朱 敏，李 彬

(1. 內蒙古機電職業(yè)技術學院，呼和浩特 010070；2. 內蒙古農牧業(yè)科學院，呼和浩特 010070)

中國淡水資源較為缺乏，其中，農業(yè)淡水用量占到總用量的70%以上[1]。近年來，隨著全球氣候變暖和設施農業(yè)面積的逐年增大，淡水資源愈發(fā)緊張，已成為制約農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素之一[2,3]。因此，在有限的灌溉水條件下，采用節(jié)水灌溉技術提高作物水資源利用效率、發(fā)展高效節(jié)水農業(yè)對未來農業(yè)發(fā)展具有重要意義。

番茄(Solanum lycopersicum)是全球的主要蔬菜作物之一，營養(yǎng)價值豐富，廣受人們歡迎，其設施栽培面積位居世界之首[4]。目前，關于設施番茄節(jié)水灌溉技術前人進行了大量的研究，如：膜下滴灌[5]、虧缺灌溉[6]、增氧滴灌[7]、水肥耦合[8]及再生水灌溉[9]等，但實際生產中仍存在水資源浪費、產量低、品質欠佳的現(xiàn)象，開展簡便高效的節(jié)水灌溉技術集成勢在必行。灌溉水活化水技術是一種新興的農業(yè)節(jié)水技術，通過磁化或去電子手段使普通灌溉水的理化性狀(如表面張力、pH、黏滯力、滲透性等)發(fā)生變化，提高水分子活性，有助于礦物質溶解和植物根系吸收，從而提高作物水肥利用率和改善土壤生態(tài)環(huán)境[10,11]。灌溉水活化技術具有效率高、成本低、無污染及操作簡便等優(yōu)勢，近年來愈發(fā)受到科研工作者的關注。賈昊等研究表明，磁化水灌溉可明顯促進靈武長棗生長、提高單株產量、改善果實品質[12]；王艷會等研究表明，去電子水灌溉對冬小麥產量及水分利用效率具有明顯的提升作用[13]；韋開等研究表明，去電子水灌溉不僅有助于促進棉花生長和提高水分利用率，而且對緩解土壤鹽分脅迫具有一定的改善作用[14]。然而，目前關于活化水在設施番茄栽培中的研究尚未見相關報道。

因此，本研究以‘毛粉802’番茄品種為試驗材料，研究去電子水灌溉對設施番茄產量、品質及水分利用率的影響，以期為去電子水應用于設施番茄栽培提供一定的科學依據，為設施番茄節(jié)水灌溉提供一定的技術借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年8月在內蒙古農牧科學院試驗基地日光溫室內開始設施。試驗用番茄品種為‘毛粉802’，購自西安世佳種業(yè)有限公司。8月16日，選取大小一致、籽粒飽滿種子用10%次氯酸鈉溶液浸泡殺菌。采用72穴穴盤進行育苗，基質按V椰糠∶V草炭∶V蛭石∶V珍珠巖=2∶1∶1∶1比例配制。9月15日進行定植，溫室土壤容重、有機質、全氮、全磷及全鉀含量分別為1.41 g/cm3、6.52 g/kg、0.77 g/kg、0.41 g/kg和10.85 g/kg。去電子水由去電子處理器(型號：W600DELF)制成，購自韓國亞美華(北京)環(huán)境科技發(fā)展有限公司。當水流經過去電子處理器時，接地電極通過導線將水中負電荷和電子導入地下，從而制成去電子水。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

試驗共設置灌溉水類型和灌溉量2個因素。灌溉水類型包括普通水和去電子水，采用膜下滴灌方式進行灌溉；普通水灌溉量按當?shù)毓喔人皆O定為4 170(CK)m3/hm2，去電子水灌溉量設定4個水平，分別為 4 620(T1)、 4 170(T2)、 3 120(T3)和 2 535(T4)m3/hm2，共5個處理，具體灌水時期和灌水量參見表1。灌溉水系統(tǒng)包括去電子處理系統(tǒng)、塑料水桶(1 000 L)、自吸噴射泵、滴灌系統(tǒng)及水表組成，由自吸噴射泵負責將水桶中的水導入滴灌系統(tǒng)，水表負責控制灌水量。每處理小區(qū)面積為6.25 m×1.5 m=9.375 m2，株、行距分別為30和50 cm，3次重復、隨機區(qū)組，各小區(qū)間由苯板嚴格隔離，其余田間管理措施保持一致。

表1 各處理灌溉量Tab.1 Irrigation volume of each treatment

1.2.2 測定指標及方法

定植后60 d，從每個處理中選取10株測定生長指標。株高、莖粗分別采用直尺和數(shù)顯游標卡尺測定，葉片數(shù)采用計數(shù)法測定；定植后70 d(晴天)，選擇各處理相同部位的3個葉片，于9∶30-11∶30采用Li-6400XT型便攜式光合作用儀(美國LI-COR公司)測定凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)及蒸騰速率(Tr)，每個處理測定3株；分別于定植后95、115、135和155 d采收各小區(qū)番茄并測定產量，計算單果重和單株產量，并按公式(1)計算水分利用率；選取各處理第2穗成熟果實(定植后115 d)進行番茄營養(yǎng)品質測定。維生素C(Vc)、可滴定酸、可溶性糖、可溶性固形物、番茄紅素含量分別采用鉬藍比色法、酸堿滴定法、蒽酮比色法、便攜式數(shù)顯糖度計和高效液相色譜法(HPLC)并按公式(2)計算糖酸比：

水分利用率(kg/m3)=產量(kg/hm2)/灌水量(m3/hm2)

(1)

糖酸比=可溶性糖含量(%)/可滴定酸含量(%)

(2)

1.3 數(shù)據處理及分析方法

采用Microsoft Excel 2013軟件進行數(shù)據處理和作圖，采用SPSS 18.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 去電子水灌溉對番茄植株生長的影響

由表2可知，去電子水灌溉可顯著促進番茄植株生長(P<0.05)。與4 170 m3/hm2普通水灌溉(CK)相比，4 170 m3/hm2去電子水灌溉(T2)的番茄株高、莖粗及葉片數(shù)分別提升5.25%、3.77%和13.46%，均達到顯著差異水平(P<0.05)；去電子水灌溉量為3 120 m3/hm2(T3)時，番茄株高、莖粗及葉片數(shù)分別較CK降低2.10%、1.41%和0.70%，但差異均未達到顯著水平(P>0.05)；而去電子水灌溉量為4 620 m3/hm2(T1)時，番茄株高、莖粗及葉片數(shù)分別較CK顯著提升10.11%、7.70%和24.70%(P<0.05)。這說明，去電子水灌溉對番茄植株生長具有明顯的促進效果，以T1處理促進效果最佳，其次為T2和T3。

表2 去電子水灌溉對設施番茄植株生長的影響Tab.2 Effects of de-electronic water irrigation on the growth of tomato in facility

2.2 去電子水灌溉對番茄光合參數(shù)的影響

由圖1可知，去電子水灌溉可顯著提升番茄葉片的光合作用能力(P<0.05)。與4 170 m3/hm2普通水灌溉(CK)相比，4 170 m3/hm2去電子水灌溉(T2)的番茄Pn、Gs、Ci及Tr分別顯著提升9.56%、14.29%、4.75%和7.52%(P<0.05)；去電子水灌溉量為3 120 m3/hm2(T3)時，番茄Pn、Gs、Ci及Tr則分別較CK降低1.17%、3.57%、0.91%和1.78%，均未達到顯著水平(P>0.05)；去電子水灌溉為4 620 m3/hm2(T1)的番茄Pn、Gs、Ci及Tr分別較CK顯著提升18.51%、25.00%、9.37%和13.86%(P<0.05)。這說明，去電子水灌溉對番茄葉片光合能力具有明顯的提升作用，以T1處理提升幅度最大，其次為T2和T3。

注：圖中不同字母表示差異達到顯著差異水平(P<0.05)，下同。圖1 去電子水灌溉對設施番茄光合參數(shù)的影響Fig.1 Effects of de-electronic water irrigation on the photosynthetic parameters of tomato in facility

2.3 去電子水灌溉對番茄產量的影響

由圖2可知，去電子水灌溉可顯著提升番茄單果重和單株產量(P<0.05)。與CK相比，T2處理的番茄平均單果重和單株產量分別顯著提升7.58%和11.99%(P<0.05)；T3處理的番茄平均單果重和單株產量則分別較CK降低2.88%和3.15%，均未達到顯著水平(P>0.05)；與CK相比，T1處理的番茄平均單果重和單株產量分別顯著提升10.97%和19.87%(P<0.05)。這說明，去電子水灌溉對番茄單果重和產量具有明顯的提升作用，以T1處理單果重和產量最大，其次為T2和T3。

圖2 去電子水灌溉對設施番茄產量的影響Fig.2 Effects of de-electronic water irrigation on the field of tomato in facility

2.4 去電子水灌溉對番茄品質的影響

由圖3可知，去電子水灌溉可明顯提升番茄品質(P<0.05)。與CK相比，T2處理的番茄Vc含量、糖酸比及番茄紅素含量分別顯著提升13.28%、7.80%和6.76%(P<0.05)，可滴定酸含量顯著降低5.88%(P<0.05)，可溶性糖及可溶性固形物含量則無顯著變化(P>0.05)；T3處理的番茄Vc、可溶性糖、可溶性固形物、番茄紅素含量及糖酸比分別較CK顯著提升28.88%、9.71%、9.27%、21.35%和5.56%(P<0.05)，而可滴定酸含量則無顯著變化(P>0.05)；與CK相比，T1處理的番茄Vc、可滴定酸、可溶性糖、可溶性固形物含量及糖酸比分別顯著降低22.52%、11.76%、18.75%、10.70%和7.93%(P<0.05)，而番茄紅素含量差異則未達到顯著水平(P>0.05)。這說明，去電子水灌溉對番茄品質具有明顯的提升作用，以T3處理品質最佳，其次為T2和T1。

圖3 去電子水灌溉對設施番茄果實品質的影響Fig.3 Effects of de-electronic water irrigation on the quality of tomato in facility

2.5 去電子水灌溉對番茄水分利用率的影響

由圖4可知，去電子水可顯著提升番茄灌溉水利用率(P<0.05)。普通水灌溉量為4 170 kg/hm2時，番茄灌溉水利用率達到33.78 kg/m3。與CK相比，T1、T2、T3和T4處理的番茄灌溉水利用率分別提升8.14%、7.96%、29.37%和37.69%，均達到顯著差異水平(P<0.05)。這說明，去電子水對番茄灌溉水利用率具有明顯提升作用，以T4處理提升幅度最大，其次為T3和T1。

圖4 去電子水對設施番茄灌溉水利用率的影響Fig.4 Effects of de-electronic water irrigation on the irrigation water efficiency of tomato in facility

3 討論與結論

水分是植物生長發(fā)育的必須物質，不僅是植物吸收和運輸養(yǎng)分物質的載體，而且是光合作用、呼吸作用及有機質合成與分解等代謝活動的重要參與物質[15]。活化水通過磁化或去電子等手段使普通水理化性狀發(fā)生改變，從而對植物生長發(fā)育產生一定影響。賈昊等研究表明，采用ADS-1800磁強磁化水灌溉可明顯促進設施長棗生長發(fā)育、提高單株產量[12]；王艷會等研究表明，與普通水灌溉相比，等量去電子水灌溉可明顯加速冬小麥生長，產量顯著提升22.20%[13]；王洪波等研究表明，磁化水灌溉可加速土壤鹽分淋洗，玉米產量增加16.2%[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，去電子水灌溉可明顯促進設施番茄植株生長，顯著提升設施番茄光合效率和產量；與普通灌溉水相比，等量去電子水灌溉的番茄株高、莖粗、葉片數(shù)、單果重和單株產量分別顯著提升5.25%、3.77%、13.46%、7.58%和11.99%(P<0.05)。本結果與賈昊等[12]、王艷會等[13]及王洪波等[16]研究結果一致，其原因包括：一方面，去電子水黏滯力和表面張力降低，滲透性及擴散性能提升，從而提升土壤持水能力，促進土壤中礦質元素的溶解和運輸，提高植株生物量和作物產量[17]；另一方面，去電子水灌溉對番茄光合效率提升具有明顯的促進作用，Pn、Gs、Ci和Tr分別顯著提升9.56%、14.29%、4.75%、7.52%(P<0.05)，從而增加光合產物積累量，促進生長發(fā)育、提高產量。此外，土壤鹽漬化是設施栽培面臨的常見問題之一，而去電子水灌溉可以改善土壤水鹽運移、加速鹽分淋洗，降低耕作層鹽分含量，從而有助于緩解鹽脅迫對植物生長的抑制[16,18]，這可能也是去電子水灌溉促進設施番茄生長的重要原因之一，尚待進一步研究證實。

果蔬品質形成不僅由品種遺傳特性決定，而且與植株生長環(huán)境和人為調控密切相關。賈昊等研究表明，采用ADS-1800磁強磁化水灌溉可顯著提升設施長棗品質，可溶性固形物及可溶性糖含量，較CK分別增加了5.5%和4.38%[12]；王洪波等研究表明，磁化水灌溉明顯提升玉米品質，可溶性糖、蛋白質及淀粉含量分別較 CK 提升38.2%、39.6%和12.8%[16]。王淥等研究表明，磁化水灌溉能顯著提高冬棗果實品質，維生素C、花青素及還原糖含量均明顯提升[20]；本研究發(fā)現(xiàn)，去電子水灌溉可顯著提升設施番茄品質。與普通灌溉水相比，T3處理的番茄Vc、可溶性糖、可溶性固形物、番茄紅素含量及糖酸比分別顯著提升28.88%、9.71%、9.27%、21.35%和5.56%(P<0.05)，而可滴定酸含量則無顯著變化(P>0.05)。本結果與賈昊等[12]、王洪波等[16]及王淥等[20]研究結果一致，其原因包括：一方面，去電子水有助于植株對營養(yǎng)元素吸收，促進果實營養(yǎng)物質合成[17]；另一方面，去電子水灌溉對可提高植株光合效率，光合產物增多，也是提高品質的重要原因之一。

本研究中，去電子水灌溉顯著提升番茄灌溉水利用率，以T4提升幅度最大，其次為T3。T3處理的水分利用率雖然不及T4，但番茄產量和品質顯著優(yōu)于T4處理；同時，T3處理的番茄產量雖然顯著低于T2處理，但是水分利用率及果實品質顯著高于T2處理。因此，建議生產中以去電子水灌溉量為3 120 m3/hm2為宜，可節(jié)水1 050 m3/hm2。