減水和減施化肥對設施黑土菜田茄子產(chǎn)量及水分利用率的影響

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(1.中國科學院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所 黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150081； 2.黑龍江大學 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學院，黑龍江 哈爾濱 150080； 3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院 園藝分院，黑龍江 哈爾濱 150069；4.中國科學院大學，北京 100049)

0 引 言

隨著我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人民飲食結(jié)構(gòu)的改變，蔬菜種植面積不斷增加[1]。設施蔬菜栽培在蔬菜生產(chǎn)中占有重要地位。茄子作為我國北方設施栽培的主要蔬菜之一，其生長周期長，養(yǎng)分需求量大[2]，耐旱性弱，需要充足的土壤水分[3]，但當大量的水肥施入到土壤后不能被茄子完全吸收時，不僅會造成水肥資源的浪費，水肥的增產(chǎn)效果越來越不明顯[4]，還會使大量盈余肥料中的氮磷等養(yǎng)分淋溶進入地下水，對地下水甚至飲用水的安全造成威脅[5]，因此減水、減肥，提高水肥利用效率對設施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境保護具有重要意義。

有研究顯示，增加灌溉水量和化肥用量均能顯著提高作物產(chǎn)量[6-7]，但會導致水肥利用效率降低[8]。劉青林[9]等研究結(jié)果顯示，節(jié)水灌溉提高了春小麥的水分利用效率和氮素利用效率；周亞婷[10]等研究表明，結(jié)球甘藍在不同的水肥處理中，減少10%灌溉量和節(jié)肥20%施肥量處理的水分利用效率較高，氮素利用效率最高；但是也有研究發(fā)現(xiàn)馬鈴薯等作物在高水高肥條件下具有較高的水分利用效率[11]。目前還缺乏在減水和減施化肥條件下對設施黑土菜田茄子產(chǎn)量和水分利用率變化規(guī)律方面的研究。

本研究以東北設施黑土菜田中種植的茄子為研究對象，以常規(guī)施肥量和灌溉量、80%常規(guī)化肥量及80%常規(guī)灌溉量作為不同處理，研究減少灌水量和減少施肥量對茄子產(chǎn)量及水分利用效率的影響，旨在明確設施黑土菜田茄子生長的水肥供應方案，以達到提高茄子產(chǎn)量和水肥利用效率，為東北設施黑土菜田水肥資源的節(jié)本增效、保護水土環(huán)境以及人類健康提供科學依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地選在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院園藝分院的設施試驗田(45°37.836′N，126°39.050′E)內(nèi)進行，試驗溫室建于2002年，每棟設施大棚南北長27 m，東西寬12 m，面積324 m2，每年春季播種前施入5～8 t·hm-2有機肥，大棚內(nèi)覆膜栽培茄子，茄子株距為50 cm，壟距100 cm。供試土壤屬于草甸黑土。土壤基本的理化性質(zhì)如下。

1.2 試驗設計

試驗設3個處理：①常規(guī)施肥量和灌溉量(CK)：常規(guī)施肥是有機肥(有機質(zhì)含量≥ 40%)5 t·hm-2，化肥施用量為純N 72 kg·hm-2、P2O572 kg·hm-2和K2O 110 kg·hm-2，作為基肥一次性施入，施用深度為0～30 cm。在茄子的盛果期追肥兩次，第一次追肥施用純N 70 kg·hm-2，第二次追肥施用純N 23 kg·hm-2和K2O 113 kg·hm-2，追肥方式為穴施。茄子移栽后灌水，灌水量約27 m3·hm-2，茄子到開花期時，每隔7～10 d灌一次水，灌水量約為45 m3·hm-2。灌溉方式為滴灌。在茄子拉秧之前，停止灌溉。②常規(guī)灌溉量+80%常規(guī)化肥量(80F)：有機肥5 t·hm-2，純N 57.6 t·hm-2和P2O557.6 t·hm-2、K2O 88 kg·hm-2作為基肥一次性施入，施用深度為0～30 cm。在茄子的盛果期追肥兩次，第一次追肥施用純N 56 kg·hm-2，第二次追肥施用純N 18.4 kg·hm-2和K2O 90.4 kg·hm-2。灌水次數(shù)和頻率和CK相同；③常規(guī)施肥量+80%常規(guī)灌溉量(80 W)：施肥數(shù)量和頻率與CK相同。茄子移栽后灌水，灌水量約21.6 m3·hm-2，茄子到開花期時，每隔7～10 d灌一次，灌水量約為36 m3·hm-2。灌溉方式為滴灌。在茄子拉秧之前，停止灌溉。

3個處理均設置3次重復，每個小區(qū)面積為18 m2(6 m長×3 m寬)，茄子育苗結(jié)束后人工定植，覆膜栽培。茄子品種為龍雜201。除灌溉采用滴灌設備外，其余田間管理均采用人工。

1.3 樣品的采集與測定

1.3.1 茄子產(chǎn)量。當茄子發(fā)育到盛果期，開始采摘茄子果實，采取簇位相同，成熟度一致的茄果，殺青、烘干并稱取果實干重。盛果期共采集果實樣品大約7～8次。茄子拉秧后，每個小區(qū)采集3～5株茄子果實樣品，殺青、烘干并稱取其干重。

計算茄子的總產(chǎn)量時，根據(jù)茄子成熟期每次采摘的果實平均鮮重，再結(jié)合每株茄子的果實數(shù)量、種植株數(shù)和種植面積來計算。

1.3.2 水分利用效率。水分利用效率是評價植株耗水與其干物質(zhì)生產(chǎn)量之間關(guān)系的生理生態(tài)指標，計算公式為：

WUE=Y/ET×1000

式中：WUE-水分利用率，kg·hm-2·mm-1；Y-單位面積產(chǎn)量，t·hm-2；ET-茄子單位面積的耗水量，mm；1000-t·hm-2轉(zhuǎn)化為kg·hm-2的系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理方法

采用Excel2016軟件進行數(shù)據(jù)處理和繪圖，試驗數(shù)據(jù)用SPSS20.0分析，對不同處理指標先在小區(qū)內(nèi)取平均值，然后進行方差分析，并用LSD多重檢驗法對不同處理進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 減水和減施化肥對茄子干物質(zhì)積累量的影響

常規(guī)水肥處理茄子果實、莖葉和根系干物質(zhì)量最高，見表2。與常規(guī)水肥處理相比，減施化肥處理的茄子果實、莖葉和根系干物質(zhì)量分別顯著減少了5.42%、15.3%和8.54%(P<0.05)；減水處理的茄子果實、莖葉干物質(zhì)量分別顯著減少了6.86%和18.3%(P<0.05)，但其根系干物質(zhì)量與常規(guī)處理無顯著差異。減水處理的茄子果實、莖葉干物質(zhì)量分別比減施化肥處理減少1.53%和3.54%，但未達到顯著水平，但根系干物質(zhì)量比減施化肥處理顯著增加8.83%(P<0.05)。說明減水和減施化肥處理均能在一定程度減少茄子各器官的干物質(zhì)量。

表2 茄子果實、莖葉和根系干物質(zhì)積累量Table 2 Dry matters of eggplant fruit,stem & leaf and root

注：不同小寫字母表示差異在0.05水平上顯著，下同。

Note:Different small letters indicated significant differences at 0.05 level.The same is as bellow.

2.2 減水和減施化肥對茄子鮮重產(chǎn)量的影響

常規(guī)水肥處理茄子產(chǎn)量最高，為61.9 t·hm-2，其次為減施化肥處理茄子產(chǎn)量為60.9 t·hm-2，減水處理茄子產(chǎn)量最低為58.7 t·hm-2，見圖1。與常規(guī)水肥處理相比，減施化肥處理的茄子產(chǎn)量減產(chǎn)1.62%，未達到顯著水平；減水處理茄子產(chǎn)量顯著降低，較常規(guī)水肥處理減產(chǎn)5.17%(P<0.05)。減水處理的茄子產(chǎn)量比減施化肥處理低3.61%。說明適當?shù)臏p少肥料的施用對茄子產(chǎn)量影響不大，但是減少灌水量對茄子產(chǎn)量影響較大。

圖1 不同處理的茄子產(chǎn)量Fig.1 Eggplant yields of different treatments

2.3 減水和減施化肥對水分利用率的影響

減施化肥處理的茄子耗水量、水分利用率和灌溉水利用率均與常規(guī)處理無顯著差異；減水處理的茄子耗水量比常規(guī)處理顯著降低了21.8%(P<0.05)，其水分利用率和灌溉水利用率分別比常規(guī)水肥處理顯著增加了21.6%和18.8%(P<0.05)，見表3。減水處理的茄子耗水量比減施化肥處理顯著降低了21.8%(P<0.05)，水分利用率和灌溉水利用率分別比減施化肥處理顯著增加了23.4%和20.4%。說明減施化肥處理對茄子的耗水量、水分利用率和灌溉水利用率無顯著影響，而減水處理導致茄子的耗水量降低，水分利用率和灌溉水利用率增加。

表3 茄子耗水量及水分利用效率Table 3 Water consumption and WUE of eggplant

3 討 論

已有研究表明，在茄子生育期進行不同的施肥或灌溉處理，均會對茄子果實、莖葉和根系干物質(zhì)量產(chǎn)生顯著影響[12]，在本試驗中，減施化肥處理能顯著降低茄子果實、莖葉和根系干物質(zhì)量，這可能是由于當施化肥量減少20%時，茄子植株不能在短時間內(nèi)獲取到較多的速效養(yǎng)分，在一定程度上短期抑制了茄子植株各器官的正常生長。減水處理能顯著降低茄子果實、莖葉干物質(zhì)量，但其根系干物質(zhì)量與常規(guī)處理無顯著差異，可能是由于當灌溉量減少20%時，已經(jīng)不能滿足茄子正常的需水量，影響了茄子植株的生長，但是為了獲取更多的水分，刺激了根系生長。因此，減水處理的果實和莖葉生長受到顯著抑制，而根系生長并未受到顯著的抑制。

減少化肥用量，特別是在設施黑土菜田長期施肥的情況下，并不會降低蔬菜產(chǎn)量[13]，在本研究中，減施化肥對茄子產(chǎn)量無顯著影響，這可能是由于設施黑土菜田長期施用大量有機肥，當適量減少化肥用量時，并不會顯著改變設施黑土菜田中土壤的養(yǎng)分狀況。在茄子生產(chǎn)前期，速效養(yǎng)分補給不足導致了莖葉和根系等干物質(zhì)量的減少，但是在大棚內(nèi)高溫高濕的環(huán)境中，設施黑土菜田土壤中長年累積的有機肥的養(yǎng)分逐漸緩慢釋放，為茄子生長后期的果實生長提供了大量養(yǎng)分，因此最終茄子產(chǎn)量與常規(guī)處理無顯著差異。Chaves等[14]研究表明，作物生長和產(chǎn)量隨水分脅迫的加劇而下降，在本試驗中，減水處理導致茄子減產(chǎn)，原因可能是設施黑土菜田中蔬菜作物在高溫條件下，需要大量水分補給，當灌溉水量減少20%時，已經(jīng)不能滿足本試驗中茄子的正常生長所需水量，果實不能正常生長，進而導致產(chǎn)量降低。

Kirnak等[15]研究表明，水分虧缺會增加植物的水分利用率，在本研究中，減少20%施化肥量對茄子耗水量、水分利用率以及灌溉水利用率無顯著影響。當減少20%灌溉水量時，茄子植株生長受到水分脅迫，導致茄子耗水量降低，同時也使茄子產(chǎn)量降低，由于耗水量降低比例更大，減水處理最終增加了水分利用率以及灌溉水利用率。

4 結(jié) 論

減少化肥的施用可顯著降低茄子果實、莖葉和根系的干物質(zhì)量；減少灌水量可顯著降低茄子果實和莖葉的干物質(zhì)量，對茄子根系干物質(zhì)量無明顯影響。減少化肥的施用對茄子產(chǎn)量、茄子耗水量、水分利用率和灌溉水利用率無明顯影響；灌水量的減少可顯著降低茄子產(chǎn)量和耗水量，顯著提高水分利用率和灌溉水利用率。

在種植茄子的設施黑土菜田中，減水和減施化肥對茄子產(chǎn)量和水分利用率具有顯著的影響，水分的缺少直接造成茄子產(chǎn)量的降低。