寧南山區(qū)芹菜水肥藥一體化試驗研究

祁煥軍，雷曉婷，雷金銀，王 銳，何進勤，紀立東，徐瑾瑜

（1.寧夏農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川750002；2.國家農(nóng)業(yè)環(huán)境銀川觀測實驗站，銀川750100；3.寧夏大學農(nóng)學院，銀川750021）

0 引 言

寧夏南部山區(qū)屬于中溫帶大陸性半濕陰半干旱氣候，海拔在1 248～2 955 m，氣候涼爽，年平均氣溫為5～7 ℃，光照充足，年日照時數(shù)為2 700～3 200 h，環(huán)境清潔無污染，具備冷涼蔬菜種植的獨特自然氣候條件[1]。芹菜是當?shù)胤N植的主要冷涼蔬菜之一，截止到2017年底，寧南山區(qū)蔬菜生產(chǎn)面積達到4 萬hm2，芹菜種植面積達7 333 hm2，占整個蔬菜市場的27.5%[2]。近年來，隨著冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的大水漫灌或畦灌導致水資源浪費，對于干旱缺水的寧南山區(qū)，水資源短缺與水資源利用率不高的矛盾成為制約寧南山區(qū)蔬菜產(chǎn)業(yè)的重要因素之一[3]。同時伴隨著大水漫灌和畦灌的過量撒施化肥，導致土壤結(jié)構(gòu)惡化，土壤養(yǎng)分失衡、土傳病害頻發(fā)及微生物多樣性下降等問題。走節(jié)水灌溉和水肥藥一體化的道路成為當?shù)乩錄鍪卟烁哔|(zhì)量健康持續(xù)發(fā)展的必然要求。目前，有關(guān)節(jié)水灌溉條件下水肥一體化技術(shù)已開展了大量的研究與應用，水肥一體化技術(shù)是在節(jié)水灌溉的基礎(chǔ)上，將灌溉與施肥融合為一體發(fā)展成為水肥一體化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新技術(shù)，通過作物根區(qū)水肥“喂養(yǎng)式”供應和調(diào)節(jié)，有效提高水肥利用效率，節(jié)本增效，增加作物產(chǎn)量，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。肖石江[4]研究結(jié)果表明，與常規(guī)施肥相比，水肥一體化使馬鈴薯產(chǎn)量增加9.3%～10.7%，何佳[5]研究得出水肥一體化與常規(guī)施肥相比，使烤煙增產(chǎn)5%～8%，產(chǎn)值增加18%。杜君[6]等研究證明，與常規(guī)漫灌相比，水肥一體化使水分利用效率提高36.1%～39.4%，氮肥利用率提高37.6%～35.3%，磷肥利用率提高23.1%～30.3%，鉀肥利用率提高106.2%～121.5%，玉米產(chǎn)量提高5.3%～6.1%。Li Haoru 等[7]研究得出，與傳統(tǒng)的灌溉方式相比，水肥一體化可以使作物產(chǎn)量提高12.0%，氮肥利用率提高34.3%。隨著生產(chǎn)需求和技術(shù)不斷的發(fā)展，通過融合灌溉、施肥和施藥于一體的形成水肥藥一體化技術(shù)，既提供水肥供應，又通過施藥抑制病蟲害的發(fā)生或調(diào)節(jié)作物的生長發(fā)育，還有，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的綜合管理技術(shù)措施[8,9]，王彥[10]、古斌權(quán)[11]研究表明，利用水肥藥一體化技術(shù)可以節(jié)水、節(jié)肥，減少藥物揮發(fā)，增強用藥效果。當前，水肥藥一體化技術(shù)方興未艾，對水肥藥一體化技術(shù)對土壤、作物生長、水分利用效率、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究很少。鑒于此，本文以西吉芹菜（Apium graveolens L）為研究對象，在水肥藥一體化條件下，開展不同施肥和施藥對寧南山區(qū)土壤養(yǎng)分、芹菜的生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究，為寧南山區(qū)能夠建立以根層養(yǎng)分、促根防病、土壤調(diào)理為一體的根層綜合調(diào)控水肥藥一體化技術(shù)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗于2020年4月-2020年9月在寧夏固原市西吉縣硝河鄉(xiāng)關(guān)莊村（N：35°53′10.6″、E：105°52′54.9″）進行。氣候條件適宜光照充足，晝夜溫差大，平均年降雨量350～500 mm、平均蒸發(fā)量1 482.3 mm、年平均氣溫8.3 ℃、年光照時長3 000～3 200 h。試驗地土壤為黑壚土，耕層（0～20 cm）土壤化學性質(zhì)如表1所示。

表1 耕層土壤（0～20 cm）化學性質(zhì)Tab.1 Chemical Properties of topsoil(0～20 cm)

試驗以西吉芹菜為研究對象，供試品種是由寧夏科泰種業(yè)公司提供的“加州王”，供試藥劑為阿維菌素（陜西聚靈生物科技有限公司）和木醋液（山東鑫旺達生物科技有限公司），供試肥料為自制水溶肥（N-P2O5-K2O 配比為18-10-8）、功能性微生物制劑（活菌數(shù)≥40 億、P2O5≥20 g/L、K2O≥40 g/L、Cu+Zn+Fe+B≥15g/L） 和功能性全元液體肥（N-P2O5-K2O-（Fe+Mn+Ca+Zn+Mu+B）配比為16-10-8-6）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為不施藥T1、生物藥劑T2（木醋液）、生物藥劑T3（阿維菌素）3 個處理，副區(qū)為不同制劑液態(tài)肥（常規(guī)施肥A1、A2功能性全元液體肥+70%CK、A3功能性微生物制劑+70%CK）。每個處理重復3 次，共計27 個小區(qū)，每個小區(qū)面積為55 m2（長10 m×寬5.5 m），小區(qū)之間安裝PP板（深度1 m）防止串水（見表2）。田間采用壟作方式種植，壟寬1.2 m，溝寬0.2 m，株行距為5 cm×15 cm，每壟8 行，每2行鋪設(shè)1條滴灌帶。灌水量統(tǒng)一為3 150 m3/hm2，具體灌水制度如表3 所示，所有肥料分別在葉叢生長期（2020年6月3日）、心葉肥大初期（2020年6月28日）和心葉肥大中期（2020年7月25日）以1∶2∶1 的比例分3 次施肥。生物藥劑分別在葉叢生長期（2020年6月3日）、心葉肥大初期（2020年6月28日）與肥料一起施入。

表2 水肥藥一體化試驗處理Tab.2 Integrated treatment of water,fertilizer and medicine

表3 灌水制度Tab.3 Irrigation system

1.3 測定項目及測試方法

土壤養(yǎng)分指標：分別在種植前和收獲后用土鉆按照“X”路線采取各試驗小區(qū)表層0～20 cm 土壤樣品，混合后裝入樣品袋，帶回實驗室陰干后分別過1 mm 和0.25 mm 篩，以備土壤化學性質(zhì)測定。土壤有機質(zhì)采用K2Cr2O7容量法－外加熱法；堿解氮采用堿解擴散法；有效磷采用NaHCO3浸提-分光光度計法，速效鉀采用乙酸氨浸提-火焰光度計法；土壤pH 值用pHs-2C 型數(shù)字酸度計測定，水土比為5∶1。

芹菜生長生理指標：掛牌標記20 株長勢均勻的芹菜，在芹菜不同生長期采用卷尺測定株高；在心葉肥大初期（2020年7月3日）使用Li-6400 型光合儀測定光合參數(shù)，采用手持502型SPAD儀測定葉綠素SPAD值。

芹菜產(chǎn)量品質(zhì)指標：產(chǎn)量在收獲期間按小區(qū)實收實測；收獲后采取植株樣品測定芹菜品質(zhì)，Vc 含量采用改進的2,6-二氯靛酚滴定法測定；粗纖維含量采用酸堿消煮+粗纖維測定儀測定；還原性糖含量采用斐林試劑比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用Microsoft Excel 2010 進行數(shù)據(jù)處理，Origin 2018 用于作圖和方差統(tǒng)計分析（Turkey檢驗）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥藥一體化對土壤養(yǎng)分的影響

水肥藥一體化對土壤養(yǎng)分影響極顯著（p＜0.01）（表4 和表5）。同一施藥處理下，不同施肥處理對土壤有機質(zhì)含量影響顯著（p＜0.05），對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀的含量影響極其顯著（p＜0.01），與對照A1處理相比，A2和A3處理使土壤有機質(zhì)、堿解氮含量顯著增加，分別提高7.31%和3.74%、17.09%和3.46%；A2處理使土壤有效磷、速效鉀含量顯著增加，分別提高11.10%和9.73%，A3處理使土壤有效磷、速效鉀顯著下降，分別降低21.72%和11.22%。同一施肥處理下，不同施藥處理對土壤有機質(zhì)影響不顯著（p＞0.05），但是對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀影響極顯著（p＜0.01），與對照T1處理相比，T2和T3處理使土壤堿解氮含量分別降低11.65%和15.21%；與對照T1處理相比，T2和T3處理使而土壤有效磷、速效鉀含量均有所升高，分別提升12.71%和34.81%、12.77%和18.68%。施藥與施肥交互作用對土壤有機質(zhì)含量影響不顯著（p＞0.05），但是對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量影響極顯著（p＜0.01）。

表4 水肥藥一體化對芹菜田耕層土壤（0～20 cm）養(yǎng)分特征的影響Tab.4 Effects of integration of water,fertilizer and medicine on Nutrient Characteristics of topsoil(0～20 cm)in celery field

表5 方差分析結(jié)果Tab.5 Results of anova

2.2 水肥藥一體化對芹菜株高的影響

由圖1可知，同一施藥處理下，不同施肥處理在芹菜不同生育期芹菜株高均表現(xiàn)為A2處理株高最高，A3處理次之，A1處理最低；同一施肥處理下，不同施藥處理在芹菜不同生育期芹菜株高均表現(xiàn)為T1最低，T2次之，T3最高。肥藥交互組合T3A2處理下芹菜的株高表現(xiàn)最優(yōu)。

圖1 水肥藥一體化對芹菜株高的影響Fig.1 Effect of water fertilizer medicine integration on plant height of celery

2.3 水肥藥一體化對芹菜生理特征的影響

由圖2（圖中不同小寫字母表示施藥與施肥交互作用在p＜0.05水平下差異顯著）分析可知，同一施肥處理下，不同施藥處理對芹菜葉綠素SPAD值的影響顯著（p＜0.05），其中T3處理下芹菜葉綠素SPAD 值最大；同一施藥處理下，不同施肥處理對芹菜葉綠素SPAD 值的影響不顯著（p＞0.05），其中A2處理下芹菜葉綠素SPAD 值最大；施藥與施肥交互作用對芹菜葉綠素SPAD 值的影響不顯著（p＞0.05）。由圖3（圖中不同小寫字母表示施藥與施肥交互作用在p＜0.05 水平下差異顯著）可知，同一施肥處理下，不同施藥處理對芹菜凈光合速率的影響極顯著（p＜0.01），其中T3處理下芹菜凈光合速率最大；同一施藥處理下，不同施肥處理對芹菜凈光合速率的影響極顯著（p＜0.01），其中A2處理下芹菜凈光合速率最大；施藥與施肥交互作用對芹菜凈光合速率的影響不顯著（p＞0.05）。

圖2 水肥藥一體化對芹菜葉綠素SPAD值的影響Fig.2 Effect of water fertilizer medicine integration on SPAD value of celery chlorophyll

圖3 水肥藥一體化對芹菜凈光合速率的影響Fig.3 Effect of water fertilizer medicine integration on net photosynthetic rate of celery

2.4 水肥藥一體化對芹菜產(chǎn)量的影響

從圖4（圖中不同小寫字母表示施藥與施肥交互作用在p＜0.05水平下差異顯著）分析可以得出，同一施藥處理下，不同施肥處理對芹菜產(chǎn)量的影響極顯著（p＜0.01），與對照A1處理相比，A2、A3處理使芹菜產(chǎn)量分別提高34.3%、26.6%；同一施肥處理下，不同施藥處理對芹菜產(chǎn)量的影響極顯著（p＜0.01），與對照T1處理相比，T2、T3處理使芹菜產(chǎn)量分別提高5.2%、19.1%。施肥與施藥交互作用對芹菜產(chǎn)量影響不顯著（p＞0.05），T3A2組合使芹菜產(chǎn)量增產(chǎn)最多。

圖4 水肥藥一體化對芹菜產(chǎn)量的影響Fig.4 Effect of integration of water,fertilizer and medicine on celery yield

2.5 水肥藥一體化對芹菜品質(zhì)的影響

由表6 和表7 可知，同一施肥處理下，不同施藥處理對芹菜Vc、總糖和粗纖維含量影響極顯著（p＜0.01）；同一施藥處理下，不同施肥處理對芹菜Vc、總糖含量影響極顯著（p＜0.01）；施肥與施藥交互作用對芹菜Vc、粗纖維含量影響極顯著（p＜0.01）。由表5 可知，同一施肥處理下，不同施藥處理中，與對照T1處理相比，T2處理和T3處理使芹菜Vc、總糖含量分別提高10.6%、43.2%和5.1%、26.1%；而芹菜粗纖維含量與對照T1處理相比，T2處理和T3處理使芹菜粗纖維含量分別降低3.6%和16.4%。同一施藥處理下，不同施肥處理中，與對照A1處理相比，A2處理和A3處理使芹菜Vc、總糖含量分別提高41.7%、18.6%和16.8%、11.0%；而芹菜粗纖維含量與對照A1處理相比，A2處理和A3處理使芹菜粗纖維含量分別降低10.3%和1.9%。施藥與施肥交互作用中，T3A2組合使芹菜Vc、總糖含量提升最多。

表6 水肥藥一體化對芹菜品質(zhì)的影響Tab.6 Effect of integration of water,fertilizer and medicine on celery quality

表7 方差分析結(jié)果Tab.7 Results of anova

3 討 論

土壤有效養(yǎng)分和有機質(zhì)含量是反映土壤肥力的重要指標。張晶等[12]研究得出，滴灌磷鉀肥減施且追施時隨水分施可以提高耕層有效磷和速效鉀含量。黃麗等[13]研究表明，磷鉀肥隨水分施入在一定程度上可以提高速效磷和速效鉀在土壤耕層的含量，有利于作物吸收利用。本試驗研究結(jié)果得出，在水肥藥一體化條件下，可以提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，進而提升土壤肥力。

作物的生長生理指標可以直觀的反映出作物的生長情況。張?zhí)m勤[14]研究表明，水肥一體化減量施肥對櫻桃番茄的株高、莖粗均無不良影響；張松婷[15]等研究得出，水肥一體化條件下可以提高紅辣椒凈光合速率和葉綠素SPAD 值；劉坤雨[16]研究證明，水肥一體化模式可以提高馬鈴薯株高和葉綠素SPAD值。本試驗研究結(jié)果表明，水肥藥一體化條件下，可以增加芹菜株高，同時提高芹菜的凈光合速率和葉綠素SPAD 值，為提質(zhì)增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

提質(zhì)增產(chǎn)是水肥藥一體化技術(shù)的目標。蔡苗[17]等研究表明，與農(nóng)戶常規(guī)大水沖施肥料澆灌相比，在灌溉水量降低25.3%、化肥減量40.6%的水肥一體化條件下，設(shè)施番茄的產(chǎn)量不僅沒有受到負面影響，反而顯著增產(chǎn)達9.0%，楊洪輝[18]等研究證明，水肥藥一體化可以提高辣椒的產(chǎn)量。陸萍[19]等研究表明，水肥藥一體化減少了哈密瓜的病害，進而提高了哈密瓜的品質(zhì)，梁兵[20]等研究得出，水肥藥協(xié)同可以提高烤煙產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗研究結(jié)果表明，水肥藥一體化條件下，可以提高芹菜產(chǎn)量，同時提升芹菜Vc、總糖含量，實現(xiàn)提質(zhì)增產(chǎn)的目標。

4 結(jié) 論

（1）水肥藥一體化對土壤養(yǎng)分含量影響顯著。水肥藥一體化條件下，對土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量影響極顯著（p＜0.01），其中T3A2組合對土壤養(yǎng)分提升最顯著，與對照T1A1組合相比，土壤有機質(zhì)含量增加9.70%、土壤有效磷增加56.04%、土壤速效鉀增加32.10%。

（2）水肥藥一體化對芹菜生長特征影響顯著。水肥藥一體化條件下，T3A2處理下芹菜的株高表現(xiàn)最優(yōu)。

（3）水肥藥一體化對芹菜產(chǎn)量品質(zhì)影響顯著。水肥藥一體化條件下，T3A2組合對芹菜Vc、總糖含量提升最多，分別提升1.06倍、29.08%。

綜上所述，水肥藥一體化條件下，藥肥組合中T3A2組合為最優(yōu)處理，可以提高寧南山區(qū)芹菜的生長、生理指標，進而提高芹菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時還可以提高耕層土壤養(yǎng)分，改善土壤環(huán)境。