滴灌下氮盐交互对加工番茄荧光特性及产量品质的影响
滴灌下氮盐交互对加工番茄荧光特性及产量品质的影响张继峯1,2，王振华1,2，张金珠1，窦允清1,2，侯裕生1
（1石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子 832000；2现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子 832000）
摘要：【目的】新疆有着全中国最大面积的盐碱地和加工番茄的种植基地。在新疆开展两年试验以研究加工番茄在氮盐交互下生长、生理、产量和品质的变化规律，获得适宜新疆盐碱地种植加工番茄的合理施氮量和土壤盐分范围，为新疆扩大加工番茄种植面积和合理施氮提供科学的理论依据及技术途径。【方法】试验于2017和2018年在石河子大学现代节水灌溉兵团重点实验基地进行，以当地主栽品种3166为试验材料，2017年试验共设置4个土壤含盐量水平：1.5、4.0、7.0和10.0 g·kg-1及4个氮素水平：201、166、131和96 kg·hm-2，2018年在2017年的基础上去除10.0 g·kg-1的土壤含盐量，增加5.0 g·kg-1的土壤含盐量和不施氮量处理。试验测定和分析加工番茄的荧光叶绿素参数、产量和品质指标。【结果】在氮盐交互下，加工番茄荧光参数及产量等指标均呈现出复杂的变化规律。绝大多数的荧光参数及产量受土壤盐分的主导作用较氮素强，在同等氮素水平下，7.0 g·kg-1和10.0 g·kg-1的土壤盐分对加工番茄荧光指标抑制程度最大；低盐分水平下，166 kg·hm-2的中等偏高的施氮量对加工番茄的荧光指标促进作用最大，其次是施氮201 kg·hm-2的处理；在中等偏高的盐分水平下，96 kg·hm-2的低氮对加工番茄的最好，其次为不施氮水平。加工番茄的鲜果产量总体上符合“盐高产低”的规律，但低氮高盐处理的产量明显高于其他同盐度的氮素水平下的产量。可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸均随着土壤含盐量的增大逐渐增大，糖酸比的最大值均出现在低盐处理，盐分对加工番茄品质的影响远高于氮素，二者交互对加工番茄的品质并无显著性影响。通过图形叠加分析方法，得出了加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间。【结论】在盐碱程度偏高的土壤可通过少施氮素来提高加工番茄产量；加工番茄获得相对最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间为N：98.12—119.60 kg·hm-2，S：3.57—5.58 g·kg-1。
关键词：加工番茄；膜下滴灌；荧光参数；产量；品质；施氮；土壤含盐量
0 引言
【研究意义】番茄（Lycopersicon esculentum）原产于南美洲，生长类型分为有限生长、半有限生长和无限生长型，果皮偏薄，可作为鲜果食用。加工番茄（Lycopersicon esculentum Mill）的主要特点是矮化自封顶，一般植株高度在30—90 cm之间，花期较为集中，果实多为椭圆形，果皮厚实，耐贮藏运输，主要用于制作番茄酱。中国目前已经成为世界上最大的加工番茄生产和出口国之一，推进加工番茄商业化已成为中国农民增收的重要产业，截止2014年，中国种植加工番茄的面积已经达到2.14×107 hm2。新疆属于干旱半干旱区典型的荒漠绿洲灌溉农业，太阳辐射量大，日照时间长，降雨少蒸发大，昼夜温差大，有效积温高，气候环境非常利于加工番茄营养和干物质的积累，已经成为中国最大的加工番茄生产基地，加工番茄已成为新疆主要的经济作物之一。盐渍化现在已经成为全球粮食安全问题最重要的威胁之一，严重抑制了非盐生植物甚至盐生植物的生长发育，降低了经济产量，严重阻碍了当地可持续绿洲农业的发展。新疆的灌溉区有1/3的土地受到盐渍化的危害，特别的是新疆拥有着1.1×107 hm2的盐碱荒地，其中包括7.27×106 hm2的过度盐渍化的盐碱荒地，尤其是新疆当地的降水匮乏，严重干旱的气候环境更加剧了土地盐渍化的形成。【前人研究进展】通过前人的研究可知，盐分会导致作物养分失衡，阻碍作物对钾、钙、镁等营养物质的吸收，最终降低作物产量，并且会对作物会产生非常严重的渗透危害，进而造成作物严重的生理干旱现象。由于光合作用是作物利用光能合成光合产物最重要的过程，盐胁迫影响作物的新陈代谢和光合能力，直接影响了作物蛋白质的合成与转换。研究还发现，随着土壤中盐分含量的增大，土壤中的氮素转化效率会越来越低。王丽英等在施氮量与温室黄瓜番茄产量的研究中发现，高量供氮与传统供氮会造成作物根层盐分积累，降低了黄瓜番茄的根干质量，影响其对营养的吸收，因此选择适宜的施氮量尤为重要。邢英英等在适宜春茬番茄施氮量的研究中得出，滴灌条件下，120 kg·hm-2的施氮量番茄的氮肥利用率最大。徐坤范等的研究发现，黄瓜的品质指标与施氮量存在一定关系。随着施氮量的增加，黄瓜果实中的可溶性糖和维生素C的含量逐渐降低，可滴定酸和单宁逐渐增加，对黄瓜的风味口感造成一定影响。张鹏等发现，在盐渍土上种植燕麦，通过适当降低施氮量并不会造成作物产量下降，同时又可以降低土壤次生盐渍化风险。因此，在盐渍土上种植作物，合理的施氮量对作物的生长及环境保护有一定的现实意义。PERCIVAL等发现叶绿素荧光动力学对植物耐盐生理和耐盐材料的选择非常重要，通过对作物的光合作用和叶绿素荧光诱导动力学的研究，人们可以从微观层次更直观地了解作物光合系统中光能利用效率、吸收率和转换率。尹海龙等研究氮盐对甜菜功能影响中发现，在不同程度的盐分环境下，施氮均能提高甜菜的PSⅡ实际光化学效率ΦPSⅡ、光化学猝灭系数qP等荧光参数，提高了甜菜对盐渍环境的适应性。【本研究切入点】考虑到作物需要通过追施肥料以补偿作物从土壤中带走的养分，从而保证土壤的可持续利用。通常情况下，不当的施用氮素会限制作物的生长，主要是由于过量的氮素会与作物生长发育至关重要的有机化合物结合，比如蛋白质、激素和核酸等。但对一些胁迫，如热胁迫和盐分胁迫等，加入一定量的氮素可很好地维持作物的生长发育，适当施氮可提高作物光合能力，增加根重和根长，促进作物生长，提高产量。因此，本研究采用氮盐两因素，一是用氮素调和盐分胁迫，探究其中的相互作用规律；二是为了保证数据结论的可靠，避免单因素造成的局限性。【拟解决的关键问题】本研究拟通过氮盐两因素试验探寻加工番茄荧光特性在氮盐交互情况下的变化规律，确定加工品番茄达到最优产量和品质的合理施氮范围和土壤含盐量区间，为扩大新疆加工番茄种植面积和盐碱地种植加工番茄的合理施氮提供理论依据及技术途径。
1 材料方法
1.1 试验区概况
试验于2017和2018年4—9月在现代节水灌溉兵团重点实验室基地暨石河子大学节水灌溉试验站（86°03′47″E，44°18′28″N）进行。试验站地处中国准噶尔盆地西南缘天山北麓中段，属于温带大陆性气候，年均日照时间达2 865 h。2017和2018年作物种植月份（5—8月）总降雨量和平均气温分别为81.8 mm、30.9℃和137.1 mm和30.0℃（图1），多年平均降雨量为210 mm，＞10℃积温为3 463.5 d·℃，＞15℃积温为2 960.0 d·℃。
1.2 试验方法
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图1 2017—2018年气象数据
Fig.1 Weather data in 2017 and 2018
本研究选取新疆石河子市加工番茄的主栽品种3166为研究对象，于2017年和2018年的4—9月在石河子大学节水灌溉试验站开展盆栽试验，试验用盆规格为0.60 m×0.55 m×0.45 m（盆顶高×顶部内径×底部内径），盆底已打孔，盆与盆之间并排布置，放于已挖好的50 cm深的试验用坑中。试验供试土样分别取自新疆石河子市121团场盐碱地（土层平均含盐量质量分数为24.84 g·kg-1，土壤盐化程度为盐土，属氯化物硫酸盐类）和石河子大学节水灌溉试验站（土层平均含盐量质量分数为1.15 g·kg-1，土壤盐化程度为非盐化土，类型为壤土），经过自然晾干、碾碎、过筛、去除碎石块等工序，采用比重法测定土壤颗粒含量，环刀法测定土壤干容重，具体理化性质见表1。将两份供试土样按不同比例掺混，配制为各个处理所需的盐分梯度并均匀装盆。
表1 土壤的基本理化性质（0—40 cm土层均值）
Table 1 Soil physical and chemical properties (0-40 cm average value)
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土壤盐分梯度根据罗家雄的土壤盐碱分级标准，在2017年设计了4种含盐量梯度：1.5、4.0、7.0、10.0 g·kg-1（分别为：常土，轻度、中度和重度盐碱土），经过一年试验研究，得知10.0 g·kg-1的土壤含盐量对加工番茄的生长生理指标及产量品质都有严重的抑制现象，极不利于加工番茄的种植，同时得出4.0 g·kg-1的处理与对照组相比各指标无显著差异，为了确定适宜加工番茄种植的土壤含盐量范围，所以在2018年试验设计中去除了10.0 g·kg-1的含盐量处理，加入了5.0 g·kg-1的处理；2017年氮素共设4个处理，以当地种子培育机构的农艺要求，推荐131 kg·hm-2为对照组（记为N3），通过一年的试验研究得知在低氮处理下加工番茄对不同的土壤含盐量的响应存在差异，所以在2018年试验设计中增加不施氮处理，以进一步分析确定加工番茄对低氮处理的响应情况。
由表4可知，可溶性固形物、VC、可溶性糖、可滴定酸和糖酸比在不同氮素水平，相同土壤含盐量水平下，数值间基本无显著性差异（P＞0.05），这些品质指标受盐分影响程度较大：可溶性固形物、VC和可溶性糖随着土壤含盐量的增大呈先增大后减小的趋势，2018年由于去除了10 g·kg-1的土壤含盐量，以上3个指标呈逐渐增大趋势，最大值基本都出现在S2和SS2处理处；可滴定酸两年都随着土壤含盐量的增大而增大，通过可溶性糖和可滴定酸的计算可知，糖酸比在不同施氮水平下低盐处理较高盐处理更高，最大值基本都出现在S1处理，以2017年N2S1为例，分别高于N2CK、N2S2和N2S3处理6.19%、17.04%和101.11%，2018年N2S1较其他3个处理分别提高了3.10%、4.19%和32.29%，说明土壤含盐量越高，糖酸比越低，加工番茄风味越差。通过双因素方差分析可知，氮素对加工番茄品质没有土壤盐分影响显著，但对单一因素进行主效应分析可知N和S对加工番茄的品质均有极显著的影响（P＜0.01），二者交互情况下对加工番茄的品质并没有达到显著影响（P＞0.05）。
1.3 测试项目及方法
1.3.1 叶绿素荧光参数测定 于2017和2018年5—8月，分别在每个生育期选取已标记的单株功能叶（第三枝从上往下数第三羽状复叶的中部裂叶），采用PAM-2500便携式调制叶绿素荧光仪及2030-B叶夹（Walz，Germany）测量其叶绿素荧光参数。为使作物进行完全的暗适应，选择在太阳未升起前测量叶片在暗适应下PSⅡ反应中心处于完全开放时的最小荧光产量（F0），随后给一个强闪光（1 200 μmol·m-2·s-1，脉冲时间0.8 s）测得最大荧光产量（Fm），进入白天测量前，先手动输入叶片相应的Fm和F0，然后在光适应状态下测定稳定荧光（F’）、光下最大荧光产量（Fm’）和最小荧光产量（F0’），计算PSⅡ最大光化学效率（Fv/Fm）、PSⅡ潜在活性（Fv/F0）、光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（NPQ）、实际光化学效率（ΦPSⅡ）、非光化学淬灭的量子产量Y（NO）等荧光参数。
1.3.2 鲜果产量和品质 加工番茄在进入成熟期后，每7 d人工采收一次，每次采收时，产量指标包括单盆总产量和单株重。
品质指标包括4个指标。可溶性固形物：用手持折射仪（RHBO-90）测定；Vc含量用分光光度计法测定；可溶性糖采用直接滴定法（Lane-Eynon法）；有机酸用酸碱滴定法测定；根据可溶性糖和有机酸含量计算出糖酸比。
表2 2017—2018年灌水施肥试验设计
Table 2 Irrigation and fertilizer design of 2017-2018
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2018年施氮量在2017年基础上增加了N0处理量，即施氮量为0
N application in 2018 increased N0 treatment capacity on the basis of that in 2017, that is N application capacity was 0
表3 土壤含盐量梯度设计
Table 3 Soil salt content gradient design
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2018年的盐分处理在2017年的基础上取消了原来的S3（10 g·kg-1）处理，增加了5 g·kg-1处理，命名为SS2，将原来的S2（7 g·kg-1）在2018年命名为SS3
The salt treatment in 2018 cancelled the original S3 (10 g·kg-1) treatment and added 5 g·kg-1 treatment (named SS2) on the basis of that in 2017, and the original S2 (7 g·kg-1) named SS3 in 2018
1.4 数据分析方法
每盆种植加工番茄3株，株距30 cm，每盆均覆膜。试验用肥料分别为尿素（N：46.4%），磷酸一铵（P2O5：60.5%，N：12.0%）和氯化钾（K2O：57.0%）。施肥量参照ZHANG等，结合当地种子培育机构的农艺推荐，在整个生育期设计4个尿素水平，分别为：375 kg·hm-2（N：174 kg·hm-2）、300 kg·hm-2（N：139 kg·hm-2）、225 kg·hm-2（N：104 kg·hm-2）和150 kg·hm-2（N：69 kg·hm-2），磷酸一铵和氯化钾均225 kg·hm-2（其中磷酸一铵中N：27 kg·hm-2），即本试验共设4个氮素水平N1：201 kg·hm-2，N2：166 kg·hm-2，N3：131 kg·hm-2和N4：96 kg·hm-2（后换算为单盆施氮量以便精确控制及数据分析，以下分析数据均和以单盆施氮量为依据）。灌水量根据HANSON等试验设计的灌溉量并结合石河子市当地生产实践，定为：全生育期450 mm，使用医用输液管模拟滴头以精确控制每桶水量，滴头流量1.8 L·h-1，灌溉用水矿化度为0.78 g·h-1。全生育期灌水9次，施肥8次，肥随水入，病虫害防治等其他农艺措施与大田一致。具体试验设计见表2和表3。
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式中，x*为函数所得值，min为样本数据最小值，max为样本数据最大值。
2 结果
2.1 加工番茄的荧光参数对施氮量和土壤含盐量的响应
图2和图3反映的是2017和2018年加工番茄荧光参数在氮素和土壤含盐量共同作用下的变化规律。PSⅡ的最大光化学效率Fv/Fm主要受测量仪器影响，本身的光化学效率变化不大，一片健康的叶片经过正规的荧光检测仪器充分的暗适应后，Fv/Fm值大约在0.8左右。通过2017和2018年的数据图可以看出Fv/Fm各处理数值差距不大，但总体还是苗期最小，膨大期最大。通过实际光化学效率ΦPSⅡ和非光化学猝灭系数NPQ的3D图能更好地阐明Fv/Fm的规律。2017和2018年ΦPSⅡ和NPQ的变化规律非常明显，两年变化基本一致，全生育期变化也是苗期最小，膨大期最大，成熟期也较小。随着土壤盐分含量的增大，各处理的数值显著降低，盐分主导程度大于氮素。在低盐处理（CK和S1），N2处理数值最大，以2017年8月15日为例，ΦPSⅡ和NPQ的最大值分别为0.780和0.974，较最小值N3CK分别高了16.15%和9.44%；在中高盐处理（S2、S3和SS3），N4处理数值最大，N1和N3处理数值均较小，以2017年8月15日为例，N4S2处理的两个指标最大，分别为0.591和0.853，较最小值的N1S2分别提高了84.94%和90.15%，2018年的SS2（5 g·kg-1）处理与SS3处理变化情况基本一致。在土壤含盐量为低盐情况下，中等偏高的施氮量有利于Fv/Fm、ΦPSⅡ和NPQ的提高，促进加工番茄光合能力，而在中等偏高的土壤含盐量情况下，低氮处理可以达到弥补过高的盐分带来的胁迫危害，虽然无法达到低盐情况下的最优值，但是差距在缩小，以2017年8月15日ΦPSⅡ值为例，N4S2处理较N2S1处理低了20.77%，同时N4S2处理远高于正常施氮的N3S2处理，效果还是比较明显的。
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图2 2017年施氮量和土壤含盐量对加工番茄荧光参数的影响
Fig.2 Effects of nitrogen application rate and soil salinity on the fluorescence parameters of processed tomato in 2017
图例中的05-20、06-16、07-25、08-15分别为不同生育阶段的监测日期，即苗期、花果期、膨大期和成熟期。下同
The 05-20, 06-16, 07-25, and 08-15 in the legend were the monitoring dates of different growth stages, namely the seedling period, the blooming and fruit period, the enlargement period and the mature period.The same as below
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图3 2018年施氮量和土壤含盐量对加工番茄荧光参数的影响及荧光参数间的相互关系
Fig.3 Effects of nitrogen application rate and soil salinity on the fluorescence parameters of processed tomato in 2018 and the correlations of the fluorescence parameters
2017和2018两年的非光化学淬灭的量子产量Y（NO）的变化趋势与其他指标不同。在土壤低盐区，苗期的Y（NO）最大，随着生育时期的推进，Y（NO）数值逐渐变小，但变化趋势不大；在中高盐区，Y（NO）随着生育时期推进逐渐增大，盐胁迫反而促进了Y（NO）的增长，数值在土壤盐分最大值处达到最大。在低盐区，对照处理N3在数值上较其他处理最大，在中高盐区，高氮处理N1和对照处理N3数值都较大，2018年的试验规律与2017年一致。通过图3的荧光参数间的相关性可以得知，Fv/Fm与ΦPSⅡ和NPQ呈线性正相关（R2=0.95和0.97），Fv/Fm与Y（NO）呈线性负相关（R2=0.90），与试验得出规律一致。
2.2 加工番茄产量和品质对氮素及土壤含盐量的响应
表4表明，加工番茄的鲜果产量总体趋势是随着土壤含盐量的增大而减少的，盐分越高，减产越严重，以正常施氮处理（N3）为例，2017年S1、S2和S3较CK处理分别增产1.30%、-60.17%和-61.90%，2018年S1、SS2和SS3较CK处理分别增产1.57%、-18.04%和-14.51%；由于存在氮素的交互作用，加工番茄产量并不是完全适用“盐高产低”的规律。通过表4数据分析可知，在低盐处理（CK和S1），两年均是N2处理达到最高产量，N0、N1、N3和N4三者间无显著性差异（P＞0.05），说明并不是氮素水平越高，越有利于提高加工番茄产量；相比于低盐处理，高盐处理（S2、SS2、S3、SS3）对不同氮素水平下加工番茄鲜果产量的响应更成为复杂：在高盐条件下，加工番茄的鲜果产量在低氮处理（N4）要高于其他施氮处理，在高氮的N1处理产量最低，以2017年N4S3处理为例，其较N1S3、N2S3和N3S3产量分别提高了87.62%、74.34%和123.86%，2018年的N4SS3处理较N0、N1、N2和N3产量分别提高了13.95%、44.97%、31.02%和12.39%，但N0SS3处理的产量并未高于N4SS3处理的，说明在低氮条件下，加工番茄的产量并不是一味的降低，过高的土壤含盐量可能对加工番茄生长所缺的氮素起到了一定的补充作用，进而提高了加工番茄的产量，但这并不是意味着在土壤含盐量较高的土地大量的减少氮素的施用可以促进加工番茄的生长，如果氮素施用量过少甚至不施氮素，加工番茄的产量也并不会高于施用一定氮素的产量，要想保证加工番茄的高产，最好还是在土壤处于低盐区种植。
采用IBM SPSS Statistics 22进行两因素方差分析（Two-way ANOVA），采用Duncan模型进行事后多重比较，以检验不同处理间差异的显著性，当P≤0.05时，则认为处理间存在统计学意义上的显著差异，运用归一化法将产量和部分品质数据影射到0—1范围内进行处理。归一化转换函数如下：
2.3 加工番茄产量和品质最优区间的确定
可溶性固形物是可溶性糖、有机酸和果胶等多个品质指标共同表现的结果，它是决定番茄果实风味的一个重要指标，提高可溶性固形物和可滴定酸的含量可以改善番茄的风味，糖酸比是由可溶性糖和可滴定酸综合反映的一个果实风味指标，许多研究人员对番茄质量进行研究，强调了果实风味在番茄质量中的重要性。所以作者在分析产量和品质指标时选择了可溶性固形物和糖酸比两个重要的番茄风味指标。由于鲜果产量、可溶性固形物和糖酸比难以同时达到最大值，且三者具有不同的量纲，无法进行直接分析比较，所以作者先对数据进行了归一化处理，再进行分析研究，以确定施氮量和土壤含盐量与加工番茄鲜果产量和品质的关系（图4），最终寻找出可以使得加工番茄鲜果产量、可溶性固形物和糖酸比均能达到的最优的施氮量和土壤含盐量区间（图5）。
图4是对两年的产量、可溶性固形物和糖酸比进行归一化处理后，绘制的指标与施氮量和土壤含盐量之间的等值线图。图4中所有数据均是在区间，0最差，1最优，通过将每年的3幅图进行依次套叠，得到图5。图5中隐去了较差的数据点，保留了相对较优的数据，由于对等值线图进行了相互套叠，较优指标间会存在三者互为相交的点，点和线所围成的三角区域就是加工番茄产量、可溶性固形物和糖酸比均达到最优值时的施氮量和土壤含盐量的最合理区间。2017年得出的最优区间为N：2.33—2.84 g/盆，S：4.82—5.58 g·kg-1，2018年的最优区间为N：1.44—4.62 g/盆，S：3.57—4.69 g·kg-1，结合两年所得区间范围，最终确定达到相对最优产量和最优品质的合理施氮量和土壤含盐量范围为N：2.33—2.84 g/盆，即N：98.12—119.60 kg·hm-2，S：3.57—5.58 g·kg-1。
表4 不同处理加工番茄产量和品质的变化情况
Table 4 Changes in yield and quality of tomato treated with different treatments
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图4 2017—2018年加工番茄产量、可溶性固形物和糖酸比归一化相对值
Fig.4 The relative value of processed tomato yield, soluble solids and sugar to acid ratio in 2017-2018
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图5 基于相对最优产和品质的合理施氮和土壤含盐量区间
Fig.5 Rational nitrogen application and soil salt content interval based on relative optimal yield and quality
3 讨论
在氮素和土壤盐分共同作用下，加工番茄的叶绿素荧光参数及产量等多种指标均存在复杂的变化规律。在同等氮素水平下，盐分对加工番茄的荧光参数与产量指标的促进作用依次为S1处理＞CK处理＞S2（SS2）处理＞S3（SS3）处理，盐分含量较低的S1处理对加工番茄各指标的影响与对照组间无显著差异，而当土壤盐分开始增大，盐分对加工番茄的影响逐渐明显，尤其是在土壤盐分含量达到10.0 g·kg-1时，加工番茄各指标的抑制效果最为显著，这与曾文治等关于葵花的氮盐交互研究的规律基本一致，杨凤军等在研究番茄幼苗的试验过程中也有类似的发现。在低盐区中等偏高的N2处理对加工番茄荧光参数与产量指标的促进作用较其他处理最大，在中高盐区低氮处理N4对加工番茄荧光参数与产量指标的促进作用较其他处理最大（与对照组差距最小），这是因为在盐渍化土地上过量的施用氮素会对作物的品质、产量造成不利的影响。
加工番茄的鲜果产量总体是随着土壤含盐量的增大而减小的，CAMPOS等在研究加工番茄产量时也得出类似结论。但由于存在氮素的交互作用，并不是所有处理的番茄产量都呈现“盐高产低”的规律。在以CK和S1处理为代表的低盐条件下，加工番茄基本都在中等偏高的氮素水平下（N2）达到最大产量，而在高盐处理条件下，低氮（N4）处理的产量要高于其他施氮处理，由于不施氮的产量并未高于较少量施氮的处理，也就是说，当种植区土壤盐渍化程度偏低，适当增加氮素施用量可以促进加工番茄的生长；若盐渍化程度偏高，可以通过减少氮素施用量以保证加工番茄的生长，最大程度的趋近正常水平。
本研究中可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸是随着土壤含盐量的增大逐渐增大，在其他的研究中也有类似的规律。总可溶性固形物含量与可滴定酸随着盐度的增加呈线性增大的规律与CORNISH、PETERSEN等和TUZEL等的研究结论基本一致，CAMPOS等在研究加工番茄品质时也得出土壤盐分会使产量降低，但可溶性固形物和可滴定酸含量却增加的类似结论。但本研究发现，可溶性固形物、VC、可溶性糖并不是随盐分含量的增加而一直增加的，当盐分含量达到过高的水平时（10 g·kg-1），这3个指标开始降低，在中等偏高的盐分水平（7 g·kg-1）处达到最大值。糖酸比是可溶性糖和有机酸的综合反映指标，最高的糖酸比基本都出现在低盐（4 g·kg-1）处理，土壤的盐分含量还是最重要的品质影响因素。通过将加工番茄的鲜果产量和最重要的品质指标进行归一化和等值线图的套叠，进而得出能使加工番茄达到最优的鲜果产量、最高的可溶性固形物和糖酸比的最合理的施氮量和土壤含盐量区间。
4 结论
在氮素和土壤盐分共同作用下，加工番茄的叶绿素荧光参数及产量受土壤盐分的主导作用较氮素强，在不同的土壤含盐量水平下，氮素对加工番茄的影响规律不尽相同。可溶性固形物、VC、可溶性糖和可滴定酸都是随着土壤含盐量的增大逐渐增大。在低盐区中等偏高的施氮处理（166 kg·hm-2）对加工番茄生理与产量指标的促进作用最大；在中高盐区低氮处理（96 kg·hm-2）对加工番茄生理与产量指标的促进作用最大，使产量最大化。加工番茄达到最优的鲜果产量、最高的可溶性固形物和糖酸比的最合理施氮量和土壤含盐量区间为N：98.12—119.60 kg·hm-2，S：3.57—5.58 g·kg-1。
References
王新, 马富裕, 刁明.不同施氮水平下加工番茄植株生长和氮素积累与利用率的动态模拟.应用生态学报, 2014, 25(4): 1043-1050.WANG X, MA F Y, DIAO M.Dynamics simulation on plant growth,N accumulation and utilization of processing tomato at different N fertilization rates.Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(4):1043-1050.(in Chinese)
REN Z, LI Y, FANG W.Evaluation of allyl isothiocyanate as a soil fumigant against soil-borne diseases in commercial tomato(Lycopersicon esculentum Mill.) production in China: Evaluation of allyl isothiocyanate as a soil fumigant against soil-borne diseases in commercial tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) production in C.Pest Management Science, 2018, 74(9): 2146-2155.
Ministry of Agriculture. China Agriculture Yearbook.Beijing: China Agriculture Press, 2015: 207.
AKHTAR S S, ANDERSEN M N, LIU F.Residual effects of biochar on improving growth, physiology and yield of wheat under salt stress.Agricultural Water Management, 2015, 158: 61-68.
DEBEZ A, KOYRO H W, GRIGNON C, ABDELLY C, HUCHZERMEYER B.Relationship between the photosynthetic activity and the performance of Cakile maritima after long-term salt treatment.Physiologia Plantarum, 2008, 133(2): 373-385.
YANG A, AKHTAR S S, IQBAL S, AMJAD M, NAVEED M,ZAHIR Z A.Enhancing salt tolerance in quinoa by halotolerant bacterial inoculation.Functional Plant Biology, 2016, 43(7): 632.
CHEN W, HOU Z, WU L.Evaluating salinity distribution in soil irrigated with saline water in arid regions of northwest China.Agricultural Water Management, 2010, 97(12): 2001-2008.
郗金标, 张福锁, 毛达如, 田长彦, 宋玉民, 刘德玺.新疆盐渍土分布与盐生植物资源.土壤通报, 2005, 36(3): 299-303.XI J B, ZHANG F S, MAO D R, TIAN C Y, SONG Y M, LIU D X.Saline-soil distribution and halophyte resources in Xinjiang.Chinese Journal of Soil Science, 2005, 36(3): 299-303.(in Chinese)
WANG R, KANG Y, WAN S.Effects of different drip irrigation regimes on saline-sodic soil nutrients and cotton yield in an arid region of Northwest China.Agricultural Water Management, 2015,153: 1-8.
LIU H, WANG X, ZHANG X, ZHANG L, LI Y, HUANG G.Evaluation on the responses of maize (Zea mays L.) growth, yield and water use efficiency to drip irrigation water under mulch condition in the Hetao Irrigation District of China.Agricultural Water Management, 2016, 179: 144-157.
GRATTAN S R, GRIEVE C M.Salinity-mineral nutrient relations in horticultural crops.Scientia Horticulturae, 1998, 78(1/4): 127-157.
MUNNS R.Comparative physiology of salt and water stress.Plant,Cell and Environment, 2002, 25(2): 239-250.
MUNNS R.Genes and salt tolerance: bringing them together.New Phytologist, 2005, 167(3): 645-663.
汪顺义, 刘庆, 史衍玺, 李欢.氮钾配施对甘薯光合产物积累及分配的影响.中国农业科学, 2017, 50(14): 2706-2716.WANG S Y, LIU Q, SHI Y X, LI H.Interactive effects of nitrogen and potassium on photosynthesis product distribution and accumulation of sweet potato.Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(14): 2706-2716.(in Chinese)
PARIDA A K, DAS A B.Salt tolerance and salinity effects on plants:A review.Ecotoxicology and Environmental Safety, 2005, 60(3):324-349.
李建兵, 黄冠华.盐分对粉壤土氮转化的影响.环境科学研究,2008(5): 98-103.LI J B, HUANG G H.Pilot study of salinity (NaCl) affecting nitrogen transformation in silt loam soil.Research of Environmental Sciences,2008(5): 98-103.(in Chinese)
REDDY N, CROHN D M.Effects of soil salinity and carbon availability from organic amendments on nitrous oxide emissions.Geoderma, 2014, 235/236(4): 363-371.
王丽英, 武雪萍, 张彦才, 李若楠, 陈丽莉, 陈清.适宜施氮量保证滴灌日光温室黄瓜番茄产量降低土壤盐分及氮残留.农业工程学报, 2015, 31(17): 91-98.WANG L Y, WU X P, ZHANG Y C, LI R N, CHEN L L, CHEN Q.Optimal nitrogen application rate to ensure cucumber and tomato yield with drip irrigation in greenhouse and to reduce soil salinity and nitrate residue.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(17): 91-98.(in Chinese)
邢英英, 张富仓, 吴立峰, 范军亮, 张燕, 李静.基于番茄产量品质水肥利用效率确定适宜滴灌灌水施肥量.农业工程学报, 2015,31(z1): 110-121.XING Y Y, ZHANG F C, WU L F, FAN J L, ZHANG Y, LI J.Determination of optimal amount of irrigation and fertilizer under drip fertigated system based on tomato yield, quality, water and fertilizer use efficiency.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(z1): 110-121.(in Chinese)
徐坤范, 李明玉, 艾希珍.氮对日光温室黄瓜呈味物质、硝酸盐含量及产量的影响.植物营养与肥料学报, 2006(5): 121-125.XU K F, LI M Y, AI X Z.Effect of nitrogen on taste compounds,nitrate and yield of cucumber in solar-greenhouse.Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2006(5): 121-125.(in Chinese)
张鹏, 蒋静, 马娟娟, 杨治平, 王永亮.不同水氮处理对盐渍土水氮盐变化和燕麦产量的影响.灌溉排水学报, 2018, 37(5): 1-5.ZHANG P, JIANG J, MA J J, YANG Z P, WANG Y L.Effects of different irrigations and nitrogen applications on distribution of water,nitrogen and salt in saline soil as well as the yield of oat.Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(5): 1-5.(in Chinese)
PERCIVAL G C, FRASER G A.Measurement of the salinity and freezing tolerance of Crataegus genotypes using chlorophyll fluorescence.Journal of Arboriculture, 2001, 27(5): 233-245.
尹海龙, 田长彦.氮调控对盐环境下甜菜功能叶光系统Ⅱ荧光特性的影响.植物生态学报, 2013, 37(2): 122-131.YIN H L, TIAN C Y.Effects of nitrogen regulation on photosystem II chlorophyll fluorescence characteristics of functional leaves in sugar beet (Beta vulgaris) under salt environment.Chinese Journal of Plant Ecology, 2013, 37(2): 122-131.(in Chinese)
MOHAMMAD P, PRESS C.Handbook of Plant and Crop Physiology,3rd ed.United States, CRC Press, 2002.
段骅, 傅亮, 剧成欣, 刘立军, 杨建昌.氮素穗肥对高温胁迫下水稻结实和稻米品质的影响.中国水稻科学, 2013, 27(6):591-602.DUAN H, FU L, JU C X, LIU L J, YANG J C.Effects of application of nitrogen as panicle-promoting fertilizer on seed setting and grain quality of rice under high temperature stress.Chinese Journal of Rice Science, 2013, 27(6): 591-602.(in Chinese)
王雨, 唐晓清, 施晟璐, 王康才.不同施氮水平对盐胁迫下苗期菘蓝生理特性及根中(R,S)-告依春含量的影响.核农学报, 2017,31(2): 394-401.WANG Y, TANG X Q, SHI S L, WANG K C.Effects of different nitrogen levels on physiological characteristics and epigoitrin content in root of Isatis indigotica Fort.at seedling stage under salt stress.Journal of Nuclear Agricultural Sciences, 2017, 31(2): 394-401.(in Chinese)
肖云华, 赵雪玲, 王康才, 石馨玫, 唐晓清.不同氮素形态和浓度对大青叶生物量与生物碱类成分的影响.中国中药杂志, 2013,38(17): 2755-2760.XIAO Y H, ZHAO X L, WANG K C, SHI Q M, TANG X Q.Effect of different nitrogen forms and concentrations on biomass and alkaloids of Isatidis Folium.China Journal of Chinese Materia Medica, 2013,38(17): 2755-2760.(in Chinese)
CLELAND E E, HARPOLE W S.Nitrogen enrichment and plant communities.Annals of the New York Academy of Sciences, 2010,1195(1): 46-61.
SALA O E, CHAPIN F S, ARMESTO J J, BERLOW E,BLOOMFIELD J.Global biodiversity scenarios for the Year 2100.Science, 2000, 287(5459): 1770.
罗家雄.新疆垦区盐碱地改良.北京: 水利电力出版社, 1985: 33.LUO J X.Amelioration of Saline-Alkali Soil in Xinjiang Irrigation District.Beijing: Water Conservancy and Electric Power Press, 1985:33.(in Chinese)
ZHANG T Q, TAN C S, LIU K, DRURY C.F, PAPADOPOULOS A.P, WARNER J.Yield and economic assessments of fertilizer nitrogen and phosphorus for processing tomato with drip fertigation.Agronomy Journal, 2010, 102(2): 774.
HANSON B.Effect of subsurface drip irrigation on processing tomato yield, water table depth, soil salinity, and profitability.Agricultural Water Management, 2004, 68(1): 1-17.
王振华, 朱延凯, 张金珠, 李文昊, 扁青永.水氮调控对轻度盐化土滴灌棉花生理特性与产量的影响.农业机械学报, 2018, 49(6):296-308.WANG Z H, ZHU Y K, ZHANG J Z, LI W H, BIAN Q Y.Effects of water and nitrogen fertilization on physiological characteristics and yield of cotton under drip irrigation in mildly salinized soil.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2018,49(6): 296-308.(in Chinese)
岳冬.番茄果实主要风味特征成分测定及品质形成机理研究.南京: 南京农业大学, 2015.YUE D.Measure the main compositions of flavor and characteristics and research the formation of features quality of tomato fruit.Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2015.(in Chinese)
范作卿, 邹德庆, 王娜, 朱琳, 郭光.改良直接滴定法测定桑椹酒中总糖含量.山东农业科学, 2016, 48(11): 143-145.FAN Z Q, ZOU D Q, WANG N, ZHU L, GUO G.Determination of total sugar content in mulberry wine with improved direct titration method.Shandong Agricultural Sciences, 2016, 48(11): 143-145.(in Chinese)
JOHNSTONE P R, HARTZ T K, LESTRANGE M.Managing fruit soluble solids with late-season deficit irrigation in dripirrigated processing tomato production.Hortscience A Publication of the American Society for Horticultural Science, 2005, 40(6):1857-1861.
HUANG Y, LU R, HU D, CHEN K.Quality assessment of tomato fruit by optical absorption and scattering properties.Postharvest Biology and Technology, 2018, 143: 78-85.
GRIERSON D, KADER A A.The Tomato Crop.A Scientific Basis for Improvement.London, Chapman and Hall Ltd, 1986:241-280.
KAZENIAC S J, HALL R M.Flavor chemistry of tomato volatiles.Journal of Food Science, 1970, 35(5): 12.
MIKI N.Effects of chemical components on the browning of tomato juice.Agricultural and Biological Chemistry, 1974, 38(3): 499-506.
GOULD W A.Quality evaluation of processed tomato juice.Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1978, 26(5): 1006-1011.
CHUNG T Y, CHAYASE F, KATO H.Volatile components of ripe tomatoes and their juices, purees and pastes.Agricultural and Biological Chemistry, 1983, 47(2): 343-351.
BUTTERY R G, TERANISHI R, FLATH R A, LING L C.Identification of additional tomato paste volatiles.Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1990, 38(3): 792-795.
MIN S, ZHANG Q H.Effects of commercial-scale pulsed electric field processing on flavor and color of tomato juice.Journal of Food Science, 2003, 68(5): 7.
曾文治, 徐驰, 黄介生, 伍靖伟, 高真.土壤盐分与施氮量交互作用对葵花生长的影响.农业工程学报, 2014, 30(3): 86-94.ZENG W Z, XU C, HUANG J S, WU J W, GAO Z.Interactive effect of salinity and nitrogen application on sunflower growth.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2014, 30(3): 86-94.(in Chinese)
杨凤军, 李天来, 臧忠婧.等渗NaCl、干旱胁迫对番茄幼苗光合特性及叶绿体超微结构的影响.应用生态学报, 2017, 28(8): 2588-2596.YANG F J, LI T L, ZANG Z J.Effects of isotonic NaCl and drought stress on photosynthetic characteristics and chloroplast ultrastructure of tomato seedlings.Chinese Journal of Applied Ecology, 2017, 28(8):2588-2596.(in Chinese)
ANTONOPOULOS, VASSILIS Z.Simulation of water and nitrogen balances of irrigated and fertilized corn-crop soil.Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 2001, 127(2): 77-83.
SOBHANI G, GOLCHIN A, SHEKARI F.Effects of different levels of nitrogen and induced-NaCl stress on yield and growth indices of tomato.Journal of Science & Technology of Greenhouse Culture,2014, 5(3): 49-63.
CAMPOS C A B, DANTAS F P, RAJ G H, FAVARO F B, CIRA G B,APARECIDA C S F.Yield and fruit quality of industrial tomato under saline irrigation.Scientia Agricola, 2006, 63(2): 146-52.
KEUTGEN A J, PAWELZIK E.Contribution of amino acids to strawberry fruit quality and their relevance as stress indicators under NaCl salinity.Food Chemistry, 2008, 111(3): 642-647.
YURTSEVEN E, KESMEZ G D, ÜNLÜKARA A.The effects of water salinity and potassium levels on yield, fruit quality and water consumption of a native central Anatolian tomato species(Lycopersicon esculantum).Agricultural Water Management, 2005,78(1/2): 130-135.
SONNEVELD C, VAN DER BURG A M M.Sodium chloride salinity in fruit vegetable crops in soilless culture.Netherlands Journal of Agricultural Science, 1991, 39: 115-122.
CUARTERO J, FERNÁNDEZ-MUÑOZ R.Tomato and salinity.Scientia Horticulturae, 1998, 78(s 1/4): 83-125.
ELTEZ R Z, TÜZEL Y, GÜL A, TÜZEL I.H, DUYAR H.Effects of different EC levels of nutrient solution on greenhouse tomato growing.Acta Horticulturae, 2002, 560(573): 443-448.
CORNISH P.Use of high electrical conductivity of nutrient solution to improve the quality of salad tomatoes (Lycopersicon esculentum)grown in hydroponic culture.Australian Journal of Experimental Agriculture, 1992, 32(4): 513-520.
PETERSEN K K, WILLUMSEN J, KAACK K.Composition and taste of tomato as affected by increased salinity and different salinity sources.Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 1998,73(2): 205-215.
TUZEL I H, TUZEL Y, GUL A, ELTEZ R Z.Effects of EC level of the nutrient solution on yield and fruit quality of tomatoes.Acta Horticulturae, 2001, 559(2): 587-592.
The Influences of Different Nitrogen and Salt Levels Interactions on Fluorescence Characteristics, Yield and Quality of Processed Tomato Under Drip Irrigation
ZHANG JiFeng1,2, WANG ZhenHua1,2, ZHANG JinZhu1, DOU YunQing1,2, HOU YuSheng1
(1 College of Water & Architectural Engineering, Shihezi University, Shihezi 832000, Xinjiang; 2 Key Laboratory of Modern Water-Saving Irrigation of Xinjiang Production & Construction Group, Shihezi 832000, Xinjiang)
Abstract: 【Objective】Xinjiang has the largest area of saline-alkali land and planting base of processed tomatoes in China.In this paper, a two-year experiment in Xinjiang was carried to study the effects of different soil salinity and nitrogen application rate on the growth, physiological, yield and quality of processed tomato, and to obtain the rational nitrogen application rate and soil salinity range of processed tomato suitable for planting saline land in Xinjiang, so as to provide a scientific theoretical basis and technical approach for expanding tomato planting area and rational nitrogen application in Xinjiang.【Method】This study was carried out in the Key Experimental Base of Modern Water-saving Irrigation Corps of Shihezi University in 2017 and 2018.The local main tomato cultivar “3166” was taken as the experimental material.This experiment was set in four levels of soil salinity: 1.5, 4.0, 7.0 and 10.0 g·kg-1 and four levels of nitrogen: 201, 166, 131 and 96 kg N·hm-2 in 2017.Based on the experiment in 2017, a soil salinity of 10.0 g·kg-1 were removed and a soil salinity of 5.0 g·kg-1 and a nitrogen application rate of 0 were added in 2018.The chlorophyll fluorescence parameters, yield and quality of processed tomatoes were analyzed.【Result】Our results indicated that under the interaction of nitrogen and soil salinity, the fluorescence parameter and yield of processed tomatoes showed a complex change.Firstly, most of the fluorescence parameters and yields were more dominated by soil salt than nitrogen.At the same nitrogen level,soil salinity of 7.0 g·kg-1 and 10.0 g·kg-1 inhibited the fluorescence index of processed tomatoes mostly.At low salinity level,medium and high nitrogen application of 166 kg N·hm-2 promoted the fluorescence index of processed tomatoes the most,followed by 201 kg N·hm-2, and the worst was 131 kg N·hm-2.At medium and high salt level, 96 kg N·hm-2 had the best promotion degree for processed tomato, followed by no nitrogen level.At the high salt application rate, low nitrogen treatment was better than the high nitrogen treatment to improve tomato yield.The fresh fruit yield of processed tomato was generally consistent with the law of “the higher the salt, the lower the yield”.The yield of low-nitrogen and high-salt treatment was significantly higher than other yields with same salinity levels of different nitrogen.Moreover, it was found that salinity had a stronger effect on tomato quality than nitrogen.Soluble solids, VC, soluble sugar and titratable acid increased gradually with the increase of soil salt content.The maximum sugar-acid ratio appeared in low salinity treatment.Moreover, it was found that salinity had a stronger effect on tomato quality than nitrogen, and the interaction between them had no significant effect on the quality of processed tomatoes.Summary by analysis, the reasonable range of nitrogen application and soil salinity content of processed tomato were obtained.【Conclusion】In the soil with high salinity, the yield of processed tomatoes could be increased by applying a small amount of nitrogen.The reasonable range of nitrogen application and the range of soil salt content for the relative optimal yield and quality of processed tomatoes were N: 98.12-119.60 kg·hm-2, S: 3.57-5.58 g·kg-1.
Key words: processed tomato; drip irrigation under film; photosynthetic fluorescence parameters; yield; quality; optimal interval; nitrogen application; soil salinity
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.05.011
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
pagenumber_ebook=140,pagenumber_book=990
收稿日期：2019-06-03；
接受日期：2019-10-25
基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFD0201506）、兵团科技创新团队项目（2019CB004）、中国工程院院士咨询研究项目（2018-XY-36）
联系方式：张继峯，E-mail：federjavan@163.com。
通信作者王振华，Tel：13201093132；E-mail：wzh2002027@163.com
（责任编辑 李云霞）
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