水肥一體追肥減量對(duì)黃心菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量及基質(zhì)環(huán)境的影響

陳哲棟，侯會(huì)靜，徐 曉，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，江蘇蘇州 215534；3江蘇綠博生物科技有限公司，江蘇蘇州 215534）

0 引言

蔬菜種植業(yè)在中國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒數(shù)據(jù)，2019年中國(guó)蔬菜園藝總產(chǎn)值24519.9億元，比2018年增長(zhǎng)了4.4%，占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的38%[1]。而蔬菜種植對(duì)肥料的需求量大，中國(guó)蔬菜化肥養(yǎng)分用量平均值為1092.0 kg/hm2，是全國(guó)農(nóng)作物化肥養(yǎng)分用量的3.3倍[2]，且肥料利用率也低于主要糧食作物[3-4]。黃心菜(Brassica pekinensisLour.Rupr.)，屬十字花科蕓薹屬種的白菜亞種，具有葉片肥厚細(xì)嫩、纖維少、營(yíng)養(yǎng)豐富等特點(diǎn)[5]，是常熟市董浜地區(qū)秋冬季主要蔬菜作物之一。近年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)在當(dāng)?shù)匕l(fā)展迅速，但菜農(nóng)對(duì)水肥一體化認(rèn)知較少，大量設(shè)施閑置或未發(fā)揮其最大作用。因此，研究水肥一體化條件下黃心菜的施肥管理，對(duì)提高當(dāng)?shù)胤柿侠寐?、蔬菜?jīng)濟(jì)效益等具有重要意義。

水肥一體化技術(shù)是利用微灌系統(tǒng)，根據(jù)作物的需水、需肥規(guī)律和土壤水分、養(yǎng)分狀況，將肥料和灌溉水一起適時(shí)、適量、準(zhǔn)確地輸送到作物根部土壤，提供給作物吸收[6-7]。推廣水肥一體化是提高蔬菜肥料利用率的有效對(duì)策[8-9]。李建明等[10]對(duì)番茄的試驗(yàn)表明，水肥一體化條件下發(fā)揮水肥的協(xié)同作用存在一定的閾值，在閾值范圍內(nèi)水肥調(diào)控可提高作物水分利用效率和產(chǎn)量，超出閾值范圍水分利用效率和產(chǎn)量均會(huì)下降。朱雨萌等[11]對(duì)微潤(rùn)灌水肥一體化條件下適合小白菜生長(zhǎng)的施氮濃度研究得出，低濃度施氮水平下，小白菜各生長(zhǎng)指標(biāo)隨著施氮濃度升高而升高；而高濃度施氮水平對(duì)植株生長(zhǎng)有抑制作用。以往研究主要集中在瓜果類蔬菜在水肥一體化條件下生長(zhǎng)和產(chǎn)量的響應(yīng)規(guī)律，但對(duì)葉菜類蔬菜的相關(guān)研究較少[12]，且葉菜類蔬菜與瓜果類蔬菜在生長(zhǎng)方式、采收部位以及產(chǎn)量計(jì)算范圍上有較大差異。因此，本研究以日光溫室基質(zhì)栽培黃心菜為研究對(duì)象，以農(nóng)戶常規(guī)撒施模式為對(duì)照，設(shè)置水肥一體化條件下不同施肥量的處理組，探索黃心菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)力和基質(zhì)環(huán)境對(duì)水肥一體化的響應(yīng)規(guī)律，以期為實(shí)現(xiàn)黃心菜種植節(jié)水節(jié)肥，提質(zhì)增效目標(biāo)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

本試驗(yàn)于2020年10月—2021年1月在江蘇省常熟市董浜鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)（東經(jīng)：120°58′24.19″，北緯：31°69′10.28″）的單層薄膜大棚內(nèi)進(jìn)行。供試品種為‘綠黃金F1’，苗齡為30天，于10月31號(hào)定植，12月29號(hào)對(duì)樣品進(jìn)行采收?；|(zhì)栽培相比土壤栽培具有更好的通透性，有利于作物根系生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)吸收，已在設(shè)施蔬菜中大量應(yīng)用[13-15]，故本試驗(yàn)采用盆栽基質(zhì)栽培的方法，將椰殼：椰糠：珍珠巖：蛭石=1:1:0.2:0.3混勻裝入上口徑為30 cm，體積約10 L的塑料桶中，每桶定植黃心菜一株?；|(zhì)容重為0.33 g/cm3，總孔隙為64.6%，持水孔隙度為30.6%，pH為6.58，EC1:5值為0.52 mS/cm。

試驗(yàn)中每7桶為一個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)獨(dú)立用一套簡(jiǎn)易水肥一體化裝置。裝置主要由水箱、微型隔膜泵（最大壓力：0.65 Mpa，額定流量：4.2 L/min）、壓力表、輸水管道、壓力補(bǔ)償式滴頭和一出二滴箭組成。滴頭間距為30 cm，流量為4.0 L/h，每桶配滴頭一個(gè)，滴箭埋置于作物兩側(cè)。追肥時(shí)將水溶肥充分溶解后裝入水箱通過該裝置對(duì)作物進(jìn)行追肥，灌溉時(shí)則裝入清水。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)基肥均用45000 kg/hm2綠加博液態(tài)廚余有機(jī)肥+225 kg/hm2復(fù)合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)。追肥設(shè)3個(gè)梯度，其中常規(guī)追肥量為450 kg/hm2大量元素水溶肥(N-P2O5-K2O=26-10-15+TE)。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，具體見表1。每個(gè)處理以小區(qū)為單位重復(fù)3次，共21株。各個(gè)小區(qū)無(wú)規(guī)則南北向排列在溫室大棚內(nèi)。試驗(yàn)共設(shè)2次追肥，分別開始于定植后的第11天和第21天，水肥一體化處理組采用水肥一體化滴灌施肥裝置追肥，一次追5天；對(duì)照組則將肥料撒施在基質(zhì)表面并用少量基質(zhì)覆蓋后用清水澆灌。其他管理措施一致。

表1 試驗(yàn)處理表

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

作物生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：從定植后第10天開始，對(duì)黃心菜開展度和葉片數(shù)進(jìn)行測(cè)定，每10天測(cè)定一次。并且于黃心菜生長(zhǎng)初期、中期和后期測(cè)定黃心菜最大葉長(zhǎng)葉寬，用橢圓公式計(jì)算其葉面積。

產(chǎn)量及肥料偏生產(chǎn)力(partial factor productivity of fertilizer,PFP)：定植后的第60天，即黃心菜成熟后，對(duì)所有處理進(jìn)行實(shí)收，并用電子天平稱取單株產(chǎn)量。

式中，PFP為肥料偏生產(chǎn)力，kg/kg；Y為產(chǎn)量，kg/株；F為全生育期投入的N、P2O5、K2O總量，kg/株。

基質(zhì)理化性質(zhì)：取深度為15 cm，距植株為3～5 cm處的基質(zhì)樣本，每個(gè)小區(qū)取5處。采用堿解氮擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮含量[16]；采用pH計(jì)法測(cè)定pH；采用電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率(electrical conductivity,EC)值。其中pH采用2.5:1浸提法，EC值采用1:5浸提法[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2017軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行方差分析，差異顯著性采用Duncan法進(jìn)行多重比較(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥一體化對(duì)黃心菜單株產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的影響

由表2可見，CK處理單株產(chǎn)量最低，水肥一體化處理隨追肥用量減少而降低。相比CK，水肥一體化處理組單株產(chǎn)量均有顯著(P＜0.05)提高，其中T1處理單株產(chǎn)量提高51.61%，T2處理單株產(chǎn)量提高44.15%，T3處理單株產(chǎn)量提高29.28%。由此看出，水肥一體化滴灌可顯著提高黃心菜產(chǎn)量，增產(chǎn)可達(dá)50%。水肥一體化處理組之間，T1與T2的單株產(chǎn)量無(wú)顯著差異，但低施肥水平的T3處理單株產(chǎn)量相比T1、T2受到顯著抑制作用。從表2還可看出，各組之間PFP均存在顯著差異。其中T3處理PFP最高，為139.55 kg/kg，水肥一體化處理組中PFP隨肥料總施入量的增加而降低，而CK的PFP最低，僅有58.01 kg/kg。根據(jù)相關(guān)分析，水肥一體化條件下PFP與肥料投入總量呈線性負(fù)相關(guān)，R2=0.9878，達(dá)極顯著水平。由此看來，水肥一體化相比撒施可顯著提高PFP；水肥一體化條件下追肥減施可提高PFP。

表2 不同處理對(duì)黃心菜產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的影響

2.2 水肥一體化對(duì)黃心菜生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

各處理的生長(zhǎng)指標(biāo)可見圖1～圖3。水肥一體化處理與CK相比，葉片數(shù)、開展度和最大葉面積都具有明顯優(yōu)勢(shì)。在黃心菜的生長(zhǎng)后期，水肥一體化處理組的葉片數(shù)多余CK，大約多3片；T1、T2、T3處理組的最大葉面積相對(duì)于CK分別增大了48.94%、37.70%和31.68%；水肥一體化處理組的開展度相比CK增大了14.20%～21.64%。第一次追肥后（移栽后20天），水肥一體化處理組的開展度顯著大于CK，尤其是T1處理表現(xiàn)最優(yōu)，是CK的1.31倍，但水肥一體化處理組之間差異不大。第二次追肥后（移栽后30天)，處理T1葉片數(shù)增速不及處理T2、T3，且在移栽后40天各處理葉片數(shù)基本一致；處理T2開展度增幅最快，且在生長(zhǎng)中期短暫超過T1處理。從全生長(zhǎng)周期看，CK的開展度和葉片數(shù)增速較平穩(wěn)，而水肥一體化處理組開展度增速表現(xiàn)為先快后緩。

圖1 不同處理對(duì)黃心菜葉片數(shù)的影響

圖2 不同處理對(duì)黃心菜開展度的影響

圖3 不同處理黃心菜不同生長(zhǎng)時(shí)期的葉面積的影響

2.3 水肥一體化對(duì)基質(zhì)理化性質(zhì)的影響

由表3可見，采收后基質(zhì)中堿解氮含量表現(xiàn)為T1＞T2＞CK＞T3，EC值表現(xiàn)為T1＞CK＞T2＞T3，pH無(wú)顯著差異，但均比定植前高。T1處理的基質(zhì)中堿解氮含量最高，為92.56 mg/kg，相比CK顯著提高了75.84%。T2處理與CK堿解氮含量無(wú)顯著差異，T3處理堿解氮含量顯著最小。

表3 不同處理對(duì)基質(zhì)堿解氮含量、EC1:5、pH的影響

不同施肥處理同時(shí)還會(huì)對(duì)基質(zhì)EC值產(chǎn)生一定影響。水肥一體化條件下，施肥量越大則表現(xiàn)為EC值越高，其中T1處理EC值為0.90 mS/cm，顯著大于其他施肥處理。另外，CK處理的EC值要顯著小于同樣常規(guī)追肥量的T1處理。

3 結(jié)論

（1）水肥一體化可顯著提高黃心菜產(chǎn)量。與常規(guī)施肥模式相比，水肥一體化條件下等量施肥量可增產(chǎn)51.61%，追肥減施33.4%和66.7%的情況下分別可增產(chǎn)44.15%和29.28%。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用水肥一體化可適當(dāng)降低施肥量來提高肥料偏生產(chǎn)力。

（2）水肥一體化有利于提高黃心菜生長(zhǎng)指標(biāo)，相比常規(guī)施肥可增加葉片數(shù)約3片，提高開展度14.20%～21.64%，增加葉面積31.70%～48.94%。第一次追肥后黃心菜的葉片數(shù)和開展度相比撒施對(duì)照提高更快，為后期生長(zhǎng)提供良好的基礎(chǔ)，是其提高產(chǎn)量的一個(gè)重要原因。

（3）相較常規(guī)施肥，水肥一體化可有效提高基質(zhì)中堿解氮含量。水肥一體化條件下基質(zhì)中堿解氮含量和EC值均與肥料投入量呈正相關(guān)。

4 討論

黃心菜主要以蓮座葉為產(chǎn)品，葉片數(shù)和葉重是影響單株產(chǎn)量的主要原因。其中葉重的增大主要依靠葉面積的增大和葉柄的增重來實(shí)現(xiàn)。生長(zhǎng)初期葉面積的增長(zhǎng)速度較快，而到生長(zhǎng)后期葉面積增大變緩，葉柄快速增重。因此，要提高黃心菜的產(chǎn)量，應(yīng)在生長(zhǎng)前期快速提高葉片數(shù)、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)。本試驗(yàn)中，黃心菜葉片數(shù)增速總體表現(xiàn)為定植40天內(nèi)先快后緩（成長(zhǎng)葉，產(chǎn)量的主要組成部分），定植第40～50天快速增加（較小的稚葉，對(duì)產(chǎn)量影響較?。蠓啪?。水肥一體化條件下黃心菜開展度增速表現(xiàn)為先快后緩，常規(guī)施肥處理開展度在50天內(nèi)增速平緩，生長(zhǎng)末期開展度減小主要原因是前期葉脫落、葉尖向外翻卷所致。葉面積方面，水肥一體化處理組各階段均顯著大于常規(guī)處理。由此可見，水肥一體化處理有利于提高黃心菜生長(zhǎng)指標(biāo)，尤其在追肥后快速促進(jìn)黃心菜葉片數(shù)和葉面積的增長(zhǎng)，為后期生長(zhǎng)準(zhǔn)備好基礎(chǔ)，這也是其增產(chǎn)的一個(gè)重要原因。而肥料減施，沒有對(duì)其生長(zhǎng)指標(biāo)有顯著影響。但結(jié)果顯示，T3處理單株產(chǎn)量要顯著小于T1、T2處理，這可能與其肥料投入量少，導(dǎo)致后期養(yǎng)分不足葉柄增重較少有關(guān)。

基質(zhì)是黃心菜生長(zhǎng)發(fā)育的載體，基質(zhì)環(huán)境對(duì)黃心菜的影響至關(guān)重要[18]。氮素對(duì)于提高黃心菜的產(chǎn)量尤為重要，基質(zhì)中堿解氮含量的高低直接影響著黃心菜的地上部分。本研究結(jié)果顯示，T1處理堿解氮含量最高，這不僅與其施肥量水平高有關(guān)，也與其應(yīng)用水肥一體化有關(guān)?？梢?，水肥一體化有利于提高基質(zhì)中堿解氮含量，這與已有研究[19-20]結(jié)果一致。此外，根據(jù)相關(guān)性分析，本研究水肥一體化條件下堿解氮含量與肥料投入量呈正相關(guān)，R2=0.9748，達(dá)極顯著水平。這說明肥料投入量越大則堿解氮含量越高。但過高的肥料投入量會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)EC值偏高，進(jìn)而抑制作物生長(zhǎng)[21]。

王鵬勃等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著水肥施用量的不斷提高，產(chǎn)量的增加速度逐漸降低。這與本研究的結(jié)果一致。T1比T2總化肥施用量增加30.09%，但單株產(chǎn)量并沒有顯著差異。究其原因可能是由于：（1）該試驗(yàn)條件下黃心菜產(chǎn)量已接近極限；（2）高追肥量導(dǎo)致其基質(zhì)EC值顯著高于其他處理，抑制其生長(zhǎng)。如若是原因（1），應(yīng)降低肥料投入量，減少肥料剩余而造成的浪費(fèi)。如若是原因（2），應(yīng)采取控制水肥濃度[23]、改變施肥次數(shù)[18]等措施控制其EC值。由此可見，一味地追求高肥料投入量來獲得高產(chǎn)量、高收益并不現(xiàn)實(shí)，這不僅會(huì)造成多余養(yǎng)分殘留或是流失浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)鹽漬化加重，抑制作物生長(zhǎng)。水肥一體化條件下追肥減施33.3%不僅可顯著增產(chǎn)，提高肥料偏生產(chǎn)力，同時(shí)不易引起EC值過高而破壞基質(zhì)環(huán)境，是適宜推廣的追肥量。