微潤灌溉下施氮濃度對小白菜生長的影響

朱羽萌，申麗霞，楊 玫，李京玲，劉榮豪，廉旭瑞

（太原理工大學水利科學與工程學院，太原030024）

面對我國農業缺水現象，有學者提出微潤灌溉技術，利用半透膜內外水勢差為驅動，將灌溉水均勻、持續地輸送給根區土壤，從而達到無脅迫灌溉，該技術無需外加機械動力，實現了灌溉系統的自動化[1，2]。張立坤等[3]研究了微潤灌和滴灌2種灌溉方式對娃娃菜生長的影響，發現地下微潤灌溉適宜作為溫室作物的灌溉方式。有研究指出，將可溶性肥料溶于水，將其與節水灌溉設施結合，采用水肥一體化模式進行施肥，可有效提高肥料的利用率20%～40%，有效節約肥料[4，5]。小白菜作為常見蔬菜，當土壤質地、灌溉施肥方式相同時，施肥濃度成為影響作物生長的主要因素。普通施肥模式下，適宜小白菜生長的氮肥施加量為10.92 kg/hm2[6]。

目前對于微潤灌溉的研究僅限于壓力水頭、埋設深度、微潤管間距等參數的變化對植株生長的影響及土壤水分分布，而關于水肥一體化的主要載體主要為滴灌[7，8]，對水肥一體化與微潤灌的結合現階段僅應用于果樹栽培[9]方向，在蔬菜種植方面應用較少。基于微潤灌溉作用機理和特點，微潤灌溉可將水肥均勻運送至土壤根區附近。為了對以微潤灌溉技術為載體的水肥一體化模式有更進一步的研究，本試驗以大棚小白菜為研究對象，將微潤灌溉技術與水肥一體化技術相結合，探究在不同施氮濃度處理下植株的生長情況，并設置不施肥處理為對照試驗，為該技術日后的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗地區位于山西省太原理工大學萬柏林校區，該地區屬于溫帶性大陸氣候，晝夜溫差較大，全年日照充足。本試驗從2019年10月14日至12月3日在普通塑料大棚中進行。小白菜種植于90 cm×45 cm×40 cm（長×寬×高）木質種植箱中，種植土壤為壤土，土壤初始含水率為24.39%。試驗設備主要有高位水箱、種植箱、PE 輸水管、微潤管和閥門等。試驗過程中將可溶性氮肥均勻溶于高位水箱中，同時保持高位水箱出水口水壓穩定，灌溉水為城市自來水。

1.2 試驗設計

試驗作物為小白菜，灌溉方式為地下微潤灌，肥料采用分析純尿素，試驗過程中通過微潤管全程供水供肥。本試驗共設4 組處理，在試驗水頭均為1.5 m 條件下，設3 個施肥濃度：200 mg/L（T1）、400 mg/L（T2）、600 mg/L（T3），以及不施肥對照組（CK），每組處理重復3 次。小白菜采用行播方式播種，行株距15 cm，每個種植箱種植3 行，最外行距種植箱邊緣7.5 cm。小白菜出苗后進行間苗，每行保留6 棵植株，每次測量保持中間行不變，作為產量測量依據。每個種植箱中鋪設2根微潤管，間距為30 cm，埋深為15 cm。試驗裝置及微潤管布設方式見圖1。

1.3 觀測項目與方法

（1）土壤含水率。土壤含水率測定采用烘干法，每7 d 測定一次。在距每行植株水平距離5 cm 處隨機取土，每行取3個土樣，取土深度為15 cm。取出土樣后，使用精度為0.01 g的電子天平稱量濕重，然后將土樣置于烘箱中，在105 ℃下烘干8 h 后測其干土重量，計算土壤含水率。計算公式為：土壤含水率=（土壤濕重-土壤干重）/土壤干重×100%。

（2）小白菜生長情況。出苗15 d 后每隔7 d 測量小白菜生長情況，每次測量小白菜株高、總葉面積、鮮重等指標，在每個處理的每行（除每箱中間行）作物中隨機選取3株長勢均勻的小白菜進行測量，并取平均值。株高采用0.01 m 的米尺從植株根部以上測量，總葉面積=葉片數×單葉面積，單葉面積=葉長×葉寬×0.75[10]，植株鮮重由0.01 g電子天平測量。

（3）產量及肥料增產貢獻率。12月3日，結束最后一次測量后收取作物，利用電子秤測量每箱中間行產量，根據中間行產量估算每箱小白菜產量。肥料增產貢獻率公式如下：肥料增產貢獻率=（施氮區作物產量-對照區作物產量）/施氮區作物產量×100%[11]

最終試驗數據采用origin 2018制圖與分析。

2 結果分析

2.1 土壤含水率

本次試驗主要研究0～15 cm 土層的土壤含水率動態變化，從播種開始持續灌水，各組處理不同時期土壤含水率見圖2。初次測量時各組處理土壤含水率沒有明顯差異，小白菜生育期內各處理土壤含水率呈先上升后下降再上升的變化趨勢，與小白菜的需水規律相符。出苗后15～29 d 期間，由于小白菜生長速度較慢，需水量較低，在膜內外水勢差的作用下，各處理土壤含水率呈上升趨勢。29～43 d 期間，小白菜進入快速生長階段，作物需水量增加，各組土壤含水率下降。種植后期，小白菜生長速度減緩，為維持生理活動，作物仍從土壤中吸收較多水分，但由于持續微潤灌溉使土壤累積水分不斷升高，本階段土壤含水率呈上升趨勢。試驗過程中，各試驗組土壤含水率呈現為T2＞T1＞T3＞CK，其中對照組土壤含水率低于施肥處理，說明施肥處理有利于土壤對水分的吸收；T3處理前期土壤含水率與其他處理無顯著差異（P＞0.05），后期土壤含水率低于其他施肥處理，這是由于高濃度施肥導致土壤板結，其吸水能力低于其他施肥處理。

2.2 株 高

圖3展示了各處理不同時期作物株高的變化，出苗后15 d內各處理差異不明顯。小白菜全生育期株高不斷增長，43 d后作物株高生長平穩且緩慢。在試驗過程中，各處理株高表現為T2＞T3＞T1＞CK，表明增施氮肥有利于小白菜株高的增長。在小白菜生育后期，各處理株高迅速增長，氮肥對株高的促進作用更加突出。3 組施肥處理前期差異較小，試驗結束時，T2 處理株高最大，達到平均21.45 cm，分別超過T1、T3 處理27.30%、12.60%。說明在相同水頭壓力下，施氮量增加可以促進株高的增長，但高濃度氮肥的施加會對作物株高的生長起到抑制作用。

2.3 總葉面積

圖4展示了小白菜總葉面積的變化，可以看出小白菜總葉面積全生育期內一直增加。29 d 前，小白菜總葉面積增長緩慢，在29～43 d 迅速增長，43 d 后增速減緩。試驗前期各處理葉面積差異不明顯，自29 d 開始，各施肥組與對照組總葉面積出現差異，對照組葉面積低于其他處理，說明增施氮肥有促進植株葉面積增長的作用。試驗結束時，CK、T1和T2處理總葉面積分別為726.07、966.60 cm2和1 506.14 cm2，說明在低氮肥處理下，植株葉面積隨著氮肥濃度的增加而增加。對比T2 與T3 處理，T2 處理總葉面積超過T3 處理26.48%，說明當氮肥濃度過高的時會對植株葉面積生長產生抑制效果。

2.4 單株鮮重

各處理不同時期植株鮮重變化趨勢見圖5。小白菜鮮重曲線呈“S”形增長，即前期增長緩慢，29～43 d 快速增長，后期變化趨于平緩，其鮮重變化趨勢與葉面積變化趨勢相符合。29 d 前所有處理鮮重接近，說明在植株生長前期，施加氮肥對植株鮮重影響較小。植株進入快速增長階段后，施肥組鮮重大于對照組，氮肥對鮮重的促進作用逐漸明顯。3組施肥處理在36 d 前無明顯差異，36 d 后T2 處理增速最大。試驗結束時，T2 處理平均鮮重最高，說明施氮濃度為400 mg/L 對植株鮮重增加促進效果更加明顯。

2.5 產量及肥料增產貢獻率

最后一次試驗時摘取每箱中間行作物，稱量其產量，利用中間行產量估算每箱產量。表1反映了4 組處理的產量及肥料增產貢獻率。施肥濃度為400 mg/L 的T2 組獲得最高產量2 060.19 g，分別為T1、T3 處理的1.58 和1.40 倍，這一結論與黃小云[6]建立的小白菜氮肥料效應方程相符，即存在最佳施肥量使獲得的產量最大，當施肥量超過最佳施肥量時，產量及肥料增產貢獻率降低。在相同水頭下，T2 處理與T1 處理施氮量差異顯著，而T3 處理與T2 處理施氮量僅相差5.23 g，差異不顯著，這是由于高濃度處理下的土壤吸水能力下降，隨水施加的氮肥量相應減少。各組肥料增產貢獻率表現為T2＞T3＞T1，隨著產量增加，肥料增產貢獻率隨之增加。其中，T3 處理肥料增產貢獻率雖然超過T1處理，但其施氮量為T1處理施氮量的1.95 倍，且差異不顯著，從節省肥料的角度看，T3 并不能達到經濟增產的目的。

表1 不同處理產量及肥料增產貢獻率Tab.1 Yields and contribution rate of fertilizer on yield increase under different treatments

3 結 論

綜合上述結果與分析，得出下列結論。

（1）微潤灌溉條件下，施肥有助于提高土壤吸水能力，土壤含水率隨施肥濃度增加而增加，但施加高濃度氮肥會導致土壤含水率降低。

（2）不同施氮濃度下植株株高、總葉面積及鮮重均呈現“S”形趨勢，施氮有助于植株各項指標增長，在壓力水頭為1.5 m 情況下，施肥400 mg/L 各指標最大，產量最大，肥料增產貢獻率最高。在小白菜生育期內，前期各處理差異不明顯，后期氮肥對植株生長促進作用明顯，因此在生育前期少施肥或不施肥，進入生育后期后，適當增加施肥量可以顯著提高植株各項生長指標，提高作物產量。

（3）小白菜產量與肥料增產貢獻率隨施肥濃度的增加呈現先增加后減小的趨勢，各施肥組肥料增產貢獻率差異不顯著。低濃度施肥下，各生長指標隨著濃度增加而增加，高濃度施肥導致施肥過量反而對植株生長起到抑制作用。為達到節肥高產目的，在大棚內采用微潤灌模式水肥一體化模式種植小白菜施肥濃度需選擇在400～600 mg/L之間。