設施條件下不同水氮用量對番茄生長及根區土壤環境的影響

馬志杰，張學科，白俊英，王金鵬，陳衛東

（寧夏大學土木與水利工程學院/寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心/旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川750021）

水分是番茄進行一系列代謝活動的必需物質，適宜的水分供應能夠促進番茄的產量和品質［1］。虧缺灌溉導致番茄密度、硬度增加，產量降低。過量灌溉能夠提高番茄產量，但番茄內含物如糖分、維生素C含量、番紅素等均顯著降低［2］；另一方面過量灌溉也導致根區大量營養元素淋失，降低肥料的利用率，尤其對易隨水分流失的養分如硝態氮、鉀、鎂離子等［3，4］。氮素是植物生長必需的營養元素之一，合理施用氮肥能夠促進番茄植株體營養器官的形成，氮素過量會使營養器官如根、莖、葉等生長過旺、果實成熟較晚，另一方面氮肥過量也會降低其利用率［5］。硝態氮是植物易于吸收的氮素形態，在土壤耕作層易發生流失，造成氮素利用率低［6］。此外，硝態氮也是土壤中主要的鹽分離子，過量硝態氮的累積及淋失導致根區土壤鹽漬化加重，土壤發生鹽漬化或次生鹽漬化［7］。目前合理水、氮利用仍然是寧夏設施生產中難于協調的技術問題［8］，本研究以日光溫室條件下栽培番茄為供試作物，研究灌水量及減氮量對作物生長、產量及根區土壤環境產生的影響，此研究以期為寧夏水、氮資源合理利用及溫室蔬菜水肥調控提供技術與理論參考。

1 材料與方法

1.1 溫室條件及供試土壤

供試溫室位于寧夏賀蘭縣習崗鎮設施農業示范園區，單棟東西延長，一面坡式，鍍鋅鋼管結構，外用聚乙烯無滴膜覆蓋。溫室土壤屬沙壤土，其基礎理化性質見表1。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗設計及實施

試驗采用裂區設計，主區設種植番茄和裸地2種栽培形式，副區設不同灌水量（W）和不同施氮量（N）2個試驗因素。灌水量設2.25×103t/hm2（W1）和 t/hm2（W2）2個水平；施氮量設450 kg/hm2（N1）和675 kg/hm2（N2）2個水平，副區共4個處理，每處理重復3次，試驗共設24個微區。灌水量4.50×103t/hm2和施氮量675 kg/hm2為當地農戶的習慣用量，灌水量2.25×103t/hm2和施氮量450 kg/hm2為目標灌水量及施氮量。

采用田間微區方法進行試驗，將直徑300 mm、長600 mm的PVC管打入溫室土壤中，試驗在管內進行。在溫室內選擇好試驗區，整平試驗區的土壤并確定好24個微區的位置。先用與PVC直徑相同的鐵皮圈切割環狀土層，然后將PVC管放至指定位置后墊上木板，用錘子緩慢打入土中，保持所有土柱深淺一致，PVC管上端高出土面5 cm，用小鏟將所有土柱表面20 cm整平。將培育好的番茄幼苗定植于微區內，所有處理均灌500 mL定植水，待番茄緩苗正常且土柱表面水分適宜時，將番茄苗扶正并再次將所有處理灌300 mL定植水。后期所有處理均按試驗設計進行灌溉。整個生育期番茄苗按常規田間農藝管理措施進行統一管理。

氮肥用量處理N1、N2按管徑300 mm計算，折合出尿素（N 46%）用量后，每次按計算總量的1/4進行追施。追施時將肥料溶于水中，每次施肥時用噴壺將肥料緩慢噴灑于土壤表面。按相同方法計算不同灌水量W1、W2下土柱實際灌水量，按番茄生育期及表層水分含量監測結果進行灌溉，期間共灌水8次。

1.3 樣品采集與測定

試驗前測定溫室內土壤的基礎理化性質；試驗結束后用土鉆將微區內土壤每隔10 cm分層采樣，測定其質量含水量、硝態氮含量、電導率（EC）、pH等指標。

果實成熟期分次記錄產量，收獲時記錄植株不同器官生物量及最后產量。

土壤各指標測定方法：株高采用田間刻度尺測定；莖粗采用游標卡尺測定；葉綠素含量采用葉綠素儀測定；生物量、產量采用稱重法。pH采用酸度計測定；電導率測定采用電導儀法；土壤有機質測定采用重鉻酸鉀容量法；全氮測定采用半微量開氏法；硝態氮、氨態氮測定采用連續流動分析儀法。

1.4 結果計算

質量含水量=（鮮土重-干土重）/干土重

硝態氮含量C=C0×V×A×（1+m0）/m1

式中，C0為檢測濃度；V為浸提體積；A為分取倍數；m0為質量含水量；m1為鮮土質量。

1.5 數據分析

用Excel 2007和SAS V8軟件進行統計分析，利用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量、施氮量對番茄生長的影響

由表2可知，W2N2處理番茄株高顯著高于其他處理，W2N1株高最小；W1N1、W2N1莖粗顯著高于W1N2、W2N2；W1N2、W2N2葉片葉綠素含量顯著高于W1N1、W2N1，表明施氮量越大，葉綠素含量越大。就總生物量及各器官生物量而言，W1N2總生物量最小，根、莖、葉各器官生物量均最小?？梢?，施氮量、灌水量越少植株越粗壯，較多的灌水量和氮肥用量使植株徒長、變細，但施氮量、灌水量大時植株形成的總生物量越大。

表2 不同水氮處理對番茄生長的影響

2.2 不同灌水量、施氮量對番茄產量形成的影響

由圖1a可知，番茄在整個生育期共摘果5次，產量結果表明，W1N2和W2N2前3次產量較低，而第4、第5次產量較高；相同灌水量對果實成熟無顯著影響，而施氮量越大果實成熟期越晚。全生育期總產量結果（圖1b）表明，W1N2處理產量顯著高于其他處理，W1N2較W1N1、W2N1和W2N2分別增產26.7%、35.1%和15.5%。可見，氮肥用量大而灌水量較少時能夠提高番茄產量。

圖1 不同水氮處理對番茄產量的影響

2.3 不同灌水量、施氮量對土壤水分的影響

由圖2可知，種植番茄的4個處理土壤各層水分含量低于不種植的處理，種植番茄的4個處理不同灌水量間0~30 cm土壤剖面含水量有明顯差異，W2N1、W2N2土壤剖面含水量顯著大于W1N1、W1N2；相同灌水量下不同施氮間無顯著差異。裸地的4個處理相比較而言，灌水量和施氮量均顯著影響土壤剖面含水量，W2N1、W2N2剖面含水量顯著大于W1N1、W1N2；灌水量相同而施氮量不同時，在W1灌水量下不同施氮量顯著影響土壤表層剖面含水量，而W2灌水量時不同施氮量對剖面含水量沒有顯著影響。

圖2 不同水氮處理對土壤水分的影響

2.4 不同灌水量、施氮量對土壤剖面硝態氮濃度的影響

由圖3可知，種植番茄的4個處理W1N1、W1N2峰值在0~10 cm，而W2N1、W2N2峰值在10~20 cm；裸地的4個處理峰值均出現在0~10 cm。

圖3 不同水氮處理對土壤硝態氮濃度影響

種植番茄的4個處理相比較而言，相同灌水量下硝態氮濃度趨勢一致，不同灌水量間有顯著差異，灌水量越大，10~20 cm處硝態氮濃度越大。灌水量為W1時，N1處理與N2處理間無顯著差異；灌水量為W2時，N2處理硝態氮濃度顯著高于N1處理。

裸地的4個處理相比較而言，灌水量和施氮量均影響土壤中硝態氮濃度，各土層相比，W2N2硝態氮濃度顯著大于W1N2、W2N1，且大于W1N1，較大灌水量及施氮量處理下土壤中硝態氮濃度也最大，在40~50 cm土層W2N2硝態氮濃度顯著大于其他處理。

2.5 不同灌量水、施氮量對土壤總鹽分濃度的影響

由圖4可以看出，種植作物后根區（0~50 cm）土壤電導率增加84.4%。種植番茄的4個不同水氮處理0~50 cm電導率間均有顯著差異，裸地的4個處理在0~10 cm有顯著差異，10 cm以下均無顯著差異。種植番茄時4個不同水氮處理相比較，0~10 cm各處理間電導率均有顯著差異。W2處理0~50 cm電導率均顯著低于其他各處理。

圖4 不同水氮處理對土壤電導率的影響

裸地時W1N2、W2N2處理0~10 cm土壤電導率顯著高于W1N1、W2N1。種植作物區與裸地區各層次土壤鹽分相比，種植作物區鹽分為600~1 100 μS/cm，而祼地區表層鹽分較高，20 cm以下鹽分含量均較低。

由圖5可以看出，與裸地相比，種植番茄后土壤pH平均下降2.08%，其中，W1N1、W1N2、W2N1和W2N2處理各層分別下降3.00%、1.67%、2.02%和1.54%。從土壤層次來看，0~10、10~20、20~30、30~40、40~50 cm土 壤pH分 別 下 降0.46%、2.60%、2.16%、2.50%、2.60%。對表層0~10 cm土壤而言，W2N1和W2N2處理土壤pH高于W1N1和W1N2，施氮量對土壤pH的影響無規律性。可見，種植作物可使根際土壤變酸，表層0~10 cm土壤灌水量越小，pH越小。

圖5 不同水氮處理對土壤pH的影響

3 小結與討論

本研究結果表明，水分、氮素顯著影響了番茄的生長，當灌水量和施肥量都較大時，番茄生長勢強，形成的生物量也較大，但從產量結果來看，水少氮多的處理產量較高，其他處理間并無顯著差異。水分是一切生物體的生命之源，充足的水分能夠促進植物的新陳代謝［8］。但當土壤中水分過量時，較多水分以重力水的形式向下遷移，在土體中形成無效水，不僅浪費水資源，還會造成土壤中易流失離子如硝態氮發生淋溶作用從而導致氮素損失，因此對沙壤土來說，合理控制水量非常重要［9-12］。設施條件下由于當季種植密度大，復種指數也高，農戶為了獲取最大收益，在生產中經常提倡大水大肥，從本研究結果來看，大水并未提高產量，大肥對產量有一定提高作用，但與此同時，當施肥量較大時，土壤表層硝態氮殘留和表層鹽分都有顯著增加的趨勢。硝態氮殘留和表層鹽分增加導致土壤鹽漬化程度加劇，縮短溫室壽命，從長遠效益來看，農戶收益減少。從種植番茄的處理與裸地土壤環境來看，種植作物后，表層土體水分、pH下降而硝態氮濃度、鹽分含量均增加，可見，設施條件下人為耕作對表層土壤影響很大，土壤酸化和鹽漬化問題均與耕作方式有關。生產中產量因素固然重要，但從環境效益及溫室長遠利益來看，減少水氮用量非常有必要。