膜下滴灌条件下不同水氮供应对大棚番茄品质的影响.pdf

节水灌溉 Water Saving Irrigation ISSN 1007-4929,CN 42-1420/TV 节水灌溉网络首发论文 题目 膜下滴灌条件下不同水氮供应对大棚番茄品质的影响 作者 李文玲，孙西欢，郭向红，马娟娟，石小虎 网络首发日期 2020-02-19 引用格式 李文玲，孙西欢，郭向红，马娟娟，石小虎．膜下滴灌条件下不同水氮供应对大棚番茄品质的影响．节水灌溉. http// 网络首发在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合出版管理条例和期刊出版管理规定的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认纸质期刊编辑部通过与中国学术期刊（光盘版）电子杂志社有限公司签约，在中国学术期刊（网络版）出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为中国学术期刊（网络版）是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。 膜下滴灌 条件 下 不同水 氮 供应对大棚 番茄品质的影响 李文玲 1， 孙 西 欢 *1,2， 郭向红 1， 马娟娟 1，石小虎 1 （ 1.太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024； 2.晋中学院，晋中 030619） 摘 要 为揭示 膜下滴灌水氮耦合效应对 大棚 番茄品质的影响 和寻求优质 番茄生产的 最佳 水氮耦合模式， 通过 膜下滴灌试验 ，对 不同水 氮处理 下番茄的品质指标进行测定 分析。试验设计 4 个灌水处理和 3 个施氮处理，灌水处理为苗期较充分灌水减少 50灌水量（ W1）、苗期与开花期较充分灌水减少 50灌水量（ W2）、全生育期较充分灌水减少 50灌水量（ W3）、全生育期充分灌水（ W4）；施氮处理为 200kg/hm2（ N1）、 300kg/hm2（ N2）、 400kg/hm2（ N3）。结果 表明， 苗期和 开花期 减少 灌水量能够提高番茄可溶性糖 、 VC 与 硝酸盐含量 ， 降低 有机酸 的含量 ；增加 施氮量 和 减少灌水量会使硝酸盐含量升高 。灌水 处理 、 施氮 处理和 水氮耦合对番茄可溶性糖 、有机酸 、 VC、 硝酸盐含量的影响 均达到极显著 水平 ；灌水 处理对番茄红素的影响 显著 ， 施氮量 和水氮耦合效应对番茄红素的影响不显著 ，并通过 主成分分析，对 番茄各项 品质指标进行综合分析，得到 综合评价 得分最高的水 氮耦合 为 W2N3。 关键词 膜下滴灌； 水氮 耦合； 番茄 ； 品质 ；主成分 分析 Effects of Different Water and Nitrogen Supply on Quality of Tomato in Greenhouse under Drip Irrigation LI Wen-ling1, SUN Xi-huan1, 2, GUO Xiang-hong1, MA Juan-juan1, SHI Xiao-hu1 1.College of Water Resources Science and Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, 030024,China;2.Jinzhong University,Jinzhong,030619, China Abstract In order to explore the effect of water-nitrogen coupling effect of drip irrigation under plastic mulch on the quality of tomato in greenhouse and obtain the best water-nitrogen coupling mode for tomato production. The quality targets of tomato under different water and nitrogen treatments were analyzed through drip irrigation under plastic mulch testing in greenhouse. 4 irrigation treatments and 3 nitrogen treatments were designed. The water treatments included 50 reduction of full irrigation at seedling stage W1, 50 reduction of full irrigation at seedling stage and flowering stage W2, 50 reduction of full irrigation at the whole growth stage W3, and full irrigation at whole growth stage W4; Nitrogen treatments were 200kg/hm2 N1, 300kg/hm2 N2, 400kg/hm2 N3.The results showed that reducing irrigation amount at seedling and flowering stage could increase the content of soluble sugar, VC and nitrate, but decrease the content of organic acid. Increasing nitrogen application could increase the content of nitrate. The effects of water treatment, nitrogen application and water-nitrogen coupling on the content of soluble sugar, organic acid, VC and nitrate of tomato were reached extremely significant levels. The effect of irrigation treatment on lycopene was significant, but the effect of nitrogen treatment and water-nitrogen coupling effect on lycopene was not significant. The quality targets of tomato were comprehensively analyzed through principal component analysis, and the highest comprehensive uation score of water-nitrogen coupling was the treatment of W2N3. Key Words drip irrigation under plastic mulch; water-nitrogen coupling; tomato; quality; principal component analysis 中图分类号 S275. 9 文献标识码 A 基金项目山西省重点 研发计划重点项目 （ 201703D211002） ； 山西省自然基金项目（ 201701D221193） 。 作者简介李文玲（ 1992-），女，硕士研究生，主要从事灌排理论方面的研究。 E- *通讯作者孙西欢（ 1960-），男，教授，博士生导师，主要从事节水灌溉与土壤动力学研究。E-。 网络首发时间2020-02-19 185857网络首发地址http// 引 言 番茄是 一种 常见的 经济作物，富含 人体 所需的多种维生素 和 矿物质， 具有 独特风味 [1]。近年来，我国番茄种植总面积维持在 108-110万 公顷 之间，番茄及其制品的消费以年均 15的增长率快速发展，市场前景广阔。但是 由于 不合理灌溉施肥，不仅造成耕地质量下降、水资源浪费 ， 也导致番茄产量下降、果实 品质不佳 [2-3]。因此，进一步研究 水氮耦 合 理论和 技术， 寻求科学的 灌施 模式，对 提高农田水氮利用率，促进 农业 可持续发展具有重要 的 现实意义。 番茄果实 品质 主要体现在 外观、口感、营养等方面，水 分和氮素对番茄的 品质影响甚重，目前关于 水 分 和氮 素 对番茄品质的影响 研究主要集中在 灌 水 量 和 施氮 量等单因素 或 全生育期水 氮 耦合 方面 [4-7]。前人研究得出增大灌水量显著降低了番茄可溶性 糖、 有机酸 、 VC、番茄红素和硝酸盐质量分数，适当降低 灌水 量可改善番茄品质，提高可溶性固形物、可溶性 糖、VC、等的含量 [8-12]，但土壤 含水率过低 时，植物 体内合成碳水化合物等营养物质会受到限制 ， 也会导致果实品质不佳 [13]。王雪梅等指出提高 氮肥施用量能 使 有机酸含量增加， 显著提高可溶性固形物的质量分数 ，而降低氮肥施用 量 能显著降低番茄硝酸盐质量分数 [9]。袁丽萍等指出 增加施氮量能显著提高 番茄 有机酸含量 [14]。前人针对水氮 单因子效应 和 耦合效应对番茄品质 的 影响已做了大量研究， 但 各 个 生育期 不同灌水 量 与 施氮量 的耦合效应对番茄品质的影响鲜有 报道 。 由于番茄 品质是一个综合性的 概念 ， 各指标间 彼此相关， 因此 单项指标不能 判定其 品质优劣， 需采用综合评价方法对番茄的品质进行 整体评估。主成分分析 法 是 一种综合评价方法，目前 已在 多领域 的综合评价中广泛应用 [15-17]。 本文通过小区试验，研究膜下滴灌条件下 大棚番茄品质对水氮耦合处理的响应 ，并采用主成分分析 法 建立 番茄综合品质 评价模型 [18-19]，将番茄 品质指标进行量化 和 评价， 以 获得 使 番茄品质最优的 灌施模式， 为 干旱 半干旱区 大棚番茄产业的可持续发展提供理论依据 和技术 指导 。 1 材料 与方法 1.1试验区概况 本试验于 2018 年 5 月 -10 月 在 山西省农业科学院旱地农业研究中心阳曲 县 河村试验基地进行。阳曲 县 地处忻州与晋中盆地之脊梁地带，地理位置 为 东经 112°12′113°09′，北纬37°56′38°09′112，属温带大陆性 季风 气候，海拔 1248.5m，年均温度 5℃ 7℃ ， 年均降水量459.0mm，降水集中在 6-9 月，年均蒸发 1546.9mm，全年无霜期约 144d，≥ 10℃的积温2840.6℃ 。土壤容重 1.43g/cm3，田间持水率为 0.31cm3/cm3。番茄定植前大棚 020cm 土壤理化性质见表 1。 表 1 土壤 理化性质 Tab.1 Physical and chemical properties of soil pH 有机质 / （ g·kg-1） 全氮 / （ g·kg-1） 碱解氮 / （ mg·kg-1） 速效磷 / （ mg·kg-1） 速效钾 / （ mg·kg-1） 8.43 15.32 1.12 52.21 22.31 120.32 1.2试验设计 本试验 设计 4个灌水处理 ，分别为苗期 灌水量较 充分灌水减少 50（ W1）、苗期与开花期 灌水 量 较 充分 灌水 减少 50（ W2）、 全生育 期 灌水量较 充分灌水减少 50（ W3）、全生育 期 充分灌水 （ W4） ； 3个 施氮处理，分别为 200kg/hm2（ N1） 、 300kg/hm2（ N2） 、 400kg/hm2（ N3） 。试验采用完全随机区组设计，每个处理重复三次，试验 水 平和 因素 设计见表 2。 试验地各小区 均为 3.6m 7m， 首尾 设置保护行 。番茄幼苗按单穴单株定植在垄两侧，株行距为 0.5m 0.5m，种植密度为 2.5 株 /m2。 定植前 3-4 天铺设黑色塑料地膜 ， 整地时将所有有机肥、钾肥、磷肥、钙镁硼微量元素 （有机肥 20000kg/hm2、 200kgP2O5/hm2、300kgK2O/hm2） 均匀基施， 氮素按试验处理 将其 3/5作为基肥施入耕作层，在番茄第一穗果实膨大期、第三穗果实膨大期分别追施 1/5，每次追肥将尿素溶解于施肥罐中随滴灌带施入作物 根区 。 全生育期内，每株番茄在 5穗果后摘 心，每穗留 5-6个番茄，其他喷药等措施均按当地常规进行。 番茄 生育期 划分为 苗期 （ 2018.06.04-2018.06.23 ） 、开花期（ 2018.06.23-2018.07.21） 、 成熟期（ 2018. 07.21-2018.09.15） 。 表 2 试验 水平和因素 设计 Tab.2 Test level and factor design 处理 水分处理 总施氮量/kg· hm-2 苗期 开花期 成熟期 W1N1 0.5I I I 200 W1N2 0.5I I I 300 W1N3 0.5I I I 400 W2N1 0.5I 0.5I I 200 W2N2 0.5I 0.5I I 300 W2N3 0.5I 0.5I I 400 W3N1 0.5I 0.5I 0.5I 200 W3N2 0.5I 0.5I 0.5I 300 W3N3 0.5I 0.5I 0.5I 400 W4N1 I I I 200 W4N2 I I I 300 W4N3 I I I 400 注 I为灌水上限为田间持水量的 90的灌水量 mm， I100.9θFc-θvZr0.6； θFc为田间持水 量 cm3/cm3； θv为灌水前的土壤含水量 cm3/cm3； Zr为计划湿润层深度 cm，依据番茄根系生长，本试验取 60cm； 0.6为湿润比。 1.3测定项目 方法 测定番茄品质取第三穗成熟 的新鲜番茄进行测定， 可溶性 糖采用蒽酮比色法测定 [20]、有机酸采用氢氧化钠滴定法测定 [20]（以 苹果酸 计 ） 、 VC 含量 采用钼蓝比色法 测定 [21]、 硝酸盐 含量采用硫酸 -水杨酸法测定 [22]、番茄红素采用有机溶剂萃取法测定 [23]。 1.4数据 统计分析 采用 Office Excel 2013对 数据 进行 计算处理，采用 SPSS 23.0进 行方差 分析和主成分分析 ， 采用 Origin 2018作图 。 2 结果 与分析 2.1不同 水氮 处理 对番茄品质的 影响 2.1.1不同水氮 处理 对番茄可溶性 糖含量的影响 图 1 不同 水 氮 处理下番茄可溶性糖含量 Fig.1 Soluble sugar content under different water and nitrogen treatments 可溶性 糖 是植物组织 中能溶于水的糖 类，其 含量高低直接影响番茄的风味和口感 。 图 1为不同 水氮 供应下 的 番茄 可溶性糖含量 。由图 1可知，灌水 处理相同时 ， 施氮量 N2处理 的可溶性糖 含量 均达到 最大值， 较 N1、 N3 处理平均高 20.18、 17.71； 施氮 量相同时 ， 灌水处理 为 W2时的 可溶性糖含量 均 为最高 ， 分别 为 8.27、 9.33、 8.53，分别较 W4高出42.71、 17.26、 23.14。由于灌水处理和施氮处理可能对番茄可溶 性糖含量 存在交互效应。因此进一步对数据样本进行了双因素方差分析，如 表 3所示 。 经 方差分析 ，灌水处理 、施氮处理与水氮交互作用对番茄可溶性糖含量的影响均达到极显著水 平 （ P施氮处理 水氮交互 。 各水氮耦合处理 下 ， W2N2处理 下可溶性糖含 量最高，达到9.53， W1N3处理 下番茄可溶性糖含量最少，为 4.96。 2.1.2不同水氮 处理 对番茄 有机酸 含量 的影响 图 2 不同 水 氮 处理下番茄 有机酸 含量 Fig.2 Organic acid content under different water and nitrogen treatments 果实 中有机酸是 组成果实 品质风味的重要因素， 其 含量 受 诸多因素影响，如光照、 温度 、水分、 肥 料等。 由图 2 可知， 灌水处理为 W1、 W2 和 W4 时，施氮量 为 N3 时的有机酸含量均 达到 最低，平均低于 N1、 N2 的 16.73、 14.71，灌水处理为 W3 时，施氮量 为 N1时 的有机酸含量最低，平均低于 N2、 N3的 20、 27.27；施氮量 为 N1时， W3处理的 有机酸含量最少 ， 相对于 W4低 47.45； 施氮量 为 N2、 N3时 ， W2处理的 有机酸含量最少 ，相对于 W4 处理低 30.77、 36.36。 对数据样本进行的双因素方差分析，如 表 3 所示 。 由方差分析 知 ， 灌水处理 、施氮处理与水氮交互作用对番茄可溶性糖含量的影响均达到极显著水 平 （ P施氮处理 水氮交互。各水氮耦合处理 下 ， W4N1 处理 的番茄有机酸含量最 多 ， 达到 0.25， W2N3处理 下番茄有机酸含量最少 ，为 0.12。 2.1.3不同水氮 处理 对番茄 VC 含量 的影响 图 3 不同 水 氮 处理下番茄 VC含量 Fig.3 VC content under different water and nitrogen treatments 维生素 C 又称抗坏血酸 ，是一种水溶性 维生素 ， 具有 抗氧化和抗衰老 等 功能。 如图 3所示， 灌水处理相同时，施氮量 为 N2时的 VC含量均 达到最大 ，分别较 N1、 N3高出 16.43、14.35；施氮量 为 N1时， W2处理下 的 VC含量 最 多， 相对于 W4高出 45.46，施氮量 为N2、 N3时， W1处理的 VC含量 最 高，较 W4分别高出 42.79、 55.27。 对数据样本进一步 的 双因素方差分析如 表 3所示 。 由 方差分析 知 ， 灌水处理 、施氮处理与水氮交互作用对番茄 VC 含量的影响均达到极显著水 平 （ P施氮处理 水氮交互 。 各水氮耦合处理 下， W1N2 处理 的番茄 VC 含量最 多 ， 达到 39.18mg/100g，而 W4N3 处理 下番茄VC含量最少， 为 21.73mg/100g。 2.1.4不同水氮 处理 对 番茄红素含量的影响 图 4 不同 水 氮 处理下番茄 红素 含量 Fig.4 Lycopene content under different water and nitrogen treatments 番 茄红素 主要存在于 番茄 成熟果实中， 具有 较强的抗氧化 性 及抗癌 功效 。 如图 4所示，灌水处理为 W1、 W2时 ， 施氮量 为 N3时的番茄红素含量 达到最大 ，分别较 N1、 N2高 2.25、4.75、 1.74、 1.94，灌水处理为 W3、 W4时 ， 施氮量 为 N1时 的番茄红素含量最 高 ， 分别 较 N2、 N3高 1.48、 0.1、 0.52、 0.02； 施氮 量 相同时， 灌水处理 为 W4时的番茄 红素 含量均 达到最 高。数据样本的 双因素方差分析如 表 3所示 。 经 方差分析， 灌水处理 对 番茄红素含量的影响 为 极显著 （ P施氮处理 水氮交互 。 各水氮耦合处理 下 ， W4N3处理 的 番茄 红素含量最 多 ，达 42.94mg/kg，而 W1N2处理 下 番茄 红素含量最少 ，为 35.40mg/kg。 2.1.5不同水氮 处理 对番茄硝酸盐 含量的影响 图 5 不同 水 氮 处理下番茄 硝酸盐 含量 Fig.5 Nitrate content under different water and nitrogen treatments 硝酸盐 含量是衡量蔬菜品质的重要指标之一， 蔬菜 中 的 高硝酸盐含量 不仅 对 人体存在 潜在危害， 同时也降低 了 果实 品质 。如图 5所示， 灌水处理相同 时 ，施氮量 为 N1的硝酸盐含量均为 最 低，分别低 于 N2、 N3 的 20.74、 50.46、 22.89、 25.02、 0.09、 23.97、27.75、 49.45；在施氮量 为 N1与 N3的处理 下，灌水 处理 为 W4时，硝酸盐含量 最 低，分别 为 5.03mg/kg、 9.96mg/kg。 在 N2处理下 ， 灌水 为 W1 时 ， 硝酸盐含量 最 低，较 W4 处理低 1.632。数据样本的双因 素方差分析如 表 3 所示 。 由 方差分析 可知 ， 灌水处理 、施氮处理与水氮交互作用对番茄 硝酸盐 含量的影响均达到极显著水 平 （ P灌水处理 水氮交互 。 各水氮耦合处理 下， W3N3 处理 的番茄 硝酸盐 含量最 多 ， 达到12.69mg/kg，而 W4N1处理 下番茄 硝酸盐 含量最少， 为 5.03mg/kg。 表 3 番茄品质指标双因素方差分析 Tab.3 Two-way ANOVA of tomato quality indexs 处理 指标 III 类平方和 自由度 均方 F 显著性 W 可溶性糖 67.819 3 22.606 855.614 P0.000 有机酸 0.032 3 0.011 886.391 P0.000 VC 681.875 3 227.292 406.983 P0.000 番茄红素 197.802 3 65.934 62.534 P0.000 硝酸盐 43.26 3 14.42 354.78 P0.000 N 可溶性糖 17.914 2 8.957 339.01 P0.000 有机酸 0.021 2 0.01 883.282 P0.000 VC 188.789 2 94.392 169.02 P0.000 番茄红素 5.189 2 2.594 2.461 0.107 硝酸盐 120.701 2 60.35 1484.822 P0.000 W N 可溶性糖 6.758 6 1.126 42.63 P0.000 有机酸 0.001 6 0 11.757 P0.000 VC 55.618 6 9.270 16.598 P0.000 番茄红素 8.762 6 1.46 1.385 0.261 硝酸盐 12.246 6 2.041 50.213 P0.000 2.2番茄 品质的综合评价 由于 番茄品质是一个综合指标，单独 由 其中一 项 指标并不能 全面反映 其 等级优劣 ， 故 需要 对 各项指标进行综合分析及评价。 选取评价变量分别为可溶性糖（ X1）、有机酸含量（ X2）、VC含量（ X3）、硝酸盐含量（ X4）、番茄红素含量（ X5） 5个 品质指标 ，利用 SPSS23.0对 标准化后的数据进行主成分分析，根据特征值大于 1的 标准对各处理主成分进行提取，得到评价体系的总方差 解释 表 ，见 表 4。 结果 表明 ，前 2个 主成分累积贡献率达到 71.297，因此可用 这 2 个 主成分 可代替 原来的 5 个 指标 来 对 番茄 品质进行 评价 。第 1 主成分 贡献率达到40.508，主要反映 可溶性 糖（ X1） 、 有机酸（ X2）、 VC（ X3） 、 硝酸盐（ X5） 4个 指标 的 影响，第 2主成分 贡献率为 30.789，主要以番茄红素（ X4）的影响为主 。结合 表 4与表 5计算，得 到 主成分得分函数 如下 1 1 2 3 4 50 . 1 6 6 0 . 3 1 6 0 . 1 7 0 0 . 0 0 6 0 . 2 9 6F x x x x x 1 2 1 2 3 4 50 . 2 9 6 0 . 0 3 5 0 . 3 1 9 0 . 4 8 0 0 . 0 3 4F x x x x x − − 2 以各主成分所对应的贡献率占全部主成分的累计贡献率的比例作为权重，计算得到综合主成分的得分模型 1 2 3 4 50 . 2 2 2 0 . 1 9 5 0 . 0 4 1 0 . 2 1 1 0 . 1 5 3F x x x x x − 3