，盛果期（番茄定植后50～140 d）每隔3 d灌水1次，成熟期（番茄定植后140～180 d）每隔4 d灌水1次。試驗沒有測得ET，根據水量平衡公式進行估算：

式中ET為實際作物需水量，mm；Pr為有效降雨量，mm；為灌水量，mm；為地下水補給量，mm；為徑流量，mm；為深層滲漏量，mm；Δ為試驗初期和末期土壤儲水量差值，mm。由于試驗地的地下水位較深（一般在5.0 m以下），作物無法吸收利用，故地下水補給量忽略不計，即=0；由于溫室內沒有降雨，Pr=0，試驗采用滴灌，每次灌水量較少，故和可以忽略不計。估算得到4個處理CK、S10、S20和S30的EI值分別為283.17、264.05、256.48和247.92 mm，低于實際灌水量，實際灌水滿足了番茄的水分需求。

1.2 測定指標

1.2.1 株高與莖粗

番茄定植后，于每個試驗小區標記3株植株，排除邊際效應的植株。開始試驗處理后，觀測株高和莖粗，使用精度1 mm的直尺測量植株株高，打頂后停止測量。采用十字交叉法，使用游標卡尺，選取植株基部的第3處節間測量植株直徑，每10 d觀測一次。

1.2.2 凈光合速率、葉面積指數、光合色素

番茄植株葉片的光合速率分別于開花坐期（FP，番茄定植后0～50 d）、盛果期Ⅰ（FF1，番茄定植后50～100 d）、盛果期 II（FF2，番茄定植后100～140 d）、果實成熟期（MP，番茄定植后140～180 d），即2015年1月2日、2月4日、3月18日、4月15日的上午09:00－11:00分別進行了測定。用LI-6400便攜式光合儀（美國LI-COR公司）測定番茄植株主莖葉凈光合速率，儀器使用開放式氣路，內置光源，光照度為800mol/(m2·s)。測定時每個處理每個試驗小區隨機選擇3株植株，每株選擇3張葉位一致、充分受光的葉片，每張葉片測定3次，取平均值。同時，采用手持式LI-3100C葉面積儀（美國LI-COR）測定各處理葉面積指數。每次光合速率測定完成后，在當天下午采集葉片，帶回實驗室采用丙酮浸提液提取色素，用分光光度計比色法分別于665、649、470 nm處測定葉片葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素的吸光值，每個處理重復3次，取平均值，單位為mg/g。總葉綠素=葉綠素a+葉綠素b，葉綠素a/b=葉綠素a/葉綠素b。

1.2.3 植株干物質及根系分析

番茄果實開始成熟時，在每個處理對應的每個試驗小區（4個處理，共12個試驗小區），隨機選取3株番茄植株，并編號標記。自2015年3月18日至5月3日進行果實采摘，果實采摘結束后，將提前標記好的番茄植株割掉地上植株部分，收集編號。植株樣本帶回實驗室，稱量鮮質量后，在鼓風干燥箱中烘干（105 ℃殺青30 min后在75 ℃條件下烘干36 h至恒質量）后稱量干質量。

在對標記好的番茄植株進行地面樣品采集后，采用整根挖掘法采集根樣。以相鄰植株間中線為界，以40 cm×30 cm矩形區域挖掘，深度與實際根深（約50 cm）一致。整體取出根樣，將根系樣品帶回，在實驗室用水浸泡，然后用水沖洗使土壤與根分離，沖洗時在沖洗池中鋪三層細紗布收集微細根，用鑷子將洗凈的根樣裝入自封袋，稱質量。用雙面掃描儀（Epson Expression 1600 pro, Model EU-35，Japan）掃描根系，用WinRHIZO圖像分析系統（WinRHIZO Pro2004b，5.0，Canada）分析總根長（cm），根表面積（cm2）等。根樣隨后烘干、稱質量。

1.2.4 根系活力

分別于2014年12月21日（開花坐果期），2015年1月23日（盛果期）、4月23日（成熟期）采用1.2.3節中的整根挖掘法采集根樣，取部分根樣，用TTC法進行根系活力的測定。

1.2.5 產量和品質

果實成熟后分區采摘，對各種植小區進行測產，各小區單株產量總和計為該小區產量（t/hm2）。番茄果實可溶性糖含量、可溶性蛋白用、有機酸、維生素C、分別采用蒽酮比色法、考馬斯-G250染色法、酸堿滴定法、鉬藍比色法測定，可溶性固形物含量用手持折光測糖儀測定，番茄紅素采用EV300PC型紫外-可見分光光度計（Thermo Fisher，美國）測定。果實全氮采用半微量凱氏定氮法測定，全磷采用硫酸-高氯酸鉬銻抗比色法測定，有機質采用重鉻酸鉀滴定法測定。

1.2.6 土壤孔隙度

試驗對番茄種植土壤的孔隙度進行了測定，果實收獲完畢后，在每個處理種植小區種植溝內按S型設置3個采樣點，在土壤剖面0～40 cm深度，每隔10 cm，用容積為100 cm3的環刀取土樣，帶回實驗室內烘干測定土壤容重。容重計算公式為

式中為土壤容重，g/cm3；1為環刀與自然結構土壤總質量，g；0為環刀質量，g；W為水分與新鮮土壤的質量分數；為環刀容積，cm3。

根據土壤容重，進行土壤孔隙度計算，孔隙度計算公式為

式中為土壤孔隙度，%；為土壤密度即單位體積土壤（不含孔隙）的烘干質量，試驗地土壤密度為2.65 g/cm3。

1.3 數據處理

用SPSS22軟件進行Duncan多重比較、方差、相關性分析，采用Excel軟件作表圖和表格。

2 結果與分析

2.1 番茄生長

2.1.1 株高、莖粗和葉面積指數

番茄植株打頂（定植后第80天）前，S20番茄株高最高，但各處理的平均株高經分析并無顯著差異（>0.05）；CK、S10、S20、S30的株高生長速率（是指把前一次測量值看作100%，相鄰2次測量之間的凈生長量與前一次測量值的比值）隨番茄生長整體上呈降低趨勢。CK、S10、S20、S30的株高生長速率定植20～40 d時，分別為72.67%、71.00%、84.33%、70.67%，定植60～80 d時分別下降到23.67%、36.67%、20.33%、23.00%（圖1a）。CK、S10、S20、S30的莖粗生長率定植20～40 d時分別為38%、23%、32.33%、43.67%，定植60～80 d時分別為2.67%、5.33%、6%、12.67%，也隨番茄生長整體呈降低趨勢（圖1b）。說明毛管埋深對番茄株高和莖粗生長速率無明顯影響。

各處理番茄植株的葉面積指數由開花坐果期至成熟期呈先增后減趨勢，盛果期I（FF1）時最大；開花坐果期（FP）、盛果期II（FF2）、成熟期（MP）時，各處理葉面積指數無顯著性差異；盛果期I時，S20葉面積指數分別比CK、S10顯著提高23.37%、28.25%，S30葉面積指數分別比CK、S10顯著提高30.98%、36.16%（圖2）。

注：CK、S10、S20和S30分別表示毛管埋深為0、10、20、30 cm，下同。

注：不同字母表示不同處理在同一生育階段的差異顯著（P<0.05），FP、FF1、FF2和MP分別是開花坐果期、盛果期I、盛果期II和成熟期，下同。

2.1.2 葉綠素和光合作用相關指標

各處理番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素及類胡蘿卜素含量隨生育階段的發展，總體上呈先增后減趨勢，盛果期II時最大（圖3）。

圖3 地下滴灌番茄不同生育階段光合色素

CK番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量在盛果期I顯著高于其他處理，但葉綠素a/b值卻分別比S10、S20、S30低16.96%、17.70%和21.19%（<0.05），盛果期II的葉綠素a/b值比S20顯著低17.73%（<0.05）（圖3）。

葉片葉綠素組分的變化可能會影響葉片的光合特性。從不同處理的光合特性（表1）可以看出，S10番茄葉片凈光合速率在盛果期Ⅰ和成熟期比CK顯著低16.87%和24.43%；氣孔導度在盛果期Ⅰ比CK顯著低24.24%，盛果期II時則顯著高122.22%；胞間CO2濃度在盛果期II比CK顯著低6.89%；蒸騰速率在盛果期Ⅰ比CK顯著低21.62%，盛果期II比CK顯著高112.87%。

S20番茄葉片凈光合速率在盛果期Ⅰ和成熟期比CK顯著低24.51%和13.36%；氣孔導度在開花坐果期和盛果期II比CK顯著高35%和122.22%；胞間CO2濃度在開花坐果期和盛果期Ⅰ比CK顯著高14.10%和4.46%，盛果期II和成熟期則顯著低9.55%和5.57%；蒸騰速率在盛果期Ⅰ比CK顯著低10.81%，盛果期II比則顯著高121.45%。

S30番茄葉片凈光合速率在開花坐果期比CK顯著高19.82%，盛果期Ⅰ、盛果期II、成熟期則顯著低22.76%、6.46%、13.36%；氣孔導度在開花坐果期比CK顯著高40%，盛果期Ⅰ和成熟期時顯著低18.18%、29.41%；胞間CO2濃度在開花坐果期和盛果期Ⅰ比CK顯著高25.65%和6.51%，成熟期時顯著低28.88%；蒸騰速率在盛果期Ⅰ和成熟期比CK顯著低17.03%和30.36%。

總體而言，不同毛管埋深的番茄葉面積指數和葉片葉綠素組份不同，進而使不同生育階段番茄的光合特性有一定的差異，CK、S10在番茄FF2階段的凈光合速率最大。

表1 番茄不同生育階段光合特性

2.1.3 根系生長

番茄根系生長的測定結果（表2）發現，S10根系分叉數比CK提高85.16%（<0.05）；S20根長、根面積、根系分叉數分別比CK提高43.22%、20.82%、176.61%（<0.05）；S30根長、根分叉數分別比CK提高46.10%、 122.37%（<0.05）。

表2 番茄根系生長特征

根系活力是衡量植物根系吸收水分、養分能力的重要指標。S10開花坐果期的根系活力比CK提高17.13%（<0.05），盛果期和成熟期顯著降低32.03%和44.86%（<0.05）；S20根系活力在開花坐果期和成熟期比CK提高116.92%和12.43%（<0.05）；S30根系活力開花坐果期和成熟期比CK分別提高46.04%和49.37%（<0.05），成熟期降低22.87%（<0.05）（圖4）。說明S20處理根系生長能力最強。

2.1.4 干物質累積

S10、S20番茄植株干物質量與CK無顯著差異，S30番茄植株干物質量分別比CK、S10、S20顯著提高50.73%、36.97%、42.60%（圖5）。分別對各處理番茄植株的根、莖、葉干物質量進行分析，結果發現各處理的根干質量無顯著差異，S30莖干質量和葉干質量比CK分別提高92.67%和57.54%（<0.05），而CK、S10、S20等處理之間差異不顯著。

圖4 地下滴灌番茄不同生育階段根系活力

注：a(b,c)，表示不同處理根干質量差異達顯著水平（P<0.05）；a′(b′,c′)，表示不同處理莖干質量差異達顯著水平（P<0.05）；A′(B′,C′)，表示不同處理葉干質量差異達顯著水平（P<0.05）；A(B,C)，表示植株干物質量差異達顯著水平（P<0.05）。

根、莖、葉干物質量占植株干物質量的比例可以表征光合產物的分配，因此進一步分析各處理番茄植株的根、莖、葉干物質量占植株干物質量的比例，結果表明各處理根干質量占植株干質量的比例無顯著差異，S10、S20莖干質量占植株干質量比例分別比CK提高11.9% 和11.13%（<0.05）、分別比S30提高13.17%和12.39%（<0.05）。CK、S30葉干質量占植株干質量比例分別比S10提高18.32%和24.3%（<0.05）、分別比S20提高20.34% 和26.42%（<0.05）。說明毛管埋深主要影響地上部分干物質質量，改變了地上部分與地下部分干物質質量比。

2.2 番茄品質與產量

由表3可知，S10番茄果實可溶性糖、可溶性固形物、維生素C、有機酸含量及糖酸比與CK無顯著差異，可溶性蛋白比CK顯著高14.5%，番茄紅素比CK顯著低18.85%；S20番茄果實可溶性糖、有機酸含量與CK無顯著差異，可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量及糖酸比分別比CK顯著高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%、53.01%；S30番茄果實可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、有機酸含量與CK無顯著差異，可溶性糖、糖酸比比CK顯著高26.54%、44.4%，番茄紅素比CK顯著低34.02%。說明毛管埋深顯著影響番茄的品質，S20處理的番茄品質最好。

由表4可知，S10番茄產量與CK和S30差異不顯著，灌水量比CK顯著低6.84%，水分利用效率比CK顯著高14.83%；S20番茄產量比CK顯著高22.35%但與S30差異不顯著，灌水量比CK顯著低10%但與S30差異不顯著，水分利用效率比CK顯著高35.91%但與S30差異不顯著；S30番茄產量比CK顯著高19.53%，灌水量比CK顯著低12.72%，水分利用效率比CK顯著高36.93%。說明毛管埋深可以顯著影響番茄產量，其中S20、S30處理的產量較高。

表3 地下滴灌番茄果實品質

表4 地下滴灌番茄產量、灌水量及水分利用效率

3 討 論

3.1 適宜毛管埋深提高番茄盛果期I光合作用

有研究表明地下滴灌可顯著提高番茄葉片葉綠素含量[24]，但本試驗地下滴灌并未顯著提高番茄葉片光合色素含量，主要原因是前述研究水中Ca2+、K+、Mg2+等離子含量較高，促進了葉綠素的合成[25]。植物光合作用及生物量累積與植物葉片葉綠素、光合效率、葉面積指數顯著相關[26]，葉面積指數顯著增加有利于提高作物冠層光線有效輻射的截獲，促進番茄植株整體的光合作用[27]，葉綠素a/b值的顯著增加有利于增強植株對光能的轉化利用[28]，增加生物累積量[29]。本試驗毛管埋深為10、20和30 cm地下滴灌番茄植株盛果期I的葉綠素a/b值顯著高于地面滴灌（CK），其中毛管埋深20和30 cm處理番茄植株盛果期I的葉面積指數分別比CK顯著提高23.37%、30.98%。因此，本試驗中地下滴灌促進了盛果期番茄的光合作用，有利于光合產物累積和產量提高。

另外，光合作用是植物葉片利用二氧化碳和水，在可見光照射下，生成有機物并釋放出氧氣的過程，而根系是植物吸收利用水分的主要器官，因此植物光合作用還受制于根系生長狀況的影響。有研究發現毛管埋深20和40 cm時，能促進根系生長[30]。本試驗中毛管埋深10 cm的番茄根系分叉數比地面滴灌顯著增加85.16%，毛管埋深20和30 cm的根長比地面滴灌顯著增加43.22%，46.10%，根系分叉數則顯著增加176.61%、122.37%，盛果期葉面積指數與根長、根面積顯著相關，盛果期葉綠素a/b值與根長和根系活力顯著相關（<0.01）。較長的根和較大的根面積能促進作物吸收更大、更深土壤范圍的水分和養分，更多的根分叉數有利于作物吸收更多的水分和養分[31-33]，進而提高葉面積指數和葉片葉綠素a/b值，提高植株光合作用[26-28]，因此，地下滴灌可以顯著提高番茄的光合作用，促進干物質快速積累。

3.2 毛管埋深影響番茄生物量累積

地下滴灌對番茄植株和根系生長的影響，將集中體現在生物量累積和產量上[34]，試驗發現，毛管埋深30 cm番茄干物質量、莖干質量、葉干質量分別比地面滴灌提高50.73%、92.67%、57.54%，番茄產量提高了19.53%。毛管埋深20 cm番茄干物質量（不包括果實）雖然與地面滴灌無顯著差異，但產量卻顯著提高了22.35%。試驗發現番茄產量與根干質量顯著相關（<0.05），與根面積、根系分叉數、根體積極顯著相關（<0.01），毛管埋深20 cm的根面積、根系分叉數顯著大于地面滴灌，這有利于促進番茄對土壤水分和養分的吸收。因此，毛管埋深20 cm優化了植株光合產物分配，顯著提高了番茄產量。

毛管埋深20 cm地下滴灌番茄根面積、根系分叉數的增加可能與土壤孔隙度有關，本試驗發現土壤孔隙度與根系分叉數、根系活力顯著相關（<0.05）。毛管埋深不同，土壤水分分布不同，進而影響土壤孔隙度，本試驗發現地下滴灌根區土壤孔隙度整體優于地面滴灌（表5）。毛管埋深較淺時（埋深10 cm），土壤水分向上遷移距離短，土壤孔隙度與地面滴灌接近；適當增大毛管埋深（埋深20和30 cm），毛管上方土層擴大，土壤水分向四周上下遷移基本均衡，毛管四周土壤的孔隙在土壤水分支撐下不易破壞，有利于增加毛管周圍土壤的孔隙度，因此，毛管埋深增大，0～10 cm土壤孔隙度顯著增加。

表5 地下滴灌土壤孔隙度

注：SP0-10表示0-10cm土壤孔隙度，依此類推。

Note: SP0-10means soil porosity of 0-10cm below ground, and so on.

3.3 毛管埋深對番茄果實品質的影響

毛管埋深不但影響番茄植株生長和產量，還對番茄果實品質產生了不同程度的影響。試驗發現毛管埋深10 cm的番茄果實可溶性蛋白比地面滴灌顯著提高14.5%，但番茄紅素顯著降低18.85%；埋深20 cm番茄果實可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量及糖酸比分別比地面滴灌顯著提高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%、53.01%；埋深30 cm番茄果實可溶性糖、糖酸比比地面滴灌顯著提高26.54%、44.4%，但番茄紅素顯著降低34.02%。有研究發現，地下滴灌能顯著提高蘋果中可溶性固形物和維生素C[35]，這與本文結果相似。

本試驗發現土壤孔隙度與番茄果實品質顯著相關，原因可能是毛管埋深影響根系生長，增強番茄對土壤養分吸收，改善了番茄品質[36-37]。毛管埋深20 cm地下滴灌能顯著改善根區土壤孔隙度（表5），其番茄果實中有機碳、全氮的含量顯著高于地面滴灌（表6），果實氮含量的提高有利于品質的改善[38]，因此其果實品質顯著高于地面滴灌。毛管埋深30 cm處理根系吸收的養分和光合產物更多向植株體分配，這可能造成了果實中氮營養物質比例的相對降低（表6），影響果肉中氨基酸等物質的合成[38]，因此，番茄果實品質差于滴灌帶埋深20 cm處理。

表6 番茄果實養分含量

地下滴灌在促進番茄生長、提高產量的同時，也提高了水分利用效率。本試驗中，地下滴灌3個處理的灌水下限比對照地面滴灌低10%，但地下滴灌3個處理的產量都不低于或顯著高于地面滴灌。滴灌管埋深10 cm處理的灌水量比地面滴灌顯著低6.84%（表4），水分利用效率比地面滴灌顯著高14.83%；滴灌毛埋深20和30 cm處理灌水量比地面覆膜滴灌顯著低10%、12.72%，水分利用效率顯著高35.91%、36.93%。因此，即使是在灌水下限顯著降低的情況下，地下滴灌依然顯著促進了番茄的生長發育且提高了水分利用效率。綜合考慮，在日光溫室番茄的栽植中，地下滴灌帶埋深20 cm是較為適宜的灌水布設方式。

4 結 論

毛管埋深20 cm地下滴灌顯著促進番茄植株整體光合作用，顯著促進根系生長，番茄根長、根面積、根系分叉分別比地面滴灌顯著提高43.22%、20.82%、176.61%，番茄產量比地面滴灌顯著高22.35%，并顯著提高了番茄果實可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量及糖酸比，水分利用效率比地面滴灌顯著高35.91%，是日光溫室番茄的栽植中較為適宜的灌水布設方式。毛管埋深30 cm地下滴灌番茄產量和水分利用效率與毛管埋深20 cm處理無顯著差異，但其番茄果實品質不如毛管埋深20 cm處理，是灌水布設方式的次優選擇。

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Suitable buried depth of drip irrigation improving yield and quality of tomato in greenhouse

Wang Jingwei1,2, Niu Wenquan1,3※, Guo Lili4, Liang Bohui4, Li Yuan1

(1.712100,; 2.030002,; 3.712100,; 4.712100,)

Studies of the impact of subsurface drip irrigation on tomato growth paid more attention to the effects of subsurface drip irrigation and integration of water and fertilizer on root growth, yield and water use efficiency, but the responses of yield and fruit quality to root growth, plant growth and photosynthate allocation were rare. To understand the interaction between “ground part - underground part - yield and quality” in the process of crop growth, explore the inner mechanism of the subsurface drip irrigation, reasonably allocate drip irrigation measures, and further refine water management measures, this paper performed field experiments to investigate tomato plant growth, root growth, photosynthate allocation, fruit yield and quality, and water use efficiency response to different buried pipe depth in subsurface drip irrigation with conventional ground drip irrigation as reference (CK), and analyzed the effects of plant growth, root growth, and photosynthate allocation on fruit yield and quality. The field experiment was conducted in the sunlight greenhouse of Dazhai Village, Dazhai Township, Yangling District, Shaanxi Province from October, 2014 to May, 2015. The greenhouse was 108 m in length (in the east-west direction) and 8 m in width (in the south-north direction). The soil compositions in experiment were as follows: 25.4% gravel (>0.02-2 mm), 44.1% silt (0.02-0.002 mm), and 30.5% clay (<0.002 mm). The physical properties of the soil were as follows: bulk density, 1.35 g/cm3; field moisture capacity, 28.17% (mass fraction of water in soil); and soil porosity, 49.38%. The test crop was tomato, and the cultivar was “Haiti”, which was cold resistant variety. Test plots were built from west to east in the greenhouse, 2 ridges per plot; and the ridge was 6.0 m in length, 0.6 m in width and 0.2 m in height, divided by a ditch with the width of 0.3 m. The area of each plot was 3.4 m2. Thirty-four plants were planted in 2 rows, with a plant-spacing of 0.35 m in each plot and protection rows at each end of the plot. The experiment had 4 treatments: 1) Surface drip irrigation with plastic film mulching (control, CK) - the drip irrigation pipe was installed in the middle of the tomato rows, with an irrigation lower limit of 70% of field capacity and an irrigation upper limit of 75% of field capacity; 2) and 3 subsurface drip irrigation treatments with plastic film mulching - the drip irrigation pipe was installed in the middle of the tomato rows at a depth of 10 cm (S10), 20 cm (S20) or 30 cm (S30); given that subsurface drip irrigation is more water-saving than surface drip irrigation, the irrigation lower limit was set at 60% of field capacity, and the irrigation upper limit was set at 65% of field capacity. Each treatment had 3 replicates, with a total of 12 experimental plots. In the experiment, the tomato growth rate of plant height and stem diameter, root growth characteristics, and leaf area index (LAI) were measured. And, the evaluation indices of photosynthesis, such as the chlorophyll and photosynthetic rate, were also determined. Additionally, the plant biomass, the tomato yield, irrigation amount and IWUE (irrigation water use efficiency) were also measured. The correlation of these indicators was used to explore internal interaction and to determine the best agronomic measures in greenhouse. The results showed that subsurface drip irrigation with drip pipes in 20 cm burial depth significantly increased the overall photosynthesis of tomato plant, promoted tomato root length, root area, and number of root branching, enhanced tomato yields by 22.35% compared with the CK, and had no significant difference on fruit soluble sugar and organic acid content with the CK, but significantly increased total soluble solids, soluble protein, VC (vitamin C), lycopene content, and sugar acid ratio by 10.86%, 32.34%, 35.66%, 33.97%, and 53.01% respectively compared with the CK, and improved water use efficiency that was 35.91% higher than CK (<0.05). Subsurface drip irrigation with drip pipes in 30 cm burial depth significantly increased tomato dry matter, stem dry weight, leaf dry weight and tomato yields by 50.73%, 92.67%, 57.54% and 19.53% compared with the CK respectively, and had no significant difference on water use efficiency with subsurface drip irrigation with drip lines in 20 cm burial depth, however lowered tomato fruit quality. Therefore, subsurface drip irrigation with 20 cm burial depth is recommended to increase production, enhance fruits quality and improve water use efficiency to tomato production in a greenhouse.

irrigation; moisture; soils; subsurface drip irrigation; buried depth; tomato; quality; yield

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.012

S607; S641.2; S627

A

1002-6819(2017)-20-0090-08

2017-05-08

2017-09-21

“十三五”國家重點研發計劃資助項目（2016YFC0400202），國家自然科學基金項目（No.51679205）

王京偉，博士，主要從事節水灌溉與農業生物環境研究。 Email：lssks@qq.com

※通信作者：牛文全，研究員，博導，主要從事灌溉理論與節水技術研究。Email：nwq@nwsuaf.edu.cn，中國農業工程學會會員：牛文全（E041200504S）

王京偉，牛文全，郭麗麗，梁博惠，李 元. 適宜的毛管埋深提高溫室番茄品質及產量[J]. 農業工程學報，2017，33(20)：90－97. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.012 http://www.tcsae.org

Wang Jingwei, Niu Wenquan, Guo Lili, Liang Bohui, Li Yuan. Suitable buried depth of drip irrigation improving yield and quality of tomato in greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(20): 90－97. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.20.012 http://www.tcsae.org