水肥一體化條件下肥料管理對(duì)黑塌菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響

張竣豪，張 琪，孫一迪，王 強(qiáng)，周明耀

（1揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2常熟市董浜水利管理服務(wù)站，江蘇常熟 215534；3常熟市綠博生物科技有限公司，江蘇常熟 215534）

0 引言

設(shè)施農(nóng)業(yè)是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式，通過(guò)改變作物生長(zhǎng)環(huán)境獲得增產(chǎn)增效的效果，代表了未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。水肥一體化技術(shù)集灌溉和施肥于一體，是目前先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，其具有節(jié)水省肥、省時(shí)省工、降低病蟲害、增產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)[1]。自2002年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部組織實(shí)施旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)項(xiàng)目起，水肥一體化技術(shù)得到廣泛關(guān)注和推廣應(yīng)用[2]。

水肥一體化可以實(shí)現(xiàn)水肥管理的精確控制，為作物提供適宜的生長(zhǎng)條件，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。相比于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)，水肥一體化管理更為復(fù)雜，為了在設(shè)施農(nóng)業(yè)中更好推廣水肥一體化技術(shù)，國(guó)內(nèi)外研究者以最優(yōu)水肥管理為目標(biāo)，開展不同作物水溶肥施肥模式試驗(yàn)，研究水肥一體化條件下肥料種類、施肥量、施肥時(shí)間對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，探尋節(jié)水、省肥、增效的一體化水肥管理制度[3]。水溶肥施肥模式可以有效提高葡萄園土壤的有機(jī)質(zhì)含量和果實(shí)全氮全鈣含量、果實(shí)可溶性固形物與維生素C[4]。王西和等[5-6]選取4種大量元素水溶肥進(jìn)行棉花的應(yīng)用研究，篩選了最適宜棉花生長(zhǎng)的水溶肥。盡管水溶肥的種類對(duì)作物產(chǎn)生了一定影響，但施肥水平對(duì)作物的影響遠(yuǎn)超前者。竇超銀等[7]研究表明，秋冬茬大棚黃瓜應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)時(shí)，以75%田間持水率作為灌溉下限以及中度施氮量和施鉀量最適宜黃瓜生長(zhǎng)。劉見等[8]研究提出，適當(dāng)增加施肥頻次和施肥時(shí)間可提高玉米葉面積系數(shù)、延緩葉片衰老、增加玉米干物質(zhì)累積量以及最大生長(zhǎng)速率。過(guò)量施肥嚴(yán)重影響作物長(zhǎng)勢(shì)與微量元素的吸收，導(dǎo)致番茄生理性病害頻發(fā)，土壤鹽漬化發(fā)生加重，破壞土壤理化性質(zhì)[11]。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)水肥一體化技術(shù)的集成應(yīng)用管理模式研究受到越來(lái)越的關(guān)注[9-10]，但支撐不同地區(qū)、不同作物智能灌溉高效水肥管理制度核心技術(shù)仍然比較缺乏。筆者以在蘇南地區(qū)廣泛種植的黑塌菜為研究對(duì)象，分析滴灌水肥一體化條件下不同追肥量與水溶肥種類對(duì)黑塌菜生長(zhǎng)狀況與品質(zhì)的影響，提出適宜的施肥模式，以期為蘇南地區(qū)黑塌菜高效水肥管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

研究田間試驗(yàn)于2020年10月30日—12月20日在常熟市董浜鎮(zhèn)里睦村(120°58′24.19″E，31°39′10.28″N)進(jìn)行，地處江蘇南部，地處溫帶，屬于亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，全年降雨量為1135.6 mm；地勢(shì)低平，海拔大多處于3～7 m；水網(wǎng)交織，河流眾多，均屬太湖水系；光照充足，全年日照時(shí)數(shù)達(dá)1813.9 h。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

研究采取大棚盆栽試驗(yàn)，以當(dāng)?shù)卮笠?guī)模種植的黑塌菜‘黑塔07’作為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)盆規(guī)格為外徑30 cm、底徑22 cm、高度26 cm，每盆定植1株。以基質(zhì)代替土壤，不含任何營(yíng)養(yǎng)成分，無(wú)地下水補(bǔ)給，減少土壤中各因素帶來(lái)的干擾?；|(zhì)材料為粗椰糠、細(xì)椰糠、珍珠巖、蛭石（比例為1:2:1:1）。

以常規(guī)撒施復(fù)合肥為對(duì)照，設(shè)追肥量和水溶肥種類2個(gè)因素，追肥量分別為450、300、150 kg/hm2，水溶肥種類分別為桂湖水溶肥、青上水溶肥和迪斯科水溶肥，共10個(gè)處理，具體處理如表1所示，每個(gè)處理7次重復(fù)，每2個(gè)處理間隔20 cm。考慮試驗(yàn)點(diǎn)節(jié)水灌溉技術(shù)推廣應(yīng)用情況及試驗(yàn)要求，灌溉方式為滴灌水肥一體化。受試黑塌菜自移植起生育期共計(jì)50天，分2次追肥，考慮到移植后存在緩苗期以及水肥需求特性，第一次追肥于11月9日進(jìn)行（共5天）；第二次追肥11月25日起（共5天）。

表1 黑塌菜各處理情況

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 黑塌菜日需水量 緩苗1周后，即11月7日起選擇各處理有代表性的5株黑塌菜，測(cè)定方法為稱重法，稱重儀器為TCS-150電子臺(tái)秤，精度為10 g，每日早上8:00秤量盆栽重，試驗(yàn)為大棚盆栽試驗(yàn)，無(wú)田間滲漏與徑流，故盆栽質(zhì)量差為前一日的作物需水量。

1.3.2 黑塌菜單葉葉面積 選取各處理有代表性植株的葉子，11月7日用游標(biāo)卡尺測(cè)量，精度為0.01 mm。葉長(zhǎng)為葉尖至葉片底的長(zhǎng)度，葉寬是葉片中間最寬部分，每隔5天測(cè)一次。式(1)中單葉面積系數(shù)約為0.6。

1.3.3 黑塌菜葉綠素含量（SPAD值）分別在各處理中選取有代表性的植株，使用便攜式SPAD-502 Plus進(jìn)行葉綠素測(cè)定。11月10日起10天測(cè)一次，隨機(jī)選取近期展開的功能葉3～4片，每片葉分別對(duì)葉尖、葉中、葉基3個(gè)位置進(jìn)行測(cè)定，平均值記為單葉葉綠素。

1.3.4 黑塌菜根系性狀 收獲后選取具有代表性的植株，將其完整根系挖出并用清水沖洗干凈，每個(gè)處理取5株，采取卷尺進(jìn)行測(cè)量最大根長(zhǎng)與平均根系直徑，精度為1 mm。

1.3.5 黑塌菜干物質(zhì)及產(chǎn)量測(cè)定 在植株成熟后選取具有代表性的5株，將其置于105℃恒溫箱中30 min，再于65℃下烘干至恒重，為干物質(zhì)量。收獲后選取各處理中具有代表性的植株，測(cè)定植株產(chǎn)量，本次試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，故采取盆栽計(jì)產(chǎn)，并取各處理的平均值。

1.3.6 黑塌菜品質(zhì)測(cè)定 12月20日收獲后對(duì)黑塌菜的品質(zhì)測(cè)定項(xiàng)目包括可滴定酸含量（酸堿中和滴定法）、可溶性固形物含量（采用TD-45手持式數(shù)顯折光儀）、還原糖含量（3,5-二硝基水楊酸比色法）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過(guò)SPSS 25.0軟件進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 追肥施用量對(duì)滴灌水肥一體化下黑塌菜單葉葉面積的影響

葉面積是反映植株是否正常生長(zhǎng)的重要指標(biāo)之一。如圖1所示，整個(gè)生育期內(nèi)，黑塌菜單葉葉面積增長(zhǎng)呈現(xiàn)出由快到慢的趨勢(shì)。隨著2次追肥的投入，黑塌菜長(zhǎng)勢(shì)得到不同程度的提高，其中第1次追肥后長(zhǎng)勢(shì)加快明顯，11月25—30日各處理葉面積的增幅達(dá)到最大，12月10日后各處理黑塌菜葉面積增長(zhǎng)逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜單葉葉面積的影響

在黑塌菜生育期內(nèi)，水肥一體化條件下，同等追肥量時(shí)，青上水溶肥對(duì)黑塌菜單葉葉面積增效最大，桂湖水溶肥與迪斯科水溶肥處理的黑塌菜葉面積顯著(P＜0.05)小于青上水溶肥處理；同種水溶肥條件下，隨著追肥量提高，黑塌菜單葉葉面積逐漸增大。T2處理黑塌菜單葉葉面積始終處于最佳水平，采收后T1、T4處理與T2處于同一水平，與其他處理的黑塌菜葉面積差異顯著。其中，CK處理黑塌菜葉面積顯著小于T1、T2、T3處理，相比CK組，三者處理黑塌菜葉面積提高12.12%～20.40%。由此來(lái)看，缺肥時(shí)黑塌菜葉面積生長(zhǎng)受到抑制，滴灌水肥一體化可以有效提高水肥利用率，從而促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。

圖2 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜葉綠素含量的影響

2.2 追肥施用量對(duì)滴灌水肥一體化下黑塌菜葉綠素含量(SPAD)的影響

整個(gè)生育期中，各處理黑塌菜的葉綠素含量在追肥后總體呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)。同追肥量下，3種水溶肥對(duì)黑塌菜葉綠素含量影響無(wú)顯著差異。生長(zhǎng)初期與中期，T2處理黑塌菜葉綠素含量最高，與T7、T8、T9及CK處理差異顯著(P＜0.05)，但與T4處理無(wú)明顯差異。生長(zhǎng)后期，T6處理黑塌菜葉綠素含量最高達(dá)73.35，與T1、T2、T3、T6及T7處理差異不顯著，相比T4、T5、T8、CK處理分別高出5.81%、4.71%、2.66%、7.50%。隨著追肥量的提高，各處理黑塌菜葉綠素含量(SPAD)先上升后保持穩(wěn)定或略有降低，這說(shuō)明過(guò)量施肥并不能有效提高黑塌菜的葉綠素含量，超過(guò)一定量反而會(huì)抑制葉綠素的形成。

2.3 追肥施用量對(duì)滴灌水肥一體化下黑塌菜根系的影響

作為植物的六大器官之一，根在植株生長(zhǎng)過(guò)程中扮演著重要角色，起著固定和支撐地上部分的作用，及時(shí)吸收水分養(yǎng)分與無(wú)機(jī)鹽供給植株生長(zhǎng)所需[11]。由圖3～4可知，不同水溶肥處理對(duì)黑塌菜平均根直徑無(wú)顯著影響，對(duì)黑塌菜根長(zhǎng)的生長(zhǎng)影響顯著，其中T2處理黑塌菜最大根長(zhǎng)達(dá)31.3 mm，與CK處理差異顯著(P＜0.05)。隨著追肥量的上升，黑塌菜最大根長(zhǎng)逐漸增大，不減量處理時(shí)最佳，說(shuō)明根的縱向生長(zhǎng)量與追肥量呈正相關(guān)；而黑塌菜平均根直徑隨著追肥量提高先上升而后保持不變，CK處理、減量1/3處理與不減量處理時(shí)無(wú)明顯差異，說(shuō)明適量追肥可有效促進(jìn)根直徑生長(zhǎng)，過(guò)量時(shí)對(duì)黑塌菜根系橫向生長(zhǎng)無(wú)明顯促進(jìn)作用。

圖3 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜最大根長(zhǎng)的影響

圖4 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜平均根直徑的影響

2.4 追肥施用量對(duì)滴灌水肥一體化下黑塌菜產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

由圖5可得，滴灌水肥一體化下各處理黑塌菜產(chǎn)量表現(xiàn)為T2＞T5＞T1＞T3＞T4＞T6＞T9＞CK＞T8＞T7。當(dāng)追肥量一致時(shí)，青上水溶肥的增產(chǎn)效益明顯優(yōu)于桂湖水溶肥與迪斯科水溶肥。隨著追肥量的增加，黑塌菜產(chǎn)量先提高后趨于平緩，T1、T2、T5處理黑塌菜的產(chǎn)量無(wú)明顯差異，與其他處理差異顯著(P＜0.05)。相比常規(guī)撒施，滴灌水肥一體化下最高增產(chǎn)達(dá)到39.8%。

圖5 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜產(chǎn)量的影響

干物質(zhì)的積累與植物的光合作用和呼吸作用相關(guān)，干物質(zhì)積累量即兩作用的差值[12]。由圖6可知，除T7、T8、T9處理外，其余處理黑塌菜的干物質(zhì)量均顯著高于CK處理(P＜0.05)，但T1、T2、T3、T4、T5、T6處理黑塌菜干物質(zhì)量無(wú)明顯差異，說(shuō)明滴灌水肥一體化相比常規(guī)撒施能顯著提高黑塌菜干物質(zhì)量，適當(dāng)提高追肥量可促進(jìn)黑塌菜干物質(zhì)量的積累，過(guò)量追肥則無(wú)明顯變化。

圖6 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜干物質(zhì)量的影響

不同追肥施用量對(duì)黑塌菜可滴定酸的影響表現(xiàn)如圖7所示。各處理下黑塌菜可滴定酸含量表現(xiàn)為T2＞T3＞T1＞CK＞T5＞T6＞T4＞T9＞T8＞T7，T2處理下黑塌菜可滴定酸含量最高，為3.22%，與T1、T3、CK處理差異不顯著，遠(yuǎn)高于其他處理。T7處理黑塌菜可滴定酸含量處于最低水平，相比CK處理低24.83%，說(shuō)明追肥量對(duì)黑塌菜可滴定酸含量至關(guān)重要，隨著追肥量提高，黑塌菜可滴定酸含量穩(wěn)步上升，且相比桂湖水溶肥與迪斯科水溶肥，青上水溶肥更具優(yōu)勢(shì)。

圖7 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜可滴定酸的影響

可溶性固形物是植株重要的內(nèi)在品質(zhì)，包括糖、酸、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等[13]。從圖8可知，黑塌菜可溶性固形物含量總體來(lái)看，與追肥量呈正相關(guān)。T3處理的可溶性固形物含量最高，其次是T5，均顯著高于CK處理(P＜0.05)，而CK處理黑塌菜可溶性固形物又顯著高于T4、T7、T9處理。由此看來(lái)，桂湖水溶肥相比其他2種水溶肥不利于黑塌菜可溶性固形物含量的提升，且隨著肥料減少，黑塌菜可溶性固形物形成受到抑制。

圖8 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜可溶性固形物的影響

圖9表明，不同追肥施用量對(duì)黑塌菜還原糖的影響趨勢(shì)與干物質(zhì)量的變化基本一致。前6個(gè)處理無(wú)明顯差異，均顯著高于CK處理(P＜0.05)，T7、T8、T9處理黑塌菜還原糖含量與CK處理差異不顯著。T5處理最佳，T7處理最差，前者比后者還原糖含量高34.07%。說(shuō)明水肥一體化提高了黑塌菜對(duì)水肥的利用效率，促進(jìn)了還原糖的形成，而追肥量不足同樣對(duì)其起一定抑制作用。

圖9 追肥施用量與方式對(duì)黑塌菜還原糖的影響

2.5 追肥施用量對(duì)滴灌水肥一體化下黑塌菜水分生產(chǎn)率的影響

水分生產(chǎn)率是衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和農(nóng)業(yè)用水科學(xué)性與合理性的綜合指標(biāo)，反映了水量的投入產(chǎn)出效率，同時(shí)也是節(jié)水灌溉與高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)之一[14]。滴灌水肥一體化條件下，當(dāng)追肥量一定時(shí)，青上水溶肥處理下黑塌菜水分生產(chǎn)率處于最佳，且水分生產(chǎn)率隨著追肥量的提高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。其中T5處理水分生產(chǎn)率最高，與其他各處理差異顯著(P＜0.05)，T7處理最差，與T3、T8、CK無(wú)明顯差異。綜合產(chǎn)量、追肥量與灌水量三者，300 kg/hm2的追肥量明顯更具經(jīng)濟(jì)效益（表2），T1、T2、T3、CK處理水分生產(chǎn)率低于T4、T5主要是灌水量較多造成的，而T7、T8處理水分生產(chǎn)率低主要是因?yàn)楫a(chǎn)量較低。

表2 黑塌菜各處理單株灌水量與產(chǎn)量

3 結(jié)論

（1）水肥一體化滴灌可促進(jìn)植株水肥的利用，同追肥量下，黑塌菜產(chǎn)量最高提升了39.8%，干物質(zhì)量、可滴定酸、可溶性固形物與還原糖含量分別提升了38.6%、25.8%、7.0%、11.2%。

（2）滴灌水肥一體化條件下，3種水溶肥中青上水溶肥最適合黑塌菜生長(zhǎng)，單葉葉面積、最大根長(zhǎng)、產(chǎn)量指標(biāo)都處于最高水平，分別為66.07 cm2、31.3 mm、1166.7 kg/畝，可滴定酸、可溶性固形物、還原糖含量都位于前列，增產(chǎn)高效。

（3）考慮經(jīng)濟(jì)、品質(zhì)、產(chǎn)量等因素，水肥一體化滴灌條件下，每公頃追施300 kg青上水溶肥為蘇南地區(qū)黑塌菜的適宜施肥模式。

4 討論

肥料對(duì)作物生長(zhǎng)起關(guān)鍵作用，適當(dāng)?shù)姆柿嫌昧靠梢源龠M(jìn)作物生長(zhǎng)和改善生理指標(biāo)[15]，而肥料過(guò)量或肥料不足皆不利于作物生長(zhǎng)與產(chǎn)量的提升。不同作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的需求存在差異，水肥一體化下合適的水溶肥可以提供作物正常生長(zhǎng)所需元素，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育與高品質(zhì)[16]。董云萍等[17]優(yōu)化了云南小?？Х仁┓蚀胧Y(jié)果表明適當(dāng)減量施肥下作物在降低肥料用量同時(shí)產(chǎn)量得到保障，具有較高經(jīng)濟(jì)效益。姚紅艷等[18]通過(guò)試驗(yàn)篩選出對(duì)芥藍(lán)生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)改善等方面均有良好效果的水溶肥，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟嫠{(lán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

本試驗(yàn)中，施肥量對(duì)黑塌菜生長(zhǎng)生理都產(chǎn)生了顯著影響，隨著施肥水平提高，黑塌菜單葉葉面積不斷變大，這與袁宇霞[19]的研究結(jié)果類似。黑塌菜葉綠素含量隨施肥量增加呈現(xiàn)先增后減，韓雪[20]研究表明適宜施肥量可能加快了葉片葉綠素沉積。根系具有吸收土壤里面的水分、無(wú)機(jī)鹽及可溶性小分子有機(jī)質(zhì)的作用，并且支持、繁殖、貯存合成有機(jī)物質(zhì)。隨著施肥量增加，黑塌菜橫縱向生長(zhǎng)均不斷得到促進(jìn)，但達(dá)到一定量后橫向生長(zhǎng)促進(jìn)作用不明顯，這可能是由于盆栽的限制。楊曉慧[21]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，容器類型對(duì)根系發(fā)育起決定作用，大規(guī)格容器更有利于根系發(fā)育[22]。本研究發(fā)現(xiàn)，施肥量提高對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)起促進(jìn)作用，產(chǎn)量、干物質(zhì)量呈現(xiàn)先增后趨于穩(wěn)定，可滴定酸、可溶性固形物、還原糖含量不斷提高，其中減量施肥下還原糖含量最高，這與劉金平、趙偉[23-24]減量施肥對(duì)作物品質(zhì)影響的試驗(yàn)結(jié)果一致。從3種水溶肥看，青上水溶肥處理下更為高效，黑塌菜生長(zhǎng)促進(jìn)作用最明顯，產(chǎn)量與品質(zhì)最優(yōu)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，滿足現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。

筆者基于常熟董浜地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，研究不同水溶肥種類與肥料用量對(duì)黑塌菜生長(zhǎng)、品質(zhì)產(chǎn)量及水分利用效率的影響，得到一個(gè)適宜黑塌菜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的施肥制度。但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制度不僅包括肥料的種類和用量，在黑塌菜生產(chǎn)過(guò)程中肥料濃度、灌溉量、兩者的配比，不同生育期所需的水肥量等方面還有待深入研究。