咸水灌溉对土壤盐分分布及设施番茄生理特性的影响.pdf

2023年 1月 灌溉排水学报 第 42卷 第 1期 Jan 2023 Journal of Irrigation and Drainage No 1 Vol 42 64 文章编号 1672 3317 2023 01 0064 09 咸水灌溉对土壤盐分分布及设施番茄生理特性的影响 马嘉莹 1 2 王兴鹏 1 2 王洪博 1 2 王海瑞 1 2 李朝阳 1 2 1 塔里木大学 水利与建筑工程学院 新疆 阿拉尔 843300 2 塔里木大学 现代农业工程重点实验室 新疆 阿拉尔 843300 摘 要 目的 探明咸水灌溉对土壤盐分分布与设施番茄生长及生理的影响 方法 本试验以南疆设施番茄为 研究对象 设置 4个灌溉水矿化度 分别为 T1 2 g L T2 4 g L T3 6 g L 和 T4 8 g L 并以淡水灌溉 为对照 CK 开展咸水灌溉条件下设施番茄生理特性及土壤盐分分布的影响研究 结果 在垂直方向上各处理 土壤含盐量随土层深度增加逐渐减小 水平方向上盐分主要积聚在距离滴灌带 20 40 cm处 结果末期盐分主要积聚 在 20 60 cm浅层土壤处 形成积盐区 且随着灌溉水矿化度增加 积盐区逐渐扩大 2 4 g L的咸水灌溉 对番茄株 高茎粗生长具有一定的促进作用 对干物质量无显著影响 6 8 g L咸水灌溉对作物生长 抑制作用明显 当灌溉水矿 化度为 2 g L 时叶绿素总量达到最大 灌溉水矿化度 4 g L时类胡萝卜素 量达到最大 当灌溉水矿化度大于 4 g L 时 植物器官内大量积累的活性氧已经超出保护酶的清除能力 2 4 g L咸水灌溉在保证番茄产量的同时 可显著提 高果实的品质 结论 综合考虑设施番茄产量及品质 在淡水资源紧缺 地下咸水资源丰富的南疆地区 推荐采 用 2 4 g L矿化度的咸水对设施番茄进行灌溉 关 键 词 番茄 咸水 植株生长 叶片生理 产量 品质 中图分类号 S275 6 S274 1 S273 4 文献标志码 A doi 10 13522 ki ggps 2022060 OSID 马嘉莹 王兴鹏 王洪博 等 咸水灌溉对土壤盐分分布及设施番茄生理特性的影响 J 灌溉排水学报 2023 42 1 64 71 99 MA Jiaying WANG Xingpeng WANG Hongbo et al The Effects of Saline Water Irrigation on Soil Salinity and Physiology of Greenhouse Tomato J Journal of Irrigation and Drainage 2023 42 1 64 71 99 0 引 言 研究意义 近年来 合理开发利用地下咸水 资源发展农业灌溉已成为解决水资源危机的有效途 径 国内外利用咸水资源进行农业灌溉已有近百年 历史 合理利用咸水灌溉不会造成作物减产 1 但不 合理利用咸水灌溉会增加土壤的次生盐渍化风险 2 当土壤含盐量积聚至植物的耐盐阈值 会导致植株 出现水分失衡和渗透胁迫 进而影响其正常代谢 抑制作物生长 3 因此 本文尝试将咸水资源在耕作 精细 可控程度较高的设施番茄种植中进行合理开 发利用 分析不同矿化度咸水灌溉对土壤盐分运移 设施番茄生长 生理特征 产量及品质的影响 确 定适宜南疆设施番茄灌溉需求的咸水矿化度阈值 以期为南疆地区合理利用咸水资源提供理论依据 对保障南疆农业可持续发展具有重要的理论意义和 应用价值 研究进展 国内外利用咸水进行农田灌溉的 收稿日期 2012 01 28 基金项目 塔里木大学校长基金创新团队项目 TDZKC202002 国家 自然科学基金项目 51669032 兵团科技攻关项目 2018AB027 作者简介 马嘉莹 1998 女 硕士研究生 主要从事灌溉排水理论 与节水灌溉研究 E mail mjy980315 通信作者 李朝阳 19 86 男 副教授 主要从事干旱区节水灌溉理 论理论与技术研究 E mail lizhaoyang2i1 实践已经具有很长的历史 众多学者在咸水灌溉研 究中虽然设置的灌溉水矿化度梯度有所不同 但得 出咸水灌溉后土壤平均含盐量随灌溉水矿化度的提 高逐渐增大的结果 4 我国学 者研究发现 5 经过连续 2 a 的咸水灌溉 发现土壤盐分主要集中分布在 0 30 cm 土壤中 作物根区土壤体积质量和盐分明显增加 咸水灌溉将盐分带入土壤 影响了作物根区土壤含 盐量 6 进而对作物的生长生理特性产生影响 其中 短期内利用 3 g L 矿化度的咸水灌溉对 枸杞 7 滴灌虽 使土壤盐分略有增加 但对枸杞产量影响不大 3 4 g L 矿化度咸水灌溉对设施番茄株高及茎粗生长没 有明显抑制 作用 8 咸水灌溉显著降低了番茄叶片中 可溶性糖量 9 随灌溉水矿化度的升高番茄幼苗叶片 中过氧化氢酶 CAT 超氧化物歧化酶 SOD 过氧化物酶 POD 活性均逐渐升高 10 但 Khan 等 11 研究发现 耐盐性较强的作物在高浓度咸水灌 溉下 可溶性糖量仍显著增大 由此可知不同作物 耐盐性不同 进而可溶性糖对灌溉水矿化度的响应 程度也不相同 生产实践证明 作物产量和品质的好 坏直接受灌溉水矿化度的影响 陈素英等 12 研究咸水 灌溉对冬小麦及夏玉米 生长 的影响发现 当灌溉 水矿 化度为 2 g L 时小麦的产量达到最大 小麦和玉米的耐 马嘉莹 等 咸水灌溉对土壤盐分分布及设施番茄生理特性的影响 65 盐阈值分别为 4 g L 和 3 g L 吴蕴玉等 13 研究发现 咸水灌溉条件下番茄果实的总酸 可溶性固形物和 Vc 量虽然有所提高 但单果质量却有所降低 切入点 目前 国内外对咸水灌溉的研究 主 要集中在降水量较高或土壤盐渍化程度相对较低的 地区 但适宜极端干旱和土壤盐渍化程度较高的南疆 地区的灌溉阈值尚未明确 未完全了解咸水灌溉下作 物耐盐机制 拟解决的关键问题 鉴于此 本试验 选用 4 组不同灌溉水矿化度对南疆设施番茄进行胁 迫 进一步了解咸水灌溉对土壤盐分分布 作物生长 生理 产量和品质的影响 旨在揭示盐胁迫下番茄植 株的生长生理指标的变化规律 以期为南疆地区 设施 农业合理利用咸水灌溉提供理论基础 1 材料与方法 1 1 试验地概况 试验于 2021 年 3 7 月在南疆塔里木大学水利与 建筑工程学院现代农业重点实验室节水灌溉试验基地 40 20 47 41 47 18 N 79 22 33 81 53 45 E 连 栋温室内进行 温室占地 800 m2 长 40 m 宽 20 m 试验地区海拔 1 020 m 为温暖带极端大陆性干旱荒 漠气候 气候干燥 蒸发量大 降水量稀少 年气 温 10 8 14 5 年降水量 40 1 82 5 mm 年蒸发 量 1 976 6 2 558 9 mm 试验地土壤质地属砂壤土 0 80 cm 土壤平均体积质量为 1 43 g cm3 平均田间持 水率为 0 26 g g 平均土壤初始含盐量为 1 06 g kg 1 2 试验设计 番茄选用当地常规品种 秦岭蔬越 种植方 式为 1 垄 2 行 1 带的起垄栽培模式 垄肩宽 60 cm 垄高 20 cm 垄间距 60 cm 番茄幼苗定植在垄的两 侧 株行距为 30 40 cm 选用滴头间距为 30 cm 流 量 3 0 L h 的内镶贴片式滴灌带 小区总面积 250 m2 每个小区长 4 2 m 宽 4 m 种植模式如图 1 所示 设置 4 个不同矿化度梯度的咸水灌溉处理 分别为 T1 2 g L T2 4 g L T3 6 g L 和 T4 8 g L 并以淡水灌溉为对照 CK 每个处理设 3 个重复 番茄全生育期灌水量为 300 mm 灌水次数为 8 次 本试验根据南疆地区地下咸水离子 成分 在试验地 淡 水 1 0 1 2 g L 的基础上 灌溉水采取淡水和 Na2SO4 NaCl NaHCO3 CaCl2 MgCl2 8 8 1 1 1的 化学药品混合配制成 14 追肥采用水肥一体化 营养生长期以平衡肥 N P2O5 K2O 15 15 15 为主 开花期 和结果期以高钾肥 N P2O5 K2O 12 6 40 为主 用量为 45 kg hm2 田间管理措 施与当地生产实践保持一致 番茄生育期共 122 d 于 3 月 10 日定植 6 月 3 日留 5 层果打顶 试验于 7 月 10 日结束 图 1 种植模式 Fig 1 Planting patterns 1 3 测定项目与方法 1 3 1 土壤含盐量 采用电导法测定土壤含盐量 开花结果期 5 月 3 日 和结果末期 7 月 3 日 灌水 24 h 后利用土钻 在距离滴灌带水平距离 0 20 40 60 cm 处进行取 样 取样深度分别为 10 20 40 60 80 cm 取样 后烘干 烘干后土样经研磨后过 20 目筛 制作水土 比 5 1 浸提液并采用便携式电导仪 DDP 210 测 定浸提液电导率 EC 最终利用烘干法标定出土 壤含盐量与电导率的关系 换算土壤含盐量 标定结 果如图 2 所示 图 2 烘干法标定结果 Fig 2 Calibration results of drying method 1 3 2 植株生长指标 株高 茎粗及干物质量 生育期末 7 月 3 日 在每个试验小区内随机选择 10 株长势一致的番茄植 株 从植株基部用卷尺测量株高 茎粗用电子游标卡 尺测量并采用十字交叉法读数 并取其平均值 将植 株从地面根部剪下 105 杀青 30 min 然后 75 烘 干至恒质量称量计算干物质量 1 3 3 植株生理指标 在番茄开花结果期 每个试验小区中各选 3 株代 表性植株 取其上部功能叶 3 片分别测定以下指标 叶绿素 采用 95 乙醇提取 紫外分光光度计 BIOMATE160 法测定色素 量 丙二醛 MDA 量 采用硫代巴比妥酸法 15 测定 脯氨酸 Pro 量 采用酸 性茚三酮显色法 16 测定 可溶性糖量 采用蒽酮比色 法 17 测定 蛋白质量 采用考马斯亮蓝 G 250 法 17 测定 抗氧化酶活性 过氧化物酶 POD 活性 采 用愈创木酚比色法 15 测定 超氧化物歧化酶 SOD y 0 004 4 x 0 286 7 R2 0 99 0 2 4 6 8 10 12 0 500 1000 1500 2000 2500 含盐量 g k g 1 电导率 S cm 1 灌溉排水学报 66 活性 采用氮蓝四唑 NBT 光还原法 15 测定 过氧 化氢酶 CAT 采用高锰酸钾滴定法 15 测定 1 3 4 番茄产量 产量在设施番茄进入采摘期后 每 2 5 d 人工摘收 1 次 每次收获时 每个小区番茄按行摘收并称 质量 1 3 5 番茄品质 在开花结果盛期 6 月 29 日 进行第 1 次采摘 在各处理随机采 6 个鲜果样测定番茄果实的品质 可 溶性固形物用手持折射仪 ATAGO P32 Japan 测 定 还原性糖用斐林试剂法测定 18 硝酸盐用硫酸 水杨酸法测定 19 Vc 用二氯酚靛酚滴定法测定 20 1 4 数据处理及分析 采用 Microsoft Excel 2018 对数据进行整理分析 使用 Origin 2018 进行绘图 应用 Spss 20 0 Duncan s 法检验处理间的差异显著性 2 结果与分析 2 1 土壤盐分分布 不同灌溉水矿化度下番茄开花结果期和结果末 期土壤含盐量动态变化如图 3 所示 各处理随生育期 的推进在垂直方向上变化规律基本一致 土壤含盐量 随 土层深度增加逐渐减小 盐分主要聚集在浅层土壤 生育中期水平方向 0 60 cm 范围内土壤含盐量呈先 增大后减小趋势 20 40 cm 处土壤含盐量最大 土 壤平均含盐量随灌溉水矿化度升高逐渐增大 其中 T1 处理和 T2 处理在浅层土壤 20 40 cm 处形成积盐 区 T3 T4 处理在 0 40 cm 土层距离滴灌带 10 40 cm 处形成椭球状积盐区 随生育期推进 水平方向盐分 逐渐被淋洗至远离滴灌带处 土壤含盐量随水平距离 提高逐渐增大 其中 T1 处理和 T2 处理积盐区水平方 向运移至 40 60 cm 处 T3 处理和 T4 处理土壤含盐 量整体较高 表明随生育期推进咸水灌溉对滴灌带附 近土壤具有一定淋洗作用 盐分淋洗至远离滴灌带位 置 其中矿化度小于 4 g L 时淋洗效果明显 滴灌带 附近 0 30 cm 区域的土壤含盐量相对较低 形成低盐 区 6 8 g L 淋洗作用明显减弱 整体来看 生育期 末盐分主要积聚在浅层土壤 形成积盐区 且随着灌 溉水矿化度的提高积盐区逐渐扩大 其中高质量 浓度 咸水灌溉土壤含盐量整体较大 由表 1 各土层平均积 盐率可以看出 开花结果期各处理 0 60 cm 土壤积盐 率均随土层深度增加呈先增大后减小趋势 在 10 40 cm 土层最大 结果末期 T1 处理积盐率变化规律与开 花结果期基本一致 T2 T4 处理积盐率随土层深度 增加逐渐提高 CK 积盐率在 20 40 cm 最大 T1 处 理积盐率在 10 20 cm 处最大 随生育期推进 CK 的 10 80 cm 土壤积盐率逐渐减少 至生育期末 0 10 cm 和 60 80 cm 土壤处于脱盐状态 T1 处理 10 60 cm 土 壤积盐率逐增大 T2 T4 处理 0 80 cm 土壤积盐率逐 渐增大 增加幅度随灌溉水矿化度的增大逐渐提高 图 3 生育期内土壤含盐量 Fig 3 Soil salinity during growth period 表 1 不同处理下各土层平均积盐率 Table 1 Average salt accumulation rate of each soil layer under different treatments 土层 深度 cm 土壤初始含盐量 g kg 1 开花结果期 积盐率 结果末期 积盐率 CK T1 处理 T2 处理 T3 处理 T4 处理 CK T1 处理 T2 处理 T3 处理 T4 处理 0 10 4 45 32 43 7 46 40 59 4 66 70 39 10 77 68 41 107 03 174 15 204 64 10 20 1 31 15 12 56 41 129 58 224 26 345 56 36 20 174 46 219 07 388 61 607 88 20 40 0 64 74 71 117 98 195 11 279 28 321 14 69 11 120 14 242 38 594 11 651 64 40 60 0 50 38 41 66 96 42 13 128 17 76 59 1 74 60 37 245 46 564 21 814 22 60 80 0 32 141 41 100 49 84 34 86 17 6 13 28 95 15 67 286 02 985 02 1005 28 马嘉莹 等 咸水灌溉对土壤盐分分布及设施番茄生理特性的影响 67 综上可知 随着矿化度的增加 灌溉水对土壤淋 洗效果逐渐减弱 土壤含盐量及积盐区范围明显增大 分析认为 咸水灌溉对滴灌带附近土壤盐分具有不同 程度淋洗作用 部分盐分运移至深层和远离滴灌带处 滴灌带附近土壤在灌水洗盐和蒸发积盐作用下 土壤 盐分处于动态平衡状态 但距离滴灌带较远位置土壤 淋洗效果较弱 在淋洗排盐和蒸发积盐作用下形成明 显的积盐区 2 2 咸水灌溉对植株生长指标的影响 从图 4 各处理番茄生育期末植株茎叶干物质量 株高和茎粗可知 生育期末茎叶干物质量随灌溉水矿 化度的提高逐渐降低 T4 处理最小达 30 49 g 较 CK 减少 75 08 茎干物质量随灌溉水矿化度的提高呈 先增加后减小的趋势 与 CK 相比 T1 处理提高 48 58 T4 处理减少 47 28 叶干物质量随灌溉水 矿化度的提高呈逐渐减小的趋势 株高和茎粗随灌溉 水矿化度提高呈先增加后减小趋势 在 T2 处理达到 峰值 较 CK 分别增加了 7 08 和 9 25 图 4 生育期末植株茎叶干物质量 株高和茎粗变化 Fig 4 Total dry matter mass plant height and stem diameter at the end of growth period 综上可知 适宜矿化度范围内咸水 2 4 g L 灌 溉可以促进植株生长 但当灌溉水矿化度大于 4 g L 时会显著抑制生长 2 3 咸水灌溉对植株生理指标的影响 2 3 1 番茄叶片叶绿素 表 2 为不同处理对番茄结果期叶片的叶绿素 a 量 叶绿素 b 量 叶绿素总量和类胡萝卜素的影响 由表 2 可知 与 CK 相比 T1 处理叶绿素 a 量显著增加 其他处理均差异不显著 T1 处理叶绿素 b 量及叶绿 素总量差异不显著 其他处理均显著减少 T4 处理 类胡萝卜素量差异不显著 其他处理均显著增加 且 各处理叶绿素 a 叶绿素 b 和叶绿素总量变化趋势一 致 即随着灌溉水矿化度的增加均呈先增加后减小的 规律 与 CK 相比 TI 处理叶绿素总量增加 12 93 T2 T3 T4 处理分别降低 19 53 24 10 45 82 可见 盐分胁迫会导致番茄叶片叶绿素的降解 且降 解程度随着灌溉水矿化度的增加而增大 表 2 番茄结果期不同处理番茄叶片的叶绿素 a 叶绿素 b 叶绿素总量和类胡萝卜素 Table 2 Chlorophyll a chlorophyll b total chlorophyll and carotenoids in tomato leaves of different treatments at fruiting stage 处理 叶绿素 a mg g 1 叶绿素 b mg g 1 叶绿素总量 mg g 1 类胡萝卜素 mg g 1 CK 19 03 1 02b 10 57 0 78a 29 60 3 76ab 2 62 1 67b T1 22 15 2 00a 11 85 1 20a 34 00 4 17a 3 96 0 33a T2 18 45 1 23b 6 31 0 31b 24 77 2 49bc 4 05 0 59a T3 17 73 1 36b 6 12 0 74b 23 85 4 95bc 3 91 0 21a T4 16 65 0 83b 3 65 0 43c 20 30 1 50c 2 80 0 29b 2 3 2 番茄叶片渗透调节物质量 在盐胁迫条件下植株能够积累有机物或无机物以 提高细胞液浓度 降低渗透势而表现出的调节作用称 为渗透调节 14 较高的土壤含盐量容易对植株造成渗 透胁迫 从而引起渗透调节物质的积累 从图 5 不同 灌溉水矿化度下番茄叶片中丙二醛量 MDA 脯氨 酸量 Pro 可溶性糖量和蛋白量可以看出 咸水灌 溉对番茄叶片中 MDA 没有显著影响 叶片中 Pro 量随 灌溉水矿化度的增加逐渐增加 T1 T2 T3 T4 处理 较 CK分别增加 13 18 23 14 142 88 和 171 73 可溶性糖量变化规律与脯氨酸量一致 T1 T2 T3 T4 处理较 CK 分别增加 20 90 37 02 53 90 和 74 81 低质量浓度咸水灌溉对番茄叶片蛋白量无显 著影响 当灌溉水矿化度大于 6 g L时蛋白量显著增加 a MDA 量 b 脯氨酸量 c 可溶性糖量 b 蛋白量 图 5 不同处理下渗透调节物质量 Fig 5 Contents of osmotic adjustment substances under different treatments 2 3 3 番茄叶片抗氧化酶系统 从图 6 不同灌溉水矿化度下番茄叶片抗氧化酶 活性可以看出 咸水灌溉下番茄叶片 SOD 活性随灌 溉水矿化度的提高呈先增大后减小的趋势 T2 处理 达到峰值 较 CK 增加 15 92 POD 活性随灌溉水 矿化度提高呈先减小后增大趋势 T1 T4 处理较 CK b a c d e a b c d e 0 20 40 60 80 100 120 140 CK T1 T2 T3 T4 干物质量 g 处理 叶干质量 茎干质量 a a a b c bc ab a bc c 0 0 4 0 8 1 2 1 6 2 0 CK T1 T2 T3 T4 株高 m 茎粗 cm 处理 株高 茎粗 a a a a a 0 2 4 6 8 10 12 14 CK T1 T2 T3 T4 MD A量 mmo l g 1 处理 e d c b a 0 20 40 60 80 100 120 140 CK T1 T2 T3 T4 脯氨酸量 g g 1 处理 d c bc b a 0 1 2 3 CK T1 T2 T3 T4 可溶性糖量 处理 c c c b a 0 10 20 30 40 50 CK T1 T2 T3 T4 蛋白量 mg g 1 处理 灌溉排水学报 68 分别减小了 17 73 34 54 32 87 和 28 27 CAT 活性随灌溉水矿化度的提高逐渐增大 T4 处理较 CK 增加 50 26 a SOD 活性 b POD 活性 C CAT 活性 图 6 不同处理下叶片抗氧化酶量 Fig 6 Antioxidant enzyme content in leaves under different treatments 综合来看 抗氧化酶活性变化说明番茄叶片在遭 受盐胁迫时内部在不停地进行自我调节来适应和缓解 逆境带来的伤害 当灌 溉水矿化度小于 4 g L 时 植株 在自我调节能力范围内 随着灌溉水矿化度的增加逐 渐超出 番茄的调节能力 使其受到较严重的伤害 2 4 咸水灌溉对番茄品质和产量的影响 从图 7 可知 咸水灌溉下设施番茄果实品质指标 可知 设施番茄各项品质指标均随灌溉水矿化度的提 高呈先增大后减小的趋势 与 CK 相比 咸水灌溉下 可溶性固形物显著增加 P 0 05 T2 处理最大高 了 14 50 可溶性糖量在 T3 处理 下最大 提高了 2 76 硝酸盐量显著增加 P 0 05 T2 处理最大 提高了 119 45 Vc 量显著增加 P 0 05 T2 处 理最大 提高了 107 41 从表 3 不同灌溉水矿化度 下番茄产量及品质等指标可以看出 果硬度在 0 55 0 69 N之间 T1处理最大 较 CK提高了 11 29 单株结果数及果硬度随灌溉水矿化度变化趋势均与 产量一致 2 4 g L 咸水灌溉可显著提高单株结果数 单果质量与灌溉水矿化度 负相关 相关系数为 0 974 2 产量随灌溉水矿化度的提高呈先增大后减小的趋势 T1 处理的产量最高 达到 36 046 90 kg hm2 比 CK 显著增加 9 09 与 相比 CK T2 T3 T4 处理则显 著降低 P 0 05 综合考虑番茄的产量和品质等指 标 2 4 g L 矿化度的咸水灌溉 有利于番茄品质的 提高及产量的形成 a 可溶性固形物 b 可溶性糖 c 硝酸盐 d Vc 图 7 不同处理下番茄品质指标 Fig 7 Quality indexes of tomato under different treatments 表 3 不同处理下番茄的产量等指标 Table 3 Yield and other indicators of tomato under different treatments 处理 单株结果数 个 单果 质量 g 产量 t hm 2 果硬度 N 排名 CK 6 6 0 40b 99 37 3 41a 32 772 02 37 11b 0 62 0 02b 2 T1 8 0 0 02a 90 43 3 63b 36 046 90 36 88a 0 69 0 004a 1 T2 7 9 0 11a 78 82 4 13c 31 093 40 39 45c 0 63 0 02b 3 T3 6 7 0 01c 73 18 1 85d 21 954 14 32 20d 0 60 0 04c 4 T4 5 2 0 26d 60 20 5 65e 15 855 83 41 83e 0 55 0 04d 5 3 讨 论 本研究表明 土壤含盐量随土层深度增加逐渐减 小 盐分主要聚集在浅层土壤 且随灌溉水矿化度的 提高而增加 表明咸水灌溉会增加土壤含盐量 且土 壤蒸发使得盐分在土壤表层聚集 21 生育中期随滴灌 带距离增加呈先增大后减小的趋势 这是因为不断进 入土体的水分对土壤中的盐分有一定淋洗作用 可将 土体中过多的盐分带出根区 22 在毛细管作用下盐分 在 20 40 cm 处积聚形成积盐区 且随灌溉水矿化度 b b a a c 0 600 1200 1800 2400 3000 CK T1 T2 T3 T4 SO D 活性 U mg 1 处理 a b c c bc 0 600 1200 1800 2400 3000 CK T1 T2 T3 T4 PO D 活性 U mg 1 mi n 1 处理 d d c b a 0 200 400 600 800 1000 CK T1 T2 T3 T4 CA T 活性 U g 1 mi n 1 处理 0 1 2 3 4 5 CK T1 T2 T3 T4 可溶性固 形物 处理 0 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 CK T1 T2 T3 T4 可溶性糖 处理 0 5 10 15 20 25 30 35 CK T1 T2 T3 T4 硝酸盐 mg kg 1 处理 0 2 4 6 8 10 CK T1 T2 T3 T4 Vc 处理 马嘉莹 等 咸水灌溉对土壤盐分分布及设施番茄生理特性的影响 69 的提高积盐区范围不断向深层土壤扩散 随生育期推 进 水平方向盐分逐渐被淋洗至远离滴灌带处 生育 期末盐分主要积聚在 0 20 cm 浅层土壤 形成积盐区 且随着灌溉水矿化度的提高逐渐增大 其中高 质量 浓 度咸水灌溉土壤含盐量整体较大 这与 Pasternak等 23 经过连续 2 a 的咸水灌溉 发现土壤盐分主要集中分 布在 0 30 cm 土壤中 作物根区土壤 体积质量 盐分 pH 值和 土壤 含水率明显增加的结果基本一致 众多 学者在咸水灌溉研究中虽然设置的灌 溉 水矿化度梯度 有所不同 但总体得出咸水灌溉后土壤平均含盐量随 灌 溉 水矿化度的提高逐渐增大的结果 4 但 与李丹等 9 的研究发现 咸水灌溉并没有增加土体的盐分 只是盐 分在土体内进行了重新分布的结果 不完全一致 这是 可能因为本试验在日光温室内进行 未受到降 水 影响 因此经过多次咸水灌溉后 土壤含盐量显著增加 土壤是作物赖以生存的物质基础 土壤含盐量对 作物生长及生态平衡产生了严重的影响 植株生长发 育对盐分胁迫非常敏感 可以通过生长指标来评价植 株的耐盐能力和盐分胁迫程度 16 本研究表明 灌溉 水矿化度对植株生长影响较大 各处理间差异显著 利用矿化度 2 4 g L的微咸水灌溉会促进番茄株高茎 粗 这与前人 24 研究结果适当盐分范围内的咸水灌溉 可促进番茄生长的结论相一致 孟庆 英 等 25 研究发现 不同盐分浓度胁迫下番茄叶片叶绿素量先升高后降低 然后趋于平稳 这与本研究 一致 而万晓等 26 研究认 为 随着盐分浓度提高 植株叶绿素量及总生物量逐 渐降低 这与本研究发现随着灌 溉 水矿化度的提高总 干物质量逐渐降低的趋势一致 但与本研究发现叶绿 素和类胡萝卜素均随着灌溉水矿化度的增加均呈先 增加后减小的规律 不完全一致 主要原因是其试验期 仅进行 1次咸水灌溉 且仅对苗期番茄进行观测 试 验期较短植株受盐分影响不显著 盐胁迫影响植株的生长通过渗透胁迫过程实现 植株体内的可溶性糖 脯氨酸 Pro 等可溶性物质能 通过细胞内渗透调节等方式缓解渗透胁迫 姜 淼等 27 认为 MDA 量可以作为植株耐盐性的鉴定 且 MDA 量与植株耐盐性呈负相关关系 李丹等 9 研究发现 咸水灌溉对番茄叶片 MDA 量无显著影响 这 与本研 究结果一致 周广生等 28 认为 脯氨酸的积累量与其 耐 盐性呈负相关关系 脯氨酸积累可能是植物受到盐 害的表现 本研究 也发现叶片 Pro 量随灌溉水矿化度 的增加逐渐增加 可溶性糖是植株的主要渗透调节剂 也是合成其他有机溶质的碳架和能量来源 对细胞膜 和原生质胶体起稳定作用 29 有研究表明 30 在逆境胁 迫下植株积累的可溶性糖越多 本研究同样发现 随 灌 溉 水矿化度的增大可溶性糖量逐渐增加 说明灌 溉 水矿化度越高植株受到逆境伤害越大 可溶性蛋白为 重要的渗透调节物质和营养物质 其增加和积累能提 高细胞的保水能力 对细胞的生命物质及生物膜起到 保护作用 因此经常用作筛选抗性的指标之一 本研 究发现 蛋白量均随灌溉水矿化度的增加逐渐增加 番茄植株可以通过渗透调节物质的增加来适应一定 的盐胁迫环境 而周丹丹等 31 通过盐分胁迫香樟和朴 树幼苗研究发现 随着灌溉水矿化度的提高幼苗叶片 的 Pro 可溶性糖和蛋白量均表现出先增加后减小的 趋势 可能是由于该试验灌溉水矿化度梯度与本试验 设置不同 且不同植物的渗透调节物质缓解渗透胁迫 具有一定的差异性 32 所致 当植株生长在正常环境中 时 植株体内的活性氧 ROS 的产生与消除保持动 态平衡状态 而当植株在遭受盐胁迫时会打破植物体 内原有 ROS 代谢的平衡 33 是植株遭受逆境损害的 主要原因之一 只有提高或保持高水平逆境保护酶活 性 才能去除 ROS 将其保持在低水平 防止 ROS 破 坏生物膜的结构和功能 34 随着灌溉水矿化度提高杜 鹃叶片 SOD 活性先上升后下降 且显著高于对照 35 这与本 研究结果相似 本研究发现随灌溉水矿化度的 提高果实中 POD 活性逐渐增大 植株叶片 POD 活性 呈先减少后增加的趋势 当灌溉水矿化度达到 4 g L 时最小 这与 张海英 36 对辣椒芽苗的研究得出的 在盐 胁迫下 随着盐浓度升高 辣椒幼苗 POD 活性呈先 下降后上升的趋势结果一致 推测番茄叶片在咸水灌 溉条件下 SOD POD CAT 之间存在协同作用 SOD 与 POD 形成互补 一定的盐分胁迫有利于提高设施番茄产量和果 实的品质 Campos等 37 研究咸水灌溉对番茄产量品 质的影响发现 灌溉水矿化度的增加造成经济效益和 总产量分别减少 11 9 和 11 0 但可溶性固体和可滴 定酸度分别增加 13 9 和 9 4 王相平等 38 认为作物 产量随灌溉水矿化度的增 加 而降低 当灌溉水矿化度 达 1 5 g L时可获得较高的产量 本研究表明 番茄产 量随灌溉水矿化度的提高呈先增大后减小趋势 采用 2 g L的咸水灌溉时产量最佳 采用 4 g L的咸水灌溉 时番茄的可溶性固形物量 硝酸盐 量及 Vc量均达到最 佳 且与淡水灌溉相比 产量仅减少 5 12 未达显著 水平 P 0 05 然而 杨文杰等 21 研究认为 不同 盐分对番茄的产量没有显著影响 这与本研究发现 用 2 4 g L的咸水灌溉可以保证番茄产量 6 8 g L的 咸水灌溉番茄 产量显著降低的结果有所不同 可能是 由于其灌溉方式为膜下滴灌 灌水后盐分淋洗至深层 土壤和垄间 而覆膜有效抑制了土壤蒸发 降低了盐 分在作物根区积聚现象 弱化了灌 溉 水矿化度对作物 的影响 另外 其灌水最大矿化度设置相对较低 仅 灌溉排水学报 70 为 5 g L 可能未找到灌溉水矿化度对作物产量的影响 阈值 加上供试番茄品种不同 存在耐盐程度的差异 进而导致研究结果有所不同 综合以上分析表明 采 用 1 4 g L的咸水灌溉对设施番茄的生长和产量是安 全的 4 结 论 1 各处理生育期内垂直方向上土壤含盐量变化 规律基本一致 即随土层深度增加逐渐减小 水平方 向随生育期的推进 盐分逐渐向远离滴灌带处运移 生育期末盐分主要积聚在 0 20 cm 浅层土壤 形成积 盐区 且随着灌溉水矿化度的提高逐渐扩大 高 质量 浓度咸水灌溉使土壤含盐量整体偏大 2 2 4 g L 的咸水灌溉 对番茄株高茎粗生长具 有一定的促进作用 对干物质量无显著影响 6 8 g L 咸水灌溉对番茄生长抑制作用明显 当灌溉水矿化度 为 2 g L 时叶绿素总量达到最大 4 g L 时类胡萝卜素 量达到最大 3 当灌溉水矿化度大于4 g L 时 植物器官内大量 积累的活性氧已经超出保护酶的清除能力 2 4 g L咸 水灌溉在保证番茄产量的同时 可显著提高果实的品 质 综合考虑土壤盐分 植株生长生理及产量 初步 认 为 在淡水资源紧缺 而地下咸水资源丰富的南疆地 区 可以尝试采用 2 4 g L矿化度的咸水对设施番茄进 行灌溉 参考文献 1 MAG N J J GALLARDO M THOMPSON R B et al Effects of salinity on fruit yield and quality of tomato grown in soil less culture in greenhouses in Mediterranean climatic conditions J Agricultural Water Management 2008 95 9 1 041 1 055 2 EGGLETON M ZEGADA LIZARAZU W EPHRATH J et al The effect of brackish water irrigation on the above and below ground development of pollarded Acacia saligna shrubs in an arid environment J Plant and Soil 2007 299 1 2 141 152 3 SIKDER R K WANG X R ZHANG H H et al Influence of nitrogen on the growth and yield of cotton under salinity stress J Journal of Plant Nutrition 2022 45 8 1 181 1 197 4 FENG G X ZHU C L WU Q F et al Evaluating the impacts of saline water irrigation on soil water salt and summer maize yield in subsurface drainage condition using coupled HYDRUS and EPIC model J Agricultural Water Management 2021 258 107 175 5 周永学 李美琪 黄志杰 等 长期咸水滴灌对灰漠土理化性质及棉 花生长的影响 J 干旱地区农业研究 2021 39 4 12 20 ZHOU Yongxue LI Meiqi HUANG Zhijie et al Effects of long term saline water drip irrigation on physicochemical properties and cotton growth in grey desert soil J Agricultural Research in the Arid Areas 2021 39 4 12 20 6 王兴鹏 严晓燕 李宁 等 不同灌溉方式下枣树根区土壤洗盐效果 试验 J 灌溉排水学报 2011 30 1 130 133 WANG Xingpeng YAN Xiaoyan LI Ning et al Soil salt washing effect of different irrigation modes in the oasis agriculture region of desert with red jujube J Journa