微潤(rùn)灌溉下施氮水平對(duì)大棚辣椒生長(zhǎng)的影響

樊 耀，申麗霞，劉榮豪，孫雪嵐，牛 爽，郭晗笑

(太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024)

0 引 言

目前，微潤(rùn)灌溉技術(shù)已廣泛應(yīng)用于中國(guó)湖北、新疆、貴州、云南、內(nèi)蒙古等地區(qū)，在促進(jìn)蔬菜、果蔬和玉米等作物增產(chǎn)方面發(fā)揮了不可替代的作用，但在山西省的應(yīng)用尚且處于試驗(yàn)階段，尚未在生產(chǎn)實(shí)際中有所應(yīng)用[1]。微潤(rùn)灌溉水肥一體化最大的優(yōu)勢(shì)在于它可以將化肥均勻的溶解于微潤(rùn)管中，把肥料直接輸送到作物根部，減少肥料的損失[2-6]。目前關(guān)于微潤(rùn)灌溉的應(yīng)用基礎(chǔ)研究基本集中于土壤水分，微潤(rùn)灌溉水肥一體化技術(shù)在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中有所應(yīng)用，但缺少相關(guān)量化的具體試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，不能有效地指導(dǎo)生產(chǎn)，給該技術(shù)推廣造成一定阻礙。水肥是作物生長(zhǎng)的主要限制因子[7]，在作物生產(chǎn)中傳統(tǒng)的灌溉施肥對(duì)水肥資源利用不合理，不僅浪費(fèi)水肥資源，而且嚴(yán)重威脅環(huán)境，因此，對(duì)水肥施用技術(shù)的研究日益受到重視[8-12]。近年來(lái)隨著設(shè)施園藝的大力發(fā)展，設(shè)施蔬菜種植業(yè)已成為農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收的重要途徑。蔬菜為需肥需水較多的作物，為探索設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展，克服大水漫灌、盲目施肥引起的水資源利用率低、肥料養(yǎng)分嚴(yán)重流失、環(huán)境污染加劇和產(chǎn)品品質(zhì)下降等問(wèn)題，生產(chǎn)上推廣應(yīng)用水肥一體化技術(shù)已成為必然，因此探討和研究科學(xué)的灌溉施肥技術(shù)將對(duì)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，可以為生產(chǎn)上的科學(xué)、合理應(yīng)用提供必要的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地區(qū)位于山西省太原市太原理工大學(xué)校園內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°30′～113°09′，北緯37°27′～38°25′，屬北溫帶大陸性氣候，日照充足，晝夜溫差較大，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均氣溫9.5 ℃，無(wú)霜期平均202 d，年均降水量456 mm。本試驗(yàn)以大棚盆栽辣椒為試材，辣椒幼苗定植于2018年5月26日，定植植株所用木質(zhì)土箱尺寸為90 cm×45 cm×40 cm(長(zhǎng)×寬×高)土箱填土質(zhì)量密度為0.77 g/cm3，初始含水率21.36%，供試肥料采用農(nóng)戶常規(guī)使用的尿素，試驗(yàn)期間將肥料均勻溶解于高位水箱內(nèi)，在壓力水頭的作用下使其能夠隨微潤(rùn)管中的水分滲入填土內(nèi)，繼而對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)供水水頭為1.5、2 m，施氮水平為0、500、1 000 mg/L，共設(shè)A-F6組處理，各組處理分別為：1.5 m壓力水頭下施氮水平500 mg/L、1.5 m壓力水頭下施氮水平1 000 mg/L、1.5 m壓力水頭下施氮水平0 mg/L、2 m壓力水頭下施氮水平500 mg/L、2 m壓力水頭下施氮水平1 000 mg/L、2 m壓力水頭下施氮水平0 mg/L，每組處理重復(fù)試驗(yàn)3次。每個(gè)土箱內(nèi)定植三行辣椒苗，行間距為15 cm，外側(cè)兩行植株與土箱邊緣距離為7.5 cm，自土箱箱底15 cm處設(shè)置兩根間距為30 cm的微潤(rùn)管，箱內(nèi)填土高度為距土箱頂5 cm處，試驗(yàn)裝置及微潤(rùn)管鋪設(shè)圖見(jiàn)圖1。試驗(yàn)處理A-C由水頭為1.5 m的自制穩(wěn)壓水箱持續(xù)供水至試驗(yàn)完全結(jié)束，處理D-F由水頭為2 m的自制穩(wěn)壓水箱持續(xù)供水至試驗(yàn)結(jié)束。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

(1)土壤含水率。本試驗(yàn)土壤含水率測(cè)定使用烘干法，于植株定株14 d后開(kāi)始取土測(cè)定，取土位置為距每行植株水平距離5 cm處，使用內(nèi)徑為5 cm的取土器在每行土壤深度10 cm處隨機(jī)取3個(gè)土樣置于鋁盒內(nèi)，先用感量為0.01g的電子天平稱量其濕土重，然后置于烘箱中用105 ℃恒溫烘干8 h后測(cè)其烘干土重，計(jì)算土壤含水率。

(2)植株株高及莖粗。定株14 d后開(kāi)始測(cè)定辣椒生長(zhǎng)指標(biāo)，每隔12 d測(cè)定一次辣椒生理指標(biāo)，每個(gè)處理均隨機(jī)取每行長(zhǎng)勢(shì)均勻的3株辣椒進(jìn)行測(cè)定，用卷尺測(cè)量辣椒株高，株高測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)為除根后基部到地上部分最高處；莖粗由精度為0.02 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量，對(duì)基部第二伸長(zhǎng)節(jié)中部最大直徑和最小值進(jìn)行測(cè)量后取平均值。

(3)植株鮮重及產(chǎn)量。植株鮮重直接用電子秤測(cè)量后計(jì)算平均值；于8月14日測(cè)定每個(gè)處理辣椒的單株產(chǎn)量，于每個(gè)處理隨機(jī)取樣四株辣椒利用電子秤測(cè)其產(chǎn)量后計(jì)算其單株產(chǎn)量，自此日起大棚辣椒試驗(yàn)結(jié)束。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤含水率

各組處理不同時(shí)期的土壤含水率如圖2。從圖2中可以看出，定植14 d后各組處理土壤含水率沒(méi)有明顯變化。辣椒種植24～54 d，各組處理土壤含水率均呈明顯遞增趨勢(shì)，種植54～64 d，土壤含水率開(kāi)始下降，64～84 d土壤含水率又開(kāi)始遞增。究其原因，辣椒植株生長(zhǎng)前期需水量較大，故而對(duì)土壤中的水分吸收快且較多，所以前期土壤含水率較低，隨著辣椒植株進(jìn)入生長(zhǎng)中期需水量緩慢減少，土壤含水率逐漸增大，到了辣椒植株開(kāi)花期，植株蒸騰作用加強(qiáng)，辣椒植株的需水量開(kāi)始急劇增加而吸收了土壤中的大量水分，所以此階段土壤含水率又開(kāi)始下降，辣椒植株生長(zhǎng)后期雖然由于室外高溫使得土壤表面蒸發(fā)較高且植株依然從土壤中吸收較多的水分，但土壤含水率還在遞增是因?yàn)槌掷m(xù)微潤(rùn)灌溉使得土壤中累積的水分越來(lái)越多，所以這個(gè)階段土壤含水率依然緩慢遞增。從辣椒植株的整個(gè)生長(zhǎng)周期看來(lái)，1.5 m水頭下3組處理土壤含水率處理B<處理A<處理C，2 m水頭下土壤含水率處理E<處理D<處理F。可以看出，對(duì)辣椒做施肥處理可以促進(jìn)辣椒植株生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)土壤水分的吸收。

圖2 不同處理土壤含水率變化圖Fig.2 Change of soil moisture content in different treatments

2.2 株 高

各處理辣椒株高生長(zhǎng)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。從圖3中可以看出各組處理株高隨種植時(shí)間的推移均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。辣椒植株定植24 d后，1.5 m壓力水頭下的3組處理株高規(guī)律為處理C<處理B<處理A，2 m壓力水頭下的三組處理株高規(guī)律為處理F<處理E<處理D，且處理A與處理D在辣椒生長(zhǎng)后期長(zhǎng)勢(shì)依然明顯，而其他4組處理在辣椒生長(zhǎng)后期幾乎已經(jīng)沒(méi)有長(zhǎng)勢(shì)，這說(shuō)明相同壓力水頭下氮肥對(duì)辣椒株高的影響明顯，且500 mg/L施氮處理更有利于辣椒的生長(zhǎng)。此外，可以看出辣椒生長(zhǎng)前期，1.5 m水頭下各組處理平均株高幾乎沒(méi)有差距，2 m水頭下處理F平均株高與處理D相差無(wú)幾且大于處理E，而總體長(zhǎng)勢(shì)2 m水頭下較好，究其原因，2 m壓力水頭下微潤(rùn)管出水量較多，相比較更能滿足辣椒生長(zhǎng)前期的需水量要求，所以總體長(zhǎng)勢(shì)較好，且前期施入氮肥對(duì)辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育影響不大。在辣椒生長(zhǎng)的中后期，相同壓力水頭下各組處理平均株高之間的差距明顯拉大，這說(shuō)明在辣椒生長(zhǎng)的中后期對(duì)辣椒施入氮肥可以明顯促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育。就株高而言，2 m壓力水頭下處理D長(zhǎng)勢(shì)拔尖，說(shuō)明這種條件下為辣椒生長(zhǎng)的最為適宜條件。

圖3 不同處理平均株高變化圖Fig.3 Change chart of average plant height under different treatments

2.3 莖 粗

如圖4所示為不同處理作物莖粗隨種植后天數(shù)的變化趨勢(shì)。從圖4中可以看出，6組處理的莖粗在整個(gè)生長(zhǎng)周期均呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)。在辣椒植株株莖發(fā)育前期，1.5 m水頭下三組處理平均莖粗規(guī)律為處理B<處理C<處理A，2 m水頭下處理F平均莖粗明顯小于處理D和處理E，而處理D和處理E相近，這說(shuō)明低水頭下高肥處理對(duì)株莖的發(fā)育有抑制作用，低肥處理有促進(jìn)株莖發(fā)育的作用；而高水頭下的兩組施肥處理對(duì)株莖的發(fā)育均有促進(jìn)作用。究其原因，2 m水頭下微潤(rùn)管出水量能夠滿足該作物株莖發(fā)育的需水量要求，而1.5 m水頭下微潤(rùn)管出水量較少，滿足不了植株前期發(fā)育的需水量要求，且辣椒植株株莖發(fā)育前期對(duì)需水量的要求比氮肥的要求高，所以高水頭下的施肥處理均對(duì)株莖的發(fā)育均有促進(jìn)作用。作物生長(zhǎng)發(fā)育中后期階段，不同處理間株莖平均莖粗規(guī)律與株高相類似。結(jié)合株高生長(zhǎng)變化趨勢(shì)，2 m壓力水頭下D處理對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的影響作用最大。

圖4 不同處理平均莖粗變化圖Fig.4 Changes of average stem diameter under different treatments

2.4 植株鮮重

各處理不同時(shí)期的植株鮮重增長(zhǎng)趨勢(shì)見(jiàn)圖5。由圖5可知，隨著時(shí)間的推移不同處理下的植株鮮重遞增。從作物的整個(gè)生長(zhǎng)周期來(lái)看，植株鮮重一直增加，作物生長(zhǎng)前期各組處理均增長(zhǎng)較快，中期較慢，后期處理A與處理D增長(zhǎng)又開(kāi)始加快，而其他四組處理依舊增長(zhǎng)較慢，這說(shuō)明500 mg/L施氮處理對(duì)辣椒后期開(kāi)花結(jié)果的促進(jìn)作用明顯。圖中處理D平均鮮重最高，處理A次之，這說(shuō)明處理D的優(yōu)勢(shì)最大，更加有利于辣椒植株的生長(zhǎng)發(fā)育。

圖5 不同處理平均鮮重變化圖Fig.5 Change of average fresh weight in different treatments

2.5 植株產(chǎn)量及灌溉水分生產(chǎn)率

圖6顯示了不同處理單株產(chǎn)量的值。對(duì)比各個(gè)處理產(chǎn)量，與辣椒植株的生長(zhǎng)趨勢(shì)大致相同。由圖6可知不同壓力水頭下500 mg/L施氮處理的產(chǎn)量均為最高，而相同施氮水平處理下2 m水頭下單株產(chǎn)量均高于1 m水頭單株產(chǎn)量。結(jié)合前面植株生長(zhǎng)情況分析，辣椒植株單株產(chǎn)量和辣椒植株的生長(zhǎng)發(fā)育呈正相關(guān)關(guān)系。

圖6 不同處理單株產(chǎn)量變化圖Fig.6 Variation of yield per plant under different treatments

表1為各組處理的灌溉水分生產(chǎn)率，2 m壓力水頭下，雖然處理D的灌溉量最大，但是其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也相對(duì)較高，故而灌溉水分生產(chǎn)率最大，其灌溉水分生產(chǎn)率是F處理的1.79倍，這說(shuō)明處理D條件下的辣椒生長(zhǎng)發(fā)育的具有顯著優(yōu)勢(shì)。同樣，1.5 m壓力水頭下處理A灌溉水分生產(chǎn)率最大。不同壓力水頭下500 mg/L的施肥處理能夠顯著提高辣椒的灌溉水分生產(chǎn)率。

表1 不同處理灌溉水分生產(chǎn)率Tab.1 The water use of efficency of every process

3 結(jié) 論

綜合上述結(jié)果與分析，得出如下結(jié)論：

(1)在大棚內(nèi)種植辣椒的條件下，2 m壓力水頭下大棚辣椒植株的生長(zhǎng)狀況均優(yōu)于1.5 m壓力水頭，相同壓力水頭下500 mg/L施肥處理下的辣椒植株生長(zhǎng)發(fā)育狀況最好。6組處理中2 m壓力水頭處理D辣椒植株的生長(zhǎng)發(fā)育最好，且D處理下辣椒的單株產(chǎn)量最高。

(2)由試驗(yàn)可知，對(duì)比辣椒植株的整個(gè)生長(zhǎng)周期，在辣椒植株生長(zhǎng)前期施肥對(duì)辣椒植株的生長(zhǎng)發(fā)育的促進(jìn)作用不明顯，而在辣椒植株生長(zhǎng)中后期施肥對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育促進(jìn)作用明顯。所以，辣椒生長(zhǎng)前期應(yīng)對(duì)辣椒盡量施入較少的氮肥，而在辣椒生長(zhǎng)中后期可以增加施肥量但不宜過(guò)多。

(3)在持續(xù)微潤(rùn)灌溉中，雖然施肥處理下灌溉水量會(huì)增加，但是其灌溉水分生產(chǎn)率顯著提高，故而對(duì)大棚作物通過(guò)微潤(rùn)施肥處理可以提高灌溉過(guò)程中的水分利用效率，從而達(dá)到高效用水的效果。