張志云，趙偉霞，李久生

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083）

灌水頻率和施氮量對(duì)番茄生長(zhǎng)及水氮淋失的影響

張志云1，2，趙偉霞1，李久生1

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，北京100083）

不合理灌溉水氮管理引起的水氮淋失越來(lái)越受到關(guān)注。本文以日光溫室滴灌番茄為對(duì)象，研究充分供水條件下水氮管理參數(shù)對(duì)土壤水氮淋失和番茄生長(zhǎng)的影響。試驗(yàn)選取灌水頻率和施氮量2個(gè)因素，灌水間隔設(shè)3、6和9 d 3個(gè)水平，施氮量設(shè)0、180和300 kg/hm23個(gè)水平。在番茄生育期內(nèi)觀測(cè)土壤含水率、土壤水勢(shì)和土壤氮素含量，番茄收獲時(shí)測(cè)定地上部分干物質(zhì)、產(chǎn)量和氮素吸收量。結(jié)果表明，土壤水分深層滲漏和硝態(tài)氮淋失幾乎發(fā)生在番茄整個(gè)生育期內(nèi)，表現(xiàn)出深層滲漏量增大時(shí)硝態(tài)氮淋失量也增大的同步特征。灌水間隔3 d和6 d處理的生育期累積滲漏量接近，占灌水量的12%，而當(dāng)灌水間隔增加到9 d時(shí)，生育期深層滲漏量明顯增加，占灌水量的18%。同一灌水頻率下，硝態(tài)氮累積淋失量隨施氮量的增加呈增加趨勢(shì)，生育期累積最大水氮淋失量發(fā)生在低灌水頻率高施氮量處理。灌水頻率和施氮量對(duì)番茄植株吸氮量和產(chǎn)量的影響未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著水平（P=0.05）。從減少水氮淋失和方便管理兩方面考慮，建議溫室滴灌番茄適宜的灌水間隔為6 d。

灌水頻率；施氮量；日光溫室；番茄；深層滲漏；氮素淋失

1 研究背景

施用氮肥是補(bǔ)給土壤氮素和維持土地生產(chǎn)力的重要措施［1］。施入土壤的氮肥，除部分被作物根系吸收外，一部分可能隨水分向下移動(dòng)至根系活動(dòng)層以下，引起氮素淋失，對(duì)淺層地下水形成污染風(fēng)險(xiǎn)［2-3］。大量研究表明，施氮量是影響氮素淋失的重要因素［4］，例如楊莉琳等［5］華北山前平原冬小麥—夏玉米輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)結(jié)果指出，過(guò)量施用氮肥盡管產(chǎn)量不會(huì)出現(xiàn)下降，但會(huì)造成土壤中硝態(tài)氮累積，增大氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)。Wang等［6］對(duì)不同滴灌均勻系數(shù)和施氮量下華北平原玉米生育期內(nèi)硝態(tài)氮淋失的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，施氮量是影響氮素淋失的最重要因素，其次是土壤初始氮素含量和均勻系數(shù)。

滴灌作為一種高頻局部灌水技術(shù)，具有明顯的節(jié)水增產(chǎn)效果［7-10］。王建東等［11］對(duì)華北地區(qū)春玉米滴灌田間試驗(yàn)研究表明，灌水頻率對(duì)土壤水分分布及運(yùn)移有明顯影響，對(duì)玉米產(chǎn)量的影響不顯著。曹紅霞等［12］通過(guò)室內(nèi)均質(zhì)土柱試驗(yàn)研究表明，灌水頻率可改變土壤水分的空間分布和土壤蓄水量，進(jìn)而影響溶質(zhì)在土壤中的分布和運(yùn)移。柴付軍等［13］通過(guò)對(duì)新疆膜下滴灌棉花的試驗(yàn)研究表明，灌水頻率對(duì)土壤鹽分淋洗效果影響明顯，對(duì)棉花產(chǎn)量的影響不顯著?？弟S虎等［14］和Wang等［15］通過(guò)2年的田間試驗(yàn)研究指出，滴灌灌水頻率對(duì)土壤水分、馬鈴薯產(chǎn)量影響明顯。Wan等［16］通過(guò)灌水頻率對(duì)蘿卜生長(zhǎng)和耗水的影響研究表明，灌水頻率對(duì)蘿卜產(chǎn)量沒(méi)有明顯影響，但是對(duì)根系分布影響很大；隨灌水頻率增加，灌水前、后土壤含水率變幅減小，滴灌濕潤(rùn)體內(nèi)水勢(shì)梯度變小，蘿卜的騰發(fā)量降低。李曉欣等［17］通過(guò)對(duì)華北山前平原農(nóng)田土壤硝態(tài)氮淋失與調(diào)控研究表明，隨著施氮量增加，土壤中硝態(tài)氮累積和淋失量增加。李久生等［18］和Li等［19］通過(guò)對(duì)滴灌施肥灌溉土壤水氮分布規(guī)律的試驗(yàn)研究表明，受土壤吸附作用影響，滴灌施肥灌溉對(duì)銨態(tài)氮濃度分布范圍影響較小，一般在距滴頭10 cm范圍內(nèi)，而對(duì)硝態(tài)氮濃度分布范圍的影響較大。滴灌施肥灌溉條件下硝態(tài)氮具有向濕潤(rùn)體邊緣累積的趨勢(shì)［19-20］，這無(wú)疑增大了水氮淋失的風(fēng)險(xiǎn)。研究滴灌水氮管理措施對(duì)水氮淋失和作物生長(zhǎng)的影響，將有助于優(yōu)化水氮管理，降低水氮淋失風(fēng)險(xiǎn)。本試驗(yàn)以日光溫室滴灌番茄為研究對(duì)象，研究滴灌灌水頻率和施氮量對(duì)土壤水氮淋失、番茄生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，為優(yōu)化滴灌水氮管理提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)于2013年在國(guó)家節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心大興試驗(yàn)研究基地的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。該基地位于北京市南部約30 km的大興區(qū)，地理坐標(biāo)116°26′E、39°37′N，海拔高程40.1 m。該試驗(yàn)區(qū)屬半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨。多年平均降水量540 mm；全年大于10℃有效積溫為4 730℃，共285 d；無(wú)霜期平均185 d，全年日照時(shí)數(shù)約2 600 h，平均水面蒸發(fā)量1 800 mm以上。

試驗(yàn)所用日光溫室長(zhǎng)50 m，寬7.6 m，南北走向，覆蓋華盾高保溫流滴長(zhǎng)壽膜，室內(nèi)沒(méi)有補(bǔ)溫和通風(fēng)設(shè)施。日光溫室土壤質(zhì)地為粉壤土（美國(guó)制），質(zhì)地隨深度沒(méi)有明顯變化（表1），地下水埋深大于5 m。

表1 供試土壤基本物理特性

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間布置番茄（Lycopersicon esculentum）品種為中雜9號(hào)，南北向種植，留5穗果后打頂。試驗(yàn)考慮滴灌灌水頻率和施氮量2個(gè)因素。灌水間隔考慮番茄對(duì)水分的敏感程度及試驗(yàn)地區(qū)常用灌水頻率設(shè)置3個(gè)水平，分別為3 d、6 d和9 d，簡(jiǎn)記為W1、W2和W3。施氮量也設(shè)置3個(gè)水平，高施氮量（N2）取北京郊區(qū)溫室番茄現(xiàn)行施氮量300 kg/hm2，考慮到滴灌有提高氮肥利用率的潛力［8］，設(shè)置中施氮量（N1）為常規(guī)施氮量的60%，即180 kg/hm2；同時(shí)設(shè)置不施氮處理（N0）作為對(duì)照。采用全組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共9個(gè)處理（W1N0、W1N1、W1N2、W2N0、W2N1、W2N2、W3N0、W3N1、W3N2），每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，小區(qū)尺寸為4.5 m×2.4 m。試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)排列布置。每個(gè)小區(qū)種植4行番茄，行距60 cm，株距50 cm。選用0.1 MPa下標(biāo)稱流量為1.75 L/h的滴灌帶（甘肅瑞盛·亞美特高科技農(nóng)業(yè)有限公司），灌水器間距30 cm，1條滴灌帶控制1行作物，滴灌帶緊挨作物布置。溫室的開(kāi)閉根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的管理經(jīng)驗(yàn)確定，天氣晴好且溫室內(nèi)空氣溫度大于30℃時(shí)將大棚底膜卷起約0.6 m保持通風(fēng)，調(diào)節(jié)棚內(nèi)溫度和濕度。

圖1 番茄生育期內(nèi)累積灌水量和累積施氮量

番茄于4月20日移栽，緩苗期共灌水4次，總灌水量40 mm，緩苗15 d后開(kāi)始灌水處理，灌水量根據(jù)放置在番茄冠層頂部直徑20 cm的蒸發(fā)皿（DY.ZF-1，濰坊大禹水文科技有限公司）蒸發(fā)量計(jì)算，灌溉量等于灌水間隔內(nèi)蒸發(fā)皿累積蒸發(fā)量與作物-皿系數(shù)的乘積，蒸發(fā)皿蒸發(fā)量在每天早上8∶00測(cè)量。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者［21-23］對(duì)溫室滴灌番茄作物-皿系數(shù)和該地區(qū)溫室內(nèi)番茄耗水規(guī)律的研究結(jié)果，番茄苗期和開(kāi)花座果期作物-皿系數(shù)取0.6，果實(shí)膨大期和果實(shí)收獲期取0.8。番茄生育期內(nèi)W1處理共灌水30次，灌水量為207.1 mm；W2處理共灌水15次，灌水量為207.1 mm；W3處理共灌水10次，灌水量為210.4 mm。肥料選用尿素，分5次施入（圖1）。施肥時(shí)先將肥料在水中充分溶解，然后將肥液用比例施肥泵（Mis Rite Model 2504，Tefen，以色列）采用水肥利用率高的1/4-1/2-1/4的模式施入［8］，即前1/4時(shí)間灌清水，中間1/2時(shí)間施肥，最后1/4時(shí)間灌清水沖洗管網(wǎng)。

2.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法在番茄移栽前，按照均勻分布的原則在溫室內(nèi)選取9個(gè)點(diǎn)，分3層（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm）用直徑4 cm的土鉆取土。每個(gè)土樣分成兩部分，一部分用于烘干法測(cè)定土壤初始含水率，另一部分自然風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，每個(gè)樣品取20 g，用濃度為1 mol/L的KCl溶液50 mL浸提，再用流動(dòng)分析儀（Auto Analyzer 3，德國(guó)Bran+Luebbe公司）測(cè)定浸提液的NO3--N和NH4+-N濃度（mg/L），獲得土壤NO3--N和NH4+-N含量（mg/kg）［24］。

采用Trime-T3土壤剖面含水率測(cè)量系統(tǒng)（IMKO，德國(guó)）監(jiān)測(cè)番茄生育期內(nèi)的土壤水分動(dòng)態(tài)變化［25］。因?yàn)樽魑锷趦?nèi)多次滴灌條件下，沿滴灌帶單個(gè)灌水器形成的濕潤(rùn)土體會(huì)充分疊加，形成近似均勻的土壤含水率帶狀分布［22］，趙偉霞等對(duì)日光溫室滴灌番茄耗水量的研究表明，以下界面深度40 cm和60 cm估算出的生育期深層滲漏量差別很小［26］。對(duì)溫室滴灌番茄的相關(guān)研究也確認(rèn)了超過(guò)80%以上的總根量集中在0～40 cm土層［27-28］。因此在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)布置1根Trime測(cè)量管，埋設(shè)位置在距毛管垂直距離10 cm處，埋深80 cm，每隔7 d按10 cm 1層進(jìn)行土壤水分測(cè)定，測(cè)量深度為60 cm。

在每個(gè)小區(qū)埋設(shè)1組張力計(jì)（SoilSpec，澳大利亞），埋設(shè)深度分別為55 cm和65 cm。番茄生育期內(nèi)，每天上午7∶30-8∶30讀取張力計(jì)數(shù)據(jù)。通過(guò)55和65 cm深度處的土水勢(shì)，估算根區(qū)底部60 cm深度處的水流通量（q，cm/d）［29］：

式中：K（h）為55～65 cm土層非飽和導(dǎo)水率，cm/d；h為55～65 cm土層的平均土壤基質(zhì)勢(shì)，cm；H55和H65分別是55和65 cm深度處的土水勢(shì)，cm；L為滲流路徑的直線距離，cm。

K（h）由式（2）計(jì)算［30～31］：

式中：θr為殘余含水率，cm3/cm3；θs為飽和含水率，cm3/cm3；θ（h）為土壤基質(zhì)勢(shì)為h時(shí)的土壤含水率，cm3/cm3；α、m和n為土壤水分特征曲線的擬合參數(shù)；Ks為飽和導(dǎo)水率，cm/d。

土壤水力參數(shù)θr、θs、α、m、n和Ks由Rosetta軟件［32］利用土壤顆粒組成和容重進(jìn)行估算。

為觀測(cè)土壤氮素淋失量，在每個(gè)小區(qū)布置1個(gè)土壤溶液提取器，埋設(shè)位置在距毛管10 cm處，埋深60 cm。為防止土壤溶液提取器對(duì)張力計(jì)測(cè)量值的干擾，2者之間的水平距離為20 cm。每次灌水后施加30 kPa的負(fù)壓，2 d后采集土壤溶液。用流動(dòng)分析儀（Auto Analyzer 3，德國(guó)Bran+Luebbe公司）測(cè)試土壤溶液的硝態(tài)氮濃度［24］。根區(qū)底部硝態(tài)氮淋失量為水流通量與土壤溶液硝態(tài)氮濃度的乘積。

為監(jiān)測(cè)番茄植株生長(zhǎng)狀況，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)的中間兩行選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的3株番茄，每隔10 d測(cè)量株高、莖粗和葉面積；番茄收獲期，每隔1 d采摘番茄，記錄單果重及總重量，統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量。將采摘的番茄樣品和收獲后每小區(qū)所取3棵番茄植株的地上部分，在105℃殺青0.5 h，然后在70℃下烘干至恒重，測(cè)干物質(zhì)質(zhì)量。烘干后的干物質(zhì)研磨后，用凱氏定氮儀（Kjeltec2300，丹麥FOSS公司）測(cè)試其全氮含量［24］。番茄吸氮量等于植株全氮含量乘以地上部分的干物質(zhì)質(zhì)量與果實(shí)全氮含量乘以果實(shí)干物質(zhì)質(zhì)量之和。

2.4 統(tǒng)計(jì)分析在P=0.05水平下利用方差分析法（Analysis of Variance，ANOVA）檢驗(yàn)試驗(yàn)因素對(duì)觀測(cè)結(jié)果影響的顯著性，利用最小顯著差數(shù)法（Least Significant Difference，LSD法）在同一試驗(yàn)因素不同水平間進(jìn)行多重比較，分析工具采用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件［33］。

3 結(jié)果與分析

3.1 初始土壤水氮分布試驗(yàn)田塊內(nèi)初始土壤水氮分布如表2所示。0～60 cm土層土壤初始含水率隨深度的增加呈增大趨勢(shì)。除0～20 cm土層變差系數(shù)大于0.1，呈中等變異程度外，20～60 cm土層土壤初始含水率呈弱變異程度。土壤初始硝態(tài)氮含量從土壤表層到60 cm深度處呈遞減趨勢(shì)，均值在表層最大，為28.01 mg/kg，各層的變差系數(shù)在0.5左右，呈中等變異程度；土壤初始銨態(tài)氮含量在剖面上分布較均勻，屬弱到中等變異［31］。

表2 溫室內(nèi)土壤初始含水率、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮分布

3.2 番茄生育期內(nèi)土壤含水率變化圖2是由Trime測(cè)量的不同深度土壤含水率在番茄生育期內(nèi)的變化（以N1施肥處理為例，其他處理與之相同）。由土壤含水率隨時(shí)間的波動(dòng)程度可知，0～30 cm土層土壤含水率受灌溉的影響較大，而30～60 cm土層，除W3處理產(chǎn)生較小波動(dòng)外，其他處理土壤含水率幾乎不受灌溉的影響；番茄苗期和開(kāi)花坐果期（4月20日—6月10日），各處理土壤含水率的波動(dòng)趨勢(shì)相近，而進(jìn)入果實(shí)膨大期（6月11日）后低頻灌溉處理（W3）土壤含水率的波動(dòng)程度大于高頻（W1）和中頻（W2）處理，例如6月11日—生育期結(jié)束，高、中、低頻灌溉0～20 cm土層含水率波動(dòng)程度分別為0.05（0.22～0.27）、0.04（0.23～0.27）和0.09（0.18～0.27）cm3/cm3。番茄整個(gè)生育期內(nèi)，所有處理0～60 cm土層平均土壤含水率變化范圍為0.25～0.28 cm3/cm3，處理間差異較小且均在田間持水率的75%～100%。說(shuō)明基于蒸發(fā)皿蒸發(fā)量確定灌水量時(shí)，整個(gè)生育期內(nèi)各處理均為充分供水。這與劉玉春和李久生在同一溫室內(nèi)連續(xù)2 a的番茄滴灌試驗(yàn)的結(jié)果類似［28］。

3.3 番茄生育期內(nèi)深層滲漏量和土壤硝態(tài)氮淋失量表3和圖3分別給出了番茄生育期內(nèi)各處理深層滲漏量與硝態(tài)氮淋失量的變化及其統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。灌水頻率、施氮量及其交互作用對(duì)番茄生育期內(nèi)土壤深層滲漏量的影響雖然未達(dá)到顯著水平，但灌水頻率對(duì)深層滲漏量的影響（P=0.30）較施氮量（P=0.54）大。番茄生育期內(nèi)W1、W2及W3處理3個(gè)施氮量平均深層滲漏量分別為25.0、23.8和37.5 mm，占灌水量的比例為12.1%、11.5%和17.8%，高頻和中頻灌溉的深層滲漏量接近，但均小于低頻灌溉，其原因可能是由于高頻（W1）處理“少量多次”的灌水特點(diǎn)，使得可利用土壤水分與作物需水規(guī)律吻合較好，減少了深層滲漏的發(fā)生，而低頻（W3）處理“多量少次”的灌水特點(diǎn)，加大了供水與作物需求的差異，在灌水剛結(jié)束時(shí)，不能被作物吸收的多余水分可能運(yùn)移至根區(qū)以外，造成較大的深層滲漏量。

圖2 番茄生育期內(nèi)各土層土壤含水率隨時(shí)間的變化

表3 番茄生育期內(nèi)深層滲漏量及硝態(tài)氮累積淋失量統(tǒng)計(jì)分析

從圖3可以看出，在整個(gè)生育期內(nèi)幾乎都有水分深層滲漏發(fā)生。硝態(tài)氮淋失表現(xiàn)出與水分深層滲漏近似同步的特征，深層滲漏量大時(shí)，硝態(tài)氮的淋失量也大。由表3中的硝態(tài)氮累積淋失量及其統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，盡管灌水頻率和施氮量及其交互作用對(duì)土壤硝態(tài)氮累積淋失量的影響未達(dá)到顯著水平（P=0.05），但同一灌水頻率下，土壤硝態(tài)氮累積淋失量隨施氮量的增加呈增加趨勢(shì)（P=0.26），當(dāng)施氮量由0增加至300 kg·hm-2，3個(gè)灌水頻率下累積淋失量均值從14.5 kg·hm-2增加到32.9 kg·hm-2；同一施氮量下，累積硝態(tài)氮淋失量隨灌水頻率的提高呈減小趨勢(shì)（P=0.25），當(dāng)灌水間隔由9 d（W3）降低至3 d（W1）時(shí)，3個(gè)施氮水平下的氮累積淋失量均值由33.2 kg·hm-2降低到13.2 kg·hm-2。累積硝態(tài)氮淋失量最大值發(fā)生在低頻灌水高施氮量處理（W3N2）。W3N1處理硝態(tài)氮累積淋失量較小的原因可能是由于土壤初始硝態(tài)氮含量的空間變異性（表2）引起的。Wang等對(duì)華北平原滴灌春玉米深層滲漏和氮素淋失的監(jiān)測(cè)也指出，每次灌水后都有深層滲漏發(fā)生，這可能與土壤初始含水率空間變異和優(yōu)先流有關(guān)，且氮素淋失量隨施氮量的增加顯著增加［6］。

圖3 番茄生育期內(nèi)硝態(tài)氮淋失量與深層滲漏量變化

3.4 生育期內(nèi)灌水頻率和施氮量對(duì)番茄生長(zhǎng)的影響圖4、圖5和圖6分別給出了各處理番茄葉面積指數(shù)、株高和莖粗在生育期內(nèi)的變化，其中，6月30日是摘心打頂前最后一次測(cè)量，8月5日是生育期末拉秧之前的測(cè)量值。打頂前，所有處理的番茄葉面積指數(shù)、株高和莖粗均隨番茄的生長(zhǎng)逐漸增大；打頂后，所有處理的番茄株高和莖粗雖然仍有一定增長(zhǎng)，但平均增長(zhǎng)速率較打頂前明顯降低。不施氮處理（N0）和高施氮處理（N2）下，不同灌水頻率處理的葉面積指數(shù)、株高和莖粗之間的差異不明顯，而中施氮處理（N1）下，中頻灌水處理（W2）的葉面積指數(shù)、株高和莖粗較高頻（W1）和低頻（W3）處理大。對(duì)這一結(jié)果的可能解釋是：在試驗(yàn)選取的灌水頻率和施氮量水平中，中灌水頻率與中施氮量（W2N2）處理水氮耦合和協(xié)同效果最好，明顯促進(jìn)了作物生長(zhǎng)，這一處理產(chǎn)量最高（表4）也在一定程度上認(rèn)證了這一推測(cè)。同一灌水頻率不同施氮處理下，葉面積指數(shù)、株高和莖粗的差異不明顯。

圖4 番茄葉面積指數(shù)在生育期內(nèi)的變化

圖5 番茄株高在生育期內(nèi)的變化

圖6 番茄莖粗在生育期內(nèi)的變化

3.5 植株吸氮量及產(chǎn)量表4為各處理番茄植株吸氮量、產(chǎn)量及其統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。盡管灌水頻率和施氮量及其交互作用對(duì)植株吸氮量的影響未達(dá)到顯著水平，但吸氮量隨施氮量的增加呈增加趨勢(shì)（P= 0.28），當(dāng)施氮量由0增加到300 kg·hm-2時(shí)，3個(gè)灌水頻率下的吸氮量均值由118.0 kg·hm-2增加到133.5 kg·hm-2，增加了13%。需要指出的是，土壤初始氮素含量的空間變異（表2）也可能是導(dǎo)致施氮量和灌水頻率對(duì)吸氮量影響不顯著的一個(gè)原因。番茄產(chǎn)量在中頻灌水和中施氮量處理（W2N1）達(dá)到最大值46.53 t/hm2。由統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可知，灌水頻率、施氮量及其交互作用對(duì)單果重和番茄產(chǎn)量的影響未達(dá)到顯著水平。這一結(jié)果與康躍虎等［12］的試驗(yàn)結(jié)果大致相同?？弟S虎等［14］用稱重式蒸滲儀確定灌水量，研究了滴灌灌水頻率（灌水間隔1～8 d）對(duì)華北平原馬鈴薯產(chǎn)量的影響，結(jié)果指出，灌水間隔1 d時(shí)產(chǎn)量最高，但間隔4、6、8 d處理的產(chǎn)量無(wú)顯著差異。

適宜灌水頻率的確定需要綜合考慮產(chǎn)量、水氮淋失以及灌水管理成本等因素。本研究結(jié)果表明，盡管灌水頻率對(duì)產(chǎn)量和水氮淋失的影響未達(dá)到顯著水平（P=0.05），但深層滲漏量及硝態(tài)氮淋失量隨灌水頻率提高均表現(xiàn)出較明顯的降低趨勢(shì)，對(duì)應(yīng)的P值分別為0.29和0.25（表3）；灌水間隔3 d和6 d的深層滲漏量和硝態(tài)氮淋失量接近，而灌水間隔延長(zhǎng)至9 d時(shí)，深層滲漏量增加了50%（從23.8～25.0 mm增加到37.5 mm），硝態(tài)氮淋失量增加1.5倍（從13～14 kg·hm-2增加到33.2 kg·hm-2）。從管理角度來(lái)說(shuō)，通常灌水頻率越高，管理成本也越高。綜合考慮上述因素，建議溫室滴灌番茄適宜的灌水間隔取6 d。

表4 番茄各處理植株吸氮量和產(chǎn)量及其統(tǒng)計(jì)分析

4 結(jié)論

本文在日光溫室條件下研究了滴灌灌水頻率和施氮量對(duì)番茄生育期內(nèi)土壤水氮淋失、作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，主要結(jié)論如下：（1）日光溫室滴灌條件下，水分深層滲漏和硝態(tài)氮淋失幾乎發(fā)生在番茄整個(gè)生育期內(nèi)，二者表現(xiàn)出明顯的同步特征。（2）日光溫室滴灌條件下，灌水間隔3 d和6 d處理的番茄生育期累積滲漏量接近，占灌水量的12%，而當(dāng)灌水間隔增加到9 d時(shí)，生育期深層滲漏量明顯增加，占灌水量的18%。同一灌水頻率下，土壤硝態(tài)氮累積淋失量隨施氮量的增加呈增加趨勢(shì)（P= 0.26）。從減少水氮淋失和方便灌溉管理方面考慮，建議溫室滴灌番茄適宜的灌水間隔為6 d。（3）灌水頻率和施氮量對(duì)番茄植株吸氮量和產(chǎn)量的影響均不顯著（P=0.05）。

土壤水氮淋失是制定最優(yōu)水氮管理措施的重要考慮因素。從本文的研究結(jié)果來(lái)看，農(nóng)田尺度上的水氮淋失除了與灌溉水肥管理措施參數(shù)（如灌溉頻率、灌水量、施氮量等）有關(guān)外，還與土壤類型、水分和氮素的初始值以及空間變異、作物吸收、降雨等密切相關(guān)。影響農(nóng)田尺度土壤水氮淋失因素的復(fù)雜性，無(wú)疑增加了研究結(jié)果的不確定性。本研究?jī)H在溫室條件下，針對(duì)番茄在砂壤土上開(kāi)展了滴灌水氮淋失田間試驗(yàn)，建議在典型生態(tài)地區(qū)代表性大田作物上開(kāi)展更多的試驗(yàn)和模擬工作，以便為滴灌水肥優(yōu)化管理措施的建立提供更充分的依據(jù)。

［1］吳文強(qiáng)，賀建德，趙永志，等.施氮量對(duì)糯玉米產(chǎn)量及土壤動(dòng)態(tài)的影響［J］.華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2008，23（增刊）：283-285.

［2］朱兆良，文啟孝.中國(guó)土壤氮素［M］.南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，1998.

［3］呂殿青，楊進(jìn)榮，馬林英.灌溉對(duì)土壤硝態(tài)氮淋洗效應(yīng)影響的研究［J］.植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，1999，5（4）：307-315.

［4］張維理，武淑霞，冀宏杰，等.中國(guó)面源污染形勢(shì)估計(jì)及控制對(duì)策.I.21世紀(jì)初期中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染的形勢(shì)估計(jì)［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，37（7）：1008-1017.

［5］楊莉琳，賈良良，胡春勝，等.太行山前平原冬小麥-夏玉米推薦施肥指標(biāo)的修正［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（11）：89-94.

［6］Wang Zhen，Li Jiusheng，Li Yanfeng.Effects of drip irrigation system uniformity and nitrogen applied on deep percolation and nitrate leaching during growing seasons of spring maize in semi-humid region［J］.Irrigation Sci?ence，2014，32（3）：221-236.

［7］黃興法，李光永.地下滴灌技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2002，18（2）：176-181.

［8］李久生，張建君，薛克宗.滴灌施肥灌溉原理與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

［9］Lamm F R，Ayars J E，Nakayama F S.Microirrigation for Crop Production：Design，Operation，and Management［M］.Amsterdam：Elsevier，2007.

［10］蔡煥杰.大田作物膜下滴灌的理論與應(yīng)用［M］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)出版社，2003.

［11］王建東，龔時(shí)宏，隋娟，等.華北地區(qū)滴灌灌水頻率對(duì)春玉米生長(zhǎng)和農(nóng)田土壤水分熱分布的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（2）：39-45.

［12］曹紅霞，康紹忠，何華.蒸發(fā)和灌水頻率對(duì)土壤水分分布影響的研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003，19（6）：1-4.

［13］柴付軍，李光永，張瓊，等.灌水頻率對(duì)膜下滴灌土壤水鹽分布和棉花生長(zhǎng)的影響研究［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2005，25（3）：12-15.

［14］康躍虎，王鳳新，劉士平，等.滴灌調(diào)控土壤水分對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004，20（2）：66-72.

［15］Wang Fengxin，Kang Yaohu，Liu Shiping.Effects of drip irrigation frequency on soil wetting pattern and potato growth in North China Plain［J］.Agricultural Water Management，2006，79（3）：248-264.

［16］Wan Shuqin，Kang Yaohu.Effect of drip irrigation frequency on radish（Raphanus sativus.）growth and water use［J］.Irrigation Science，2006，24（3）：161-174.

［17］李曉欣，馬洪斌，胡春勝，等.華北山前平原農(nóng)田土壤硝態(tài)氮淋失與調(diào)控研究［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)報(bào)，2011，19（5）：1109-1114.

［18］李久生，楊鳳艷，栗巖峰.層狀土壤質(zhì)地對(duì)地下滴灌水氮分布的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（7）：25-31.

［19］Li Jiusheng，Zhang Jianjun，Ren Li.Nitrogen distributions in soil under fertigation from a point source［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2002，18（5）：61-66.

［20］王虎，王旭東，趙世偉.滴灌施肥條件下土壤水分和硝態(tài)氮的分布規(guī)律［J］.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2008，17（6）：309-314.

［21］Dalvi V B，Tiwari K N.Response surface analysis of tomato production under microirrigation［J］.Agricultural Water Management，1999，41（1）：11-19.

［22］趙偉霞，李久生，王珍，等.土壤含水率監(jiān)測(cè)位置對(duì)溫室滴灌番茄耗水量估算的影響［J］.中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，22（1）：37-43.

［23］栗巖峰，李久生，李蓓.滴管系統(tǒng)運(yùn)行方式和施肥頻率對(duì)番茄根區(qū)土壤氮素動(dòng)態(tài)的影響［J］.水利學(xué)報(bào)，2007，38（7）：857-865.

［24］中國(guó)土壤學(xué)會(huì)（魯如坤主編）.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［25］GmbH IMKO.Trime-PICO IPH manual［M］.IMKO GmbH，Ettlingen，2009.

［26］趙偉霞，張志云，李久生.灌水周期對(duì)日光溫室滴灌番茄耗水量的影響［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2014，33（4/5）：1-5.

［27］栗巖峰，李久生，饒敏杰.滴灌施肥時(shí)水肥順序?qū)Ψ迅捣植己彤a(chǎn)量的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006，22（7）：205-207.

［28］劉玉春，李久生.毛管埋深和土壤層狀質(zhì)地對(duì)地下滴灌番茄根區(qū)水氮?jiǎng)討B(tài)和根系分布的影響［J］.水利學(xué)報(bào)，2009，40（7）：782-790.

［29］雷志棟，楊詩(shī)秀，謝森傳.土壤水動(dòng)力學(xué)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1988.

［30］Van Genuchten M T.A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils［J］. Soil Science Society of America Journal，1980，44（5）：892-898.

［31］Mualem Y.A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media［J］.Water Re?sources Research，1976，12（3）：513-522.

［32］Schaap M G，Leij F J，Genuchten M T.Rosetta：a computer program for estimating soil hydraulic parameters with hierarchical pedotransfer functions［J］.Journal of Hydrology，2001，251（3-4）：163-176.

［33］SAS.SAS Proprietary Software.Ver.8.02［M］.SAS Institute，Inc.，Cary，NC，2001.

Effects of drip irrigation frequency and nitrogen fertilizer on nitrate leaching and tomato growth

ZHANG Zhiyun1，2，ZHAO Weixia1，LI Jiusheng1
（1.China State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，China Institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100038，China；2.College of Water Resources&Civil Engineering，China Agricultural University，Beijing100038，China）

Deep percolation and nitrate leaching caused by unreasonable irrigation and nitrogen management practices are increasingly concerned by designers，managers，and users of irrigation systems.For a drip irri?gation system that is properly designed，irrigation frequency is an important management parameter since an improper irrigation frequency may not be able to provide sufficient water for crop growth on time or lead to deep percolation.Field experiments were conducted in a solar heated greenhouse in the growing sea?son of tomato to investigate the effects of drip irrigation frequency and nitrogen applied on deep percola?tion，nitrate leaching and tomato growth.Three drip irrigation intervals of 3，6 and 9 d and three nitrogen application levels of 0，180 and 300 kg/hm2were used.The experiments were conducted using a random?ized complete block design（RCBD）with three replications and a total of 27 experimental plots were creat?ed.The spatial and temporal distributions of soil water content，soil water potential as well as soil nitrogen content were measured during the growing season of tomato.Fruit yield was recorded individually for each plot.Total dry matter aboveground was measured on harvest and nitrogen uptake was determined by sum?ming of the product of total dry matter aboveground and fruit weight and corresponding nitrogen content. The results indicated that the wetted soil depth was normally less than 30 cm as the irrigation interval var?ied from 3 d to 9 d，increasing with the irrigation interval.Deep percolation and nitrate leaching was ob?served during the whole growing season of tomato，and the nitrate leaching always increased with the deep percolation.An approximately similar seasonal deep percolation was observed for the irrigation intervals of 3 d and 6 d，accounting for 12%of the seasonal irrigation amount.However，the seasonal deep percolation，increased greatly as the irrigation interval increased to 9 d，accounting for 18%of the seasonal irrigation amount.Similarly，nitrateleachingdemonstratedaclearlyincreasingtendencyasirrigationintervalin?creased from 6 d to 9 d.For a given irrigation frequency，the seasonal nitrate leaching increased with nitro?gen applied.The maximum seasonal nitrate leaching was found in the treatment of the lowest irrigation fre?quency with highest nitrogen applied（W3N2）.There was no significant influence of drip irrigation frequen?cy and nitrogen applied on plant N uptake and fruit yield of tomato.An irrigation interval of 6 d was rec?ommended for drip irrigated tomato in solar greenhouse when yield，deep percolation，nitrate leaching，and management cost of labor input were considered comprehensively.

irrigation frequency；nitrogen fertilizer；greenhouse；tomato；deep percolation；nitrate leaching

S274.1

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.02.001

1672-3031（2015）02-0081-10

（責(zé)任編輯：王學(xué)鳳）

2014-11-25

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51179204）；中國(guó)博士后科學(xué)基金特別項(xiàng)目（201104203）

張志云（1988-），女，河北邢臺(tái)人，碩士，講師，主要從事節(jié)水灌溉原理及技術(shù)研究。E-mail：zhiyundoris@163.com

李久生（1962-），男，河北邢臺(tái)人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉技術(shù)與理論研究。E-mail：lijs@iwhr.com