溫室溝灌條件下不同水氮用量對番茄產量、品質及水肥利用的影響

劉東陽，汪俊玉，武雪萍，李若楠，黃紹文，李曉秀

(1.首都師范大學資源環境與旅游學院，北京 100048；2.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；3.河北省農林科學院農業資源環境研究所，河北 石家莊 050051)

中國是蔬菜生產大國。2016年設施蔬菜面積391.5萬hm2，到2020年預計達到410.5萬hm2，發展面積在不斷擴大，產值繼續保持高占比，在深入推進農業“供給側結構性改革”的背景下，設施蔬菜發展前景良好[1]。與種植糧食作物的農田相比，設施蔬菜地具有施肥量大、灌溉頻繁、復種指數高的特點。其平均每公頃施氮量高達1 500 kg以上，是大田作物的4～6倍，灌溉量達到4～7倍。番茄在設施蔬菜中占了相當大的比重，并且深受廣大消費者的喜愛[2-3]。設施番茄生產量大且對于水肥的需求量也較大，但是水肥利用率較低。一些生產者為了增加作物產量，大水大肥，不僅造成肥料和水資源的浪費以及環境污染，而且也會引起作物品質的降低，甚至減產。因此，實現水肥的精確管理并確定適宜的水氮用量已成為現在設施栽培一個重要的發展方向[4]。

前人研究表明，在較高氮肥水平下，氮肥利用效率和偏生產力反而降低，說明過量的施氮會降低氮肥利用率[5]。有研究表明，灌水量(75%)及中肥處理時番茄的產量最高[6]。不同灌水條件下，氮素吸收總量與施氮量呈顯著的二次曲線關系，氮素表觀利用效率與施氮量為顯著負相關[7]。氮肥利用率主要受土壤含水量和施氮量影響:中水處理時，氮肥利用率高于低水，高水時反而下降；中氮水平下水氮利用效率最高，高氮促使水分利用效率増加、氮肥利用率顯著降低[8]。在土壤水分適宜條件下，作物的氮素利用效率提高。目前，關于溫室溝灌條件下番茄水肥互作效應已經做了大量研究，但是在有機無機配施模式下研究溫室溝灌條件下的適宜水氮用量卻鮮有報道，有機無機配施的施肥方式可以減少化肥的投入量，提高土壤肥力并減輕環境污染。因此，本文在有機無機配施條件下探討溫室番茄水氮互作效應，旨在補充與完善前人的研究成果，以期為番茄的高產、水氮的高效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗地點位于河北省辛集市馬莊農場(N37°78′，E115°30′)，屬東部季風區暖溫帶半濕潤大陸性氣候。該地區年平均氣溫為12.5℃，歷年平均降水量488 mm。土壤類型為石灰性壤質潮土，播前0～20 cm土壤全氮含量1.55 g/kg，有機質15.4 mg/kg，有效磷(P2O5)32.4 mg/kg，速效鉀(K2O)165.3 mg/kg，pH值7.6，土壤容重1.35 g/cm3，田間持水量23.7%。供試番茄(LycopersiconesculentumL)品種為荷蘭瑞克斯旺1404。

1.2 試驗設計

試驗開始于2011年2月，設2個水分處理：習慣灌水W1，減量灌水W2。灌溉方式為溝灌(灌溉系統由河北方田農業服務有限公司設計)，每次灌水量用水表準確計量。每個水分處理中設3個施氮水平，處理及施肥量見表1，試驗所施用的化肥為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)和硫酸鉀(K2O 51%)。有機肥為商品有機肥與小麥秸稈等量配施，配施比例為1∶1。商品有機肥(主要為雞糞)中N、P2O5和K2O養分含量分別為1.67%、3.24%、2.29%(干基)，水分含量為7.54%；秸稈為辛集麥秸，其中N、P2O5和K2O養分含量為0.939%、0.231%和0.786%(干基)。各處理磷肥、鉀肥用量相等，100%磷肥和40%鉀肥作為底肥施入，剩余60%的鉀肥平均分4次追施；有機氮全部基施，化肥氮20%作為底肥，剩余80%分4次追施，其他田間管理措施保持一致。

表1 溫室番茄灌溉量與施肥量

每個處理3次重復，試驗小區面積為9.6 m2，株距為0.4 m，寬窄溝相間排布，行距分別為0.45 m和0.65 m。小區間埋設PVC板，防止小區間養分和水分的遷移。試驗所施用的化肥為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)和硫酸鉀(K2O 51%)，試驗之前各處理化肥氮的20%與全部腐熟雞糞作為基肥施入各施肥小區，其他田間管理措施按當地農戶習慣進行。

1.3 樣品采集與測定方法

番茄開始成熟后分小區連續計產，用電子天平(精度為0.01 g)統計各小區的采摘量，試驗結束后匯總為各小區產量；在盛果期時，各小區隨機選取6個果實，分析測定果實可溶性糖、有機酸、Vc、硝酸鹽等品質指標。在番茄拉秧時，各處理選取具有代表性植株3株，分別測定根、莖、葉和果實的生物量及氮磷鉀的含量。半微量凱氏法測定全氮，釩鉬黃法測定全磷，火焰光度法測定全鉀。番茄可溶性酸用酸度計測定，可溶性固形物用手持式折光儀測定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測定，Vc采用鉬藍比色法，硝酸鹽含量采用水楊酸-硫酸法，番茄紅素含量采用分光光度計法。

1.4 數據處理與分析

氮素農學利用效率(kg/kg)=產量/植株氮吸收量

肥料偏生產力(kg/kg)=產量/NPK養分投入量總和

灌溉水分利用效率=產量(kg/hm2)/灌溉量(m3)

試驗數據采用SPSS 22.0數據處理軟件進行方差分析，不同處理間的多重比較采用Duncan新復極差法，用Excel 2007進行數據統計和作圖。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉施肥處理對番茄干物質積累的影響

不同灌溉施肥處理對番茄干物質的影響差異顯著(圖1)。其中節水灌溉下施氮量為675 kg/hm2的處理W2N675整株干物質量最高，為9 583.89 kg/hm2，不施氮處理W1N0干物質含量最低，為7 063.33 kg/hm2，與不施氮處理相比，施氮處理番茄的干物質增加了12.63%～35.69%。在施氮量相同灌水量不同的情況下，節水灌溉的干物質量明顯高于常規灌溉，分別增加了13.60%和11.65%。在同一灌水量不同施氮量情況下，隨著施氮量的增加，番茄干物質量先升高后降低，以W2N675處理的干物質含量最高。由圖1可看出，番茄干物質主要分布在果實和葉片中，占整株番茄干物質量的73.62%～77.16%。其中圖1從左至右各處理的果實干物質量分別占整株干物質量的44.89%、46.38%、40.55%、44.09%、42.35%和44.64%，葉片分別占29.68%、30.43%、33.07%、31.30%、31.69%和32.52%。

圖1 不同灌溉處理下番茄干物質積累注：不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。

2.2 不同灌溉施肥處理對番茄養分吸收的影響

由表2可知，番茄植株養分氮、磷、鉀含量分布情況為：果實>葉>莖>根，主要分布在果實和葉中，這與番茄干物質分布規律一致。且不同灌溉施肥處理對番茄植株養分的影響差異顯著。其中氮素吸收情況(總量)為：W2N675>W2N900>W1N675>W1N900>W2N450>W1N0，以節水灌溉下的處理W2N675氮素含量最高，為188.25 kg/hm2，其次為W2N900、W1N675，含量分別為184.82 kg/hm2和184.20 kg/hm2，但三者氮素含量差異不顯著。W1N0氮素含量最低。在灌水量相同、施氮量不同條件下，W1N675和W2N675氮素含量最高，隨著施氮量的繼續增加，氮素含量卻在下降；在施氮量相同、灌水量不同條件下，節水灌溉的氮素吸收量要高于傳統灌溉量，但是差異不顯著。番茄磷素的吸收情況為：W1N675>W2N675>W1N900>W2N450>W2N900>W1N0，其中以處理W1N675磷素含量最高，為18.52 kg/hm2，其次為W2N675的磷素含量為18.43 kg/hm2，二者無顯著差異。說明適宜的施氮量可以促進番茄植株對磷素的吸收。在灌水條件相同施氮量不同條件下，W1N675和W2N675磷素含量最高，隨著施氮量的繼續增加，磷素含量卻在下降，說明過量施氮反而會降低番茄植株對磷素的吸收情況。番茄鉀素含量最高為W1N900，其次為W2N900和W2N675，分別為235.33、234.18和231.49 kg/hm2，三者差異不顯著。

表2 不同灌溉施肥處理番茄養分吸收量 (kg/hm2)

注：同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平。

2.3 不同灌溉施肥處理對番茄品質的影響

表3為不同灌溉施肥處理對番茄品質的影響。由表3中可知，番茄各處理品質含量差異顯著。可溶性糖和可溶性酸含量均以W2N675最高，分別為31.97 mg/g和0.75%。相同灌水量不同施氮量條件下，在傳統灌溉條件下隨著施氮量的增加可溶性糖含量隨之降低；而在節水灌溉條件下隨著施氮量的增加可溶性糖含量先升高后降低；施氮量相同灌水量不同條件下，節水灌溉的可溶性糖含量高于傳統灌溉處理，但差異并不顯著。可溶性酸含量在相同灌水量不同施氮量情況下，兩種灌水方式均為隨著施氮量的增加可溶性酸含量先升高后降低，在相同施氮量不同灌水量情況下，節水灌溉的可溶性酸含量顯著高于傳統灌溉處理。各處理的Vc含量差異顯著，主要表現為在相同施氮量情況下節水灌溉的Vc含量高于傳統灌溉處理，在節水灌溉條件下隨著施氮量的增加Vc含量先增加后降低。可溶性固形物含量在各施氮處理之間無差異，但節水灌溉要高于傳統灌溉處理的含量。硝酸鹽的含量整體表現為隨著施氮量的增加番茄硝酸鹽含量逐漸增加，灌水量降低硝酸鹽含量也隨之降低，在相同施氮量條件下分別降低了5.53%和18.93%。

表3 不同灌溉施肥處理對番茄營養品質的影響

2.4 不同灌溉施肥處理對番茄產量及水氮利用效率的影響

由表4可知，番茄產量以處理W2N675最高，為39.52 t/hm2，與不施氮處理W1N0相比，各施氮處理產量分別增加了21.47%、13.68%、6.47%、28.14%和17.17%，可以看出在相同灌水條件下隨著施氮量的增加番茄產量先上升后降低，而在同一施氮量條件下節水灌溉比傳統灌溉增產3.07%和5.40%。番茄單果重與產量規律類似，相同施氮量條件下節水灌溉比傳統灌溉增重3.68%和4.17%。氮肥農學利用率是表征作物在不同施氮處理對氮肥吸收利用能力大小的重要指標。從氮肥利用角度分析，相同施氮量不同灌溉條件下，節水灌溉的農學利用效率和肥料偏生產力相對較高，比傳統灌溉分別提高了23.61%～29.58%和3.07%～5.49%。從水分利用角度分析，與傳統灌溉相比，節水灌溉的水分利用率提高了54.60%和58.64%。在相同灌水措施下，隨著施氮量的增加，番茄水分利用效率表現為先增加后減小。

表4 不同灌溉施肥處理對番茄產量和水氮利用效率的影響

3 討論與結論

灌溉和施肥是影響植物生長的關鍵因素[8-9]。不同的水分和氮肥處理對果實產量和品質有不同的影響。水分和養分條件共同影響作物的生長和發育。本試驗研究表明，與傳統灌溉相比，節水灌溉能在保證番茄產量的同時提高水分利用效率，節水灌溉比傳統灌溉增產3.07%和5.40%，在相同施氮量不同灌溉條件下，節水灌溉的農學利用效率和肥料偏生產力比傳統灌溉分別提高了23.61%～29.58%和3.07%～5.49%。從水分利用角度分析，與傳統灌溉相比，節水灌溉的水分利用率提高了54.60%和58.64%；在相同灌水措施下，隨著施氮量的增加，番茄水分利用效率表現為先增加后減小，說明與傳統灌溉相比雖然水分含量相對較少但土壤中水分供應已經充足，而適宜且充足的灌水與施氮量能夠在保證產量的同時提高水分利用效率。相關研究表明，灌水量和施肥量對土壤水分利用率的交互作用表現為相互拮抗，灌水量與施氮量的增加分別降低和增加了土壤水分利用效率[10]，這與本研究結果不一致。本研究結果表明這兩種因素并無明顯的拮抗性規律可循，而是在適當提高施氮量的情況下表現為拮抗性，原因可能是施肥方式以及土壤的需肥規律不同造成的交互作用不一致。周嘯塵[11]認為，灌水量是影響番茄產量和單果重的重要因子，當灌水量超過適宜灌溉量后，灌水的增加反而會降低番茄的產量；李銀坤等[1]通過研究發現，在相同施氮量情況下，減量灌水處理的產量要高于常規灌溉，這與本研究的結果一致。作物品質受作物品種和生長環境的雙重影響，合理施肥可以改善土壤環境，提高作物產量和品質[12-16]。本研究表明，在相同施氮量情況下，節水灌溉的番茄果實中可溶性糖、可溶性酸和Vc含量均較傳統灌溉高，這與王鵬勃等[8]、Li等[17]和高娜等[18]的研究結果一致；在相同灌溉量不同施氮量情況下，3種品質指標表現為隨著施氮量的增加先增加后降低，說明適量的營養供給會提高番茄品質，過量施氮反而會降低番茄植株的品質。在相同灌水量情況下，番茄果實的硝酸鹽含量隨施氮量的增高而增高。硝酸鹽含量是評價蔬菜安全品質的重要指標，其含量的高低直接影響消費者的身體健康。國家標準[19]規定，茄果類蔬菜的硝酸鹽含量≤440 mg/kg，而試驗中各處理番茄的硝酸鹽含量均低于國標，說明本試驗的各施肥措施能夠保證番茄的硝酸鹽含量滿足國標要求。

番茄養分含量是表征番茄生長發育狀況的另一重要指標[20-21]。本試驗結果表明，番茄植株養分N、P、K含量主要分布在果實和葉中，這與番茄干物質含量規律一致。不施氮處理W1N0的氮素含量最低，說明施氮量是影響番茄養分吸收的重要因素[22-24]。隨著施氮量的增加，番茄的氮素總量呈現先上升后降低的趨勢，而在施氮量相同灌水量不同情況下，節水灌溉條件下番茄氮素總含量更高，說明施氮與灌溉量呈現較好的拮抗作用。

綜上所述，有機無機配施模式下灌水與施氮量存在一定的交互作用，對于番茄產量、氮素總含量以及水氮利用效率具有較好的拮抗作用，本試驗表明，充足的水分供應和適量的施氮量是保證番茄產量、提高水氮利用率的前提。在本試驗條件下節水灌溉且施氮量為675 kg/hm2的處理W2N675為較適宜番茄生長發育的處理措施。