水氮调控对日光温室番茄生长和产量的影响

张芳园，刘玉春，蔡 伟，郭 彬，杨小蛟

(河北农业大学城乡建设学院水利系，河北 保定 071001)

我国是世界最大的蔬菜消费国和生产国。根据历年《中国统计年鉴》相关数据统计分析发现，2001-2013年的13 a间，全国蔬菜种植面积占当年农作物总种植面积的比例均超过10%，2013年全国蔬菜种植面积为2 090 万hm2，占当年农作物总种植面积的12.7%[1]。近年来我国设施蔬菜迅速发展，目前我国设施面积已近179 万hm2，其中80%以上进行蔬菜生产，在部分地区蔬菜设施栽培面积的比例已经达到了蔬菜总栽培面积的10%以上，甚至某些地区已接近30%[2]。蔬菜是一种高耗水作物，蔬菜需求的刚性增长和我国水资源的严重短缺，迫使蔬菜生产要节水。各地蔬菜生产中普遍存在水肥过量施用的问题，这造成蔬菜硝态氮含量超标、蔬菜土壤养分过量积累等问题。蔬菜生产亟须减少蔬菜生产中的水肥用量，尤其是氮肥用量，降低蔬菜的硝酸盐含量、减少蔬菜土壤、蔬菜地下水和地表水的硝酸盐污染，实现环境友好、资源节约的蔬菜生产。为了实现这一目标，不仅需要推广先进高效的节水灌溉技术，更需要研发、推广应用简单实用、操作方便的水肥调控措施，将灌水施肥技术和水肥管理措施有机结合，才能有效控制蔬菜水肥用量。

番茄是温室内主要的种植蔬菜和重要的经济作物，水分和肥料是影响作物生长发育的重要物质基础，二者相互促进，相互制约[3-5]。养分和水分结合能有效提高水肥资源的利用率，因而合理的使用肥料，充分发挥肥和水的激励机制和协同效应，获得最大的经济和生态效益[6-8]。有研究表明，番茄叶片数随灌水量的增加而增多、随氮肥用量的增加呈先降低后增加的趋势[9]。番茄产量随着灌水量增加，呈先增加后减少的趋势[10,11]，番茄产量和施肥量表现为抛物线关系，适当施肥可增加番茄产量[12]，作物叶片SPAD值与灌水量和施肥量的关系也呈现相同趋势[13,14]。同种灌水技术条件下，水肥耦合对作物产量影响的研究较多，但同时考虑不同灌水技术、不同灌水量和施氮量三因素对作物产量影响的研究鲜有报道。本文采用全面试验，研究滴灌和膜下沟灌两种灌水技术条件下，不同水、氮用量对日光温室番茄植株生长和产量的影响，为设施番茄水氮管理提供参考依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验分别于2015年4月至7月(春夏季)和2016年9月至2017年2月(秋冬季)进行。试验地位于河北省廊坊市永清县新苑阳光农业园区(30°19′N，116°29′E)，试验地属北温带亚湿润气候区，大陆性季风气候，年平均日照2740 h，年平均气温11.5 ℃，年平均降雨540 mm。试验所在科研日光温室为东西走向，长79 m，宽6.5 m。春夏季0～20 cm土壤有机质为2%，碱解氮为93.71 mg/kg，速效磷为20.34 mg/kg，速效钾为158.43 mg/kg；秋冬季0～20 cm土壤有机质为2%，碱解氮为76.24 mg/kg，速效磷为24.57 mg/kg，速效钾为147.25 mg/kg。0～60 cm深度土壤物理性质分别经百特激光粒度分析系统Ver 7.21测定，并根据美国制土壤质地分类确定为粉砂质壤土，其物理和水力特性见表1。

表1 试验土壤物理特性Tab.1 Physical properties of experimental soils

1.2 试验设计

试验考虑灌水技术、灌水量和施氮量3个试验因素，灌水技术分为滴灌(D)和膜下沟灌(F)。灌水量设置低(W1)、中(W2)、高(W3) 3个水平，其中W3根据园区生产经验确定，W1和W2分别为W3的60%和80%。试验过程中施氮量设置不施氮(N1)、中等施氮量(N2)、高施氮量(N3) 3个水平，其中N3根据园区生产经验确定，N2为N3的50%。番茄定植前，在棚内施用基肥，各试验小区施用量不作处理，春夏季和秋冬季基肥中化肥含氮量分别为73.86和98.48 kg/hm2，生育期内追施氮量分别为26.38和34.57 kg/hm2。试验期间，依据试验园区经验确定灌水时间，春夏季和秋冬季番茄全生育期灌水情况见表2。

表2 灌水情况统计 mm

在番茄定植前起垄，垄高15 cm，垄宽100 cm，间距35 cm，每垄定植两行，试验采用宽窄行种植，宽行80 cm，窄行55 cm，株距33 cm。春夏季和秋冬季番茄分别于4月7日和9月17日定植，两季试验番茄定植时秧苗均健壮。试验分为滴灌区和膜下沟灌区两部分，滴灌区9个处理，每个试验处理设置3个重复，共27个试验小区，试验小区在滴灌区内采用随机排列的方式布置，膜下沟灌区与之相同。

1.3 试验观测

植株生长指标观测：在番茄生育期对番茄株高、茎粗、叶绿素进行观测，每个试验处理在番茄小区中间、生长均匀一致、密度适当处，挑选3株番茄进行测量及观测，其中株高用盒尺观测，茎粗用MNT-150型电子游标卡尺观测，叶绿素采用TYS-A型手持便携式叶绿素仪观测。

番茄产量统计：春夏季番茄采收期为6月21日-7月20日，秋冬季番茄采收期为2月2日-2月14日。在番茄采收期，对每个小区每次产量分别进行记录，采收时用电子秤称重各小区实际产量。

2 结果与分析

2.1 水氮调控对番茄株高的影响

表3给出了两季试验各处理不同时期番茄株高及方差分析结果。春夏季试验，在番茄整个生育期各试验处理的株高基本都表现为滴灌高于膜下沟灌，认为是由于滴灌是一种局部灌溉，肥料随滴灌水流直接送达作物根系部位，易被作物根系吸收，有利于植株生长。春夏季番茄定植后的第63和81 d，滴灌处理株高最大值分别为99和103 cm(W3N2)，膜下沟灌处理株高最大值分别为93和100 cm(W3N1)；秋冬季番茄定植后的第35、48和61 d，滴灌处理株高最大值分别为91、117和127 cm(W3N2)，说明高灌水量有利于番茄株高增长，且滴灌条件下，W3N2处理效果较好。从施氮量对株高影响来看，株高最大值多出现在N1、N2处理中，所以从株高角度考虑W3N1、W3N2处理优于W3N3处理。方差分析结果表明，春夏季膜下沟灌处理，在番茄定植后8 d和81 d，水氮交互作用对番茄株高影响达到显著水平，但在其他生育期无显著影响；秋冬季试验，除滴灌处理在番茄定植第9 d和第35 d外，两种灌水技术的水氮用量对番茄株高影响均显著。

表3 番茄株高统计

注：相同行中不同字母表示0.05水平差异显著，下同。

2.2 水氮调控对番茄茎粗的影响

两季试验各处理番茄茎粗均值及方差分析结果如表4所示。由表4可知，春夏季试验两种灌水技术条件下的茎粗均值分别为11.71和11.08 mm，滴灌条件下茎粗均值比膜下沟灌高5.7%，秋冬季两种灌水技术条件下茎粗均值分别为9.84和9.50 mm，滴灌条件下茎粗均值比膜下沟灌高3.6%，滴灌是局部微量灌溉，均匀而又缓慢地滴入番茄根区土壤中，使水分的渗漏和损失降低到最低限度，对番茄茎粗增长有利。春夏季试验两种灌水技术条件下茎粗均值最大值分别为12.37和12.34 cm，秋冬季试验分别为10.36和9.92 cm，灌水量处理茎粗表现为：W3>W2>W1，施氮量表现为：N2>N3>N1。方差分析表明，灌水技术对番茄茎粗影响达到显著水平，滴灌技术优于膜下沟灌技术；两季试验两种灌水技术条件下，施氮量对番茄茎粗影响均未达到显著水平，可见本试验中施氮量对番茄茎粗的影响没有起到主要作用；膜下沟灌条件下，两季试验的灌水量对番茄茎粗影响均不显著，由表也可以看出，春夏季番茄茎粗略高于秋冬季。

2.3 水氮调控对番茄叶片叶绿素的影响

两季试验各处理番茄叶片叶绿素均值动态变化见图1和图2。春夏季番茄叶片叶绿素含量呈先增加后降低的趋势，在结果初期前后，叶片叶绿素含量达到最大值。由于春夏季光照充足，有利于叶绿素的生成，在番茄营养生长阶段，番茄叶绿素含量增长较快，在生育后期，番茄生殖生长旺盛，营养主要向果实运输，促进下部果实成熟和上部果实膨大，叶片生长受到限制，叶绿素含量逐渐降低。秋冬季番茄叶片叶绿素含量呈波动状态，在结果期处于基本稳定水平，分析认为，这一现象与秋冬季天气有一定关系，低温和光照不足不利于番茄叶片叶绿素含量增长。两季试验，番茄叶片叶绿素含量的最大值多出现在W2处理中，其中春夏季试验较为突出，番茄叶绿素含量随灌水量增加呈先增加后减少的趋势。春夏季试验，在番茄生育前期，施氮量对番茄叶片叶绿素含量影响并不显著，在生育后期，N3处理叶片叶绿素含量稍高于N1和N2处理。春夏季滴灌和膜下沟灌处理叶片叶绿素含量最大分别为54.1和53.2 SPAD，差幅达到1.7%，秋冬季分别为47.0和43.2 SPAD，差幅达到8.7%，说明滴灌比膜下沟灌更有利于番茄叶片叶绿素的积累。

表4 番茄茎粗均值和方差分析 mm

注：*为各处理在α=0.05水平下差异性显著。

图1 春夏季试验番茄叶片叶绿素动态变化Fig.1 Dynamic changes of chlorophyll in tomato leaves during spring and summer test

2.4 水氮调控对番茄产量的影响

表5给出了两季试验各处理番茄产量统计及方差分析结果。由表5可知，春夏季滴灌和膜下沟灌条件下，产量均值分别为73.61和68.01 t/hm2，滴灌比膜下沟灌高8.2%；秋冬季滴灌和膜下沟灌条件下，产量均值分别为49.54和47.04 t/hm2，滴灌比膜下沟灌高5.3%。春夏季滴灌和膜下沟灌条件下，产量最大值分别为82.20和74.57 t/hm2，秋冬季分别为56.45和53.32 t/hm2，产量表现为：W3>W2>W1，说明高灌水量能够增加番茄产量。秋冬季滴灌条件下，N1、N2、N3处理产量均值分别为45.98、54.64、48.05 t/hm2，N2处理分别比N1和N3高18.8%和13.6%；膜下沟灌条件下，N1、N2、N3处理产量均值分别为45.66、51.44、44.02 t/hm2，N2处理分别比N1和N3高12.7%和16.9%，灌水量相同条件下，产量随施氮量的增加先增加后减小。方差分析表明，春夏季滴灌处理，水氮用量对番茄产量影响显著；膜下沟灌处理，水氮用量对番茄产量没有显著影响。

图2 秋冬季试验番茄叶片叶绿素动态变化Fig.2 Dynamic changes of chlorophyll in tomato leaves during autumn and winter test

秋冬季试验两种灌水技术条件下，水氮用量对番茄产量影响均显著。

3 结 语

相比于膜下沟灌，滴灌处理有利于番茄植株生长和产量提高。园区经验灌水量(W3)、中等施氮量(N2)处理对番茄株高和茎粗增长更有利，而中等灌水量(W2)、园区经验施氮量(N3)处理对番茄茎粗增长更有利。对产量而言，园区经验灌水量(W3)处理比中、低灌水量(W2、W1)处理高0.3%至14.9%不等；中等施氮量(N2)处理比不施氮(N1)、高施氮量(N3)处理高12.7%至18.8%不等。

综合考虑生长和产量指标，滴灌技术优于膜下沟灌技术，W3N2处理是最优的水氮组合，是最利于节水节肥、增产、番茄生长的灌水量和施氮量，因此W2N2处理可为设施番茄水氮管理提供参考依据。

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