全 文 ：控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄
生长、果实产量及品质的影响*
张摇 强1 摇 徐摇 飞1, 2 摇 王荣富2 摇 束良佐1**摇 刘摇 瑞1 摇 张德雨1
( 1淮北师范大学生命科学学院 /资源植物生物学安徽省重点实验室, 安徽淮北 235000; 2安徽农业大学生命科学学院, 合肥
230036)
摘摇 要摇 以高产大果型西红柿品种中研 988 为材料,采用分根培养的方法,研究了控制性分
根交替灌溉(APRI)条件下,不同氮素形态(硝态氮、铵态氮)对番茄生长、产量及果实品质的
影响.结果表明: 同一灌溉方式或下限处理下,铵态氮对番茄植株前期生长有利,而硝态氮促
进番茄植株后期生长,并促进果实产量增加.在 APRI 同一灌水下限下,硝态氮处理可提高果
实维生素 C含量及糖酸比,提高营养品质.同一氮素形态供应下,APRI 番茄的株高和叶面积
均小于正常灌溉(CK),但灌水下限为 60%田间持水量(兹f)的 APRI处理番茄茎粗在生长后期
有所增加.在同一氮素形态下,与 CK相比,APRI 各处理的产量均下降,其中灌水下限在 40%
兹f的 APRI处理产量下降了 22. 4% ~ 26. 3% ;而灌水下限在 60% 兹f的 APRI 处理仅下降了
5. 3% ~5. 4% ,下降幅度相对较小,而品质显著提高,并具有明显的节水效果.因此,控制灌水
下限在 60% 兹f、供应硝态氮的 APRI处理为番茄高产、优质、节水的最佳处理.
关键词摇 氮形态摇 交替灌溉摇 番茄摇 产量摇 品质
*国家自然科学基金面上项目(31071868)、教育部高校留学回国人员科研项目和资源植物生物学安徽省重点实验室项目(ZYZWSW2014004)
资助.
**通讯作者. E鄄mail: shulz69@ 163. com
2014鄄02鄄26 收稿,2014鄄09鄄15 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)12-3547-09摇 中图分类号摇 Q945. 79摇 文献标识码摇 A
Effects of nitrogen forms on the growth, yield and fruit quality of tomato under controlled
alternate partial root zone irrigation. ZHANG Qiang1, XU Fei1,2, WANG Rong鄄fu2, SHU
Liang鄄zuo1, LIU Rui1, ZHANG De鄄yu1 ( 1 School of Life Sciences, Huaibei Normal University / Key
Laboratory of Plant Resources and Biology of Anhui Province, Huaibei 235000, Anhui, China;
2School of Life Sciences, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. , 2014, 25(12): 3547-3555.
Abstract: The effects of nitrogen (N) forms ( ammonium鄄N and nitrate鄄N) on the growth, yield
and fruit quality of tomato plants (cv. Zhongyan 988) under controlled alternate partial root zone ir鄄
rigation (APRI) were examined in a split鄄root experiment. Under the same irrigation mode and / or
controlled soil water limitation treatment, ammonium鄄N promoted plant growth at the early stage,
while nitrate鄄N improved plant growth and development at the later stage leading to higher biomass
accumulation and fruit yield at harvest. Under APRI and the same soil water conditions, plants of
the nitrate鄄N treatment improved the content of vitamin C and the ratio of soluble sugar to organic
acid and thus facilitated fruit quality when compared with those of the ammonium鄄N treatment.
Plant height and leaf area under APRI treatment were lower compared with conventional irrigation
(CK) under the same N form, but the stem diameter under APRI treatment with 60% 兹f (field wa鄄
ter capacity, 兹f) soil moisture showed a slight increase at the late growth stage. Under the same N
form, fruit yield was significantly lower in APRI treatment than that of the CK. Compared with the
CK, fruit yield decreased by 22. 4% -26. 3% under the APRI treatment with 40% 兹f soil moisture.
Under 60% 兹f soil moisture, the APRI treatment significantly improved fruit quality and water鄄use
efficiency compared with the CK regardless small reduction (5. 3% -5. 4% ) in fruit yield. The ex鄄
perimental results suggested that the APRI treatment with the lower limitation of soil moisture con鄄
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 12 月摇 第 25 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2014, 25(12): 3547-3555
trolled at 60% 兹f and nitrate鄄N supply would be the optimal option in terms of sustainable use of wa鄄
ter resource and fertilizer.
Key words: nitrogen form; alternate partial root zone irrigation; tomato; fruit yield; fruit quality.
摇 摇 伴随世界范围内水资源的日益紧缺与农业灌溉
用水利用效率较低的矛盾不断激化,作物产量和水
分利用效率的同步提高已成为当今节水农业所追求
的一个主要目标[1] . 在节水的前提下,国内外开发
了多种灌溉技术,其中根系分区交替灌溉是一种切
实可行的节水灌溉技术[2-3] . 康绍忠等[4]在国内外
研究与实践的基础上,系统地提出控制性分根交替
灌溉的农田节水新概念,并且在理论和应用方面开
展了系统而深入的研究[4-5] . 关于控制性分根交替
灌溉已经在许多作物上做了大量研究[4-6],结果表
明,控制性分根交替灌溉能够控制植物的营养生长,
显著降低蒸腾,能够达到不牺牲光合产物积累和产
量而大幅度提高作物水分利用效率的目的. 在农业
生产上,灌溉的同时往往追施氮肥.氮素是作物生长
发育所必需的营养元素,能够显著影响作物生长,不
同氮素形态对植物生长发育和抗旱性有不同影
响[7-8] .目前,关于控制性分根交替灌溉下水氮互作
的研究已越来越受到关注[9-11],而在交替根区灌溉
方式下,如何合理施肥和设置灌溉下限,从而提高资
源利用效率和作物产量则成为水肥耦合研究的热
点[12] .番茄(Lycopersicon esculentum)是我国设施栽
培的主要蔬菜品种之一.在番茄的设施栽培中,土壤
水分和施肥管理是其高产栽培的关键技术环节. 因
此,本研究采用水肥需求量较大的番茄作为研究材
料,通过盆栽分根试验的方式,研究控制性分根区交
替灌溉方式下氮形态对番茄生长、产量及品质的影
响,以期探索番茄高产、优质、高效的水氮组合,为交
替根区灌溉下水肥高效利用提供理论依据和指导.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料与试验方法
试验于 2012 年在安徽省淮北市杜集区滂汪无
公害蔬菜基地设施大棚内进行. 试验采用盆栽的方
式,选用口径 30 cm、高 27 cm的白色塑料花盆.用塑
料薄膜在花盆正中间隔开形成大小一致的两个区
室,每个区室装入 4. 89 kg的风干土壤,即每盆装风
干土壤 9. 78 kg.土壤取自淮北市郊一无公害蔬菜基
地,土壤中铵态氮 6. 80 mg·kg-1、硝态氮 18郾 37
mg·kg-1、全氮 417. 89 mg · kg-1、全磷 521郾 36
mg·kg-1、全钾 376郾 21 mg·kg-1、容重 1郾 35 g·cm-3、
有机质 14. 14 g·kg-1、田间持水量 21. 9% .
在装盆前向土壤中加入养分,养分以化学试剂
(分析纯)的形式加入.养分的加入量(mg·kg-1)如
下:KH2 PO4 987. 75、MgSO4 ·7H2 O 770. 85、CaCl2
252. 675、ZnSO4·7H2O 33. 18、MnSO4·H2O 22. 5、
CuSO4·5H2O 29. 25、FeSO4·7H2O 37. 23、H3 BO3
1. 575.氮肥以含氮量 300 mg·kg-1加入,分别以 Ca
(NO3) 2·4H2O 或(NH4) 2 SO4形式添加,形成硝态
氮肥和铵态氮肥两个氮形态处理. 向铵态氮处理的
土壤中加入 1. 44 g·kg-1 CaCl2以平衡钙离子.
供试番茄品种为中研 988(北京中研益农种苗
科技有限公司提供).番茄经穴盘育苗 32 d 后,于 2
月 18 日选取长势均匀一致的幼苗定植在盆中央,并
使根系均匀分布于两侧根室. 定植后缓苗期间进行
常规水分管理,定植 26 d 后(3 月 14 日)在两种氮
形态施肥处理的基础上,设置正常灌溉和两种土壤
水分控制下限的交替灌溉处理. 其中正常灌溉是指
在两侧根室同时均匀灌溉,当土壤含水量达到田间
持水量(兹f)的 60%时进行灌溉,灌至 90% 兹f;交替
根区灌溉是两侧根室分别进行干燥和浇水,并且一
定时间后干燥侧与灌溉侧交替. 本试验对干燥侧进
行控制,设置两种灌溉下限:60% 兹f、40% 兹f,即当干
燥侧的土壤水分达到下限时即进行交替,对干燥侧
进行灌溉,灌溉至 90% 兹f,而原先灌溉侧使其干燥.
试验共计 6 个处理(表 1),每个处理 18 盆重复,共
108 盆.土壤含水量用水势仪(SWP鄄100 型,中国科
学院南京土壤研究所技术服务中心生产)埋入土壤
监测. 番茄生长期间动态测定叶片水势、丙二醛含
表 1摇 试验设计
Table 1摇 Experimental design
处理
Treatment
水氮供应方法
Water and nitrogen supply method
CKX 土壤供应硝态氮、两侧正常灌溉(90% 兹f)
X60 土壤供应硝态氮、两侧交替根区灌溉,干燥侧水分下限
达到 60% 兹f时对该侧根室进行灌溉
X40 土壤供应硝态氮、两侧交替根区灌溉,干燥侧水分下限
达到 40% 兹f时对该侧根室进行灌溉
CKA 土壤供应铵态氮、两侧正常灌溉(90% 兹f)
A60 土壤供应铵态氮、两侧交替根区灌溉,干燥侧水分下限
达到 60% 兹f时对该侧根室进行灌溉
A40 土壤供应铵态氮、两侧交替根区灌溉,干燥侧水分下限
达到 40% 兹f时对该侧根室进行灌溉
8453 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
量、叶绿素含量、形态指标(株高、叶面积和茎粗)、
光合指标(光合速率、蒸腾速率和气孔导度)和产量
等.动态测定时期包括:前期:2 月 18 日—4 月 21
日,包括苗期鄄开花座果期;中期:4 月 22 日—5 月 25
日,包括开花座果期鄄果实膨大期;后期:5 月 26 日—
7 月 3 日,包括果实膨大期鄄果实成熟期. 在试验过
程中分 3 个时期(4 月 21 日、5 月 25 日、7 月 3 日)
对番茄进行收苗,每次采样时各处理随机测定 6 个
重复.在后期进行果实品质指标测定.
1郾 2摇 测定项目及方法
1郾 2郾 1 形态指标的测定 株高:用卷尺测量茎基部到
苗顶的长度.茎粗:离地面 1 cm 处用数显游标卡尺
测量,精度 0. 01 mm.叶面积:收苗前从植株的上中
下不同部位选取若干叶片,用 EPSON扫描仪(Epson
Perfection V700 Photo, Epson, 日本)扫描,并用 Win
FOLIA REG 标准版叶面积分析软件(Regent Instru鄄
ments, Inc. , Quebec, 加拿大)计算叶面积,之后烘
干称量,得出叶面积与干质量的比例,收苗时测其全
部叶片质量,并依此求出整株叶面积.
1郾 2郾 2 叶片光合指标的测定摇 随机选取新完全展开
的叶片,用 Li鄄6400 光合仪( Li鄄Cor, 美国)在晴天
9:00—11:00 测定光合速率等光合指标. 每个叶片
待读数稳定之后读取 4 ~ 6 个数据,取其平均数代表
该叶片光合参数,包括净光合速率(Pn)、气孔导度
(gs)、蒸腾速率(Tr)等指标.
1郾 2郾 3 叶片生理指标的测定摇 选择植株完全展开的
新成熟叶片测定生理指标. 叶绿素(Chl)含量直接
用便携式叶绿素测定仪(SPAD,日本)测定,叶片水
势(鬃leaf)用压力室仪(SEC鄄3005,美国)测定,丙二醛
(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法[13]测定.
1郾 2郾 4 果实品质的测定摇 果实品质的测定仅对后期
成熟的果实进行.果实取样时摘取成熟度一致的果
实,品质测定指标包括果实硬度、可溶性总糖、有机
酸、维生素 C 含量和硝酸盐含量.其中,果实硬度使
用手持硬度计(GY鄄2 水果硬度计,西安)直接测定,
可溶性总糖使用手持糖量计(TD鄄45,日本)直接测
定,有机酸采用碱滴定法[14]测定,维生素 C 含量采
用 2,6鄄二氯酚靛酚滴定法[15]测定,硝酸盐含量采用
水杨酸鄄硫酸比色法[15]测定.
1郾 3摇 数据处理
所用数据均为 6 次重复测定的平均值.采用单
因素方差分析法(one鄄way ANOVA)比较同一指标在
不同处理间的差异显著性. 采用 SPSS 20. 0 软件对
数据统计分析,采用 SigmaPlot 12. 5 软件作图.文中
数据用平均值依标准误表示.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片水
势(鬃leaf)的影响
由图 1 可见,在同一种灌溉处理下,前期铵态氮
处理的番茄植株 鬃leaf高于硝态氮处理;但随着番茄
生长过程的进行,在中期和后期,硝态氮处理的植株
鬃leaf超过铵态氮处理,且在中期以后,鬃leaf呈降低趋
势.此外,灌溉方式也影响 鬃leaf,交替根区灌溉下
鬃leaf降低,且水分下限控制在 40% 兹f时下降幅度
更大.
2郾 2摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片丙
二醛(MDA)和叶绿素(Chl)含量的影响
由图 2 可见,同一灌溉处理下,前期硝态氮供应
的植株叶片 MDA 含量显著高于铵态氮处理;但是
到中期时,铵态氮处理的植株 MDA 含量高于硝态
氮处理;至生长后期,两种氮形态处理的 MDA 含量
均降低.交替灌溉处理的植株叶片 MDA 含量均高
于正常灌溉处理,并且随着灌溉下限的降低,植株叶
片 MDA含量显著升高.
硝态氮供应的番茄植株 Chl含量随着生长过程
呈现先增加后降低的规律,而铵态氮供应的植株
Chl 含量在后期显著下降(图 2). 在同一灌溉处理
下,前期铵态氮处理的 Chl含量相对较高,但随着植
株的生长,硝态氮处理植株的 Chl 含量逐渐超过铵
态氮处理.正常灌溉下 Chl 含量与水分下限控制在
6 0% 兹f的交替灌溉处理没有显著差异,但都显著高
图 1摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片水势的影
响
Fig. 1摇 Effects of nitrogen forms on leaf water potential (鬃leaf)
of tomato under controlled partial root鄄zone irrigation.
ES: 前期 Early stage; MS: 中期 Middle stage; LS: 后期 Late stage. 不
同小写字母表示处理间差异显著(P <0. 05) Different small letters
meant significant difference at 0. 05 level among treatments. 下同 The
same below.
945312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 强等: 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄生长、果实产量及品质的影响摇 摇 摇 摇 摇
图 2摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片丙二醛和
叶绿素含量的影响
Fig. 2 摇 Effects of nitrogen forms on malondialdehyde (MDA)
and chlorophyll contents of tomato leaves under controlled partial
root鄄zone irrigation.
于水分下限控制在 40% 兹f的交替灌溉处理.
2郾 3摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄株高、茎
粗和叶面积的影响
由图 3 可见,番茄株高在前期鄄中期增长较快,
而后期增长有所减缓. 灌溉处理和氮形态对番茄生
育期内的株高都会产生明显的影响. 在番茄生长前
期,同一灌溉处理下铵态氮供应的植株株高高于硝
态氮处理,不同灌溉处理间只有水分下限控制在
40% 兹f的交替灌溉处理株高显著下降. 但随着番茄
的生长,在中期和后期,同一灌溉处理下硝态氮供应
的植株株高都超过了铵态氮处理;交替根区灌溉显
著降低了植株株高,在低水分下限下株高下降更明
显.在植株生长后期,两个水分控制下限下,硝态氮
处理株高分别下降 5. 3% 、14. 4% ,铵态氮处理分别
下降 6. 7% 、15. 5% .番茄叶面积的变化与株高对不
同水氮处理的响应一致,只是在生长前期不同灌溉
处理已经显著影响了叶面积,并且在后期两个交替
灌溉下限下硝态氮处理的植株叶面积分别下降了
15. 5% 、43. 6% ,铵态氮处理分别下降了 12郾 9% 、
37. 1% . 这说明叶面积对灌溉处理比株高变化更
敏感.
植株茎粗在前期的变化规律与株高表现一致
(图 3);而中期仅水分下限控制在 40% 兹f的交替灌
溉处理显著低于其他水分处理;在后期茎粗表现为
图 3摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片株高、茎粗
和叶面积的影响
Fig. 3摇 Effects of nitrogen forms on plant height, stem thickness
and leaf area of tomato under controlled partial root鄄zone irriga鄄
tion.
水分下限控制在 60% 兹f的交替灌溉处理有增粗的趋
势,并在硝态氮供应下显著高于其他两个水分处理.
在中期和后期硝态氮处理的植株茎粗都高于相应水
分下的铵态氮处理. 表明适当的水分控制可以促进
植株的茎粗增长.
2郾 4摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片光
合作用的影响
由图 4 可见,植株的净光合速率(Pn)在前期、
中期较高,后期明显降低. 同一灌溉处理下,在植株
生长前期,铵态氮处理的植株 Pn超过硝态氮处理,
至生长中、后期,硝态氮处理的植株 Pn超过铵态氮
处理.同一氮形态不同灌溉处理之间,正常灌溉与水
分下限控制在 60% 兹f的交替灌溉处理的番茄植株
Pn差异不显著,但两者都显著高于水分下限控制在
40% 兹f的交替灌溉处理,说明当交替灌溉下限设置
适当时不会影响Pn ,而设置过低时会导致Pn显著
0553 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 4摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄叶片净光合速
率、蒸腾速率和气孔导度的影响
Fig. 4 摇 Effects of nitrogen forms on net photosynthesis rate
(Pn), transpiration rate (Tr) and stomatal conductance (gs) of
tomato leaves under controlled partial root鄄zone irrigation.
下降. Tr对水氮耦合的响应与 Pn有类似的规律,但
是在生长后期 Tr下降幅度小于 Pn .
在同一灌溉处理铵态氮供应下,前期植株气孔
导度(gs)高于硝态氮供应的植株(图 5),而在中期
低于硝态氮供应的植株,且不同灌溉处理之间差异
基本达到显著水平.到后期,正常灌溉下铵态氮供应
的植株 gs显著低于硝态氮供应的植株,交替灌溉下
gs在不同氮形态处理间差异不显著,而水分下限控
制在 40% 兹f时 gs显著降低.
2郾 5摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄果实产
量和品质的影响
由于前期番茄处于营养生长阶段,没有果实,因
此果实产量从中期开始比较.在中期,不同灌溉处理
已显著影响果实产量,并随交替灌溉及其水分下限
的降低产量显著下降,硝态氮供应下番茄产量高于
相应铵态氮供应植株(图5) .后期的变化与中期相
图 5摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄产量的影响
Fig. 5摇 Effects of nitrogen forms on yield of tomato under con鄄
trolled partial root鄄zone irrigation.
似,但是各处理产量大幅度提高.硝态氮供应下正常
灌溉的植株产量最高,达到每株 3. 77 kg,水分下限
控制在 60% 兹f时达到每株 3. 56 kg,仅下降了 5郾 4% ,
而控制下限在 40% 兹f时每株仅 2. 78 kg,下降了
26郾 3% ;铵态氮供应下,60% 兹f、40% 兹f控制下限下产
量分别下降了 5. 3% 、22. 4% .同一灌溉处理不同氮
形态间比较,CKX、X60、X40比 CKA、A60、A40分别高
19郾 5% 、19. 3% 、15. 4% ,平均高 18. 1% .由此可见,
水分下限控制在 60% 兹f的交替灌溉处理能够大幅度
节水,且对产量影响较小;而 40% 兹f虽然能够节水,
但是产量下降幅度较大.
同一灌溉处理下铵态氮供应的番茄植株果实硬
度大于硝态氮供应的植株果实.对于硝态氮,植株果
实硬度表现为 CKX
量高于同一灌溉下铵态氮处理;交替灌溉下植株果
实 Vc 含量显著增加,且水分下限控制在 40% 兹f的
Vc含量最高(表 2),这表明灌水量的减少有利于果
实中 Vc 含量的提高. 果实可溶性糖以水分下限控
制在 40% 兹f的交替灌溉处理最高,在该水分条件下
氮形态处理间没有差异,正常灌溉降低了可溶性糖
含量,且 A60、CKA分别高于 X60、CKX.因此,交替灌
溉也有利于果实中可溶性总糖含量的提高. 果实有
机酸含量随灌溉处理的变化正好与可溶性糖相反,
在正常灌溉下两个氮形态处理都最高,并随交替灌
溉及其下限的降低而降低;在交替灌溉下铵态氮供
应的果实有机酸含量高于硝态氮供应的果实. 说明
交替灌溉可以显著降低果实中有机酸含量. 果实的
糖酸比在正常灌溉下最低,且 CKX 低于 CKA. 而交
替灌溉及降低水分下限可显著提高糖酸比;在交替
根区灌溉下硝态氮供应的植株果实糖酸比高于相应
铵态氮供应的植株果实.果实硝酸盐含量均以硝态
155312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 张摇 强等: 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄生长、果实产量及品质的影响摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄果实品质的影响
Table 2摇 Effects of nitrogen forms on fruit quality of tomato under controlled partial root鄄zone irrigation
处理
Treatment
硬度
Hardness
(kg·cm-2)
Vc
Vitamin C
(mg·100 g-1)
可溶性总糖
Soluble sugar
(% )
有机酸
Organic acid
(% )
糖酸比
Sugar / acid
硝酸盐
Nitrate
(mg·kg-1)
CKX 5. 82依0. 14d 20. 08依0. 65c 5. 15依0. 14d 0. 42依0. 02a 12. 19依0. 34f 69. 17依3. 97c
X60 6. 09依0. 16c 23. 36依0. 80b 6. 28依0. 19c 0. 32依0. 02c 19. 44依0. 82c 77. 56依3. 31b
X40 6. 72依0. 17b 28. 19依1. 05a 7. 28依0. 24a 0. 28依0. 02d 26. 32依1. 30a 90. 31依2. 54a
CKA 6. 86依0. 24b 15. 10依0. 69e 6. 12依0. 28c 0. 44依0. 02a 13. 77依0. 15e 50. 64依4. 10e
A60 6. 93依0. 17b 17. 45依0. 82d 6. 76依0. 30b 0. 37依0. 02b 18. 21依0. 26d 58. 01依4. 12d
A40 7. 51依0. 19a 21. 10依1. 18c 7. 52依0. 32a 0. 36依0. 02b 20. 95依0. 21b 69. 30依4. 02c
同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0. 05) Different small letters in the same column meant significant difference at 0. 05 level among treat鄄
ments.
图 6摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄瞬时水分利用
效率的影响
Fig. 6摇 Effects of nitrogen forms on instantaneous water use effi鄄
ciency (iWUE) of tomato under controlled partial root鄄zone irri鄄
gation.
氮处理高于相应铵态氮处理,且随着交替灌溉及其
水分下限的降低而增加. 表明交替灌溉易使果实中
硝酸盐含量提高,尤其是硝态氮供应的植株果实更
容易积累硝酸盐.
2郾 6摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄瞬间水
分利用效率(iWUE)的影响
由图 6 可见,番茄的 iWUE 在前期、中期较高,
后期明显降低.同一灌溉处理下,在植株生长的前期
和中期,铵态氮处理的植株 iWUE 超过硝态氮处理
的植株;至生长后期,硝态氮处理的植株 iWUE 超过
铵态氮处理的植株. 同一氮素形态不同灌溉处理之
间,前期水分下限控制在 60% 兹f和 40% 兹f的植株
iWUE 差异不显著,但两者都显著高于正常灌溉处
理;中期水分下限控制在 40% 兹f的植株 iWUE 显著
高于水分下限控制在 60% 兹f的处理,两者都显著高
于正常灌溉处理;而后期水分下限控制在 60% 兹f处
理的植株 iWUE显著高于水分下限控制在 40% 兹f的
处理,两者都显著高于正常灌溉处理.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 控制性分根交替灌溉对番茄产量与品质的影响
本研究发现,同一氮形态下,交替灌溉各处理的
产量尽管低于正常灌溉,但与灌水下限 40% 兹f的交
替灌溉相比,灌水下限 60% 兹f的交替灌溉处理产量
降幅并不大,仅比正常灌溉下降了 5. 3 ~ 5. 4% (图
5).灌水下限 60% 兹f的交替灌溉处理的产量降幅较
低,与该处理对番茄植株的 Pn影响较小而显著影响
其 gs并降低 Tr有关.这与其他研究者进行控制性分
根交替灌溉时较低的灌水下限处理使园艺作物、玉
米作物的 gs降低的结果相似[16-18] .这主要是因为交
替灌溉时,干燥一侧根系受到干旱胁迫后产生的脱
落酸(ABA)可随蒸腾流运至地上部分,促使气孔关
闭.而部分气孔关闭有利于减少 gs,降低奢侈蒸腾,
同时,gs的降低在一定范围内对 Pn影响不大,因而
导致叶片水分利用效率大幅度提高. 上述试验结果
也表明,在进行交替灌溉时需要设置合理的灌水下
限,才能达到节水稳产的目的.这与其他研究者的研
究结论一致.如刘贤赵等[19]在研究根系分区交替灌
溉不同灌水上下限对茄子生长与产量的影响时发
现,设置合理的灌水下限(50% 兹f)的交替灌溉处理,
灌水利用效率比常规灌溉提高了 43. 4% ,产量增加
10. 8% ;而过低的土壤含水率灌水下限会使产量降
低.胡笑涛等[20]研究也发现,控制性分根交替灌溉
在适宜的水分条件下能够大大降低番茄耗水强度,
使耗水过程趋于平缓,有利于控制植株长势、壮大茎
杆直径,在番茄产量无显著下降的情况下可实现节
水 46. 5% .
交替灌溉处理能提高番茄果实 Vc 含量、可溶
性糖含量和果实硬度,降低有机酸含量,其变化幅度
与水分供给水平密切相关,这与前人的研究结
果[21-22]基本一致. 其原因可能是:水分胁迫能够提
高可溶性酸性转化酶和细胞壁转化酶的活性,增加
转化酶含量,从而导致己糖和蔗糖等可溶性糖含量
的提高[21] .糖酸比决定番茄的风味品质[22] .本试验
表明,交替灌溉处理能提高番茄果实糖酸比,降低有
机酸,果实风味品质得以改善.此外,本试验中,在同
2553 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
一氮形态下,水分下限控制在 40% 兹f的交替灌溉处
理的 Vc 含量和果实可溶性糖含量最高,果实有机
酸含量最低,表明灌水量的减少有利于果实品质的
提高.产量是衡量灌溉水分调控效果的一项重要指
标,也是种植者关心的问题[23],而且评价某一灌水
处理的优劣,不能仅从果实品质高低来衡量. 所以,
尽管 40% 兹f的灌水下限有利于果实品质显著提高,
但是由于其导致番茄减产 22郾 4% ~ 26郾 3% ,因此并
不是一个最佳的灌水下限选择.
3郾 2摇 控制性分根交替灌溉下氮形态对番茄生长、产
量与品质的影响
铵态氮与硝态氮对植株生长产生的效应明显不
同[8,24] .本研究发现,在番茄生长发育的前期阶段,
无论是正常灌溉还是分根交替灌溉条件下,铵态氮
处理的植株各形态指标均超过了硝态氮处理(图
3),表明铵态氮在番茄生长发育的前期阶段具有促
进幼苗生长的效应,这与王海红等[25]的研究结果基
本一致.铵态氮增大了叶绿体的体积,从而增加了叶
绿素含量[26];植株体内铵态氮含量的增加,提高了
叶绿素合成前体谷氨酸或 琢鄄酮戊二酸的含量,促进
了叶绿素的合成[27] .此外,铵态氮进入植物体后,还
可以促进以光合作用关键酶 Rubisco 为主的可溶性
蛋白质的合成[25],提高 Rubisco的含量或活性,即提
高 Rubisco 的羧化能力,从而增强作物的光合作
用[8] .而在番茄生长发育的中后期阶段,无论是正
常灌溉还是控制性分根交替灌溉条件下,硝态氮处
理的植株各形态指标都超过了铵态氮处理(图 3).
这可能是由于铵态氮处理的植株在后期叶绿素含量
下降、光合能力与转化效率降低所致[28] . 有研究表
明,当铵态氮作为唯一氮源长期供应时,在叶片中积
累过多铵离子会导致中毒,植物表现出明显的胁迫
症状:叶片和根系生长受阻,同时干物质累积也减
少[29] .
Knight等[30]发现,土壤中的硝态氮比铵态氮更
有益于马铃薯的产量和多数品质特性. 本研究也发
现,硝态氮供应下番茄的产量高于相应铵态氮处理
(图 5),而且当交替灌溉水分下限控制在 60% 兹f时,
硝态氮供应显著提高了番茄叶片的水分利用效率
(图 6).番茄是一种对硝态氮反应良好的作物,施用
硝态氮不但能提高其产量,也能改善其品质(表 2).
光合作用是作物最基本的生理过程之一,作物产量
的提高都是通过各种农事活动直接或间接地改善作
物的光合能力来实现的[31] . 在番茄生长的中后期,
同一灌溉处理下硝态氮处理的植株光合速率超过了
铵态氮处理,导致产量比相应的铵态氮处理高.本试
验中,充分灌溉条件下,硝态氮处理的番茄果实 Vc
含量和硝酸盐含量均显著高于铵态氮处理,而硝态
氮处理的糖酸比显著低于铵态氮处理;但在交替灌
溉条件下,硝态氮处理的番茄果实 Vc 含量、糖酸
比、硝酸盐含量均显著高于铵态氮处理(表 2).交替
灌溉条件下硝态氮处理能够提高番茄果实风味品
质,可能是由于交替灌溉条件下水氮耦合效应所致,
有待深入研究.施用硝态氮容易增加硝酸盐的积累.
但在本研究中,尽管硝态氮处理提高了番茄果实硝
酸盐含量,但是均低于我国制定的一级标准规定的
限量(98 mg·kg-1),在食用安全范围内.
4摇 结摇 摇 论
进行交替灌溉时需要设置合理的灌水下限,才
能达到节水、稳产的目的. 在同一形态氮肥供应下,
与正常灌溉相比,灌水下限为 40% 兹f的交替灌水处
理的番茄产量下降了 22. 4% ~ 26. 3% ;而灌水下限
为 60% 兹f的交替灌水处理番茄产量下降幅度并不
大,仅比正常灌溉下降了 5. 3% ~ 5. 4% . 交替灌溉
可以明显改善番茄果实的主要品质. 与正常灌溉相
比,交替灌溉可以提高番茄果实 Vc 含量、可溶性糖
含量、硬度和糖酸比,减少有机酸含量,其变化幅度
与水分供给水平密切相关. 同一灌溉方式或灌水下
限处理下,铵态氮处理有利于番茄植株前期的生长
发育,而硝态氮处理则有利于番茄植株中后期的生
长发育;交替灌溉下硝态氮处理的番茄果实的 Vc
含量、糖酸比、硝酸盐含量均显著高于铵态氮处理,
可明显提高番茄果实风味品质.综合考虑产量、水分
利用效率和品质,灌水下限控制在 60% 兹f、供应硝态
氮的交替灌溉处理为番茄高产、优质、节水的最佳
处理.
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作者简介 摇 张 摇 强,男,1976 年生,博士,副教授. 主要从事
植物生理生态科研与教学工作. E鄄mail: zhangq@ foxmail. com
责任编辑摇 张凤丽
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