滴灌供肥對設施番茄生長和品質的影響

賈宋楠，范鳳翠，劉勝堯，李志宏，趙 楠，張 哲，杜鳳煥，賈建明，秦 勇

(1.新疆農業(yè)大學，烏魯木齊 830052；2.河北省農林科學院農業(yè)信息與經濟研究所，石家莊 050051)

溫室蔬菜栽培是農民提高經濟收入重要途徑之一，隨著栽培面積不斷增加，規(guī)?；纳a與傳統(tǒng)的管理模式發(fā)生矛盾，高投入低效能限制了菜農的利潤空間；同時，蔬菜需耗水量大，是農作物里的用水大戶。一方面農戶通過大水大肥提高經濟產量，另一方面水資源緊缺和肥利用率低。盲目的管理模式與資源緊缺現狀成為提高作物產量與農業(yè)發(fā)展的瓶頸。覆膜滴灌施肥通過精確控制灌水和施肥量，將肥液輸入到作物根部土壤，能有效減少淺層蒸發(fā)、深層滲漏，從而減小水肥損失，提高作物產量，實現節(jié)水節(jié)肥提質增效[1-5]。研究地膜覆蓋下滴灌不同施肥量對溫室秋冬茬番茄生長和品質的影響，對制定番茄滴灌控漏灌溉施肥制度和增產提質增效的生產管理提供理論和技術指導，為溫室蔬菜水肥一體化智能控制提供量化指標。

國內外學者對滴灌施肥下作物的生長、產量、品質和水氮利用效率等方面進行了大量的研究[6-10]，研究結果表明，滴灌施肥較常規(guī)施肥，能增產11%～80%[11,12]，節(jié)水28.9%～31.0%，節(jié)肥17.9%～58.9%[13]，顯著提高水肥利用效率。相關研究內容涉及滴灌水肥耦合效應[14-16]、施肥頻率[21-23]、施肥種類[24,25]等，涉及栽培區(qū)域以西北地區(qū)較多。賀會強等[26]進行了春茬番茄肥料試驗，表明增加施肥量可以顯著提高番茄株高、葉面積和產量,但過高的施肥量反而不利于其生長和產量的提高。王秀康等[27]研究發(fā)現膜下滴灌灌水量和施肥量對番茄株高、莖粗和產量影響顯著。袁宇霞等[28]發(fā)現增加施肥量和適當上調灌水下限可以顯著提高番茄干物質量和產量，過高反而不利于其生長和產量的提高。蔬菜的營養(yǎng)品質和保健品質不僅取決于其遺傳特性，也明顯受灌溉和土肥等環(huán)境因素的影響[17,18]。營養(yǎng)品質隨灌水量或施氮量的增加呈開口向下的拋物線形變化，中水中肥對番茄生長產量和綜合營養(yǎng)品質更有利[16-20]。以往研究多集中在N、P、K配方施肥及全生育期固定的施肥頻率，施肥量多以當地常規(guī)施肥量為對照參考設計。往往由于地域不同、材料不同、施肥方式不同、對照標準不同等，得出結論也不盡相同。

王火焰等[29]通過研究肥料養(yǎng)分真實利用率及施肥策略，提出促進施肥技術向減少肥料損失的方向發(fā)展，而不是片面地提高目標產量而廣泛使用肥料。未來作物的施肥量應主要依賴于作物生長對養(yǎng)分的消耗量和養(yǎng)分損失率來確定。華北區(qū)覆膜滴灌方式下按番茄不同生育期需求供肥對番茄生長、產量和品質的影響研究不足，難以精量的確定有效的水肥管理制度。范鳳翠、劉俊波等[30-32]針對華北區(qū)番茄、黃瓜等蔬菜不同生育期需耗水特征以及根土空間對其生長貢獻率等方面做了大量研究工作，確定了淺根系蔬菜控漏節(jié)水灌溉制度。在此研究基礎上，按作物生育期配以不同施肥量，研究番茄控漏節(jié)水灌溉管理下“同步”供肥對作物生長的影響。以期探索水-肥-苗“同步”灌溉施肥管理制度，為設施番茄高產優(yōu)質高效生產及水肥一體化智能控制提供量化指標

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2014年9月13日-2015年5月13日在河北省農林科學院鹿泉市大河綜合試驗站下沉式日光溫室內進行。溫室長70 m，跨度7.5 m，種植寬6 m。該試驗區(qū)依靠太行山脈，平均海拔220 m。屬溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明；日平均氣溫為12.6～13.5 ℃，冬季年均145 d，年降雨量536 mm，日照時數2 554 h，無霜期230 d。供試土壤質地為黏壤質石灰性褐土，0～30 cm土壤容重為1.46 g/cm3，田間持水量為18.86%。土壤有機質為17.8 g/kg，堿解氮81.7 mg/kg、速效鉀109.2 mg/kg、速效磷81.6 mg/kg、pH=7.6。

灌溉施肥設備采用文丘里滴灌水肥一體化施肥灌溉系統(tǒng)，滴灌管直徑12 mm，壁厚0.6 mm，額定流量2 L/h，滴頭間距約30 cm。

1.2 供試材料及田間種植模式

試驗在秋冬茬番茄田進行，選用無限生長型番茄“金鵬1號”。于2014年9月13日定植，密度為4.8 萬株/hm2，2015年2月26日開始收獲至5月12日拉秧，每株留果5穗，打頂。采用壟上壟間全覆膜種植模式，每2壟設為一個小區(qū)(每壟栽2行，大行80 cm，小行40 cm，株距33 cm)，小區(qū)面積為(1.2×2)m×6 m，定植株數為72株/區(qū)。每個處理小區(qū)的首部單獨安裝了水表，用水表精確控制每個處理的水量，并裝有文丘里施肥裝置。

1.3 試驗設計

基肥：施充分腐熟雞糞2 000 kg/hm2(含N1.63%,P2O51.54%,K2O0.85%)，生物有機肥600 kg/hm2(含N1.46%,P2O51.22%,K2O1.32%)，將雞糞、生物有機肥混合后撒施。

追肥：試驗所施肥料為蔬菜沖施肥(N16%，P2O55%， K2O19%)。

查獲番茄不同生長階段N、P、K吸收總量及比例[34]，確定本試驗各處理施肥量。設計4個施肥水平，F1(花果期1 337 kg/hm2，收獲期1 779 kg/hm2)，F2(花果期669 kg/hm2，收獲期889 kg/hm2)，F3(花果期401 kg/hm2，收獲期534 kg/hm2)，F4(不施肥)。各處理重復3次，隨機區(qū)組排列，小區(qū)間采用60 cm 隔水板做防滲隔離。

灌水依據范鳳翠等[31,32]研究確定的日光溫室番茄0～30 cm根土空間及根-水控漏灌溉指標，結合郭艷波[33]提出的番茄各生育期適宜的灌水下限(苗期65%，花果期75%，果膨期75%，采收期75%)進行灌溉管理，不同施肥處理灌水量相同。滴灌施肥處理于第一穗果膨大時(定植后81 d)開始，花果期施肥4次，盛果收獲期施肥5次。本試驗各處理不同生育期施肥量及施肥比例如表1所示。

表1 番茄各生育期施肥量 kg/(hm2·次)

1.4 測定項目與方法

測定項目包括植株生長產量、品質、水分利用效率。

(1)植株生長性狀及產量：緩苗后，各處理每隔30 d測量一次植株生長指標，至打頂摘心后結束測量。用直尺(精確度0.1 cm)測量株高(莖基部到生長點的長度)，用數顯游標卡尺(精確度0.01mm)測量莖粗(莖基部2～3節(jié)位的粗度)，記錄每株的葉片數。用直尺測量葉片的長度(L, 葉柄基部到葉尖的距離)和寬度(W, 與主脈垂直的最大寬度)，采用紙重法測定番茄的實際葉面積(LA) ，建立L、W、L×W與LA關系式并通過回歸分析檢驗。估測番茄葉長、寬與葉面積的數值關系，便于后續(xù)葉面積測量。果實收獲期用電子秤稱量各小區(qū)的產量、果數，并折算。

(2)品質測定：于收獲中期采集成熟度一致的第2～3穗果實進行品質測定，每小區(qū)采集5個果實，測定果實中的可溶性固形物(TSS)、可溶性總糖、可滴定酸、Vc、硝酸鹽含量。TSS含量采用手持測糖儀測定[35]，可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測定[36]，可滴定酸采用NaOH滴定法測定[37]，Vc含量采用碘酸鉀滴定法測定，硝酸鹽含量采用紫外分光光度計法測定。

(3)番茄耗水量及水分利用效率：采用水量平衡法計算不同時段內的耗水量ET(mm)：

ET=Pr+I+U-R-D-ΔW

(1)

式中：Pr為有效降雨量，mm；I為灌水量，mm；U為地下水補給量，mm；R為徑流量，mm；D為深層滲漏量，mm；ΔW為試驗初期和末期0～100 cm 土壤水分變化量，mm。

由于溫室內沒有降雨，故Pr=0，對于滴灌，每次灌水量較少(最大灌水量24.3 mm)，故R和D可以忽略不計，地下水位在50 m 以下，故U也可忽略不計。上式簡化為：

ET=I-ΔW

(2)

水分利用效率WUE(kg/m3)計算公式為：

WUE=Y/ET

(3)

式中：Y為番茄產量，t/hm2。

1.5 數據分析

用Microsoft Excel 2007進行數據計算，用SPSS16.0和DPSV6.5統(tǒng)計軟件進行方差分析、回歸分析，并在0.05顯著水平上進行比較。

2 結果與分析

2.1 肥料處理對番茄生長的影響

2.1.1 肥料處理對番茄株高的影響

膜下滴灌控漏灌溉條件下施肥，不同施肥量對番茄株高的影響如圖1所示。從階段增長量上看，各處理隨著番茄生育期的推移株高增長量呈現先增后減的趨勢。在苗期(定植后26 d)株高增長量較少，該時期以扎根、緩苗為主；花果期營養(yǎng)生長速率大于生殖生長，株高增長量最大(2014-11-26)；果膨期營養(yǎng)生長與生殖生長同時進行，株高增長量次之；果實成熟期(植株打頂)，該時期以生殖生長為主，營養(yǎng)生長減弱，株高增量較少。各處理間的差異隨著番茄生育期的推移逐漸增大。

圖1 肥料處理對番茄株高的影響Fig.1 Effects of different fertilizer treatments on plant height of tomato

從累積增長折線(見圖1)上看，隨著番茄生長，各處理株高保持累積增長。苗期-花果期株高日增長速率最快，花果期-果膨期株高日增速減緩，果膨期-成熟期株高日增速平緩。由表2方差分析可見，處理間的差異隨番茄生長逐漸增大。植株生長早期，株高沒有差異。2014年12月4日進入果膨期，開始肥料處理，各處理間株高日均增長速率隨著施肥量增加而增加。由于增長速率的差異，到成熟期各處理間株高增長量和累積量差異顯著。

表2肥料處理對番茄株高增長速率的影響cm/d

Tab.2 Effects of different fertilizer treatments onplant heigh of average growth rate

注：F1、F2、F3和F4分別為蔬菜沖施肥N- P2O5- K2O施用量499-156-562、249-61-296、150-36-178和0-0-0 kg/hm2。同列數據后標不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下表同。

2.1.2 肥料處理對番茄莖粗的影響

不同施肥處理對番茄莖粗的影響如圖2所示。從階段增長量上看，果膨期之前莖粗增長量達到全生育期的90%～96%。進入果膨期開始施肥，肥料處理間F4(不施肥)的莖粗增長量最大，是其他處理的1.4～5.4倍；F1(高肥)處理的莖粗增長量最小，F2(中肥)處理的莖粗增長量居中。進入成熟期，各處理莖粗增長量幾乎為0。

圖2 肥料處理對番茄莖粗的影響Fig.2 Effects of different fertilizer treatments on stem diameter of tomato

從累積增長折線(見圖2)上看，隨著番茄生育期進程，各處理莖粗累積量都在增加，且隨著生育進程的推移累積速率由快變緩到平穩(wěn)。各處理間的莖粗差異隨番茄生長逐漸增大，到成熟期番茄莖粗累積增長量F4>F3>F2>F1。說明，施肥影響番茄莖粗累積生長量，施肥量與莖粗累積生長量成反比關系。

2.1.3 肥料處理對番茄葉片數的影響

不同施肥處理對番茄葉片數的影響如圖3所示。從階段增長量上看，各處理不同階段葉片數增長數量差異不顯著，花果期各處理番茄葉片數增長量最大。成熟期之前葉片數增長量達到全生育期的90%～99%。由葉片數累積增長折線可看出，隨著番茄生長，各處理葉片數都在增加，且隨著生育進程的推移葉片數日增速率由快速逐漸變平緩，到果膨期后增長速率基本不變。各處理間全生育期的葉片數差異不顯著。說明，施肥對番茄葉片數影響小。

圖3 肥料處理對番茄葉片數的影響Fig.3 Effects of different fertilizer treatments on leaf numbers of tomato

2.1.4 肥料處理對番茄葉面積的影響

葉面積大小與植株光合利用效率密切相關。番茄葉面積的增長與施肥量的關系如圖4所示。從階段增長量上看，以營養(yǎng)生長為主的生育期前期葉面積增長量較大。后期葉面積增量較少，主要以生殖生長為主。成熟期不同處理葉面積增長量差異顯著，表現出葉面積增長量隨施肥量增多而增加，F4(不施肥)處理葉面積增長量為0 cm2，即基礎土壤養(yǎng)分供其吸收利用可使葉面積增長到果膨期。

圖4 肥料處理對番茄葉面積的影響Fig.4 Effects of different fertilizer treatments on leaf area of tomato

由葉面積累積增長量及日增長速率(圖4和表3)可看出，隨著番茄生長，各處理葉面積都在增加。果膨期施肥處理后，葉面積日增長速率差異顯著，F1、F2顯著大于F3大于F4。肥料對葉面積日增長速率有顯著影響，進入成熟期，葉面積累積增長量表現出隨施肥量增多而增加?？梢?，施肥量對番茄的葉面積有影響。

表3肥料處理對番茄葉面積日增長速率影響cm2/d

Tab.3 Effects of different fertilizer treatments onleaf area of average growth rate

2.2 肥料處理對番茄產量及水分生產效率的影響

施肥量對番茄產量的影響見表4。不同肥料處理番茄單果質量差異顯著，表現出隨施肥量增加而減??；F4處理單果質量最大，F1處理單果質量最小，比F4處理的小18%；F2與F3處理的單果質量差異不顯著。由此說明，施肥量對秋冬茬番茄單果質量具有負效應。不同處理之間果實鮮果產量差異顯著，與F4相比，施肥處理產量提高10%～19%。果實鮮果產量、生物產量及經濟產量隨施肥量增多都呈現出先升高后下降的趨勢。經濟系數隨施肥量增加而增大，不同處理間差異不顯著。水分生產效率隨著施肥量增加呈現先升后降的趨勢，F2處理較F4提高48%，F1與F3處理間差異不顯著。

表4 肥料處理對番茄產量的影響Tab.4 Effects of different fertilizer treatments on yield of tomato

注：F1為高肥；F2為中肥；F3為低肥；F4為不施肥。

2.3 肥料處理對番茄品質的影響

2.3.1 滴灌施肥處理對番茄果實NO3-N的影響

植物體內NO3-N含量是表示鮮食蔬菜的一項重要品質指標，同時也反映了植株氮素吸收和土壤硝態(tài)氮供應的情況。滴灌控漏灌溉水肥管理下，施肥量對番茄果實NO3-N的影響見圖5。圖5顯示隨著施肥量的減少，番茄果實中NO3-N含量呈下降趨勢。施肥處理的NO3-N含量比F4不施肥處理高16.6%～30.6%；F1、F2、F3三個水平肥料處理的果實硝酸鹽含量差異不顯著，總體表現出隨施肥量增多而增加，但都低于國家無公害蔬菜硝酸鹽含量標準(600 μg/g)[38]?？梢姡捌谝淮涡允┗时群笃跍p少沖施肥量對降低果實中硝酸鹽含量效果顯著。

圖5 肥料處理對番茄果實NO3-N的影響Fig.5 Effects of different fertilizer treatments on NO3-N of tomato fruit

2.3.2 滴灌施肥處理對番茄果實糖、酸和糖酸比的影響

可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸和固酸比是番茄的營養(yǎng)品質，也是影響著番茄的風味。表5表明，不同處理果實可溶性糖、可滴定酸、固酸比差異顯著。肥料處理中，隨施肥量增加可溶性固形物(TSS)含量呈現上升趨勢，可溶性糖含量呈先升后降的趨勢，可滴定酸含量隨之增加，糖酸比呈現下降趨勢。

F2處理的番茄果實可溶性糖含量最高，與其他處理比，提高了7.5%～22%，F1與F3較F4分別提高了12%和13%。可見，在一定的范圍內，增加施肥量可提高番茄果實可溶性糖含量，超過施肥閾值則下降。TSS對施肥量的變化反應不明顯，可滴定酸含量對肥料處理有明顯的變化差異，F1顯著高于其他處理。不同肥料處理之間，糖酸比差異顯著, 且隨施肥量增多而下降。F4糖酸比最高達到7.04，F1的糖酸比只有3.93，較其他處理低40%～50%。高肥使番茄果實的糖酸比降低，影響風味品質。由此可得，沖施肥量超過合適的施肥閾值，會明顯降低番茄果實品質。

表5 肥料處理對番茄果實品質的影響Tab.5 Effects of different fertilizer treatments onquality of tomato fruit

2.3.3 滴灌施肥處理對番茄果實Vc含量的影響

Vc是番茄的營養(yǎng)保健品質，也是風味品質。表5顯示，隨施肥量增加，Vc含量呈現先增加后降低的變化趨勢。F2處理Vc含量最高為0.019 1 mg/g，比 F1、F3、F4分別高9.14%、7.30%、9.14%，且差異達顯著水平；但 F1、F3與F4之間差異不顯著。可見，在合適的范圍內，增加施肥量可提高番茄果實Vc含量，超過該范圍則下降。

3 討 論

膜下滴灌控漏灌溉管理下施肥，施肥量對日光溫室秋冬茬番茄生長性狀、產量結構和綜合品質都有一定影響。

(1)滴灌水肥管理，不同肥料處理間株高增長量和累積生長量差異顯著；施肥量與番茄莖粗累積生長量成反比關系，與葉面積累積生長量成正比關系，對葉片數影響較小。

(2)施肥量對秋冬茬番茄單果質量具有負效應；番茄產量及水分生產效率隨著施肥量增加呈現出先升高后下降的拋物線變化趨勢。這一結論與李建明等[39]研究所得番茄產量隨施肥定額的增加而顯著增加，超過一定范圍后產量逐漸降低結論一致。肥料也影響作物對水分的吸收利用，邢英英等[14]和袁宇霞等[28]發(fā)現適量增加肥量對番茄產量和水分利用效率具有正效應，超過一定范圍反而對其具負效應。本試驗灌水量相同，施肥可以提高番茄水分利用效率，中肥對WUE的提高效果顯著。

進一步分析可知，經濟系數大說明番茄光合有機物轉化成果實的轉化率高；反之，轉化率低。F1高肥處理，經濟產量和生物產量較低，但經濟系數在四個處理中較高；由經濟系數的決定因子可知經濟產量相對較高，即高肥促進光合有機物轉化成果實。F2中肥處理，生物產量和經濟產量最高，經濟系數卻低，說明中肥處理生物產量相對較高，番茄莖葉干物質量多，可能由于番茄前期摘心，后期摘果，導致生育后期源大庫小，經濟產量相對較低。F3低肥處理的生物產量、經濟產量和經濟系數比F4不施肥處理高。總之，施肥有利于番茄產量的提高；在追求經濟產量的同時，優(yōu)化栽培管理措施協調庫源關系，才能獲得較高的經濟系數。

(3)滴灌控漏灌溉施肥管理下，不同肥料處理間果實硝酸鹽含量差異不顯著，且都低于國家無公害蔬菜硝酸鹽含量標準(600 μg/g)。隨施肥量增加可溶性固形物含量差異不顯著，可溶性糖含量呈先升后降的趨勢，可滴定酸含量隨之增加，糖酸比呈現下降趨勢，Vc含量呈現先上升后下降的變化趨勢。糖和酸是番茄果實風味品質形成的基礎，糖酸比影響果實的口感。一般認為，合適的糖酸比應在6.0以上，糖酸比越大風味越好，反之，則番茄果實的風味品質越差[40]。Takebe等[41]和閔炬等[42]研究認為，蔬菜Vc含量隨施氮量增加呈現開口向下的拋物線形變化，在合理施氮范圍內，隨施肥量增加而增加，超過范圍后Vc含量隨施氮量增加而降低，這與本試驗所得結果一致。由于施氮會引起植物體內氮素大量積累而非氮源營養(yǎng)成分Vc含量降低，這也是本試驗中隨著施肥量的增加Vc含量先增后降的原因。吳雪等研究表明番茄營養(yǎng)品質與施氮量呈開口向下的拋物線關系，施磷量呈線性關系，與施鉀量呈開口向上的拋物線形關系[17]。本試驗所用蔬菜水溶肥氮磷鉀是同一配比的組合，不能嚴格確定某元素對品質的作用，也不能確定氮磷鉀交互效應對番茄果實品質的影響，有關番茄對氮磷鉀的吸收以及對果實品質的調控有待進一步研究和驗證。

4 結 語

膜下滴灌控漏灌溉管理下“同步”施肥，即按作物不同生育期所需供水供肥，對植株生長有一定調控作用。該試驗條件下，生長指標株高、莖粗、葉片數和葉面積的變化表現出花果期之前快速增長，果膨期之前增長緩慢，進入果膨期后基本穩(wěn)定。通過對植株生長動態(tài)分析，表明施肥量對植株葉片數影響不顯著，對株高和葉面積成正相關，對莖粗成反相關關系。施肥量對秋冬茬番茄單果質量具有負效應；與果實產量呈開口向下的拋物線關系，F2處理產量最高；與WUE呈開口向下的拋物線關系，F2處理最高，較F4提高48%；經濟系數在各處理間差異不顯著。果實硝酸鹽含量隨施肥量增加而增多，但滴灌控漏灌溉“同步”供肥方式下，番茄果實硝酸鹽含量均未超標。在一定的范圍內，增加施肥量可提高番茄果實可溶性糖含量和Vc含量，超過最佳范圍則下降。施肥量高降低番茄果實糖酸比，使品質下降。

綜合水肥對番茄產量與品質的效應，建立產量、水分生產效率及品質與施肥量的關系，得出最佳施肥(蔬菜沖施肥)配比及施肥量。提出滴灌控漏灌溉條件下，秋冬茬番茄水-肥-苗“同步”管理制度為開花結果期灌水施肥4次，次灌水量為150～157.5 m3/hm2,次施肥量為334 kg/hm2(N53-P2O517-K2O 64 kg/hm2)；盛果收獲期灌水施肥5次，次灌水量為112.5～157.5 m3/ hm2,次施肥量為356 kg/hm2(N57-P2O518-K2O 68 kg/hm2)。該管理制度為日光溫室秋冬茬番茄節(jié)水灌溉，高產優(yōu)質生產提供指導，為設施蔬菜水肥高效利用關鍵技術數字化管理提供參考指標。

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