韓佳芮　吳文嬙　陳翀　劉曉偉

摘要：研究了大棚滴灌系統(tǒng)灌水量和施氮量對番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）產(chǎn)量和品質(zhì)等參數(shù)的影響。結(jié)果表明，在160～320 mm灌水量內(nèi)，灌水量越大番茄產(chǎn)量越高，相同灌水量下番茄產(chǎn)量隨著施氮量的增加而增加，施肥水平為N-P2O5-K2O=220-140-160 kg/hm2產(chǎn)量最高，果實鮮質(zhì)量達(dá)到89.4 t/hm2。番茄各器官的氮含量受施氮量的影響大于灌水量。總氮素積累量則仍然隨灌水量和施肥量的增加而增加。最高氮素吸收量達(dá)148.8 kg/hm2（W1F1處理）。番茄紅素、維生素C以及可溶性糖含量隨著灌水量的增加而下降，并且相同灌水量下中等施肥處理品質(zhì)指標(biāo)的含量最高。番茄氮肥吸收效率與灌水量呈正相關(guān)關(guān)系，與施肥量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而氮肥利用效率只與施肥量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。灌水量越低則水分利用效率越高。

關(guān)鍵詞：番茄;滴灌;施肥;產(chǎn)量;利用率

中圖分類號： S143.1;S641.204? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）19-0145-06

收稿日期：2019-12-23

基金項目：農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料學(xué)科開放基金（編號：APF2016035）。

作者簡介：韓佳芮（1999—），女，海南?？谌耍饕獜氖伦魑镳B(yǎng)分高效管理方面的研究。E-mail：hanjiaruii@qq.com。

通信作者：陳 翀，講師，主要從事園林景觀設(shè)計、作物養(yǎng)分管理方面的研究。E-mail：51799704@qq.com。

我國淡水資源有限，尤其是甘肅河西走廊一帶，農(nóng)業(yè)用水和生活用水都比較緊缺，如何提高水分利用效率是該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中亟待解決的問題?？茖W(xué)合理地施用化學(xué)肥料是作物穩(wěn)產(chǎn)高效的前提，針對番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）這類對灌水量敏感，并且多茬收獲的作物而言，肥料施用水平以及灌水量的大小直接影響著其產(chǎn)量和品質(zhì)[1]。滴灌施肥是依靠一定的施肥設(shè)備，將肥料養(yǎng)分和水分精量地投入到作物根區(qū)的一種操作模式。該技術(shù)使得水肥同步供應(yīng)，可顯著減少肥料的損失、降低施肥的人工投入，同時提高作物對水肥和養(yǎng)分的吸收利用效率[2]。

國內(nèi)外對滴灌施肥與作物生長之間相互影響的研究較多，但是研究結(jié)果卻各有不同。雖然滴灌施肥相對傳統(tǒng)的溝灌施肥可不同幅度地提高番茄產(chǎn)量（11%～80%），但是產(chǎn)量的增加主要歸因于灌水量的調(diào)節(jié)，與氮肥用量的關(guān)系并不顯著[3]。而Singandhupe等研究發(fā)現(xiàn)，番茄產(chǎn)量的變化主要受施肥量的影響，氮肥水平在120 kg/hm2時番茄產(chǎn)量達(dá)到最高值，氮過量施用（超過220 kg/hm2）則顯著抑制了番茄產(chǎn)量[4]。也有學(xué)者的研究證明，滴管措施下增加施肥量可以顯著提高番茄的產(chǎn)量[2]。河西走廊因地理位置的優(yōu)勢，光照充足、晝夜溫差大，該區(qū)域的番茄品質(zhì)較好。為有效解決淡水資源有限的問題，近年該區(qū)的番茄種植滴灌系統(tǒng)引入的面積在逐漸增大。但是國內(nèi)對番茄滴灌施肥的研究相對較少，由于擔(dān)心番茄產(chǎn)量下降，大部分農(nóng)戶在滴灌系統(tǒng)下的灌水量和施肥量仍然延續(xù)傳統(tǒng)溝灌下的施用量，并無科學(xué)的指導(dǎo)用量。據(jù)此，本研究基于現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H土壤狀況，開展溫室種植下灌水量和施肥量對番茄產(chǎn)量、品質(zhì)以及水肥利用效率等的影響研究，為提高當(dāng)?shù)胤佯B(yǎng)分和水分利用效率、確定科學(xué)的水肥用量提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年4—9月在永昌縣農(nóng)牧局的溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗地點海拔1 742 m，屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫4.8 ℃，年平均降水量185 mm，主要集中在7—9月，年蒸發(fā)量2 000.6 mm，無霜期134 d。年平均日照2 884.2 h，日照率65%。試驗溫室長96 m、跨度9 m、高度2.5 m，土壤為灰鈣土，土壤基本理化性質(zhì)為pH值7.14，有機(jī)質(zhì)含量10.1 g/kg，全氮含量1.87 g/kg，全磷含量0.78 g/kg，全鉀含量（K2O）13.1 g/kg，堿解氮含量48.32 mg/kg，有效磷含量12.16 mg/kg，速效鉀含量132.51 mg/kg。0～100 cm土層的田間持水量為28%，凋萎含水量為8.5%。

供試番茄品種為M727號。肥源分別為尿素（46%N）、磷酸二銨（16%N、44%P2O5）和氯化鉀（60%K2O）。地膜是農(nóng)用聚乙烯料薄膜。滴灌施肥設(shè)備采用液壓比例施肥泵裝置控制，滴灌帶為壓力補償式滴灌管，滴頭間距30 cm，流量2 L/h，工作壓力0.3 MPa。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用雙因素設(shè)計，灌水量為主因素。共設(shè)3個水平（W1：320 mm、W2：240 mm、W3：160 mm）。施氮量為第2因素，設(shè)3個水平（F1：220 kg/hm2、F2：165 kg/hm2、F3：110 kg/hm2）。磷鉀肥的用量統(tǒng)一為140（P2O5）、160（K2O） kg/hm2。小區(qū)采用溝壟覆膜種植模式，番茄行距50 cm，株距45 cm，滴灌帶1管2行。小區(qū)面積45 m2（長12 m，寬3.75 m），每個小區(qū)定植156 株，每個處理重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。番茄秧苗在4月1日定植，滴灌處理的施肥時間分別在定植后的15 d（緩苗期）、25 d（苗期）、46 d（第1穗果膨大期）、66 d（第2穗果膨大期）和76 d（第3穗果膨大期）。不同處理間的灌水施肥數(shù)量以及操作時間如圖1和表1所示。

1.3 測定內(nèi)容及方法

番茄產(chǎn)量：每個小區(qū)標(biāo)記20株，連續(xù)測定番茄產(chǎn)量。土壤含水量測定：用TDR水分測定儀在番茄種植前和收獲后，測定10～90 cm的土壤含水量，間隔10 cm。氮素吸收含量測定：各處理隨機(jī)選取6株收獲期番茄地上部，首先在干燥箱中用105 ℃殺青30 min，然后于75 ℃烘至恒質(zhì)量。干樣稱質(zhì)量后粉碎過100目篩，用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀測定。品質(zhì)測定：在果實成熟期，選取各處理中層生長均勻的果實，測定番茄品質(zhì)。番茄紅素含量用紫外-可見分光光度計法、維生素C含量用鉬藍(lán)比色法、可溶性糖含量用硫酸-蒽酮比色法測定[5]。

水分利用效率（kg/m3）=番茄產(chǎn)量/（灌水量-試驗初期和末期土壤水分變化量）;

氮肥吸收效率=植株氮吸收量/施氮量×100%;

氮肥利用效率=果實吸氮量/總吸氮量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析;用Microsoft Excel 2016進(jìn)行計算和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌量和施肥量對番茄鮮質(zhì)量和干物質(zhì)積累的影響

灌水量和施肥量對番茄鮮質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響（圖2）。從總體變化趨勢看，相同灌水量下，番茄鮮質(zhì)量總體隨著施肥量的降低而下降。W1水平灌水量下F1的番茄鮮質(zhì)量最高，高達(dá)89.4 t/hm2，W1F3處理僅為71.7 t/hm2。W1F1相對W1F2和W1F3分別提高了6.7%和24.7%，差異顯著。灌水量為W2水平時，產(chǎn)量最高的W2F1為78.2 t/hm2，與W2F2處理并無顯著差異，但是顯著高于W2F3處理（65.0 t/hm2）。灌水量為W3處理下，仍然為W3F1處理的番茄鮮質(zhì)量最高，為71.6 t/hm2，相對W3F2和W3F3分別增加了3.6%和9.3%，差異達(dá)到顯著水平。

從相同施肥量不同灌水量的處理來看，番茄鮮質(zhì)量隨著灌水量增加而增加，但是這種趨勢僅在高肥料用量下差異明顯，W1F1相對W2F1和W3F1產(chǎn)量分別增加了14.3%和24.8%。然而，低肥料用

量下番茄產(chǎn)量雖然隨著灌水量的增加而增加，但是處理之間并無顯著差異。

從不同灌水量和施肥量對番茄干物質(zhì)積累的影響（表2）看，同一灌水量下，果實干物質(zhì)積累總體表現(xiàn)為隨施肥量增加而增加，3個灌水量處理中均以F1肥料水平下果實干物質(zhì)量最大。而對于莖的干物質(zhì)積累而言，W1灌水量下以F2施肥處理的最高，達(dá)到1 937.5 kg/hm2，顯著高于其他2個施肥量;而在W3灌水量下則以F1處理干物質(zhì)最高，顯著高于其他處理。總體而言，同樣灌水量下除了施肥量最低的F3處理葉片干物質(zhì)最小外，其他處理之間并沒有顯著差異。根系干物質(zhì)在不同灌水水平以及不同施肥水平間的變化則沒有特定規(guī)律。而從相同施肥量不同灌水量之間的差異看，果實、葉片和根系的干物質(zhì)積累總體呈現(xiàn)灌水量越大干物質(zhì)越高的趨勢。干物質(zhì)分配比例的結(jié)果顯示，番茄一半以上的干物質(zhì)分配在果實器官中，并且在相同灌水量處理下，總體表現(xiàn)為施肥水平越高果實干物質(zhì)分配比例越大。W1F1的干物質(zhì)分配比例相對W1F2和W1F3分別增加了4.1、4.2百分點。W2F1相對W2F2和W2F3分別增加5.0、3.9百分點。莖、葉、根的干物質(zhì)分配比例不同處理之間的差異則略有不同，變化幅度沒有干物質(zhì)量那么明顯。

2.2 滴灌量和施肥量對番茄氮含量和氮積累量的影響

從番茄不同器官氮含量數(shù)據(jù)（表3）看，總體為葉片中的氮含量最高，其次是根系，果實氮含量居中，莖桿的氮含量處于最低水平。相同灌水量下，施肥水平越高，番茄體內(nèi)氮含量越高。W1F1果實氮含量相對W1F2和W1F3分別增加了16.6%和19.0%。W2F1果實氮含量相對W2F2和W2F3分別增加了12.6%和21.1%，W3F1果實氮含量相對W3F2和W3F3分別增加了14.3%和27.0%，差異均達(dá)到顯著水平。莖、葉、根器官的氮含量表現(xiàn)同樣的變化趨勢。從相同施肥量不同灌水量之間的結(jié)果看，也同樣表現(xiàn)出灌水量越高，氮含量越高的趨勢。

氮積累量同樣受到灌水量和肥料施用水平的影響。同一灌水量下果實的氮積累隨著施肥量的增加而增加，W1F1果實氮積累高達(dá)79.3 kg/hm2，相對W1F2和W1F3分別增加了24.3%和47.9%。W2F1果實氮積累為66.1 kg/hm2，相對W2F2和W2F3分別增加了16.4%和45.0%。W2F1果實氮積累為60.5 kg/hm2，相對W2F2和W2F3分別增加了18.4%和39.1%，差異均達(dá)到顯著水平。從相同施肥量不同灌水量之間的差異看，均表現(xiàn)為灌水量越大，氮積累越高。W1F1果實氮積累相對W2F1和W3F1分別增加了20.0%和31.1%。W1F2果實氮積累相對W2F2和W3F2分別增加了12.3%和24.9%。W1F3果實氮積累相對W2F3和W3F3分別增加了17.5%和23.2%，差異均達(dá)到顯著水平。莖、葉和根系的處理間氮積累量的差異不如果實明顯。不同處理間番茄氮素總積累量的變化規(guī)律與果實一致，W1F1最高，為148.8 kg/hm2，W3F3最低，僅為78.7 kg/hm2。

2.3 滴灌量和施肥量對番茄品質(zhì)的影響

灌水量和肥料施用量對番茄品質(zhì)有顯著的影響（表4）。同一個灌水量下，番茄紅素的含量均表現(xiàn)為F2>F1>F3，W1F2相對W1F1和W1F3分別增加22.0%和33.5%。W2F2相對W2F1和W2F3分別增加34.8%和53.2%。W3F2相對W3F1和W3F3分別增加了13.2%和43.2%，差異均達(dá)顯著水平。同一施肥量下，灌水量越高，則番茄紅素含量越低。W3F1番茄紅素含量相對W2F1和W1F1分別增加28.7%和42.4%。W3F2番茄紅素含量相對W2F2和W1F2分別增加8.2%和32.2%。W3F3番茄紅素含量相對W2F3和W1F3分別增加15.7%和23.2%，差異顯著。番茄紅素的積累量由于受到干物質(zhì)的影響，不同處理之間的差異并無明顯規(guī)律。維生素C含量和可溶性糖含量與番茄紅素含量變化規(guī)律基本相同，相同灌水量下，以F2施肥處理的含量最高。而相同施肥量下，則以W3灌水處理的含量最高，并且灌水量的影響要大于施肥量的影響。維生素C含量最高的為W3F2，為55.0 mg/100 g，最低的W1F3僅為25.4 mg/100 g?？扇苄蕴呛孔罡叩奶幚頌閃3F1和W3F2，為1.8%，最低的W1F3僅為0.9%。

2.4 滴灌量和施肥量對番茄氮肥利用率和水分利用率的影響

相同灌水量下，番茄氮肥吸收效率隨著施肥量的增加而降低。W1灌水量下，W1F1氮肥吸收效率為67.7%，W1F3處理則高達(dá)104.0%，其相對W1F1提高了36.3百分點。W2灌水量下，W2F1氮肥吸收效率為56.9%，W2F3則高達(dá)82.0%。同樣的情況，W3F3處理的氮肥吸收效率為71.6%，相對W3F1的50.6%提高了21百分點。從相同施肥量不同灌水量之間的差異看，氮肥利用率隨著用水量的增加而增加。所有處理中W1F3的氮肥吸收效率最高，W3F1處理的值最低（圖3）。

氮肥利用效率的變化趨勢則與吸收效率的變化規(guī)律相反。相同灌水量下，肥料用量越高則氮肥利用效率越高。W1F1、W2F1和W3F1的氮肥利用效率分別為53.3%、52.9%和54.4%，而W1F3、W2F3和W3F3的氮肥利用效率僅為27.7%、28.5%和30.8%。除F3施肥水平外，同一施肥量不同灌水量之間的氮肥利用效率則沒有顯著差異（圖4）。

同一灌水量下，番茄水分利用率隨著施肥量的增加而增加，總體為番茄水分利用效率與施肥量呈正相關(guān)關(guān)系。W1灌水量下，F(xiàn)1處理的水肥利用率為31.3 kg/m3，其與F2水平間并無顯著差異，但是兩者的水分利用效率顯著高于F3處理。W2灌水量下的結(jié)果與W1處理相同，F(xiàn)1和F2兩處理的水分利用效率基本相似，平均達(dá)到37.6 kg/m3，顯著高于W2F3處理。W3灌水量下的水分利用效率變化規(guī)律與其他2個灌水量處理一致，均表現(xiàn)為F1>F2>F3。從相同施肥量不同灌水量之間的關(guān)系看，灌水量越小，水分利用效率越高，W3F1處理的水分利用效率高達(dá)43.5 kg/m3，其相對W2F1和W1F1處理分別增加了13.7%和38.9%，差異達(dá)到顯著水平（圖5）。

3 討論與結(jié)論

3.1 灌水、施肥與番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系

滴灌能否改善番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，這在當(dāng)前的研究結(jié)果中已有一些報道。Badr等對滴管條件下番茄的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收的研究結(jié)果顯示，滴管條件下的番茄產(chǎn)量提高了20%以上[6]。Zotarelli等研究結(jié)果也同樣表明，滴管條件下番茄的產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量更多，相對傳統(tǒng)的溝灌措施，滴管下的番茄產(chǎn)量增加了23.7%，同時滴管下的氮素吸收量提高了11.4%[3]。以上研究結(jié)果與本試驗情況基本一致，本試驗雖然未設(shè)置傳統(tǒng)對照處理，但是與周圍未使用滴管條件的溫室結(jié)果看，滴管處理番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)要好于傳統(tǒng)溝灌施肥。由于番茄對于水分的吸收利用強(qiáng)度大，所以水分用量對于番茄產(chǎn)量等也有較顯著的影響，當(dāng)前對于不同水分用量的研究還較少。本試驗結(jié)果顯示，在160～320 mm灌水量范圍內(nèi)，無論是番茄果實產(chǎn)量，還是根、莖、葉等營養(yǎng)器官的生物量，均隨著灌水量的增加而增加。這與Zotarelli等研究結(jié)果基本一致，推測主要原因是充足的水分供應(yīng)促進(jìn)了作物根系發(fā)育，保證了地上部蒸騰作用的需要，同時促進(jìn)了土壤中的養(yǎng)分向地上部運輸[3]。此外，充足的水分供應(yīng)有利于葉片中葉綠素的合成，提高了作物的光合速率，進(jìn)而提高了番茄果實產(chǎn)量。

番茄果實養(yǎng)分成分決定了其品質(zhì)和口感。研究表明，在番茄生長期內(nèi)，水分脅迫或水分缺乏能夠增加維生素C以及可溶性固形物的含量，進(jìn)而達(dá)到增加番茄品質(zhì)的目的[7-8]。本研究結(jié)果顯示，相同施肥水平下，番茄紅素、維生素C含量以及可溶性糖含量等品質(zhì)指標(biāo)均隨著灌水量的增加而降低。這與當(dāng)前的大部分研究相符。Liu等研究結(jié)果中高灌水量處理的番茄紅素和可溶性固形物含量相對低灌水量處理分別降低8%和19%，差異達(dá)到顯著水平[9]。這可能是由于灌水量降低使得番茄的干物質(zhì)量下降，進(jìn)一步導(dǎo)致體內(nèi)養(yǎng)分含量有濃縮效應(yīng)，所以體內(nèi)的品質(zhì)元素的含量會升高。雖然作物品質(zhì)與灌水量之間的關(guān)系仍然有爭議，如Sharma等研究顯示灌水量與果實品質(zhì)間并沒有顯著關(guān)系[10]，這可能與不同試驗條件下灌水量的梯度有關(guān)系。調(diào)整番茄水溶肥的比例可以提高番茄的維生素C和有機(jī)酸的含量，提高磷、鉀肥的用量也會適當(dāng)?shù)馗纳品洋w內(nèi)的番茄紅素和維生素C含量[11-12]。本研究同一灌水量下品質(zhì)指標(biāo)的含量和積累量最高均為F2水平，可見當(dāng)追求番茄品質(zhì)時，并非施肥越多越好。

3.2 灌水、施肥與番茄養(yǎng)分利用的關(guān)系

干物質(zhì)與作物的養(yǎng)分吸收密切相關(guān)，并且2個指標(biāo)均受到灌水量和施肥量的顯著影響。本研究結(jié)果顯示，相同灌水量下，番茄各個器官中的氮含量隨著施肥量的增加而增加，這與當(dāng)前的研究結(jié)果一致，肥料養(yǎng)分對于作物生長的貢獻(xiàn)至關(guān)重要，即作物養(yǎng)分的吸收首要依靠肥料的養(yǎng)分投入[3]。而從相同施肥量不同灌水量的結(jié)果看，各器官的氮含量與灌水量之間呈現(xiàn)一定的正相關(guān)關(guān)系。高靜等在玉米滴灌上的研究也證明了同樣的結(jié)論[13]。番茄氮素積累量因為同時受到番茄干物質(zhì)量和氮含量的影響，其變化趨勢更加明顯，在本試驗條件下，灌水量和施肥量越大，則地上部尤其是番茄果實中的氮素積累越大。可見同時協(xié)調(diào)灌水量和施肥量對于番茄養(yǎng)分吸收的重要意義。

從灌水和施肥處理對番茄養(yǎng)分和水分的利用效率看，首先，灌水量越大，水分利用效率越低。這與當(dāng)前膜下滴灌在棉花等作物上的研究結(jié)果[14-15]一致。相同灌水量下，肥料用量越大則水分利用效率越高。這主要是因為同樣灌水量下，肥料用量越充足，則番茄產(chǎn)量越高，最終水分利用效率越高。因此，對于北方干旱缺水的地區(qū)，除了通過改變澆水習(xí)慣外，還可以通過合理的施肥來達(dá)到提高水分利用效率的目的。

氮肥利用效率低是我國農(nóng)作物生產(chǎn)面臨的一個亟待解決的關(guān)鍵問題。糧食作物的氮肥利用效率通常不超過40%。而對于經(jīng)濟(jì)作物而言，由于其收獲指數(shù)大，所以氮肥利用效率往往明顯高于糧食作物。本試驗條件下番茄氮肥吸收效率超過50%，且灌水量越大氮素吸收效率越高。而在相同灌水量下氮素吸收效率則隨施肥量增加而下降（圖3），可知該試驗條件下，高施肥處理地上氮素吸收的增加速度不及肥料養(yǎng)分的增加量。而氮素利用效率不受灌水量影響，相同施肥水平下不同灌水量處理之間的氮肥利用效率并無顯著差異。氮肥利用效率只隨施肥量的增加而增加，由此可知，要想提高番茄的氮肥利用效率，還是要從肥料種類以及施肥方式等方面入手。

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