設(shè)施條件下不同水氮用量對(duì)番茄生長(zhǎng)及根區(qū)土壤環(huán)境的影響

馬志杰，張學(xué)科，白俊英，王金鵬，陳衛(wèi)東

（寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院/寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心/旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川750021）

水分是番茄進(jìn)行一系列代謝活動(dòng)的必需物質(zhì)，適宜的水分供應(yīng)能夠促進(jìn)番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)［1］。虧缺灌溉導(dǎo)致番茄密度、硬度增加，產(chǎn)量降低。過(guò)量灌溉能夠提高番茄產(chǎn)量，但番茄內(nèi)含物如糖分、維生素C含量、番紅素等均顯著降低［2］；另一方面過(guò)量灌溉也導(dǎo)致根區(qū)大量營(yíng)養(yǎng)元素淋失，降低肥料的利用率，尤其對(duì)易隨水分流失的養(yǎng)分如硝態(tài)氮、鉀、鎂離子等［3，4］。氮素是植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，合理施用氮肥能夠促進(jìn)番茄植株體營(yíng)養(yǎng)器官的形成，氮素過(guò)量會(huì)使?fàn)I養(yǎng)器官如根、莖、葉等生長(zhǎng)過(guò)旺、果實(shí)成熟較晚，另一方面氮肥過(guò)量也會(huì)降低其利用率［5］。硝態(tài)氮是植物易于吸收的氮素形態(tài)，在土壤耕作層易發(fā)生流失，造成氮素利用率低［6］。此外，硝態(tài)氮也是土壤中主要的鹽分離子，過(guò)量硝態(tài)氮的累積及淋失導(dǎo)致根區(qū)土壤鹽漬化加重，土壤發(fā)生鹽漬化或次生鹽漬化［7］。目前合理水、氮利用仍然是寧夏設(shè)施生產(chǎn)中難于協(xié)調(diào)的技術(shù)問(wèn)題［8］，本研究以日光溫室條件下栽培番茄為供試作物，研究灌水量及減氮量對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量及根區(qū)土壤環(huán)境產(chǎn)生的影響，此研究以期為寧夏水、氮資源合理利用及溫室蔬菜水肥調(diào)控提供技術(shù)與理論參考。

1 材料與方法

1.1 溫室條件及供試土壤

供試溫室位于寧夏賀蘭縣習(xí)崗鎮(zhèn)設(shè)施農(nóng)業(yè)示范園區(qū)，單棟東西延長(zhǎng)，一面坡式，鍍鋅鋼管結(jié)構(gòu)，外用聚乙烯無(wú)滴膜覆蓋。溫室土壤屬沙壤土，其基礎(chǔ)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及實(shí)施

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)種植番茄和裸地2種栽培形式，副區(qū)設(shè)不同灌水量（W）和不同施氮量（N）2個(gè)試驗(yàn)因素。灌水量設(shè)2.25×103t/hm2（W1）和 t/hm2（W2）2個(gè)水平；施氮量設(shè)450 kg/hm2（N1）和675 kg/hm2（N2）2個(gè)水平，副區(qū)共4個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，試驗(yàn)共設(shè)24個(gè)微區(qū)。灌水量4.50×103t/hm2和施氮量675 kg/hm2為當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶的習(xí)慣用量，灌水量2.25×103t/hm2和施氮量450 kg/hm2為目標(biāo)灌水量及施氮量。

采用田間微區(qū)方法進(jìn)行試驗(yàn)，將直徑300 mm、長(zhǎng)600 mm的PVC管打入溫室土壤中，試驗(yàn)在管內(nèi)進(jìn)行。在溫室內(nèi)選擇好試驗(yàn)區(qū)，整平試驗(yàn)區(qū)的土壤并確定好24個(gè)微區(qū)的位置。先用與PVC直徑相同的鐵皮圈切割環(huán)狀土層，然后將PVC管放至指定位置后墊上木板，用錘子緩慢打入土中，保持所有土柱深淺一致，PVC管上端高出土面5 cm，用小鏟將所有土柱表面20 cm整平。將培育好的番茄幼苗定植于微區(qū)內(nèi)，所有處理均灌500 mL定植水，待番茄緩苗正常且土柱表面水分適宜時(shí)，將番茄苗扶正并再次將所有處理灌300 mL定植水。后期所有處理均按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行灌溉。整個(gè)生育期番茄苗按常規(guī)田間農(nóng)藝管理措施進(jìn)行統(tǒng)一管理。

氮肥用量處理N1、N2按管徑300 mm計(jì)算，折合出尿素（N 46%）用量后，每次按計(jì)算總量的1/4進(jìn)行追施。追施時(shí)將肥料溶于水中，每次施肥時(shí)用噴壺將肥料緩慢噴灑于土壤表面。按相同方法計(jì)算不同灌水量W1、W2下土柱實(shí)際灌水量，按番茄生育期及表層水分含量監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行灌溉，期間共灌水8次。

1.3 樣品采集與測(cè)定

試驗(yàn)前測(cè)定溫室內(nèi)土壤的基礎(chǔ)理化性質(zhì)；試驗(yàn)結(jié)束后用土鉆將微區(qū)內(nèi)土壤每隔10 cm分層采樣，測(cè)定其質(zhì)量含水量、硝態(tài)氮含量、電導(dǎo)率（EC）、pH等指標(biāo)。

果實(shí)成熟期分次記錄產(chǎn)量，收獲時(shí)記錄植株不同器官生物量及最后產(chǎn)量。

土壤各指標(biāo)測(cè)定方法：株高采用田間刻度尺測(cè)定；莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)定；葉綠素含量采用葉綠素儀測(cè)定；生物量、產(chǎn)量采用稱重法。pH采用酸度計(jì)測(cè)定；電導(dǎo)率測(cè)定采用電導(dǎo)儀法；土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法；全氮測(cè)定采用半微量開(kāi)氏法；硝態(tài)氮、氨態(tài)氮測(cè)定采用連續(xù)流動(dòng)分析儀法。

1.4 結(jié)果計(jì)算

質(zhì)量含水量=（鮮土重-干土重）/干土重

硝態(tài)氮含量C=C0×V×A×（1+m0）/m1

式中，C0為檢測(cè)濃度；V為浸提體積；A為分取倍數(shù)；m0為質(zhì)量含水量；m1為鮮土質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2007和SAS V8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量、施氮量對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

由表2可知，W2N2處理番茄株高顯著高于其他處理，W2N1株高最?。籛1N1、W2N1莖粗顯著高于W1N2、W2N2；W1N2、W2N2葉片葉綠素含量顯著高于W1N1、W2N1，表明施氮量越大，葉綠素含量越大。就總生物量及各器官生物量而言，W1N2總生物量最小，根、莖、葉各器官生物量均最小?？梢?jiàn)，施氮量、灌水量越少植株越粗壯，較多的灌水量和氮肥用量使植株徒長(zhǎng)、變細(xì)，但施氮量、灌水量大時(shí)植株形成的總生物量越大。

表2 不同水氮處理對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響

2.2 不同灌水量、施氮量對(duì)番茄產(chǎn)量形成的影響

由圖1a可知，番茄在整個(gè)生育期共摘果5次，產(chǎn)量結(jié)果表明，W1N2和W2N2前3次產(chǎn)量較低，而第4、第5次產(chǎn)量較高；相同灌水量對(duì)果實(shí)成熟無(wú)顯著影響，而施氮量越大果實(shí)成熟期越晚。全生育期總產(chǎn)量結(jié)果（圖1b）表明，W1N2處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，W1N2較W1N1、W2N1和W2N2分別增產(chǎn)26.7%、35.1%和15.5%。可見(jiàn)，氮肥用量大而灌水量較少時(shí)能夠提高番茄產(chǎn)量。

圖1 不同水氮處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響

2.3 不同灌水量、施氮量對(duì)土壤水分的影響

由圖2可知，種植番茄的4個(gè)處理土壤各層水分含量低于不種植的處理，種植番茄的4個(gè)處理不同灌水量間0~30 cm土壤剖面含水量有明顯差異，W2N1、W2N2土壤剖面含水量顯著大于W1N1、W1N2；相同灌水量下不同施氮間無(wú)顯著差異。裸地的4個(gè)處理相比較而言，灌水量和施氮量均顯著影響土壤剖面含水量，W2N1、W2N2剖面含水量顯著大于W1N1、W1N2；灌水量相同而施氮量不同時(shí)，在W1灌水量下不同施氮量顯著影響土壤表層剖面含水量，而W2灌水量時(shí)不同施氮量對(duì)剖面含水量沒(méi)有顯著影響。

圖2 不同水氮處理對(duì)土壤水分的影響

2.4 不同灌水量、施氮量對(duì)土壤剖面硝態(tài)氮濃度的影響

由圖3可知，種植番茄的4個(gè)處理W1N1、W1N2峰值在0~10 cm，而W2N1、W2N2峰值在10~20 cm；裸地的4個(gè)處理峰值均出現(xiàn)在0~10 cm。

圖3 不同水氮處理對(duì)土壤硝態(tài)氮濃度影響

種植番茄的4個(gè)處理相比較而言，相同灌水量下硝態(tài)氮濃度趨勢(shì)一致，不同灌水量間有顯著差異，灌水量越大，10~20 cm處硝態(tài)氮濃度越大。灌水量為W1時(shí)，N1處理與N2處理間無(wú)顯著差異；灌水量為W2時(shí)，N2處理硝態(tài)氮濃度顯著高于N1處理。

裸地的4個(gè)處理相比較而言，灌水量和施氮量均影響土壤中硝態(tài)氮濃度，各土層相比，W2N2硝態(tài)氮濃度顯著大于W1N2、W2N1，且大于W1N1，較大灌水量及施氮量處理下土壤中硝態(tài)氮濃度也最大，在40~50 cm土層W2N2硝態(tài)氮濃度顯著大于其他處理。

2.5 不同灌量水、施氮量對(duì)土壤總鹽分濃度的影響

由圖4可以看出，種植作物后根區(qū)（0~50 cm）土壤電導(dǎo)率增加84.4%。種植番茄的4個(gè)不同水氮處理0~50 cm電導(dǎo)率間均有顯著差異，裸地的4個(gè)處理在0~10 cm有顯著差異，10 cm以下均無(wú)顯著差異。種植番茄時(shí)4個(gè)不同水氮處理相比較，0~10 cm各處理間電導(dǎo)率均有顯著差異。W2處理0~50 cm電導(dǎo)率均顯著低于其他各處理。

圖4 不同水氮處理對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

裸地時(shí)W1N2、W2N2處理0~10 cm土壤電導(dǎo)率顯著高于W1N1、W2N1。種植作物區(qū)與裸地區(qū)各層次土壤鹽分相比，種植作物區(qū)鹽分為600~1 100 μS/cm，而祼地區(qū)表層鹽分較高，20 cm以下鹽分含量均較低。

由圖5可以看出，與裸地相比，種植番茄后土壤pH平均下降2.08%，其中，W1N1、W1N2、W2N1和W2N2處理各層分別下降3.00%、1.67%、2.02%和1.54%。從土壤層次來(lái)看，0~10、10~20、20~30、30~40、40~50 cm土 壤pH分 別 下 降0.46%、2.60%、2.16%、2.50%、2.60%。對(duì)表層0~10 cm土壤而言，W2N1和W2N2處理土壤pH高于W1N1和W1N2，施氮量對(duì)土壤pH的影響無(wú)規(guī)律性。可見(jiàn)，種植作物可使根際土壤變酸，表層0~10 cm土壤灌水量越小，pH越小。

圖5 不同水氮處理對(duì)土壤pH的影響

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果表明，水分、氮素顯著影響了番茄的生長(zhǎng)，當(dāng)灌水量和施肥量都較大時(shí)，番茄生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，形成的生物量也較大，但從產(chǎn)量結(jié)果來(lái)看，水少氮多的處理產(chǎn)量較高，其他處理間并無(wú)顯著差異。水分是一切生物體的生命之源，充足的水分能夠促進(jìn)植物的新陳代謝［8］。但當(dāng)土壤中水分過(guò)量時(shí)，較多水分以重力水的形式向下遷移，在土體中形成無(wú)效水，不僅浪費(fèi)水資源，還會(huì)造成土壤中易流失離子如硝態(tài)氮發(fā)生淋溶作用從而導(dǎo)致氮素?fù)p失，因此對(duì)沙壤土來(lái)說(shuō)，合理控制水量非常重要［9-12］。設(shè)施條件下由于當(dāng)季種植密度大，復(fù)種指數(shù)也高，農(nóng)戶為了獲取最大收益，在生產(chǎn)中經(jīng)常提倡大水大肥，從本研究結(jié)果來(lái)看，大水并未提高產(chǎn)量，大肥對(duì)產(chǎn)量有一定提高作用，但與此同時(shí)，當(dāng)施肥量較大時(shí)，土壤表層硝態(tài)氮?dú)埩艉捅韺欲}分都有顯著增加的趨勢(shì)。硝態(tài)氮?dú)埩艉捅韺欲}分增加導(dǎo)致土壤鹽漬化程度加劇，縮短溫室壽命，從長(zhǎng)遠(yuǎn)效益來(lái)看，農(nóng)戶收益減少。從種植番茄的處理與裸地土壤環(huán)境來(lái)看，種植作物后，表層土體水分、pH下降而硝態(tài)氮濃度、鹽分含量均增加，可見(jiàn)，設(shè)施條件下人為耕作對(duì)表層土壤影響很大，土壤酸化和鹽漬化問(wèn)題均與耕作方式有關(guān)。生產(chǎn)中產(chǎn)量因素固然重要，但從環(huán)境效益及溫室長(zhǎng)遠(yuǎn)利益來(lái)看，減少水氮用量非常有必要。