張芳園，劉玉春，蔡 偉，郭 彬，楊小蛟

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院水利系，河北 保定 071001)

我國是世界最大的蔬菜消費國和生產(chǎn)國。根據(jù)歷年《中國統(tǒng)計年鑒》相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，2001-2013年的13 a間，全國蔬菜種植面積占當(dāng)年農(nóng)作物總種植面積的比例均超過10%，2013年全國蔬菜種植面積為2 090 萬hm2，占當(dāng)年農(nóng)作物總種植面積的12.7%[1]。近年來我國設(shè)施蔬菜迅速發(fā)展，目前我國設(shè)施面積已近179 萬hm2，其中80%以上進(jìn)行蔬菜生產(chǎn)，在部分地區(qū)蔬菜設(shè)施栽培面積的比例已經(jīng)達(dá)到了蔬菜總栽培面積的10%以上，甚至某些地區(qū)已接近30%[2]。蔬菜是一種高耗水作物，蔬菜需求的剛性增長和我國水資源的嚴(yán)重短缺，迫使蔬菜生產(chǎn)要節(jié)水。各地蔬菜生產(chǎn)中普遍存在水肥過量施用的問題，這造成蔬菜硝態(tài)氮含量超標(biāo)、蔬菜土壤養(yǎng)分過量積累等問題。蔬菜生產(chǎn)亟須減少蔬菜生產(chǎn)中的水肥用量，尤其是氮肥用量，降低蔬菜的硝酸鹽含量、減少蔬菜土壤、蔬菜地下水和地表水的硝酸鹽污染，實現(xiàn)環(huán)境友好、資源節(jié)約的蔬菜生產(chǎn)。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，不僅需要推廣先進(jìn)高效的節(jié)水灌溉技術(shù)，更需要研發(fā)、推廣應(yīng)用簡單實用、操作方便的水肥調(diào)控措施，將灌水施肥技術(shù)和水肥管理措施有機結(jié)合，才能有效控制蔬菜水肥用量。

番茄是溫室內(nèi)主要的種植蔬菜和重要的經(jīng)濟(jì)作物，水分和肥料是影響作物生長發(fā)育的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，二者相互促進(jìn)，相互制約[3-5]。養(yǎng)分和水分結(jié)合能有效提高水肥資源的利用率，因而合理的使用肥料，充分發(fā)揮肥和水的激勵機制和協(xié)同效應(yīng)，獲得最大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益[6-8]。有研究表明，番茄葉片數(shù)隨灌水量的增加而增多、隨氮肥用量的增加呈先降低后增加的趨勢[9]。番茄產(chǎn)量隨著灌水量增加，呈先增加后減少的趨勢[10,11]，番茄產(chǎn)量和施肥量表現(xiàn)為拋物線關(guān)系，適當(dāng)施肥可增加番茄產(chǎn)量[12]，作物葉片SPAD值與灌水量和施肥量的關(guān)系也呈現(xiàn)相同趨勢[13,14]。同種灌水技術(shù)條件下，水肥耦合對作物產(chǎn)量影響的研究較多，但同時考慮不同灌水技術(shù)、不同灌水量和施氮量三因素對作物產(chǎn)量影響的研究鮮有報道。本文采用全面試驗，研究滴灌和膜下溝灌兩種灌水技術(shù)條件下，不同水、氮用量對日光溫室番茄植株生長和產(chǎn)量的影響，為設(shè)施番茄水氮管理提供參考依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗分別于2015年4月至7月(春夏季)和2016年9月至2017年2月(秋冬季)進(jìn)行。試驗地位于河北省廊坊市永清縣新苑陽光農(nóng)業(yè)園區(qū)(30°19′N，116°29′E)，試驗地屬北溫帶亞濕潤氣候區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候，年平均日照2740 h，年平均氣溫11.5 ℃，年平均降雨540 mm。試驗所在科研日光溫室為東西走向，長79 m，寬6.5 m。春夏季0～20 cm土壤有機質(zhì)為2%，堿解氮為93.71 mg/kg，速效磷為20.34 mg/kg，速效鉀為158.43 mg/kg；秋冬季0～20 cm土壤有機質(zhì)為2%，堿解氮為76.24 mg/kg，速效磷為24.57 mg/kg，速效鉀為147.25 mg/kg。0～60 cm深度土壤物理性質(zhì)分別經(jīng)百特激光粒度分析系統(tǒng)Ver 7.21測定，并根據(jù)美國制土壤質(zhì)地分類確定為粉砂質(zhì)壤土，其物理和水力特性見表1。

表1 試驗土壤物理特性Tab.1 Physical properties of experimental soils

1.2 試驗設(shè)計

試驗考慮灌水技術(shù)、灌水量和施氮量3個試驗因素，灌水技術(shù)分為滴灌(D)和膜下溝灌(F)。灌水量設(shè)置低(W1)、中(W2)、高(W3) 3個水平，其中W3根據(jù)園區(qū)生產(chǎn)經(jīng)驗確定，W1和W2分別為W3的60%和80%。試驗過程中施氮量設(shè)置不施氮(N1)、中等施氮量(N2)、高施氮量(N3) 3個水平，其中N3根據(jù)園區(qū)生產(chǎn)經(jīng)驗確定，N2為N3的50%。番茄定植前，在棚內(nèi)施用基肥，各試驗小區(qū)施用量不作處理，春夏季和秋冬季基肥中化肥含氮量分別為73.86和98.48 kg/hm2，生育期內(nèi)追施氮量分別為26.38和34.57 kg/hm2。試驗期間，依據(jù)試驗園區(qū)經(jīng)驗確定灌水時間，春夏季和秋冬季番茄全生育期灌水情況見表2。

表2 灌水情況統(tǒng)計 mm

在番茄定植前起壟，壟高15 cm，壟寬100 cm，間距35 cm，每壟定植兩行，試驗采用寬窄行種植，寬行80 cm，窄行55 cm，株距33 cm。春夏季和秋冬季番茄分別于4月7日和9月17日定植，兩季試驗番茄定植時秧苗均健壯。試驗分為滴灌區(qū)和膜下溝灌區(qū)兩部分，滴灌區(qū)9個處理，每個試驗處理設(shè)置3個重復(fù)，共27個試驗小區(qū)，試驗小區(qū)在滴灌區(qū)內(nèi)采用隨機排列的方式布置，膜下溝灌區(qū)與之相同。

1.3 試驗觀測

植株生長指標(biāo)觀測：在番茄生育期對番茄株高、莖粗、葉綠素進(jìn)行觀測，每個試驗處理在番茄小區(qū)中間、生長均勻一致、密度適當(dāng)處，挑選3株番茄進(jìn)行測量及觀測，其中株高用盒尺觀測，莖粗用MNT-150型電子游標(biāo)卡尺觀測，葉綠素采用TYS-A型手持便攜式葉綠素儀觀測。

番茄產(chǎn)量統(tǒng)計：春夏季番茄采收期為6月21日-7月20日，秋冬季番茄采收期為2月2日-2月14日。在番茄采收期，對每個小區(qū)每次產(chǎn)量分別進(jìn)行記錄，采收時用電子秤稱重各小區(qū)實際產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮調(diào)控對番茄株高的影響

表3給出了兩季試驗各處理不同時期番茄株高及方差分析結(jié)果。春夏季試驗，在番茄整個生育期各試驗處理的株高基本都表現(xiàn)為滴灌高于膜下溝灌，認(rèn)為是由于滴灌是一種局部灌溉，肥料隨滴灌水流直接送達(dá)作物根系部位，易被作物根系吸收，有利于植株生長。春夏季番茄定植后的第63和81 d，滴灌處理株高最大值分別為99和103 cm(W3N2)，膜下溝灌處理株高最大值分別為93和100 cm(W3N1)；秋冬季番茄定植后的第35、48和61 d，滴灌處理株高最大值分別為91、117和127 cm(W3N2)，說明高灌水量有利于番茄株高增長，且滴灌條件下，W3N2處理效果較好。從施氮量對株高影響來看，株高最大值多出現(xiàn)在N1、N2處理中，所以從株高角度考慮W3N1、W3N2處理優(yōu)于W3N3處理。方差分析結(jié)果表明，春夏季膜下溝灌處理，在番茄定植后8 d和81 d，水氮交互作用對番茄株高影響達(dá)到顯著水平，但在其他生育期無顯著影響；秋冬季試驗，除滴灌處理在番茄定植第9 d和第35 d外，兩種灌水技術(shù)的水氮用量對番茄株高影響均顯著。

表3 番茄株高統(tǒng)計

注：相同行中不同字母表示0.05水平差異顯著，下同。

2.2 水氮調(diào)控對番茄莖粗的影響

兩季試驗各處理番茄莖粗均值及方差分析結(jié)果如表4所示。由表4可知，春夏季試驗兩種灌水技術(shù)條件下的莖粗均值分別為11.71和11.08 mm，滴灌條件下莖粗均值比膜下溝灌高5.7%，秋冬季兩種灌水技術(shù)條件下莖粗均值分別為9.84和9.50 mm，滴灌條件下莖粗均值比膜下溝灌高3.6%，滴灌是局部微量灌溉，均勻而又緩慢地滴入番茄根區(qū)土壤中，使水分的滲漏和損失降低到最低限度，對番茄莖粗增長有利。春夏季試驗兩種灌水技術(shù)條件下莖粗均值最大值分別為12.37和12.34 cm，秋冬季試驗分別為10.36和9.92 cm，灌水量處理莖粗表現(xiàn)為：W3>W2>W1，施氮量表現(xiàn)為：N2>N3>N1。方差分析表明，灌水技術(shù)對番茄莖粗影響達(dá)到顯著水平，滴灌技術(shù)優(yōu)于膜下溝灌技術(shù)；兩季試驗兩種灌水技術(shù)條件下，施氮量對番茄莖粗影響均未達(dá)到顯著水平，可見本試驗中施氮量對番茄莖粗的影響沒有起到主要作用；膜下溝灌條件下，兩季試驗的灌水量對番茄莖粗影響均不顯著，由表也可以看出，春夏季番茄莖粗略高于秋冬季。

2.3 水氮調(diào)控對番茄葉片葉綠素的影響

兩季試驗各處理番茄葉片葉綠素均值動態(tài)變化見圖1和圖2。春夏季番茄葉片葉綠素含量呈先增加后降低的趨勢，在結(jié)果初期前后，葉片葉綠素含量達(dá)到最大值。由于春夏季光照充足，有利于葉綠素的生成，在番茄營養(yǎng)生長階段，番茄葉綠素含量增長較快，在生育后期，番茄生殖生長旺盛，營養(yǎng)主要向果實運輸，促進(jìn)下部果實成熟和上部果實膨大，葉片生長受到限制，葉綠素含量逐漸降低。秋冬季番茄葉片葉綠素含量呈波動狀態(tài)，在結(jié)果期處于基本穩(wěn)定水平，分析認(rèn)為，這一現(xiàn)象與秋冬季天氣有一定關(guān)系，低溫和光照不足不利于番茄葉片葉綠素含量增長。兩季試驗，番茄葉片葉綠素含量的最大值多出現(xiàn)在W2處理中，其中春夏季試驗較為突出，番茄葉綠素含量隨灌水量增加呈先增加后減少的趨勢。春夏季試驗，在番茄生育前期，施氮量對番茄葉片葉綠素含量影響并不顯著，在生育后期，N3處理葉片葉綠素含量稍高于N1和N2處理。春夏季滴灌和膜下溝灌處理葉片葉綠素含量最大分別為54.1和53.2 SPAD，差幅達(dá)到1.7%，秋冬季分別為47.0和43.2 SPAD，差幅達(dá)到8.7%，說明滴灌比膜下溝灌更有利于番茄葉片葉綠素的積累。

表4 番茄莖粗均值和方差分析 mm

注：*為各處理在α=0.05水平下差異性顯著。

圖1 春夏季試驗番茄葉片葉綠素動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of chlorophyll in tomato leaves during spring and summer test

2.4 水氮調(diào)控對番茄產(chǎn)量的影響

表5給出了兩季試驗各處理番茄產(chǎn)量統(tǒng)計及方差分析結(jié)果。由表5可知，春夏季滴灌和膜下溝灌條件下，產(chǎn)量均值分別為73.61和68.01 t/hm2，滴灌比膜下溝灌高8.2%；秋冬季滴灌和膜下溝灌條件下，產(chǎn)量均值分別為49.54和47.04 t/hm2，滴灌比膜下溝灌高5.3%。春夏季滴灌和膜下溝灌條件下，產(chǎn)量最大值分別為82.20和74.57 t/hm2，秋冬季分別為56.45和53.32 t/hm2，產(chǎn)量表現(xiàn)為：W3>W2>W1，說明高灌水量能夠增加番茄產(chǎn)量。秋冬季滴灌條件下，N1、N2、N3處理產(chǎn)量均值分別為45.98、54.64、48.05 t/hm2，N2處理分別比N1和N3高18.8%和13.6%；膜下溝灌條件下，N1、N2、N3處理產(chǎn)量均值分別為45.66、51.44、44.02 t/hm2，N2處理分別比N1和N3高12.7%和16.9%，灌水量相同條件下，產(chǎn)量隨施氮量的增加先增加后減小。方差分析表明，春夏季滴灌處理，水氮用量對番茄產(chǎn)量影響顯著；膜下溝灌處理，水氮用量對番茄產(chǎn)量沒有顯著影響。

圖2 秋冬季試驗番茄葉片葉綠素動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of chlorophyll in tomato leaves during autumn and winter test

秋冬季試驗兩種灌水技術(shù)條件下，水氮用量對番茄產(chǎn)量影響均顯著。

3 結(jié) 語

相比于膜下溝灌，滴灌處理有利于番茄植株生長和產(chǎn)量提高。園區(qū)經(jīng)驗灌水量(W3)、中等施氮量(N2)處理對番茄株高和莖粗增長更有利，而中等灌水量(W2)、園區(qū)經(jīng)驗施氮量(N3)處理對番茄莖粗增長更有利。對產(chǎn)量而言，園區(qū)經(jīng)驗灌水量(W3)處理比中、低灌水量(W2、W1)處理高0.3%至14.9%不等；中等施氮量(N2)處理比不施氮(N1)、高施氮量(N3)處理高12.7%至18.8%不等。

綜合考慮生長和產(chǎn)量指標(biāo)，滴灌技術(shù)優(yōu)于膜下溝灌技術(shù)，W3N2處理是最優(yōu)的水氮組合，是最利于節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)、番茄生長的灌水量和施氮量，因此W2N2處理可為設(shè)施番茄水氮管理提供參考依據(jù)。

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