李銀坤，徐 凡，薛緒掌，王利春，陳 菲，郭文忠

(北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京 100097)

水肥是影響溫室番茄生長發(fā)育及其產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素[1,2]。眾多研究表明，適宜的水肥管理是溫室番茄高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)與高效的重要保證[1,3]。目前，日光溫室蔬菜栽培的灌溉施肥過程多是基于漫灌、溝灌、噴灌、滲灌以及滴灌技術(shù)進(jìn)行的，存在水肥用量過高、灌水施肥不同步以及灌溉施肥時(shí)間不適宜等問題[3-4]。負(fù)水頭灌溉技術(shù)是將一種透水不透氣的供水器埋入土壤，利用植物本身的水分生理特征以及土壤張力學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)作物主動(dòng)吸水的過程，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)土壤水分的精確與持續(xù)控制，可以避免土壤干濕交替的影響[5]。目前研究中，基于負(fù)水頭灌溉技術(shù)在無土蔬菜栽培或盆栽試驗(yàn)中的應(yīng)用較為廣泛，且多是利用其對(duì)土壤水分持續(xù)恒定控制的功能，研究作物的耗水過程與水分調(diào)控優(yōu)化方案[2,6]。但基于負(fù)水頭供液系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)水肥的一體化管理在當(dāng)前研究中較為少見，尤其是針對(duì)日光溫室蔬菜土壤栽培的研究更為少見。本研究基于負(fù)水頭供液系統(tǒng)探討了不同施肥模式對(duì)日光溫室番茄蒸散特征及其水分利用效率的影響，以期明確日光溫室番茄合理的灌溉施肥模式，為負(fù)水頭供液系統(tǒng)下日光溫室蔬菜生產(chǎn)科學(xué)水肥管理模式的建立提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)于2014年3月至2014年7月在北京市國家精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)研究示范基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試溫室長29 m，寬8 m，試驗(yàn)前0～20 cm土壤密度1.39 g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)23.3 g/kg，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.57 mg/kg，田間持水率26.3%。試驗(yàn)小區(qū)長5 m，寬1.4 m，每區(qū)種植番茄2行，栽培方式為畦栽，行距60 cm，株距35 cm。小區(qū)之間用50 cm深PVC板隔離。供試番茄品種為仙客8號(hào)，于2014年3月21日定植，當(dāng)年7月18日拉秧。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于負(fù)水頭供液條件下設(shè)3種施肥模式(表1)：常規(guī)施肥處理(F1)、按EC值調(diào)配的施肥處理(F2)和營養(yǎng)液配方處理(F3)，每處理3次重復(fù)。處理F1和F2所用肥料為尿素(N，46.7%)、磷酸二氫銨(N∶P=1∶2.2)、硫酸鉀(K2O，54%)。其中處理F1的施肥量根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量、土壤養(yǎng)分含量及肥料利用率計(jì)算得到[7]，并按常規(guī)的基施和追施方式進(jìn)行施肥。處理F2將肥料溶于水，以營養(yǎng)液的形式施入土壤，N∶P∶K按照番茄苗期1∶0.4∶1.4、開花坐果期11∶0.2∶1.7、成熟采摘期1∶0.3∶1.6調(diào)配[8]；處理F3按山崎大量元素配方進(jìn)行施肥。其中處理F2和F3的營養(yǎng)液濃度按EC值調(diào)配，具體是：番茄苗期1.0 mS/cm、開花坐果期1.8 mS/cm、成熟采摘期2.5 mS/cm。

表1 日光溫室番茄生長期間各處理施肥量 kg/hm2

1.3 負(fù)水頭供液系統(tǒng)

利用負(fù)水頭供液系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行灌溉和施肥。該系統(tǒng)主要由供液桶、恒液桶、控壓管、集氣瓶和多個(gè)盤式供水器組成，各部件之間由管道連接，形成了一個(gè)密閉系統(tǒng)(圖1)。每套系統(tǒng)為單獨(dú)小區(qū)供液，共計(jì)9套負(fù)水頭供液系統(tǒng)。其中盤式供水器直徑為20 cm，豎埋于25 cm深土壤中，上覆5 cm土壤，番茄種植在盤式供水器兩側(cè)。有關(guān)負(fù)水頭供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其工作原理詳見鄒朝望[5]和李邵[2]等文獻(xiàn)。本試驗(yàn)中負(fù)水頭供液系統(tǒng)的運(yùn)行過程為：作物從土壤中獲取水分，而干燥的土壤則從供水器中吸水，引起集氣瓶中液位下降，導(dǎo)致集氣瓶中的真空度增加；此時(shí)控壓管中的空氣將通過連接管道進(jìn)入集氣瓶，以彌補(bǔ)集氣瓶中變化的真空度。由于控壓管中真空度增加，將與外界大氣壓強(qiáng)形成一個(gè)氣壓差，此時(shí)恒液桶中的水將依次通過控壓管、集氣瓶和盤式供水器進(jìn)入到土壤。恒液桶內(nèi)安裝有浮球裝置，當(dāng)恒液桶液位下降時(shí)，供液桶中的水(或營養(yǎng)液)將進(jìn)入恒液桶。每天定時(shí)讀取供液桶中液位下降的高度，即可得到作物在該時(shí)段內(nèi)的耗液量。由于負(fù)水頭系統(tǒng)供液吸力的大小決定了土壤含水量的高低，根據(jù)已有研究結(jié)果[2]，本試驗(yàn)中日光溫室番茄的負(fù)水頭供液吸力設(shè)定為5 kPa。

圖1 負(fù)水頭供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.4 觀測內(nèi)容與方法

每天上午8∶00讀取負(fù)水頭供液桶內(nèi)的液面下降高度，然后根據(jù)供液桶的內(nèi)徑換算出日蒸散量，日蒸散量的累加值即為番茄季的總耗水量。

在番茄關(guān)鍵生育期取0～20 cm土壤，具體取樣位置在垂直距供水器20 cm處，利用烘干法測定土壤含水率。

在番茄成熟采摘期期，每處理隨機(jī)取3株番茄，按根、莖、葉和果實(shí)等植株部位在105 ℃殺青30 min，然后在75 ℃烘至恒重，測定干物質(zhì)量。

番茄采摘期，用電子天平(精度為0.01 g)記錄每次采摘量，并統(tǒng)計(jì)各小區(qū)產(chǎn)量。

日光溫室內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)由美國CAMPBELL公司的AG1000小氣候監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室內(nèi)環(huán)境因子變化

圖2為日光溫室內(nèi)的日均氣溫和日均濕度的動(dòng)態(tài)變化圖，日均氣溫和日均濕度的變化幅度分別為16.4～37.8 ℃和29.6%～91.1%。隨著番茄生長季節(jié)的延長，溫室內(nèi)的氣溫和濕度均呈波動(dòng)式升高。由于春季氣候的不穩(wěn)定性，氣溫在苗期的波動(dòng)較大，濕度則處于相對(duì)較低的水平(低于30%)。在番茄定植40 d后，氣溫和濕度上升趨勢明顯，而至番茄定植100 d時(shí)(番茄成熟采摘后期)，氣溫和濕度均出現(xiàn)了較大波動(dòng)，這與日光溫室通風(fēng)口打開等因素有關(guān)。整體而言，本試驗(yàn)中較為適宜的溫室環(huán)境為番茄的正常生長提供了保證。

圖2 日溫室內(nèi)氣溫和濕度動(dòng)態(tài)變化

2.2 0～20 cm土壤含水率動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，隨著番茄生育期的推進(jìn)，負(fù)水頭供液條件下各處理0～20 cm土壤含水率呈先降低后升高的變化趨勢，變動(dòng)幅度為19.0%～24.9%。從番茄生育期的0～20 cm土壤含水率均值看，處理F1的最高，為23.3%，但僅比處理F2和F3分別增加了6.19%(P>0.05)和5.39%(P>0.05)。說明各處理在0～20 cm的土壤含水率差異較小。統(tǒng)計(jì)分析表明，處理F1、F2和F3的0～20 cm土壤含水率的變異系數(shù)(CV)分別為5.92%、8.33%和11.9%，變異程度均相對(duì)較低。由此可見，負(fù)水頭供液系統(tǒng)可以保持日光溫室番茄生長季內(nèi)0～20 cm土壤含水率的相對(duì)穩(wěn)定性。

圖3 負(fù)水頭供液條件下土壤含水率動(dòng)態(tài)變化

2.3 日光溫室番茄蒸散量動(dòng)態(tài)變化

由日光溫室番茄全生育期日蒸散量的動(dòng)態(tài)變化圖(圖4)可知，各處理日蒸散量的變化規(guī)律相似，隨著番茄生育期的推進(jìn)均呈單峰曲線，其變化幅度為0.43～5.90 mm/d。番茄定植后，隨著溫度的升高以及植株生長的加快，日蒸散量呈快速增長趨勢，并在定植61 d時(shí)達(dá)到最高峰值，此時(shí)為番茄的坐果盛期。這與坐果期植株對(duì)水分的需求旺盛，增加了從土壤中獲取水分的速率有關(guān)[9]。日蒸散量的最高峰值出現(xiàn)后，呈波動(dòng)下降趨勢。至定植102 d時(shí)日蒸散量已低于1 mm/d。

圖4 日光溫室番茄日蒸散強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化

由表2可知，開花坐果期的蒸散量為175.3～181.6 mm，可占到全生育期的60%以上，該時(shí)期內(nèi)的蒸散強(qiáng)度為3.65～3.78 mm，是苗期的1.88～2.11倍、成熟采摘期的2.03～2.16倍。說明日光溫室番茄的蒸散量主要集中于開花坐果期。各處理的全生育期蒸散量及蒸散強(qiáng)度如表2所示，其中處理F3具有最高的生育期蒸散強(qiáng)度，與處理F2和F1相比，分別增加了2.09%和3.72%(P>0.05)。說明在相同的負(fù)水頭供液吸力下，各施肥模式并未顯著影響到當(dāng)季日光溫室番茄的蒸散量和蒸散強(qiáng)度。

表2 日光溫室番茄蒸散量的生育期變化

2.4 日光溫室番茄產(chǎn)量與水分利用效率

由表3可以看出，處理F3具有最高的生物量和生物量水分利用效率。與處理F1相比，處理F2和F3的生物量分別增加了7.32%和29.0%，生物量水分利用效率分別增加了5.52%和24.1%。番茄產(chǎn)量和產(chǎn)量水分利用效率也均以處理F3為最高，分別達(dá)95 462.0 kg/hm2和32.1 kg/(hm2·m3)，比處理F1分別提高了13.2%和9.84%。由此可見，基于負(fù)水頭供液系統(tǒng)采用山崎番茄大量元素配方的施肥模式(F3)具有最高的產(chǎn)量和水分利用效率。

表3 日光溫室番茄產(chǎn)量及水分利用效率

3 結(jié) 語

(1)負(fù)水頭供液系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)0～20 cm土壤含水率的精確控制。本試驗(yàn)中，日光溫室番茄生長季0～20 cm土壤含水率的變異程度較低，變異系數(shù)(CV)僅為5.92%～11.9%。

(2)日光溫室番茄生育期的日蒸散量變化呈單峰曲線，變化幅度為0.43～5.90 mm/d。日蒸散量最高峰值出現(xiàn)在定植后61 d，即開花坐果期，該時(shí)期的日均蒸散量為3.65～3.78 mm，蒸散量可占到全生育期的60%以上。

(3)采用山崎番茄大量元素配方的施肥處理(F3)具有最高的生育期蒸散強(qiáng)度，與處理F2和F1相比，分別增加了2.09%和3.72%。

(4)本試驗(yàn)條件下，處理F3的生物量和產(chǎn)量以及生物量水分利用效率和產(chǎn)量水分利用效率均為最高，與處理F1相比，分別提高了29.0%和13.2%以及24.1%和9.84%。

綜合分析，采用山崎番茄大量元素配方的施肥處理(F3)為供試條件下最優(yōu)水肥管理模式。

[1] Farneselli Michela, Benincasa Paolo, Tosti Giacomo, et al. High fertigation frequency improves nitrogen uptake and crop performance in processing tomato grown with high nitrogen and water supply[J]. Agricultural Water Management, 2015,154：52-58.

[2] 李 邵，薛緒掌，郭文善，等. 水肥耦合對(duì)溫室盆栽黃瓜產(chǎn)量與水分利用效率的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2010，16(2)：376-381.

[3] 邢英英，張富倉，張 燕，等. 滴灌施肥水肥耦合對(duì)溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水氮利用的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，48(4)：713-726.

[4] Qiu Rangjian, Kang Shaozhong, Li Fusheng, et al. Energy partitioning and evapotranspiration of hot pepper grown in greenhouse with furrow and drip irrigation methods[J]. Scientia Horticulturae, 2011, 129(4)：790-797.

[5] 鄒朝望，薛緒掌，張仁鐸，等. 負(fù)水頭灌溉原理與裝置[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23(11)：17-22.

[6] 周繼華，毛思帥，薛緒掌，等. 負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)供營養(yǎng)液番茄生產(chǎn)及耗水研究[J]. 節(jié)水灌溉，2014，(11)：1-5.

[7] 張國紅，袁麗萍，郭英華，等. 不同施肥水平對(duì)日光溫室番茄生長發(fā)育的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21(S)：151-154.

[8] 吳建繁，王運(yùn)華，賀建德，等. 京郊保護(hù)地番茄氮磷鉀肥料效應(yīng)及其吸收分配規(guī)律研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2000，6(4)：409-416.

[9] 劉 浩，孫景生，王聰聰，等. 溫室番茄需水特性及影響因素分析[J]. 節(jié)水灌溉，2011，(4)：11-14.