不同灌溉施肥模式對溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用的影響

李銀坤，郭文忠，薛緒掌，喬曉軍，王利春，陳紅，趙倩，陳菲

?

不同灌溉施肥模式對溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用的影響

李銀坤1,2，郭文忠1,2，薛緒掌1,2，喬曉軍1，王利春1,2，陳紅1,2，趙倩1,2，陳菲1

（1北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心，北京100097；2北京市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)研究中心，北京 100097）

【】建立適用于日光溫室番茄水肥一體化的管理模式，探討不同灌溉施肥模式在日光溫室番茄節(jié)水節(jié)肥增產(chǎn)效能上的差異?！尽炕谪搲貉b置和滴灌系統(tǒng)，研究常規(guī)施基肥（CK）、營養(yǎng)液滴灌施肥（DI）和負壓供液施肥（NI）對溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用效率的影響?！尽控搲汗┮菏┓誓Ｊ较峦寥浪志哂邢鄬Φ姆€(wěn)定性，0—20 cm土層含水量周年變化幅度為20.8%—25.0%，低于滴灌施肥處理的19.7%—28.6%?；谪搲貉b置的供液模式（NI）相對于處理CK和DI，不但養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）的周年總投入量分別降低了5.0%和17.2%，而且顯著促進了番茄植株生長，增加了產(chǎn)量，改善了果實品質(zhì)。其中處理NI與CK相比，番茄生物量提高了23.0%以上（＜0.05），產(chǎn)量增加了7.5%—10.0%，而與處理DI相比，果實硝酸鹽含量降低了17.3%—21.5%（＜0.05）。負壓供液施肥模式能夠減少水肥用量，降低溫室番茄周年耗水量，提高水肥利用率。與處理CK和DI相比，處理NI的年灌水量分別減少了18.4%和17.2%，番茄年耗水量分別降低了12.8%和12.1%（＜0.05），而水分利用效率分別提高了12.7%—40.1%和10.0%—30.3%（＜0.05），肥料偏生產(chǎn)力則分別提高了10.4%—19.6%和14.5%—42.7%（＜0.05）。水分的持續(xù)穩(wěn)定供給是負壓供液施肥模式實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥增產(chǎn)保質(zhì)等效能的重要原因?！尽炕谪搲貉b置的供液模式不僅減少了水肥的投入量，而且能夠促進溫室番茄生長、確保產(chǎn)量，同時改善了果實品質(zhì)并大幅度提高了水肥利用效率，可作為日光溫室番茄水肥一體化管理的新模式。

滴灌施肥；負壓系統(tǒng)；溫室番茄；產(chǎn)量；水肥利用

0 引言

【研究意義】番茄是中國設(shè)施栽培的主要蔬菜種類之一，其對水肥供應具有較高的敏感性和較大的需求量[1-2]。合理的水肥管理模式是獲得設(shè)施蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要保證，而依據(jù)農(nóng)民習慣的水肥管理方式不僅引起了水肥資源的嚴重浪費及環(huán)境污染，且不利于番茄產(chǎn)量的提高和良好品質(zhì)的形成[3-5]。滴灌施肥是當今世界公認的一項高效節(jié)水節(jié)肥的農(nóng)業(yè)技術(shù)，而負壓灌溉是一種將供水源壓力控制為負值的新型灌溉技術(shù)，其在促進作物生長、提高產(chǎn)量等方面具有顯著的效果。對比研究滴灌與負壓灌溉對溫室蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用的影響，對進一步優(yōu)化溫室蔬菜灌溉施肥技術(shù)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】眾多研究表明，利用滴灌施肥技術(shù)可將水分和肥料直接輸送到作物根區(qū)土壤，具有改善作物生長環(huán)境、降低肥料損失、提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及大幅度提高作物水肥利用效率的效果[6-7]。當前研究有借助于滴灌設(shè)施根據(jù)作物發(fā)育進程供給不同量肥液或營養(yǎng)液的技術(shù)，因其更加符合作物生長對水分和養(yǎng)分的需求規(guī)律，比常規(guī)水肥管理模式具有更高的水肥利用效率和產(chǎn)量效益[3,7-8]。負壓灌溉技術(shù)基于負壓控制原理建立，通過調(diào)節(jié)負壓灌溉裝置中供水吸力的大小能夠達到對土壤水分的精確和持續(xù)控制，并可根據(jù)環(huán)境因子和作物需求實現(xiàn)自動灌水[9-10]。研究認為，負壓的供水吸力值與土壤含水量呈反比關(guān)系，當供水吸力為-5—-10 kPa時，黏壤土（潮土）的重量含水量可控制在18.1%—22.5%范圍內(nèi)[10-11]。利用負壓進行灌溉，土壤含水量處于非飽和狀態(tài)，大大降低了因土壤蒸發(fā)和地下滲漏等引起的水分損失。與常規(guī)漫灌方式相比，利用負壓灌溉技術(shù)的溫室番茄產(chǎn)量增加了8.6%（＜0.05），水分利用效率提高了11.0%（＜0.05）[12]?！颈狙芯壳腥朦c】目前關(guān)于負壓灌溉技術(shù)在設(shè)施作物上的研究，主要是利用其具有供水控水的特征研究作物的水分管理策略，且研究集中于盆栽或無土栽培[11,13-14]。而基于負壓裝置的水肥一體化管理在日光溫室土壤栽培作物上的研究較少，尤其是與當前普遍應用的滴灌或滴灌施肥技術(shù)相比在節(jié)水節(jié)肥增產(chǎn)效能上的差異尚不明確?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本試驗基于負壓供液施肥系統(tǒng)及滴灌施肥系統(tǒng)，研究了不同供液施肥模式對溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及水肥利用的影響，以探討日光溫室蔬菜生產(chǎn)合理的灌溉施肥管理模式，并為進一步建立日光溫室蔬菜生產(chǎn)科學的灌溉施肥體系提供技術(shù)理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗布置在北京市國家精準農(nóng)業(yè)研究示范基地日光溫室內(nèi)，試驗期間溫室內(nèi)的年均溫度為22.5℃，年均濕度為72.4%。試驗前0—20 cm土層有機質(zhì)含量為23.30 g·kg-1，全氮為1.57 mg·kg-1，土壤容重1.39 g·cm-3，田間持水量26.3%，pH為6.75。試驗小區(qū)長5.0 m，寬1.4 m，小區(qū)之間用PVC板隔離，深度為0.5 m。供試番茄品種為仙客8號，春茬番茄于2014年3月21日定植，2014年7月18日拉秧；秋茬溫室番茄2014年8月31日定植，當年12月16日拉秧。栽培方式為畦栽，畦間距0.8 m，每畦栽培番茄2行，行距0.5 m，株距0.35 m。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)常規(guī)施基肥（CK）、營養(yǎng)液滴灌施肥（DI）和負壓供液施肥（NI）3個處理，3次重復。其中處理CK和DI的灌溉方式均為滴灌，試驗用滴灌帶的壁厚0.4 mm，滴頭間距15 cm，流量為1.38 L·h-1，每試驗小區(qū)布置2行滴灌帶，滴頭位于番茄植株附近。利用土鉆法4—7 d測定一次0—30 cm土層的土壤含水量，當實測土壤含水量低于田間持水量的70%時，灌水到田間持水量的90%，滴灌水量計算公式為：

D=1000×(q1-q2)×ρ×H （1）

式中，D為灌水量（mm），q1為田間持水量的90%（g·g-1），q2為H土層內(nèi)平均含水量（g·g-1），ρ為土壤容重（g·cm-3），H為土層深度，本試驗中取0.3 m[15]。處理CK的施肥量根據(jù)目標產(chǎn)量法[16]計算得到，所用肥料均具可溶性，具體為尿素（N，46%）、磷酸二氫銨（P2O5，61%）和硫酸鉀（K2O，50%），其中肥料用量的50%用于基施，剩余肥料溶于水以肥液的形式分4次追施，具體在番茄第一穗果、第二穗果、第三穗果以及第四穗果膨大到乒乓球大小時施用（秋茬番茄留3個穗果，分3次追施）。處理DI和NI均灌溉營養(yǎng)液，具體按照山崎大量元素配方的1S營養(yǎng)液濃度管理[17]。各處理的灌溉及養(yǎng)分用量如表1所示，其中處理NI的周年灌溉量和養(yǎng)分總投入量（N+P2O5+ K2O）分別為513.6 mm和1 849.1 kg·hm-2，相比處理CK和DI，周年灌水量分別減少了18.4%和17.2%，養(yǎng)分總投入量分別降低了5.0%和17.2%。

表1 溫室番茄灌溉量及養(yǎng)分用量

CK：常規(guī)施基肥；DI：滴灌施肥；NI：負壓供液施肥 CK: Conventional application of base fertilizer; DI: Drip fertigation; NI: Negative pressure fertigation

基于現(xiàn)有的負壓灌溉技術(shù)構(gòu)建了負壓供液施肥系統(tǒng)，并已獲得發(fā)明專利授權(quán)[18]。負壓供液施肥系統(tǒng)為一個密封系統(tǒng)，單套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。本試驗中每個試驗小區(qū)使用一套負壓供液系統(tǒng)，系統(tǒng)末端連接14個盤式供水器，等間距（35 cm）豎埋于25 cm深土壤中。系統(tǒng)運行后，由于土壤基質(zhì)勢的作用，盤式供水器向土壤中滲水，集氣瓶中的水位開始下降，控壓管經(jīng)過集氣瓶和支管向盤式供水器供水，由于恒液桶中的浮球裝置具有控制水位的作用，當恒液桶水位下降時，閥門打開，供液桶中的水（或營養(yǎng)液）由導管進入恒液桶，這樣整個裝置就可以正常運作。通過調(diào)整負壓供液系統(tǒng)中的控壓管高度（供液吸力）即可實現(xiàn)對土壤含水量的控制，根據(jù)已有研究結(jié)果[12]，本試驗中日光溫室番茄的負壓供液吸力設(shè)定為-5 kPa。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 番茄生物量 在番茄拉秧時取植株樣，每處理隨機取3株，按根、莖、葉和果實等植株部位在105℃殺青30 min，然后在75℃烘至恒重，測定生物量。

圖1 負壓供液系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.3.2 番茄產(chǎn)量和品質(zhì) 用電子天平（精度為0.01 g）統(tǒng)計各小區(qū)每次的采摘量，并在試驗結(jié)束后匯總為各小區(qū)產(chǎn)量。在第二穗果收獲時，各小區(qū)隨機選取9個果實，分析果實品質(zhì)。其中可溶性蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍G-250染色法，硝酸鹽含量采用硫酸—水楊酸法測定，可溶性糖含量用阿貝折射儀測定。

1.3.3 番茄耗水量及水分利用效率 利用水量平衡法計算不同時段內(nèi)的番茄耗水量，由于試驗在日光溫室內(nèi)進行，且試驗區(qū)地下水位較深，因此不考慮降雨和地下水位補給量的影響；而滴灌和負壓供液分屬于淺層灌溉和亞表層灌溉，每次灌溉量較少，故地表徑流量和深層滲漏量均不予考慮?；谏鲜龇治?，由簡化的水量平衡方程計算番茄耗水量[19]：

ET=I-ΔW（2）

式中，ET為作物耗水量（mm）；I為灌水量（mm）；為試驗初期和末期0—100 cm土層水分的變化量（mm）。

在番茄定植前、苗期、開花坐果期、成熟采摘期以及拉秧時，土鉆法取0—100 cm土層的土樣，每20 cm為一層，烘干法測定土壤含水量。水分利用效率[20]計算公式為：

WUE=Y/ET（3）

式中，WUE為水分利用效率（kg·m-3）；Y為番茄產(chǎn)量（kg·hm-2）。

肥料偏生產(chǎn)力[3]計算公式為：

PFP=Y/F （4）

式中，PFP為肥料偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）；F為肥料（N+P2O5+K2O）用量（kg·hm-2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010 軟件進行整理分析，SAS 9.1軟件進行方差及差異性檢驗分析，多重比較采用Duncan法（＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同灌溉施肥模式對土壤含水量的影響

圖2為溫室番茄0—20 cm土層含水量的周年變化。春茬溫室番茄的0—20 cm土層含水量波動變化大，為19.7%—28.6%。其中在春茬番茄的苗期和花期，0—20 cm土層含水量相對穩(wěn)定，而在番茄坐果至成熟采摘期，處理CK和DI的0—20 cm土層含水量呈顯著的先降后升變化，其中的升高幅度分別達23.4%（＜0.05）和29.0%（＜0.05），而處理NI僅在20.8%—21.3%之間變化（＞0.05）。說明NI處理具有穩(wěn)定0—20 cm土層含水量的作用。秋茬番茄0—20 cm土層含水量的波動變化相對較小，各處理在21.4%—26.7%浮動，其中NI僅在22.2%—24.0%區(qū)間變化。

圖2 0—20 cm土層含水量動態(tài)變化

從0—20 cm土層含水量周年變化看，NI條件下的0—20 cm土層含水量波動幅度最小，周年變化范圍為20.8%—25.0%，低于處理CK的20.1%—28.6%和處理DI的19.7%—28.1%?？梢?，與滴灌施肥模式相比，負壓供液施肥條件下的土壤含水量更加穩(wěn)定，且不隨栽培季節(jié)或番茄生育期的變化出現(xiàn)大的波動。

2.2 不同灌溉施肥模式對番茄生物量的影響

春茬和秋茬的番茄生物量變化規(guī)律相似（圖3），其中處理NI的最高，其次為處理DI和CK。與處理DI和CK相比，處理NI的春茬番茄生物量分別增加了12.0%和23.3%（＜0.05），秋茬番茄生物量分別增加了12.9%和23.8%（＜0.05）?？梢?，基于負壓裝置的供液模式（NI）相對于滴灌施肥（DI）和CK更有利于提高溫室番茄的生物量。

不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著

2.3 不同灌溉施肥模式對溫室番茄耗水特征的影響

隨著生育期的推進，日光溫室番茄的階段耗水量呈先升高后降低的變化趨勢（表2）。春茬番茄坐果期和秋茬番茄花期的耗水量要高于其他生育期，期間的耗水量可占到全生育期耗水量的36.6%—40.5%（春茬）和29.3%—34.4%（秋茬）。而坐果期與花期的耗水量之和所占比例達到61.8%—67.3%（春茬）和57.1%—62.0%（秋茬）。說明坐果期和花期是番茄耗水量最大的階段，期間水分和養(yǎng)分的充足供給是番茄健康生長的重要保證。

在春茬番茄苗期，處理NI的階段耗水量顯著低于處理CK和DI，降低幅度為25.0%—25.5%（＜0.05），而在其他生育期的階段耗水量均無顯著性差異（表2）。日光溫室番茄周年耗水量為519.2—595.3 mm，春茬番茄耗水量比秋茬耗水量高8.6%—31.7%。處理NI的周年耗水量最低，與處理CK 和DI相比，分別降低了12.8%（＜0.05）和12.1%（＜0.05）。而處理CK和DI的周年耗水量并無顯著性差異。

表2 不同灌溉施肥模式對溫室番茄耗水量（mm）的影響

相同列不同小寫字母表示差異顯著（＜0.05）。下同

Different small letters within the same column mean significant at 0.05 levels. The same as blow

2.4 不同灌溉施肥模式對溫室番茄產(chǎn)量及水肥利用的影響

由表3可知，溫室番茄單果重和產(chǎn)量的變化規(guī)律相似，均以處理NI的最高，而處理CK和DI無顯著性差異。與處理CK相比，處理NI在春茬和秋茬的番茄單果重分別增加了13.4%（＜0.05）和5.2%，產(chǎn)量分別增加了7.5%和10.0%?？梢?，負壓供液施肥模式下的溫室番茄產(chǎn)量能夠得到保證。從水分利用效率的角度分析，處理CK和處理DI并無顯著差異，而處理NI與處理CK相比，水分利用效率提高了12.7%—40.1%（＜0.05），與處理DI相比較，也提高了10.0%—30.3%（＜0.05）。處理NI還具有最高的肥料偏生產(chǎn)力，與處理CK和DI相比，分別提高了10.4%—19.6%和14.5%—42.7%（＜0.05）。由此分析，相對于滴灌施肥模式，負壓供液施肥不僅確保了溫室番茄高產(chǎn)，而且顯著提高了水肥利用效率。

表3 不同灌溉施肥模式對溫室番茄產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

2.5 不同灌溉施肥模式對溫室番茄品質(zhì)的影響

硝酸鹽含量是評價番茄果實安全的指標，本試驗中各處理的番茄果實硝酸鹽含量為86.5—140.3 mg·g-1（表4），遠低于國家對無公害蔬菜安全要求的瓜果類蔬菜硝酸鹽含量低于438 mg·kg-1的標準[21]。負壓供液模式的番茄果實硝酸鹽含量低于滴灌施肥模式，與DI相比，處理NI的果實硝酸鹽含量降低了21.5%（春茬）和17.3%（秋茬）?？扇苄蕴呛亢涂扇苄缘鞍踪|(zhì)含量是評價番茄果實營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標，其中可溶性糖含量的高低還決定著番茄果實的口味和營養(yǎng)價值。處理NI與處理DI和CK相比較，春茬和秋茬番茄的可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量均無顯著差異，其中處理NI的可溶性蛋白質(zhì)含量比處理CK還提高了4.9%—6.5%。總體而言，負壓供液施肥模式（NI）降低了果實硝酸鹽含量，保持了果實中的可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量，具有較佳的番茄品質(zhì)。

表4 不同灌溉施肥模式對溫室番茄品質(zhì)的影響

3 討論

3.1 負壓供液模式下0—20 cm土層含水量變化

日光溫室蔬菜生產(chǎn)中的傳統(tǒng)水肥管理模式較為粗放，灌水方式多為漫灌和溝灌，肥料則以撒施和溝施為主，灌水和肥料用量大，水肥浪費嚴重[3,22]。眾多研究表明，滴灌施肥模式在溫室作物上具有顯著的增產(chǎn)提效作用[6,23-24]。MAHAJAN等[7]研究表明，相比傳統(tǒng)漫灌施肥，滴灌施肥的溫室番茄產(chǎn)量不僅增加了28.4%，且節(jié)水46.5%、減施氮量33.3%，水肥利用效率顯著提高。但與滴灌等正壓灌溉技術(shù)不同，負壓供液是通過將供水源壓力控制為負值進行的灌溉，能夠?qū)崿F(xiàn)植物對水分的連續(xù)獲取，避免了常規(guī)灌溉引起的土壤干濕交替現(xiàn)象，可保證土壤含水量穩(wěn)定在一定水平[10-11,25]。從本試驗結(jié)果看，負壓供液吸力為-5 kPa時，溫室番茄周年內(nèi)的0—20 cm土層含水量在20.0%—25.0%區(qū)間變化，低于滴灌施肥處理19.7%—28.1%的變化幅度。說明負壓供液條件下土壤含水量具有相對的穩(wěn)定性，且0—20 cm土層水分并不隨栽培季節(jié)及生育期的變化出現(xiàn)大的波動（圖2）。

3.2 負壓供液施肥對溫室番茄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

水肥是影響作物生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，而水肥協(xié)同供應是促進植株生長、提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)的關(guān)鍵所在。常規(guī)的基追肥方式，肥料的施用相對集中，而單次高量的肥料施用易引起養(yǎng)分的無效淋洗與揮發(fā)，降低了水肥對產(chǎn)量的增加效應[21,26]。本試驗條件下，處理DI的生物量和產(chǎn)量均高于處理CK，但并無顯著性差異（＞0.05）。可見，與常規(guī)施基肥模式相比，滴灌營養(yǎng)液模式并沒有引起溫室番茄生物量及產(chǎn)量的顯著變化。也有研究認為，“少量多次”的水肥施用方式因具有較好的水肥耦合效應，比肥料一次性基施的效果要好[17]。而處理NI與處理CK相比，溫室番茄生物量和產(chǎn)量的增加效應更加明顯，其中溫室番茄生物量提高幅度在23.0%以上（＜0.05），番茄單果重最大提高了13.4%（＜0.05），產(chǎn)量也有7.5%—10.0%的增加。說明負壓供液施肥方式在促進番茄植株生長、增加產(chǎn)量等方面的作用明顯優(yōu)于滴灌施肥模式。其原因與負壓供液系統(tǒng)能夠穩(wěn)定土壤含水量，繼而實現(xiàn)對作物水分和養(yǎng)分的充足供給等因素有關(guān)[11,27]。相關(guān)研究表明，耕層土壤水分和養(yǎng)分濃度的穩(wěn)定是實現(xiàn)作物節(jié)水節(jié)肥及高產(chǎn)的主要原因[8,28]。李紹等[11]研究也表明，負壓供液下番茄植株水分的持續(xù)穩(wěn)定供應，增強了番茄葉片中RuBP羧化酶活性，繼而提高了番茄植株光合作用潛力和生產(chǎn)潛能。溫室番茄果實硝酸鹽含量以處理NI最低，與處理DI相比，顯著降低了21.5%（春茬）和17.3%（秋茬）。這與NI處理相對較低的養(yǎng)分供給量有關(guān)（表1），其中處理NI的周年養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）投入量相比處理CK和DI分別降低了5.0%和17.2%。而處理NI的可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)含量相比處理CK和DI并無顯著性差異，其中處理NI的可溶性蛋白質(zhì)含量比處理CK還提高了4.9%—6.5%。由此可見，相對于滴灌施肥模式，基于負壓裝置的供液模式不但降低了總養(yǎng)分投入量，而且在增加番茄產(chǎn)量以及促進良好品質(zhì)形成等方面具有更佳的效果。

3.3 負壓供液模式下的溫室番茄耗水及水肥利用效率

本試驗中的日光溫室番茄階段耗水量呈先升后降的變化趨勢（表2），這與張友賢等[29]的研究結(jié)果一致。番茄坐果期和花期的耗水量占到全生育期耗水量的57.0%以上，說明這期間水分和養(yǎng)分的充足供給是番茄健康生長的重要保證。負壓供液模式在番茄苗期的耗水量小于滴灌施肥模式，其中春茬降低了25.0%—25.5%（＜0.05），但在其他生育期各處理均未表現(xiàn)出顯著差異（表2）。這是因為番茄生育初期（苗期）的土壤蒸發(fā)量最大，可占總耗水量的22.8%左右[30]，而負壓供液為亞表層灌溉，避免了土壤水分干濕交替現(xiàn)象的存在，大大降低了因滲漏或土表蒸發(fā)所引起的水分無效損耗[10]。從溫室番茄周年耗水量看，處理NI的周年耗水量比處理CK和DI分別降低了12.8%（＜0.05）和12.1%（＜0.05），說明負壓供液能夠顯著降低溫室番茄的周年耗水。處理NI的周年灌水量相比處理CK和DI，分別減少了18.4%和17.2%（表1），是負壓供液模式下具有較低周年耗水的主要原因。另外，負壓供液系統(tǒng)的供水器位于25 cm深的土層中，水分的消耗主要源自作物生長需求，灌溉水的無效損失量很低，因此能夠降低溫室番茄的周年耗水，并能顯著提高番茄的水肥利用效率（表3）。其中處理NI與處理DI相比，水分利用效率可提高10.0%—30.3%（＜0.05），肥料偏生產(chǎn)力能夠提高14.5%—42.7%（＜0.05）?？梢?，相對于滴灌施肥模式，負壓供應營養(yǎng)液的模式降低了溫室番茄周年耗水量，并顯著提高了水肥利用效率。

4 結(jié)論

本研究表明，負壓供液施肥模式下土壤含水量相對穩(wěn)定，且0—20 cm土層水分不隨栽培季節(jié)及番茄生育期的變化出現(xiàn)大的波動。與滴灌施肥模式相比，負壓供液施肥模式在周年灌水量和總養(yǎng)分（N+P2O5+ K2O）投入量分別減少17.2%—18.4%和5.0%—17.2%的條件下，能夠增加生物量、確保番茄產(chǎn)量、改善果實品質(zhì)，并能顯著提高水肥利用效率，為供試條件下水肥一體化管理的最優(yōu)模式。

[1] ZOTARELLI L, DUKES M D, SCHOLBERG J M S, MUNOZ- CARPENA R, ICERMAN J. Tomato nitrogen accumulation and fertilizer use efficiency on a sandy soil, as affected by nitrogen rate and irrigation scheduling., 2009, 96: 1247-125.

[2] 邢英英, 張富倉, 吳立峰, 范軍亮, 張燕, 李靜. 基于番茄產(chǎn)量品質(zhì)水肥利用效率確定適宜滴灌灌水施肥量. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2015, 31(增刊1): 110-121.

XING Y Y, ZHANG F C, WU L F, FAN J L, ZHANG Y, LI J. Determination of optimal amount of irrigation and fertilizer under drip fertigated system based on tomato yield, quality, water and fertilizer use efficiency., 2015, 31(Supp.1): 110-121. (in Chinese)

[3] FAN Z B, LIN S, ZHANG X M, JIANG Z M, YANG K C, JIAN D D, CHEN Y Z, LI J L, CHEN Q, WANG J G. Conventional flooding irrigation causes an overuse of nitrogen fertilizer and low nitrogen use efficiency in intensively used solar greenhouse vegetable production., 2014, 144: 11-19.

[4] 李銀坤, 武雪萍, 武其甫, 吳會軍. 水氮用量對設(shè)施栽培蔬菜地土壤氨揮發(fā)損失的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2016, 22(4): 949-957.

LI Y K, WU X P, WU Q F, WU H J. Effects of irrigation and nitrogen application on ammonia volatilization loss from vegetable fields under greenhouse cultivation., 2016, 22(4): 949-957. (in Chinese)

[5] LIU H, DUAN A W, LI F S, SUN J S, WANG Y C, SUN C T. Drip irrigation scheduling for tomato grown in solar greenhouse based on pan evaporation in North China Plain., 2013, 12(3): 520-531.

[6] 王秀康, 邢英英, 張富倉. 膜下滴灌施肥番茄水肥供應量的優(yōu)化研究. 農(nóng)業(yè)機械學報, 2016, 47(1): 141-150.

WANG X K, XING Y Y, ZHANG F C. Optimal amount of irrigation and fertilization under drip fertigation for tomato., 2016, 47(1): 141-150. (in Chinese)

[7] MAHAJAN G, SINGH K G. Response of greenhouse tomato to irrigation and fertigation., 2006, 84: 202-206.

[8] LIANG X S, GAO Y N, ZHANG X Y, TIAN Y Q, ZHANG Z X, GAO L H. Effect of optimal daily fertigation on migration of water and salt in soil, root growth and fruit yield of cucumber (L.) in solar-greenhouse., 2014, 9(1): e86975.

[9] 鄒朝望, 薛緒掌, 張仁鐸, 耿偉, 李紹, 陳菲. 負水頭灌溉原理與裝置. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2007, 23(11): 17-22.

ZOU C W, XUE X Z, ZHANG R D, GENG W, LI S, CHEN F. Principle and equipment of negative pressure irrigation., 2007, 23(11): 17-22. (in Chinese)

[10] 李邵, 薛緒掌, 郭文善, 李霞, 陳菲. 不同供水吸力對溫室黃瓜光合特性及根系活力的影響. 應用生態(tài)學報, 2010, 21(1): 67-73.

LI S, XUE X Z, GUO W S, LI X, CHEN F. Effects of water supply tension on photosynthetic characteristics and root activity of greenhouse cucumber., 2010, 21(1): 67-73. (in Chinese)

[11] 趙秀娟, 宋燕燕, 岳現(xiàn)錄, 張淑香, 武雪萍, 龍懷玉. 負壓灌溉下不同鉀水平對小油菜生長的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2017, 50(4): 689-697.

ZHAO X J, SONG Y Y, YUE X L, ZHANG S X, WU X P, LONG H Y. Effect of different potassium levels on the growth of bok choy under negative pressure., 2017, 50(4): 689-697. (in Chinese)

[12] 李邵, 薛緒掌, 郭文善, 李霞, 陳菲. 負水頭灌溉對溫室番茄生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2008, 24(增刊2): 225-229.

LI S, XUE X Z, GUO W S, LI X, CHEN F. Effects of negative pressure irrigation on the growth, yield and quality of tomato in greenhouses., 2008, 24(Suppl.2): 225-229. (in Chinese)

[13] 李霞, 解迎革, 薛緒掌, 王國棟, 李紹, 陳菲. 不同基質(zhì)含水量下盆栽番茄蒸騰量、鮮物質(zhì)積累量及果實產(chǎn)量的差異. 園藝學報, 2010, 37(5): 805-810.

LI X, XIE Y G, XUE X Z, WANG G D, LI S, CHEN F. Difference of transpiration, fresh matter accumulation and fruit yield for potted tomato under moisture content of medium.2010, 37(5): 805-810. (in Chinese)

[14] 周繼華, 毛思帥, 薛緒掌, 胡躍高, 張芳. 負水頭灌溉系統(tǒng)供營養(yǎng)液番茄生產(chǎn)及耗水研究. 節(jié)水灌溉, 2014(11): 1-5.

ZHOU J H, MAO S S, XUE X Z, HU Y G, ZHANG F. Research on tomato production and water consumpyion dynamics with negative pressure irrigation system supplying nutrient solution., 2014(11): 1-5. (in Chinese)

[15] 高兵, 任濤, 李俊良, 陳清, 江榮風, 劉慶花. 灌溉策略及氮肥施用對設(shè)施番茄產(chǎn)量及氮素利用的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2008, 14(6): 1104-1109.

GAO B, REN T, LI J L, CHEN Q, JIANG R F, LIU Q H. Effects of irrigation strategies and N sidedressing on the yield and N utilization of greenhouse tomato.,2008, 14(6): 1104-1109. (in Chinese)

[16] 陳倫壽, 陸景陵. 蔬菜營養(yǎng)與施肥技術(shù). 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2002: 116.

CHEN L S, LU J L.. Beijing: China Agriculture Press, 2002: 116. (in Chinese)

[17] 高艷明,李建設(shè), 曹云娥. 日光溫室番茄滴灌營養(yǎng)液土培試驗研究. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2006, 15(6): 121-126.

GAO Y M, LI J S, CAO Y E. Study on the fertigation of tomato soil culture by drip irrigation in greenhouse., 2006, 15(6): 121-126. (in Chinese)

[18] 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心. 一種負水頭灌溉施肥系統(tǒng)及控制方法: 201510036539.7[P].

Beijing Research Centre of Intelligent Equipment for Agriculture. A kind of negative pressure fertigation system and control method: 201510036539.7[P]. (in Chinese)

[19] CHEN R Q, KANG S Z, HAO X M, LI F S, DU T S, QIU R J, CHEN J L. Variations in tomato yield and quality in relation to soil properties and evapotranspiration and evapotranspiration under greenhouse condition., 2015, 197: 318-328.

[20] ZHANG H X, CHI D C, WANG Q, FANG J, FANG X Y. Yield and quality response of cucumber to irrigation and nitrogen fertilization under subsurface drip irrigation in solar greenhouse., 2011, 10(6): 921-930.

[21] 方棟平, 張富倉, 李靜, 王海東, 向友珍, 張燕. 灌水量和滴灌施肥方式對溫室黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響. 應用生態(tài)學報, 2015, 26(6): 1735-1742.

FANG D P, ZHANG F C, LI J, WANG H D, XIANG Y Z, ZHANG Y. Effects of irrigation amount and various fertigation methods on yield and quality of cucumber in greenhouse., 2015, 26(6): 1735-1742. (in Chinese)

[22] MIN J, ZHANG H L, SHI W M. Optimizing nitrogen input to reduce nitrate leaching loss in greenhouse vegetable production., 2012, 111: 53-59.

[23] 劉影, 張玉龍, 張凱, 祁金虎. 灌溉方法對溫室栽培番茄產(chǎn)量及水分利用效率的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2015, 33(2): 141-145.

LIU Y, ZHANG Y L, ZHANG K, QI J H. Effect of different irrigation patterns on yield and water use efficiency of tomato in greenhouse., 2015, 33(2): 141-145. (in Chinese)

[24] 袁宇霞, 張富倉, 張燕, 索巖松. 滴灌施肥灌水下限和施肥量對溫室番茄生長、產(chǎn)量和生理特性的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2013, 31(1): 76-83.

YUAN Y X , ZHANG F C, ZHANG Y, SUO Y S. Effects of irrigation threshold and fertilization on growth, yield and physiological properties of fertigated tomato in greenhouse., 2013, 31(1): 76-83. (in Chinese)

[25] LI Y K, WANG L C, XUE X Z, GUO W Z, XU F, LI Y L, SUN W T, CHEN F. Comparison of drip fertigation and negative pressure fertigation on soil water dynamics and water use efficiency of greenhouse tomato grown in the North China Plain., 2017, 184: 1-8.

[26] SHAN L N, HE Y F, CHEN J, HUANG Q, XU L, WANG H C, LIU Y L. Nitrogen surface runoff losses from a Chinese cabbage field under different nitrogen treatments in the Taihu Lake Basin, China., 2015, 159：255-263.

[27] 隋方功, 王運華, 長友誠, 樗木直也, 烏尼木仁, 稻永醇二. 滴灌施肥技術(shù)對大棚甜椒產(chǎn)量與土壤硝酸鹽的影響. 華中農(nóng)業(yè)大學學報, 2001, 20(4): 358-362.

SUI F G, WANG Y H, MAKOTO N, NAOYA C, WUNIMUREN, SHUNJI I. The effect of fertigation system on yield of sweet pepper (. L) and soil nitrate in greenhouse culture Nagatomo., 2001, 20(4): 358-362. (in Chinese)

[28] 孫麗麗, 鄒志榮, 韓麗蓉, 楊俊華. 營養(yǎng)液滴灌頻率對設(shè)施番茄生長與果實品質(zhì)的影響. 西北農(nóng)林科技大學學報（自然科學版）, 2015, 43(3): 119-124.

SUN L L, ZOU Z R, HAN L R, YANG J H. Effects of nutrition solution drip irrigation frequency on plant growth and fruit quality of greenhouse tomato., 2015, 43(3): 119-124. (in Chinese)

[29] 張友賢, 馮成, 方小宇, 李長江. 日光溫室滴灌條件下番茄需水規(guī)律研究. 節(jié)水灌溉, 2014(8): 16-18,

ZHANG Y X, FENG C, FANG X Y, LI C J. Water requirement rules of tomato in sunlight greenhouse., 2014(8): 16-18. (in Chinese)

[30] 邱讓建, 杜太生, 陳任強. 應用雙作物系數(shù)模型估算溫室番茄耗水量. 水利學報, 2015, 46(6): 678-686.

QIU R J, DU T S, CHEN R Q. Application of the dual crop coefficient model for estimating tomato evapotranspiration in greenhouse., 2015, 46(6): 678-686. (in Chinese)

（責任編輯 李云霞）

Effects of Different Fertigation Modes on Tomato Yield, Fruit Quality, and Water and Fertilizer Utilization in Greenhouse

LI YinKun1,2, GUO WenZhong1,2, XUE XuZhang1,2, QIAO XiaoJun1, WANG LiChun1,2, CHEN Hong1,2, ZHAO Qian1,2, CHEN Fei1

(1Beijing Research Centre of Intelligent Equipment for Agriculture, Beijing 100097;2Beijing Engineering Technology Research Center of Agricultural Internet of Things, Beijing 100097)

【】Irrigation and fertilization are the key factors that can affect the greenhouse tomato growth and development. The objective of this study was to establish an optimized fertigation mode which can realize water and fertilizer saving and yield increasing in tomato integrative water and fertilizer management in solar greenhouse. 【】Based on a negative pressure device and drip irrigation system, the effects of three fertilization modes of conventional application of base fertilizer (CK), drip fertigation (DI) and negative pressure fertigation (NI) on greenhouse tomato growth, yield, quality and water and fertilizer use efficiency were studied. 【】The annual soil moisture variation of the negative pressure fertigation mode had a relative stability in the tomato growth, and the 0-20 cm soil water content was 20.8%-25.0%, which was less than the range of 19.7%-28.6% of drip fertigation. Compared to the treatment of CK and DI, the negative pressure fertigation treatment (NI) not only promoted the tomato plants’ growth, increased the tomato yield and improved the fruit quality, but also reduced the application of annual total nutrients (N+P2O5+K2O) by 5.0% and 17.2%, respectively. The tomato biomass and fruit yield of treatment NI had increased by 23.0% (＜0.05) and 7.5%-10.0% respectively, compared with the treatment CK. The fruit nitrate content of treatment NI also had reduced by 17.3%-21.5% (＜0.05) compared with the treatment DI. Tomato had the higher water consumption at flowering and fruiting stages, which had accounted for 57.1%-67.3% of the whole growing period. The negative pressure fertigation mode (NI) can reduce irrigation water and fertilizer input and tomato water consumption, and enhance water use efficiency. Compared with the treatments CK and DI, the annual irrigation amount of treatment NI had reduced by 18.4% and 17.2%, the annual water consumption reduced by 12.8% and 12.1% (＜0.05), the water use efficiency increased by 12.7%-40.1% and 10.0%-30.3% (＜0.05), and the partial factor productivity of fertilizer increased by 10.4%-19.6% and 14.5%-42.7% (＜0.05), respectively. The sustainable and steady supply of water is an important reason to achieve the goal of water and fertilizer saving, production increasing and with good quality in the negative pressure fertigation mode. 【】The mode of NI, which was based on the negative device to supply nutrient solution, not only can reduce the application of water and fertilizer, but also can promote the growth of greenhouse tomato, ensure the production, improve the fruit quality and make the water use efficiency increased greatly. It can be used as a new mode in integrative management of water and fertilizer in solar greenhouse.

drip fertilization; negative pressure system; greenhouse tomato; yield; water and fertilizer utilization

10.3864/j.issn.0578-1752.2017.19.012

2017-02-28；接受日期：2017-06-19

國家重點研發(fā)計劃（2017YFD0201503）、國家自然科學基金（51509005，41471285，41501312）、國家科技支撐計劃課題（2015BAD22B03）

李銀坤，E-mail：lykun1218@163.com。通信作者薛緒掌，E-mail：xuexz@nercita.org.cn