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第 36卷 第 9期 农 业 工 程 学 报 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 水氮供应对温室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影响 张新燕 1 王浩翔 1 牛文全 1 2 1 西北农林科技大学水利与建筑工程学院 杨凌 712100 2 西北农林科技大学水土保持研究所 杨凌 712100 摘 要 为探讨温室番茄水肥一体化滴灌系统优化模式 通过温室番茄滴灌施肥试验 研究田间滴灌管布置方式 灌水 量 施氮肥量这 3 个因素对土壤含水率 土壤硝态氮含量及水肥利用效率的影响 3 种布置方式包括 1 管 1 行 T1 1 管 2行 T2 和 1管 3行 T3 基于 Penman Monteith修正公式计算的潜在蒸散量 Potential Evapotranspiration ET 0 设计灌水量 3种灌水量处理包括 50 ET 0 W1 70 ET 0 W2 和 90 ET 0 W3 3种施氮肥量处理包括 120 N1 180 N2 和 240 kg hm 2 N3 采用正交试验设计 共 9 个处理 结果表明 不同管道布置方式土壤含水率分布趋势基 本相同 土壤表层 0 20 cm含水率较低 20 40 cm土层深度土壤含水率分布较高 40 cm土层深度以下土壤含水率减 小 且 T1和 T2布置方式较 T3土壤含水率分布均匀 土壤硝态氮 NO 3 N 质量分数随土层深度的增加而减小 0 30 cm 土层硝态氮质量分数均值大于 30 60 cm土层含量均值 T2布置方式土壤硝态氮含量均匀 深层淋失损失量小 灌水因 素和施肥模式对番茄产量 水肥利用效率均有显著影响 获得番茄高产的滴灌施肥优化模式为 T2 1管 2行 W2 70 ET 0 N3 240 kg hm 2 从高效的灌溉水利用效率和肥料偏生产力考虑 其滴灌施肥最优水平组合模式分别为 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 结果可为温室番茄滴灌施 肥生产实践提供一定的技术指导 关键词 土壤含水率 施肥 温室 硝态氮 滴灌 产量 水分利用效率 肥料偏生产力 doi 10 11975 j issn 1002 6819 2020 09 012 中图分类号 S275 6 S157 4 1 文献标志码 A 文章编号 1002 6819 2020 09 0106 10 张新燕 王浩翔 牛文全 水氮供应对温室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影响 J 农业工程学报 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产量 品质和水肥利用率 的关键因素 滴灌施肥技术通过滴头将溶有肥料的灌溉 水滴入作物根区 是一种将灌溉有机结合施肥的先进技 术 由于水肥的协调作用 采用滴灌施肥技术可为精确 灌溉和施肥提供条件 显著地提高灌溉 施肥效率 提 高作物产量 品质 从而提高经济效益 国内外学者针 对棉花 椰子 柑橘 黄瓜 马铃薯等作物 果树 滴 灌施肥技术开展了广泛研究 取得了大量研究成果 1 6 番茄的营养价值很高 需求广泛 其生长需要足够的水和 肥 肥料中的氮素是作物生长必需的营养元素之一 施氮 量是影响番茄生长 产量和品质的主要因素 7 10 国内外 学者针对滴灌施肥条件下番茄的生长发育 产量品质 水氮利用效率等方面做了相应研究 Bar 等 11 12 研究发现 滴灌施肥可以同时节肥并提高番茄产量 Mahajan 等 13 研究表明相较于常规灌溉 滴灌施肥可提高温室番茄产 量 59 5 节水 48 1 Zotarelli 等 14 15 研究了施氮方式 收稿日期 2019 09 03 修订日期 2020 02 08 基金项目 国家重点研发计划项目 2016YFC0400202 作者简介 张新燕 博士 副教授 主要从事节水灌溉理论与新技术研究 Email xnvxy 对番茄产量的影响 发现滴灌能显著提高氮肥利用效率 膜下滴灌施肥和地下滴灌施肥比常规滴灌产量提高 11 80 并且水氮处理对土壤溶质的迁移无交互效 应 Li 等 16 通过不同氮肥和灌水因素对番茄产量 品质 等进行研究 得出对番茄产量 品质影响最大的是氮肥 其次是灌水 Wang等 17 18 研究发现 灌水量减少会造成 一定的番茄产量减少 张燕等 19 20 发现增加施肥量和适当 上调灌水下限可以显著提高番茄的光合速率 干物质量和 产量 滴灌施肥可节水 25 和节肥 25 贺会强等 21 23 试验表明增加施肥量可以显著提高番茄株高 叶面积和 产量 但过高的施肥量反而不利于其生长和产量的提高 邢英英等 24 认为灌水量和施肥量对番茄植株的影响因其 施入方式的不同差异很大 与常规沟灌施肥相比 滴灌 施肥产量与灌水量和施肥量正相关 增加施肥量带来的 增产效应大于灌水 且增加灌水量 降低施肥量 水分 利用效率逐渐下降 肥料偏生产力逐渐上升 滴灌施肥技术除了考虑灌水和施肥因素外 田间滴 灌布置方式也有重要影响 田间滴灌管布置方式不仅影 响滴灌系统的投入 而且影响水肥在土壤中的分布和作 物的吸收利用 目前对综合考虑土壤水分布 作物种植 方式等的研究较少 25 29 为此 本研究通过温室番茄滴 灌施肥技术试验 研究田间滴灌管布置方式 灌水量 第 9期 张新燕等 水氮供应对温室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影响 107 施肥量对番茄的影响 及水肥一体化滴灌系统优化模式 以期为温室番茄水肥一体化技术的推广应用提供技术支 撑和理论指导 1 材料与方法 1 1 供试材料 试验地位于陕西杨凌西北农林科技大学北区旱作试 验温室 位于 109 06 E 36 18 N 室外年平均气温 14 多年平均降水量 650 mm 年均蒸发量 1 500 mm 试验温 室长度 24 5 m 跨度 6 m 高度 2 5 m 内均分为 27 个测 坑 小区 测坑长 2 m 宽 1 5 m 深度 2 m 测坑四 周二四砖砌墙 水泥抹面 不透水 坑内土壤为杨凌壤 土 容重 1 35 1 40 g cm 3 土壤基本理化性质包括 pH 值 7 86 有机质质量分数 1 152 全氮 0 123 全磷 0 078 全钾 1 850 供试番茄品种为毛粉 802 无限生长型的中晚熟品种 具有果实肉厚 不易裂果 品质佳 坐果力强等特点 滴灌施肥设备主要由水源 水表 液压比例施肥泵 滴灌管和输配水管道系统等组成 供试用比例施肥泵进 出水口径 25 mm 流量 20 2 500 L h 水压 0 02 0 3 MPa 采用内镶式滴灌管 管径 16 mm 壁厚 0 20 mm 工作压力 50 100 kPa 滴头间距 0 30 m 额定流量 2 0 L h 1 2 试验设计 设计 3 个试验因素 毛管布置方式 灌量和施氮量 每个因素 3 个水平 试验重复 3 次 毛管布置方式分别 为 1管 1 行 T1 1管 2 行 T2 和 1管 3 行 T3 即 1 条滴灌管分别灌溉 1 行 2 行和 3 行番茄 灌水量分 别为 50 ET 0 W1 70 ET 0 W2 和 90 ET 0 W3 其中 ET 0 为潜在蒸散量 Potential Evapotranspiration 根 据王健等 30 日光温室 Penman Monteith修正公式 估算结 果为 310 mm 施氮肥量的 3 个水平分别为 120 kg hm 2 N1 180 kg hm 2 N2 和 240 kg hm 2 N3 参照番 茄品种试验的施肥管理进行 采用正交试验设计 31 选 用正交表 L 9 3 4 最终确定 9 个试验因素组合 各 3 次重 复 共 27 个小区 正交试验方案如表 1所示 表1 温室番茄正交试验组合方案 Table 1 Orthogonal experiment scheme of greenhouse tomato 因素 Factor 序号 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 为潜在蒸散发 mm Note ET 0 is potential evapotranspiration mm 试验前对棚室测坑土地进行翻耕 平整 首先按施 用量 20 010 kg hm 2 施入有机底肥 有机质质量分数 40 氮 磷 钾配比为 16 16 16 深翻 2018 年 6 月 15 日定植 番茄幼苗移栽定植时 按照番茄植株行 距 50 cm 株距 30 cm 种植密度 6 6 株 m 2 南北行向 进行种植 每个小区共 3 行 定植后所有处理均灌定植 缓苗水 30 mm 之后平均每隔约 10 d 灌 1 次水 在番茄 生育期间 6 月 24日 9 月 25日 共灌水 10次 试验 处理 W1 W2 W3 实际灌水总量分别为 160 220 280 mm 灌水量通过水表计量控制 试验用不同处理 N 肥各等分为 10 份 肥液通过液压比例施肥泵随灌溉水 施入 田施 P 肥 120 kg hm 2 P 2 O 5 43 全部基施 在结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 其他管理遵照温室番茄 管理措施进行 1 3 测定内容及方法 土壤含水率测定 测量位置分别设在测坑中心 测 位 M1 垂直滴灌管距中心 10 cm处 测位 M2 垂直滴灌管距中心 25 cm处 测位 M3 在相应测位 处埋置 Trim管 测管埋深 60 cm 用 TDR水分测定仪 测量土层 10 60 cm深度土壤含水率 每间隔 10 cm测 定 1 次 土壤表层 0 10 cm土壤水分采用取土烘干法 测定 土壤硝态氮 NO 3 N 测定 测位位置布设与土壤含水 率测位布置相同 在番茄收获拉秧后 取回测位土样 风干 磨细过筛 筛孔直径 5 mm 用流动分析仪 Auto Analyzer 德国 Bran Luebbe公司 测定土壤硝态氮 NO 3 N 质量分数 产量测定 在果实成熟期 采摘每个小区成熟果实 用电子天平称质量 通过换算获得番茄单产 kg hm 2 水分利用效率 Water Use Efficiency WUE 是评价 作物生长适宜程度的综合生理生态指标 反映了植物耗 水与其干物质生产之间的关系 WUE 0 1Y ET 1 式中 WUE为水分利用效率 kg m 3 Y 为产量 kg hm 2 ET 为耗水量 mm 根据水量平衡原理 结合温室实际 情况 不考虑天然降水和地下水补给以及地表径流和深 层渗漏损失 耗水量 ET 为 EI I W 2 式中 I 为总灌水量 mm W 为试验初期和末期 0 60 cm 土壤水分变化量 mm 张振华等 32 33 通过对 1 4 L h流 量滴头进行点源入渗特性研究得到 垂向入渗距离不超 过 50 cm 且由于番茄等浅根作物根系深度多不足 40 cm 本研究水量平衡采用 0 60 cm计算 肥料偏生产力 Partial Nitrogen Productivity PNP 是反映当地土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的 重要指标 用来表示肥料利用效率 PNP Y N 3 式中 PNP 为肥料偏生产力 kg kg N 为 0 60 cm 特定 肥料纯养分 N 素等 的投入量 kg hm 2 农业工程学报 http www tcsae org 2020年 108 2 结果与分析 2 1 土壤含水率与硝态氮分布 7月 19 日 灌水后 48 h 土壤含水率分布 如图 1所 示 可以看出 灌水后水分经过 48 h 的入渗扩散 不同 毛管布置方式下土壤含水率分布趋势基本相同 沿土层 深度 0 20 cm表层土壤含水率较低 20 40 cm深度范 围土壤含水率分布较高 40 cm土层深度以下土壤含水率 有所减小 土壤含水率最大值分布在 20 30 cm 土层深 度 最小土壤含水率分布在 50 cm 土层深度以下 距滴 头越远 水平方向土壤含水率越小 滴头下方周围土壤 含水率最大 除地表附近 土层深度M2 M3 T2 土壤含水率分布为 测位 M3 M2 M1 不同毛管布置方式下 相同土层深度土壤含水率分 布均匀度不同 在灌水量 W2 时 20 cm深土层测位 M1 M2 M3 土壤含水率平均值 T1 T2 T3 依次为 23 44 20 51 20 36 其最大含水率和最小含水率相差依次 为 4 35 3 93 6 26 30 cm深土层测位 M1 M2 M3土壤含水率平均值 T1 T2 T3依次为 23 56 22 35 19 57 最大含水率和最小含水率相差为 1 37 3 63 7 59 在 20 30 cm土层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显 不同 T3 布置方式差值最大 分布较散 其土壤含水率 分布均匀性差 T1 和 T2 布置方式差值较小 含水率分 布比较集中均匀 这是因为灌水 48 h 后 T1 和 T2 毛管 布置方式湿润锋形成交汇 而 T3 布置方式滴灌管间距较 大 在该时间段内没有形成湿润锋交汇 水分分布不均 匀 其他灌水情况规律相同 a T1W1N1 b T1W2N2 c T1W3N3 d T2W1N2 e T2W2N3 f T2W3N1 g T3W1N3 h T3W2N1 i T3W3N2 注 测位 M1 M2 M3 分别设在测坑中心 垂直滴灌管距中心 10 cm处 垂直滴灌管距中心 25 cm处 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 图1 2018 年 7 月 19 日灌水 后 48 h 不同滴灌施肥模式处理土壤含水率分布 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 张新燕等 水氮供应对温室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影响 109 不同毛管布置方式 不同土层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 处耕层 0 30 cm 深度内土壤含水率最大 达 23 71 T3 处理 M3 处含水率最小 仅有 15 99 T1 T2 T3 布置的测位均 含水率依次减小 分别为 22 19 20 20 18 86 毛 管布置方式对测位 M1 的土壤含水率有显著影响 T1 T2处理的 M2 M3 处含水率均与 T3 差异显著 经过 48 h 水分扩散 T1 T2 处理的土壤湿润锋出现交叉现象 而 T3处理未出现土壤湿润锋交叉现象 测位 M2 M3 距离 滴头较远 T3 处理的 M2 M3 处含水率急剧减小 不同 毛管布置方式处理之间的差异显著 30 60 cm深度土壤 含水率变化规律与 30 cm 类似 但由于土壤水分入渗较 浅 40 cm深度以下土壤含水率均明显减小 均小于 0 30 cm 深度土壤含水率值 测位 M1 M2 处含水率 T1 处理 与 T2 T3 差异显著 M3处 T3 处理与 T1 T2 差异显著 灌水量 W1 W3 处理时土壤含水率分布基本相同 T1 T3 处理的测位 M1 M2 处不同深度含水率均与 T2 差异显著 而 M3 处含水率 T1 T2 处理与 T3 差异显著 表2 不同土层深度内土壤含水率均值 Table 2 Average soil moisture at different soil depths 0 30 cm 30 60 cm 处理 Treatments 测位 M1 Point M1 测位 M2 Point M2 测位 M3 Point M3 测位 M1 Point M1 测位 M2 Point M2 测位 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 为标准差 同一水分处理同列不同字母表示处理间差异显著 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 可见 T3 布置方 式含水率均较小 而 T1 T2在不同位置含水率分布互 有优势 图 2 为番茄收获拉秧后 不同处理土壤硝态氮 NO 3 N 分布情况 不同滴灌施肥模式下 随土层深 度的增加 土壤硝态氮 NO 3 N 质量分数呈减小趋 势 0 30 cm 土层硝态氮质量分数均值均大于 30 60 cm 土层均值 0 30 cm 土层硝态氮质量分数均值 最大为 24 96 mg kg 处理 T3W1N3 30 60 cm 土 层硝态氮质量分数均值最大为 16 71 mg kg 处理 T1W3N3 由于番茄等浅根作物根系深度多不足 40 cm 所以该水肥分布有利于番茄对水分和肥分的吸 收利用 在同一土层深度 T1 和 T3 毛管布置方式 滴灌毛 管穿过植株行 硝态氮质量分数由大到小分布与距滴头 距离负相关 离滴头越远 硝态氮质量分数越高 依次 为测位 M3 M2 M1 T2 布置方式相同 其滴灌毛管布置 在植株行中间 硝态氮质量分数由大到小依次为测位 M1 M2 M3 同时 由表 3 可以看出 T3 管道布置时远 离滴灌带的测位 M3 处不同深度的 NO 3 N 质量分数在不 同施 N 水平间出现显著差异 P0 05 灌水因素对番茄产量产 生极显著影响 P 0 01 施氮肥模式对其产生显著影 响 P 0 05 而水氮交互作用并不产生显著影响 P 0 74 故进行主效应分析如表 4 所示 中 高水平 灌水量 W2 W3下番茄产量没有显著差异 和低灌水水 平 W1下番茄产量差异显著 不同施 N 水平下番茄产量 均有显著差异 农业工程学报 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 图2 收获后不同处理土壤硝态氮分布 Fig 2 NO 3 N distribution in soils with different treatments after harvesting 表3 不同土层深度土壤硝态氮质量分数均值 Tabl e 3 A v erage N O 3 N m as s fraction a t di ff erent s oil depths 各测点 0 30 cm硝态氮平均质量分数 Average NO 3 N content at 0 30 cm of each measurement point 各测点 30 60 cm硝态氮平均质量分数 Average NO 3 N content at 30 60 cm of each measurement point 处理 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 张新燕等 水氮供应对温室滴灌番茄水氮分布及利用效率的影响 111 表4 番茄产量显著性影响 Table 4 Significant effect of tomato yield 产量 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 不同滴灌施肥模式对番茄产量的影响如表 5 所示 由 表可知 灌水量对应极差最大 为 18 237 2 kg hm 2 则它 是对产量影响最大的因素 施氮量对产量的影响仅次于灌 水量 且产量随着施氮量增加而增加 从极差分析可知 处理 T2W2N3 的产量最高 为 107 104 kg hm 2 表5 不同处理番茄产量和水氮利用效率及其极差分析 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 处理 Treatments T W N WUE kg m 3 PNP kg kg 1 产量 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 较优 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 较优 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 较优 Optimal T2 W2 N3 柯布 道格拉斯 Cobb Douglas 生产函数模型运用数 学的方法来描述生产过程中变量与变量之间的依存关系 表达多种投入因素对产量的影响程度 研究中由于管道布 置方式对番茄产量没有显著影响 因此以灌水量和施肥量 为自变量 以蕃茄产量为因变量 采用柯布 道格拉斯模型 进行回归分析 拟合结果如式 4 所示 7 98 0 3677 0 2722 e YIN 4 由式 4 可知 在试验条件下 灌水量的生产弹性大于 施 N 肥量的生产弹性 即灌水量每增加 1 番茄产量增 加约 36 77 施 N肥量每增加 1 番茄产量增加约 30 极差分析和柯布 道格拉斯模型拟合结果均表明 灌水对产 量的影响大于施肥 2 3 滴灌施肥模式对番茄水氮利用效率的影响 不同滴灌施肥处理水氮利用效率如表 5所示 WUE最 高达到 47 8 kg m 3 最低仅有 29 6 kg m 3 由极差分析可知 对 WUE 影响最大的因素是灌水量 施氮肥因素影响次之 滴灌毛管布置方式影响最小 处理 T3W2N2 的 WUE 最 高 与反映植物耗水指标的 WUE不同 PNP 反映肥料投 入量效应 在所有处理中 PNP 最优的处理是 T2W3N1 为 244 22 kg kg 对于 PNP 施氮肥因素 极差 94 3 kg kg 影响最大 灌水水平其次 滴灌毛管布置方式影响最小 且 PNP 随着施肥量的增加而减小 3 讨 论 番茄在中国可以四季生产 其生长需要足够的水和 肥 张燕等 19 认为大水大肥的管理模式非但不能提高产 量 还会导致蔬菜品质下降 水肥利用率低 土壤盐渍 化等负面影响 而合理的水肥调控不仅可以促进植物生 长 还有利于其品质等的改善 35 而在中国氮肥的利用 率不足肥料投入的 30 36 较发达国家低 20 个百分点 其余多以硝态氮形式残留于土壤中 极易通过挥发 淋 溶和径流等途径损失 37 38 造成土壤肥力下降 农作物 产量品质降低等 而通过滴灌施肥 可有效地调节施用 肥料的数量和种类 并可将肥料施于根区 保证根区养 分的供应 减少养分的淋失 显著地提高肥料养分的利 用率 Lazcano 等 39 发现在 25 cm以上表土层土壤残余硝 酸盐变化很大 30 200 kg hm 2 合理施 N 是提高氮肥 利用率的重要措施 本研究发现 控制合理的灌水量 施 氮肥量以及滴灌毛管的布置方式 不仅可保证根区水分和 养分的供应 提高水氮利用率 而且可提高作物产量 滴灌施肥也并非减少硝酸盐下渗的有效途径 除非 灌水和施氮措施合理可行 袁宇霞等 20 发现增加施肥量 和适当上调灌水下限可以显著提高番茄的光合速率 干 物质量和产量 过高反而不利于其生长和产量的提高 土壤中 N分布取决于 N源和施入量 作物溶移能力以及 根区水分布情况 本研究得出 N 素等溶质随水入渗运 移其分布趋势和土壤含水率分布基本一致 在土层深度 30 cm范围内土壤含水率分布较高 土壤硝态氮 NO 3 N 含量随土层深度的增加有减小趋势 0 30 cm 土层硝态 氮含量大于 30 60 cm土层含量 Zhou 等 40 在番茄非充 分灌溉中也得到了相同结果 在番茄结果中后期 施氮 量随含水率增加而增加 水分利用效率达到最优 另外 研究得出土壤硝态氮含量离滴头越远 含量越高 即验 证了 N 素随水运移 易于积聚于湿润体边缘 34 因此通 过灌溉措施控制根区湿润体可以提高水氮利用率 41 同 时减少 N 的淋失 42 田间滴灌管布置方式对根区水分和 N 素含量分布具 有重要影响 研究发现 在滴灌施肥方式下 土壤含水 率在 20 30 cm范围内最大 硝态氮含量在表层 30 cm以 上最大 30 cm以下随深度减小 由于湿润锋运移不同 虽然同深度土壤含水率均值基本相同 但 1 管 1 行 T1 农业工程学报 http www tcsae org 2020年 112 和 1 管 2 行 T2 布置方式不同测位土壤含水率差值较 小 含水率在根区分布比较集中均匀 而 1 管 3 行 T3 布置方式差值较大 分布均匀性差 由于番茄这种浅根 系作物其根系集中在土层深度 40 cm以内 深层水分和 养分不利于作物根系的吸收利用 使得 T3 布置方式 30 60 cm的硝态氮累积残余量最大 另外 增大滴管 带间距是减少滴灌系统投资的重要因素之一 43 Satpute 等 26 研究发现沙壤土种植番茄滴灌带铺设方式 1管 2行 布置比 1 管 1 行布置可节省投资 35 41 本研究中 1 管 2 行管道布置方式 T2 相较于 T1 布置方式毛管 使用数量减少 投资相应减少 总的来说 T2布置方式 与 T1 和 T3相比较 节省投资 土壤水分和土壤硝态氮 质量分数均匀 深层淋失损失量小 有利于提高番茄的 水氮利用效率 通过研究发现 灌水量和施肥量对番茄产量均有显 著影响 且灌水因素大于施肥因素 水分利用效率和肥 料偏生产力受灌水量和施 N 肥量作用影响显著 体现了 水肥间的互促互作 这与邢英英等 44 研究结果一致 同 样在其他作物和灌水技术上也有类似结论 谷晓博等 45 研究表明灌溉和施氮处理对冬油菜籽粒产量 耗水量 WUE和 PNP 影响作用均达显著水平 向友珍等 46 通过甜 椒试验和模型验证得到 甜椒经济产量和水分利用效率 WUE随灌水量增加呈先增加后减小的趋势 水分胁迫可 提高大枣的肥料贡献率值 植株的氮肥利用率最高 47 Daniel 等 48 研究发现地下滴灌条件下 施氮因素不及灌 水对番茄产量的影响 而 Li 等 16 通过 2种尿素肥料 包 膜尿素和碳基尿素 和 2 种灌水水平 充分灌 亏缺灌 90 的研究 发现番茄产量影响最大的是肥 其次 为水 这是由不同试验条件下不同的地力和生产力水平 造成的 4 结 论 田间滴灌管布置方式 灌水量 施 N 肥量等对温室 番茄田间土壤含水率分布 硝态氮质量分数 番茄产量 水氮利用效率等均有不同程度的影响 1 土壤含水率与硝态氮质量分数均受管道布置方式 影响 N 素等溶质随灌溉水入渗运移 其分布趋势和土 壤水分布基本一致 20 40 cm土层深度范围土壤含水率 分布较高 T1 和 T2 布置方式较 T3 布置土壤含水率分布 均匀 土壤硝态氮 NO 3 N 质量分数随土层深度的增加 呈减小趋势 0 30 cm土层硝态氮质量分数均值均大于 30 60 cm 土层均值 T2 管道布置方式相较于 T1 和 T3 布置硝态氮含量均匀 2 灌水因素和施肥模式对番茄产量 水氮利用效率 均有显著影响 适宜的灌水量 氮肥施用量及合适的田 间滴灌管道布置方式不仅能使番茄获得高产 还能维持 高效的灌溉水利用效率和肥料偏生产力 在本试验条件 下 获得番茄高产的灌水量因素 施肥模式以及管道布 置方式的最优组合为 W2 70 ET 0 N3 240 kg hm 2 T2 1管 2 行 可为当地温室番茄滴灌施肥生产实践提 供参考 但从高效的灌溉水利用效率和肥料偏生产力角 度考虑 番茄滴灌施肥模式的最优水平组合分别为 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 参 考 文 献 1 吴立峰 张富仓 周罕觅 等 不同滴灌施肥水平对北疆 棉花水分利用率和产量的影响 J 农业工程学报 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