第 36卷 第 9期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) V ol 36 N o 9 106 2020年 5月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural En gineer ing M a y 20 20 水氮供應(yīng)對溫室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影響 張新燕 1 王浩翔 1 牛文全 1 2 1 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院 楊凌 712100 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所 楊凌 712100 摘 要 為探討溫室番茄水肥一體化滴灌系統(tǒng)優(yōu)化模式 通過溫室番茄滴灌施肥試驗(yàn) 研究田間滴灌管布置方式 灌水 量 施氮肥量這 3 個(gè)因素對土壤含水率 土壤硝態(tài)氮含量及水肥利用效率的影響 3 種布置方式包括 1 管 1 行 T1 1 管 2行 T2 和 1管 3行 T3 基于 Penman Monteith修正公式計(jì)算的潛在蒸散量 Potential Evapotranspiration ET 0 設(shè)計(jì)灌水量 3種灌水量處理包括 50 ET 0 W1 70 ET 0 W2 和 90 ET 0 W3 3種施氮肥量處理包括 120 N1 180 N2 和 240 kg hm 2 N3 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 共 9 個(gè)處理 結(jié)果表明 不同管道布置方式土壤含水率分布趨勢基 本相同 土壤表層 0 20 cm含水率較低 20 40 cm土層深度土壤含水率分布較高 40 cm土層深度以下土壤含水率減 小 且 T1和 T2布置方式較 T3土壤含水率分布均勻 土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的增加而減小 0 30 cm 土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值大于 30 60 cm土層含量均值 T2布置方式土壤硝態(tài)氮含量均勻 深層淋失損失量小 灌水因 素和施肥模式對番茄產(chǎn)量 水肥利用效率均有顯著影響 獲得番茄高產(chǎn)的滴灌施肥優(yōu)化模式為 T2 1管 2行 W2 70 ET 0 N3 240 kg hm 2 從高效的灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力考慮 其滴灌施肥最優(yōu)水平組合模式分別為 T2 1管 2行 W2 70 ET 0 N2 180 kg hm 2 和 T2 1管 2行 W2 70 ET 0 N1 120 kg hm 2 結(jié)果可為溫室番茄滴灌施 肥生產(chǎn)實(shí)踐提供一定的技術(shù)指導(dǎo) 關(guān)鍵詞 土壤含水率 施肥 溫室 硝態(tài)氮 滴灌 產(chǎn)量 水分利用效率 肥料偏生產(chǎn)力 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 012 中圖分類號(hào) S275 6 S157 4 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A 文章編號(hào) 1002 6819 2020 09 0106 10 張新燕 王浩翔 牛文全 水氮供應(yīng)對溫室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2020 36 9 106 115 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 012 http www tcsae org Zhang Xinyan Wang Haoxiang Niu Wenquan Effects of water and N fertilizer supplies on the distribution and use efficiency of water and nitrogen of drip irrigated tomato in greenhouse J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2020 36 9 106 115 in Chinese with English abstract doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 012 http www tcsae org 0 引 言 水肥合理利用是提高作物產(chǎn)量 品質(zhì)和水肥利用率 的關(guān)鍵因素 滴灌施肥技術(shù)通過滴頭將溶有肥料的灌溉 水滴入作物根區(qū) 是一種將灌溉有機(jī)結(jié)合施肥的先進(jìn)技 術(shù) 由于水肥的協(xié)調(diào)作用 采用滴灌施肥技術(shù)可為精確 灌溉和施肥提供條件 顯著地提高灌溉 施肥效率 提 高作物產(chǎn)量 品質(zhì) 從而提高經(jīng)濟(jì)效益 國內(nèi)外學(xué)者針 對棉花 椰子 柑橘 黃瓜 馬鈴薯等作物 果樹 滴 灌施肥技術(shù)開展了廣泛研究 取得了大量研究成果 1 6 番茄的營養(yǎng)價(jià)值很高 需求廣泛 其生長需要足夠的水和 肥 肥料中的氮素是作物生長必需的營養(yǎng)元素之一 施氮 量是影響番茄生長 產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素 7 10 國內(nèi)外 學(xué)者針對滴灌施肥條件下番茄的生長發(fā)育 產(chǎn)量品質(zhì) 水氮利用效率等方面做了相應(yīng)研究 Bar 等 11 12 研究發(fā)現(xiàn) 滴灌施肥可以同時(shí)節(jié)肥并提高番茄產(chǎn)量 Mahajan 等 13 研究表明相較于常規(guī)灌溉 滴灌施肥可提高溫室番茄產(chǎn) 量 59 5 節(jié)水 48 1 Zotarelli 等 14 15 研究了施氮方式 收稿日期 2019 09 03 修訂日期 2020 02 08 基金項(xiàng)目 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2016YFC0400202 作者簡介 張新燕 博士 副教授 主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究 Email xnvxy 對番茄產(chǎn)量的影響 發(fā)現(xiàn)滴灌能顯著提高氮肥利用效率 膜下滴灌施肥和地下滴灌施肥比常規(guī)滴灌產(chǎn)量提高 11 80 并且水氮處理對土壤溶質(zhì)的遷移無交互效 應(yīng) Li 等 16 通過不同氮肥和灌水因素對番茄產(chǎn)量 品質(zhì) 等進(jìn)行研究 得出對番茄產(chǎn)量 品質(zhì)影響最大的是氮肥 其次是灌水 Wang等 17 18 研究發(fā)現(xiàn) 灌水量減少會(huì)造成 一定的番茄產(chǎn)量減少 張燕等 19 20 發(fā)現(xiàn)增加施肥量和適當(dāng) 上調(diào)灌水下限可以顯著提高番茄的光合速率 干物質(zhì)量和 產(chǎn)量 滴灌施肥可節(jié)水 25 和節(jié)肥 25 賀會(huì)強(qiáng)等 21 23 試驗(yàn)表明增加施肥量可以顯著提高番茄株高 葉面積和 產(chǎn)量 但過高的施肥量反而不利于其生長和產(chǎn)量的提高 邢英英等 24 認(rèn)為灌水量和施肥量對番茄植株的影響因其 施入方式的不同差異很大 與常規(guī)溝灌施肥相比 滴灌 施肥產(chǎn)量與灌水量和施肥量正相關(guān) 增加施肥量帶來的 增產(chǎn)效應(yīng)大于灌水 且增加灌水量 降低施肥量 水分 利用效率逐漸下降 肥料偏生產(chǎn)力逐漸上升 滴灌施肥技術(shù)除了考慮灌水和施肥因素外 田間滴 灌布置方式也有重要影響 田間滴灌管布置方式不僅影 響滴灌系統(tǒng)的投入 而且影響水肥在土壤中的分布和作 物的吸收利用 目前對綜合考慮土壤水分布 作物種植 方式等的研究較少 25 29 為此 本研究通過溫室番茄滴 灌施肥技術(shù)試驗(yàn) 研究田間滴灌管布置方式 灌水量 第 9期 張新燕等 水氮供應(yīng)對溫室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影響 107 施肥量對番茄的影響 及水肥一體化滴灌系統(tǒng)優(yōu)化模式 以期為溫室番茄水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支 撐和理論指導(dǎo) 1 材料與方法 1 1 供試材料 試驗(yàn)地位于陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)北區(qū)旱作試 驗(yàn)溫室 位于 109 06 E 36 18 N 室外年平均氣溫 14 多年平均降水量 650 mm 年均蒸發(fā)量 1 500 mm 試驗(yàn)溫 室長度 24 5 m 跨度 6 m 高度 2 5 m 內(nèi)均分為 27 個(gè)測 坑 小區(qū) 測坑長 2 m 寬 1 5 m 深度 2 m 測坑四 周二四磚砌墻 水泥抹面 不透水 坑內(nèi)土壤為楊凌壤 土 容重 1 35 1 40 g cm 3 土壤基本理化性質(zhì)包括 pH 值 7 86 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 1 152 全氮 0 123 全磷 0 078 全鉀 1 850 供試番茄品種為毛粉 802 無限生長型的中晚熟品種 具有果實(shí)肉厚 不易裂果 品質(zhì)佳 坐果力強(qiáng)等特點(diǎn) 滴灌施肥設(shè)備主要由水源 水表 液壓比例施肥泵 滴灌管和輸配水管道系統(tǒng)等組成 供試用比例施肥泵進(jìn) 出水口徑 25 mm 流量 20 2 500 L h 水壓 0 02 0 3 MPa 采用內(nèi)鑲式滴灌管 管徑 16 mm 壁厚 0 20 mm 工作壓力 50 100 kPa 滴頭間距 0 30 m 額定流量 2 0 L h 1 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) 3 個(gè)試驗(yàn)因素 毛管布置方式 灌量和施氮量 每個(gè)因素 3 個(gè)水平 試驗(yàn)重復(fù) 3 次 毛管布置方式分別 為 1管 1 行 T1 1管 2 行 T2 和 1管 3 行 T3 即 1 條滴灌管分別灌溉 1 行 2 行和 3 行番茄 灌水量分 別為 50 ET 0 W1 70 ET 0 W2 和 90 ET 0 W3 其中 ET 0 為潛在蒸散量 Potential Evapotranspiration 根 據(jù)王健等 30 日光溫室 Penman Monteith修正公式 估算結(jié) 果為 310 mm 施氮肥量的 3 個(gè)水平分別為 120 kg hm 2 N1 180 kg hm 2 N2 和 240 kg hm 2 N3 參照番 茄品種試驗(yàn)的施肥管理進(jìn)行 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 31 選 用正交表 L 9 3 4 最終確定 9 個(gè)試驗(yàn)因素組合 各 3 次重 復(fù) 共 27 個(gè)小區(qū) 正交試驗(yàn)方案如表 1所示 表1 溫室番茄正交試驗(yàn)組合方案 Table 1 Orthogonal experiment scheme of greenhouse tomato 因素 Factor 序號(hào) No 管道布置 Pipe layout 灌溉水量 Irrigation amount 施氮肥量 Fertilizer N application rate kg hm 2 1 1 管 1 行 T1 50 ET 0 W1 120 N1 2 1 管 2 行 T2 W1 180 N2 3 1 管 3 行 T3 W1 240 N3 4 T1 70 ET 0 W2 N2 5 T2 W2 N3 6 T3 W2 N1 7 T1 90 ET 0 W3 N3 8 T2 W3 N1 9 T3 W3 N2 注 ET 0 為潛在蒸散發(fā) mm Note ET 0 is potential evapotranspiration mm 試驗(yàn)前對棚室測坑土地進(jìn)行翻耕 平整 首先按施 用量 20 010 kg hm 2 施入有機(jī)底肥 有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 40 氮 磷 鉀配比為 16 16 16 深翻 2018 年 6 月 15 日定植 番茄幼苗移栽定植時(shí) 按照番茄植株行 距 50 cm 株距 30 cm 種植密度 6 6 株 m 2 南北行向 進(jìn)行種植 每個(gè)小區(qū)共 3 行 定植后所有處理均灌定植 緩苗水 30 mm 之后平均每隔約 10 d 灌 1 次水 在番茄 生育期間 6 月 24日 9 月 25日 共灌水 10次 試驗(yàn) 處理 W1 W2 W3 實(shí)際灌水總量分別為 160 220 280 mm 灌水量通過水表計(jì)量控制 試驗(yàn)用不同處理 N 肥各等分為 10 份 肥液通過液壓比例施肥泵隨灌溉水 施入 田施 P 肥 120 kg hm 2 P 2 O 5 43 全部基施 在結(jié)果期的第一穗果膨大期和第二穗果膨大期追施 K 肥 150 kg hm 2 K 2 O 50 其他管理遵照溫室番茄 管理措施進(jìn)行 1 3 測定內(nèi)容及方法 土壤含水率測定 測量位置分別設(shè)在測坑中心 測 位 M1 垂直滴灌管距中心 10 cm處 測位 M2 垂直滴灌管距中心 25 cm處 測位 M3 在相應(yīng)測位 處埋置 Trim管 測管埋深 60 cm 用 TDR水分測定儀 測量土層 10 60 cm深度土壤含水率 每間隔 10 cm測 定 1 次 土壤表層 0 10 cm土壤水分采用取土烘干法 測定 土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 測定 測位位置布設(shè)與土壤含水 率測位布置相同 在番茄收獲拉秧后 取回測位土樣 風(fēng)干 磨細(xì)過篩 篩孔直徑 5 mm 用流動(dòng)分析儀 Auto Analyzer 德國 Bran Luebbe公司 測定土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 產(chǎn)量測定 在果實(shí)成熟期 采摘每個(gè)小區(qū)成熟果實(shí) 用電子天平稱質(zhì)量 通過換算獲得番茄單產(chǎn) kg hm 2 水分利用效率 Water Use Efficiency WUE 是評價(jià) 作物生長適宜程度的綜合生理生態(tài)指標(biāo) 反映了植物耗 水與其干物質(zhì)生產(chǎn)之間的關(guān)系 WUE 0 1Y ET 1 式中 WUE為水分利用效率 kg m 3 Y 為產(chǎn)量 kg hm 2 ET 為耗水量 mm 根據(jù)水量平衡原理 結(jié)合溫室實(shí)際 情況 不考慮天然降水和地下水補(bǔ)給以及地表徑流和深 層滲漏損失 耗水量 ET 為 EI I W 2 式中 I 為總灌水量 mm W 為試驗(yàn)初期和末期 0 60 cm 土壤水分變化量 mm 張振華等 32 33 通過對 1 4 L h流 量滴頭進(jìn)行點(diǎn)源入滲特性研究得到 垂向入滲距離不超 過 50 cm 且由于番茄等淺根作物根系深度多不足 40 cm 本研究水量平衡采用 0 60 cm計(jì)算 肥料偏生產(chǎn)力 Partial Nitrogen Productivity PNP 是反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的 重要指標(biāo) 用來表示肥料利用效率 PNP Y N 3 式中 PNP 為肥料偏生產(chǎn)力 kg kg N 為 0 60 cm 特定 肥料純養(yǎng)分 N 素等 的投入量 kg hm 2 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) http www tcsae org 2020年 108 2 結(jié)果與分析 2 1 土壤含水率與硝態(tài)氮分布 7月 19 日 灌水后 48 h 土壤含水率分布 如圖 1所 示 可以看出 灌水后水分經(jīng)過 48 h 的入滲擴(kuò)散 不同 毛管布置方式下土壤含水率分布趨勢基本相同 沿土層 深度 0 20 cm表層土壤含水率較低 20 40 cm深度范 圍土壤含水率分布較高 40 cm土層深度以下土壤含水率 有所減小 土壤含水率最大值分布在 20 30 cm 土層深 度 最小土壤含水率分布在 50 cm 土層深度以下 距滴 頭越遠(yuǎn) 水平方向土壤含水率越小 滴頭下方周圍土壤 含水率最大 除地表附近 土層深度M2 M3 T2 土壤含水率分布為 測位 M3 M2 M1 不同毛管布置方式下 相同土層深度土壤含水率分 布均勻度不同 在灌水量 W2 時(shí) 20 cm深土層測位 M1 M2 M3 土壤含水率平均值 T1 T2 T3 依次為 23 44 20 51 20 36 其最大含水率和最小含水率相差依次 為 4 35 3 93 6 26 30 cm深土層測位 M1 M2 M3土壤含水率平均值 T1 T2 T3依次為 23 56 22 35 19 57 最大含水率和最小含水率相差為 1 37 3 63 7 59 在 20 30 cm土層深度不同毛管布置方式土壤含 水率均值基本相同 但最大含水率最小含水率差值明顯 不同 T3 布置方式差值最大 分布較散 其土壤含水率 分布均勻性差 T1 和 T2 布置方式差值較小 含水率分 布比較集中均勻 這是因?yàn)楣嗨?48 h 后 T1 和 T2 毛管 布置方式濕潤鋒形成交匯 而 T3 布置方式滴灌管間距較 大 在該時(shí)間段內(nèi)沒有形成濕潤鋒交匯 水分分布不均 勻 其他灌水情況規(guī)律相同 a T1W1N1 b T1W2N2 c T1W3N3 d T2W1N2 e T2W2N3 f T2W3N1 g T3W1N3 h T3W2N1 i T3W3N2 注 測位 M1 M2 M3 分別設(shè)在測坑中心 垂直滴灌管距中心 10 cm處 垂直滴灌管距中心 25 cm處 下同 Note The measuring positions M1 M2 and M3 were located at center of test pit 10 and 25 cm away from the center perpendicular to irrigation pipes Same as below 圖1 2018 年 7 月 19 日灌水 后 48 h 不同滴灌施肥模式處理土壤含水率分布 Fig 1 Soil moisture distribution of different treatments under different drip fertigation modes in 48 hours after irrigation on July 19 2018 第 9期 張新燕等 水氮供應(yīng)對溫室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影響 109 不同毛管布置方式 不同土層土壤含水率分布不同 如表 2 所示 W2 灌水量下 T1 布置方式 M1 處耕層 0 30 cm 深度內(nèi)土壤含水率最大 達(dá) 23 71 T3 處理 M3 處含水率最小 僅有 15 99 T1 T2 T3 布置的測位均 含水率依次減小 分別為 22 19 20 20 18 86 毛 管布置方式對測位 M1 的土壤含水率有顯著影響 T1 T2處理的 M2 M3 處含水率均與 T3 差異顯著 經(jīng)過 48 h 水分?jǐn)U散 T1 T2 處理的土壤濕潤鋒出現(xiàn)交叉現(xiàn)象 而 T3處理未出現(xiàn)土壤濕潤鋒交叉現(xiàn)象 測位 M2 M3 距離 滴頭較遠(yuǎn) T3 處理的 M2 M3 處含水率急劇減小 不同 毛管布置方式處理之間的差異顯著 30 60 cm深度土壤 含水率變化規(guī)律與 30 cm 類似 但由于土壤水分入滲較 淺 40 cm深度以下土壤含水率均明顯減小 均小于 0 30 cm 深度土壤含水率值 測位 M1 M2 處含水率 T1 處理 與 T2 T3 差異顯著 M3處 T3 處理與 T1 T2 差異顯著 灌水量 W1 W3 處理時(shí)土壤含水率分布基本相同 T1 T3 處理的測位 M1 M2 處不同深度含水率均與 T2 差異顯著 而 M3 處含水率 T1 T2 處理與 T3 差異顯著 表2 不同土層深度內(nèi)土壤含水率均值 Table 2 Average soil moisture at different soil depths 0 30 cm 30 60 cm 處理 Treatments 測位 M1 Point M1 測位 M2 Point M2 測位 M3 Point M3 測位 M1 Point M1 測位 M2 Point M2 測位 M3 Point M3 T1W1N1 18 56 1 52a 17 46 0 32a 16 64 0 46a 17 06 1 16a 16 34 0 31a 15 62 0 51a T2W1N2 14 52 1 10b 15 43 0 84b 16 03 0 97a 13 68 0 93b 14 72 0 88b 15 61 0 64a T3W1N3 18 41 1 81a 17 72 1 48a 13 79 0 83b 17 61 1 33a 17 09 0 99a 13 26 0 85b T1W2N2 23 71 0 71a 21 63 1 32a 21 23 1 34a 23 09 1 59a 21 44 1 18a 20 84 1 67a T2W2N3 18 91 0 35c 20 87 1 49a 21 83 1 11a 18 19 0 57b 18 04 1 07b 19 66 1 45a T3W2N1 21 02 1 40b 19 56 1 72b 15 99 1 17b 20 06 0 45b 18 60 1 55b 15 08 0 93b T1W3N3 24 15 1 56a 22 66 0 59a 22 24 2 11a 23 41 1 72a 22 15 1 18a 21 85 1 71a T2W3N1 18 74 0 44b 19 54 1 46b 22 43 1 19a 17 19 1 06b 18 50 1 00b 20 09 0 76a T3W3N2 23 42 0 85a 23 43 1 79a 18 24 0 96b 22 02 1 60a 21 09 0 87a 16 87 0 52b 注 表中 為標(biāo)準(zhǔn)差 同一水分處理同列不同字母表示處理間差異顯著 P 0 05 下同 Note Symbol shows standard deviation Different letters in the same column for same water treatment indicate significant difference at PT1 T3 可見 T3 布置方 式含水率均較小 而 T1 T2在不同位置含水率分布互 有優(yōu)勢 圖 2 為番茄收獲拉秧后 不同處理土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 分布情況 不同滴灌施肥模式下 隨土層深 度的增加 土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈減小趨 勢 0 30 cm 土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值均大于 30 60 cm 土層均值 0 30 cm 土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值 最大為 24 96 mg kg 處理 T3W1N3 30 60 cm 土 層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值最大為 16 71 mg kg 處理 T1W3N3 由于番茄等淺根作物根系深度多不足 40 cm 所以該水肥分布有利于番茄對水分和肥分的吸 收利用 在同一土層深度 T1 和 T3 毛管布置方式 滴灌毛 管穿過植株行 硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小分布與距滴頭 距離負(fù)相關(guān) 離滴頭越遠(yuǎn) 硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高 依次 為測位 M3 M2 M1 T2 布置方式相同 其滴灌毛管布置 在植株行中間 硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)由大到小依次為測位 M1 M2 M3 同時(shí) 由表 3 可以看出 T3 管道布置時(shí)遠(yuǎn) 離滴灌帶的測位 M3 處不同深度的 NO 3 N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不 同施 N 水平間出現(xiàn)顯著差異 P0 05 灌水因素對番茄產(chǎn)量產(chǎn) 生極顯著影響 P 0 01 施氮肥模式對其產(chǎn)生顯著影 響 P 0 05 而水氮交互作用并不產(chǎn)生顯著影響 P 0 74 故進(jìn)行主效應(yīng)分析如表 4 所示 中 高水平 灌水量 W2 W3下番茄產(chǎn)量沒有顯著差異 和低灌水水 平 W1下番茄產(chǎn)量差異顯著 不同施 N 水平下番茄產(chǎn)量 均有顯著差異 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) http www tcsae org 2020年 110 a T1W1N1 b T1W2N2 c T1W3N3 d T2W1N2 e T2W2N3 f T2W3N1 g T3W1N3 h T3W2N1 i T3W3N2 圖2 收獲后不同處理土壤硝態(tài)氮分布 Fig 2 NO 3 N distribution in soils with different treatments after harvesting 表3 不同土層深度土壤硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值 Tabl e 3 A v erage N O 3 N m as s fraction a t di ff erent s oil depths 各測點(diǎn) 0 30 cm硝態(tài)氮平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) Average NO 3 N content at 0 30 cm of each measurement point 各測點(diǎn) 30 60 cm硝態(tài)氮平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) Average NO 3 N content at 30 60 cm of each measurement point 處理 Treatments M1 mg kg 1 M2 mg kg 1 M3 mg kg 1 CV M1 mg kg 1 M2 mg kg 1 M3 mg kg 1 CV T1W1N1 10 04 12 42 13 27 0 14 10 69 11 71 13 11 0 10 T2W3N1 15 92 13 72 11 28 0 14 12 08 11 63 8 07 0 21 T3W2N1 15 52 17 26 18 10 0 08 7 09 11 48 8 21 0 26 T1W2N2 11 61 12 40 16 02 0 18 10 89 13 04 14 68 0 15 T2W1N2 17 17 14 59 12 93 0 14 14 10 12 55 10 77 0 13 T3W3N2 11 60 16 45 20 64 0 28 6 92 11 89 13 28 0 31 T1W3N3 12 96 16 55 17 72 0 16 15 93 16 26 16 71 0 02 T2W2N3 19 32 16 57 13 26 0 19 14 20 12 80 11 44 0 11 T3W1N3 17 02 16 78 24 96 0 24 8 18 10 82 10 21 0 14 第 9期 張新燕等 水氮供應(yīng)對溫室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影響 111 表4 番茄產(chǎn)量顯著性影響 Table 4 Significant effect of tomato yield 產(chǎn)量 Yield kg hm 2 水平 Level T W N 1 93 749 7 15 863 5a 80 263 7 4 583 8b 85 394 9 9 290 2c 2 93 896 5 13 216 6a 98 500 9 10 514 6a 92 816 3 10 866 8b 3 89 190 0 6 130 7a 98 071 5 5 374 2a 98 624 9 12 209 8a F值 F Value 3 53 53 43 21 69 P值 P value 0 051 0 001 0 001 不同滴灌施肥模式對番茄產(chǎn)量的影響如表 5 所示 由 表可知 灌水量對應(yīng)極差最大 為 18 237 2 kg hm 2 則它 是對產(chǎn)量影響最大的因素 施氮量對產(chǎn)量的影響僅次于灌 水量 且產(chǎn)量隨著施氮量增加而增加 從極差分析可知 處理 T2W2N3 的產(chǎn)量最高 為 107 104 kg hm 2 表5 不同處理番茄產(chǎn)量和水氮利用效率及其極差分析 Table 5 Yield water use efficiency WUE and partial nitrogen productivity PNP of tomato under different treatments and their ranges R analysis 因素 Factors 處理 Treatments T W N WUE kg m 3 PNP kg kg 1 產(chǎn)量 Yield kg hm 2 T1W3N3 1 3 3 37 4 136 78 104 140 3 T1W2N2 1 2 2 46 3 177 98 101 618 7 T1W1N1 1 1 1 41 5 197 36 75 490 0 T2W2N3 2 2 3 42 2 138 04 107 104 0 T2W1N2 2 1 2 47 8 139 73 80 670 7 T2W3N1 2 3 1 29 6 244 22 93 914 8 T3W1N3 3 1 3 42 1 110 63 84 630 5 T3W3N2 3 3 2 40 3 167 60 96 159 5 T3W2N1 3 2 1 44 2 226 90 86 780 0 k1 41 7 43 8 38 4 k2 39 9 44 2 44 8 k3 42 2 35 8 40 6 R 2 3 8 5 4 2 較優(yōu) Optimal T3 W2 N2 k1 170 7 149 2 222 8 k2 174 0 181 0 161 8 k3 168 4 182 9 128 5 R 5 6 33 6 94 3 較優(yōu) Optimal T2 W3 N1 k1 93 749 7 80 263 7 85 394 9 k2 93 896 5 98 500 9 92 816 3 k3 89 190 0 98 071 5 98 624 9 R 4 706 5 18 237 2 13 230 0 較優(yōu) Optimal T2 W2 N3 柯布 道格拉斯 Cobb Douglas 生產(chǎn)函數(shù)模型運(yùn)用數(shù) 學(xué)的方法來描述生產(chǎn)過程中變量與變量之間的依存關(guān)系 表達(dá)多種投入因素對產(chǎn)量的影響程度 研究中由于管道布 置方式對番茄產(chǎn)量沒有顯著影響 因此以灌水量和施肥量 為自變量 以蕃茄產(chǎn)量為因變量 采用柯布 道格拉斯模型 進(jìn)行回歸分析 擬合結(jié)果如式 4 所示 7 98 0 3677 0 2722 e YIN 4 由式 4 可知 在試驗(yàn)條件下 灌水量的生產(chǎn)彈性大于 施 N 肥量的生產(chǎn)彈性 即灌水量每增加 1 番茄產(chǎn)量增 加約 36 77 施 N肥量每增加 1 番茄產(chǎn)量增加約 30 極差分析和柯布 道格拉斯模型擬合結(jié)果均表明 灌水對產(chǎn) 量的影響大于施肥 2 3 滴灌施肥模式對番茄水氮利用效率的影響 不同滴灌施肥處理水氮利用效率如表 5所示 WUE最 高達(dá)到 47 8 kg m 3 最低僅有 29 6 kg m 3 由極差分析可知 對 WUE 影響最大的因素是灌水量 施氮肥因素影響次之 滴灌毛管布置方式影響最小 處理 T3W2N2 的 WUE 最 高 與反映植物耗水指標(biāo)的 WUE不同 PNP 反映肥料投 入量效應(yīng) 在所有處理中 PNP 最優(yōu)的處理是 T2W3N1 為 244 22 kg kg 對于 PNP 施氮肥因素 極差 94 3 kg kg 影響最大 灌水水平其次 滴灌毛管布置方式影響最小 且 PNP 隨著施肥量的增加而減小 3 討 論 番茄在中國可以四季生產(chǎn) 其生長需要足夠的水和 肥 張燕等 19 認(rèn)為大水大肥的管理模式非但不能提高產(chǎn) 量 還會(huì)導(dǎo)致蔬菜品質(zhì)下降 水肥利用率低 土壤鹽漬 化等負(fù)面影響 而合理的水肥調(diào)控不僅可以促進(jìn)植物生 長 還有利于其品質(zhì)等的改善 35 而在中國氮肥的利用 率不足肥料投入的 30 36 較發(fā)達(dá)國家低 20 個(gè)百分點(diǎn) 其余多以硝態(tài)氮形式殘留于土壤中 極易通過揮發(fā) 淋 溶和徑流等途徑損失 37 38 造成土壤肥力下降 農(nóng)作物 產(chǎn)量品質(zhì)降低等 而通過滴灌施肥 可有效地調(diào)節(jié)施用 肥料的數(shù)量和種類 并可將肥料施于根區(qū) 保證根區(qū)養(yǎng) 分的供應(yīng) 減少養(yǎng)分的淋失 顯著地提高肥料養(yǎng)分的利 用率 Lazcano 等 39 發(fā)現(xiàn)在 25 cm以上表土層土壤殘余硝 酸鹽變化很大 30 200 kg hm 2 合理施 N 是提高氮肥 利用率的重要措施 本研究發(fā)現(xiàn) 控制合理的灌水量 施 氮肥量以及滴灌毛管的布置方式 不僅可保證根區(qū)水分和 養(yǎng)分的供應(yīng) 提高水氮利用率 而且可提高作物產(chǎn)量 滴灌施肥也并非減少硝酸鹽下滲的有效途徑 除非 灌水和施氮措施合理可行 袁宇霞等 20 發(fā)現(xiàn)增加施肥量 和適當(dāng)上調(diào)灌水下限可以顯著提高番茄的光合速率 干 物質(zhì)量和產(chǎn)量 過高反而不利于其生長和產(chǎn)量的提高 土壤中 N分布取決于 N源和施入量 作物溶移能力以及 根區(qū)水分布情況 本研究得出 N 素等溶質(zhì)隨水入滲運(yùn) 移其分布趨勢和土壤含水率分布基本一致 在土層深度 30 cm范圍內(nèi)土壤含水率分布較高 土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 含量隨土層深度的增加有減小趨勢 0 30 cm 土層硝態(tài) 氮含量大于 30 60 cm土層含量 Zhou 等 40 在番茄非充 分灌溉中也得到了相同結(jié)果 在番茄結(jié)果中后期 施氮 量隨含水率增加而增加 水分利用效率達(dá)到最優(yōu) 另外 研究得出土壤硝態(tài)氮含量離滴頭越遠(yuǎn) 含量越高 即驗(yàn) 證了 N 素隨水運(yùn)移 易于積聚于濕潤體邊緣 34 因此通 過灌溉措施控制根區(qū)濕潤體可以提高水氮利用率 41 同 時(shí)減少 N 的淋失 42 田間滴灌管布置方式對根區(qū)水分和 N 素含量分布具 有重要影響 研究發(fā)現(xiàn) 在滴灌施肥方式下 土壤含水 率在 20 30 cm范圍內(nèi)最大 硝態(tài)氮含量在表層 30 cm以 上最大 30 cm以下隨深度減小 由于濕潤鋒運(yùn)移不同 雖然同深度土壤含水率均值基本相同 但 1 管 1 行 T1 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) http www tcsae org 2020年 112 和 1 管 2 行 T2 布置方式不同測位土壤含水率差值較 小 含水率在根區(qū)分布比較集中均勻 而 1 管 3 行 T3 布置方式差值較大 分布均勻性差 由于番茄這種淺根 系作物其根系集中在土層深度 40 cm以內(nèi) 深層水分和 養(yǎng)分不利于作物根系的吸收利用 使得 T3 布置方式 30 60 cm的硝態(tài)氮累積殘余量最大 另外 增大滴管 帶間距是減少滴灌系統(tǒng)投資的重要因素之一 43 Satpute 等 26 研究發(fā)現(xiàn)沙壤土種植番茄滴灌帶鋪設(shè)方式 1管 2行 布置比 1 管 1 行布置可節(jié)省投資 35 41 本研究中 1 管 2 行管道布置方式 T2 相較于 T1 布置方式毛管 使用數(shù)量減少 投資相應(yīng)減少 總的來說 T2布置方式 與 T1 和 T3相比較 節(jié)省投資 土壤水分和土壤硝態(tài)氮 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均勻 深層淋失損失量小 有利于提高番茄的 水氮利用效率 通過研究發(fā)現(xiàn) 灌水量和施肥量對番茄產(chǎn)量均有顯 著影響 且灌水因素大于施肥因素 水分利用效率和肥 料偏生產(chǎn)力受灌水量和施 N 肥量作用影響顯著 體現(xiàn)了 水肥間的互促互作 這與邢英英等 44 研究結(jié)果一致 同 樣在其他作物和灌水技術(shù)上也有類似結(jié)論 谷曉博等 45 研究表明灌溉和施氮處理對冬油菜籽粒產(chǎn)量 耗水量 WUE和 PNP 影響作用均達(dá)顯著水平 向友珍等 46 通過甜 椒試驗(yàn)和模型驗(yàn)證得到 甜椒經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和水分利用效率 WUE隨灌水量增加呈先增加后減小的趨勢 水分脅迫可 提高大棗的肥料貢獻(xiàn)率值 植株的氮肥利用率最高 47 Daniel 等 48 研究發(fā)現(xiàn)地下滴灌條件下 施氮因素不及灌 水對番茄產(chǎn)量的影響 而 Li 等 16 通過 2種尿素肥料 包 膜尿素和碳基尿素 和 2 種灌水水平 充分灌 虧缺灌 90 的研究 發(fā)現(xiàn)番茄產(chǎn)量影響最大的是肥 其次 為水 這是由不同試驗(yàn)條件下不同的地力和生產(chǎn)力水平 造成的 4 結(jié) 論 田間滴灌管布置方式 灌水量 施 N 肥量等對溫室 番茄田間土壤含水率分布 硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù) 番茄產(chǎn)量 水氮利用效率等均有不同程度的影響 1 土壤含水率與硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均受管道布置方式 影響 N 素等溶質(zhì)隨灌溉水入滲運(yùn)移 其分布趨勢和土 壤水分布基本一致 20 40 cm土層深度范圍土壤含水率 分布較高 T1 和 T2 布置方式較 T3 布置土壤含水率分布 均勻 土壤硝態(tài)氮 NO 3 N 質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土層深度的增加 呈減小趨勢 0 30 cm土層硝態(tài)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均值均大于 30 60 cm 土層均值 T2 管道布置方式相較于 T1 和 T3 布置硝態(tài)氮含量均勻 2 灌水因素和施肥模式對番茄產(chǎn)量 水氮利用效率 均有顯著影響 適宜的灌水量 氮肥施用量及合適的田 間滴灌管道布置方式不僅能使番茄獲得高產(chǎn) 還能維持 高效的灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力 在本試驗(yàn)條件 下 獲得番茄高產(chǎn)的灌水量因素 施肥模式以及管道布 置方式的最優(yōu)組合為 W2 70 ET 0 N3 240 kg hm 2 T2 1管 2 行 可為當(dāng)?shù)販厥曳训喂嗍┓噬a(chǎn)實(shí)踐提 供參考 但從高效的灌溉水利用效率和肥料偏生產(chǎn)力角 度考慮 番茄滴灌施肥模式的最優(yōu)水平組合分別為 W2 70 ET 0 N2 180 kg hm 2 T2 1管 2 行 和 W2 70 ET 0 N1 120 kg hm 2 T2 1管 2 行 參 考 文 獻(xiàn) 1 吳立峰 張富倉 周罕覓 等 不同滴灌施肥水平對北疆 棉花水分利用率和產(chǎn)量的影響 J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2014 30 20 137 146 Wu Lifeng Zhang Fucang Zhou Hanmi et al Effect on drip irrigation and fertilizer application on water use efficiency and cotton yield in North of Xinjiang J Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Transactions of the CSAE 2014 30 20 137 146 in Chinese with English Abstract 2 Indu Sinha Buttar G S Brar A S Drip irrigation and fertigation improve economics water and energy productivity of spring sunflower J Agricultural Water Management 2017 185 58 64 3 Jayaku