水氣互作對滴灌加工番茄生長及品質(zhì)的影響

張健利　王振華　宗睿　王天宇　溫越　陳睿　武小荻

摘要：為探明不同加氣方式和灌水量互作對北疆滴灌加工番茄生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，以及適宜北疆加工番茄滴灌的最佳水氣組合模式，設(shè)置3種加氣方式[物理加氣（O1）、不加氣（O2）、化學(xué)加氣（O3）]、4個灌水量水平[5 400 m3/hm2 （W1）、4 950 m3/hm2 （W2）、4 500 m3/hm2 （W3）、4 050 m3/hm2 （W4）]，共12個處理。物理加氣和化學(xué)加氣使加工番茄產(chǎn)量分別增加8.14%、7.91%，灌溉水分利用效率（IWUE）分別增加4.74%、4.61%。物理加氣下，4 950 m3/hm2灌水量處理產(chǎn)量最大，4 500 m3/hm2灌水量處理IWUE最大。物理加氣對加工番茄可溶性固形物、番茄紅素和VC含量提升效果最明顯，物理加氣下，4 500 m3/hm2灌溉水平的加工番茄各項品質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于4 950 m3/hm2灌溉水平。為兼顧加工番茄灌溉水分利用效率、產(chǎn)量、果實品質(zhì)三重需求，物理加氣下4 500 m3/hm2灌水量可作為北疆加工番茄滴灌適宜的水氣組合模式。

關(guān)鍵詞：加氣方式;灌溉水平;加工番茄;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號：S641.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1000-4440（2022）02-0453-09

Effects of water and air interaction on growth and quality of drip-irrigated processing tomato

ZHANG Jian-li WANG Zhen-hua ZONG Rui WANG Tian-yu WEN Yue CHEN Rui WU Xiao-di

Abstract：To explore the effects of different aeration methods and irrigation amounts interaction on the growth and yield of drip-irrigated processing tomato in northern Xinjiang， and the optimal water-air combination mode， three aeration methods （physical aeration， no aeration， chemical aeration） and four irrigation levels （5 400 m3/hm2， 4 950 m3/hm2， 4 500 m3/hm2， 4 050 m3/hm2） were set， and there were 12 treatments in this experiment. Under physical and chemical aeration treatments， tomato yield increased by 8.14% and 7.91%， and irrigation water use efficiency （IWUE） increased by 4.74% and 4.61%， respectively. Under the condition of physical aeration， the yield was highest in the treatment of 4 950 m3/hm2 irrigation water， and the IWUE was largest in the treatment of 4 500 m3/hm2 irrigation water. Physical aeration had the most obvious effect on increasing the contents of soluble solids， lycopene and VC in processed tomatoes. Under the condition of physical aeration， the quality indices of drip-irrigated processing tomato at 4 500 m3/hm2 irrigation level were better than those at 4 950 m3/hm2 irrigation level. In order to meet the needs of irrigation water use efficiency， yield and fruit quality of processing tomato， the irrigation amount of 4 500 m3/hm2 under physical aeration can be used as the suitable water-air combination mode for drip-irrigated processing tomato in northern Xinjiang.

Key words：aeration methods;irrigation level;processing tomato;yield;quality

番茄作為具有多種應(yīng)用價值和營養(yǎng)價值的蔬菜作物，在世界各國廣泛栽培。據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)顯示，2017年全球番茄總產(chǎn)量約1.8×108 t[1]。中國番茄的年產(chǎn)量超過5.0×107 t，是世界最大番茄制品出口國和第三大番茄種植國[2]。新疆維吾爾自治區(qū)作為中國最大的加工番茄主產(chǎn)區(qū)，其生產(chǎn)能力約占國內(nèi)的90%以上[3]，種植加工番茄已成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶獲取收益的重要來源之一。

番茄對土壤水分含量和土壤通氣性較為敏感[4]。較高的灌溉水平下，土壤水分過多，降低了土壤中氧氣的擴(kuò)散速率[5]。低氧脅迫下根際無氧呼吸加強，呼吸速率降低，產(chǎn)生的能量無法滿足植株正常生長，長期低氧脅迫加劇了根細(xì)胞質(zhì)膜過氧化程度，致使根系活力下降，抑制植株生長[6]。溫改娟等[7]通過文丘里器對灌溉水進(jìn)行加氣，結(jié)果表明，番茄果實產(chǎn)量及品質(zhì)較不加氣處理顯著提高。Bhattarai等[8]通過在灌溉水中添加過氧化氫并向南瓜根部灌溉，南瓜產(chǎn)量和數(shù)量分別提高了25%和29%。程峰等[9]研究了常規(guī)滴灌、化學(xué)增氧滴灌和機械增氧滴灌3種灌溉方式對香芹生長的影響，結(jié)果表明，機械增氧和化學(xué)增氧滴灌均有助于香芹的生長。加氣灌溉作為一種綠色增產(chǎn)技術(shù)，可有效解決低氧脅迫問題，起到增產(chǎn)和改善品質(zhì)的作用。其中，利用化學(xué)試劑加氣灌溉的技術(shù)簡便、快捷，但局限性較強，運輸和儲存不便，且施用不當(dāng)可能會對作物造成危害和改變土壤中生物的構(gòu)成[10]。利用文丘里器進(jìn)行加氣灌溉時，管道內(nèi)出現(xiàn)水氣分布不均勻現(xiàn)象，且隨距離增加灌溉水中氣體含量下降[11]，但因其成本相對低廉，對作物無危害，是目前國際上應(yīng)用較為廣泛的加氣技術(shù)。

膜下滴灌技術(shù)已在新疆廣泛應(yīng)用，該技術(shù)將覆膜與滴灌技術(shù)相結(jié)合，具有節(jié)水、節(jié)肥、提升作物產(chǎn)量的優(yōu)點。但覆膜條件下阻礙了膜下土壤與周邊環(huán)境的氣體交換[12]，從而造成作物根區(qū)的缺氧現(xiàn)象。加氣可減緩作物根區(qū)缺氧現(xiàn)狀，目前主要集中于溫室大棚加氣的研究[13]。而在中國新疆干旱地區(qū)，加工番茄的種植方式基本為膜下滴灌，對于大田膜下滴灌條件下不同加氣方式與不同灌水量相結(jié)合的研究鮮有報道。本研究以加工番茄為材料，通過研究不同加氣方式（文丘里加氣和過碳酸鈉加氣）及灌水量對滴灌加工番茄生長和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，探尋適宜新疆膜下滴灌加工番茄的最佳水氣組合模式，以期為新疆加工番茄加氣灌溉提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2020年5-8月開展，試驗田位于新疆維吾爾自治區(qū)石河子市石河子大學(xué)試驗場農(nóng)二連（85°59′45″E，44°19′26″N，海拔412 m），地下水埋深>8 m，土壤質(zhì)地屬中壤土，0～80 cm土壤平均容質(zhì)量為1.55 g/cm3，年均日照時間為2 950 h，多年平均降雨量、蒸發(fā)量分別為207 mm和1 660 mm。

1.2試驗材料

選用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)加工番茄品種3166，試驗于5月4日移苗定植，8月23日收獲采摘，全生育期為112 d。栽植模式采用“1膜2管4行”，地膜為常規(guī)聚乙烯塑料地膜，寬1.45 m，滴灌管采用以色列制造的耐特菲姆滴灌管，滴灌管埋深15 cm，毛管間距0.85 m，滴頭間距0.30 m，滴頭流量3.2 L/h，加工番茄行距0.35 m，株距0.40 m。試驗所用加氣施肥設(shè)備由蓄水池、1.5 m3水桶、水泵、壓力表、回流管、Mazzei1078型文丘里射流器、旋翼式水表、施肥罐和輸配水管道系統(tǒng)組成。

1.3試驗設(shè)計

根據(jù)前人研究結(jié)果和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實踐[3，14]，制定加工番茄灌溉、施肥制度（表1）。試驗設(shè)3種加氣方式：物理加氣（O1），不加氣（O2），化學(xué)加氣（O3）;4個灌水量水平：5 400 m3/hm2 （W1）、4 950 m3/hm2 （W2）、4 500 m3/hm2 （W3）、4 050 m3/hm2 （W4）。采用2因素完全隨機設(shè)計，共12個處理，每個處理3次重復(fù)，每處理試驗小區(qū)面積為26.65 m2（13.00 m ×2.05 m），試驗設(shè)計見表2。施肥量為：尿素250 kg/hm2（N：46.4%），氯化鉀150 kg/hm2（K2O：57%），磷酸一銨180 kg/hm2（P2O5：60.5%），各處理施肥量均相同。物理加氣方式為：采用文丘里射流器（型號為Mazzei1078）進(jìn)行加氣，通過文丘里射流器將空氣溶解在灌溉水中并以水氣混合液的形式進(jìn)行灌溉，當(dāng)灌水壓力為0.1 MPa時制成的摻氣水摻氣比例約為15%，對應(yīng)水中溶解氧質(zhì)量濃度約為15 mg/L[15]。化學(xué)加氣方式為：采用固體過碳酸鈉進(jìn)行增氧，灌溉前將水儲存在1.5 m3的水桶內(nèi)，灌溉時將固體過碳酸鈉加入水桶中，水中溶解氧的濃度用哈希水質(zhì)監(jiān)測儀HQ30D實時測定， 每隔10 min測定水桶中的含氧量變化。水中溶解氧初始質(zhì)量濃度為8.375 mg/L，加過碳酸鈉后保證其質(zhì)量濃度大于初始值的10%，通過預(yù)試驗測定，溶解氧質(zhì)量濃度可保持在9.256 mg/L左右，若不滿足灌溉水溶解氧質(zhì)量濃度，停止灌溉及時增氧。不加氣方式為：地下滴灌模式。

1.4試驗觀測內(nèi)容及方法

1.4.1株高、莖粗在植株各生長階段末，每小區(qū)隨機挑選9株測定，并做標(biāo)記，用卷尺從植株基部測量其株高，用電子游標(biāo)卡尺量取植株地面之上2 cm處的莖干直徑。

1.4.2光合指標(biāo)在各生長階段的晴朗天氣下于當(dāng)日的11∶00-13∶00時段，采用LI-6800全自動便攜式光合儀測定植株功能葉光合特性指標(biāo)。每小區(qū)隨機挑選3株植株進(jìn)行測量并取平均值，測定植株頂部第2片完全展開葉。測定指標(biāo)包括氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、凈光合速率（A）和蒸騰速率（E）。

1.4.3產(chǎn)量、品質(zhì)產(chǎn)量測定：在加工番茄成熟收獲期，每小區(qū)挑選9株測定其產(chǎn)量，測定項目包括單株產(chǎn)量和果實數(shù)量，采用精度為0.01 g的電子秤稱量單果質(zhì)量。灌溉水分利用效率（IWUE）的計算公式為：IWUE=Y/I，式中，Y和I分別為對應(yīng)處理的加工番茄總產(chǎn)量（kg/hm2）和總灌水量（m3/hm2）。品質(zhì)測定：加工番茄成熟收獲期每小區(qū)挑選6個果實用于品質(zhì)測定。可溶性固形物和番茄紅素含量分別采用手持折射儀[16]（型號為RHBO-90）和紫外-可見分光光度計（型號為EV300PC）測定[17]。維生素C、有機酸和可溶性糖含量分別采用滴定法[17]、堿滴定指示劑法[17]和蒽酮比色法測定[18]。

1.5數(shù)據(jù)分析

基于Excel 2016進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)處理與計算分析，采用Origin 2019進(jìn)行作圖，應(yīng)用Spss Statistics 26法檢驗處理間的差異顯著性。

2結(jié)果與分析

2.1水氣互作對加工番茄生長的影響

由圖1、圖2可知，不同水氣互作處理下，加工番茄株高、莖粗在各個生長階段變化規(guī)律相似，均隨灌水量的增大而增加。移植后50～70 d，該階段為果實膨大一期，株高增長幅度最大，為0.73 cm/d。隨日期疊加，加工番茄由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變生殖生長，株高增幅下降。移植后112 d，加工番茄株高在W1處理下最大，W1處理較W2、W3、W4處理株高分別增加3.20%、9.74%和16.14%。物理和化學(xué)加氣處理均有助于株高的增長，與不加氣相比，物理和化學(xué)加氣處理株高分別增加8.45%和4.15%。與不同灌溉水平下不加氣處理相比，物理加氣下W1、W2、W3、W4灌溉水平處理株高分別增加9.83%、9.37%、9.31%和7.20%，化學(xué)加氣下W1、W2、W3、W4灌溉水平處理株高分別增加2.66%、3.68%、7.39%和3.06%。移植后70～90 d，加工番茄莖粗增長幅度最大，為0.13 mm/d。移植后112 d，W1處理下加工番茄莖粗最大，W1處理較W2、W3、W4處理莖粗分別增加3.24%、6.83%和10.38%。物理和化學(xué)加氣處理均有助于莖粗的增長，與不加氣處理相比，物理和化學(xué)加氣處理莖粗分別增加6.47%和3.70%。與不同灌溉水平下不加氣處理相比，物理加氣下W1、W2、W3、W4處理莖粗分別增加7.73%、7.05%、5.9%和4.93%，化學(xué)加氣下W1、W2、W3、W4處理莖粗分別增加3.90%、4.61%、4.07%和2.08%。以上結(jié)果表明，物理加氣方式對加工番茄株高、莖粗的提升效果優(yōu)于化學(xué)加氣方式，W1灌溉水平下，加工番茄株高、莖粗增幅效果最好。

2.2水氣互作對加工番茄光合參數(shù)的影響

圖3顯示，加工番茄凈光合速率（A）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和蒸騰速率（E）均隨灌水量的增加呈先增大后減少的趨勢，且均在W2灌溉水平下達(dá)到峰值。W2處理較W1、W3、W4處理凈光合速率分別增加14.37%、4.78%和26.40%，氣孔導(dǎo)度分別增加10.67%、3.75%和36.07%，蒸騰速率分別增加16.49%、3.22%和31.85%。胞間CO2濃度（Ci）在W3灌溉水平下達(dá)到最大值，W3處理較W1、W2、W4處理胞間CO2濃度分別增加5.06%、3.53%和6.67%。物理加氣和化學(xué)加氣促進(jìn)了加工番茄葉片光合指標(biāo)的增加，與不加氣處理相比，物理加氣下加工番茄的氣孔導(dǎo)度（Gs）、凈光合速率（A）、蒸騰速率（E）和胞間CO2濃度（Ci）分別提高了16.35%、8.43%、12.06%、和4.01%，化學(xué)加氣下相應(yīng)指標(biāo)分別提高了11.82%、4.19%、8.04%和1.58%。W3灌溉水平和加氣條件下，加工番茄葉片的A、Gs、E、Ci提升效果最好，且物理加氣效果優(yōu)于化學(xué)加氣效果。

上述結(jié)果說明，加氣可不同程度提高加工番茄各項光合指標(biāo)，且物理加氣效果高于化學(xué)加氣效果。提升加工番茄光合作用的最適宜灌溉水量為4 950 m3/hm2，過高或過低均抑制光合作用。

2.3水氣互作對加工番茄產(chǎn)量和灌溉水利用效率（IWUE）的影響

不同水氣互作處理對加工番茄產(chǎn)量、IWUE的影響如表3所示。隨著灌水量的增加，加工番茄產(chǎn)量呈先增大后降低的趨勢，W2灌溉水平下產(chǎn)量達(dá)到最高，W2處理較W1、W3、W4處理產(chǎn)量分別提升了13.03%、4.25%與33.42%。W4灌溉水平下，不同加氣處理之間產(chǎn)量無顯著差異（P>0.05）。與不加氣處理相比，物理和化學(xué)加氣處理產(chǎn)量分別提升了8.14%（P<0.01）和4.74%（P<0.01）。物理加氣下，W1處理產(chǎn)量提升最為顯著，與不加氣處理相比，加工番茄產(chǎn)量提升12.12%。物理加氣下，W2O1處理與W3O1處理的產(chǎn)量無顯著差異。

隨灌水量的增加加工番茄IWUE先增大后減少，W1處理較W2、W3、W4處理IWUE分別減少18.19%、2.46%和10.67%，W3灌溉水平下加工番茄IWUE最優(yōu)。與不加氣處理相比，物理和化學(xué)加氣處理IWUE分別提升了7.91%（P<0.01）和4.61%（P<0.01）。較不加氣處理相比，物理加氣處理的加工番茄IWUE提高了3.74%～12.14%，化學(xué)加氣處理的加工番茄IWUE提高了2.68%～7.81%。

由以上結(jié)果可知，W2灌溉水平下加工番茄產(chǎn)量最高，W3灌溉水平下IWUE最高，W2O1處理產(chǎn)量最大，W3O1處理IWUE最大。

2.4水氣互作對加工番茄各品質(zhì)指標(biāo)的影響

結(jié)果表明，水分因素和加氣因素對加工番茄各品質(zhì)指標(biāo)均具有極顯著影響（P<0.01），水氣交互作用對有機酸、可溶性固形物、番茄紅素和維生素C（VC）含量影響極顯著（P<0.01）。不加氣條件下，隨灌水量的增加加工番茄的有機酸、可溶性固形物、可溶性糖和維生素C含量均有所降低。W1O2處理較W4O2處理有機酸、可溶性固形物、可溶性糖和VC含量分別降低了38.63%、24.51%、17.84% 和14.39%。W3O2處理番茄紅素含量最高，W1O2處理最低，W3O2處理較W1O2處理顯著增大21.33%。物理加氣和化學(xué)加氣處理均可不同程度提升加工番茄各品質(zhì)指標(biāo)含量，與不加氣處理相比，物理加氣處理有機酸、可溶性固形物、可溶性糖、番茄紅素和VC含量分別提升了12.67%、10.29%、3.70%、34.45%和8.60%，化學(xué)加氣處理相應(yīng)指標(biāo)分別提升33.22%、2.67%、8.23%、18.73%和3.96%。對加工番茄產(chǎn)量和IWUE的分析結(jié)果表明，物理加氣處理下，W2灌溉水平產(chǎn)量最高，W3灌溉水平IWUE最高。因此對物理加氣處理的W2和W3灌溉水平處理進(jìn)行各品質(zhì)指標(biāo)分析，結(jié)果表明物理加氣條件下，W3O1處理較W2O1處理有機酸、可溶性固形物、可溶性糖、番茄紅素和VC含量分別增大了18.99%、0.73%、8.61%、14.82%和10.22%（表4）。

由上述分析結(jié)果可知，物理加氣處理對提高加工番茄品質(zhì)的效果最為明顯（有機酸、可溶性糖含量除外），物理加氣條件下，W3灌溉水平處理各品質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于W2灌溉水平處理。

3討論

3.1水氣互作對加工番茄生長、生理的影響

株高、莖粗能夠反映植株的生長發(fā)育和營養(yǎng)狀況。本研究結(jié)果表明，在不加氣處理中，隨灌水量的增加，加工番茄株高、莖粗表現(xiàn)出逐漸遞增的趨勢，這是由于充足的水分有利于促進(jìn)植株根系對礦質(zhì)元素的吸收，從而促進(jìn)植株的新陳代謝，加快營養(yǎng)生長[19]。低氧脅迫導(dǎo)致根際無氧呼吸加強，有氧呼吸降低，致使根系活力下降，產(chǎn)生的能量無法滿足植株正常生長，最終抑制植株生長[6]。本試驗中，通過加氣促進(jìn)了各梯度灌灌水平下株高、莖粗的生長，這是由于在灌水過程中輸入氧氣，增大了土壤溶解氧濃度，改善了土壤中氧化還原電位和氧氣擴(kuò)散速率，提高了土壤通氣性[20-21]，緩解了作物根系缺氧狀況，有效提高了根系活力，促進(jìn)了根系對養(yǎng)分的吸收利用[22]，進(jìn)而促進(jìn)了植株生長。

氣孔因素和葉肉細(xì)胞光合活性控制著葉片光合作用[23-25]，氣孔導(dǎo)度降低將影響到光合速率[26]。本試驗中，在高灌溉水量下，氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率及凈光合速率反而下降，這可能是由于土壤水分過多、通氣不良妨礙了根系活動，從而間接影響了光合作用的正常進(jìn)行[27]。另外，本研究結(jié)果顯示，低水量條件下植物葉片通過關(guān)閉氣孔減少水分的蒸騰損失[28]，同時也降低了植物對光能的吸收，進(jìn)而抑制了光合作用的進(jìn)行，這與李銀坤等[29]研究結(jié)果相似，即水分過低對光合作用具有明顯的負(fù)作用。有研究者指出，加工番茄的光合作用受脫落酸（ABA）含量影響，植物體內(nèi)的ABA可通過減輕細(xì)胞膜的破損，提高葉片的保水性增強植物的抗逆性能[30]。非加氣灌溉處理中，根區(qū)受到低氧脅迫，導(dǎo)致根部合成大量的ABA，并通過蒸騰流運輸?shù)降厣喜咳~片后，保衛(wèi)細(xì)胞附近的ABA濃度上升，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，該過程造成外界CO2進(jìn)入葉片內(nèi)部受阻，葉片內(nèi)CO2供應(yīng)不足，光合反應(yīng)速率降低[31]。而加氣灌溉緩解了根系低氧脅迫[32]，從而使植株體內(nèi)ABA含量下降，葉片氣孔導(dǎo)度提高[33]，進(jìn)而提高了光合作用的各項指標(biāo)。

3.2水氣互作對加工番茄產(chǎn)量、IWUE及品質(zhì)的影響

本試驗中，加工番茄產(chǎn)量隨灌水量的增加呈先增后減趨勢，在W2灌水量水平下產(chǎn)量達(dá)到最大。W1高灌水量條件下（5 400 m3/hm2），加工番茄產(chǎn)量較低，這是由于灌水量過多造成植株營養(yǎng)生長旺盛、植株徒長現(xiàn)象嚴(yán)重，進(jìn)而抑制了植株的生殖生長，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，這與李元等[34]研究結(jié)果一致。本試驗灌溉水分利用效率（IWUE）隨灌水量的遞增呈現(xiàn)先增后減趨勢，這可能是因為當(dāng)灌水過多時，番茄根系對水分的吸收速率下降，從而影響了IWUE的提高。有研究者指出，在一定灌水量范圍內(nèi)，IWUE隨著灌水量的減少而增大[35]。在本試驗中W3水平下灌溉水分利用效率達(dá)到最大。本試驗通過物理加氣和化學(xué)加氣，均使產(chǎn)量和灌溉水分利用效率得到提升，這是由于加氣能夠調(diào)控土壤中的水氣比例，增大土壤充氣孔隙度和氧氣含量[36]，提升了土壤微生物和作物根系呼吸能力[37]，促進(jìn)了根系養(yǎng)分吸收[38]和吸水能力[39]，進(jìn)而影響植株的生長，使產(chǎn)量與灌溉水分利用效率提高。

本研究結(jié)果表明，不加氣情況下，隨著灌水量的增加，加工番茄果實中有機酸、可溶性固形物、維生素C、可溶性糖等含量下降，這是因為水分對番茄果實中營養(yǎng)物質(zhì)有稀釋作用，從而降低番茄果實風(fēng)味品質(zhì)[40]，這與May等[41]研究結(jié)果相似。作物的產(chǎn)量和品質(zhì)是相互矛盾的，隨著產(chǎn)量提高品質(zhì)會不同程度下降[42]，這與本試驗研究結(jié)果相似，本試驗中W2處理的產(chǎn)量高，但W3處理的番茄品質(zhì)各項指標(biāo)高于W2處理。因此，可以通過適度的降低灌溉量來提升加工番茄的品質(zhì)。根系缺氧會導(dǎo)致根系對水分的傳導(dǎo)能力下降，降低光合酶活性和加速葉綠素降解，抑制植物生長，降低果實品質(zhì)[43]。本試驗通過不同加氣方式，改善了根際氧環(huán)境，促進(jìn)了植株生理功能的正常運轉(zhuǎn)，從而使加工番茄各項品質(zhì)指標(biāo)得以提升，加氣處理較不加氣處理提高了可溶性糖、有機酸、可溶性固形物、維生素C等含量，這與王振華等[44]研究結(jié)果相似，其中物理加氣效果整體優(yōu)于化學(xué)加氣效果。

3.3不同水氣組合處理及加氣方式效果的探討

在加工番茄苗期，由于植株生長弱小，對氧的需求量較少，根際氣體對植株的影響不占主導(dǎo)地位[45]，且該期灌水周期長、灌水次數(shù)少，植株受低氧脅迫的作用不明顯，因此在苗期可以考慮不加氣。在成熟期，由于植株根系活力下降，受土壤根際通氣影響的敏感度下降[46]，且該時期灌水次數(shù)減少，受低氧脅迫的程度減弱，故該時期同樣可采取不加氣處理。但在膨大期，植株根系旺盛，根系吸水能力加強，且灌水周期短、灌水次數(shù)頻繁，植株對氧氣的需求量增大，根際持續(xù)性缺氧對植株的影響越來越顯著[45]，因此，該時期應(yīng)保證必要的加氣。本試驗中，W1灌溉水平下加氣處理的植株長勢最好，但該水氣組合下產(chǎn)量并非最高，這是由于在該灌溉水平下加氣使植株營養(yǎng)生長過盛而生殖生長受阻，造成嚴(yán)重的植株徒長現(xiàn)象，故該組合并非最優(yōu)水氣組合處理。W2、W3灌溉水平與物理加氣組合W2O1處理與W3O1處理產(chǎn)量無顯著性差異，但W3O1處理IWUE最大和品質(zhì)最優(yōu)，因此考慮到產(chǎn)量、品質(zhì)及IWUE三重需求，在新疆干旱少雨情況下，適當(dāng)降低灌溉定額結(jié)合物理加氣是可行的灌溉方案，W3灌溉水平下物理加氣是最為適宜的水氣組合方案。

本研究中，物理加氣和化學(xué)加氣對加工番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響不同，可能因為化學(xué)試劑過碳酸鈉產(chǎn)生的鈉離子對根系造成脅迫使其吸水能力下降[47]，從而影響根系的生理代謝，造成其對植株生長、產(chǎn)量及品質(zhì)等方面的作用下降。另一方面，物理方式加氣水中的溶氧量大于化學(xué)方式加氣水中的溶氧量，提高土壤含氧量會更好地滿足植物根系生長對根際微環(huán)境的要求，提高氮素利用率[48]。臧明等[49]研究指出，番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)與溶解氧濃度等呈顯著正相關(guān)關(guān)系，一定范圍內(nèi)溶解氧量越大越有利于植株的生長發(fā)育。因此，若在不同加氣方式下保證相同的溶解氧濃度，研究結(jié)果是否有差異，有待進(jìn)一步探究。

4結(jié)論

本試驗研究了不同水氣處理對加工番茄產(chǎn)量、灌溉水利用效率及品質(zhì)的影響，得到以下結(jié)論：1）只有適宜的灌水量和加氣才能促進(jìn)光合作用使產(chǎn)量達(dá)到最大，光合作用及產(chǎn)量在物理加氣與4 950 m3/hm2灌溉水平組合下達(dá)到最大。2）灌溉水分利用效率在物理加氣與4 500 m3/hm2灌溉水平組合下達(dá)到最大。物理加氣條件下，4 500 m3/hm2灌溉水平的加工番茄各項品質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于4 950 m3/hm2灌溉水平。綜上所述，基于新疆干旱少雨狀況，為達(dá)到節(jié)水目的，在綜合評估產(chǎn)量、灌溉水利用效率及品質(zhì)后，建議物理加氣下4 500 m3/hm2灌水量可作為適宜北疆加工番茄滴灌的水氣結(jié)合模式。

參考文獻(xiàn)：

[1]SENGAR A S， RAWSON A， MUTHIAH M， et al. Comparison of different ultrasound assisted extraction techniques for pectin from tomato processing waste[J]. Ultrasonics Sonochemistry， 2020， 61：104812.

[2]張桂芬，劉萬學(xué)，萬方浩，等. 世界毀滅性檢疫害蟲番茄潛葉蛾的生物生態(tài)學(xué)及危害與控制[J].生物安全學(xué)報，2018，27（3）：155-163.

[3]楊玉珍，孟超然，張新疆，等. 氮、鉀肥用量對膜下滴灌加工番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].中國土壤與肥料，2017，54（1）：61-67.

[4]BRADFORD K J， YANG S. Physiological responses of plants to waterlogging[J]. HortScience， 1981， 16（1）： 25-30.

[5]趙旭，李天來，孫周平. 番茄基質(zhì)通氣栽培模式的效果[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（1）：74-78.

[6]徐春梅，陳麗萍，王丹英，等. 低氧脅迫對水稻幼苗根系功能和氮代謝相關(guān)酶活性的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，49（8）：1625-1634.

[7]溫改娟，蔡煥杰，陳新明，等. 加氣灌溉對溫室番茄生長和果實品質(zhì)的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，41（4）：113-118，124.

[8]BHATTARAI S P， MIDMORE D J， PENDERGAST L P. Yield， water-use efficiencies and root distribution of soybean， chickpea and pumpkin under different subsurface drip irrigation depths and oxygation treatments in vertisols[J]. Irrigation Science， 2008， 26： 439-450.

[9]程峰，姚幫松，肖衛(wèi)華，等. 不同增氧滴灌方式對香芹生長特性的影響[J].灌溉排水學(xué)報，2016，35（3）：91-94.

[10]雷宏軍，胡世國，潘紅衛(wèi)，等. 土壤通氣性與加氧灌溉研究進(jìn)展[J].土壤學(xué)報，2017，54（2）：297-308.

[11]BHATTARAI S P， BALSYS R J， WASSINK D， et al. The total air budget in oxygenated water flowing in a drip tape irrigation pipe[J]. International Journal of Multiphase Flow，2013，52：121-130.

[12]謝恒星，呂海波，高志勇，等. 加氧灌溉下溫室甜瓜生長、品質(zhì)和產(chǎn)量特征研究[J].灌溉排水學(xué)報，2017，36（12）：20-24.

[13]常雙梅，常周梅. 加氣灌溉對土壤與作物的影響研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)科技與信息，2019（5）：49-52，54.

[14]竇允清，王振華，張金珠，等. 水肥耦合對滴灌加工番茄生理生長及產(chǎn)量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（7）：124-129.

[15]徐建新，臧明，雷宏軍，等. 增氧灌溉對盆栽冬小麥生長及土壤通氣性的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2019，37（4）：16-25.

[16]陳秀香，馬富裕，方志剛，等. 土壤水分含量對加工番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究[J].節(jié)水灌溉，2006（4）：1-4.

[17]張連富，丁霄霖.番茄紅素簡便測定方法的建立[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2001，27（3），51-55.

[18]魏守輝，肖雪梅，鐘源，等. 日光溫室不同時段補光對番茄果實品質(zhì)及揮發(fā)性物質(zhì)影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36（8）：188-196.

[19]房祥吉，姜遠(yuǎn)茂，彭福田，等. 灌水量對盆栽平邑甜茶生長與15N吸收、利用和損失的影響[J].水土保持學(xué)報，2010，24（6）：76-78，122.

[20]徐建新，臧明，雷宏軍，等. 增氧灌溉對盆栽冬小麥生長及土壤通氣性的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2019，37（4）：16-25.

[21]臧明，雷宏軍，BHATTARAI S，等.不同增氧滴灌方式對蔬菜生長生理指標(biāo)的影響[J].排灌機械工程學(xué)報，2020，38（3）：310-317.

[22]胡德勇，廖健程，陳哲，等. 控制灌溉增氧對超級稻生理生化特性及水分利用效率的影響[J]. 排灌機械工程學(xué)報，2020，38（5）：500-505.

[23]呂廣德，殷復(fù)偉，王超，等. 不同播種量對小麥泰科麥33干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運、旗葉光合特性及產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2021，37（1）：16-28.

[24]黃曉露，趙志珩，廖健明，等. 不同嫁接方法對4種板栗幼樹內(nèi)源激素及光合特性的影響[J].南方農(nóng)業(yè)學(xué)報，2020，51（6）：1384-1391.

[25]曹帥，杜仲陽，劉鵬，等. 堿脅迫對大豆光合特性及內(nèi)源激素含量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2020，36（2）：284-291.

[26]李衛(wèi)民，周凌云. 水肥（氮）對小麥生理生態(tài)的影響（Ⅱ）水肥（氮 ）對小麥葉片細(xì)胞間隙CO2濃度和氣孔導(dǎo)度的影響[J].土壤通報，2004（3）：271-274.

[27]段萌，楊偉才，毛曉敏. 覆膜和水分虧缺對春小麥光合特性影響及模型比較[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2018，49（1）：219-227.

[28]權(quán)雪，張石寶. 水分對藥用蘭科植物白及生理和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響[J].植物科學(xué)學(xué)報，2018，36（3）：370-380.

[29]李銀坤，武雪萍，吳會軍，等. 水氮條件對溫室黃瓜光合日變化及產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2010，26（增刊1）：122-129.

[30]張烈，沈秀瑛，孫彩霞，等. ABA與玉米抗旱性關(guān)系的研究[J].玉米科學(xué)，1998（S1）：42-44.

[31]MANCUSO S， SHABALA S. Waterlogging signalling and tolerance in plants[M]. Heidelberg： Springer，2010.

[32]CHEN X M， DHUNGEL J， BHATTARAI S P， et al. Impact of oxygation on soil respiration， yield and water use efficiency of three crop species[J]. Journal of Plant Ecology， 2011， 4（4）： 236-248.

[33]李元，牛文全，呂望，等. 加氣灌溉改善大棚番茄光合特性及干物質(zhì)積累[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（18）：125-132.

[34]李元，牛文全，許健，等. 加氣滴灌提高大棚甜瓜品質(zhì)及灌溉水分利用效率[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（1）：147-154.

[35]安順偉，王永泉，李紅嶺，等. 灌水量對日光溫室番茄生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，19（3）：188-192.

[36]BHATTARAI S P， PENDERGAST L， MIDMORE D J. Root aeration improves yield and water use efficiency of tomato in heavy clay and saline soils[J]. Scientia Horticulturae， 2006， 108（3）： 278-288.

[37]朱艷，蔡煥杰，宋利兵，等. 加氣灌溉改善土壤通氣性[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2017，33（21）：163-172.

[38]BEN-NOAH I， FRIEDMAN S P. Oxygation of clayey soils by adding hydrogen peroxide to the irrigation solution： Lysimetric experiments[J]. Rhizosphere， 2016， 2： 1-11.

[39]盧澤華，蔡煥杰，王健，等. 不同生育時期根際加氣對溫室番茄生長及產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，45（7）： 1330-1337.

[40]馮騰騰，周嘯塵，郁婭池，等. 灌水量對大棚番茄產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J].北方園藝，2016，40（10）：54-58.

[41]MAY D M， GONZALES J， BIECHE B J. Irrigation and nitrogen management as they Affect fruit quality and yield of processing tomatoes[J]. Acta Horticulturae， 1994， 376： 227-234.

[42]YASUYOSHI H T， TOSHIKO T B， SATORU K D， et a1. The effect of water stress on the growth， sugar and nitrogen content of cherry tomato fruit[J]. Journal of the Japanese Society for Horticultural Science， 1998 67（5）： 759-766.

[43]劉義玲，李天來，孫周平，等. 根際低氧脅迫對網(wǎng)紋甜瓜光合作用、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].園藝學(xué)報，2009，36（10）：1465-1472.

[44]王振華，陳瀟潔，呂德生，等. 水肥耦合對加氣滴灌加工番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36（19）：66-75.

[45]牛文全，郭超. 根際土壤通透性對玉米水分和養(yǎng)分吸收的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2010，21（11）：2785-2791.

[46]郭超，牛文全. 根際通氣對盆栽玉米生長與根系活力的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2010，18（6）：1194-1198.

[47]卻志群，沈春修，陳林. NaCl脅迫對萵苣種子萌發(fā)與幼苗生長的影響[J].北方園藝，2013（9）：12-15.

[48]吳龍龍，田倉，張露，等. 稻田水氮氧環(huán)境因子對水稻生長發(fā)育、光合作用和氮利用的調(diào)控研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2021，32（4）：1498-1508.

[49]臧明，雷宏軍，潘紅衛(wèi)，等. 增氧地下滴灌改善土壤通氣性促進(jìn)番茄生長[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34（23）：109-118.

（責(zé)任編輯：張震林）

收稿日期：2021-06-21

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFD0201506）;兵團(tuán)科技創(chuàng)新團(tuán)隊項目（2019CB004）;兵團(tuán)節(jié)水灌溉試驗計劃項目（BTJSSY-201907）

作者簡介：張健利（1995-），男，寧夏石嘴山人，碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。（E-mail）1228856528@qq.com

通訊作者：王振華，（E-mail）wzh2002027@163.com