利用咸淡水混合灌溉對納米比亞沙漠番茄的影響及研究成果

在全球人口持續增長的大背景下，農業生產面臨著巨大的挑戰。據預測，2022 年世界人口已達 80 億，到 2050 年預計將增長至 90 - 100 億 。這使得農業生產壓力劇增，未來 30 年內需要增產 50% 才能滿足需求。然而，干旱地區的農業發展卻困難重重，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，而干旱地區主要依靠咸水和微咸水灌溉，這嚴重限制了鹽敏感作物（glycophytes）的生長。同時，農業用水占據了大部分淡水資源，進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，部分地區僅 20 毫米，與大西洋沿岸地區相似，傳統農業生產難以開展。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，這些干旱沿海地區就有可能擴大農業生產規模、提高生產力。雖然直接用海水灌溉還不現實，但在一些國家，利用咸水進行園藝和小規模農業生產已展現出一定潛力。

為了探索咸水灌溉的可行性，納米比亞大學（University of Namibia）的研究人員開展了一項研究，評估海水 - 淡水混合物在納米布沙漠風沙土中，結合有機肥和塑料覆蓋進行番茄滴灌的潛力。研究成果發表在《Discover Agriculture》上。

研究人員采用了一系列關鍵技術方法。實驗在納米比亞大學 Sam Nujoma 校區的研究基地進行，土壤為風沙土（Arenosols）。他們設置了不同的處理組，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肥添加。實驗采用隨機完全區組設計的裂區裂區試驗，每個處理組設置三個重復。在實驗過程中，使用重力滴灌系統為番茄幼苗澆水，并根據植物和土壤的濕度情況主觀調整灌溉量。研究人員還測定了多種指標，如植物生物量、葉綠素含量、果實產量、果實糖含量以及果實中的重金屬含量等。

1. 對生物量和產量的影響：海水摻入水平從 0 到 20% 對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）。有機肥添加顯著增加了植株生物量（P<0.05），添加有機肥的植株生物量為 36.1 g，未添加的僅為 21.5 g / 株。在產量方面，0% 海水摻入水平下番茄的總新鮮產量最高（6910 g / 株），20% 海水摻入水平下最低（2496 g / 株）。添加有機肥使番茄產量提高了 29.58%，同時對可銷售產量和不可銷售產量也有顯著影響（P<0.05）。塑料覆蓋對產量損失率有顯著影響（P<0.05），有塑料覆蓋時產量損失率為 22.5%，無覆蓋時為 28.7%。

2. 對葉綠素含量的影響：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% 海水摻入時葉綠素含量最低（21.5），20% 海水摻入時最高（24.9）。添加有機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。

3. 對果實糖含量的影響：海水添加和有機肥添加顯著影響番茄果實的糖含量（P<0.05）。隨著海水摻入水平增加，糖含量升高，20% 海水摻入時糖含量達到 7.64，相比 0% 海水摻入時的 5.1 增加了 49.8%。添加有機肥的果實糖含量平均為 7.06，未添加的為 6.08。

4. 對果實重金屬含量的影響：研究測定了番茄果實中鉻（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% 時最低；塑料覆蓋下 Cr 平均濃度為 2.52 mg/kg，未添加有機肥時為 2.05 mg/kg。Zn 濃度在 20% 海水摻入時最高（20.3 mg/kg），但 10% 海水摻入時最低（16.7 mg/kg） 。

研究結論和討論部分指出，淡水在農業中的供應日益緊張，探索替代水源至關重要。本研究中，滴灌方式使海水摻入對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量。鹽脅迫會導致植物氣孔關閉，減少二氧化碳吸收，影響果實產量，同時海水中的 Na 和 Cl 離子會干擾光合作用。不過，添加有機肥能提高番茄對鹽脅迫的耐受性，增加植株生物量和產量，還能減少有害鹽分的轉運，促進植物生理活動。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土壤保水保肥能力差有關。此外，在高鹽條件下番茄果實糖含量增加，這對生產風味更佳、適合加工的番茄具有重要意義。雖然研究中番茄果實 Cr 和 Zn 濃度未超過世界衛生組織推薦的最大允許水平，但仍需定期監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，適度使用 5 - 10% 的咸水進行番茄滴灌雖會導致產量降低，但番茄果實糖含量增加，具有一定的應用潛力。后續還需要進一步研究咸水與其他作物的適配性，以及監測土壤鹽分積累和滴灌系統堵塞等問題。