微潤(rùn)灌溉下施氮濃度對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響

朱羽萌，申麗霞，楊 玫，李京玲，劉榮豪，廉旭瑞

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

面對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)缺水現(xiàn)象，有學(xué)者提出微潤(rùn)灌溉技術(shù)，利用半透膜內(nèi)外水勢(shì)差為驅(qū)動(dòng)，將灌溉水均勻、持續(xù)地輸送給根區(qū)土壤，從而達(dá)到無(wú)脅迫灌溉，該技術(shù)無(wú)需外加機(jī)械動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了灌溉系統(tǒng)的自動(dòng)化[1，2]。張立坤等[3]研究了微潤(rùn)灌和滴灌2種灌溉方式對(duì)娃娃菜生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)地下微潤(rùn)灌溉適宜作為溫室作物的灌溉方式。有研究指出，將可溶性肥料溶于水，將其與節(jié)水灌溉設(shè)施結(jié)合，采用水肥一體化模式進(jìn)行施肥，可有效提高肥料的利用率20%～40%，有效節(jié)約肥料[4，5]。小白菜作為常見(jiàn)蔬菜，當(dāng)土壤質(zhì)地、灌溉施肥方式相同時(shí)，施肥濃度成為影響作物生長(zhǎng)的主要因素。普通施肥模式下，適宜小白菜生長(zhǎng)的氮肥施加量為10.92 kg/hm2[6]。

目前對(duì)于微潤(rùn)灌溉的研究?jī)H限于壓力水頭、埋設(shè)深度、微潤(rùn)管間距等參數(shù)的變化對(duì)植株生長(zhǎng)的影響及土壤水分分布，而關(guān)于水肥一體化的主要載體主要為滴灌[7，8]，對(duì)水肥一體化與微潤(rùn)灌的結(jié)合現(xiàn)階段僅應(yīng)用于果樹(shù)栽培[9]方向，在蔬菜種植方面應(yīng)用較少。基于微潤(rùn)灌溉作用機(jī)理和特點(diǎn)，微潤(rùn)灌溉可將水肥均勻運(yùn)送至土壤根區(qū)附近。為了對(duì)以微潤(rùn)灌溉技術(shù)為載體的水肥一體化模式有更進(jìn)一步的研究，本試驗(yàn)以大棚小白菜為研究對(duì)象，將微潤(rùn)灌溉技術(shù)與水肥一體化技術(shù)相結(jié)合，探究在不同施氮濃度處理下植株的生長(zhǎng)情況，并設(shè)置不施肥處理為對(duì)照試驗(yàn)，為該技術(shù)日后的推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)地區(qū)位于山西省太原理工大學(xué)萬(wàn)柏林校區(qū)，該地區(qū)屬于溫帶性大陸氣候，晝夜溫差較大，全年日照充足。本試驗(yàn)從2019年10月14日至12月3日在普通塑料大棚中進(jìn)行。小白菜種植于90 cm×45 cm×40 cm（長(zhǎng)×寬×高）木質(zhì)種植箱中，種植土壤為壤土，土壤初始含水率為24.39%。試驗(yàn)設(shè)備主要有高位水箱、種植箱、PE 輸水管、微潤(rùn)管和閥門等。試驗(yàn)過(guò)程中將可溶性氮肥均勻溶于高位水箱中，同時(shí)保持高位水箱出水口水壓穩(wěn)定，灌溉水為城市自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)作物為小白菜，灌溉方式為地下微潤(rùn)灌，肥料采用分析純尿素，試驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)微潤(rùn)管全程供水供肥。本試驗(yàn)共設(shè)4 組處理，在試驗(yàn)水頭均為1.5 m 條件下，設(shè)3 個(gè)施肥濃度：200 mg/L（T1）、400 mg/L（T2）、600 mg/L（T3），以及不施肥對(duì)照組（CK），每組處理重復(fù)3 次。小白菜采用行播方式播種，行株距15 cm，每個(gè)種植箱種植3 行，最外行距種植箱邊緣7.5 cm。小白菜出苗后進(jìn)行間苗，每行保留6 棵植株，每次測(cè)量保持中間行不變，作為產(chǎn)量測(cè)量依據(jù)。每個(gè)種植箱中鋪設(shè)2根微潤(rùn)管，間距為30 cm，埋深為15 cm。試驗(yàn)裝置及微潤(rùn)管布設(shè)方式見(jiàn)圖1。

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

（1）土壤含水率。土壤含水率測(cè)定采用烘干法，每7 d 測(cè)定一次。在距每行植株水平距離5 cm 處隨機(jī)取土，每行取3個(gè)土樣，取土深度為15 cm。取出土樣后，使用精度為0.01 g的電子天平稱量濕重，然后將土樣置于烘箱中，在105 ℃下烘干8 h 后測(cè)其干土重量，計(jì)算土壤含水率。計(jì)算公式為：土壤含水率=（土壤濕重-土壤干重）/土壤干重×100%。

（2）小白菜生長(zhǎng)情況。出苗15 d 后每隔7 d 測(cè)量小白菜生長(zhǎng)情況，每次測(cè)量小白菜株高、總?cè)~面積、鮮重等指標(biāo)，在每個(gè)處理的每行（除每箱中間行）作物中隨機(jī)選取3株長(zhǎng)勢(shì)均勻的小白菜進(jìn)行測(cè)量，并取平均值。株高采用0.01 m 的米尺從植株根部以上測(cè)量，總?cè)~面積=葉片數(shù)×單葉面積，單葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.75[10]，植株鮮重由0.01 g電子天平測(cè)量。

（3）產(chǎn)量及肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率。12月3日，結(jié)束最后一次測(cè)量后收取作物，利用電子秤測(cè)量每箱中間行產(chǎn)量，根據(jù)中間行產(chǎn)量估算每箱小白菜產(chǎn)量。肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率公式如下：肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率=（施氮區(qū)作物產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)作物產(chǎn)量）/施氮區(qū)作物產(chǎn)量×100%[11]

最終試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用origin 2018制圖與分析。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤含水率

本次試驗(yàn)主要研究0～15 cm 土層的土壤含水率動(dòng)態(tài)變化，從播種開(kāi)始持續(xù)灌水，各組處理不同時(shí)期土壤含水率見(jiàn)圖2。初次測(cè)量時(shí)各組處理土壤含水率沒(méi)有明顯差異，小白菜生育期內(nèi)各處理土壤含水率呈先上升后下降再上升的變化趨勢(shì)，與小白菜的需水規(guī)律相符。出苗后15～29 d 期間，由于小白菜生長(zhǎng)速度較慢，需水量較低，在膜內(nèi)外水勢(shì)差的作用下，各處理土壤含水率呈上升趨勢(shì)。29～43 d 期間，小白菜進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段，作物需水量增加，各組土壤含水率下降。種植后期，小白菜生長(zhǎng)速度減緩，為維持生理活動(dòng)，作物仍從土壤中吸收較多水分，但由于持續(xù)微潤(rùn)灌溉使土壤累積水分不斷升高，本階段土壤含水率呈上升趨勢(shì)。試驗(yàn)過(guò)程中，各試驗(yàn)組土壤含水率呈現(xiàn)為T2＞T1＞T3＞CK，其中對(duì)照組土壤含水率低于施肥處理，說(shuō)明施肥處理有利于土壤對(duì)水分的吸收；T3處理前期土壤含水率與其他處理無(wú)顯著差異（P＞0.05），后期土壤含水率低于其他施肥處理，這是由于高濃度施肥導(dǎo)致土壤板結(jié)，其吸水能力低于其他施肥處理。

2.2 株 高

圖3展示了各處理不同時(shí)期作物株高的變化，出苗后15 d內(nèi)各處理差異不明顯。小白菜全生育期株高不斷增長(zhǎng)，43 d后作物株高生長(zhǎng)平穩(wěn)且緩慢。在試驗(yàn)過(guò)程中，各處理株高表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK，表明增施氮肥有利于小白菜株高的增長(zhǎng)。在小白菜生育后期，各處理株高迅速增長(zhǎng)，氮肥對(duì)株高的促進(jìn)作用更加突出。3 組施肥處理前期差異較小，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，T2 處理株高最大，達(dá)到平均21.45 cm，分別超過(guò)T1、T3 處理27.30%、12.60%。說(shuō)明在相同水頭壓力下，施氮量增加可以促進(jìn)株高的增長(zhǎng)，但高濃度氮肥的施加會(huì)對(duì)作物株高的生長(zhǎng)起到抑制作用。

2.3 總?cè)~面積

圖4展示了小白菜總?cè)~面積的變化，可以看出小白菜總?cè)~面積全生育期內(nèi)一直增加。29 d 前，小白菜總?cè)~面積增長(zhǎng)緩慢，在29～43 d 迅速增長(zhǎng)，43 d 后增速減緩。試驗(yàn)前期各處理葉面積差異不明顯，自29 d 開(kāi)始，各施肥組與對(duì)照組總?cè)~面積出現(xiàn)差異，對(duì)照組葉面積低于其他處理，說(shuō)明增施氮肥有促進(jìn)植株葉面積增長(zhǎng)的作用。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，CK、T1和T2處理總?cè)~面積分別為726.07、966.60 cm2和1 506.14 cm2，說(shuō)明在低氮肥處理下，植株葉面積隨著氮肥濃度的增加而增加。對(duì)比T2 與T3 處理，T2 處理總?cè)~面積超過(guò)T3 處理26.48%，說(shuō)明當(dāng)?shù)蕽舛冗^(guò)高的時(shí)會(huì)對(duì)植株葉面積生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效果。

2.4 單株鮮重

各處理不同時(shí)期植株鮮重變化趨勢(shì)見(jiàn)圖5。小白菜鮮重曲線呈“S”形增長(zhǎng)，即前期增長(zhǎng)緩慢，29～43 d 快速增長(zhǎng)，后期變化趨于平緩，其鮮重變化趨勢(shì)與葉面積變化趨勢(shì)相符合。29 d 前所有處理鮮重接近，說(shuō)明在植株生長(zhǎng)前期，施加氮肥對(duì)植株鮮重影響較小。植株進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段后，施肥組鮮重大于對(duì)照組，氮肥對(duì)鮮重的促進(jìn)作用逐漸明顯。3組施肥處理在36 d 前無(wú)明顯差異，36 d 后T2 處理增速最大。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，T2 處理平均鮮重最高，說(shuō)明施氮濃度為400 mg/L 對(duì)植株鮮重增加促進(jìn)效果更加明顯。

2.5 產(chǎn)量及肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率

最后一次試驗(yàn)時(shí)摘取每箱中間行作物，稱量其產(chǎn)量，利用中間行產(chǎn)量估算每箱產(chǎn)量。表1反映了4 組處理的產(chǎn)量及肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率。施肥濃度為400 mg/L 的T2 組獲得最高產(chǎn)量2 060.19 g，分別為T1、T3 處理的1.58 和1.40 倍，這一結(jié)論與黃小云[6]建立的小白菜氮肥料效應(yīng)方程相符，即存在最佳施肥量使獲得的產(chǎn)量最大，當(dāng)施肥量超過(guò)最佳施肥量時(shí)，產(chǎn)量及肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率降低。在相同水頭下，T2 處理與T1 處理施氮量差異顯著，而T3 處理與T2 處理施氮量?jī)H相差5.23 g，差異不顯著，這是由于高濃度處理下的土壤吸水能力下降，隨水施加的氮肥量相應(yīng)減少。各組肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率表現(xiàn)為T2＞T3＞T1，隨著產(chǎn)量增加，肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率隨之增加。其中，T3 處理肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率雖然超過(guò)T1處理，但其施氮量為T1處理施氮量的1.95 倍，且差異不顯著，從節(jié)省肥料的角度看，T3 并不能達(dá)到經(jīng)濟(jì)增產(chǎn)的目的。

表1 不同處理產(chǎn)量及肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率Tab.1 Yields and contribution rate of fertilizer on yield increase under different treatments

3 結(jié) 論

綜合上述結(jié)果與分析，得出下列結(jié)論。

（1）微潤(rùn)灌溉條件下，施肥有助于提高土壤吸水能力，土壤含水率隨施肥濃度增加而增加，但施加高濃度氮肥會(huì)導(dǎo)致土壤含水率降低。

（2）不同施氮濃度下植株株高、總?cè)~面積及鮮重均呈現(xiàn)“S”形趨勢(shì)，施氮有助于植株各項(xiàng)指標(biāo)增長(zhǎng)，在壓力水頭為1.5 m 情況下，施肥400 mg/L 各指標(biāo)最大，產(chǎn)量最大，肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率最高。在小白菜生育期內(nèi)，前期各處理差異不明顯，后期氮肥對(duì)植株生長(zhǎng)促進(jìn)作用明顯，因此在生育前期少施肥或不施肥，進(jìn)入生育后期后，適當(dāng)增加施肥量可以顯著提高植株各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)，提高作物產(chǎn)量。

（3）小白菜產(chǎn)量與肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率隨施肥濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，各施肥組肥料增產(chǎn)貢獻(xiàn)率差異不顯著。低濃度施肥下，各生長(zhǎng)指標(biāo)隨著濃度增加而增加，高濃度施肥導(dǎo)致施肥過(guò)量反而對(duì)植株生長(zhǎng)起到抑制作用。為達(dá)到節(jié)肥高產(chǎn)目的，在大棚內(nèi)采用微潤(rùn)灌模式水肥一體化模式種植小白菜施肥濃度需選擇在400～600 mg/L之間。