曹玉鑫，曹红霞，杜娅丹，王 萍(西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西 杨凌 712100)

营养液配方、浓度及用量对无土栽培蔬菜的产量与品质影响显著[1-4]。近年来，研究学者针对无土栽培的不同蔬菜作物提出了不同的优化营养液配方与浓度，如Saadet Sevil Kilinc通过研究发现，霍格兰配方和休伊特配方对无花果树幼苗的生长和生化指标有着积极影响，能明显促进植株生长[5]。但蔬菜作物在不同的栽培基质、作物品种、气候环境、营养液浓度和灌水水平下对养分的吸收都有一定的差异，蔬菜作物的产量与品质也有一定的差异[6-9]，所以很难综合各种评价因子从而确定最优的灌溉模式。

应用突变理论对桶栽番茄营养液浓度和用量耦合灌溉模式综合评价是指对评价系统进行多层次目标分解，运用多个指标对各种灌溉模式进行评价的方法[10,11]。这一方法的主要优点在于没有对指标采用权重，对各目标重要性的确定量化是根据各目标在归一公式中的内在机理决定的，从而减少了人为赋予指标权重的主观性对评价结果造成的影响，使评价更趋于实际，计算简便。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2014年4-7月在西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室的日光温室内进行(34°20′N，108°04′E)，试验站海拔521 m，所属地理位置属暖温带半湿润气候带，年平均气温12.5 ℃。以番茄“天硕308”为试材，采用珍珠岩基质桶栽(桶底面直径25 cm，桶高30 cm)，每桶装珍珠岩0.8 kg。

定植缓苗后进行试验处理，试验采用营养液浓度和用量2因素设计，共设12个处理(见表1)，每个处理15个重复，共计180桶，采用完全随机设计，每桶种植1株番茄。试验选用霍格兰营养液配方，且以标准配方浓度的1/2为一个剂量S，灌水采用称重法，依据蒸发蒸腾量补充灌溉[12]，采用水肥一体化灌溉，营养液浇灌量维持在珍珠岩田间持水量80%处理的单株蒸发蒸腾量为灌水标准，记为ET0(下同)。

表1 试验设计处理Tab.1 Experimental design

1.2 测定指标及方法

(1)生长指标。用电子天平测量番茄二穗果成熟期的单株果鲜重、叶鲜重、茎鲜重，精确到0.1 g。

(2)果实品质和产量。维生素C采用钼蓝比色法[13]测定，番茄红素采用紫外分光光度法[13]测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法[13]测定，有机酸采用NaOH滴定法[13]测定。成熟后各处理随机选取10株统计果实重量。

(3)数据分析。采用Excel 2007和DPS 软件进行数据处理，用Duncan新复极差检验法进行统计分析，用Excel 2007作图。

2 基于突变理论的温室番茄灌溉模式综合评价

(1)构建指标体系。在我国近些年的节水农业发展过程中，水分利用效率与灌溉水利用系数一起被设定为重要指标，用于评价一个地区农业水资源的管理、利用水平和节水农业技术措施的实施效果[14]，番茄内在品质的好坏主要取决于其 VC、番茄红素、可溶性糖、可滴定酸和可溶性固形物等营养物质的含量[15]，植株的干重仅代表干物质的积累，而植株的鲜重(干重+水分)反映了植株的自然状态[16]。基于指标体系的综合性、科学性、可比性以及可行性原则，把影响不同灌溉模式选择的因素分为2个层级指标。经济指标、技术经济指标采用互补型燕尾突变模型进行分析,营养品质指标采用互补型蝴蝶突变模型进行分析[10,11]。根据上述分析，构建出不同灌溉模式的综合评价体系(见表2)。

表2 温室番茄不同灌溉模式的综合评价体系Tab.2 The comprehensive evaluation system of different irrigation modes on the tomato in greenhouse

(2)试验原始数据的突变技术转变与归一化处理。由于底层基础指标的原始数据取值范围不同、量纲不同，需要进行标准化处理转换为0～1的突变级数，并对标准处理后的数据进行归一化处理。营养品质指标的突变级数及归一化处理结果见表3，经济指标的突变级数及归一化处理结果见表4，技术指标的突变级数及归一化处理结果见表5。

注：同列不同字母表示不同处理间在α=0.05水平差异显著，下同。

表4 基于燕尾突变理论灌溉模式经济指标初始数据与底层指标突变级数Tab.4 The original evaluation data of the economic index and the catastrophe progression of the bottom index of the irrigation modes based on swallowtail catastrophe theory

表5 基于燕尾突变理论灌溉模式技术指标初始评价数据与底层指标突变级数Tab.5 The original evaluation data of the technical index and the catastrophe progression of the bottom index of the irrigation modes based on swallowtail catastrophe theory

(3)综合因子和总突变隶属度函数值计算。依据互补原则计算样本的综合评价系数，结果见表6。经济指标、营养品质指标和技术指标各指标之间存在互补关系，取其均值计算来总突变隶属函数值，最终，温室番茄灌溉模式综合评价总突变隶属函数值如表6所示。

3 结果和分析

(1)不同营养液处理对番茄品质影响。由表3可知与其他处理相比S3浓度Hoagland营养液处理番茄果实的番茄红素，可溶性糖及有机酸的含量都较高，且以W3S3处理果实的番茄红素、可溶性糖、有机酸的含量均最高，W2S2处理的维生素C含量最高。W2S1处理果实的番茄红素含量最低，仅是W3S3处理的21% ，W3S2处理的可溶性糖含量最低，仅是W3S3处理的69% ，W1S2处理的有机酸含量最低，仅为W3S3处理的57% 。分析可知，低浓度营养液不利于番茄果实品质的提高，其中使用W3S3处理最有利于番茄营养物质的积累。

(2)不同营养液处理对番茄生长影响。由表5可知，不同营养液处理对番茄果鲜重，叶鲜重和茎鲜重有显著影响。在中水(W2)和低水(W3)条件下，番茄茎鲜重和叶鲜重均随着营养液浓度的升高先增加后减小，说明在亏水条件下适当提高营养液浓度有助于番茄植株茎、叶生长，但过高浓度会对番茄茎、叶生长不利。在高水(W1)条件下，番茄茎鲜重和叶鲜重均随着营养液浓度的升高而增加，番茄茎鲜重和叶鲜重均在W1S4处理下取得最大值，分别为130.9 g和137.94 g，说明在低营养液浓度条件下适当增加灌水量有助于植株茎叶的生长。

表6 各灌溉模式的总突变隶属函数值与排序Tab.6 Ranking the total catastrophe membership function value of each irrigation mode

(3)不同营养液处理对水分利用效率的影响。由图1可知，不同处理下番茄水分利用效率均以W3S3处理最高，其次为W3S4处理，W1S1处理最低，W3S3处理水分利用效率较W1S1提高了97.9 %。在各Hoagland营养液浓度处理下，水分利用效率随着灌水量的增加而降低。低Hoagland营养液浓度S1、S2处理的番茄水分利用效率低于高浓度S3、S4处理。

图1 不同处理下番茄水分利用效率Fig.1 Effects of the different treatments on water use efficiency of tomato

4 结 语

运用突变理论评价温室珍珠岩桶栽番茄的灌溉模式，表6结果表明各种灌溉模式的优劣排序依次为：W3S3>W2S4>W2S3>W3S4>W2S2>W1S4>W1S3>W3S2>W1S2>W2S1>W1S1>W3S1。对于水分利用效率研究表明减少灌溉水量能提高作物的水分利用效率，但随着水量增加，水分利用效率会降低[17,18]。牛晓丽[19]等在研究中发现增加灌水量能显著提高番茄产量但灌水过多会导致减产，侯维娜[20]的研究发现，番茄果实中的VC、番茄红素、可溶性糖和有机酸含量均随着灌水量的增加而呈现逐渐下降的趋势，本实验S3浓度处理下，番茄的综合指标随着灌水量的增大呈现降低的趋势。研究表明，低浓度营养液由于养分不充分不利于植株的生长，而高浓度营养液会使作物生长过于旺盛，不利于有机物向果实的积累，降低作物品质，而且也会降低营养液的利用效率，作物只有在适宜的营养液浓度下才能生长良好[21,22]。综合评价结果表明本实验除低灌溉水平(0.8ET0)外，在相同灌溉水平(1.0ET0和1.2ET0)，营养液浓度越高，温室番茄的综合指标越好，且S3、S4浓度下综合指标明显优于S2、S1浓度。从产量、品质、水分利用率方面综合考虑，W3S3可作为珍珠岩基质温室桶栽番茄最优的灌溉模式。

本文通过应用突变理论对温室珍珠岩基质培桶栽番茄的不同灌溉模式进行评价，结果表明，使用(1/2)S浓度营养液浇灌且营养液浇灌量维持在0.8ET0能显著提高番茄产量品质，且能实现较高的水分利用效率，从而达到高产、高效、优质的目的。突变理论综合评价法由于减少了人为赋予指标权重的主观性对评价结果造成的影响，能够比较客观地反映不同营养液浓度对无土栽培温室番茄生长的影响现状，而且该法操作简单、实用性强，是一种较为科学而有效的评价营养液浓度与用量对番茄生长影响的方法。

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