我国是一个农业大国，而水资源是农业生产及粮食安全的关键因素[1]。随着我国经济发展及人口增多，由农业生产扩大带来的对农业灌溉水的需求量急剧升高。目前，在我国农业灌溉用水量约占总用水量的62%[2]。尽管不断有新的节水灌溉、高效用水等措施来缓解水资源短缺问题，但远远无法满足我国农业生产扩大对水的需求。淡水资源将面临日趋严重的供需矛盾，这不仅对我国未来经济和发展造成严重的制约，同时粮食生产安全也得不到保障。我国微咸水资源丰富，据统计，微咸水总量为277亿m3，其中可开采利用资源为130亿m3，集中分布在地表以下10～100 m，华北、西北以及沿海地带是我国微咸水主要分布区域[3]。微咸水的合理开发利用，对于缓解水资源矛盾、扩大农业水源、抗旱增产等方面有非常重要的意义。

随着农业技术的发展，农业废弃物的产生呈日益增长态势。约2亿t秸秆随意堆放或焚烧，焚烧产生的CO2、CO、氮氧化物及多环芳烃等有害气体，危害人类健康，污染环境。但却被称作“放错位置的资源”[4]。因为作物秸秆中含有大量的木质素、纤维素、半纤维素、粗蛋白质等，玉米秸秆的粗蛋白质、中性洗涤纤维、木质素含量分别达9.8%，70.4%，4.9%[5]。据统计，我国每年的秸秆总产量超过10多亿t，约占世界秸秆总产量的30%。秸秆中除含有氮、磷、钾和有机碳养分外，还可提供相当数量的中、微量元素和氨基酸等有机营养成分，是一类数量极其丰富，能直接利用的有机肥资源。农业废弃物基质化利用是指将农业有机废弃物通过无害化和稳定化处理，经过适当的配方过程，产生用于作物栽培基质的过程，是极具开发前景的农业废弃物利用途径。

以秸秆为主要原料进行堆肥化，在很大程度上保护环境，特别是避免焚烧秸秆带来的问题，其规模大、成本低。但秸秆碳氮比高，木质纤维素组分含量高，难降解，导致秸秆堆肥质量不高[6-8]。众所周知，多种添加剂(包括微生物，矿物质营养素，酶)与废料混合，可实现高效堆肥。其中生物炭和蚯蚓粪在堆肥中应用广泛，且添加生物炭和蚯蚓粪对作物生长发育存在一定程度的影响[9-10]。郑文德等[11]研究了玉米秸秆基质块、复合添加蚯蚓粪和生物炭对促进黄瓜植株生长，改善基质物理特性，促进植株对基质养分吸收，提高黄瓜产量效果显著。文中华等[12]研究发现腐熟秸秆+生物炭处理可以显著提高秧苗茎粗、根长、植株干质量。一定比例基质添加蚯蚓粪处理下，茄幼苗根系生长相对较好，可显著提高株高、茎粗、叶面积、根冠比[13]。将玉米秸秆压缩成块在田间进行原位堆肥，在微咸水和淡水灌溉系统下将生物炭、蚯蚓粪(质量比2∶1)添加到秸秆基质中对植物生长的影响研究鲜有报道。

因此，本研究以玉米秸秆、秸秆+生物炭(质量比4∶1)、秸秆+蚯蚓粪(质量比1∶1)、秸秆+生物炭+蚯蚓粪为栽培基质，并进行微咸水或淡水灌溉处理，系统研究不同玉米秸秆栽培基质下，微咸水和淡水灌溉对番茄植株生长、果实品质和产量的影响，为有效促进植株生长和品质形成的玉米秸秆基质的选择，以及秸秆块栽培下微咸水替代淡水灌溉的可能提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2020年4月3日-8月23号在宁夏吴忠国家农业科技园区日光温室C区4号棚进行。以单一玉米秸秆为对照(S)、秸秆+生物炭(质量比4∶1)SB、秸秆+蚯蚓粪(质量比1∶1)SE、秸秆+生物炭+蚯蚓粪(质量比2∶2∶1)SBE为处理，上述处理均用尿素按照碳氮比25∶1调节发酵，原位发酵49 d后作为栽培基质进行栽培试验，灌溉水采用淡水和微咸水，共8个处理。番茄品种为安特莱斯，购买于宁夏天缘种业有限公司，采用下挖槽式栽培，栽培槽长宽高为10.00 m×0.60 m×0.45 m，双行栽培，行距70 cm，株距45 cm，每个处理3个重复，小区面积6 m2，采用随机区组排列。所有处理均采用滴灌，全生育期追肥以色列海法宝和魔力丰，且所有处理灌水量和追肥量一致。玉米秸秆来自宁夏石嘴山市平罗县当地农户，秸秆完全风干后切割成1～3 cm均匀大小。蚯蚓粪购买于华盛绿能(宁夏)农业科技有限公司。生物炭是玉米秸秆经过炭化得到的，购买于南京六合区周边玉米秸秆。各处理基本性质见表1。微咸水EC为3 mS/cm，淡水EC为1.148 mS/cm。

1.2 样品采集和测定方法

苗期从定植后40 d开始测定，盛果期从定植后70 d开始测定，拉秧期从100 d开始测定。每个处理取代表植株5株，做好标记，每14 d测定1次植株长势，共测定5次，涵盖株高、茎粗、叶面积、叶片数、SPAD。利用钢制卷尺从番茄茎基部到生长点进行株高的测定，利用游标卡尺在距地面1 cm处进行茎粗测定，利用卷尺测定最大叶片的叶长和叶宽，并进行叶面积计算，采用SPAD-502叶绿素仪进行叶绿素含量测定。利用下面公式进行株高相对生长率和茎体积相对生长率计算。Q1 和 Q2 分别代表在T1 和T2时期的株高或茎粗。

RGR=(lnQ2-lnQ1)/(T2-T1)

①

盛果期每个处理选代表性植株5株，在晴天 09：00-11：00 用美国LI-6800 便携式光合仪测定叶片光合特性；同样的叶片暗适应 20 min 以上，避开叶脉，用日本OS5P 便携式叶绿素仪测定叶片荧光参数。采集代表植株，分开地上部和地下部，用天平测定地上部鲜质量、根鲜质量，在105 ℃下杀青30 min，而后用烘箱烘干至恒质量，分别测定地上部干质量以及根干质量。

盛果期每个处理选代表性果实6个，进行果实品质测定。用电子秤称单果质量，采用TD-45数字折光仪测定可溶性固形物含量，采用水杨酸比色法测定硝酸盐含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用钼蓝比色法测定Vc含量，采用酸碱中和转移法测定有机酸含量。

1.3 数据分析

所有数据重复3次，采用Excel 2010和SPSS 20.0软件对试验数据进行统计与分析。采用单因素 Duncan 在P<0.05水平进行显著性分析，使用Excel 2010软件制作数据图。利用隶属函数对植株生长指标和叶片光合荧光特性进行综合评价。

2 结果与分析

2. 1 微咸水灌溉下生物炭与蚯蚓粪添加对秸秆基质下番茄生长的影响

由图1可知，整个生育期内，株高相对生长率和茎体积相对生长率呈降低趋势。苗期，同种基质处理株高相对生长率在微咸水和淡水灌溉下无显著差异，SE和SBE处理株高相对生长率显著高于S处理51.7%，55.1%，SB在淡水处理下显著高于S处理52.4%。盛果期，除SBE处理在微咸水灌溉条件下相对淡水灌溉显著增加株高相对生长率，其他处理株高相对生长在不同灌溉水下差异不显著，S和SE处理微咸水灌溉相对淡水灌溉降低茎体积相对生长率，而SBE和SB处理则分别增加茎体积相对生长率87.11%，141.33%，且在微咸水灌溉下茎体积相对生长率显著高于S处理。拉秧期，SE微咸水相对淡水灌溉增加了株高相对生长率，相对淡水增加了79.49%，其他处理微咸水相对淡水灌溉对株高相对生长率无显著差异，SE则显著增加株高相对生长率，并显著高于相同灌溉水处理下的S处理，SB处理在淡水处理下茎体积相对生长率显著高于S处理179.71%。

由图2可知，除SB处理，同种基质处理不同灌水下总生物量和根冠比间无显著差异，淡水灌溉下SE处理总生物量最低，显著低于SBE处理，且SBE与SB处理间无显著差异，微咸水灌溉下不同基质处理间无显著差异。淡水灌溉下SBE处理根冠比显著低于S处理25.73%，微咸水灌溉下S处理根冠比最高，显著高于SBE处理33.19%，且SE、SBE、SB处理间无显著差异。

2.2 微咸水灌溉下生物炭与蚯蚓粪添加对秸秆基质下叶片光合荧光特性的影响

由图3可知，S和SB处理下，微咸水相对淡水灌溉显著增加了蒸腾速率，但SE、SBE处理则表现为微咸水相对淡水灌溉降低了蒸腾速率。淡水灌溉下，各处理间蒸腾速率有显著差异，蒸腾速率从高到低依次为SE、SBE、S、SB处理；在微咸水灌溉下各处理间蒸腾速率有显著差异，从高到低依次为S、SE、SBE、SB。在S和SB基质下，微咸水相对淡水灌溉显著增加了光合速率，而SBE和SE则降低了光合速率。淡水灌溉下SBE光合速率最高，其次SE，最低SB处理，微咸水灌溉下S处理光合速率最高，其次SB，最低为SBE处理。水分利用效率分析表明，在SBE和SB处理下，微咸水相对淡水显著增加了叶片水分利用效率。淡水灌溉下SB叶片水分利用效率最高，其次S，最低为SE处理，微咸水灌溉下SB叶片水分利用率最高，其次SBE，SE处理最低。在S和SB处理下，微咸水相对淡水灌溉显著增加了气孔导度，在SE和SBE处理下，微咸水相对淡水显著降低了气孔导度；不同灌溉水下，各基质处理的气孔导度间差异显著，淡水灌溉下，气孔导度从高到低依次为SE、SBE、S、SB，微咸水灌溉下则为S、SE、SB、SBE。

由图4可知，S处理下，微咸水相对淡水灌溉显著增加了最大荧光(Fm)，而SBE和SB处理下，微咸水相对淡水降低了Fm。淡水灌溉下，SE和SBE处理Fm显著高于S处理，SB显著低于S处理，且SBE和SB处理在微咸水灌溉下显著低于S处理60.24%，77.73%。SBE和SB处理在不同灌溉水下Fv/Fm均低于0.8，SE处理Fv/Fm最高，且SB在微咸水灌溉下相对淡水灌溉增加了Fv/Fm 1.66%。相同基质下，不同灌溉水处理表观光合电子传递速率无显著差异，SB处理最高，其次为SBE处理，S处理最低。除SE栽培基质外，其他栽培基质微咸水相对淡水灌溉显著降低qP，不同灌溉水下S处理qP均显著低于其他处理，SB处理最大，其次为SBE处理。

2.3 微咸水灌溉下生物炭与蚯蚓粪添加对秸秆基质条件下果实品质和产量影响

由表2可知，微咸水灌溉可提高可溶性固形物、Vc和可溶性糖含量，SB处理下可溶性固形物淡水下单一秸秆增加23.91%。相同栽培基质下，微咸水相对淡水灌溉显著增加了果实可溶性固形物含量，在SBb处理下含量最高，相对淡水增加了5.56%；SE和SBE处理显著降低了有机酸含量，S则增加有机酸含量；SE处理增加了Vc含量，S降低Vc含量，SBE和SB则无显著影响；SE和SBE增加了果实硝酸盐含量，S降低了硝酸盐含量；S、SE、SBE、SB均显著增加了果实可溶性糖含量。在淡水灌溉下，相对S处理，SB显著增加了果实可溶性固形物，SE、SBE、SB显著增加有机酸含量，降低硝酸盐含量，且SE增加可溶糖性含量。在微咸水灌溉下，相对S处理，SBE处理显著降低可溶固形物含量，降低有机酸含量，SE处理能显著增加果实Vc含量、硝酸盐含量和可溶性糖含量。SB处理，微咸水相对淡水灌溉显著增加了可溶性糖含量，增加了50.15%。

由图5可知，相同栽培基质下，不同灌溉水处理对产量无显著影响，淡水灌溉下，各基质处理间无显著差异，微咸水灌溉下SE处理产量最高，显著高于S和SB处理52.78%，43.43%。

2.4 微咸水灌溉下生物炭与蚯蚓粪添加对秸秆基质条件下各指标隶属函数值及综合排名

由表3可知，对所有处理的植株生长、光合荧光、品质和产量指标，进行隶属函数综合评价分析，除SE外，其他基质栽培条件下微咸水相对淡水灌溉降低了综合排名，相同灌溉水下，SE提升了排名，其他处理降低了排名，综合评价和排序从高到低依次为，SE、S、SBE和SB。

3 讨论与结论

随着农业的不断发展和进步，绿色和可持续被视为重中之重。设施农业中，在高产高质的前提下保持农业废弃物的创新利用是当前亟待解决的关键问题，同时结合农业用水紧张的现状展开研究与创新是非常有必要的[14]。

本研究结果表明，添加生物炭和蚯蚓粪可在一定程度上促进株高相对生长率和茎体积相对生长率。相同基质下，苗期，微咸水相对淡水对株高相对生长率和茎体积无显著影响，盛果期，SBE和SB显著增加茎体积相对生长率，且SE在拉秧期显著增加了株高相对生长率。由于在苗期微咸水灌溉后盐分累积量少，因此，在苗期相对于淡水灌溉对株高和茎体积相对生长率影响不显著。而后期盐分累积增多，盛果期添加生物炭后增加茎体积，这是因为生物炭通过影响土壤化学性质进而对作物生长发育和产量有促进作用[15]。添加生物炭能改善土壤酸碱度、控制温室气体排放、改善土壤物理结构、养分状况及微生物多样性和群落结构等，对植株生长有促进作用[16-18]。相同基质下，除SB处理，不同灌溉水处理对植株生物量和根冠比无显著差异。淡水或微咸水灌溉下，相对S处理，SE、SB、SBE处理显著增加苗期株高相对生长率，且在拉秧期，SBE在淡水灌溉下，SE在微咸水灌溉下增加株高相对生长率效果显著。这可能是因为蚯蚓粪的引入，降低了秸秆的碳氮比，从而促进了秸秆腐解和养分的释放，继而促进作物的长势。有学者研究表明，蚯蚓堆肥能促进有机物高效转化，使其发酵分解速度得到大幅度提高[19]。

相同基质下，SE、SBE、SB处理表现微咸水相对淡水灌溉降低了蒸腾速率和气孔导度。因为光合作用是植物生长发育所需物质和能量的主要来源，盐胁迫会严重抑制植物的光合作用，不利于植物的生长发育[20]。在S和SB基质下，微咸水相对淡水灌溉显著增加了光合速率，而SBE和SE则降低了光合速率。叶片水分利用效率分析表明，淡水和微咸水灌溉下SB叶片水分利用效率最高，这是因为施用生物炭可有效提高植物的净光合速率，从而提高植株光合特性，这与前人研究结果一致[21]。在添加生物炭处理中，微咸水相对淡水降低了Fm。淡水灌溉下，SBE和SB处理在不同灌溉水下Fv/Fm均低于0.8，相同基质下，不同灌溉水处理表观光合电子传递速率无显著差异，SB处理最高。因为盐分胁迫所造成的作物脱水或生理性干旱，同样会降低作物的 Fv/Fm和 Fv/Fo[22]。由于灌入微咸水后，直接抑制了叶片的光合作用，但是添加生物炭后，可减缓盐分胁迫，这是由于生物炭能提高土壤的腐殖质和有机质含量，具备“锁”碳能力，从而使土壤肥力和二氧化碳含量提高[23]，间接提高植物的光合能力。

微咸水灌溉可提高可溶性固形物、Vc和可溶性糖含量，SB处理下可溶性固形物淡水下单一秸秆增加23.91%，SE处理下可溶性糖值最大。一定矿化度的微咸水灌溉可提高番茄果实中的维生素C、可溶性固形物及可溶性糖的含量[24]，也可调节番茄的风味、色泽和可溶性酸含量，有利于提高番茄果实中的糖酸比，改善番茄的品质。与淡水灌溉相比，微咸水直接灌溉可使番茄叶片和果实的己糖含量增加，蔗糖转运蛋白和转化酶活性增强，从而提高番茄果实的糖含量[25-26]。相同基质下，微咸水灌溉相对淡水灌溉降低了产量。相同灌溉下，添加生物炭和蚯蚓粪显著提高了产量。因为微咸水灌溉会将大量的盐分和离子带入土壤中，可能导致使得作物根区大量积盐，影响作物产量形成，并增加土壤盐渍化风险，不利于土壤可持续利用。而生物炭含有植物生长所必需的营养元素，具有良玉米秸秆好的物理性质和调控养分的作用，这使得其在施入土壤后，会与土壤相互作用，发生一系列复杂的反应，促进植物种子萌发和植株生长，从而提高农作物产量[27]。

综上所述，微咸水灌溉下生物炭与蚯蚓粪添加基质一方面可促进番茄的生长，进而提高番茄产量。另一方面，促进番茄植株的光合作用、提高果实品质，为微咸水合理应用和农业废弃物高效利用提供理论依据。

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Effects of Organic Compound Substrate from Corn Stalkon Tomato Growth and Fruit Quality under Brackish and Fresh Water Irrigation

YNAG Guankai，WU Yufang，CAO Hanghang，WANG Xiaodong，ZHANG Xueyan

(School of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China)

Abstract： To investigate the effects of corn straw as the main component of the cultivation substrate on crop growth and fruit quality under brackish water and fresh water irrigation. Four treatments were designed，including the pure corn stalk(S-control)，biochar(SB)，S added with earthworm compost(SE)，biochar and earthworm compost(SBE).Brackish water and fresh water irrigation were applied with each of the four substrate treatments，respectively，leading to a total of eight available treatments. The results showed that with same cultivation substrates, irrigational water had insignificant effect on the relative growth rates of plant height and stem volume at seedling stage. Compared with fresh water irrigation, brackish water irrigation had more positive effect on increasing the relative growth rate of plant height at later stage in SE treatment groups, with a 79.49% more increase in the relative growth rate. However, there were no significant differences in total biomass and root shoot ratio between SE-treated plants irrigated by fresh water and those irrigated by brackish water Brackish water irrigation promoted photosynthetic rate and transpiration rate compared to the fresh water irrigation in the S and SB treatments. Moreover, transpiration rate was reduced in SE, WUE was increased in SBE and SB. SB had the best effect of alleviating brackish water stress. Under the same culture substrate, brackish water significantly increased the soluble solid content compared to fresh water irrigation, and the highest soluble solid content was detected in SB, which was increased by 5.56%. SE and SB treatments significantly increased soluble sugar content in brackish water compared with fresh water irrigation by 53.84% and 50.15%, respectively, but there was no significant difference in yield. Compared with S treatment, SE increased transpiration rate under fresh water irrigation and had the highest Fv/Fm. SBE decreased the root-shoot ratio and SB increased the water use efficiency under fresh and brackish water irrigation. Compared with S treatment, SB treatment had the most significant effect on increasing soluble solid under brackish water irrigation, while SE treatment had the most significant effect on decreasing organic acid content and increasing soluble sugar content. Therefore, adding biochar and organic matter under different water irrigation can promote tomato growth, alleviate salt stress and improve fruit quality.

Key words： Tomato;Corn straw culture substrate；Brackish water；Biochar；Earthworm compost；Growth

收稿日期：2021-01-04

基金项目：宁夏回族自治区重点研发项目一般项目(国际合作项目)(2019BEH03001)；自治区科技创新领军人才(KJT2017001)；宁夏回族自治区“青年拔尖人才培养工程”

作者简介：杨官凯(1995-)，女，宁夏中宁人，在读硕士，主要从事设施园艺栽培生理与生态研究。

通讯作者：张雪艳(1981-)，女，河北保定人，教授，博士，硕士生导师，主要从事设施蔬菜栽培与生理等研究。

中图分类号：S141；S641.2

文献标识码：A

文章编号：1000-7091(2021)增刊-0081-08

doi：10.7668/hbnxb.20191996