張紅梅，金海軍，丁小濤，余紀柱

(上海市農(nóng)業(yè)科學院設施園藝研究所，上海市設施園藝技術(shù)重點實驗室，上海 201403)

傳統(tǒng)的灌溉施肥方式往往造成水肥資源大量浪費，并導致土壤養(yǎng)分失衡[1]、C/N比失調(diào)[2]、次生鹽漬化[3]、酸化[4]等一系列問題，因此要改善設施土壤環(huán)境必須要改變灌溉施肥方式。水肥一體化技術(shù)是利用噴滴灌設施及吸肥器等專用設備，借助于水壓將可溶性肥料按作物的生長需求吸入灌溉管網(wǎng)，通過田間管網(wǎng)系統(tǒng)供給作物根系，以滿足作物不同生長期的水肥需要[5-6]。水肥一體化可以降低土壤硝態(tài)氮淋洗，提高其利用效率[7-8]，促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成[9-10]，還可以根據(jù)土壤特性、作物根系特征及需水需肥規(guī)律精確調(diào)控土壤水分和養(yǎng)分，在很多作物上得到了應用，表現(xiàn)出較好的效果[11]。本試驗以黃瓜為研究對象，以常規(guī)水肥管理技術(shù)為對照，通過研究使用水肥一體化技術(shù)種植黃瓜的土壤理化性狀、土壤酶活性以及黃瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，分析水肥一體化技術(shù)在黃瓜栽培生產(chǎn)上的使用效果，以期為該項技術(shù)的推廣提供可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗在上海市農(nóng)業(yè)科學院莊行綜合試驗站的五連棟大棚A3內(nèi)進行。

1.2 試驗材料

選用上海市農(nóng)業(yè)科學院設施園藝研究所選育的荷蘭型黃瓜品種‘春秋王2號’，定植時間為2017年3月29日。

1.3 試驗處理

設置常規(guī)水肥管理技術(shù)(CK)和水肥一體化技術(shù)(文丘里施肥器+滴灌設備)2個處理，每個處理3次重復，小區(qū)面積160m2，每個小區(qū)有10畦，畦寬1.60m，畦長10m。具體肥料施用情況：基肥為有機肥15 000kg/hm2(“裕欣”牌生物有機肥，上海綠色環(huán)保設備有限公司，N+P2O5+K2O≥6%，有機質(zhì)≥45%)和硫酸鉀型復合肥450kg/hm2(“超富”牌復合肥，安徽寶豐復合肥有限公司，N∶P2O5∶K2O為15∶15∶15)。2個處理的基肥相同，追肥和灌溉方案見表1。對照的總灌溉量為6 450m3/hm2，尿素追肥總量為1 260kg/hm2，KH2PO4追肥總量為945kg/hm2，純養(yǎng)分量分別為N 579kg/hm2、P2O5493.5 kg/hm2、K2O 327 kg/hm2；水肥一體化技術(shù)的灌溉量為4 920 m3/hm2，追肥使用“芳甸”牌大量元素水溶肥(上海芳甸生物技術(shù)有限公司)，N∶P2O5∶K2O為20∶20∶20，總追肥量為1 860kg/hm2，純養(yǎng)分量分別為N 372kg/hm2、P2O5372 kg/hm2、K2O 372 kg/hm2。黃瓜生長過程中其他管理措施相同。

表12種水肥管理技術(shù)下的灌水與追肥情況

Table1Theirrigationandadditionalfertilizeroftwowaterandfertilizermanagementtechnologies

1.4 測定項目及方法

在黃瓜苗期、開花結(jié)果期、盛果期、拉秧后4個時期，每小區(qū)取5個點采集0—20cm土層的土壤樣品，混合均勻，一部分土樣風干保存，用于測定土壤理化性狀，另一部分土樣于4℃條件下保存，用于測定土壤酶活性。土壤理化性狀的測定參照鮑士旦[12]的方法。土壤 pH和EC值按水土比為5∶1浸提，采用酸度計和電導率儀測定；可溶性總鹽含量采用質(zhì)量烘干法測定；有效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度計法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測定。土壤纖維素酶活性采用蒽酮比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[13]。

黃瓜定植后每隔7d測定植株生長指標(株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積)，每次每個處理測定5株，共測定5次。在盛果期對黃瓜果實中VC、可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸鹽含量進行測定。黃瓜的株高為子葉到生長點的高度(卷尺測量)，莖粗為子葉和第一片真葉間莖的直徑(游標卡尺測量)，葉片數(shù)計展開面積達到完全葉1/3以上的葉片，葉面積采用黃瓜群體葉面積無破壞性速測方法進行測定[14]。每次采收的黃瓜稱量質(zhì)量并記錄，最后統(tǒng)計小區(qū)產(chǎn)量，折算成每公頃產(chǎn)量。在黃瓜盛果期，采用二甲苯萃取比色法測定黃瓜果實中VC含量；采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量[15]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

所有試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進行處理和作圖，采用SPSS 20.0統(tǒng)計軟件對平均數(shù)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥一體化技術(shù)處理對大棚土壤養(yǎng)分及總鹽、EC值和pH的影響

從表1可以看出，在黃瓜生長的4個時期，水肥一體化技術(shù)處理土壤中的養(yǎng)分含量均高于對照。苗期水肥一體化技術(shù)處理土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量分別比對照高29.22%、15.19%、12.07%、31.68%，均差異顯著。開花結(jié)果期2個處理土壤中只有堿解氮含量差異顯著，其他養(yǎng)分含量差異不明顯。盛果期2個處理土壤中的有機質(zhì)、堿解氮、有效磷含量差異顯著，拉秧后水肥一體化技術(shù)處理土壤中的有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀含量分別比對照高1.42%、17.4%、4.96%、25.67%。在黃瓜生長的4個時期中，拉秧后的土壤養(yǎng)分除了有效磷含量有所增加外，有機質(zhì)、堿解氮和速效鉀的含量均比前面3個時期有所下降。對照的土壤可溶性總鹽含量在開花結(jié)果期和盛果期明顯高于水肥一體化技術(shù)處理，特別是盛果期，比水肥一體化技術(shù)處理高 110.71%。水肥一體化技術(shù)處理土壤EC值小于對照，盛果期2個處理的土壤EC值差異顯著。2個處理不同時期的土壤pH變化不大，在苗期和拉秧后水肥一體化技術(shù)處理土壤pH稍高于對照。

表2 水肥一體化技術(shù)對大棚土壤養(yǎng)分、EC值和pH的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值，同一指標后字母不同表示在相同時期差異達5%顯著水平

2.2 水肥一體化技術(shù)處理對大棚土壤纖維素酶和過氧化氫酶活性的影響

從圖1可知，在黃瓜的整個生長期，土壤纖維素酶的活性呈逐漸增加的趨勢，水肥一體化技術(shù)處理的土壤纖維素酶活性高于對照，在黃瓜生長的4個時期分別比對照高10.41%、47.55%、28.51%、40.58%。2個處理的土壤過氧化氫酶活性呈波浪型變化，盛果期過氧化氫酶活性最高，整個生育期水肥一體化技術(shù)處理的土壤過氧化氫酶活性略高于對照。

圖1 水肥一體化技術(shù)對大棚土壤纖維素酶和過氧化氫酶活性的影響Fig.1 Effects of water and fertilizer integration technology on the activities of soil cellulase and catalase in greenhouse

2.3 水肥一體化技術(shù)處理對大棚黃瓜生長的影響

從圖2可以看出，隨著黃瓜的生長，其株高、莖粗、葉片數(shù)和總?cè)~面積逐漸增加。水肥一體化技術(shù)處理的黃瓜生長指標均大于對照。在開花結(jié)果期(5月9日)，水肥一體化技術(shù)處理的黃瓜株高、莖粗、葉片數(shù)和總?cè)~面積分別比對照增加16.67%、12.5%、16.64%和25.82%，水肥一體化技術(shù)可以明顯促進黃瓜葉面積的增加。

圖2 水肥一體化技術(shù)對大棚黃瓜生長的影響Fig.2 Effects of water and fertilizer integration technology on cucumber growth in greenhouse

2.4 水肥一體化技術(shù)對大棚黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

由表2可知，水肥一體化技術(shù)處理的黃瓜產(chǎn)量顯著高于對照，增產(chǎn)17.12%。水肥一體化技術(shù)也提高了黃瓜的品質(zhì)，黃瓜果實中的VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量分別比對照增加了22.44%、7.82%和9.06%，其中VC和可溶性蛋白含量與對照差異顯著。2個處理黃瓜果實的硝酸鹽含量均在標準允許范圍內(nèi)，但水肥一體化技術(shù)處理的黃瓜果實中硝酸鹽含量大幅下降，比對照降低55.57%。

表3 水肥一體化技術(shù)對大棚黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值，同一指標后字母不同表示差異達5%顯著水平

2.5 大棚黃瓜使用水肥一體化技術(shù)的節(jié)水節(jié)肥效果和經(jīng)濟效益分析

從表4可以看出，水肥一體化技術(shù)處理的大棚黃瓜節(jié)水率達23.72%，如果水電費按0.6元(人民幣，下同)/m3計算，可以節(jié)約水電918元/hm2；水肥一體化技術(shù)還可以節(jié)約追肥用量，節(jié)肥345kg/hm2，對照使用的追肥費用為10 836元(尿素2.6元/kg，KH2PO48元/kg)，水肥一體化技術(shù)追肥費用為11 160元(“芳甸”牌大量元素水溶肥價格為6元/kg)，雖然肥料用量節(jié)省，但由于水溶肥價格較高，水肥一體化肥料支出比對照多324元/hm2。但是利用水肥一體化技術(shù)處理的黃瓜產(chǎn)量比對照增加8 020.5kg/hm2，增加產(chǎn)值24 063元(按3元/kg計算)；如果水肥一體化技術(shù)一次性投資約37 500元/hm2，毛管使用壽命一般可達3年以上，支管和其他設備壽命以10年計算，每年投入8 700元。計算得出：增收節(jié)支合計為15 957元/hm2，當年一茬果菜類即可收回成本。

表4 大棚黃瓜使用水肥一體化技術(shù)的節(jié)水和節(jié)肥效果

3 結(jié)論與討論

采用先進的技術(shù)合理管理水肥，有效提高水肥利用效率，是保障設施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[16]。水肥一體化技術(shù)是實現(xiàn)水肥同步管理且高效精準的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，灌溉時間、灌溉量及灌溉定額等技術(shù)參數(shù)對土壤理化性狀有一定的影響。王立革等[9]研究表明，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)明顯改善了設施土壤的溫度、硬度和入滲能力，降低了硝態(tài)氮的淋洗。尤秀娜等[17]在鹽堿地種植黃瓜時采用高壟栽培結(jié)合水肥一體化技術(shù)，鹽分得到一定程度的淋洗，使鹽堿土EC值降低了52%。鄭育鎖等[18]研究認為，水肥一體化技術(shù)有助于土壤理化性狀的改善。宋卓琴等[16]研究認為，水肥一體化技術(shù)降低了土壤的EC值，有利于減緩土壤pH的下降。本研究表明：在黃瓜的整個生育期，水肥一體化技術(shù)處理的土壤養(yǎng)分含量均高于常規(guī)水肥管理，土壤總鹽含量和EC值均明顯降低，但pH變化不大。

土壤酶是土壤生物活性的綜合表現(xiàn)，與土壤類型、栽培制度和管理措施等有著密切的關(guān)系，在一定程度上反映了土壤肥力、營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化以及環(huán)境條件等的變化[19]。土壤纖維素酶主要來源于土壤微生物；土壤過氧化氫酶能促進過氧化氫對各種化合物的氧化，它與土壤呼吸強度和土壤微生物活動有關(guān)，在一定程度上反映了土壤微生物活動的強度[13]。宋卓琴等[16]研究認為，在番茄緩苗期，水肥一體化技術(shù)可以提高土壤過氧化氫酶的活性。周德平等[4]研究認為，土壤過氧化氫酶活性隨種植年限延長逐漸下降。楊鳳娟等[20]研究顯示，鹽度高的土壤中過氧化氫酶活性較低。本研究表明：在黃瓜的整個生育期，土壤纖維素酶活性逐漸增加，水肥一體化技術(shù)處理的土壤纖維素酶和過氧化氫酶活性均高于對照，這可能與土壤中鹽分減少、EC值降低有關(guān)。

水肥一體化是提高水分、養(yǎng)分利用效率，促進作物增產(chǎn)的重要手段，對改善果實品質(zhì)也有一定的作用[17]。梁海玲等[6]研究得出，70%水肥一體化施肥的玉米鮮苞產(chǎn)量、產(chǎn)值分別提高6.73%、6.72%。金明弟等[21]研究認為，采用水肥一體化技術(shù)栽培的青菜產(chǎn)量和品質(zhì)均優(yōu)于采用常規(guī)水肥栽培的青菜。邢英英等[22]研究了水肥耦合對溫室番茄水氮利用效率的影響，發(fā)現(xiàn)水肥一體化技術(shù)使番茄產(chǎn)量提高了 31.04 t/hm2。本研究表明：水肥一體化技術(shù)處理的黃瓜比對照增產(chǎn)17.12%，果實品質(zhì)也有所改善，果實中的VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量增加，而硝酸鹽含量明顯低于常規(guī)水肥管理。

綜上，在黃瓜栽培管理中，相比于常規(guī)水肥管理，水肥一體化技術(shù)可以提高土壤養(yǎng)分和土壤酶活性，改善土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)，提高黃瓜果實產(chǎn)量和品質(zhì)。此外，水肥一體化技術(shù)還具有省水、省肥等優(yōu)點，具有更好的生態(tài)和經(jīng)濟效益。