基于設施番茄生產(chǎn)效益的最佳灌水量和控釋氯化鉀用量組合

郝 淼，曲兆鳴，李 兵，牛國梁，王龍林，李成亮

（土肥高效利用國家工程研究中心/山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，山東泰安 271018）

番茄是我國北方地區(qū)設施栽培的主要蔬菜之一，同時也是世界上最受歡迎的蔬菜之一，其營養(yǎng)價值和保健功效深受廣大消費者青睞[1]。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對番茄的需求量逐年增加，為溫室種植創(chuàng)造了巨大空間[2]。農(nóng)民為了獲得高產(chǎn)普遍采用大水和大肥，不僅浪費水肥資源[3]，引起土壤酸化及次生鹽漬化[4]，還降低了作物產(chǎn)量和品質(zhì)[5-7]。研究表明，水分與肥料在作物生長中具有顯著的交互作用[8-10]。Hamzei[11]研究指出，適宜的灌水量和施氮量組合可以顯著提高油菜產(chǎn)量和水氮利用效率。唐宏亮等[12]通過對比玉米根系生長參數(shù)發(fā)現(xiàn)，水分影響磷肥的吸收利用率，適量的磷素營養(yǎng)也能提高植株的水分利用效率，合理的水磷調(diào)控決定著作物生長以及對干旱的適應性。鉀作為植物細胞中最重要和最豐富的陽離子，直接參與了與植物耐旱脅迫相關的許多生理過程，包括氣孔開閉、滲透調(diào)節(jié)和酶激活[13-14]等，在植物水分代謝中起著不可或缺的作用。

常規(guī)鉀肥多為水溶性肥料，鉀素釋放速度快，易于淋失，在設施番茄生產(chǎn)中，需要多次追施以滿足對鉀素的需求[15]?？蒯屄然涀鳛橐环N新型鉀肥，降低了鉀素的釋放速度，在棉花[16-17]等作物生長初期一次性施入即可滿足作物對鉀素的需求，極大節(jié)省了勞動力投入。我們通過番茄盆栽試驗，探究了控釋氯化鉀及灌水的最佳用量組合，為優(yōu)化水肥管理、實現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的設施番茄生產(chǎn)提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與供試材料

盆栽試驗在山東省泰安市山東農(nóng)業(yè)大學“土肥高效利用國家工程研究中心”溫室內(nèi)進行，供試土壤為棕壤，pH 7.65 (水土比2.5∶1)、有機質(zhì)13.52 g/kg、硝態(tài)氮68.86 mg/kg、銨態(tài)氮7.82 mg/kg、有效磷23.20 mg/kg、速效鉀68.53 mg/kg。供試番茄品種為‘羅拉’，在華北平原廣泛栽培。試驗所用尿素(N 46%)、重過磷酸鈣 (P2O546%) 和普通氯化鉀 (K2O 60%)，由山東金正大生態(tài)工程集團股份有限公司提供?？蒯屄然浻蓢揖徔蒯尫柿瞎こ碳夹g研究中心提供，含K2O 54%，釋放期4個月，肥料顆粒表面的包膜材料由0.5%石蠟和4.5%聚氨酯組成[18]?？蒯屄然?5℃靜水釋放特征，依據(jù)中華人民共和國化工行業(yè)標準《控釋肥料》“HG/T 4215—2011”[19]中規(guī)定方法測定；土壤中養(yǎng)分釋放特征采用埋袋稱重法[20]測定。

1.2 試驗設計與管理

試驗設置控釋氯化鉀和灌水2個因素，控釋氯化鉀施用量設3個水平，具體為常規(guī)施肥量 (K2O施入總量為 804.0 kg/hm2) 的 100% (K100)、80% (K80，K2O 643.2 kg/hm2)、60% (K60，K2O 482.4 kg/hm2)；灌水量設3個梯度為高灌 (W100，90%～100%田間持水量)、中灌 (W80，72%～80%田間持水量)、低灌(W60，54%～60%田間持水量)；另設常規(guī)灌溉但不施鉀肥對照 (CK) 和常規(guī)灌溉和施用全量普通氯化鉀對照 (CF)。每個處理重復4次。每個處理N和P2O5投入總量分別為570.0、625.5 kg/hm2。尿素50%作為基肥，其余50%分4次追肥，按苗期∶開花期∶果實膨大期∶果實成熟期為1∶1∶2∶1的比例追施。重過磷酸鈣一次性基施。CF處理中普通氯化鉀20%作為基肥，其余80%同樣分4次追肥，按苗期∶開花期∶果實膨大期∶果實成熟期為1∶3∶3∶1的比例追施。施用控釋氯化鉀的處理均做基肥一次施入。

本試驗選用直徑30 cm、高36 cm，盆底有一個排水孔的陶土盆。每盆先加5 kg沙子在底部，土壤和肥料充分混勻后再裝入盆中，每盆裝30 kg風干土。2020年4月21日移栽4葉1心番茄幼苗，每盆一株，定植后當天澆水至田間持水量。7天后 (4月28日)，按各自處理灌溉量進行灌溉。試驗期間用TDR 300土壤水分監(jiān)測儀測定土壤含水量，用自來水維持土壤含水量 (TDR值∶W100，44.3%～46.7%體積含水量；W80，40.5%～42.1%體積含水量；W60，36.9%～38.2%體積含水量)。W100、W80和W60灌水梯度下番茄生長季的灌水總量分別為141.0、115.0和86.8 L (圖1)。在番茄株高30～40 cm時進行吊蔓，出現(xiàn)5穗果時打頂。根據(jù)當?shù)剞r(nóng)民的習慣進行雜草和病蟲害防治。

圖1 番茄苗期移栽后每周的灌水量Fig. 1 Weekly irrigation rate after tomato seedling transplantation

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 番茄生長指標的測定 采用日本Minolta公司生產(chǎn)的SPAD-502葉綠素儀，在開花期 (2020年5月13日)、果實膨大期 (2020年6月8日) 和果實成熟期 (2020年7月5日)，隨機抽取展開的10片功能葉測量葉片SPAD值。同時，采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6800型便攜式光合儀，于果實膨大期，在晴朗、光照充足的上午9：00—11：00測定葉片凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率等光合參數(shù)。

1.3.2 果實品質(zhì)指標的測定 在果實成熟期，從每個處理中選擇3個大小、色澤及發(fā)育狀況一致的果實，用榨汁機榨取果汁，將果汁通過0.8 mm的篩子，把種子和表皮從汁液中分離出來后，選用均勻的番茄汁測定各品質(zhì)指標。Vc含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定，可溶性糖和可溶性固形物的含量分別用蒽酮比色法和折光率儀測定。

1.3.3 產(chǎn)量及全鉀含量的測定 番茄果實成熟后，利用電子天平稱量每盆果實產(chǎn)量。2020年8月23日試驗結(jié)束后，從每個處理中取除果實外植株地上部分和完整根系，用去離子水清洗，在105℃下殺青30 min，65℃烘干至恒重，記錄干物質(zhì)量后，再用小型磨樣機粉碎，H2SO4-H2O2聯(lián)合消解，火焰光度法測定植株全鉀濃度。果實中全鉀濃度的測定方法同上。

1.3.4 土壤樣品的采集和分析 在開花期 (2020年5月25日)、果實膨大期 (2020年6月28日)、果實成熟期 (2020年7月31日) 和采收期 (2020年8月23日) 分別取土壤樣品，取樣時距根系10 cm處用土鉆 (Φ = 3 cm) 對稱取2鉆土，取土過程中挑出被帶出的控釋肥料顆粒，然后放回鉆孔中并覆土，取出土樣后立即放入自封袋中，取樣深度為0—20 cm。帶回實驗室待樣品自然風干后，磨細過2 mm篩，供分析化驗用。

土壤性質(zhì)按照土壤農(nóng)業(yè)化學標準分析方法測定：土壤速效鉀含量用1 mol/L NH4Ac (pH = 7) 浸提—火焰光度法測定；土壤pH使用pH計測定 (水土比5∶1)；土壤電導率 (EC) 使用電導率儀測定 (水土比5∶1)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計方法

番茄整個生育期內(nèi)的總耗水量采用水量平衡法[21]來計算：

式中，ET為作物蒸騰量即耗水量 (mm)；Pr為有效降雨量 (mm)；I為灌水量 (mm)；U為地下水補給量(mm)；R為地表徑流損失量 (mm)；D為深層滲漏量(mm)；ΔW為試驗初期到末期土壤儲水量的變化量(用TDR 300土壤水分儀測定土壤含水量，進而計算得出)，單位為mm。由于試驗地點位于溫室內(nèi)，室外降雨不會產(chǎn)生影響，故Pr= 0，又因為設計的單次灌水量較少，不足以形成深層滲漏，所以整個試驗過程中沒有水從盆中滲出，故R和D都可以忽略不計，盆栽試驗不涉及地下水位，即U= 0。

因此，總耗水量公式可簡化為：

式中，I為灌水量，ΔW為試驗初期到末期土壤儲水量的變化量。

水分利用效率 (WUE) 為植株單位蒸騰耗水量所生產(chǎn)的果實鮮質(zhì)量，WUE (kg/m3) =Y/ET，其中Y為果實產(chǎn)量 (g/pot)。

采用Microsoft Excel 2010軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析，SAS 8.0統(tǒng)計軟件進行方差分析 (ANOVA)和Duncan’s檢驗 (P<0.05)，并使用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

番茄產(chǎn)量和WUE受控釋氯化鉀和灌水的影響，且達到極顯著 (P<0.01) 水平 (表1)。同時，施肥與灌溉對番茄產(chǎn)量和WUE存在極顯著 (P<0.01) 的交互作用。K80施鉀水平較K100和K60的番茄產(chǎn)量分別提高了4.3%和10.6%，WUE分別提高了4.0%和10.6%。W80灌水梯度較W100和W60顯著提高了番茄產(chǎn)量，增產(chǎn)9.8%～16.0%。WUE隨灌水量的減少而增加，與W100相比，W80的WUE提高了34.6%。K80W80處理番茄產(chǎn)量最高，比其它施鉀處理增產(chǎn)5.5%～29.4%，同時具有較高的WUE。

表1 不同處理番茄產(chǎn)量和水分利用效率Table 1 Tomato yield and water use efficiency (WUE)under different treatments

2.2 不同處理對番茄果實品質(zhì)的影響

由表2可知，控釋氯化鉀對番茄果實可溶性固形物含量有極顯著 (P<0.01) 影響，灌水對Vc(P<0.01)、可溶性糖 (P<0.05) 和可溶性固形物(P<0.01) 含量均有不同程度的影響。Vc、可溶性糖、可溶性固形物含量隨水鉀用量的升高均先增后降。K80施鉀水平較K100和K60的Vc含量提高了3.4%～3.9%，可溶性糖含量提高了2.2%～6.5%，可溶性固形物含量提高了3.5%～7.4%。W80灌水梯度較W100和W60的Vc含量增加了6.8%～24.0%，可溶性糖含量增加了5.6%～8.8%，可溶性固形物含量增加了6.6%～9.2%。與其他施鉀處理相比，K80W80的Vc、可溶性糖和可溶性固形物含量分別增加了5.1%～32.4%、0.3%～15.2%和4.4%～17.8%。

表2 不同處理番茄果實品質(zhì)指標Table 2 Tomato fruit quality index under different treatments

2.3 不同處理對番茄葉片SPAD值和光合性能的影響

在番茄生長的3個關鍵時期，控釋氯化鉀和灌水對葉片SPAD值均產(chǎn)生了極顯著 (P<0.01) 影響。如圖2所示，在相同生育期，由同一施鉀水平下3個不同灌水量處理的SPAD平均值可得，葉片SPAD值開花期大小順序為K80>K100>K60，果實膨大期和成熟期大小順序均為K100>K80>K60。與W100和W60相比，W80在開花期、果實膨大期和成熟期的SPAD值分別增加了4.8%～12.0%、1.7%～9.4%和4.6%～14.5%。與CF處理相比，K80W80在開花期、果實膨大期和成熟期的SPAD值分別增加了26.1%、2.1%和9.7%。

圖2 不同處理番茄葉片SPAD值Fig. 2 Tomato leaf SPAD value under different treatments

控釋氯化鉀和灌水對番茄葉片各光合性能指標均有極顯著 (P<0.01) 影響，兩者的交互作用也達到極顯著水平 (表3)。K80較K100和K60的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率分別顯著增加了4.3%～10.9%、6.5%～11.9%和3.6%～9.5%。W80較W100和W60的凈光合速率和蒸騰速率分別顯著提高了4.1%～10.3%和8.4%～16.6%，氣孔導度隨灌水量的增加而增加。與其他施鉀處理相比，K80W80凈光合速率提高了2.8%～25.7%，蒸騰速率提高了6.9%～41.4%。

表3 不同處理番茄光合指標Table 3 Tomato photosynthetic indexes under different treatments

2.4 不同處理對番茄生物量、鉀吸收量和鉀肥利用效率的影響

表4結(jié)果表明，除果實生物量外，控釋氯化鉀和灌水對各項指標均產(chǎn)生了極顯著 (P<0.01) 影響，在植株生物量和鉀肥利用效率上二者的交互作用達顯著水平 (P<0.05)。在施鉀水平上，K80較K100和K60的植株生物量、果實全鉀含量和總吸鉀量 (植株和果實) 分別顯著提高了3.1%～6.0%、1.5%～3.8%和3.4%～7.8%，鉀肥利用效率隨控釋氯化鉀施用量的減少而增加，水分管理方面，W80整體表現(xiàn)最佳，與W100和W60相比，鉀肥利用效率顯著提高了6.3～7.1個百分點；與其它施鉀處理相比，K80W80植株生物量、果實全鉀含量和總吸鉀量分別提高了4.2%～13.3%、0.7%～7.8%和3.5%～25.1%。

表4 不同處理番茄生物量及鉀素的吸收和利用效率Table 4 Tomato biomass, K uptake and utilization efficiency under different treatments

2.5 控釋氯化鉀養(yǎng)分釋放特征以及不同處理對土壤速效鉀含量的影響

在25℃靜水浸提條件下，控釋氯化鉀鉀素釋放曲線 (圖3) 呈“S”型，前21天為養(yǎng)分緩慢釋放的遲滯期，該時間段內(nèi)鉀素累積釋放12.1%；隨后22～91天進入鉀素釋放的加速期，70天內(nèi)累積64.6%的鉀素被釋放；92～119天為鉀素減速釋放的減衰期，該時間段內(nèi)鉀素累積釋放8.4%。緩控釋肥料行業(yè)評價標準 (GB/T 23348—2009) 規(guī)定“釋放期內(nèi)肥料養(yǎng)分釋放總量不能低于80%”，該控釋氯化鉀在105天內(nèi)已累積釋放鉀素82.4%，符合要求。

圖3 控釋氯化鉀在25℃靜水和埋于不同灌水梯度下土壤中釋放特征曲線Fig. 3 Release characteristic curves of controlled-release potassium chloride in 25℃ water and soil under different irrigation gradients

田間條件下的養(yǎng)分釋放特征更能反映肥料實際供肥速率與肥效長短。控釋氯化鉀在不同灌水梯度土壤中的鉀素釋放特征曲線 (圖3) 均呈“S”型。在W100、W80、W60灌水梯度下，前21天鉀素分別累積釋放19.0%、10.4%、8.8%；22～91天鉀素分別累積釋放69.2%、70.5%、60.9%；92～119天鉀素分別累積釋放2.3%、3.7%、9.9%；試驗結(jié)束時，鉀素分別累積釋放90.5%、84.6%、79.6%。

在番茄生長的4個時期中，表層 (0—20 cm) 土壤速效鉀含量受控釋氯化鉀和灌水的極顯著 (P<0.01)影響。在果實膨大期和采收期，施肥與灌溉對土壤速效鉀含量有極顯著 (P<0.01) 的交互作用。由圖4可知，在相同生育期，由同一施鉀水平下3個不同灌水量處理的土壤速效鉀平均含量可得，開花期、果實膨大期、果實成熟期和采收期4個時期的土壤速效鉀含量大小順序均為K100>K80>K60。與W100和W60相比，W80在果實膨大期、成熟期和采收期土壤速效鉀含量顯著提高了3.4%～17.7%、7.4%～13.3%和10.7%～20.7%。

圖4 不同處理土壤速效鉀含量的動態(tài)變化Fig. 4 Dynamics of soil available potassium content under different treatments

2.6 不同處理對土壤pH和電導率的影響

控釋氯化鉀和灌水對土壤pH和電導率均產(chǎn)生了極顯著影響 (P<0.01)，二者的交互作用對pH(P<0.01) 和電導率 (P<0.05) 影響程度不同 (表5)。在不同施鉀水平下，pH和電導率表現(xiàn)出的規(guī)律不同。pH方面，K80顯著高于K100和K60施鉀水平，而電導率與施鉀水平表現(xiàn)出明顯的正相關性。W80灌水梯度下pH提高了0.9%～2.1%，電導率降低了4.9%～8.2%。K80W80與其它施鉀處理相比，pH增加了0.6%～4.5%；K80W80處理較其它控釋氯化鉀處理的電導率降低了0.4%～18.0%。

表5 不同處理的土壤pH和電導率Table 5 Soil pH and EC under different treatments

3 討論

3.1 控釋氯化鉀和灌水互作對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和生物量的影響

Oweis等[22]和王新等[23]通過水氮耦合研究表明，在一定范圍內(nèi)增加施肥量和灌水量能提高棉花和番茄產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，在番茄增產(chǎn)上，K80和W80分別是鉀肥和灌水的最佳用量，K80W80處理產(chǎn)量可達3392 g/pot。作物一定時期的營養(yǎng)狀況可通過生物量側(cè)面反映。本試驗結(jié)果顯示，中高灌水量和控釋氯化鉀施用量有效提高了番茄植株生物量，而果實生物量則是中低量的水分和鉀肥優(yōu)勢明顯，這應該是由番茄自身遺傳因素和生活環(huán)境所致，過量的水鉀供應使前期植株生長旺盛，但是后期果實卻得不到必需的水分和養(yǎng)分，而適宜的水肥協(xié)作可以同時兼顧二者，這也體現(xiàn)了植物的可塑性分配[24]。秦啟杰等[25]研究指出，中水中肥的組合顯著促進了紫甘藍對各養(yǎng)分的吸收，同時產(chǎn)量也是最高，說明適宜的水肥供應有利于作物對水分和養(yǎng)分的吸收，進而提高產(chǎn)量[26]。本研究發(fā)現(xiàn)，番茄產(chǎn)量與總吸鉀量以及果實全鉀含量隨水鉀用量的變化規(guī)律一致，而植株全鉀含量隨水鉀用量的增加而增加，可見植株對環(huán)境的變化非常敏感。水肥互作的關鍵在于以水促肥、以肥調(diào)水[27]，通過水肥間的促進效應達到作物增產(chǎn)的效果，對于設施蔬菜高產(chǎn)高效生產(chǎn)具有十分重要的意義。

Vc、可溶性糖和可溶性固形物含量是衡量果實內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標[28]。杜少平等[29]研究表明，種植密度和施氮量均顯著影響西瓜品質(zhì)，但兩者互作效應不顯著?？讘c波等[30]3年研究結(jié)果顯示，在滴灌條件下，施鉀量為常規(guī)用量的80%可以改善香蕉品質(zhì)，多則無益。武云霞等[31]在稻米水氮耦合研究中指出，灌水量和施氮量對于提高作物品質(zhì)均存在最大值。本試驗發(fā)現(xiàn)，控釋氯化鉀和灌水的交互作用對番茄果實品質(zhì)的影響不顯著 (P>0.05)，品質(zhì)變化幅度與水鉀供給水平密切相關。因Vc、可溶性糖、可溶性固形物含量均隨水鉀用量的增加呈先升后降的趨勢，說明適宜用量可提高作物品質(zhì)，重度水分或養(yǎng)分脅迫下則使品質(zhì)不再提高甚至下降。由表2可知，影響Vc和可溶性糖含量的環(huán)境因子的大小順序為灌水>控釋氯化鉀>水鉀交互作用，說明灌水量是調(diào)控果實品質(zhì)的主導因素?？蒯屄然泴扇苄蕴呛坑绊懖伙@著 (P>0.05)，而對可溶性固形物含量的影響達到極顯著 (P<0.01) 水平，說明控釋氯化鉀和可溶性固形物的其他組成物質(zhì)之間可能存在作用，這還需后期進行研究。

3.2 控釋氯化鉀和灌水互作對鉀、水分利用效率及葉片生理特性的影響

水分和鉀素是影響?zhàn)B分吸收利用的兩大環(huán)境因素。本試驗結(jié)果顯示，K80、W80的總吸鉀量較其它施鉀水平和灌水梯度分別有不同程度的提高，可見土壤過干或過澇、施肥量過多或過少均制約著作物對養(yǎng)分的吸收[32]。盆栽番茄根系較淺，養(yǎng)分吸收能力遠不及大田作物，這就要求番茄應遵從“少量多次”的施肥模式，而控釋氯化鉀一次性基施便可達到此效果。胡曉輝等[33]和Bhattacharyya等[34]研究指出，灌水量和養(yǎng)分濃度對肥料利用效率影響顯著且均存在閾值，本試驗僅灌水量得出相同結(jié)論，鉀肥利用效率隨土壤鉀素含量的升高反而降低，其原因可能是作物存在養(yǎng)分需求上限，當番茄積累足夠的養(yǎng)分后，多余的鉀肥對番茄吸收鉀素無顯著促進作用，所以隨著施肥量的增多，肥料利用效率呈下降趨勢。在本研究中，控釋氯化鉀處理的總吸鉀量和鉀肥利用效率均顯著高于普通氯化鉀處理，可見施用控釋氯化鉀不僅提高了養(yǎng)分的吸收與利用，而且有效優(yōu)化了施肥模式，減少了人工投入。同時，水鉀互作也在影響著水分利用效率。本研究顯示，水分利用效率(WUE)隨施肥量的增加呈先上升后下降的趨勢，在K60到K80之間正增長，K80到K100之間負增長，可見多施肥不能提高WUE，只會造成肥料浪費，WUE隨灌水量的增加顯著下降。王鵬勃等[35]通過建立水、肥與WUE回歸方程可知，WUE隨施鉀水平的增加呈拋物線趨勢，與灌水梯度呈向下的線性關系。栗麗等[36]對冬小麥研究指出，在生育期灌水的條件下，氮肥用量0～210.0 kg/hm2提高了WUE，超過210.0 kg/hm2就會產(chǎn)生負效應，而灌水量與WUE呈正比關系，與本研究結(jié)果相反的原因可能是研究對象不同，番茄是一種需水量較大的作物，但根系又承受不了過度的水分脅迫，大量灌水也只會浪費水資源。

光合作用是植株有機物生產(chǎn)與積累的基本過程，其性能關系到作物產(chǎn)量高低[37]。李生秀等[38]研究表明，施肥可以改善葉片光合能力，增加同化物含量。葉林等[39]研究指出，甜瓜葉片的凈光合速率隨施肥量的增加先增加，達到峰值后降低。李邵等[40]發(fā)現(xiàn)，水肥耦合對黃瓜葉片凈光合速率和蒸騰速率影響規(guī)律相同，但是不同水分脅迫下隨施肥量的變化規(guī)律不一致。本試驗結(jié)果顯示，隨施鉀水平的增加，凈光合速率和蒸騰速率呈“低—高—低”的趨勢。另外，番茄全生育期葉片SPAD值呈先升后降的趨勢，K100始終維持在較高水平，凈光合速率和蒸騰速率卻是K80優(yōu)勢明顯，說明增施肥料有利于提高SPAD值，但是對作物增產(chǎn)并無實際貢獻。水肥對光合性能的影響是不同的。土壤水分作為影響植物生長速率的關鍵性因子，是通過引起葉片氣孔開關以及限制新陳代謝功能來調(diào)節(jié)植株的光合作用[41]。陳華斌等[42]研究發(fā)現(xiàn)，葉片氣孔導度隨灌水量的增加而增加。馬瑾等[43]認為，土壤水分過高或過低都會抑制作物蒸騰速率，只有水分維持在中等水平才會使蒸騰速率最大化。通過本研究還可以從另一方面解釋WUE變化的原因，灌水量不同時，番茄蒸騰速率增加或降低幅度均大于果實增產(chǎn)或減產(chǎn)幅度，所以WUE隨灌水量的增加而降低。水肥互作對作物光合特性的影響機制比較復雜，有待今后的系統(tǒng)研究。

3.3 控釋氯化鉀和灌水互作對土壤性質(zhì)的影響

土壤速效養(yǎng)分是反映土壤肥力的重要指標，表征可被當季作物吸收利用的養(yǎng)分含量[44]。在盆栽試驗中，土壤鉀素的消耗主要是作物吸收，補給主要來自肥料[45]。本試驗條件下，番茄幼苗移栽時平均氣溫26.8℃，有利于控釋氯化鉀釋放鉀素。本研究發(fā)現(xiàn)，W100僅在開花期土壤速效鉀含量最高，之后3個時期均是W80顯著高于W100和W60灌水梯度。Qu等[28]研究表明，高灌處理下控釋氯化鉀受水分和溫度綜合調(diào)控快速釋放鉀素 (圖3)，導致土壤速效鉀含量迅速升高，迫使植株在前期過度吸收養(yǎng)分。然而等到作物最大養(yǎng)分利用期，控釋氯化鉀鉀素釋放緩慢，致使土壤缺鉀，植株對鉀素的吸收相應減少[46]。由于W60長期處于缺水狀態(tài)，使得控釋氯化鉀鉀素釋放速率最慢 (圖3)，土壤速效鉀含量始終最低。土壤速效鉀含量在果實膨大期到成熟期急劇下降，說明該階段是番茄鉀素吸收高峰期 (圖4)，吳建繁等[47]研究也證明了這一規(guī)律，W80下控釋氯化鉀養(yǎng)分釋放速率早期緩慢，恰在這一階段達到頂峰 (圖3)，由此推測出在W80灌水梯度下控釋氯化鉀鉀素釋放與番茄吸收需求相契合。

相關研究表明[48-49]，土壤酸化是土壤退化的重要方面之一，同時嚴重影響著作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，表征為pH降低。鉀肥通過釋放交換性鹽基離子 (K+)替代土壤膠體上吸附的交換性氫離子 (H+) 從而降低了土壤pH，趙晶等[50](純鉀)、馬凌云等[51](氯化鉀)和崔光芬等[52](硫酸鉀) 分別施用不同含鉀肥料皆證實了這一觀點。本試驗結(jié)果與之相反，原因可能是控釋氯化鉀在釋放K+的同時，也在同步釋放Cl-，由于Cl-的存在，很大程度抵消了替代作用[53]，pH不降反增，但番茄是忌氯作物，實際生產(chǎn)中不宜過多投入控釋氯化鉀。電導率能反映土壤溶液中可溶性離子濃度，也能在一定程度上表示土壤鹽漬化程度[54]，以水控鹽、以肥控鹽是防止土壤退化的重要手段。本研究中，W80灌溉梯度下電導率最小，這可能是由于在適宜的灌水量和養(yǎng)分狀況下，植物從土壤中吸收大量養(yǎng)分，導致土壤中養(yǎng)分離子濃度降低，最終土壤表現(xiàn)為較低的電導率。緱兆輝等[55]認為，在施肥量越多，灌溉量越小的情況下，土壤電導率增加就越顯著，這也在一定程度上印證了本試驗結(jié)果。

4 結(jié)論

與全量普通氯化鉀多次施用相比，全量控釋氯化鉀減少20%且一次性施用與72%～80%田間持水量，在促進設施番茄生長、提高水鉀利用效率及改善土壤性質(zhì)方面具有顯著的交互效應，合理的水鉀協(xié)同作用保證了葉片在關鍵生育期內(nèi)光合性能和SPAD值維持在較高水平，為高產(chǎn)奠定基礎；增加了果實中Vc、可溶性糖和可溶性固形物含量，進一步改善果實品質(zhì)；促進了番茄對水分、養(yǎng)分的利用，實現(xiàn)番茄生產(chǎn)節(jié)水減肥；提高了土壤pH，降低了電導率，減輕了設施生產(chǎn)中土壤酸化和鹽漬化。由于控釋氯化鉀的存在，顯著提高了土壤速效鉀含量，尤其保證了需鉀高峰期養(yǎng)分的持續(xù)供應。在本試驗條件下，綜合番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用效率，當田間持水量為72%～80%，K2O用量為0.76 g/kg時表現(xiàn)最佳，可作為設施番茄栽培中灌水和施肥的最優(yōu)推薦量，同時本研究為設施番茄水肥一體化技術的推廣應用提供了技術參數(shù)。