滴灌水肥一體化條件下番茄氮肥適宜用量探討

汪俊玉，劉東陽，宋霄君，武雪萍*，李曉秀*，黃紹文，李若楠

(1.首都師范大學(xué)，資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100037；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)開發(fā)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，河北 石家莊 050051)

因此，本研究針對滴灌水肥一體化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，以常規(guī)作物番茄為研究對象，在配施有機(jī)肥情況下，通過研究不同施肥量對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤硝態(tài)氮累積、土壤電導(dǎo)率以及土壤pH值的影響，以期獲得滴灌管理下的最佳氮肥用量，為該地區(qū)滴灌水肥一體化技術(shù)的合理應(yīng)用和增產(chǎn)增效提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于河北省辛集市馬莊試驗(yàn)站日光溫室。該地屬于東部季風(fēng)區(qū)暖溫帶半濕潤大陸季風(fēng)氣候，年平均氣溫12.5℃，年平均降水量為540 mm，年平均濕度67%，年平均日照2 629.5 h。該區(qū)域地勢平坦，土層深厚，適合設(shè)施蔬菜生產(chǎn)。供試日光溫室?guī)в斜貙印⒋u制墻體，無水泥柱拱形結(jié)構(gòu)，拱形外表面覆蓋0.8 mm 聚乙烯棚膜，冬季棚膜上覆蓋草簾。溫室長為40 m，寬為7.5 m，拱高 2.5 m。供試土壤為壤質(zhì)潮土，0～100 cm土層基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)見表1，供試番茄品種為荷蘭瑞克斯旺1404。番茄定植時間為2016年8月6日，拉秧時間為2017年1月25日，種植密度為株距0.30 m，行距0.60 m。蔬菜生長期除草、打葉、病蟲害防治等措施按照無公害蔬菜栽培技術(shù)規(guī)程進(jìn)行管理。

表1 供試溫室基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)始于2011年2月，采用該區(qū)域典型的冬春茬黃瓜-秋冬茬番茄輪作制度。試驗(yàn)共設(shè)4個處理：處理1，不施氮處理(CK)；處理2，僅施200 kg/hm2有機(jī)N處理(N1)；處理3，施200 kg/hm2有機(jī)N+250 kg/hm2無機(jī)N處理(N2)；處理4，施200 kg/hm2有機(jī)N+475 kg/hm2無機(jī)N處理(N3)，見表2。施氮依據(jù)黃瓜番茄目標(biāo)產(chǎn)量、氮素吸收量和土壤硝態(tài)氮水平推薦，N1、N2、N3處理分別接近農(nóng)民傳統(tǒng)溝灌氮肥推薦量的20.7%、46.7%、70%[7]，目前有大量研究表明，有機(jī)無機(jī)配施在提高土壤地力、促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)、提供養(yǎng)分資源以及調(diào)控土壤健康區(qū)系等方面有積極的作用[8-10]，故施用等量有機(jī)肥以保證土壤質(zhì)量。各處理3次重復(fù)，各小區(qū)面積為10.8 m2(長6 m、寬1.8 m)，隨機(jī)排列，采用膜下滴灌方式。為防止小區(qū)之間土壤養(yǎng)分相互干擾，試驗(yàn)開始前保持原狀土，在小區(qū)四周開挖寬10 cm、深100 cm的溝槽，放入4 mm PVC板制成的塑料隔斷( PVC板銜接處涂PVC膠并用鉚釘固定),隔斷上緣高出土面5 cm，周圍用相應(yīng)層次的土回填。防止小區(qū)之間養(yǎng)分和水分的橫向遷移。

表2 秋冬茬番茄試驗(yàn)處理方案

1.3 供試肥料品種與施肥方法

供試化學(xué)氮、磷、鉀肥分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O516% )和硫酸鉀(K2O 51% )。商品有機(jī)肥N 1.668%，P2O53.24%，K2O 2.294%，含水量為7.536%。小麥麥秸N 0.939%，P2O50.231%，K2O 0.786%，含水量為26.233%。有機(jī)肥(N)200 kg/hm2，包括商品有機(jī)肥(N)100 kg/hm2+小麥秸稈(N)100 kg/hm2。全部麥秸、商品有機(jī)肥以及20%氮肥、100%磷肥和40%鉀肥基施入土，余下肥料分4 次平均(9月20日、10月10日、11月12日、12月3日)滴入土壤。各處理施磷量、施鉀量相等,P2O5、K2O分別為75、450 kg/hm2。灌溉依據(jù)土壤含水量、蔬菜生育期和天氣情況進(jìn)行調(diào)控，控制每個小區(qū)灌水量一致，總灌水量126～135 mm。

1.4 觀測項(xiàng)目及方法

在番茄收獲后(2017年1月13日)分別取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土樣，每小區(qū)取3鉆制備混合樣，風(fēng)干后過2 mm篩，用2 mol/L KCl 浸提1 h，在紫外分光光度計(jì)上測定土壤硝態(tài)氮的含量，土壤電導(dǎo)率采用水土比5∶1，電導(dǎo)率儀測定，土壤pH值采用水土比2.5∶1，pH計(jì)測定；番茄果實(shí)成熟后，每個小區(qū)單獨(dú)測定產(chǎn)量；在番茄第二穗果收獲期進(jìn)行果實(shí)采樣，測定各處理的果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，其中可溶性固形物含量采用手持WAY-2S型阿貝折射儀測定，Vc含量用鉬藍(lán)比色法測定[11]，酸度用標(biāo)準(zhǔn)滴定法測定[12]；可溶性糖含量用蒽酮比色法測定[13]，硝酸鹽含量采用硫酸-水楊酸法測定[14]。

1.5 數(shù)據(jù)分析與處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖表處理。采用SPSS 20.0進(jìn)行單因素方差分析，如果方差分析差異顯著則用最小顯著差異法(LSD)做多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對番茄產(chǎn)量的影響

由番茄產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)(表3)看出，番茄產(chǎn)量隨施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，N3處理和N2處理之間無顯著性差異，與N1、CK處理之間差異達(dá)到顯著性水平。不同氮量施用條件下，各處理產(chǎn)量依次為N2>N3>N1>CK，N3處理最高產(chǎn)量達(dá)37.84 t/hm2。N1、N2、N3處理產(chǎn)量分別高出CK 36.31%、125.84%、123.77%?？梢?，氮肥用量過高不利于高產(chǎn)。

表3 不同施氮量對番茄產(chǎn)量的影響

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 不同施氮量對番茄品質(zhì)的影響

從各處理番茄果實(shí)品質(zhì)檢測結(jié)果(表4)看出，番茄的可溶性固形物隨著施氮量的增加而顯著提高，N3處理和N2處理之間無顯著性差異，與N1、CK處理之間差異達(dá)到顯著性水平。N1、N2、N3處理可溶性固形物分別高出CK 11.1%、16.6%、17.2%?？梢?，增施氮肥可促進(jìn)可溶性固形物含量的增加。

由表4可知，番茄果實(shí)的Vc含量隨著施氮量的增加表現(xiàn)為先增大后減小的變化趨勢，以N2處理Vc含量最高。分別高出CK、N1、N3處理31.8%、15.1%、18.0%。可見，氮肥用量達(dá)到一定值后，隨著氮肥用量增加，Vc含量不僅不會持續(xù)增加，反而會呈下降趨勢。

由表4可知，隨著施氮量的增加總酸度表現(xiàn)為先減小后增大的變化趨勢，N3處理對比CK差異顯著，可見,施氮會降低番茄的總酸度，但超過一定的施氮量反而會增加其酸度。

由表4可知，隨著施氮量的增加，可溶性糖的含量也不斷增加，CK、N1、N2 3個處理之間可溶性糖含量無明顯差異，與N3處理差異顯著。

由表4可知，番茄的糖酸比隨著施氮量的增加而不斷提高，對比不施氮處理，其它3個處理提高幅度分別為4.57%、37.23%、43.79%，N2與N3處理之間糖酸比差異不顯著，但對比CK、N1處理，存在明顯差異，可見，增施氮肥較好地提高了番茄的品質(zhì)。

由表4可知，隨著施氮量的增加，果實(shí)中硝酸鹽含量均逐漸增大，最大值為N3處理的198.26 mg/kg，遠(yuǎn)低于國家對無公害蔬菜的安全要求：瓜果類蔬菜硝酸鹽含量≤438 mg/kg(GB 184061—2001)[15-16]。

綜上所述，施肥可使番茄果實(shí)可溶性固形物、Vc含量、可溶性糖、糖酸比提高，酸度下降，但過量施肥反而會使果實(shí)中Vc含量降低，酸度增加，影響果實(shí)的品質(zhì)。

表4 不同施氮量對番茄品質(zhì)的影響

2.3 不同施氮量對番茄收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩?、土壤電?dǎo)率及pH值的影響

2.3.1 不同施氮量對番茄收獲后土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩襞c分布的影響

番茄收獲后不同土層硝態(tài)氮含量見表5。由表5可知，土壤中殘留的硝態(tài)氮主要集中于0～20 cm。N1、N2、N3處理在0～20 cm土層硝態(tài)氮含量分別是CK處理的1.62、3.31、4.00倍，經(jīng)方差分析，各處理硝態(tài)氮含量在各個土層均達(dá)到顯著性差異(P<0.05)，施氮量高，硝態(tài)氮?dú)埩袅恳哺?，土?0～100 cm剖面深度硝態(tài)氮含量也越高，流失風(fēng)險(xiǎn)越大。

表5 不同施氮量下番茄地不同土層硝態(tài)氮含量 (mg/kg)

2.3.2 不同施氮量對番茄收獲后土壤電導(dǎo)率、pH值的影響

土壤電導(dǎo)率是測定土壤水溶性鹽的指標(biāo)，其大小表征土壤鹽分含量的高低，也反應(yīng)土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。由圖1可知，土壤電導(dǎo)率總體表現(xiàn)為N3>N2>N1>CK，各處理在不同土層的變化趨勢基本一致，在0～20 cm的土壤電導(dǎo)率最大，在20～40 cm大幅度降低，之后隨著深度的增加都有所上升，最后趨于穩(wěn)定；土壤pH值總體表現(xiàn)為CK>N1>N2>N3，各處理pH值隨著土層深度的增加皆呈上升趨勢。

圖1 番茄地0～100 cm土壤電導(dǎo)率、pH值變化

2.3.3 土壤硝態(tài)氮與土壤電導(dǎo)率、pH值的關(guān)系

土壤硝態(tài)氮是土壤次生鹽漬化的原因之一，各處理土壤硝態(tài)氮與電導(dǎo)率均呈極顯著線性相關(guān)(P<0.01，表6)，說明隨著土壤硝態(tài)氮含量的增加，土壤電導(dǎo)率呈線性增加，且二者相關(guān)性以N3處理最高，相關(guān)系數(shù)為0.929(P<0.01)，表明施氮量越高，電導(dǎo)率隨之增加越顯著，土壤的次生鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)越高。除CK處理外，各處理土壤硝態(tài)氮與土壤酸堿度均呈極顯著線性負(fù)相關(guān)，表明硝態(tài)氮在土壤中大量累積會造成土壤pH值的下降。

表6 土壤硝態(tài)氮與土壤電導(dǎo)率、pH值的關(guān)系

注：**表示在0.01水平顯著相關(guān)。

3 討論

3.1 不同施氮量對番茄地土壤硝態(tài)氮累積及環(huán)境質(zhì)量的影響

很多研究均表明隨著施氮量的增加，土壤剖面硝態(tài)氮累積量增加，土壤氮素淋失加劇[17-18]。由于番茄根系較深,可達(dá)到60 cm土層[19]，因此60 cm以下土體累積的硝態(tài)氮很難被利用，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)大大增加。在本試驗(yàn)中,N3處理60 cm以下土壤硝態(tài)氮仍出現(xiàn)顯著積累，這與表層土壤硝態(tài)氮大量盈余有關(guān)，在番茄定植前CK、N1、N2、N3處理土壤表層0～20 cm土壤硝態(tài)氮含量依次為15.90、20.86、43.64、98.78 mg/kg，收獲后各處理土壤表層硝態(tài)氮含量依次為43.36、70.41、98.63、173.75 mg/kg，各處理在番茄收獲前后表層土壤硝態(tài)氮含量依次增加了27.46、49.55、54.99、74.97 mg/kg，N3處理土壤表層硝態(tài)氮?dú)埩袅孔罡?，累積的量也最多，可見，長年施用過量氮肥會導(dǎo)致深層土壤硝態(tài)氮積累。N1處理僅施用有機(jī)肥，番茄季后土壤硝態(tài)氮含量也明顯升高，可見，有機(jī)肥和化肥都會促進(jìn)土壤硝態(tài)氮的累積。黃紹文等[5]推薦華北平原適宜蔬菜生長的土壤硝態(tài)氮含量為50～100 mg/kg。番茄收獲后，N2處理0～60 cm土層硝態(tài)氮處于適宜水平，60～100 cm土層硝態(tài)氮未出現(xiàn)明顯積累，氮肥利用率顯著增加，而種植蔬菜經(jīng)濟(jì)效益未出現(xiàn)顯著下降，具有較好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

3.2 滴灌水肥一體化番茄氮肥適宜用量探討

本試驗(yàn)中，與不施氮相比施氮顯著增加了番茄產(chǎn)量，但過量施用氮肥反而降低了番茄產(chǎn)量，N2處理對比N3處理不僅產(chǎn)量較高，而且提高了果實(shí)中的Vc含量，降低了酸度，顯著提高了番茄品質(zhì)。張利東等[27]研究表明，隨著施氮量的增加，果實(shí)中的硝酸鹽和可溶性糖含量均有所增加，且優(yōu)化施氮可使果實(shí)中Vc含量和可溶性糖保持在較高水平，在一定程度上改善黃瓜品質(zhì)。綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤氮素供應(yīng)、土壤酸化及次生鹽漬化等因素，推薦華北溫室秋冬茬番茄施氮量為200 kg/hm2有機(jī)N+250 kg/hm2無機(jī)N。

4 結(jié)論

番茄收獲后土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅颗c電導(dǎo)率均呈極顯著線性正相關(guān)關(guān)系，與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，可見，過量施氮不僅會造成土壤氮素流失，而且會帶來土壤酸化和次生鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，N2處理番茄產(chǎn)量最高，而且顯著增加果實(shí)中Vc和可溶性糖含量，提升了番茄品質(zhì)，還能降低土壤酸化與次生鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)，綜合考慮產(chǎn)量、品質(zhì)與土壤環(huán)境質(zhì)量，推薦華北溫室秋冬茬番茄施用200 kg/hm2有機(jī)N+250 kg/hm2無機(jī)N，P2O575 kg/hm2，K2O 450 kg/hm2為宜。