李紅崢，曹紅霞，郭莉杰，吳宣毅

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溝灌方式和灌水量對(duì)溫室番茄綜合品質(zhì)與產(chǎn)量的影響

李紅崢，曹紅霞，郭莉杰，吳宣毅

（西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西楊凌 712100）

【目的】探討溝灌方式和灌水量對(duì)溫室番茄綜合品質(zhì)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率（IWUE）以及綜合效益的影響，優(yōu)化西北地區(qū)溫室番茄的溝灌方式和灌水量，為該地區(qū)溫室番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā客ㄟ^(guò)田間試驗(yàn)，設(shè)置常規(guī)溝灌（CFI）和交替隔溝灌溉（AFI）兩種溝灌方式，以兩次灌水的間隔期Φ20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的累積蒸發(fā)量E為基數(shù)，設(shè)置0.6E、0.8E、1.0E、1.2E四個(gè)灌水量梯度，共8個(gè)處理，采用主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以主成分綜合得分和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度量化番茄的品質(zhì)指標(biāo)，采用變異系數(shù)法對(duì)番茄的品質(zhì)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率（IWUE）賦權(quán)，通過(guò)TOPSIS法對(duì)各處理下溫室番茄的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。【結(jié)果】溝灌方式和灌水量均對(duì)番茄品質(zhì)產(chǎn)生影響，主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)番茄品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果不完全一致，但兩者都得出AFI-0.6E、AFI-0.8E為品質(zhì)最優(yōu)的兩個(gè)處理；AFI-0.6E處理相較于產(chǎn)量最高的AFI-1.2E處理減產(chǎn)達(dá)22.56%，而AFI-0.8E處理相較于AFI-1.2E處理僅減產(chǎn)9.42%，且AFI-0.8E與AFI-0.6E的IWUE無(wú)顯著差異；TOPSIS綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果表明AFI-0.8E處理為綜合效益最高的處理?！窘Y(jié)論】采用交替隔溝灌溉，灌水量設(shè)為0.8E，在提高番茄的綜合品質(zhì)的同時(shí)又可以使產(chǎn)量和IWUE處于較高水平，從而獲得最大的綜合效益，為溫室番茄優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的溝灌方式和灌水量的組合。

溫室番茄；溝灌方式；灌水量；品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)；產(chǎn)量；灌溉水利用效率

0 引言

【研究意義】番茄是中國(guó)西北地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)種植的主要蔬菜之一[1]，同時(shí)也是該地區(qū)許多農(nóng)戶主要的收入來(lái)源。近年來(lái)，隨著人們生活質(zhì)量的提升，蔬菜的品質(zhì)越來(lái)越受到人們的關(guān)注[2]。如何在保證產(chǎn)量、保障菜農(nóng)收入的同時(shí)提高蔬菜的品質(zhì)成為了目前研究的重點(diǎn)，也是協(xié)調(diào)菜農(nóng)和消費(fèi)者之間矛盾的關(guān)鍵。研究表明，不同的灌水方式和灌水量都會(huì)對(duì)番茄的品質(zhì)和產(chǎn)量產(chǎn)生影響[3-6]。在不增加農(nóng)民投入的基礎(chǔ)上優(yōu)化溫室番茄現(xiàn)有的灌水方式，制定合理的灌水量確定依據(jù)，尋求保證產(chǎn)量與提高品質(zhì)的最佳平衡點(diǎn)，對(duì)于該地區(qū)溫室番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】溫室番茄常用的一種灌水方式是溝灌，溝灌作為一種傳統(tǒng)的地面灌溉技術(shù)，近年來(lái)又發(fā)展了多種改進(jìn)的形式，其中交替隔溝灌溉已在大田玉米[7]、棉花[8-9]以及溫室黃瓜[10]等作物上展開(kāi)了廣泛研究。研究表明，交替隔溝灌溉能夠大量節(jié)水而不減產(chǎn)或減產(chǎn)很少，還可以改善作物的品質(zhì)[8-10]。實(shí)際生產(chǎn)中，農(nóng)民通常根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)確定溫室番茄的灌水量，灌水量往往遠(yuǎn)高于作物實(shí)際需水量，致使灌溉水深層滲漏嚴(yán)重，不僅導(dǎo)致水資源的浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)引起土壤次生鹽漬化等一系列問(wèn)題[11]。蒸發(fā)皿蒸發(fā)量能夠綜合反映當(dāng)時(shí)的氣象條件[6]，與作物需水量密切相關(guān)。根據(jù)蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量制定作物的灌溉計(jì)劃，在國(guó)內(nèi)外的研究中已有大量報(bào)道[12-14]。番茄品質(zhì)包含了外觀、口感、營(yíng)養(yǎng)等方面的多個(gè)指標(biāo)，其受灌水的影響明顯。邢英英等[15]的研究表明增大灌水量顯著降低番茄Vc、番茄紅素和可溶性糖含量；楊慧等[16]在研究溫室番茄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的水氮模式時(shí)發(fā)現(xiàn)隨著灌水量的增加，可溶性固形物和Vc呈降低趨勢(shì)，番茄紅素、可溶性糖和糖酸比呈先增加后降低的趨勢(shì)。但是番茄品質(zhì)是一綜合性概念，通過(guò)分析各單項(xiàng)指標(biāo)很難判斷番茄的綜合品質(zhì)。主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法是兩種常用的綜合評(píng)價(jià)方法，在烤煙等作物的綜合評(píng)價(jià)方面已有很多應(yīng)用[17-18]，王峰[19]、王鵬勃[20]等也采用主成分分析法對(duì)番茄品質(zhì)做過(guò)綜合評(píng)價(jià)。許多研究[20-21]表明番茄的產(chǎn)量隨著灌水量的增加呈先增后減的趨勢(shì)，灌水量存在一閾值，過(guò)高和過(guò)低的灌水量均不利于番茄的生產(chǎn)。【本研究切入點(diǎn)】在交替隔溝灌溉下應(yīng)用蒸發(fā)皿蒸發(fā)量指導(dǎo)溫室番茄的灌水尚未有報(bào)道；在做番茄品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)，由于每種評(píng)價(jià)方法都有自身的缺點(diǎn)和局限性，僅用一種綜合評(píng)價(jià)方法得出的結(jié)果說(shuō)服力不強(qiáng)，將主成分分析法與灰色關(guān)聯(lián)度法結(jié)合起來(lái)對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的研究較少；品質(zhì)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率是構(gòu)成溫室番茄綜合效益的3大指標(biāo)，但由于品質(zhì)是一綜合性概念，很難以具體數(shù)值對(duì)其進(jìn)行量化，因此，基于品質(zhì)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率對(duì)溫室番茄綜合效益的評(píng)價(jià)報(bào)道相對(duì)較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)常規(guī)溝灌和交替隔溝灌溉下不同灌水量水平的溫室番茄進(jìn)行品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，以主成分綜合得分和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行量化，利用變異系數(shù)法對(duì)品質(zhì)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率賦權(quán)，通過(guò)TOPSIS法對(duì)各處理下溫室番茄的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而提出西北地區(qū)溫室番茄優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的溝灌方式和灌水指標(biāo)，為該地區(qū)溫室番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2015年4—8月在陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)綠百合果蔬專業(yè)合作社的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于關(guān)中平原，北緯34°17′、東經(jīng)108°01′，海拔527 m，多年平均氣溫12.5℃，年均日照時(shí)數(shù)2 163.8 h，年均蒸發(fā)量1 500 mm，年平均降水量632 mm，主要集中在5—10月，屬于半濕潤(rùn)易旱區(qū)。試驗(yàn)溫室為西北地區(qū)常見(jiàn)的簡(jiǎn)易土墻日光溫室，溫室東西長(zhǎng)70 m，南北寬8 m，凈種植面積408 m2（68 m×6 m）。溫室頂部設(shè)通風(fēng)口，底部設(shè)通風(fēng)暗管，通過(guò)開(kāi)閉通風(fēng)口和通風(fēng)暗管調(diào)節(jié)溫室內(nèi)部環(huán)境，試驗(yàn)全程在溫室覆蓋條件下進(jìn)行，在試驗(yàn)后期，隨著氣溫的回升，為避免溫室內(nèi)出現(xiàn)高溫環(huán)境，在溫室頂部加裝遮陽(yáng)網(wǎng)，遮陽(yáng)網(wǎng)僅在晴天有烈日的情況下使用，使用時(shí)根據(jù)溫室內(nèi)的氣溫，一般于上午10：00—11：00期間蓋網(wǎng)，下午3：00—4：00期間揭網(wǎng)。試驗(yàn)溫室土壤為重壤土，0—60 cm土壤容重為1.38 g·cm-3，田間持水率為23.87%。供試番茄品種為當(dāng)?shù)刂髟缘摹瓾L2109’（，HL2109），番茄幼苗于2015年4月15日定植，留四穗果后打頂，2015年8月2日拉秧，溫室日常管理依據(jù)當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

溫室中央設(shè)置Φ20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿，高度始終與冠層保持一致，從定植后開(kāi)始每天早上8：00測(cè)定蒸發(fā)皿日蒸發(fā)量。采取壟植溝灌的栽培模式，番茄植株種植于壟上，壟頂寬10 cm，壟兩側(cè)為灌水溝，溝長(zhǎng)6 m，溝頂寬60 cm，溝底寬30 cm，溝深15 cm，行距70 cm，株距35 cm，種植密度為4.1株/m2。試驗(yàn)設(shè)溝灌方式和灌水量?jī)蓚€(gè)因素，其中溝灌方式因素設(shè)置兩個(gè)水平，分別為常規(guī)溝灌（CFI）和交替隔溝灌溉（AFI），CFI灌水時(shí)每個(gè)灌水溝均灌水，AFI灌水時(shí)每隔一個(gè)溝進(jìn)行灌水，下次灌本次未灌水的溝，依次交替；灌水量因素以兩次灌水的間隔期Φ20 cm標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿的累積蒸發(fā)量E為基數(shù)，設(shè)置0.6E、0.8E、1.0E、1.2E四個(gè)水平。

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共8個(gè)處理，即CFI-0.6E、CFI-0.8E、CFI-1.0E、CFI-1.2E、AFI-0.6E、AFI-0.8E、AFI-1.0E、AFI-1.2E，每個(gè)處理3次重復(fù)。每個(gè)小區(qū)4溝4壟，小區(qū)面積16.8 m2（2.8 m×6 m），不同小區(qū)之間為防止水分側(cè)滲，用埋深為60 cm的防滲膜隔開(kāi)。

定植當(dāng)天為確保秧苗的成活，采用常規(guī)溝灌對(duì)各處理進(jìn)行一次統(tǒng)一灌水，灌水量參照當(dāng)?shù)胤讯ㄖ矔r(shí)的經(jīng)驗(yàn)灌水量。為達(dá)到蹲苗效果，第一次灌水處理距定植的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，以后每當(dāng)蒸發(fā)皿的累積蒸發(fā)量達(dá)到（25±2）mm時(shí)即進(jìn)行灌水處理，據(jù)此確定的灌水時(shí)間與灌水量，既符合溝灌灌水頻次相對(duì)較低的特點(diǎn)，又能保證整個(gè)灌水溝前后灌水的均勻性，同時(shí)也滿足生育期內(nèi)各次追肥時(shí)間的需要。整個(gè)生育期各處理的灌水情況見(jiàn)表1。

表1 全生育期各處理灌水情況

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 品質(zhì)測(cè)定 在第三穗果的成熟采摘期進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定。測(cè)定時(shí)在每小區(qū)隨機(jī)挑選出無(wú)壞斑的果實(shí)9顆，用精度為0.01 g的電子天平測(cè)量單果重，用游標(biāo)卡尺測(cè)定果實(shí)的橫、縱徑，橫徑在果身平面上兩個(gè)垂直方向測(cè)定兩次，果形指數(shù)為番茄縱徑與平均橫徑的比值，橫徑變異系數(shù)為兩次橫徑測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值；將番茄用打漿機(jī)打成勻漿，采用減壓干燥法測(cè)定果實(shí)含水量，IR200S手持式糖度計(jì)測(cè)定可溶性固形物，0.1 mol·L-1NaOH滴定法測(cè)定有機(jī)酸，硫酸-蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖，鉬藍(lán)比色法測(cè)定Vc，EV300PC型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)法（Thermo Fisher, USA）測(cè)定番茄紅素。

1.3.2 產(chǎn)量測(cè)定 每個(gè)小區(qū)標(biāo)記有代表性15株番茄，產(chǎn)量根據(jù)種植密度折算得到。

1.3.3 灌溉水利用效率 灌溉水利用效率（IWUE）是指作物利用單位灌水量所能生產(chǎn)的產(chǎn)量，單位為kg·m-3，計(jì)算公式為：

式中，為產(chǎn)量（t·hm-2）；為灌溉定額（mm），100為單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.4 品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

1.4.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取 選取能夠表征番茄外觀品質(zhì)的單果重（X1）、果形指數(shù)（X2）、橫徑變異系數(shù)（X3），表征番茄口感品質(zhì)的果實(shí)含水量（X4）、可溶性固形物（X5）、糖酸比（X6）以及表征番茄營(yíng)養(yǎng)保健品質(zhì)的Vc（X7）、番茄紅素（X8）共8項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)變量，采用主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.4.2 原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化處理 主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法雖然原理不同，但在前期數(shù)據(jù)處理時(shí)的一些步驟可做合并：為消除不同評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱的影響，兩者均需要先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時(shí)，為保證評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)劣方向的一致，主成分分析法還需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行同趨化，而同趨化后的數(shù)據(jù)更便于灰色關(guān)聯(lián)度分析時(shí)參考向量的選取。數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和同趨化可同時(shí)進(jìn)行，具體方法為[22]：

對(duì)于高優(yōu)指標(biāo)：

對(duì)于低優(yōu)指標(biāo)：

式中：X為第個(gè)對(duì)象第個(gè)指標(biāo)的測(cè)量值，max為指標(biāo)最大值，min為指標(biāo)最小值，ZX為X經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化后的值。

1.4.3 主成分分析 采用SPSS 22.0進(jìn)行主成分分析。SPSS將主成分分析有機(jī)的嵌入到了因子分析之中，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化處理后，調(diào)用Factor Analysis過(guò)程進(jìn)行主成分分析。主成分提取的原則是對(duì)應(yīng)的特征值λ大于1。用得到的主成分載荷矩陣中的數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值的開(kāi)平方根，便得到每個(gè)主成分中各指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)[23]，再以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為各主成分的權(quán)重，即可得主成分綜合得分模型[23]，根據(jù)得分的高低對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序。

1.4.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定 本研究采用主成分分析法確定指標(biāo)權(quán)重。主成分分析得到各項(xiàng)指標(biāo)的公因子方差，方差的大小表示該項(xiàng)指標(biāo)對(duì)總體變異貢獻(xiàn)的多少，由此可以得出各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重[24]。

1.4.5 灰色關(guān)聯(lián)度分析 采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化后的數(shù)據(jù)，構(gòu)造參考向量0={01,02,…,0j}。參評(píng)樣本與參考向量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)根據(jù)下式計(jì)算[17]：

記Δ為所有差值絕對(duì)值的均值，即

當(dāng)Δmax＞3Δ時(shí)，；

根據(jù)用主成分分析法得到的指標(biāo)權(quán)重w以及由公式（4）得到的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象的加權(quán)關(guān)聯(lián)度：，通過(guò)加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小對(duì)參評(píng)樣本進(jìn)行優(yōu)劣排序。

1.5 品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE綜合效益評(píng)價(jià)

1.5.1 指標(biāo)權(quán)重的確定 本研究采用變異系數(shù)法對(duì)品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE賦權(quán)。變異系數(shù)是衡量數(shù)據(jù)離散程度的統(tǒng)計(jì)量，變異系數(shù)越大，表明指標(biāo)越難實(shí)現(xiàn)，該指標(biāo)應(yīng)當(dāng)被賦予較大的權(quán)重；反之則應(yīng)被賦予較小的權(quán)重[6]。變異系數(shù)法在確定指標(biāo)權(quán)重時(shí)的

公式為：

CV=σ/x（6）

式中：W為指標(biāo)的權(quán)重，CV為指標(biāo)的變異系數(shù)，σ為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，x為指標(biāo)的平均值。

1.5.2 綜合效益評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建 本研究采用TOPSIS法（逼近理想解排序法）對(duì)各處理下溫室番茄的品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。TOPSIS法是有限方案多目標(biāo)決策分析時(shí)常用的一種距離綜合評(píng)價(jià)法[26]，其基本原理是：基于歸一化后的決策矩陣，找出有限方案中的正理想解Y和負(fù)理想解，以評(píng)價(jià)對(duì)象靠近正理想解的距離D和遠(yuǎn)離負(fù)理想解的距離D確定評(píng)價(jià)對(duì)象距正理想解的相對(duì)貼近度C，以C的大小作為評(píng)價(jià)優(yōu)劣的依據(jù)[6]。

針對(duì)本研究，將８?jìng)€(gè)灌水處理和3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建初始決策矩陣X=(x)8×3。由于本研究中的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)均為高優(yōu)指標(biāo)，根據(jù)下式得到標(biāo)準(zhǔn)化后的加權(quán)決策矩陣Y=(y)8×3：

通過(guò)公式（8）、（9）確定正、負(fù)理想解：

根據(jù)公式（10）、（11）、（12）分別計(jì)算各處理到正、負(fù)理想解的距離DD以及相對(duì)貼近度C：

C值越大，表明品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE的綜合效益越好，根據(jù)C的大小，按照綜合效益對(duì)各灌水處理進(jìn)行優(yōu)劣排序。

1.6 采用SPSS 22.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析（Duncan法），SigmaPlot 12.5作圖。

2 結(jié)果

2.1 溝灌方式和灌水量對(duì)番茄品質(zhì)的影響

由表2可以看出，溝灌方式和灌水量對(duì)番茄的單果重、果形指數(shù)和橫徑變異系數(shù)的影響均達(dá)到了極顯著水平。相同溝灌方式下，隨著灌水量的增加，單果重和果形指數(shù)增大，而果實(shí)的橫徑變異系數(shù)則減小，說(shuō)明減少灌水量會(huì)使番茄果實(shí)的外觀品質(zhì)降低；同一灌水量下，AFI的番茄單果重和果形指數(shù)明顯高于CFI。對(duì)于番茄的口感和營(yíng)養(yǎng)保健品質(zhì)，溝灌方式對(duì)可溶性固形物和番茄紅素的影響分別達(dá)到了顯著和極顯著水平，而對(duì)果實(shí)含水量、糖酸比和Vc含量影響不顯著；灌水量對(duì)番茄果實(shí)含水量、可溶性固形物和番茄紅素含量具有極顯著影響，對(duì)糖酸比和Vc含量具有顯著影響；溝灌方式和灌水量的交互作用對(duì)番茄的可溶性固形物、Vc和番茄紅素含量的影響均達(dá)到了極顯著水平。CFI和AFI下，隨灌水量的增加，果實(shí)含水量顯著增加，灌水量最大時(shí)果實(shí)含水量分別達(dá)到最大值95.26%和95.85%；CFI下可溶性固形物隨灌水量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，在0.8E灌水量下可溶性固形物含量最大（5.30%），而在AFI下可溶性固形物含量隨灌水量的增加而降低，0.6E灌水量下含量最大（5.37%）；相同灌水量下，AFI相較于CFI能夠提高糖酸比（0.6E灌水量下除外）；對(duì)于Vc、番茄紅素兩個(gè)反映番茄營(yíng)養(yǎng)、保健價(jià)值的指標(biāo)，CFI下Vc含量隨灌水量的增加先增大后減小，在1.0E灌水量下Vc含量最高為14.29 mg·100g-1，AFI下Vc含量總體呈降低趨勢(shì)，當(dāng)灌水量為0.6E時(shí)含量最大為15.95 mg·100g-1；番茄紅素含量在CFI、AFI下均隨灌水量增加先增大后減小，CFI下灌水量為1.0E時(shí)番茄紅素含量最大（68.77 μg·g-1），AFI下灌水量為0.8E時(shí)含量最大（78.77 μg·g-1），且同一灌水量下，AFI下果實(shí)的番茄紅素含量顯著高于CFI。

2.2 番茄品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 番茄品質(zhì)指標(biāo)的同趨化、標(biāo)準(zhǔn)化 僅從分析溝灌方式和灌水量對(duì)番茄各品質(zhì)指標(biāo)的影響并不能綜合評(píng)判各處理下番茄品質(zhì)的優(yōu)劣。為得出品質(zhì)最優(yōu)的灌水處理，采用主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。初始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化合并進(jìn)行，單果重、果形指數(shù)[27]、可溶性固形物、糖酸比、Vc、番茄紅素為高優(yōu)指標(biāo)，橫徑變異系數(shù)和果實(shí)含水量[28]為低優(yōu)指標(biāo)，根據(jù)公式（3）、（4）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化后的結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 溝灌方式與灌水量對(duì)番茄品質(zhì)的影響

TDVC表示橫徑變異系數(shù)；同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著；*表示在差異顯著（＜0.05）；**表示差異極顯著（＜0.01）；ns表示不顯著

TDVC means transverse diameter variation coefficient; different lowercase letters in the same column data indicate significant difference at 0.05 level; * means significant difference (＜0.05); ** means much significant difference (＜0.01); ns means not significant difference

表3 參評(píng)品質(zhì)指標(biāo)同趨化、標(biāo)準(zhǔn)化值

X1—X8分別表示單果重、果形指數(shù)、橫徑變異系數(shù)、含水量、可溶性固形物、糖酸比、Vc、番茄紅素。下同

X1-X8 mean single fruit weight, fruit shape index, TDVC, water content, soluble solid, sugar- acid ratio, Vc, lycopene respectively. The same as below

2.2.2 主成分分析法對(duì)番茄品質(zhì)綜合評(píng)價(jià) 利用SPSS 22.0對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。依據(jù)特征值大于1的原則，提取用來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)處理的主成分，得到評(píng)價(jià)體系的總方差解釋表（表4）。結(jié)果表明，前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率已達(dá)91.560%，能夠充分保留原始數(shù)據(jù)大部分變異信息，即所提取的3個(gè)主成分具有較好的代表性，因此用這3個(gè)主成分代替原來(lái)的8個(gè)指標(biāo)變量來(lái)對(duì)各處理的番茄品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

主成分載荷矩陣（表5）能夠反映各主成分中不同指標(biāo)的負(fù)載信息。由表4和表5可知，第1主成分方差貢獻(xiàn)率達(dá)到50.154%，主要反映了單果重（X1）、果形指數(shù)（X2）、橫徑變異系數(shù)（X3）3個(gè)表示番茄外觀的指標(biāo)和果實(shí)含水量（X4）、可溶性固形物（X5）、糖酸比（X6）3個(gè)表示番茄口感的指標(biāo)，而這些指標(biāo)都直接關(guān)系番茄的商品價(jià)值，因此第1主成分可稱為商品因子；第2主成分方差貢獻(xiàn)率為26.363％，主要以番茄紅素（X8）的影響為主，番茄紅素具有抗衰老、提高免疫力的保健功效，因此第２主成分可稱為保健因子；第3主成分方差貢獻(xiàn)率為15.044％，主要以Vc（X7）的影響為主，Vc是番茄果實(shí)中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此第3主成分可稱為營(yíng)養(yǎng)因子。

表4 主成分分析總方差解釋

表5 主成分載荷矩陣

用各主成分載荷向量除以各自主成分特征值的算術(shù)平方根，即得到3個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)，再以提取的各主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取的3個(gè)主成分特征值之和的比例作為各主成分的權(quán)重得到各處理主成分綜合得分模型：

F=-0.142ZX1-0.213ZX2-0.121ZX3+0.288ZX4+0.321ZX5+0.181ZX6+0.249ZX7+0.221ZX8

其中，F表示第處理的主成分綜合得分，ZX1、ZX2…ZX8表示第處理的8項(xiàng)番茄品質(zhì)指標(biāo)初始數(shù)據(jù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化處理后的數(shù)值。由此計(jì)算各處理的綜合主成分得分見(jiàn)表6，綜合得分越高，表示該處理下番茄品質(zhì)越好。主成分分析結(jié)果表明，AFI-0.6E、AFI-0.8E處理為綜合品質(zhì)最優(yōu)的兩個(gè)處理，AFI-1.2E、CFI-1.2E兩個(gè)處理的品質(zhì)最差。

根據(jù)主成分分析得到的各評(píng)價(jià)指標(biāo)的公因子方差可以得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（表7）。其中，番茄紅素（X8）的權(quán)重最大，為0.1315；可溶性固形物（X5）權(quán)重最小，為0.1079，各指標(biāo)的權(quán)重分布均衡，沒(méi)有出現(xiàn)個(gè)別指標(biāo)權(quán)重極大或極小的情況。

表6 各灌水處理的主成分綜合得分及排序結(jié)果

表7 評(píng)價(jià)指標(biāo)公因子方差及權(quán)重

2.2.3 灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)番茄品質(zhì)綜合評(píng)價(jià) 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化后的數(shù)據(jù)（表3），可構(gòu)造參考向量0={100,100,…,100}，此即為理想處理。參評(píng)處理與理想處理差值絕對(duì)值的均值Δ為7.75，差值絕對(duì)值的最大值Δmax為31.91，Δmax＞3Δ，根據(jù)前面介紹的分辨系數(shù)的選取原則，取1.5，因此，為0.3641。

根據(jù)公式（5）計(jì)算各參評(píng)處理與理想處理在各指標(biāo)處的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)γ（表8），再依據(jù)主成分分析得到的各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算參評(píng)處理與理想處理的加權(quán)關(guān)聯(lián)度（表8），依據(jù)加權(quán)關(guān)聯(lián)度的大小表示參評(píng)處理與理想處理的接近程度，從而對(duì)各參評(píng)處理進(jìn)行品質(zhì)優(yōu)劣排序（表8）?；疑P(guān)聯(lián)度分析的結(jié)果顯示AFI-0.8E、AFI-0.6E為品質(zhì)最優(yōu)的兩個(gè)處理，CFI-0.8E、CFI-0.6E為品質(zhì)最差的兩個(gè)處理。

2.3 溝灌方式和灌水量對(duì)番茄產(chǎn)量和IWUE的影響

不同溝灌方式和灌水量對(duì)番茄產(chǎn)量影響的分析結(jié)果表明（圖1），AFI具有明顯的增產(chǎn)效應(yīng)。在相同灌水量下，AFI相較于CFI產(chǎn)量均顯著增加；CFI下當(dāng)灌水量由0.6E增加到1.0E時(shí)，產(chǎn)量一直呈顯著遞增的趨勢(shì)，但當(dāng)灌水量由1.0E增加到1.2E時(shí)，產(chǎn)量增加不顯著；AFI下灌水量由0.6E增加到1.2E的過(guò)程中，產(chǎn)量一直呈顯著增加趨勢(shì)，且灌水量由0.8E增加到1.2E過(guò)程中，增產(chǎn)的梯度較小，產(chǎn)量最高的AFI-1.2E處理相較于AFI-1.0E和AFI-0.8E處理分別增產(chǎn)5.15%和10.40%，但相較于AFI-0.6E處理產(chǎn)量增加較大，增幅達(dá)29.14%。

表8 參評(píng)處理與理想處理的關(guān)聯(lián)系數(shù)及加權(quán)關(guān)聯(lián)度

對(duì)IWUE的影響分析結(jié)果表明（圖1），相同灌水量下，AFI處理的IWUE顯著高于CFI處理（0.8E灌水量下差異不顯著），CFI、AFI處理的IWUE均隨灌水量的減少而顯著增加。AFI-0.6E處理的IWUE在所有處理中最大，其次為AFI-0.8E處理，且兩者差異不顯著，灌水量最大的兩個(gè)處理CFI-1.2E、AFI-1.2E的IWUE較小。

2.4 品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE綜合效益評(píng)價(jià)

以品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)得到的主成分綜合得分和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度分別作為量化的品質(zhì)指標(biāo)，結(jié)合產(chǎn)量與IWUE，對(duì)8個(gè)灌水處理進(jìn)行綜合效益評(píng)價(jià)，從而選出溫室番茄優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的溝灌方式和灌水量的組合。采用變異系數(shù)法根據(jù)公式（5）、（6）得到品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE的權(quán)重見(jiàn)表9，可以看出，以主成分綜合得分作為量化的品質(zhì)指標(biāo)得到的權(quán)重順序?yàn)楫a(chǎn)量＞IWUE＞品質(zhì)；而以灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度作為量化的品質(zhì)指標(biāo)得到的權(quán)重順序?yàn)槠焚|(zhì)＞產(chǎn)量＞IWUE。

利用公式（7）得到標(biāo)準(zhǔn)化后的加權(quán)決策矩陣，由公式（8）、（9）確定正、負(fù)理想解（表10），根據(jù)公式（10）、（11）、（12）得到各處理距正、負(fù)理想解的距離D、D以及距正理想解的相對(duì)貼近度C，根據(jù)C值的大小對(duì)8個(gè)處理的綜合效益進(jìn)行排序（表11）。從排序結(jié)果可以看出，以主成分綜合得分作為品質(zhì)指標(biāo)和以灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度作為品質(zhì)指標(biāo)，各灌水處理的綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果相近，排序的波動(dòng)幅度均未超過(guò)1，兩者均表明溫室番茄在AFI灌水方式下的綜合效益要優(yōu)于CFI下的綜合效益，CFI下溫室番茄在灌水量為1.0E時(shí)綜合效益最大，而AFI下在灌水量為0.8E時(shí)綜合效益即可達(dá)到最大，8個(gè)試驗(yàn)處理中綜合效益最大和最小的處理分別為AFI-0.8E和CFI-0.8E處理。

表9 品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE指標(biāo)權(quán)重

Ⅰ表示以主成分綜合得分作為品質(zhì)指標(biāo)，Ⅱ表示以灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度作為品質(zhì)指標(biāo)，下同

Ⅰmeans principal components scores were used as quality index; Ⅱ means grey weighted correlation degrees were used as quality index. The same as below

表10 各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的加權(quán)矩陣

表11 各處理的排序指標(biāo)值

3 討論

AFI是控制性分根區(qū)交替灌溉技術(shù)的一種田間實(shí)現(xiàn)形式[29]。前人在研究分根區(qū)交替灌溉對(duì)果蔬品質(zhì)的影響時(shí)表明，交替灌溉可明顯改善蘋果、葡萄、番茄等果蔬的品質(zhì)，提高果實(shí)的單果重、果形指數(shù)[30]、糖酸比、可溶性固形物、Vc[31-33]以及番茄中的番茄紅素的含量[34]。本研究將AFI應(yīng)用于溫室番茄上得到了相似的結(jié)果，與CFI相比，AFI下溫室番茄的單果重、果形指數(shù)、可溶性固形物、番茄紅素含量均有所提高，溝灌方式對(duì)這些指標(biāo)有顯著影響，但在本研究中Vc含量受溝灌方式影響不顯著，這與前人的研究結(jié)果不太一致，可能是供試作物和灌水量的確定方法不同所造成。本研究還表明，灌水量的減少會(huì)降低番茄的外觀品質(zhì)（單果重、果形指數(shù)、橫徑變異系數(shù)），但會(huì)增加番茄的口感品質(zhì)（果實(shí)含水量、可溶性固形物、糖酸比），Vc、番茄紅素的含量則在兩種溝灌方式下隨灌水量表現(xiàn)出不同的增減規(guī)律，這與前人的研究結(jié)果[28, 35]基本一致。

主成分分析法是一種將高維數(shù)據(jù)降維的分析方法，通過(guò)剔除不重要的部分，保留重要信息，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用少量綜合指標(biāo)代替原始高維數(shù)據(jù)的大部分信息[36]。本研究對(duì)8個(gè)灌水處理下番茄果實(shí)的8項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取了3個(gè)主成分，反映了原變量91.560%的變異信息，提取的3個(gè)主成分代表性較好，可以用其代替原來(lái)的8個(gè)品質(zhì)指標(biāo)對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)?；疑P(guān)聯(lián)度分析的原理是構(gòu)建一個(gè)理想的參考對(duì)象，通過(guò)對(duì)參試對(duì)象與理想對(duì)象的關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行排序，關(guān)聯(lián)度越大的對(duì)象越接近于理想對(duì)象，表現(xiàn)越好[37]。本研究根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將番茄品質(zhì)視為一個(gè)灰色系統(tǒng)，在對(duì)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、同趨化后構(gòu)建參考向量，對(duì)各處理下番茄品質(zhì)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。在使用灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度對(duì)番茄品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)，權(quán)重的確定是非常重要的環(huán)節(jié)，本研究采用主成分分析法確定各品質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重，得到的權(quán)重較為客觀，可以避免主觀賦權(quán)法人為因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的影響。各灌水處理下番茄品質(zhì)綜合主成分得分排序和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果表明，大部分處理的兩者品質(zhì)優(yōu)劣排序結(jié)果波動(dòng)不大，兩種綜合評(píng)價(jià)方法都表明AFI-0.6E、AFI-0.8E為品質(zhì)最優(yōu)的處理，但個(gè)別處理（CFI-0.6E、AFI-1.0E）兩者評(píng)價(jià)的結(jié)果差異較大，可能是由于本研究中的8個(gè)品質(zhì)指標(biāo)存在信息重疊的情況，主成分分析法能夠?qū)⑦x取的評(píng)價(jià)指標(biāo)歸結(jié)為幾個(gè)相互獨(dú)立的主成分，很好的解決信息重疊的問(wèn)題，但是為了達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)降維的目的只選取了特征值大于1的前三個(gè)主成分用來(lái)對(duì)番茄品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，不可避免的又帶來(lái)了信息丟失的問(wèn)題；灰色關(guān)聯(lián)度法忽略了評(píng)價(jià)指標(biāo)信息重疊的問(wèn)題，直接從評(píng)價(jià)對(duì)象與構(gòu)造的理想對(duì)象幾何相似程度來(lái)計(jì)算關(guān)聯(lián)度，加大了評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性的誤差。這些評(píng)價(jià)方法本身的不足可能是造成兩種評(píng)價(jià)方法結(jié)果存在差異的主要原因，說(shuō)明每種綜合評(píng)價(jià)方法都有自身的局限性，僅用一種綜合評(píng)價(jià)方法得到的結(jié)果可靠性不強(qiáng)。

對(duì)產(chǎn)量、IWUE分析表明，AFI相較于CFI可顯著增加番茄產(chǎn)量，提高IWUE；AFI、CFI下番茄產(chǎn)量均隨灌水量的減少而降低，IWUE隨灌水量的減少而增加；AFI下當(dāng)灌水量由1.2E減小到0.8E過(guò)程中，番茄減產(chǎn)的幅度較小，而灌水量減小到0.6E時(shí)減產(chǎn)幅度較大，AFI-0.8E處理僅比AFI-1.2E處理減產(chǎn)9.42%，而AFI-0.6E處理相對(duì)于AFI-1.2E處理減產(chǎn)達(dá)到了22.56%，但AFI-0.8E與AFI-0.6E處理的IWUE差異不顯著。王振昌等[9]在研究隔溝交替灌溉對(duì)棉花耗水、產(chǎn)量的影響時(shí)指出，AFI灌水方式下作物根系兩側(cè)交替供水，從而產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，增強(qiáng)根系的吸水能力，從而提高棉花的產(chǎn)量。孫景生等[38]也指出，對(duì)作物根系不同區(qū)域進(jìn)行干濕交替鍛煉，在促進(jìn)根系均勻生長(zhǎng)發(fā)育、增大根-土接觸面積的同時(shí)，也改善了土壤通透性，提高了根系的吸收活力。本研究中，AFI處理下番茄產(chǎn)量的增加是否也是由于根系的生長(zhǎng)發(fā)育得到促進(jìn)而引起的需要進(jìn)一步研究。

將番茄品質(zhì)用品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)時(shí)得到的主成分綜合得分和灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度進(jìn)行量化，通過(guò)TOPSIS法對(duì)各處理番茄的品質(zhì)、產(chǎn)量、IWUE進(jìn)行綜合效益評(píng)價(jià)，結(jié)果表明CFI、AFI下過(guò)高和過(guò)低的灌水量均不利于綜合效益的提高，AFI下的綜合效益比CFI下高，且AFI相較于CFI在獲得最大綜合效益時(shí)需要的灌水量更少。

4 結(jié)論

交替隔溝灌溉相較于常規(guī)溝灌能夠提高番茄的單果重、果形指數(shù)、可溶性固形物以及番茄紅素含量，灌水量的減少會(huì)降低番茄的外觀品質(zhì)，但增加番茄的口感品質(zhì)；主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析都表明AFI-0.6E、AFI-0.8E為綜合品質(zhì)最好的兩個(gè)處理，但兩種方法對(duì)綜合品質(zhì)最差的處理的判斷差異較大；交替隔溝灌溉處理的產(chǎn)量整體比常規(guī)溝灌處理高，兩種溝灌方式下產(chǎn)量均隨灌水量的增加而提高，但是灌溉水利用效率受溝灌方式與灌水量影響所表現(xiàn)出的規(guī)律與產(chǎn)量相反；TOPSIS法對(duì)品質(zhì)、產(chǎn)量、灌溉水利用效率綜合效益的分析表明，AFI-0.8E處理為綜合效益最高的處理，即采用交替隔溝灌溉，灌水量設(shè)為0.8E，在提高番茄的綜合品質(zhì)的同時(shí)又可以使產(chǎn)量和灌溉水利用效率處于較高水平，為西北地區(qū)溫室番茄優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的溝灌方式和灌水量的組合。

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（責(zé)任編輯 趙伶俐）

Effect of Furrow Irrigation Pattern and Irrigation Amount on Comprehensive Quality and Yield of Greenhouse Tomato

LI Hong-zheng, CAO Hong-xia, GUO Li-jie, WU Xuan-yi

(Key Laboratory of Agricultural Soil and Water Engineering in Arid and Semiarid Area of Ministry of Education, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【Objective】This study aims at exploring the effects of different furrow irrigation patterns and irrigation amounts on the comprehensive quality, yield, irrigation water use efficiency (IWUE) and comprehensive benefit of greenhouse tomato, optimizing the furrow irrigation pattern and irrigation amount of greenhouse tomato in northwest China, so as to provide a scientific basis for sustainable development of greenhouse tomato in the region. 【Method】Common furrow irrigation (CFI) and alternative furrow irrigation (AFI) were set as two furrow irrigation patterns. Based on the cumulative evaporation from a 20 cm diameter pan between two irrigations (E), 0.6E, 0.8E, 1.0E, 1.2E were set as four different levels of irrigation amount. The quality of tomato was evaluated comprehensively by principal component analysis (PCA) and grey correlation analysis (GCA). Principal components scores and grey weighted correlation degrees were regarded as the comprehensive quality of tomato. Weight values of comprehensive quality, yield and IWUE were calculated by the coefficient of variation method. Then, TOPSIS method was used to evaluate the comprehensive benefits of all irrigation treatments. 【Result】Tomato quality was affected by both furrow irrigation pattern and irrigation amount. The evaluation results of PCA and GCA were not completely consistent. However, both PCA and GCA acquired that tomato quality under AFI-0.6E and AFI-0.8E treatments were the best. Yield of AFI-0.6E treatment decreased by 22.56% while it just decreased by 9.42% under AFI-0.8E treatment compared to AFI-1.2E treatment which acquired the most yield. While, the IWUE of AFI-0.6E and AFI-0.8E had no significant difference. The result of TOPSIS showed that AFI-0.8E treatment had the largest comprehensive benefit. 【Conclusion】 AFI coupling with the irrigation amount of 0.8E could improve the quality of tomato and guarantee the yield and IWUE, consequently generate the largest comprehensive benefit. It was the optimal combination of furrow irrigation pattern and irrigation amount.

greenhouse tomato; furrow irrigation pattern; irrigation amount; comprehensive quality evaluation; yield; IWUE

2016-04-19；接受日期：2016-08-31

國(guó)家“863”計(jì)劃（2013AA103004）、陜西省水利科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014slkj-17）

聯(lián)系方式：李紅崢，Tel：17802900360；E-mail：leehongzheng@163.com。通信作者曹紅霞，Tel：18192901021；E-mail：chx662002@163.com