辛 朗，馬嘉瑩，劉 冉，唐茂淞，蔣 敏，王興鵬

（1.塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300）

0 引言

新疆南疆地處內(nèi)陸極端干旱區(qū)，蒸發(fā)強(qiáng)烈且降水稀少[1,2]，水資源供需矛盾日益尖銳，已成為嚴(yán)重制約南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的最主要因素。然而，南疆地區(qū)擁有豐富的地下咸水資源[3]，合理利用咸水是解決當(dāng)前南疆水資源短缺的有效途徑之一。番茄是一種耐鹽能力較強(qiáng)的設(shè)施作物，較為適宜咸水灌溉。在南疆地區(qū)開(kāi)展設(shè)施番茄咸水灌溉研究，將為區(qū)域合理發(fā)開(kāi)利用咸水資源提供借鑒和參考。目前，咸水利用主要有咸水、咸淡水混灌和咸淡水交替灌3種方式[4]，其中混灌和交替灌溉對(duì)土壤鹽分積累具有一定的減緩作用而被廣泛采用[5]。有研究表明，咸淡水交替灌溉能夠顯著提高玉米、小麥等作物產(chǎn)量品質(zhì)[6-8]。在玉米不同生育階段選擇咸淡水按次交替灌溉，能夠提高水分利用效率，緩解土壤鹽漬化，促進(jìn)玉米產(chǎn)量品質(zhì)提高[9,10]。咸水礦化度小于3.5 g/L時(shí)，采用先咸后淡的灌水方式能夠提高葡萄果實(shí)品質(zhì)，且使土壤積鹽程度最小[11]。當(dāng)咸水礦化度超過(guò)3 g/L時(shí)，灌溉會(huì)抑制番茄生長(zhǎng)，但對(duì)產(chǎn)量影響不大[12]。對(duì)于礦化度為2～4 g/L的咸水，當(dāng)灌水定額相同，咸水灌溉在保證番茄產(chǎn)量和水分利用效率的同時(shí)可顯著提高果實(shí)品質(zhì)[13]。相較于淡水灌溉處理，咸水灌溉會(huì)提高番茄果實(shí)可溶性糖含量，但降低了果實(shí)淀粉含量和轉(zhuǎn)化酶活性[14]。在淡水缺乏地區(qū)，咸水資源會(huì)作為灌溉補(bǔ)充水源而被加以利用，采用咸水灌溉不僅要考慮作物耐受性，還需關(guān)注其對(duì)土壤帶來(lái)的次生鹽漬化問(wèn)題，為此，選擇適宜的咸水利用方式就顯得至關(guān)重要。本文基于國(guó)內(nèi)學(xué)者已有研究基礎(chǔ)，以南疆設(shè)施番茄咸水灌溉為研究對(duì)象，試驗(yàn)設(shè)置了3種咸淡水交替灌溉方式，探討了不同交替灌溉對(duì)南疆設(shè)施番茄水鹽脅迫響應(yīng)及產(chǎn)量品質(zhì)影響，在確保不發(fā)生土壤次生鹽漬化前提下，初步得到了適宜設(shè)施番茄生長(zhǎng)需求的咸水灌溉利用方式。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在阿拉爾市塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院試驗(yàn)基地（北緯40°32′30″、東經(jīng)81°17′53″，海拔1 020 m）的日光溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室晝夜溫度分別為（30±2）℃和（28±2）℃，光照強(qiáng)度600 μmol/（m2·s），日照時(shí)間14 h/d。本地區(qū)年降水量為40.1～82.5 mm，年蒸發(fā)量高達(dá)1 976.6～2 558.9 mm，氣溫在10.8～14.5℃，屬于大陸性極端干旱荒漠氣候，試驗(yàn)區(qū)地理位置見(jiàn)圖1。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤特性基本參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

番茄品種為“秦嶺蔬越”，2021年3月10日定植，7月10日拉秧，生育階段劃分見(jiàn)表2。灌溉方式為咸淡水交替滴灌，咸水礦化度3.5 g/L（取自當(dāng)?shù)氐叵滤?，設(shè)置W1（淡-咸-咸）、W2（淡-咸-淡）和W3（咸-淡-淡）3個(gè)灌溉處理，并以淡水灌溉（CK）對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)。

表2 番茄生育期劃分Tab.2 Tomato fertility stage division

番茄種植方式為一壟兩行一帶起壟栽培模式，壟肩寬60 cm，壟高20 cm，壟間距60 cm，株行距30×40 cm，種植模式見(jiàn)圖2。選用滴頭間距30 cm，流量3.0 L/h的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶。番茄灌水定額30 mm，全生育期灌水10次[15]。施肥方式為隨水施肥，開(kāi)花期和結(jié)果期施用高鉀肥（N-P2O5-K2O為12-6-40），其他生育階段以平衡肥為主，施用量45 kg/hm2。田間管理措施與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)踐保持一致。

圖2 種植模式（單位：cm）Fig.2 Planting pattern

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤水鹽測(cè)定

在番茄移栽前及各生育階段末，取土測(cè)定土壤鹽分值，取樣位置為滴頭正下方，深度為10、20、40、60和80 cm，土樣在105℃烘箱內(nèi)烘干，取20 g土樣經(jīng)研磨后過(guò)篩，按照水土比5∶1浸提液用電導(dǎo)率儀（DDP-210）測(cè)定土壤電導(dǎo)率（EC）。

1.3.2 植株生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定

番茄移栽后，每個(gè)試驗(yàn)處理小區(qū)隨機(jī)標(biāo)記6株長(zhǎng)勢(shì)一致的樣株，監(jiān)測(cè)番茄各生育階段末株高和莖粗。從植株基部用卷尺（0.1 cm）測(cè)量株高；莖粗用電子游標(biāo)卡尺（0.01 mm）測(cè)量，用十字交叉法讀數(shù)，取其平均值。

1.3.3 葉片生理指標(biāo)測(cè)定

在番茄開(kāi)花結(jié)果期，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選取3棵樣株，每個(gè)樣株隨機(jī)摘取3片葉測(cè)定酶活性。其中，超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性用ELISA酶聯(lián)免疫檢測(cè)試劑盒測(cè)定[16]；丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸測(cè)定法[17]；脯氨酸(PRO)含量用酸性茚三酮顯色法測(cè)定[18]；可溶性糖(SS)用蒽酮比色法測(cè)定[19]；可溶性蛋白(SP)用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[19]。

1.3.4 番茄品質(zhì)及產(chǎn)量

在番茄開(kāi)花結(jié)果盛期（6月29日），每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選擇6個(gè)鮮果測(cè)定品質(zhì)?？扇苄怨绦挝镉檬殖终凵鋬x（ATAGO-P32，Japan）測(cè)定；還原性糖用斐林試劑法測(cè)定[20]；硝酸鹽用硫酸-水楊酸法測(cè)定[16]；Vc用二氯酚靛酚滴定法測(cè)定[21]。進(jìn)入番茄采摘期后，間隔2～5 d采收1次，每個(gè)小區(qū)按實(shí)收果實(shí)稱量并計(jì)算畝產(chǎn)。

1.3.5 灌溉水利用效率計(jì)算

灌溉水利用效率（IWUE）計(jì)算公式為[22]：

式中：Y為番茄產(chǎn)量，kg/hm2；I為全生育期內(nèi)灌溉定額，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

采用Microsoft Excel 2018對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，使用Origin 2018，ChiPlot進(jìn)行繪圖，利用SPSS 25對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 咸淡水交替灌溉對(duì)番茄生育期及豎向土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化的影響

由圖3可知，不同咸淡水交替灌溉處理下，隨番茄生育期土壤鹽分含量出現(xiàn)逐漸累積趨勢(shì)，苗期土壤鹽分積累程度較低，至收獲期土壤鹽分呈現(xiàn)較大幅度增加。W1、W2處理土壤鹽分以表層積聚為主，隨著土層深度的增加逐漸減小，W3處理土壤鹽分表聚程度較輕，但隨著土層深度的增加鹽分有向下淋洗趨勢(shì)，而CK處理在整個(gè)番茄生育期土壤鹽分變化不大較為穩(wěn)定。不同的咸淡水交替灌溉方式、灌水次數(shù)均會(huì)導(dǎo)致土壤積鹽但程度略有不同，整體表現(xiàn)為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3。

圖3 不同咸淡水交替灌溉處理番茄生育期土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Soil salinity dynamics during tomato fertility in different alternate saline and freshwater irrigation treatments

2.2 咸淡水交替灌溉對(duì)番茄葉片滲透物質(zhì)和酶活性的影響

由表3可知，咸淡水交替灌溉后，W2、W3處理番茄葉片丙二醛（MDA）均高于對(duì)照，較CK分別提高26.8%和28.3%，而W1處理與對(duì)照處理葉片丙二醛差異性不顯著（P＞0.05）。W1、W2、W3處理番茄葉片脯氨酸較對(duì)照處理分別增加175.08%、142.97%和20.9%。W2、W3處理番茄葉片可溶性蛋白較對(duì)照分別增加33.73%和75.6%，但W1處理較對(duì)照降低26.75%。番茄葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性較對(duì)照均有不同程度提高，其中W2、W3處理各酶活性提高較為明顯，W1處理酶活性變化較小。說(shuō)明不同咸淡水交替灌溉后，由于土壤鹽分累積程度不同，使得番茄受到鹽分脅迫存在差異，導(dǎo)致葉片內(nèi)丙二醛、脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖及超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶(POD)、過(guò)氧化氫酶（CAT）對(duì)鹽脅迫響應(yīng)不同。

2.3 咸淡水交替灌溉對(duì)設(shè)施番茄株高、莖粗的影響

不同咸淡水交替灌溉處理番茄生育期內(nèi)株高和莖粗變化見(jiàn)圖4。由圖4可知，不同處理番茄全生育期株高和莖粗變化趨勢(shì)一致，即生育初期生長(zhǎng)緩慢，進(jìn)入開(kāi)花期后生長(zhǎng)明顯加快，到結(jié)果盛期后生長(zhǎng)放緩直至停止。總體來(lái)看，W2和W3處理番茄株高與莖粗較對(duì)照處理分別增加1.3%和17.8%、7.5%和28.1%，而W1處理株高較對(duì)照處理降低3.5%，莖粗增加1.7%，但差異性不顯著（P＞0.05）。由此說(shuō)明咸水灌溉在一定程度上會(huì)促進(jìn)番茄的生殖生長(zhǎng)。

圖4 各生育期內(nèi)設(shè)施番茄株高和莖粗變化Fig.4 Changes in height and stem thickness of tomato plants in facilities during each reproductive period

2.4 咸淡水交替灌溉對(duì)番茄產(chǎn)量品質(zhì)的影響

由表4可知，不同咸淡水交替灌溉對(duì)番茄品質(zhì)影響的差異性顯著（P＜0.05）。W1、W2和W3處理VC和總酚含量較對(duì)照分別提高19.1%和31.6%、21.2%和47.4%、33.3%和52.6%。W2、W3處理番茄可溶性固形物、硝酸鹽較對(duì)照分別提高6.8%和5%、17.4%和16.4%，而W1處理較對(duì)照降低4.3%和38.6%。W1和W3處理番茄可溶性糖含量較對(duì)照降低7.5%和4.6%，但W2處理較對(duì)照提高9.5%。W1、W2和W3處理番茄酸含量較對(duì)照分別降低28.6%、10%和7.1%。

表4 不同處理下番茄品質(zhì)指標(biāo)Tab.4 Quality indicators of tomatoes under different treatments

由圖5可知，W3處理番茄產(chǎn)量較對(duì)照增加16.9%，而W1和W2處理較對(duì)照產(chǎn)量分別降低26.2%和4.2%，各處理灌溉水生產(chǎn)效率變化與產(chǎn)量變化相對(duì)應(yīng)。綜合考慮咸水灌溉對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)影響得出：W3處理是適宜設(shè)施番茄灌溉需求的咸淡水交替灌溉方式。

圖5 番茄產(chǎn)量和灌溉水生產(chǎn)效率Fig.5 Tomato yield and irrigation water production efficiency

2.5 土壤鹽分與番茄葉片酶活性相關(guān)性分析

由圖6可知，鹽分脅迫對(duì)番茄葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）及脯氨酸(PRO)的影響較大，二者與土壤鹽分呈現(xiàn)極顯著性正相關(guān)（P＜0.01），與葉片可溶性糖（SS）呈顯著性正相關(guān)（P＜0.05），但與番茄葉片超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）及丙二醛（MDA）含量相關(guān)性不顯著，但不能說(shuō)明三者不受鹽脅迫影響，只是程度相對(duì)較小。而可溶性蛋白（SP）與土壤鹽分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但顯著性不強(qiáng)，各生理指標(biāo)之間也存在相關(guān)性。

圖6 土壤鹽分與番茄葉片生理指標(biāo)相關(guān)性分析圖Fig.6 Correlation analysis between soil salinity and enzyme activity of tomato leaves

3 討論

咸水灌溉會(huì)造成土壤鹽分積聚形成脅迫危害，阻滯作物根系吸水，從而影響作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)[23]。本文分析了咸淡水交替灌溉對(duì)設(shè)施番茄土壤鹽分動(dòng)態(tài)、生長(zhǎng)及生理指標(biāo)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，試驗(yàn)得出不同咸淡水交替灌溉方式下各土層土壤鹽分積聚程度不同，先淡后咸在番茄后期表現(xiàn)為土壤鹽分積聚明顯，而先咸后淡在番茄生長(zhǎng)前期鹽分含量較高，但經(jīng)過(guò)兩次淡水淋洗后，鹽分將被淋洗到60 cm土層以下，降低了對(duì)番茄的脅迫危害，這與劉云山等[11]的研究結(jié)果相符。對(duì)比分析不同咸淡水交替灌溉后，W1（淡咸咸）處理土壤鹽分含量相對(duì)最高，W2（淡咸淡）處理次之，W3（咸淡淡）處理土壤鹽分積聚量最小，這與楊培嶺[10]研究結(jié)果一致。蘇瑞東等[24]采用先咸后淡的方式對(duì)枸杞灌溉試驗(yàn)得出，經(jīng)過(guò)咸水灌溉后的兩次淡水淋洗，能夠有效降低土壤鹽分脅迫作用，且不會(huì)對(duì)枸杞產(chǎn)量品質(zhì)產(chǎn)生影響，這與本文W3處理分析結(jié)論相同。相對(duì)于直接咸水灌溉，咸淡水輪灌模式能有效緩解鹽分脅迫對(duì)棉株根系影響，從而促進(jìn)棉花生長(zhǎng)高產(chǎn)[25]，通過(guò)AquaCrop模型模擬結(jié)果表明咸淡水輪灌是一種較為高效的咸水利用和提高小麥產(chǎn)量的灌水方式[26]。綜合比較，本試驗(yàn)W3（咸淡淡）處理番茄可溶性固形物、硝酸鹽、Vc、酸含、總酚及產(chǎn)量均高于其他處理，說(shuō)明采用咸水灌溉時(shí)，應(yīng)選擇適宜的咸淡水交替灌溉方式，在保證土壤不出現(xiàn)鹽漬化的同時(shí)，對(duì)番茄產(chǎn)量品質(zhì)具有促進(jìn)作用，這與袁成福等[27]采用咸淡水輪灌方式能夠提高作物產(chǎn)量研究結(jié)果相似。

受環(huán)境脅迫時(shí)作物可通過(guò)體內(nèi)各滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化維持細(xì)胞壓力勢(shì)和促進(jìn)代謝活動(dòng)，從而保證逆境下作物的正常生長(zhǎng)[28]。咸淡水交替灌溉后，番茄葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均有不同程度增加，其中W2、W3處理番茄葉片丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量均顯著高于W1處理，而W1處理脯氨酸含量要高于W2、W3處理，說(shuō)明W1處理番茄氧化脅迫程度較為嚴(yán)重，葉片丙二醛和脯氨酸含量較對(duì)照提高不顯著，這與張貝貝等[29]認(rèn)為隨著鹽分含量增加，作物MDA含量呈不明顯增大的結(jié)果一致，但與廖扭等[30]研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫造成番茄MDA含量逐漸提高的結(jié)果不同，主要原因是番茄品種不同所致，說(shuō)明品種不同會(huì)造成番茄遭受氧化脅迫程度存在差異[31]。由此可知，采用咸淡水交替灌溉的W2（淡咸淡）和W3（咸淡淡）處理番茄自我調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。

作物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)在非生物脅迫下會(huì)發(fā)揮重要調(diào)節(jié)作用，主要通過(guò)改變各種保護(hù)酶活性來(lái)提高自身抗逆性[32]。不同咸淡水交替灌溉處理后，番茄SOD、POD和CAT活性均有不同程度提高，說(shuō)明鹽脅迫使番茄體內(nèi)活性氧代謝失調(diào)，包括超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)等內(nèi)源活性氧清除劑構(gòu)成的酶保護(hù)系統(tǒng)被激活，以減緩脅迫對(duì)番茄造成的危害[33]。W2、W3處理各類酶活性較對(duì)照提高明顯，而W1處理酶活性變化較小，總體表現(xiàn)為W3＞W(wǎng)2＞W(wǎng)1。W1處理番茄受到鹽脅迫最強(qiáng)，但酶活性較低原因可能是過(guò)量鹽分脅迫引起的離子毒害破壞了酶結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)合成[34]。通過(guò)相關(guān)性分析可知，鹽分脅迫對(duì)番茄葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）及脯氨酸(PRO)的影響較大，土壤鹽分與二者呈現(xiàn)極顯著性正相關(guān)，與葉片可溶性糖(SS)呈顯著性正相關(guān)，與可溶性蛋白(SP)與土壤鹽分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但顯著性不強(qiáng)，與上述鹽脅迫下番茄體內(nèi)酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量變化研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

（1）W3處理（咸淡淡）對(duì)土壤鹽分具有淋洗作用，鹽分表聚程度較輕，隨著土層深度增加鹽分有向下淋洗趨勢(shì)。而W2（淡咸淡）和W3（咸淡淡）處理土壤鹽分表聚較為嚴(yán)重，鹽分值隨著土層深度增加逐漸減小。

（2）不同咸淡水交替灌溉均會(huì)對(duì)番茄產(chǎn)生脅迫危害，番茄葉片CAT、SOD和POD等酶活性顯著增強(qiáng)，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加，提升了番茄抗性。但是由于土壤鹽分累積程度不同，使得番茄受到鹽分脅迫存在一定差異。通過(guò)相關(guān)性分析可知，鹽分脅迫對(duì)番茄葉片過(guò)氧化氫酶（CAT）及脯氨酸(PRO)的影響較大，土壤鹽分與二者呈現(xiàn)極顯著性正相關(guān)，與葉片可溶性糖(SS)呈顯著性正相關(guān)，與可溶性蛋白(SP)與土壤鹽分呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但顯著性不強(qiáng)，

（3）綜合比較分析不同咸淡水交替灌溉處理可知，W3（咸淡淡）處理番茄可溶性固形物、硝酸鹽、Vc、酸含、總酚及產(chǎn)量均高于對(duì)照。可將W3處理作為番茄咸水利用的推薦方式。