王艷丹 何光熊 楊淏舟 岳學文 余建琳 史亮濤 方海東

摘 ?要：干熱河谷等“熱區(qū)”以其充足的光照及相對較高的溫度為冬春季蔬菜生產(chǎn)提供了重要條件，合理的水肥管理是保障區(qū)域蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及農(nóng)業(yè)環(huán)境安全的重要舉措。為提高西南熱區(qū)特色作物水肥管理能力，鞏固北方冬春蔬菜供應鏈，設置不同灌溉量（4469.10、2253.60、1806.70?m3/hm2）和施氮量（240、210、180、150?kg/hm2）2個因子，在元謀干熱河谷開展冬春季節(jié)番茄大田試驗，分析比較不同水氮處理對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及其水肥利用效率的影響。結(jié)果表明：（1）降低灌溉定額后，番茄單果重顯著增加（P<0.05），總產(chǎn)量無顯著差異（P>0.05），番茄果橫徑和果梗洼大小顯著增加（P<0.05），糖含量和番茄紅素顯著降低（P<0.05），水分利用效率顯著提高（P<0.05）;（2）氮肥施用量顯著影響番茄果梗洼大?。≒<0.05）;（3）水氮耦合作用顯著影響糖含量和番茄紅素（P<0.05），番茄產(chǎn)量和品質(zhì)更易受水分供應限制，而受氮肥影響較小。結(jié)果顯示元謀冬春茬番茄傳統(tǒng)種植模式存在過量灌溉和過量施肥的現(xiàn)象，選擇低水（灌溉定額1806.70?m3/hm2）中氮（180?kg?N/hm2）的水肥管理策略，保產(chǎn)的同時能有效提高番茄水分利用效率，能產(chǎn)出品質(zhì)較好的番茄，同時減小環(huán)境污染風險。

關鍵詞：番茄;灌溉;氮肥;水肥耦合;水肥利用效率

Abstract： “Hot region” with sufficient light and relatively high temperature provide important conditions for vegetable production in winter and spring. Reasonable water and fertilizer management is an important measure to ensure the sustainable development of vegetable industry and the safety of agricultural environment in this region. The purpose of our experiment is to improve the water and fertilizer management ability of special agriculture crop in the hot region of southwest China， to reinforce the supply chain of winter and spring vegetables in north China. The field experiment of tomato in winter and spring was carried out in Yuanmou dry-hot valley， two factors of different irrigation ration （4469.10， 2253.60， 1806.70 m3/hm2） and different nitrogen application amount （240， 210， 180， 150?kg/hm2） were set to analyze the coupling effect of water and nitrogen on tomato yield， quality， water and fertilizer use efficiency. With the reduction irrigation ration， the weight of single tomato significantly increased （P<0.05）， but no significant difference in yield （P>0.05）， the fruit diameter and the size of stem also significantly increased （P<0.05）， sugar content and lycopene content of tomato significantly decreased （P<0.05）， and water use efficiency significantly improved （P<0.05）. Application amount of nitrogen fertilizer significantly influenced the size of stem （P<0.05）. The coupling effect of water and nitrogen significantly affected the sugar content and lycopene concentration （P<0.05）. The yield and quality of tomato were more restricted by water supply and less affected by nitrogen fertilizer. The results indicated that there were excessive irrigation and fertilization in the traditional plantation mode of tomato in winter and spring in Yuanmou， the water and fertilizer management strategy with lower water （irrigation ration of 1806.70 m3/hm2） and medium nitrogen （180?kg?N/hm2） could ensure the production of tomato， effectively improve water use efficiency， produce tomatoes with better quality， and reduce the risk of environmental pollution.

Keywords： tomato; irrigation; nitrogen fertilizer; water-fertilizer coupling; water and fertilizer use efficiency

長期以來，我國蔬菜栽培都采用“大水大肥”的傳統(tǒng)管理方式，番茄生產(chǎn)中盲目增施化肥以獲得高產(chǎn)是一種普遍現(xiàn)象[1-2]，這種管理方式直接導致了土壤質(zhì)量退化、環(huán)境污染等問題[3]，最終影響番茄的品質(zhì)和產(chǎn)量。新形勢下我國農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的一項重要工作就是“一控兩減”，即控制農(nóng)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥用量[4]。水分和養(yǎng)分是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理中最重要的措施，尤其在干旱、半干旱地區(qū)，水肥耦合效應影響植物對水分、肥料的吸收，直接作用植物的生長[5]。目前，減少化肥投入量以提高土壤肥力、減輕環(huán)境污染已經(jīng)受到極大關注。

干熱河谷是我國西南一類獨特的生態(tài)系統(tǒng)[6]，良好的光照及冬季高溫為冬早蔬菜的生產(chǎn)提供了極好的條件，受經(jīng)濟驅(qū)動作用，番茄等冬早蔬菜生產(chǎn)成為區(qū)域支柱產(chǎn)業(yè)，并對我國北方等地區(qū)的蔬菜供應方面起到重要作用[7]。以此同時也為當?shù)厥卟说壬a(chǎn)埋下“大水大肥”的隱患。此外，干熱河谷屬于半干旱地區(qū)，降水量少且時間空間上分布不均，如何利用有限的水資源，節(jié)水灌溉及合理灌溉已成為區(qū)域生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展研究的熱點，是促進干旱半干旱地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境的有效途徑[8]。國家提出“兩減”政策以來，盡管當?shù)卣扇×艘幌盗写胧?，但成效不顯著，主要原因就是對灌溉水量及化肥可減量的不確定性。番茄是干熱河谷冬早蔬菜供應產(chǎn)品中的重要組成部分，對其進行減水減肥的定量調(diào)控，不僅能促進作物對有限水資源的充分利用，也有利于提高作物產(chǎn)量，實現(xiàn)資源節(jié)約、環(huán)境友好發(fā)展。

本文選取金沙江干熱河谷典型蔬菜產(chǎn)區(qū)的典型作物，在元謀干熱河谷，設計灌溉及氮肥梯度開展大田番茄種植試驗，探討不同水肥交互處理對番茄品質(zhì)、產(chǎn)量和水肥利用效率的影響，以期在對番茄保產(chǎn)保質(zhì)的同時適當減少水肥投入比例，為當?shù)囟翰绶训膬?yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗地概況

本試驗在云南省農(nóng)業(yè)科學院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所試驗基地進行，位于云南省楚雄彝族自治州元謀縣，地處北緯254130，東經(jīng)1015236，屬于典型的南亞熱帶季風河谷干熱氣候區(qū)，海拔1169.0?m，年平均氣溫21.9?℃，年平均降雨量613.8?mm，降雨主要集中在6—10月，年均潛在蒸發(fā)量3847.8?mm。土壤類型為微酸性的燥紅土。

1.2 ?試驗設計

采用裂區(qū)隨機區(qū)組設計，每個實驗區(qū)大小為10?m×3?m，分別設置3個灌溉梯度，設置4個氮肥梯度試驗，共12個實驗處理。試驗小區(qū)隨機分布，每個處理設置3個重復。不同灌溉梯度為：（1）傳統(tǒng)灌溉（W1）：按農(nóng)民傳統(tǒng)習慣，在無降水條件下每隔5 d灌水1次，每次灌水2?h;（2）中水灌溉（W2）：按照土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)進行灌水，當土壤含水率達田間持水率的70%時進行灌水，灌溉上限為田持的90%;（3）低水灌溉（W3）：按照土壤墑情監(jiān)測數(shù)據(jù)進行灌水，當土壤含水率達田間持水率的55%時進行灌水，灌溉上限為田間持水率的90%。不同灌溉處理的灌溉定額見表1。設置的不同氮肥梯度為：（1）高施氮量（N1）：240?kg/hm2;（2）中高施氮量（N2）：210?kg/hm2;（3）中施氮量（N3）：180?kg/hm2;（4）低施氮量（N4）：150?kg/hm2。12個水肥組合分別用W1N1、W1N2、W1N3、W1N4、W2N1、W2N2、W2N3、W2N4、W3N1、W3N2、W3N3、W3N4表示。各試驗小區(qū)氮肥類型為尿素（含N量46%），按照氮肥梯度施入;磷肥類型為KH2PO4，施入量為200?kg/hm2，鉀肥類型為K2SO4（氧化鉀含量50%），施入量為300?kg/hm2。不同氮肥處理的施肥用量見表2。

供試番茄品種為‘拉比，由云南思農(nóng)蔬菜種業(yè)發(fā)展有限責任公司提供。栽培方式為傳統(tǒng)的畦栽，每畦2行，行距50?cm，株距40?cm，露地種植。于2017年7月定植，2017年11月收獲。灌溉和追肥采用滴灌方式，每個小區(qū)均安裝控制開關以調(diào)節(jié)灌水及施肥量，每次灌水定額用水表控制。各小區(qū)之間用塑料薄膜縱向隔開，防止處理間肥水側(cè)滲。各小區(qū)除水分和氮肥外，番茄種植的除草、除蟲、農(nóng)藥噴施及常規(guī)田間管理等措施均相同。

1.3 ?測定方法

第二穗番茄成熟期，在每個小區(qū)的前、中、后3個等距離點取樣，隨機選取大小、色澤基本一致的12個成熟果實進行品質(zhì)測定。用游標卡尺測量番茄的果實縱徑、橫徑、木栓化和果梗洼大小，參照《番茄種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[9]測定?？扇苄蕴呛坑脺y糖儀（型號：PAL-1，產(chǎn)地：ATAGO，USA）測定，pH用pH試紙測定，番茄紅素含量以正己烷作為溶劑，用分光光度計法進行測定[10]，維生素C含量用2，6-二氯酚靛鈉滴定法[11]測定。

在第三穗番茄成熟期，每個處理隨機選取4株番茄，記錄番茄總個數(shù)和成熟個數(shù)，對成熟番茄進行稱重，根據(jù)單株產(chǎn)量計算番茄總產(chǎn)量。

1.4 ?數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計分析。用二因素方差分析進行顯著性檢驗，并用LSD法對不同水肥處理下的番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率進行多重比較。采用主成分分析方法對番茄品質(zhì)進行綜合評價。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同水肥處理番茄產(chǎn)量的變化

不同水肥處理對番茄的果實總個數(shù)、成熟個數(shù)和單果大小產(chǎn)生顯著性影響（P<0.05），但未顯著影響番茄總產(chǎn)量（P>0.05）。W3N3水肥組合產(chǎn)出的番茄果實總數(shù)最多，成熟番茄數(shù)最多，單果大小適中;W2N1組合的番茄果實數(shù)較多、單果最大。中水低肥W2N4組番茄果實個數(shù)和成熟果實個數(shù)均最低（表3）。

二因素分析結(jié)果（表4）顯示，灌溉條件對成熟番茄的個數(shù)和單果重均造成極顯著的影響（P<0.01），對番茄果實總個數(shù)和產(chǎn)量無顯著影響（P>0.05）。結(jié)果表明，低水灌溉模式（W3）的番茄成熟個數(shù)較多;減量灌溉可以增加番茄單果大小，W2灌溉的番茄果實更大。由于不同的氮肥施用量未顯著影響番茄產(chǎn)量各指標（P> 0.05），可能直接導致水肥交互作用對番茄的產(chǎn)量指標無顯著影響（P>0.05）。

2.2 ?不同水肥處理番茄果實品質(zhì)的變化

2.2.1 ?水肥耦合對番茄品質(zhì)的影響 ?不同水肥處理對番茄品質(zhì)指標中的橫縱徑、果梗洼大小、糖含量和番茄紅素含量均有顯著影響（P<0.05），對其余指標影響均不顯著（P>0.05，表5）。

（1）外形指標。W3N1的外形指標最差，果橫縱徑均小;而W3N4的外形指標最好，橫縱徑大，果梗洼大小適中（表5）。

二因素方差分析結(jié)果（表6）顯示，灌溉水量極顯著影響番茄的果橫徑大小（P<0.01），水分和氮肥單因子對番茄果梗洼大小有顯著影響（P<0.05），其余均不顯著（P>0.05）。水肥互作對番茄的外形指標不產(chǎn)生顯著影響（P>0.05）。

（2）營養(yǎng)指標。W3N1的糖含量最高，但是番茄紅素含量很低;果形指數(shù)最好的W3N4組合糖含量一般，番茄紅素含量比較低;W3N3組合的營養(yǎng)指標最差，糖含量和番茄紅素含量均顯著低于其他水肥組合（表5）。

二因素分析結(jié)果（表6）顯示，水分因素對番茄糖含量、pH、番茄紅素含量均產(chǎn)生顯著影響（P<0.05），而氮肥因素未顯著影響各營養(yǎng)指標（P>0.05）。結(jié)果表明傳統(tǒng)灌溉（W1）番茄糖含量高，低水灌溉（W3）的糖含量略低于傳統(tǒng)灌溉;低水灌溉（W3）產(chǎn)出的番茄最酸;傳統(tǒng)灌溉（W1）番茄紅素最高，減少灌水量會明顯降低番茄紅素含量。水氮互作顯著影響番茄糖含量變化（P<0.05），極顯著影響番茄紅素含量（P<0.01）。

2.2.2 ?番茄品質(zhì)指標的綜合評價 ?在評價番茄品質(zhì)時，單項品質(zhì)指標很難判斷番茄的綜合品質(zhì)，因而采用多目標綜合評價方法來評價番茄的綜合品質(zhì)[13]。用SPSS軟件對番茄的各個品質(zhì)指標進行主成分分析，相關矩陣的特征值和方差貢獻率見表7。前4項的累積貢獻率為81.807%（大于80%），因此可以用第1主成分、第2主成分、第3主成分和第4主成分作為評價的綜合指標，且式中，X1為果橫徑、X2為果縱徑、X3為果梗洼大小、X4為木栓化程度、X5為可溶性糖含量、X6為pH、X7為番茄紅素含量、X8為維C含量。

通過計算，番茄品質(zhì)的綜合評價結(jié)果見表8，綜合得分越高，番茄品質(zhì)越好。可以看出，傳統(tǒng)水肥組合W1N1番茄品質(zhì)最佳，商品價值最高;傳統(tǒng)灌溉下（灌溉定額為4469.10?m3/hm2），番茄品質(zhì)均較好。減水減肥后，番茄綜合品質(zhì)降低，僅有低水中氮W3N3組合的品質(zhì)較好，排名第四。

2.3 ?不同水肥處理水肥利用效率的變化

水分利用效率反映作物對水分的吸收和利用過程，肥料偏生產(chǎn)力反映當?shù)赝寥阑A養(yǎng)分和化肥施用量的綜合效應。不同水肥處理會顯著影響番茄水分利用效率（P<0.05），W3N3的水分利用效率最高。對比傳統(tǒng)的高水高肥，水肥減量后水分利用效率明顯提高，最高的W3N3組（19.68± 6.82）kg/m3比最低的W1N1組（5.66±2.21）kg/m3水分利用效率提高了14.02?kg/m3。不同水肥處理的肥料偏生產(chǎn)力無顯著差異（P>0.05）（表9）。

二因素方差分析結(jié)果顯示（表10），灌溉條件對番茄水分利用效率有極顯著影響（P<0.01），灌溉水量越少，番茄水分利用效率越高;氮肥梯度和水氮互作未對番茄水分利用效率產(chǎn)生顯著影響（P>0.05）;灌溉條件、氮肥梯度和水肥互作均未對番茄肥料偏生產(chǎn)力產(chǎn)生顯著影響（P> 0.05）。

3 ?討論

3.1 ?水肥耦合對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率的影響

研究表明，番茄生長適宜的土壤相對含水量范圍為苗期55%～70%，開花坐果期65%～85%，結(jié)果期70%～90%[14]。還有研究表明，春茬番茄適宜的灌溉定額在2723～2837?m3/hm2之間[15];秋冬茬番茄的需水量為2099?m3/hm2[16]，灌溉定額低至1057?m3/hm2時，土壤水分含量依然充足[17]。可以發(fā)現(xiàn)，元謀冬春番茄種植傳統(tǒng)模式存在過量灌溉的現(xiàn)象，試驗設計中W2和W3處理的灌溉定額分別為2253.60?m3/hm2和1806.70?m3/hm2時，水分供應基本充足，不會影響番茄生長。

減量灌溉處理對番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率均有一定影響：（1）在番茄產(chǎn)量方面，對比傳統(tǒng)灌溉，中水灌溉成熟果實數(shù)少，但單果較大;低水灌溉模式下番茄的成熟個數(shù)更多，番茄大小適中，產(chǎn)量有所提升但無顯著差異（P>0.05）。說明在金沙江干熱河谷地區(qū)種植番茄，滴灌減量模式對提高番茄產(chǎn)量指標有促進作用。（2）在番茄品質(zhì)方面，灌溉條件會顯著影響番茄的果橫徑（P<0.01），中水灌溉（W2）的果橫徑更大，說明番茄果實較大，這與中水灌溉番茄單果更重的結(jié)果一致。糖含量和pH是番茄的風味品質(zhì)，傳統(tǒng)灌溉（高水灌溉）和低水灌溉產(chǎn)出的番茄糖含量較高，減少灌水量會使番茄口感變酸（P<0.05）。番茄紅素抗氧化性強，有抗癌和增強機體免疫力等重要作用[18]，是衡量有色類蔬菜品質(zhì)的一個重要指標[19]，減少灌溉量會明顯降低番茄紅素含量（P<0.05）。（3）在水肥利用效率方面，當番茄生育期內(nèi)灌溉定額由4469.10?m3/hm2降低到1806.70?m3/hm2時，水分利用效率顯著提高（P<0.01），肥料偏生產(chǎn)力無顯著變化（P>0.05），與王峰等[20]的研究結(jié)果相似。因此，從產(chǎn)量、可溶性糖含量與水分利用率的角度，依據(jù)該試驗制定的當?shù)囟翰绶焉谶m宜灌溉定額為1806.70?m3/hm2。

適當?shù)臏p量施肥不僅可以提高品質(zhì)，而且可以提高作物產(chǎn)量[21]。本研究中氮肥處理僅對番茄的果梗洼大小有顯著影響（P<0.05），對比發(fā)現(xiàn)同一灌水量下，減少氮肥施用量，番茄產(chǎn)量變化不大（P>0.05），番茄品質(zhì)略微變好或者變化不大。國內(nèi)番茄種植存在長期過量施肥現(xiàn)象[22]，研究表明在常規(guī)施肥量基礎上降低24%～40%，不會影響番茄植株的生長發(fā)育[23-24]。因此，適量降低氮肥施用量，對番茄品質(zhì)和產(chǎn)量影響不大。

水和肥是作物生長必須的2個要素，它們之間存在一定的交互作用（即耦合作用）[25]。本試驗灌溉條件和氮肥處理存在耦合作用，對番茄紅素濃度有極顯著影響（P<0.01），對番茄可溶性糖含量有顯著影響（P<0.05）。研究表明，番茄單一營養(yǎng)品質(zhì)對不同水肥處理的敏感度排序為：番茄紅素>糖酸比>可溶性糖>維生素C>可滴定酸[26]，由于番茄紅素和可溶性糖對水氮處理響應更敏感，因此其互作效應也更顯著。此外，相較于氮肥因素，水分因素顯著影響番茄品質(zhì)和產(chǎn)量的指標更多，說明水分作用大于氮肥作用，灌溉對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率影響更大，與王鵬勃等[13]的研究結(jié)果一致。因為干熱河谷地區(qū)冬春季節(jié)降雨分配不均，蒸發(fā)量較大，作物生長更易受到水分供應的限制;由于本試驗是田間試驗，肥隨水滴施的過程會受到灌水均勻度、灌水穩(wěn)定性以及土壤結(jié)構緊密程度等影響，導致肥水在滲透過程中存在不確定性。因此，在水肥相互配合施用的過程中，要適當發(fā)揮水分的增產(chǎn)增效作用，促進水分將肥料直接輸送到作物的根部[27]，被植物充分吸收和利用。

3.2 ?番茄最優(yōu)水肥組合探尋

作物的品質(zhì)和產(chǎn)量是決定其商品價值的直接因素，農(nóng)田水肥管理就是協(xié)調(diào)灌水和施肥關系達到最優(yōu)時，實現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目標。對于不同的水肥耦合處理，從產(chǎn)量看，W3N3組合果實總數(shù)最多，能產(chǎn)出最多的成熟番茄，單果番茄大小適中;W2N1組合的番茄果實數(shù)較多、單果大。從綜合品質(zhì)看，傳統(tǒng)高水W1N1模式的番茄品質(zhì)最好，W1灌溉定額的番茄品質(zhì)均較好;水肥減量后，番茄品質(zhì)下降，只有低水中氮W3N3組合的品質(zhì)略好，排名第四。從水分利用效率看，W3N3和W3N4組合的水分利用效率明顯較高。

研究表明，水肥減量對番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率起積極作用[12-13， 17， 26]，本研究結(jié)果對比之下發(fā)現(xiàn)：減水減肥的W3N3組合產(chǎn)出的番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水分利用效率均較高。元謀當?shù)氐姆逊N植確實存在過量灌溉和過量施肥的情況，一方面過量灌溉會導致地溫急劇下降[28]，影響植物根系對水分的吸收利用，進而影響植株發(fā)育;另一方面，過量施肥帶來的過多鹽離子，容易造成土壤次生鹽漬化和土壤酸化，導致土壤鹽分障礙或土壤養(yǎng)分比例失衡[29]，并且土壤次生鹽漬化的推動力是土面水分蒸發(fā)[30]，元謀強烈的蒸發(fā)量必將推動次生鹽漬化的發(fā)生，最終影響番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，綜合考慮品質(zhì)、產(chǎn)量、資源節(jié)約等因素，滴灌條件下干熱區(qū)番茄種植選擇低水W3（灌溉定額1806.70?m3/hm2）、低施氮量N3（180?kg/hm2）作為最優(yōu)水肥組合，在節(jié)約資源的同時，還減少了養(yǎng)分在土壤中的累積及其他不良環(huán)境效應。與農(nóng)民傳統(tǒng)水肥W1N1模式相比，低水中氮W3N3組合可節(jié)水2662.4?m3/hm2，節(jié)約氮肥60?kg/hm2，雖然番茄品質(zhì)略有降低，但可促進水分吸收利用，顯著增加番茄果實數(shù)。

4 ?結(jié)論

減少灌溉水量會降低番茄糖含量和番茄紅素含量（P<0.05），增加番茄果橫徑和單果重（P<0.05），水分利用效率提高（P<0.05），但產(chǎn)量無顯著差異（P>0.05）。氮肥處理僅對番茄的果梗洼大小有顯著影響（P<0.05）。水氮互作效應對番茄營養(yǎng)指標中的糖含量和番茄紅素產(chǎn)生顯著影響（P<0.05）;番茄品質(zhì)和產(chǎn)量更易受水分供應限制，受氮肥影響較小。

由于元謀冬春茬番茄傳統(tǒng)種植模式存在過量灌溉和過量施肥的現(xiàn)象，選擇低水（灌溉定額1806.70?m3/hm2）中氮（180?g/hm2）處理是元謀干熱河谷種植番茄的最佳水肥模式，番茄品質(zhì)較好，保產(chǎn)的同時達到節(jié)水節(jié)肥的目的。

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