廉旭瑞，申麗霞，朱羽萌，楊 玫，李京玲

（太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原030024）

我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)發(fā)展離不開水資源的支持，為 了提高水資源利用率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)研究有著重要意義[1]。微潤灌溉是一種新型地下灌溉技術(shù)，以連續(xù)灌溉方式不間斷地向作物根系供應(yīng)適量水分，使植物吸水過程與田間灌溉過程具有同步性，它是將膜技術(shù)引入灌溉領(lǐng)域，利用半透膜的單向滲透性能，以緩慢出流的方式為作物根區(qū)土壤適時(shí)、適量提供水分，始終使根區(qū)土壤保持濕潤狀態(tài)，從而達(dá)到灌溉目的[2]。該灌溉技術(shù)具有棵間蒸發(fā)小、水分利用率高及促進(jìn)作物增產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn)[3]。本課題組在前期已經(jīng)進(jìn)行了大量關(guān)于微潤灌溉水肥一體化的研究，包括樊耀等[4]研究了微潤灌溉下施氮水平對(duì)大棚辣椒生長的影響，郭晗笑等[5]探究了微潤灌溉水肥一體化對(duì)空心菜生長的影響，得出壓力水頭為1.5 m 時(shí)作物的產(chǎn)量及耗水量優(yōu)于本課題組已進(jìn)行試驗(yàn)的其余水頭。他們關(guān)于微潤灌溉水肥一體化的研究在作物的整個(gè)生育期內(nèi)施肥濃度不發(fā)生改變，而作物在不同生育期內(nèi)對(duì)肥料的需求是不同的，以番茄為例，番茄的栽培技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟，但由于我國一部分農(nóng)戶對(duì)番茄種植不夠重視，施肥具有盲目性，使得番茄產(chǎn)量達(dá)不到預(yù)期[6，7]。因此，該試驗(yàn)以番茄為研究對(duì)象，探究微潤灌溉水肥一體化條件下不同施肥運(yùn)籌對(duì)番茄生長的影響，為微潤灌溉水肥一體化下番茄的種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年4-7月在山西省太原市太原理工大學(xué)水利學(xué)院（海拔800 m，37°87′E，112°55′N）進(jìn)行，該區(qū)域?qū)儆跍貛О敫珊导撅L(fēng)性氣候，日照充足，雨熱同步，晝夜溫差較大。年平均氣溫10.3 ℃，年降水量457 mm，年日照總時(shí)數(shù)2 675.8 h，平均無霜期165 d。移植番茄幼苗時(shí)根部所帶土球?yàn)槟嗵客?，增加番茄幼苗存活率。試?yàn)用土為質(zhì)地松軟的腐葉土，是由落葉經(jīng)多年堆積腐爛而形成，所含養(yǎng)分非常豐富。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，番茄品種選取易成熟的櫻桃番茄，定植番茄幼苗于木質(zhì)種植箱（90×45×40 cm）中，每箱種植株數(shù)相等；每組處理在種植箱中縱向設(shè)置埋深15 cm、間距30 cm 的2 根微潤管，由高位水箱提供穩(wěn)壓水頭與微潤管相連，試驗(yàn)期間將肥料均勻溶解于高位水箱內(nèi)，在作物整個(gè)生育期內(nèi)持續(xù)提供水肥溶液，利用微潤管的單向滲透性能將水肥輸送到作物根系附近。種植土壤取自山西省太原市尖草坪區(qū)芮城村，土壤干密度為0.41 g∕cm3，初始土壤含水率較低，試驗(yàn)所用肥料為高純度氮肥。設(shè)置相同壓力水頭下施肥濃度遞增的5 組（N1～N5）不同處理，施肥濃度有200、200～400、400、400～800、800 mg∕L 5 個(gè)梯度，其中200～400 mg∕L 為番茄結(jié)果期前施肥濃度200 mg∕L，開始結(jié)果后施肥濃度400 mg∕L，400～800 mg∕L 同上。每組處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)試驗(yàn)，定期測量這5組處理的土壤含水率、番茄的根系生長情況、莖粗、株高等，分析壓力水頭不變的情況下，施肥濃度對(duì)番茄生長的影響。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤體積含水率

從番茄幼苗定植于大棚種植箱開始第1次測量，采用烘干法，每組處理取土位置相同，與微潤管水平距離為5 cm，深度控制在0～15 cm，用精度為0.01 g 的電子秤測量其濕土重，烘箱內(nèi)105 ℃烘8 h測其干土重[8]，計(jì)算出土壤重量含水率，乘以土壤容重得出土壤體積含水率，試驗(yàn)間隔7 d進(jìn)行一次。

表1 試驗(yàn)處理Tab.1 Experimental treatment

1.3.2 株高和莖粗

株高是測量植株土表面開始至其最高端的垂直距離，用普通卷尺進(jìn)行測量，每組處理測5個(gè)植株取平均值。

莖粗的測量采用精度為0.01 mm 的電子游標(biāo)卡尺，測量植株下端的直徑，每個(gè)種植箱測量長勢均勻的2株取平均值。

1.3.3 葉片面積

番茄葉片有薯葉、復(fù)葉等類型，該試驗(yàn)用的櫻桃番茄為復(fù)葉。由于傳統(tǒng)的摘葉求積法測出的葉面積與實(shí)際葉面積相差較大，網(wǎng)格法測葉面積效率較低，吳遠(yuǎn)藩[9]在番茄生長不同時(shí)期對(duì)葉面積測量進(jìn)行大量試驗(yàn)，通過回歸方程得出4個(gè)生長時(shí)期的葉面積計(jì)算方法如下。

幼苗期：

開花期：

坐果期：

收獲期：

式中：Y為所測葉面積；X為所測葉的長×寬。

測量時(shí)每個(gè)處理選3株番茄植株，每個(gè)植株上、中、下各選2 片，測量6 片葉子葉長葉寬。葉長指的是該復(fù)葉基部小葉著生處至先端小葉尖端的長度，葉寬指的是復(fù)葉最寬處的寬度，取平均值。

1.3.4 產(chǎn)量和灌溉水分生產(chǎn)率

番茄坐果時(shí)為了保證果實(shí)的品質(zhì)，每株番茄在4穗果后摘心，每穗留5～6 個(gè)番茄。每組處理用電子秤測5 株番茄果實(shí)的重量取平均值作為該組處理的單株產(chǎn)量，按種植密度折算為單位面積產(chǎn)量，灌溉水分生產(chǎn)率是番茄產(chǎn)量與灌水量的比值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 對(duì)土壤含水率以及番茄株高、葉面積、產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制折線圖，用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行差異顯著性分析（P=0.05）。

2 結(jié)果分析

2.1 各處理土壤含水率隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化

該試驗(yàn)在室外塑料大棚的種植箱內(nèi)進(jìn)行，不受降雨影響，也無需考慮地下水補(bǔ)給。由于微潤管是地埋方式，地表蒸發(fā)過小，可忽略不計(jì)?？梢哉J(rèn)為土壤水分變化僅受灌水量及植物根系對(duì)土壤水分吸收2 因素的影響[10]。從圖1可以看出各處理土壤體積含水率變化趨勢相似，苗期土壤含水率明顯增大，開花坐果期土壤體積含水率大幅下降后呈現(xiàn)小幅度波動(dòng)，成熟期土壤體積含水率普遍上漲而后穩(wěn)定在20%左右。在大棚種植箱種植的情況下僅考慮番茄根系對(duì)土壤含水率造成的影響，番茄苗期時(shí)對(duì)水分需求較低，故土壤體積含水率增大明顯，到了開花坐果期番茄生長較快，需要從土壤中吸取較多的水分，所以出現(xiàn)快速下降的趨勢，下降至15%左右后，微潤管對(duì)土壤水分的補(bǔ)給與番茄根系對(duì)土壤水分的吸收形成動(dòng)態(tài)平衡，呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢。番茄開花結(jié)果后進(jìn)入成熟期，此時(shí)番茄植株生長趨勢減緩，養(yǎng)分主要提供給果實(shí)，對(duì)土壤水分的消耗相較于植株生長期明顯下降，所以進(jìn)入成熟期后土壤水分含量上漲，并隨著時(shí)間的推移土壤體積含水率穩(wěn)定在20%左右。由此可以看出施肥濃度的變化對(duì)土壤體積含水率的變化影響較小，主要體現(xiàn)在生長過程中土壤體積含水率的波動(dòng)上。

2.2 不同施肥運(yùn)籌對(duì)葉面積和株高的影響

圖2為相同壓力水頭，不同施肥濃度下番茄葉面積的動(dòng)態(tài)變化過程。從圖2可以看出不同施肥濃度處理后的番茄葉面積生長呈現(xiàn)S形上漲趨勢，且在整個(gè)開花結(jié)果期和成熟期，番茄葉面積生長規(guī)律表現(xiàn)為N5＞N4＞N3＞N2＞N1，說明施肥濃度對(duì)葉面積的影響較大，隨著施肥濃度的增加葉面積生長越有利。對(duì)各處理進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05），可得N2、N3處理差異不顯著，N4、N5差異不顯著，N1與其他處理差異均顯著，N2、N3 與N4、N5 差異顯著。對(duì)比N1、N2 與N3 處理，葉面積生長動(dòng)態(tài)變化相似，N2處理與N3處理葉面積大小相差較小，而N1 處理葉面積較小。N2 處理與N3 處理僅施肥濃度有差異，N2 處理為結(jié)果期前施肥濃度200 mg∕L，開始結(jié)果后施肥濃度增加至400 mg∕L，N3 處理在番茄整個(gè)生長周期施肥濃度保持在400 mg∕L 的水平，由此可得番茄苗期及生長發(fā)育前期生長不需要過多肥料，在開始結(jié)果后對(duì)肥料的需求加大，需要更多的養(yǎng)分供給。對(duì)比N3、N4 與N5 處理，可得到相同結(jié)論。以上結(jié)果可得，番茄種植時(shí)苗期及開花期前可減少肥料的使用，結(jié)果期及成熟期可適當(dāng)增加肥料的使用，這與牛爽[11]等的研究結(jié)果一致。

圖3為相同壓力水頭不同施肥濃度下番茄株高的動(dòng)態(tài)變化過程。由圖3可以看出，各處理的番茄株高隨時(shí)間推移均呈現(xiàn)增加趨勢，苗期增長緩慢，開花結(jié)果期株高增長較快，成熟期番茄株高增長再次變緩，曲線大體符合S形增長。對(duì)各處理株高進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05）可得，N1 處理與其他處理差異顯著，N2、N3 差異不顯著，N4、N5 差異不顯著，N2、N3 與N4、N5 差異顯著。從圖3可以看出N4 處理與N5 處理的番茄在各個(gè)生長階段株高變化相差不大，且N5 處理的番茄株高始終高于N4 處理；N2 與N3 處理的番茄株高苗期及開花坐果前期相差不大，開花坐果后期出現(xiàn)交替上升，成熟期最終株高相差較小。對(duì)比N4、N5處理可得：苗期施肥濃度較高的N5處理番茄株高長勢與施肥濃度較低的N4處理相似，進(jìn)入開花結(jié)果期后施肥濃度高的N5處理番茄株高生長速率高于N4處理；隨著N4 處理施肥濃度的升高株高增長速度加快，成熟期的N4處理與N5處理番茄株高相差不大，說明苗期施肥濃度對(duì)番茄株高的影響較小，開花坐果期施肥濃度越高番茄株高長勢越好。對(duì)比N2、N3 處理可得相同結(jié)論。以N3、N4、N5 處理為研究對(duì)象可得：相同壓力水頭下施肥濃度越高，番茄株高生長速率越快，成熟期番茄植株越高。

2.3 施肥運(yùn)籌對(duì)番茄產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率的影響

從表2可以看出，相同壓力水頭不同施肥濃度的各個(gè)處理灌水量相差不大，說明溶解度較高的分析純氮肥（H2NCONH2）對(duì)微潤管的入滲量基本沒影響，微潤灌溉的滲水量主要由壓力水頭的大小決定。而產(chǎn)量受施肥濃度的影響較大，施肥濃度最低的N1 處理番茄產(chǎn)量最小，施肥濃度較高的N4 處理與N5 處理番茄產(chǎn)量遠(yuǎn)高于其余處理，對(duì)比N3、N4、N5 處理可得，施肥水平越高番茄產(chǎn)量越高，且苗期減少施肥量對(duì)番茄產(chǎn)量的影響不大。從表2可以看出，灌溉水分生產(chǎn)率呈現(xiàn)的規(guī)律為N4＞N5＞N3＞N2＞N1，在壓力水頭相同的條件下，較高施肥水平的N4 處理產(chǎn)量最高，水分生產(chǎn)率最高，說明施肥濃度越高，灌溉水分生產(chǎn)率會(huì)隨之提高，且苗期減少施肥量對(duì)灌溉水分生產(chǎn)率無顯著影響。所以在種植番茄時(shí)，除了合理的提供灌水量，恰當(dāng)?shù)氖┓史绞揭诧@得尤為重要。

表2 不同處理的番茄產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率Tab.2 Tomato yield and irrigation water productivity under different treatments

2.4 產(chǎn)量與番茄株高間的線性關(guān)系

在本次試驗(yàn)中，通過對(duì)番茄產(chǎn)量與葉面積、株高、土壤含水率間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，得出番茄產(chǎn)量與株高在全生育期內(nèi)有一定相關(guān)性，且在開花結(jié)果前期相關(guān)性最明顯，用Excel進(jìn)行線性擬合可得回歸方程為：

式中：y為番茄產(chǎn)量，g∕m2；x為開花坐果前期平均株高，cm；R2為產(chǎn)量與番茄株高間的相關(guān)程度（決定系數(shù)）。

番茄株高可反映出番茄的部分生長態(tài)勢，為番茄高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，間接反映番茄產(chǎn)量。

3 結(jié) 論

通過研究微潤灌溉相同壓力水頭不同施肥方式下番茄的生長特性，得出以下結(jié)論。

（1）在大棚種植箱內(nèi)采用微潤灌溉水肥一體化的方式種植作物且壓力水頭一致的情況下，土壤含水率受作物生長吸收的影響，苗期需水量小土壤含水率較大，開花坐果期番茄生長速率加快，土壤含水率降低，成熟期番茄吸水速率減緩，土壤含水率升高并圍繞某一水平波動(dòng)。

（2）番茄的株高、葉面積隨著施肥濃度的增加呈現(xiàn)增長趨勢，番茄苗期生長不需要過多肥料，各個(gè)處理的株高、葉面積在苗期差異不顯著；開花坐果期與成熟期對(duì)肥料的需求較大，施肥濃度高的處理株高葉面積有明顯優(yōu)勢。

（3）5個(gè)處理的灌水量相差較小，產(chǎn)量與灌溉水分生產(chǎn)率差異較大，說明施肥對(duì)微潤管出流量的影響可忽略，施肥對(duì)番茄產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率影響顯著，且成正相關(guān)關(guān)系。

該試驗(yàn)結(jié)果N4 處理最有利于番茄的生長，為微潤灌溉水肥一體化大棚番茄的種植提供參考。