利用咸淡水混合灌溉對(duì)納米比亞沙漠番茄的影響及研究成果
在全球人口持續(xù)增長的大背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。據(jù)預(yù)測，2022 年世界人口已達(dá) 80 億，到 2050 年預(yù)計(jì)將增長至 90 - 100 億 。這使得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)壓力劇增，未來 30 年內(nèi)需要增產(chǎn) 50% 才能滿足需求。然而，干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展卻困難重重，土壤鹽漬化和淡水短缺是兩大主要障礙。全球約有 8 億公頃土地受鹽漬化影響，而干旱地區(qū)主要依靠咸水和微咸水灌溉，這嚴(yán)重限制了鹽敏感作物（glycophytes）的生長。同時(shí)，農(nóng)業(yè)用水占據(jù)了大部分淡水資源，進(jìn)一步加劇了淡水的稀缺性。
在納米比亞，大部分土地干旱，年降雨量極低，部分地區(qū)僅 20 毫米，與大西洋沿岸地區(qū)相似，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)難以開展。但如果能合理利用咸水、微咸水和處理后的廢水等淡水替代品，這些干旱沿海地區(qū)就有可能擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、提高生產(chǎn)力。雖然直接用海水灌溉還不現(xiàn)實(shí)，但在一些國家，利用咸水進(jìn)行園藝和小規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已展現(xiàn)出一定潛力。
為了探索咸水灌溉的可行性，納米比亞大學(xué)（University of Namibia）的研究人員開展了一項(xiàng)研究，評(píng)估海水 - 淡水混合物在納米布沙漠風(fēng)沙土中，結(jié)合有機(jī)肥和塑料覆蓋進(jìn)行番茄滴灌的潛力。研究成果發(fā)表在《Discover Agriculture》上。
研究人員采用了一系列關(guān)鍵技術(shù)方法。實(shí)驗(yàn)在納米比亞大學(xué) Sam Nujoma 校區(qū)的研究基地進(jìn)行，土壤為風(fēng)沙土（Arenosols）。他們設(shè)置了不同的處理組，主要包括不同的海水摻入水平（0%、5%、10% 和 20% v/v），以及是否使用塑料覆蓋和有機(jī)肥添加。實(shí)驗(yàn)采用隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計(jì)的裂區(qū)裂區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)處理組設(shè)置三個(gè)重復(fù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，使用重力滴灌系統(tǒng)為番茄幼苗澆水，并根據(jù)植物和土壤的濕度情況主觀調(diào)整灌溉量。研究人員還測定了多種指標(biāo)，如植物生物量、葉綠素含量、果實(shí)產(chǎn)量、果實(shí)糖含量以及果實(shí)中的重金屬含量等。
對(duì)生物量和產(chǎn)量的影響：海水摻入水平從 0 到 20% 對(duì)番茄植株生物量沒有顯著影響(P>0.05)，但顯著影響了番茄的新鮮產(chǎn)量（P<0.05）。20% 海水摻入水平下番茄植株生物量最低（23.8 g），0% 海水摻入水平下生物量最高（35.2 g / 株）。有機(jī)肥添加顯著增加了植株生物量（P<0.05），添加有機(jī)肥的植株生物量為 36.1 g，未添加的僅為 21.5 g / 株。在產(chǎn)量方面，0% 海水摻入水平下番茄的總新鮮產(chǎn)量最高（6910 g / 株），20% 海水摻入水平下最低（2496 g / 株）。添加有機(jī)肥使番茄產(chǎn)量提高了 29.58%，同時(shí)對(duì)可銷售產(chǎn)量和不可銷售產(chǎn)量也有顯著影響（P<0.05）。塑料覆蓋對(duì)產(chǎn)量損失率有顯著影響（P<0.05），有塑料覆蓋時(shí)產(chǎn)量損失率為 22.5%，無覆蓋時(shí)為 28.7%。
對(duì)葉綠素含量的影響：葉綠素含量（以 SPAD 單位衡量）雖然不受各因素顯著影響(P>0.05\)，但總體趨勢是 0% 海水摻入時(shí)葉綠素含量最低（21.5），20% 海水摻入時(shí)最高（24.9）。添加有機(jī)肥的植株葉綠素含量略高于未添加的植株，分別為 23.6 和 22.8。
對(duì)果實(shí)糖含量的影響：海水添加和有機(jī)肥添加顯著影響番茄果實(shí)的糖含量（P<0.05）。隨著海水摻入水平增加，糖含量升高，20% 海水摻入時(shí)糖含量達(dá)到 7.64，相比 0% 海水摻入時(shí)的 5.1 增加了 49.8%。添加有機(jī)肥的果實(shí)糖含量平均為 7.06，未添加的為 6.08。
對(duì)果實(shí)重金屬含量的影響：研究測定了番茄果實(shí)中鉻（Cr）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鎳（Ni）等重金屬的濃度，其中 Cd、Pb、Ni 低于檢測限，僅 Cr 和 Zn 的濃度受海水摻入水平顯著影響，Zn 的濃度還受塑料覆蓋影響。20% 海水摻入水平下 Cr 濃度最高（7.05 mg/kg），0% 時(shí)最低；塑料覆蓋下 Cr 平均濃度為 2.52 mg/kg，未添加有機(jī)肥時(shí)為 2.05 mg/kg。Zn 濃度在 20% 海水摻入時(shí)最高（20.3 mg/kg），但 10% 海水摻入時(shí)最低（16.7 mg/kg） 。
研究結(jié)論和討論部分指出，淡水在農(nóng)業(yè)中的供應(yīng)日益緊張，探索替代水源至關(guān)重要。本研究中，滴灌方式使海水摻入對(duì)植株生物量無顯著影響，但高海水摻入量顯著降低了番茄產(chǎn)量。鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物氣孔關(guān)閉，減少二氧化碳吸收，影響果實(shí)產(chǎn)量，同時(shí)海水中的 Na 和 Cl 離子會(huì)干擾光合作用。不過，添加有機(jī)肥能提高番茄對(duì)鹽脅迫的耐受性，增加植株生物量和產(chǎn)量，還能減少有害鹽分的轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)植物生理活動(dòng)。塑料覆蓋在本研究中未顯示出明顯積極效果，推測可能與沙漠沙質(zhì)土壤保水保肥能力差有關(guān)。此外，在高鹽條件下番茄果實(shí)糖含量增加，這對(duì)生產(chǎn)風(fēng)味更佳、適合加工的番茄具有重要意義。雖然研究中番茄果實(shí) Cr 和 Zn 濃度未超過世界衛(wèi)生組織推薦的最大允許水平，但仍需定期監(jiān)測海水灌溉土壤中重金屬的積累情況。
總的來說，該研究表明在納米比亞這樣的干旱地區(qū)，適度使用 5 - 10% 的咸水進(jìn)行番茄滴灌雖會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低，但番茄果實(shí)糖含量增加，具有一定的應(yīng)用潛力。后續(xù)還需要進(jìn)一步研究咸水與其他作物的適配性，以及監(jiān)測土壤鹽分積累和滴灌系統(tǒng)堵塞等問題。
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