不同水肥管理对日光温室番茄生长、产量及经济效益的影响

时间：2024-05-25

降云峰，焦晓燕，王立革，王劲松，董二伟，武爱莲,3，宋卓琴

（1.山西省农业科学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西省土壤环境与养分资源重点实验室，山西太原030006；3.山西省农业科学院高寒区作物研究所，山西大同037008；4.山西大学生物工程学院，山西太原030006）

设施蔬菜生产具有高度集约化、复种指数高、反季节栽培等特点[1]，极大地提高了蔬菜的产量和效益。日光温室是蔬菜设施栽培的一种形式，其特点是光能利用率高，升温较快，保温性能较好，较适宜喜温型蔬菜的生长；但它长期处于密闭的、无雨水淋洗、高温高湿高蒸发量的环境，加剧了土壤生态的恶化[2-3]。童有为等[4]对上海设施土壤的调查结果表明，大棚、温室耕层土壤（0～25 cm）盐分含量分别为露地的4倍和11.8倍，NO3--N含量分别为露地的5.9倍和16.5倍，积聚的盐类主要是硝酸盐。赵风艳等[5]研究表明，种菜8 a以上的大棚，土壤水溶性盐总量超过了0.2%，电导率超过了0.8 mS/cm，出现轻度盐渍化。大量研究表明，随种植年限的增加，土壤pH值呈下降的趋势。以山东寿光为例，种植前温室土壤pH值一般在7.5左右，种植13 a后，温室内土壤的pH值降至4.31，这均与日光温室的水肥管理有关[6]。农民为了提高蔬菜的产量，不惜加大施肥量，以过量施用氮肥现象最为严重。据调查，上海市在2000年每公顷蔬菜大棚年使用化肥5 005.5 kg，其中，氮肥 2 095.5 kg，磷肥 510.0 kg，钾肥63.0 kg，比世界平均化肥用量高出近3倍[7]；陈新平等[8]对京郊的23个点进行了调查，每季蔬菜施氮量为781.5 kg/hm2，施磷量达615 kg/hm2；焦晓燕等[9]调查了山西省南部和中部栽培年限在1～15 a的160多个日光温室的施肥现状，发现山西省日光温室施氮量1 500～2 400 kg/hm2，施磷量 370～620 kg/hm2，施钾量 1 200～2 000 kg/hm2，均远远高于蔬菜的需肥量，尤其是磷的使用量几乎相当于蔬菜对磷吸收量的5～10倍；郭全忠等[10]在研究发酵猪粪对设施番茄的影响中提出，与常规施肥相比，降低氮肥和磷肥用量不会降低番茄的生物产量和经济产量；谢安坤等[11]提出，番茄产量随着施氮量的增加呈现先上升再下降的变化趋势，当施氮量小于300 kg/hm2时，番茄产量随着施氮量的增加而增加，当施氮量超过300 kg/hm2时，番茄产量降低，农民习惯施肥比推荐施肥高，其中施氮量高155.67%，但产量却比推荐施氮量的低6.84%。

本试验通过研究膜下沟灌和滴灌2种不同的灌溉方式，以及使用有机肥、土壤调理剂和秸秆3种不同用量的有机物料对日光温室番茄生长及产量的影响，以期为科学合理的水肥管理和延缓日光温室土壤连作障碍提供理论依据，以确保日光节能温室蔬菜生产的可持续性。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2010年11月至2011年5月在山西省晋中市榆次区庄子乡南赵村日光节能温室进行，棚龄为3 a，栽培类型为越冬茬番茄，种植茬数为一年一茬。供试土壤类型为石灰性褐土，土壤容重是1.28 g/cm3，0～15 cm土层机械组成为黏粒（0.002 mm）21%，粉粒（0.02～0.002 mm）27%，砂粒（2～0.02 mm）52%，15～30 cm土层土壤的机械组成为黏粒23%，粉粒29%，砂粒48%。

1.2 试验材料

供试作物是番茄，品种为劳斯特。

1.3 试验方法

试验共设6个处理，分别为：（1）膜下沟灌＋农民习惯有机肥用量（FIF＋OM）；（2）膜下沟灌＋农民习惯有机肥用量＋土壤调理剂（FIF＋OM＋SC）；（3）膜下沟灌＋农民习惯有机肥用量＋秸秆（FIF＋OM＋S）；（4）膜下滴灌＋农民习惯有机肥用量（DIF＋OM）；（5）膜下滴灌＋1/2农民习惯有机肥用量＋土壤调理剂（DIF＋HOM＋SC）；（6）膜下滴灌＋1/2农民习惯有机肥用量＋1/2秸秆（DIF＋HOM＋1/2S）。每个处理3次重复，小区面积为98.7 m2，共18个小区。供试土壤0～20 cm土层基本化学性质如表1所示。

表1 供试土壤0～20 cm土层基本化学性质

试验采用了宽窄行种植，宽行80 cm，窄行 40 cm，株距40 cm。膜下沟灌为垄上种植，垄间为沟，地膜跨垄覆盖，膜下沟内灌溉；膜下滴灌则采用高垄平台栽培，垄高和宽分别为20，80 cm。选取长势一致的番茄幼苗进行定植，定植时间为2010年11月6日，2011年5月24日拉秧。鸡粪、牛粪、土壤调理剂和秸秆作为底肥，在翻地前撒入各小区。

供试材料的基本养分情况如表2所示，各处理底肥用量如表3所示。

表2 供试材料的基本养分情况

表3 试验各处理底肥用量

1.4 测试项目及方法

番茄定植以后，每个处理选取具有代表性的植株10株，每隔15 d调查一次生长状况。番茄的株高是从植株茎基部到生长点的高度，用卷尺进行测量；番茄茎粗是用植株的第1片真叶的下部节间位置直径来表示，用游标卡尺进行测量；番茄的叶片数是从第1片真叶到顶部完全张开叶的数量。小区的产量按照实际收获的产量进行计算。

土壤pH值采用PC300防水便携式pH值计测定，EC采用PC300防水便携式电导率仪测定，土壤有效磷采用钼锑抗比色法测定，速效K采用火焰光度计法测定，全N采用全自动凯氏定氮仪测定，有机质采用重铬酸钾-外加热法测定，NO3--N采用流动注射仪测定。

1.5 数据统计分析

试验数据采用Microsoft Office Excel 2007和Minitab 15软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同水肥管理下番茄植株生长状况

由表4可知，各个处理番茄植株的生长趋势基本一致，前期生长缓慢，定植后32 d开始快速生长，其中膜下沟灌生长速度明显高于膜下滴灌处理，FIF＋OM处理的生长速度最快，DIF＋HOM＋1/2S处理明显滞后于其他处理；到第46天膜下沟灌处理的株高为50.80～55.70 cm，而膜下滴灌处理株高为46.90～52.80 cm；从定植后第79天到该试验最后一次测量，FIF＋OM处理植株的株高已经显著高于膜下滴灌及FIF＋OM＋S处理。整个生育期膜下滴灌各个处理之间无显著差异，膜下沟灌各个处理株高基本表现为：FIF＋OM＞FIF＋OM＋SC＞FIF＋OM＋S。膜下沟灌由于水肥充足，植株生长旺盛，但不利于蹲苗；而膜下滴灌灌溉量小，有利于蹲苗，并且可防止植株本身营养生长过快，从而影响生殖生长。

表4 不同水肥管理对番茄植株株高的影响 cm

表5表明，整个生育期番茄植株叶片生长较平缓，只在定植后第24天左右出现相对较高的生长峰，可能是由于缓苗后根系生长迅速，吸收养分能力增强，促进了植株叶片的快速生长。膜下沟灌处理的展开叶片数高于膜下滴灌处理，FIF＋OM＋S处理前期叶片生长较快，到79 d生长速度变慢，FIF＋OM和FIF＋OM＋SC处理始终保持较高的生长速度，这可能和施用秸秆的C/N较高有关，秸秆在矿化过程中对矿质氮产生了强烈的固持作用，影响了养分的供给。DIF＋HOM＋1/2S处理生长速度最慢，但到后期有所提高。115 d后，FIF＋OM处理的植株叶片数显著高于其他处理，其中DIF＋HOM＋1/2S处理植株的展开叶片数最少。充足的水肥条件有利于番茄植株快速生长。

表5 不同水肥管理下番茄植株叶片数的变化片

表6表明，番茄植株茎的生长主要在定植至79 d这段时间，之后茎粗基本不再变化。以46，60 d为分界点，定植后的前46 d番茄植株的茎粗表现为：FIF＋OM＋S＞FIF＋OM＋SC＞FIF＋OM＞DIF＋OM＞DIF＋HOM＋1/2 S＞DIF＋HOM＋SC，46～60 d，FIF＋OM和 DIF＋OM处理快速生长，且以FIF＋OM最快，到79 d以后各处理的植株的茎粗表现为：DIF＋OM＞FIF＋OM＞FIF＋OM＋S＝FIF＋OM＋SC＞DIF＋HOM＋1/2S＞DIF＋HOM＋SC，最终表现为DIF＋OM＞FIF＋OM＞FIF＋OM＋SC＞FIF＋OM＋S＞DIF＋HOM＋1/2S＞DIF＋HOM＋SC，差异不显著。可以看出，根据生长曲线的拟合程度，各处理生长曲线可以分为3组，分别为：DIF＋OM和FIF＋OM处理、FIF＋OM＋SC和 FIF＋OM＋S处理，DIF＋HOM＋1/2S和 DIF＋HOM＋SC处理。2种灌溉条件下，添加秸秆和增施土壤调理剂处理植株茎均较细。

表6 不同水肥管理对番茄植株茎粗的影响 cm

2.2 不同水肥管理下番茄的产量变化

由图1可知，番茄产量增长曲线呈S型，定植后136 d膜下沟灌开始采摘，到定植后第158天进入采收的高峰期，一直持续到第182天，此后产量增长缓慢，膜下滴灌处理开采晚一周左右。与膜下沟灌处理相比，膜下滴灌处理的产量在采摘高峰期和后期增长速度要高，尤其是DIF＋OM处理，增长速度明显高于其他处理，其产量最高。番茄产量为155～190 t/hm2，FIF＋OM＋SC与DIF＋HOM＋SC处理、FIF＋OM＋S与DIF＋HOM＋1/2S处理番茄产量差异很小，与FIF＋OM的产量接近（表7），说明有机肥减半并没有影响番茄产量。

2.3 不同水肥管理对灌溉水分生产力、氮肥偏生产力及经济效益的影响

不同的灌溉方式及不同的施肥情况都会影响水分生产力（水分生产效率）。从表7可以看出，番茄整个生育期膜下沟灌处理的灌溉量为4 110 m3/hm2，是膜下滴灌处理的1.35倍；施氮量为2 097.43 kg/hm2，是DIF＋OM处理的1.34倍，是DIF＋HOM＋SC和DIF＋HOM＋1/2S处理的2.47倍。但膜下滴灌处理的水分生产力和氮肥偏生产力都明显高于膜下沟灌处理，分别为51.84～62.35 kg/m3和121.81～193.51 kg/kg，而膜下沟灌处理的仅为 37.89～39.43 kg/m3和 74.25～77.26 kg/kg。其中，DIF＋OM处理的水分生产力最高，有机肥减半后，水分生产率有所下降，氮肥偏生产力却提高很多，DIF＋HOM＋1/2S处理的氮肥偏生产力最高，达到了膜下沟灌处理的2.6倍。说明农民习惯施肥的氮肥利用率低，氮素在土壤中残留量较多,增加了其向周围环境中迁移的风险。

表7 不同水肥管理对番茄产量及生产力的影响

表8结果表明，膜下沟灌处理的水肥投入为4.20万元/hm2，高于膜下滴灌处理，产值以DIF＋OM处理最高，为32.25万元/hm2，相对净产值为28.42万元/hm2，比FIF＋OM处理的相对净产值高近6万元/hm2。DIF＋HOM＋SC和DIF＋HOM＋1/2S处理与膜下沟灌处理相比，产值基本相等而净产值明显高，说明有机肥减半后，相对净产值反而提高，膜下滴灌具有明显的节水、节肥、高效的特点。土壤调理剂、秸秆与有机肥相比，效果并不是很明显，原因是土壤调理剂、秸秆对土壤团粒结构的改善是一个长期的过程，随着时间的推移其效果才会逐渐显现出来。

表8 不同水肥管理对经济效益的影响

3 结论与讨论

整个生育期，膜下滴灌处理番茄植株的生长滞后于膜下沟灌处理；不同水肥处理缓苗期植株生长缓慢，定植后32 d开始快速生长，定植后115 d，FIF＋OM处理植株最高，FIF＋OM＋S处理植株最低，且二者之间差异达到显著水平。植株叶片前期生长较快，定植后24 d出现一个生长峰，可能是由于缓苗后根系生长迅速，吸收养分的能力增强，促进了植株叶片的快速生长，定植后115 d，FIF＋OM处理的叶片数最多，显著高于其他处理。番茄植株茎的生长主要集中在前期，定植后79 d茎粗基本不再变化，其中，DIF＋OM处理最粗，其次是FIF＋OM处理。可见膜下滴灌确实起到了蹲苗作用，提高了植株的抗逆性。2种灌溉条件下，添加秸秆和增施土壤调理剂，植株没有表现出生长优势，原因可能是由于秸秆体积质量偏小，空隙偏大，影响植株附着根系的生长以及根系对水肥的吸收[12]，而土壤调理剂前期供给了大量碳，固定了土壤中的氮，影响了番茄植株对氮的吸收，导致后期供氮不足，影响植株生长[13]。

番茄产量呈S型增长曲线，定植后136 d膜下沟灌开始采摘，第158天进入采摘高峰期，膜下滴灌处理滞后一周左右。DIF＋OM处理的产量最高，比FIF＋OM处理番茄增产19.89%，肥料的用量对产量的影响不大，说明膜下滴灌减少肥料的用量同样存在很大的增产空间。FIF＋OM与DIF＋OM处理底肥施用量一致，产量却差别较大，原因可能是由于膜下滴灌管理采用水溶性肥料，少量多次的施肥方式可以有效地提高番茄的产量，提高了水分和肥料的生产力[14]。

膜下滴灌处理的水分生产力、氮肥偏生产力高于膜下沟灌处理，DIF＋OM处理的水分生产力最高，达到FIF＋OM处理的1.6倍，DIF＋HOM＋1/2S处理的氮肥偏生产力最高，是FIF＋OM处理的2.6倍。说明水肥是互补的，适当减少灌溉量和施肥量，有利于提高水分生产力。当水分条件相同时，适当增加施肥量能提高水分生产力，而施氮量减少可以大幅度提高氮肥偏生产力[15]。适当地控水和控肥可以提高土壤水分和肥料的利用效率。

从经济效益来看，DIF＋OM处理产值最高，为32.25万元/hm2，相对净产值28.42万元/hm2，比FIF＋OM处理高将近6万元/hm2。说明膜下滴灌低投入、高产出，同时提高了水肥资源的利用率，减少了过度施肥给环境带来的压力。

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