李振華，姜 熙，孟維忠，陳 偉，王麗學(xué)，Shaikh Abdullah AI Mamun Hossain，戴皖寧

(1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽 110161；2. 遼寧省水利水電科學(xué)研究院，沈陽 110003；3. 遼寧江河水利水電新技術(shù)設(shè)計(jì)研究院，沈陽 110003)

設(shè)施農(nóng)業(yè)作為新型產(chǎn)業(yè)，具有高質(zhì)、高產(chǎn)、高收益的特點(diǎn)，對保障蔬菜供給，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，帶動地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到重要作用。遼寧省番茄種植面積超過0.667 萬hm2，種植面積仍在不斷擴(kuò)大，其中溫室番茄總種植面積占總面積的75%，成為現(xiàn)在番茄種植的主要模式。膜下滴灌具有節(jié)水、省肥、改良土壤等優(yōu)點(diǎn)，并且對于提高番茄產(chǎn)量、品質(zhì)，降低空氣濕度，減少病蟲害具有重要作用?？琢钐玫热搜芯勘砻鳎は碌喂嗯c溝灌對比顯著地提高了番茄品質(zhì)，減少了灌水量與施肥量。

目前，菜農(nóng)廣泛使用的“水大肥勤”的灌溉施肥方式不僅造成了水資源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本，降低了土壤活力，而且對番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。水肥一體化將精確灌溉和精確施肥相結(jié)合，不僅提高了水肥利用效率，而且對減少環(huán)境污染具有重要意義。本試驗(yàn)在水肥一體化條件下探究合理的灌水下限與氮肥、鉀肥施入量，以期得到較高的產(chǎn)量與品質(zhì)，提高水肥利用效率與經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2016年春季在遼寧省灌溉試驗(yàn)中心站進(jìn)行，為平原地帶，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年日照時(shí)數(shù)為2 520～2 750 h，日照時(shí)數(shù)百分率60.1%，日照季節(jié)分布與作物生長期相適應(yīng)，4-9月有效積溫在3 000 ℃以上。年平均氣溫8.1 ℃，年均降水量672.9 mm。試驗(yàn)區(qū)的土壤為黏壤土，田間持水量24%，0～60 cm深干密度為1.65 g/cm3。

番茄品種為“奧特優(yōu)”，采用大壟雙行種植，壟臺寬1.2 m，兩壟之間的距離為1.5 m，壟長7 m，壟臺高15 cm，行距0.6 m，株距0.4 m，每壟種植番茄34株。采用膜下滴灌灌溉，番茄定植前在壟中心鋪設(shè)滴灌帶，滴頭間距30 cm，管帶壓力0.1 MPa，滴頭流量1.38 L/h，滴灌帶兩側(cè)水平距離30 cm處種植作物。作物全生育期由2月26日開始種植至7月15日結(jié)束。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

番茄定植時(shí)，為保證番茄緩苗率，各處理統(tǒng)一灌水25 mm。番茄的施肥制度通過定植前施底肥和生育期內(nèi)追肥來實(shí)現(xiàn)，按照苗期追肥1次、花期追肥1次、初果轉(zhuǎn)色期追肥1次和盛果期追肥3次，全生育期共追肥6次來控制施肥頻次。施用肥料選用尿素、磷酸二氫鉀和硝酸鉀。試驗(yàn)根據(jù)灌溉下限、氮素使用量和鉀使用量的不同設(shè)置不同處理。灌溉下限分別為田間持水量的65%、75%和85%，上限均為田間持水量；氮素使用量設(shè)高氮、中氮和低氮3個(gè)水平，鉀使用量也設(shè)高鉀、中鉀和低鉀3個(gè)水平，其中中氮和中鉀根據(jù)土壤養(yǎng)分本底值以及農(nóng)戶經(jīng)驗(yàn)確定，值為每公頃施氮(N)量5 400 kg/hm2，施鉀量(K2O) 9 450 kg/hm2。高氮和高鉀使用量在中氮和中鉀使用量基礎(chǔ)上增加30%，低氮和低鉀使用量在中氮和中鉀使用量基礎(chǔ)上減小30%。選用L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，共分為10個(gè)小區(qū)，每小區(qū)54 m2。試驗(yàn)列表見表1。

1.3 測量指標(biāo)

(1)形態(tài)指標(biāo)測定。每10 d左右用游標(biāo)卡尺測定莖粗，每個(gè)小區(qū)選5株定點(diǎn)觀測。每10 d左右用冠層分析儀于小區(qū)中部測量葉面積指數(shù)。

表1 試驗(yàn)因素水平表 %

(2)產(chǎn)量測定。果實(shí)成熟時(shí)采摘稱重，以最終累計(jì)產(chǎn)量為各小區(qū)總產(chǎn)量。

(3)品質(zhì)測定。生育末期各處理隨機(jī)取得新鮮果實(shí)，測定番茄品質(zhì)，主要指標(biāo)：維生素C、蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量等。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SAS進(jìn)行顯著性分析，Excel做圖、DPS7.05作多重比較與模型預(yù)測。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水下限與施肥量對溫室番茄生長的影響

莖粗、葉面積是番茄生長前期最重要的指標(biāo)之一，通過觀察指標(biāo)確定秧苗是否生長健康，進(jìn)而對灌水施肥做相應(yīng)調(diào)整，為作物高產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

隨著植株生長，番茄莖粗逐漸增加。3月6日為植株生長初期，各因素對莖粗的影響并未表現(xiàn)出規(guī)律性變化，隨著植株生長，灌水下限對莖粗表現(xiàn)為隨著灌水下限的增加莖粗增大[見圖1(a)]，到5月6日番茄去尖，與W3相比，W2、W1分別減少3%和6%。隨著施鉀量的增加[見圖1(b)]，莖粗表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，但影響均不顯著。施氮量對莖粗的影響達(dá)到顯著水平，隨著施氮量的增加，莖粗逐漸降低[見圖1(c)]，與N1相比，N2、N3莖粗減少6.2%，9.4%，張明偉的施氮量對小麥秸稈的研究結(jié)果表明，大量的施入氮肥，會使作物增高速度加快，莖節(jié)變細(xì)，抗倒伏能力降低，說明大量的施入氮肥，不利于植株穩(wěn)定生長。

各因素對葉面積的影響均未達(dá)到顯著水平，但灌水下限和施氮量對葉面積的影響仍表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，到5月13日，W3比W2、W1增加4.7%、8.4%[見圖1(d)]，N3與N2、N1相比增加4.8%、6%[見圖1(e)]。結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)脑黾庸嗨?，合理的施入氮肥有利于植株健康生長。綜合考慮，W3N2K2水肥組合對番茄植株生長最為有利。

圖1 不同灌水下限、施肥量對莖粗和葉面積的影響Fig.1 Effects of different irrigation threshold and fertilizer amount on stem diameter and leaf area

2.2 灌水下限與施肥量對溫室番茄產(chǎn)量的影響

番茄產(chǎn)量見表2。通過產(chǎn)量方差分析(見表3)，可以得出灌水下限、施氮量、施鉀量對產(chǎn)量的影響均具有顯著影響(P≤0.05)，其中施氮量對產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平(P≤0.01)。

表2 小區(qū)產(chǎn)量 t/hm2

表3 產(chǎn)量方差分析Tab.3 Yield variance analysis table

注：為方便計(jì)算與分析，產(chǎn)量方差分析、優(yōu)水平分析、模型預(yù)測均采用小區(qū)實(shí)際產(chǎn)量為基礎(chǔ)數(shù)值。

通過優(yōu)水平分析(見表4)，各因子均在中水平時(shí)，即W2N2K2組合時(shí)可以得到最優(yōu)產(chǎn)量。隨著灌水下限的提高和施肥量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢，表明產(chǎn)量與因素關(guān)系曲線有峰值點(diǎn)出現(xiàn)。本結(jié)果可以選出試驗(yàn)?zāi)M的27種組合的最優(yōu)，但只是已給定的固定灌水施肥量水平組合中選擇出來的最優(yōu)組合，是否達(dá)到產(chǎn)量最大值還需進(jìn)一步分析計(jì)算。

表4 產(chǎn)量優(yōu)水平分析 kg

注：產(chǎn)量指試驗(yàn)小區(qū)54 m2的產(chǎn)量。

運(yùn)用DPS軟件建立擬合模型：

Y=182.916 666 7+163.525 000 00X1+

150.420 833 33X2+91.716 666 67X3-

37.891 666 67X1X1-37.820 833 33X2X2-

22.316 666 667X3X3-3.741 666 667X1X3

經(jīng)檢驗(yàn)，模型的F值為364.5，P=0.04<0.05,模型達(dá)到顯著水平。其中一次項(xiàng)，二次項(xiàng)均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，僅X1、X3乘積項(xiàng)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即僅灌水下限與施鉀量具有交互作用。模型的相關(guān)系數(shù)R達(dá)到0.998 4，具有較高的可信度，可以代表灌水下限和施肥量與產(chǎn)量之間的關(guān)系。

由關(guān)系曲線(見圖2)可以得出，產(chǎn)量與灌水下限、施氮量、施鉀量均呈二次拋物線關(guān)系。經(jīng)模型求解，當(dāng)X1=2.064 9，X2=1.986 6，X3=1.881 8時(shí)，Y=587.609 9為最大值。經(jīng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)灌水下限為75.65%(為方便操作，灌水下限取76%)，施氮量為358.5 kg/hm2，施鉀量為607.5 kg/hm2時(shí)，得到最高產(chǎn)量587.6 kg即108.82 t/hm2。接近設(shè)定處理W2N2K2即中水中氮中鉀的灌水施肥水平。

圖2 產(chǎn)量與灌水施肥量關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between yield and irrigation and fertilization amount

由表5可知，與地區(qū)經(jīng)驗(yàn)種植方式相比，通過模型預(yù)測得 到的灌水量比CK節(jié)約38.6%，施氮量節(jié)省18%，施鉀量節(jié)省25.1%，產(chǎn)量增加6.64%。在節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，提高了產(chǎn)量，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益，對節(jié)約資源，減少土地污染具有重要意義。

表5 預(yù)測結(jié)果與CK比較Tab.5 Results of prediction compared with CK

2.3 灌水下限與施肥量對溫室番茄鮮果品質(zhì)的影響

鮮果品質(zhì)(見表6)是果蔬產(chǎn)品的一個(gè)重要指標(biāo)，在獲得高產(chǎn)量的情況下高品質(zhì)同樣重要。本次試驗(yàn)所檢測的3項(xiàng)指標(biāo)對番茄均很重要，可溶性糖的含量直接影響番茄口感，VC與氨基酸的含量代表了番茄鮮果的營養(yǎng)價(jià)值。為兼顧3項(xiàng)指標(biāo)，得到VC、可溶性糖、氨基酸含量均較高的水肥組合，運(yùn)用多指標(biāo)正交試驗(yàn)評分法中的排隊(duì)評分法來確定最優(yōu)水肥組合。以VC為例，W3N2K1組合VC含量最高設(shè)為10分，W1N2K2組合VC含量最低得1分，其他組合通過與最低值之間的差值比例計(jì)算給分。各指標(biāo)得分情況見表7。通過綜合得分得出9個(gè)試驗(yàn)處理中W2N1K2得分最高，表明該處理果實(shí)品質(zhì)最佳。但要選出試驗(yàn)所包含的27個(gè)組合中品質(zhì)最佳的水肥組合，需要對各因 素得分做極差分析，分析見表8。結(jié)果表明灌水下限、施氮量、施鉀量均在中水平時(shí)得分最高，各因素主次順序?yàn)槭┾浟?、施氮量、灌水下限，最?yōu)水肥組合為W2N2K2。

表6 各處理鮮果品質(zhì)測定結(jié)果 mg/g

表7 排隊(duì)評分結(jié)果Tab.7 The result of line up and score

表8 因素得分極差分析結(jié)果Tab.8 The range analysis of score of factor

3 結(jié) 論

灌水下限與施肥量均對莖粗、葉面積具有一定的影響，較大的灌水下限有利于增加莖粗和葉面積，大量的施入氮肥會造成莖稈變細(xì)，葉面積增加，發(fā)生徒長現(xiàn)象。在營養(yǎng)生長時(shí)期，較高的灌水下限和適宜的氮肥施入量，有利于植株的生長。綜合考慮，W3N2K2水肥組合最利于作物前期生長。

產(chǎn)量與灌水下限、施氮量、施鉀量均呈開口向下的拋物線關(guān)系，隨著灌水下限的提高、施肥量的增加，產(chǎn)量先增加后減少。通過模型精確預(yù)測， W2.06N1.98K1.88為最優(yōu)水肥組合，與對照組CK相比，灌水量節(jié)省38.6%，氮肥節(jié)省18%，鉀肥節(jié)省25.1%，預(yù)測產(chǎn)量為108.82 t/hm2，提高6.64%。

影響番茄品質(zhì)的主要因素為鉀肥施用量，其次為施氮量、灌水下限。經(jīng)過排隊(duì)評分法分析，W2N2K2水肥組合品質(zhì)最優(yōu)。

綜合考慮，當(dāng)灌水下限為76%，施氮量358.5 kg/hm2，施鉀量358.5 kg/hm2時(shí)，可以得到良好的作物長勢，最高的番茄產(chǎn)量，較優(yōu)的番茄品質(zhì)，大大提高水肥利用效率與經(jīng)濟(jì)效益。

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