化學(xué)聯(lián)合調(diào)控對設(shè)施番茄生長和水分利用效率的影響

金建華，周青云，王仰仁，鄭志偉，韓娜娜

(天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)院，天津 300384)

0 引 言

水資源匱乏成為制約我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素，水資源的緊缺與設(shè)施農(nóng)業(yè)用水多的矛盾日益突出，僅發(fā)展工程性節(jié)水措施已不能滿足需要，必需發(fā)掘非工程抗旱節(jié)水措施?；瘜W(xué)抗旱節(jié)水技術(shù)是基于水肥調(diào)控的一項重要旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)[1]，具有易實施、投入小且見效快等優(yōu)點，是一種新的農(nóng)藝綜合節(jié)水技術(shù)。保水劑(SAP)是一種由樹脂制成的高分子聚合物，具有超強吸水保水能力，可吸收自身質(zhì)量數(shù)百倍至上千倍的純水[2]，并可反復(fù)吸水，吸水后的水凝膠可緩慢釋放水分供作物利用，從而提高灌水、降水的土壤入滲速率，增加水分利用效率[3]。黃腐酸(FA)是腐植酸的一種，褐色，強酸性，易溶于水，生理活性強[1]。噴施FA后，作物葉片氣孔開張度縮小，蒸騰強度降低[4,5]，促進作物根系發(fā)育[6]，增加葉綠素含量[7]，防止植株早衰[8]，提高水分利用效率和產(chǎn)量[9-14]，對節(jié)水農(nóng)業(yè)具有重大意義。目前SAP和FA多用于旱地大田作物和果樹[15-17]，且多為單一制劑應(yīng)用[4，9]，在設(shè)施農(nóng)業(yè)上應(yīng)用較少?；刂苿┚哂休^強的針對性，且功能和節(jié)水機理不同，不同制劑作用于“土壤-作物”系統(tǒng)的不同部位，若多種化控制劑集成應(yīng)用，其作用效果優(yōu)于單種制劑的應(yīng)用。因此本研究以設(shè)施番茄為研究對象，結(jié)合SAP和FA兩種化控制劑，研究聯(lián)合調(diào)控對番茄的生長、產(chǎn)量和水分利用效率的影響，為設(shè)施農(nóng)業(yè)節(jié)水增產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在天津市武清區(qū)北國之春農(nóng)業(yè)生態(tài)園(東經(jīng)116°54′，北緯39°36′)進行，年平均降水量606.80 mm，主要集中于夏季，春秋少雨易發(fā)生干旱。年平均氣溫11.6 ℃，年平均日照總時數(shù)2 705 m，0～60 cm土壤為中壤土，土壤容重為1.45 g/cm3，田間持水量為28%，肥力均勻，土壤的平均pH為7.56，含鹽量為1.84 g/kg，有機質(zhì)含量為1.56%，有效磷94.57 mg/kg，堿解氮76.88 mg/kg。

1.2 試驗材料及施用方法

供試SAP為北京漢力淼公司生產(chǎn)的顆粒狀保水劑，粒徑為2～4 mm，主要成分為聚丙烯酰胺、有機物質(zhì)等。采用溝壟施的方法，具體步驟是：①將土地翻耕整平。②用開溝機開溝，溝深30 cm左右，在溝底均勻撒SAP總量的1/2然后將土填回溝內(nèi)，待填滿一半的深度時，用機械將土壤和SAP混合均勻，再撒剩余的SAP，將土全部回填，再次用機械將土壤和SAP混合均勻，整平。最后移植作物即可，SAP用量為60 kg/hm2。

供試FA為新疆匯通旱地龍腐殖酸有限責任公司生產(chǎn)的抗蒸騰劑，F(xiàn)A含量≥ 8% ，有效磷含量≥2% ，含有多種氨基酸和微量元素，呈強酸性。按v(FA)∶v(水)=1∶400進行噴施。使用背負式噴霧器噴施，使FA均勻附于葉片不滴為佳。在整個生育期內(nèi)噴施兩次，開始坐果時噴施第一次，盛果期(第三至四穗果時)噴施第二次，具體噴施時間分別為2017年4月8日和5月25日。

供試番茄品種為“瑞粉882”，2017年3月4日定植，5月17日開始采摘，7月2日拉秧。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗采取隨機設(shè)計，共設(shè)5個處理：S處理(僅施用SAP)，F(xiàn)處理(僅施用FA)，SF處理(施用SAP和 FA)，SFL處理(施用SAP和 FA，減少灌水1次)，CK處理(SAP和FA均不施用)，S、F、SF、CK 4個處理的灌水次數(shù)和定額完全相同，SFL處理較其他4個處理在6月12日少灌1次水(表1)。每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積14 m2(5 m×2.8 m)，總共15個小區(qū)。采用寬窄行種植，寬行行距1 m，窄行行距0.4 m，株距0.5 m，壟長5.0 m，一個設(shè)施大棚內(nèi)共種植56壟。灌溉方式為膜下滴灌，每行布設(shè)1條滴灌帶。每6～15 d灌水1次，每次灌水量采用水表計量。

灌水、施肥、病蟲害防治、除草、打尖等管理由生態(tài)園統(tǒng)一進行。

從番茄定值到拉秧，共灌水10次，3月4日定值后灌定植水50 mm，3月11日灌起身水30 mm。其他各次灌水定額均為20 mm，各處理的灌水情況見表1。

表1 各處理灌水時間及每次灌水量mm

時間/(月日)S、F、SF、CK處理SFL處理0304505003113030032120200411202004212020043020200514202005242020060520200612日20-合計240220

1.4 測試項目和方法

1.4.1 土壤含水率的測定與計算

土壤含水率采用烘干稱重法測定，用土鉆取土，取土深度為60 cm，分3層(0～20,20～40,40～60 cm)，取回的土樣在105 ℃下烘干至恒重，每15 d左右測定一次。

1.4.2 生長指標的測定

在每個小區(qū)中隨機抽取3株，每個處理3個重復(fù)，共9株，測定番茄的株高、莖粗、葉面積。其中株高采用卷尺測定；莖粗用游標卡尺測量；葉面積采用面積法測定，面積法是指將葉片視為規(guī)則的矩形，通過測定葉片的最大長度和寬度獲得計算葉面積，同時利用葉面積儀測定葉片的實際面積，由此可建立葉片實際面積與計算面積之間的關(guān)系，葉片長寬采用軟尺測量，實際面積采用AM350葉面積儀測量。所有生長指標15 d左右測定一次。

1.4.3 番茄產(chǎn)量的測定

番茄果實開始采收時，用電子臺秤(TMP-500)測番茄質(zhì)量，每個小區(qū)按重復(fù)稱重單獨測產(chǎn)，3天采摘1次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2016和SPSS22軟件進行統(tǒng)計分析。數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值。

本文的水分利用效率為灌溉水分利用效率，按下式進行計算：

WUE=Y/I

(1)

式中：Y為番茄產(chǎn)量，kg/hm2；I為番茄耗水量，m3/hm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用SAP和FA對土壤含水率的影響

圖1為5個處理的土壤含水率隨時間的變化圖，如圖1所示，在整個生育期內(nèi)，對照處理土壤含水率始終最低，SF處理最高。初期定植水和起身水灌水定額大，土壤含水率相對較高。在4月8日噴施FA之前，S、SF、SFL三個施用了SAP的處理土壤含水率較F、CK處理高10.0%～14.0%。這主要是由于SAP，在水分充足時吸水膨脹，在干旱條件下釋水[3]，提高土壤含水率，起到了土壤“小水庫”的作用[18]。另外SAP改善了土壤結(jié)構(gòu)[19]，促進灌水向土壤中充分轉(zhuǎn)化，減少深層滲漏[20]。4月8日第一次噴施FA之后，F(xiàn)處理的土壤含水率開始高于對照處理，這是由于植物吸收的水分中只有1%用于生理代謝和生長發(fā)育，99%通過蒸騰損失掉，其中90%是通過氣孔損失掉的[21]，噴施FA降低奢侈蒸騰過程中的氣孔開度，抑制蒸騰和水分損失，使作物耗水始終維持在較低水平，從而增加土壤中水分。SF處理的土壤含水率最高，較對照處理S、F、CK處理可平均增加5.0%、10.6%、17.0%；S、F處理較CK分別增加13.0%、4.0%。SFL處理在較其他處理少灌1次水的情況下，土壤含水率仍較對照處理CK提高15%。

圖1 土壤含水率隨時間的變化

2.2 施用SAP和FA對番茄生長速率的影響

圖2為番茄生育期內(nèi)株高變化圖，從圖2可以看出番茄株高總體呈逐漸遞增趨勢，并趨于穩(wěn)定，直至收獲，從定植到4月11日增長緩慢，從4月11日開始至5月4日增長速率最大，SF和SFL處理株高最大且二者之間差異不顯著，株高的大小順序是：SFL處理>SF處理>F處理>S處理>CK處理。S、F、SF、SFL較CK處理株高分別增加5.5、7.0、15.1、14.9 cm。SF處理較S、F、CK處理株高增加5.8%、4.9%、9.3%，S、F處理較CK處理分別增加3.3%和4.2%，說明FA和SAP均能顯著促進番茄的生長，這是由于FA除具有抗旱節(jié)水的功效，還是一種多功能的植物生長調(diào)節(jié)劑[4，10]，能夠促進細胞伸長、刺激作物生長；SAP通過改變土壤水分狀況，始終維持在較高水平，促進了番茄的生長。

圖2 番茄生育期內(nèi)株高的變化

2.3 施用SAP和FA對番茄莖粗的影響

莖粗的變化趨勢和株高相似，各處理莖粗整體呈逐漸增大趨勢，如圖3所示，從定植到4月11日莖粗增長速率較慢，且各處理間差異不顯著。從4月11日之后快速增長，5月4日以后莖粗增長緩慢，這是由于定值初期番茄生長相對緩慢，4月8日第一次噴施FA之后，F(xiàn)A和SAP的協(xié)同影響開始體現(xiàn)[22]。全生育期CK處理莖粗最小，SF和SFL處理莖粗最大，4月25日之前5個處理的莖粗無顯著差異，從5月4日開始聯(lián)合調(diào)控處理SF和SFL的莖粗較CK處理以及僅施用FA或SAP的處理有顯著增加。SF和SFL處理無顯著差異。說明6月12日SFL處理相對其他處理少灌一次水并沒對莖粗產(chǎn)生明顯影響。

圖3 番茄生育期內(nèi)莖粗的變化

2.4 施用SAP和FA對番茄葉面積的影響

葉面積是作物接受光照和吸收利用光能潛力大小的因素之一。圖4為番茄葉面積指數(shù)在生育期內(nèi)的變化，從4月25日開始測番茄的葉面積，番茄的葉面積總體呈先增長后降低的趨勢，從4月25日至5月14日葉面積增長速率最大，到5月28日葉面積達到最大值，然后開始降低，這是由于后期葉片開始退化失去功能，葉面積逐漸減小。葉面積峰值從大到小依次為SF處理、SFL處理、F處理、S處理、CK處理，在整個生育期內(nèi)CK處理的葉面積始終最小，這與楊永輝的研究相符[23]。施加SAP和FA之后顯著提高了番茄的葉面積，增加了作物接受光照的能力，促進光合產(chǎn)物形成，有利于產(chǎn)量和水分利用效率的提高。聯(lián)合施用SAP和FA的SF處理的葉面積較S、F、CK處理分別增加11.7%、12.6%、20.2%，差異顯著。S、F處理較CK處理分別增加13.5%、10.7%，差異顯著。

圖4 番茄生育期內(nèi)葉面積指數(shù)的變化

在生長后期SFL處理較SF處理少灌一次水，但兩個處理的葉面積差異不顯著。這是由于SFL處理中SAP將儲存的水釋放出來，使土壤含水率維持在較高水平，沒有對葉面積產(chǎn)生明顯影響。

2.5 施用SAP和FA對番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

各處理番茄產(chǎn)量和水分利用效率如表2所示，產(chǎn)量大小依次為：SF處理> F處理> S處理> CK處理，對照處理產(chǎn)量最低，各處理產(chǎn)量之間具有顯著差異。聯(lián)合施用FA和SAP的SF處理較單獨施用SAP或FA的S、F處理分別增產(chǎn)8.6%和6.8%，較對照處理CK增產(chǎn)14.1%。單獨施用SAP或FA的S、F處理較對照處理分別增產(chǎn)5.1%和6.8%。由試驗結(jié)果可以看出，SAP和FA均有顯著增產(chǎn)作用，聯(lián)合調(diào)控相對對照處理和單一調(diào)控均有顯著的增產(chǎn)效果。SF處理較SFL處理增產(chǎn)1.1%，兩處理間無顯著差異，說明SFL處理相對SF處理少灌水1次，并未對產(chǎn)量造成顯著影響，這是由于在土壤水分較低時SAP釋水供作物生長利用，同時FA降低了番茄的奢侈蒸騰，在二者的作用下，土壤水分仍然維持在較高水平，未對產(chǎn)量造成影響。

表2 不同處理番茄產(chǎn)量和水分利用效率

由表2可以看出，各處理的水分利用效率大小依次為：SF處理> F處理> S處理> CK處理，不同處理間差異顯著。聯(lián)合施用FA和SAP的SF處理水分利用效率為46.6 kg/m3較單獨施用FA或SAP的F、S處理分別增加6.8%和8.6%，較對照處理CK增加14.1%。SFL處理少灌水1次，其水分利用效率最高，為50.3 kg/m3，較單獨施用FA或SAP的F、S處理分別增加15.2%和17.2%，較對照處理CK增加23.1%。說明SAP和FA均能顯著提高水分利用效率，二者聯(lián)合調(diào)控的效果較單一調(diào)控顯著。SFL處理較SF處理增加7.9%，說明二者聯(lián)合調(diào)控下可以節(jié)約灌溉用水，提高水分利用效率。

3 討 論

土壤水分是影響番茄生長和水分利用效率的重要因素，本研究應(yīng)用2種化控制劑進行調(diào)控，以調(diào)蓄土壤水分、促進番茄生長、增加產(chǎn)量和水分利用效率。SF處理的土壤含水率較S、F、CK處理平均增加5.0%、10.6%、17.0%；S、F處理較CK分別增加13.0%、4.0%。朱元浩[24]等采用FA和SAP對玉米聯(lián)合調(diào)控，土壤含水率較不添加任何制劑的對照處理增加12.0%以上，可見對設(shè)施番茄而言聯(lián)合調(diào)控對土壤水分的影響較玉米更顯著，SAP在土壤水分調(diào)控中起關(guān)鍵作用。

SF處理的葉面積較CK處理增加20.2%，與魏琛琛[15]在旱地作物玉米上單獨施用SAP時增加了5.4%相比，葉面積增加更多，聯(lián)合調(diào)控促進番茄生長的效果更顯著。

本研究中SF處理較對照處理CK，產(chǎn)量提升了14.1%，比S、F處理分別提升了8.6%和6.8%。朱文浩[24]等對旱地大田作物玉米采用FA和SAP進行聯(lián)合調(diào)控，較對照處理CK產(chǎn)量增加了21.3%，較單獨施用FA和SAP的處理分別增加了9.3%和11.7%，廖人寬[25]在玉米上同時施用FA和SAP增產(chǎn)21.0%。劉兵[26]對冬小麥聯(lián)合施用FA和SAP比單獨施用SAP和未施加任何制劑的對照處理分別增產(chǎn)10.8%和29.6%。本文與朱文浩、廖人寬和劉兵的研究結(jié)果相似，聯(lián)合調(diào)控的增產(chǎn)效果顯著優(yōu)于單一化學(xué)制劑調(diào)控。設(shè)施番茄的增產(chǎn)效果不如旱地大田作物明顯，可能是由于整個生育期內(nèi)番茄的土壤水分總體較高的原因。

4 結(jié) 語

(1)SAP和FA的蓄水保墑機理不同，二者聯(lián)合調(diào)控使土壤含水率較S、F、CK處理平均增加5.0%、10.6%、17.0%，SAP在土壤水分調(diào)控中起主要作用。

(2)通過生育期內(nèi)對番茄生長指標的監(jiān)測分析，可以得出，SAP和FA均能顯著增加番茄的株高、葉面積。在灌水相同情況下不同處理株高和葉面積的大小順序為： SF處理>F處理>S處理>CK處理。

(3)在本試驗條件下，SAP 60 kg/hm2，F(xiàn)A 400倍液，噴施兩次，灌溉定額為240 mm的SF處理產(chǎn)量最大為111.8 t/hm2，水分利用效率為46.6 kg/m3，較對照處理產(chǎn)量提高14.1%。

本文對設(shè)施番茄聯(lián)合應(yīng)用SAP和FA蓄水保墑、節(jié)水增產(chǎn)效果進行了分析。但是對于不同SAP用量、FA噴施次數(shù)、灌水定額下的水分利用效率和增產(chǎn)效果有待進一步研究。