水肥一體化技術在青海高寒干旱地區辣椒生產上的應用

郭 凱 先(青海省水利水電科學研究所，西寧 810016)

“水肥一體化”是水、肥同步控制的一項高效農業精準灌溉技術[1-4]。水肥一體化是借助壓力灌溉系統，將可溶性固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液與灌溉水一起，均勻、準確地輸送到作物根部土壤，維持土壤適宜水分和養分濃度，有利于作物對養分的吸收[5,6]；此外水肥一體化有利于調節水的入滲速率、灌水均勻度、不產生地面徑流，減輕土壤板結和表面雜草生長，減少土壤蒸發和滲漏損失，使灌溉水利用效率達90%以上[7]。同時由于實現水、肥同步管理，可有效提高肥料利用率，節水節肥節勞[8]。

干旱缺水和水資源利用率偏低是嚴重制約青海高寒干旱地區農業發展的主要因素[7,8]。而水肥一體化技術作為目前世界上公認的將灌溉與施肥融為一體的高效農業灌溉技術，在青海省具有廣闊的應用前景[9]。為探索水肥一體化技術在高寒干旱地區的應用效果，選擇辣椒作為研究對象，進行了對比試驗，以期得到最利于節水、節肥和增產的灌溉制度，為水肥一體化技術在高寒干旱區露地灌溉農業生產上的應用以及水肥一體化灌溉制度的確定提供理論依據。

1 試驗設計與方法

1.1 試驗對象及試驗地概況

供試作物為隴椒6號。試驗選定在貴德縣賀爾家村露地蔬菜示范基地進行，地處青海省東部黃河谷地農牧交錯區，屬于典型的高原大陸性氣候，海拔高度2 200 m，年平均氣溫7.2 ℃，年平均降雨量251 mm，年平均蒸發量高達2 000 mm，土壤為栗鈣土，肥力偏低。辣椒種植前測得的試驗地0～50 cm混合土壤理化性狀指標為：平均土壤密度為1.41 g/cm3，田間體積持水量為38.5%， pH值為8.31，有機質14.75%，速效氮104 mg/kg，有效磷51 mg/kg，速效鉀245.9 mg/kg，全氮1.01 g/kg，全磷2.06 g/kg，全鉀28.71 g/kg。

1.2 試驗設計

滴灌系統由首部樞紐(離心泵、離心過濾器、自動反沖洗疊片過濾系統、自動攪拌式施肥器及附屬設備)、管網系統(干、支、分支管)及灌水器(滴頭)組成。滴灌管沿種植帶布置，每壟鋪設1條，選用Φ16 mm，壁厚0.4 mm的內鑲式滴灌管，滴頭流量2.1 L/h，滴頭間距0.3 m，每個試驗小區首部設置控制閥、壓力表及水表，對試驗小區灌水進行單獨控制和操作，水源為地表水。

試驗設灌水量與施肥量2個因素，設置4個灌水下限W1(85%θ)、W2(70%θ)、W3(55%θ)和W4(40%θ)以及3個施肥水平F1(低肥)、F2(中肥)、F3(高肥)，控制滴頭下方土壤含水率高于土壤水分下限，達到水分下限時進行灌溉，灌至田間持水量的95%時停止灌溉。施肥水平的確定以當地漫灌下的辣椒施肥量為對照(CK)，設高肥F3，其中施肥量2 700 kg/hm2(675 kg尿素、2 025 kg磷酸二銨)，以對照的70%施肥量設為中肥F2，50%施肥量設為低肥F1(肥料使用青海省農林科學院土肥所研制的蔬菜試驗專用肥)，詳見表1，共9個處理，3次重復,共27個小區。另設大田漫灌為對照小區。每個試驗樣方栽植4行辣椒，每行14株。辣椒株行距為0.3 m×0.35 m。

表1 水肥一體化辣椒試驗設計方案Tab.1 Fertigation pepper experiment design scheme

1.3 試驗觀測

(1)土壤含水量。每個樣方內埋設土壤負壓計用來監測土壤水分動態，作物生長季內每10 d對土壤含水量進行一次觀測，降雨前、降雨后、灌水前、灌水后、生育階段轉變時，加測土壤含水量，每3～5 d一次。觀測深度從地表起到主要根系活動層，每隔10 cm觀測一層。

(2)生長狀況。每個試驗小區除最外面1行外，其余所有行選定10株具有代表性的植株(每個處理3個重復即30株辣椒)，采用定株掛牌編號的方式。調查項目包括地徑、高度、葉面積、冠幅等指標。

(3)辣椒產量。從第1次收獲開始，對每個小區30株辣椒的果實進行產量調查。

(4)氣象資料。用自動氣象站定期獲取基本氣象資料。

1.4 數據處理

所有數據用Excel 2007軟件進行統計分析，各圖表中的數據均為平均值。

2 結果與分析

2.1 節水節肥效果

試驗結果表明(見表2)，隨著土壤水分控制下限的增大，灌水次數與灌水量也隨之增加，節水46.39%～56.71%，按照每方水收取水費0.05元計算，每公頃節水成本為227.5～337.5 元。

表2 不同處理觀測結果Tab.2 The observed result of different treatments

肥料使用辣椒專用肥，價格為4 000元/t，尿素價格為2 000 元/t，磷酸二銨為3 500 元/t，與漫灌施肥相比，施肥水平為F3時，每公頃節省肥料成本為1 237.5 元；施肥水平為F2時，每公頃節省肥料成本為2 677.5 元；施肥水平為F1時，每公頃節省肥料成本為4 837.5 元。

2.2 水肥一體化技術對辣椒生長的影響

2.2.1對辣椒株高的影響

辣椒株高的測量從2015年6月21日開始，到辣椒采摘基本完成后(8月14日)結束，表3為不同灌水下限和施肥量對辣椒株高的影響。從表3可知，隨著時間的推移，辣椒株高的變化差異也在逐步增大。

在同一灌水量下，施肥量對于辣椒株高的影響呈現不同的變化規律，見表4。在灌溉下限為W1時，F1、F3的株高分別比F2低3.32%、14.40%；在灌溉下限為W2時，F1、F3的株高分別比F2低0.30%、 5.95%；在灌溉下限為W3時，F1、F3的株高分別比F2低2.94%、4.71%；在灌溉下限為W4時，F2、F3的株高分別比F1低3.63%、3.03%。灌水量充足的情況下，辣椒株高會隨著施肥量的增加而增加，但高施肥量并不利于辣椒的生長，尤其在缺水情況下，會抑制辣椒的生長。在F2施肥量下，灌水下限對枸杞株高的影響表現為隨灌水下限的增大而增加，灌水下限為W1時的平均株高最高，分別比W2、W3和W4高7.44%、6.18%和13.52%。在辣椒果熟期，在W1F2的辣椒株高最高，為57 cm，到采摘結束時，W1F2的辣椒株高最高，為69 cm。

表3 不同灌水和施肥量對辣椒株高的影響Tab.3 The influence of different irrigation and fertilization on the pepper plant height

表4 不同灌水水平和施肥量對辣椒株高的影響比較Tab.4 The comparison of different irrigation and fertilization on the pepper plant height

2.2.2對辣椒莖粗的影響

莖粗是衡量辣椒生長情況的重要指標之一，當辣椒自身或根系周圍水分充足時辣椒莖粗加大，不足時則減小，而水分又影響著辣椒自身各個營養器官的生長，因此合理調配水肥使辣椒莖粗得以有利增長，對于辣椒的生長及產量有著不可或缺的影響。

由表5可知，從6月21日起，辣椒莖粗隨著灌水量的增加而增加，即在F1時，W1>W2>W3>W4，在F2、F3時同理。當施肥水平由F1、F2升到F3時，莖粗增加。

根據對表3、表6的綜合分析，灌水量充足的條件下，辣椒株高莖粗都會隨著施肥量增加而增加，但過高施肥量對辣椒生長不利。

表5 不同灌水和施肥量對辣椒莖粗的影響Tab.5 The influence of different irrigation and fertilization on the pepper stem diameter

2.3 水肥一體化技術對辣椒產量的影響

根據對單次采摘辣椒質量的分析(見表6)可以看出，灌水下限為W1時，F2、F3的產量比F1分別高22.39%、1.79%，比漫灌高；灌水下限為W2時，F2、F3的產量比F1分別高16.21%、6.19%，比漫灌高；灌水下限為W3時，F2的產量比F1高12.87%，F3的產量卻比F1低5.1%，比漫灌高；灌水下限為W4時，F2的產量比F1高2.45%，F3的產量卻比F1低6.98%，比漫灌高。過高施肥量不利于辣椒產量的提高。

表6 一定灌水下施肥量對辣椒產量的影響Tab.6 The influence of different fertilization on the pepper production under the same irrigation

從表7和圖1可以看出在施肥量為低肥F1時，W1的辣椒產量分別比W2、W3和W4高7.57%、11.09%和12.12%；在施肥量為中肥F2時，W1的辣椒產量分別比W2、W3和W4高13.29%、20.46%和33.94%；灌水量在此時對辣椒產量影響最顯著；在施肥量處理為高肥F3時，W1的辣椒產量分別比W2、W3和W4高3.11%、19.17%和22.70%，證明提高灌水下限可以顯著增加辣椒產量。

表7 一定施肥量下不同灌溉水平對辣椒產量的影響Tab.7 The influence of different irrigation on the pepper production under the same fertilization

圖1 不同灌水和施肥量對辣椒產量的影響Fig.1 The influence of different irrigation and fertilization on the pepper production

根據對辣椒生長指標的分析，確定出水肥最有組合為W1F2，從產量來看，W1F2處理的辣椒產量最高。綜合考慮，辣椒最優灌溉制度組合為W1F2。

3 結 語

通過對比試驗，初步探討了水肥一體化技術對于辣椒產量的影響以及節水節肥的效果。試驗結果表明，水肥一體化技術的灌溉次數上比漫灌多2～3倍，體現了少量多次的原則。不同灌水下限和施肥量對于辣椒生長和產量呈現不同的影響。施肥量為低肥F1時，W1相比于W2、W3，提高辣椒株高、莖粗、產量效果一般；而施肥量為中肥F2時，W1可顯著提高辣椒株高、莖粗和產量；施肥量為高肥F3時，抑制減緩了辣椒的生長，辣椒產量相比于F1、F2降低，增加灌水量可減少高肥量帶來的不利影響。因此，合理的水、肥配比才能發揮出最大的增產效果。綜合考慮，處理W1F2為最佳水肥組合，是最有利于節水節肥增產的土壤水分控制下限和施肥量。

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