水氮調控對日光溫室番茄生長和產量的影響

張芳園，劉玉春，蔡 偉，郭 彬，楊小蛟

(河北農業大學城鄉建設學院水利系，河北 保定 071001)

我國是世界最大的蔬菜消費國和生產國。根據歷年《中國統計年鑒》相關數據統計分析發現，2001-2013年的13 a間，全國蔬菜種植面積占當年農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，占當年農作物總種植面積的12.7%[1]。近年來我國設施蔬菜迅速發展，目前我國設施面積已近179 萬hm2，其中80%以上進行蔬菜生產，在部分地區蔬菜設施栽培面積的比例已經達到了蔬菜總栽培面積的10%以上，甚至某些地區已接近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重短缺，迫使蔬菜生產要節水。各地蔬菜生產中普遍存在水肥過量施用的問題，這造成蔬菜硝態氮含量超標、蔬菜土壤養分過量積累等問題。蔬菜生產亟須減少蔬菜生產中的水肥用量，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，實現環境友好、資源節約的蔬菜生產。為了實現這一目標，不僅需要推廣先進高效的節水灌溉技術，更需要研發、推廣應用簡單實用、操作方便的水肥調控措施，將灌水施肥技術和水肥管理措施有機結合，才能有效控制蔬菜水肥用量。

番茄是溫室內主要的種植蔬菜和重要的經濟作物，水分和肥料是影響作物生長發育的重要物質基礎，二者相互促進，相互制約[3-5]。養分和水分結合能有效提高水肥資源的利用率，因而合理的使用肥料，充分發揮肥和水的激勵機制和協同效應，獲得最大的經濟和生態效益[6-8]。有研究表明，番茄葉片數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]。番茄產量隨著灌水量增加，呈先增加后減少的趨勢[10,11]，番茄產量和施肥量表現為拋物線關系，適當施肥可增加番茄產量[12]，作物葉片SPAD值與灌水量和施肥量的關系也呈現相同趨勢[13,14]。同種灌水技術條件下，水肥耦合對作物產量影響的研究較多，但同時考慮不同灌水技術、不同灌水量和施氮量三因素對作物產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條件下，不同水、氮用量對日光溫室番茄植株生長和產量的影響，為設施番茄水氮管理提供參考依據。

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)進行。試驗地位于河北省廊坊市永清縣新苑陽光農業園區(30°19′N，116°29′E)，試驗地屬北溫帶亞濕潤氣候區，大陸性季風氣候，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深度土壤物理性質分別經百特激光粒度分析系統Ver 7.21測定，并根據美國制土壤質地分類確定為粉砂質壤土，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 試驗設計

試驗考慮灌水技術、灌水量和施氮量3個試驗因素，灌水技術分為滴灌(D)和膜下溝灌(F)。灌水量設置低(W1)、中(W2)、高(W3) 3個水平，其中W3根據園區生產經驗確定，W1和W2分別為W3的60%和80%。試驗過程中施氮量設置不施氮(N1)、中等施氮量(N2)、高施氮量(N3) 3個水平，其中N3根據園區生產經驗確定，N2為N3的50%。番茄定植前，在棚內施用基肥，各試驗小區施用量不作處理，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，生育期內追施氮量分別為26.38和34.57 kg/hm2。試驗期間，依據試驗園區經驗確定灌水時間，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。試驗分為滴灌區和膜下溝灌區兩部分，滴灌區9個處理，每個試驗處理設置3個重復，共27個試驗小區，試驗小區在滴灌區內采用隨機排列的方式布置，膜下溝灌區與之相同。

1.3 試驗觀測

植株生長指標觀測：在番茄生育期對番茄株高、莖粗、葉綠素進行觀測，每個試驗處理在番茄小區中間、生長均勻一致、密度適當處，挑選3株番茄進行測量及觀測，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。

番茄產量統計：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，對每個小區每次產量分別進行記錄，采收時用電子秤稱重各小區實際產量。

2 結果與分析

2.1 水氮調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為滴灌高于膜下溝灌，認為是由于滴灌是一種局部灌溉，肥料隨滴灌水流直接送達作物根系部位，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，株高最大值多出現在N1、N2處理中，所以從株高角度考慮W3N1、W3N2處理優于W3N3處理。方差分析結果表明，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，兩種灌水技術的水氮用量對番茄株高影響均顯著。

表3 番茄株高統計

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果如表4所示。由表4可知，春夏季試驗兩種灌水技術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為：W3>W2>W1，施氮量表現為：N2>N3>N1。方差分析表明，灌水技術對番茄莖粗影響達到顯著水平，滴灌技術優于膜下溝灌技術；兩季試驗兩種灌水技術條件下，施氮量對番茄莖粗影響均未達到顯著水平，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，在結果初期前后，葉片葉綠素含量達到最大值。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，營養主要向果實運輸，促進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，在結果期處于基本穩定水平，分析認為，這一現象與秋冬季天氣有一定關系，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，差幅達到1.7%，秋冬季分別為47.0和43.2 SPAD，差幅達到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變化Fig.1 Dynamic changes of chlorophyll in tomato leaves during spring and summer test

2.4 水氮調控對番茄產量的影響

表5給出了兩季試驗各處理番茄產量統計及方差分析結果。由表5可知，春夏季滴灌和膜下溝灌條件下，產量均值分別為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，產量表現為：W3>W2>W1，說明高灌水量能夠增加番茄產量。秋冬季滴灌條件下，N1、N2、N3處理產量均值分別為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，水氮用量對番茄產量影響顯著；膜下溝灌處理，水氮用量對番茄產量沒有顯著影響。

圖2 秋冬季試驗番茄葉片葉綠素動態變化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條件下，水氮用量對番茄產量影響均顯著。

3 結 語

相比于膜下溝灌，滴灌處理有利于番茄植株生長和產量提高。園區經驗灌水量(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)、園區經驗施氮量(N3)處理對番茄莖粗增長更有利。對產量而言，園區經驗灌水量(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。

綜合考慮生長和產量指標，滴灌技術優于膜下溝灌技術，W3N2處理是最優的水氮組合，是最利于節水節肥、增產、番茄生長的灌水量和施氮量，因此W2N2處理可為設施番茄水氮管理提供參考依據。

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