设施滴灌条件下不同水氮处理对茄子生长、产量及品质的影响

张 娟，齐艳冰，郝仲勇，刘洪禄，杨胜利，范海燕，张 航

(1.北京市水科学技术研究院，北京 100048；2.北京市非常规水资源开发利用与节水工程技术研究中心，北京 100048)

0 引 言

近年来，设施农业发展迅速，特别是北方地区设施蔬菜的生产规模日益扩大[1]。设施蔬菜需水量较大,蔬菜节水一直是农业节水的重点方向。氮素作为作物生长所需大量元素之一，参与了植物体内蛋白质、酶类、维生素等重要化合物的合成和代谢，因此氮肥是施用量最多的肥料。目前，设施蔬菜的生产中投入大量的水分和肥料，因而存在灌溉水利用效率低、肥料利用率低、生产效益不高等问题。因此，需要研究不同水氮管理对设施蔬菜的生长以及土壤-作物系统综合影响，以确定设施蔬菜适宜的灌水下限及施肥量，为设施蔬菜提质、优产和水分的高效利用提供理论基础。

近年来，国内外就水分和养分对蔬菜作物的生长和发育进行了大量研究，对揭示蔬菜作物的水肥利用机制有重要作用。杨振宇[2]等研究了不同生育期水分亏缺和施氮量对茄子产量和水分利用效率的影响，结果表明：在低氮和中氮条件下开花坐果期的水分亏缺对茄子产量的影响较小，且水分利用效率较高。李文霞[3]等研究了大田滴灌条件下不同水肥处理对茄子生长和产量的影响，结果表明：施肥和灌水都有利于株高的增大，但对茎粗的影响不显著。Halil Kimrak等[4]研究发现,水分亏缺对于茄子叶片生长具有显著影响，重度水分胁迫(40%土壤田间持水量)条件下茄子的株高、茎粗、干物质重与对照相比(100%土壤田间持水量)分别降低了46%、51%、43%。Chartzoulakis[5]等研究了日光温室滴灌条件下不同灌水量对茄子产量和品质的影响，结果表明：灌水量为0.85ETm时，茄子的产量为6.5 kg/株，当灌水量分别降低为0.65ETm和0.40ETm时，单株茄子的产量分别降低了35%和46%。仝国栋[6]等开展了温室条件下不同水分处理对茄子生长与产量品质的影响研究，结果表明：茄子的生长最为有利的灌水下限为80%FC，该处理下茄子的根冠发育、果实产量及品质均处于较高水平。

但目前，针对水分调控及施氮水平对设施蔬菜生长、产量、品质及水分利用效率指标综合影响的研究仍不全面，基于上述研究，本次试验针对日光温室滴灌条件下不同水氮处理对茄子的冠层发育、果实产量品质的影响进行了试验分析，提出滴灌条件下茄子适宜的灌水下限、施氮水平，旨在为建立日光温室滴灌条件下茄子的灌溉施肥制度提供理论依据，同时为开展其他果菜类蔬菜的节水灌溉研究提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在北京市灌溉试验中心站进行，该站位于北京市通州区永乐店镇，地处北纬39°20′，东经114°20′，区域多年平均降雨量为565 mm，多年平均水面蒸发量为1 140 mm，多年平均气温为11.5 ℃。试验所用日光温室长度90 m，净宽度8.5 m，总占地面积约为765 m2。经土壤性质分析，室内土壤性质为壤土，体积田间持水量为28%，0～20 cm表层土壤容重为1.36 g/cm3，20～40 cm土壤容重为1.62 g/cm3。

1.2 试验设计

本次试验以茄子为研究对象，供试品种为京茄六号。种植方式采取常见的宽行垄作，垄沿南北方向布置，垄顶宽0.7 m，底宽1.1 m，垄长6.8 m，垄高0.2 m。

本次试验设置灌水下限、施氮量两个试验因素，按照控制灌水下限为田间持水量(θFC)的不同百分比设计2个灌水水平W1(灌水下限为70%θFC)、W2(灌水下限为80%θFC)，根据追肥制度设计3个施氮水平N1(300 kg/hm2)、N2(200 kg/hm2)、N3(150 kg/hm2)，共6个试验处理，试验处理设计如表1所示。每个处理设置2次重复，包含2个小区，共12个试验小区，各小区随机区组布置。每个小区辖四垄，每垄种植2行作物，行距为40 cm，株距为45 cm，温室两侧分别设置2 m宽的保护区。定植前统一施加定量的有机肥。

本试验采用膜下滴灌，滴头间距为30 cm，滴头设计流量为1.38 L/h，每垄布设两行滴灌带。

根据茄子的生长特性，生育期分为4个阶段：苗期(2月21日-3月26日)、花果期(3月27日-4月26日)、盛果期(4月27日-6月7日)、尾果期(6月8日-7月7日)，共历时137 d。

计划湿润层控制为幼苗期20 cm，开花坐果期、盛果期为40 cm，当计划湿润层的土壤含水量达到设计的灌水下限时开始灌水，施肥随灌水进行。为确保幼苗成活率，作物苗期不做试验处理，定植后进行两次常规灌水，收获前一个星期停止灌水。

表1 试验处理设计Tab.1 Experimental design scheme

1.3 测定指标与方法

(1)气象因子。温室内安装watchdog系列小型自动气象站，测定全生育期的太阳辐射、温度、湿度等气象因子。

(2)土壤含水率。采用TRIME-IPH土壤剖面含水量测量系统测定，分别在试验小区的垄中间、垄侧分别埋设土壤水分监测管，采集0～100 cm范围内的土壤含水量，每10 cm深度采集一个数据。各试验小区采用温室首部安装的机械水表控制灌水量。

(3)植株生长指标。每个处理选取5株典型植株，株高、叶长叶宽采用精度为1 mm的直尺测量，茎粗采用精度为0.02 mm的游标卡尺通过十字交叉法测量，每7 d测量一次。

(4)耗水量。作物耗水量采用水量平衡法计算，公式如下：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(1)

式中：ETc为作物耗水量，mm；P为有效降雨量，mm，此处P=0；I为灌水量，mm；ΔW为1 m深度范围内土壤贮水变化量，mm；R为地表径流量，mm，试验灌水方式期间采用滴灌，无地表径流发生，此处R=0；D为深层渗漏量，mm，土壤水分的最大湿润深度为40～50 cm左右，无深层渗漏发生，此处D=0。其中ΔW由测定的TRIME-IPH土壤剖面含水量测量系统实测含水率计算：

(2)

式中：W1为时段初土壤体积含水率，%；W2为时段末土壤体积含水率，%；Z为1 m。

(5)产量。采用精度为1 g的台秤测定各试验小区采摘茄子的鲜重，计算各处理总产量。计算产量水平的水分利用效率，公式如下：

(3)

式中：WUEY为产量水平水分利用效率，kg/m3；Y为茄子产量，kg/hm2；ETc为各处理耗水量，mm。

(6)果实品质。在收获阶段，各处理随机选取3个成熟度一致的茄子，蒸馏水洗净后进行水分、可溶性总糖、还原性Vc、粗纤维、硝态氮等品质指标的测定。

2 结果与分析

2.1 不同水氮处理对茄子生长指标的影响

不同处理茄子全生育期单株叶面积的变化情况如图1所示。结果表明，各处理茄子单株叶面积变化趋势基本一致，在苗期、花果期、盛果期快速增长(五月初进行打叉，单株叶面积增加有减缓趋势)，在尾果期末由于叶片老化，单株叶面积均大幅减少。在苗期，T1处理叶面积最大，显著大于其他处理(P<0.05)；在花果期，各处理叶面积均无显著性差异；在盛果期，T1、T2、T3、T4处理叶面积较大，T2处理显著大于T5、T6处理(P<0.05)；在尾果期，各处理之间均未有显著差异。总体而言，在植株营养生长旺盛的阶段，相同灌水下限条件下单株叶面积表现为T1>T3，T4>T6，相同施氮水平条件下表现为T2>T5，表明70%θFC灌水下限、较高的施氮水平可有效促进叶片生长。

图1 不同水氮处理单株叶面积Fig.1 Effects of different water and nitrogen treatment on leaf area

不同处理茄子各生育期株高的变化情况如图2所示。结果表明，各处理茄子株高变化趋势基本一致，植株在苗期和花果期株高快速增长，盛果期增长变缓，尾果期基本停止增长。在苗期，除T2、T5处理外，其他处理株高无显著差异；在花果期，T1、T2、T3处理株高显著高于T5、T6处理(P<0.05)；在盛果期，T1、T2、T3处理株高显著高于T4、T5、T6处理(P<0.05)；在尾果期，T1、T2、T3处理株高仍然较高，T2处理显著高于T4、T5处理(P<0.05)。总体而言，在植株营养生长旺盛的阶段，相同灌水下限条件下茄子株高表现为T1>T3，T4>T6，相同施氮水平条件下茄子株高表现为T1>T4、T2>T5、T3>T6，表明70%θFC灌水下限、较高的施氮水平可有效促进茄子株高增长。

图2 不同水氮处理株高Fig.2 Effects of different water and nitrogen treatment on plant height

不同处理茄子各生育期茎粗的变化情况如图3所示。结果表明，各处理茄子茎粗变化趋势基本一致，在苗期、花果期快速增长，盛果期增长变缓，尾果期株高增长基本停止。在苗期，各处理茎粗无显著差异；在花果期，T2、T3处理茎粗显著大于T5(P<0.05)；在盛果期，各处理茎粗无显著差异；在尾果期，T3处理茎粗显著大于T5处理(P<0.05)。总体而言，在植株营养生长旺盛的阶段，相同灌水下限条件下茎粗表现为T1T5、T3>T6，表明施氮量较高时不利于植株茎粗发育，70%θFC灌水下限可促进植株茎粗的补偿生长。

图3 不同水氮处理各生育期茎粗Fig.3 Effects of different water and nitrogen treatment on stems thick

2.2 不同水氮处理对茄子产量、WUEy的影响

不同处理茄子单果重、产量、WUEy见表2所示。由表2可以看出，相同灌水下限条件下，各处理茄子产量表现为T2>T3>T1，T4>T5>T6，T2产量达到55 603 kg/hm2，显著高于其他处理(P<0.05)，说明中氮、高氮有助于提高产量；相同施氮水平条件下，各处理茄子产量表现为T1>T4、T2>T5、T3>T6，T2、T3处理显著高于T5、T6处理(P<0.05)，说明灌水下限为70%θFC有助于果实生长，形成较高产量。

相同灌水下限条件下，各处理茄子WUEy表现为T2>T3>T1，T6>T4>T5，T2处理WUEy显著高于T3、T1处理(P<0.05)，T4、T5、T6处理之间未有显著差异；相同施氮水平条件下，各处理茄子WUEy表现为T1>T4、T2>T5、T3>T6，差异均达显著水平(P<0.05)。综上，中氮水平、水分下限为70%θFC时茄子产量、WUEy最高。

表2 不同水氮处理对茄子产量、WUEy的影响Tab.2 Effects of different water and nitrogen treatment on eggplant yield, WUEy

注：表中数值为平均值，相同字母表示在同一显著性水平下(P<0.05)无显著差异，下同。

2.3 不同水氮处理对茄子品质的影响

不同处理茄子品质指标如表3所示。分析结果表明，相同灌水下限条件下，不同处理茄子的可溶性总糖含量表现为T2>T3>T1，T5>T6>T4，但处理间差异均未达显著水平；还原性Vc含量表现为T2>T1>T3，T4>T5>T6，但处理间差异未达显著水平；粗纤维含量表现为T1>T3>T2，T6>T5>T4，T1、T3处理粗纤维含量显著高于T2处理(P<0.05)，T5、T6处理显著高于T4处理(P<0.05)；硝态氮含量表现为T1>T2>T3，T4>T5>T6，T1处理显著高于T3处理(P<0.05)；果实水分含量表现为T3处理显著低于T1、T2处理(P<0.05)，T4、T5、T6处理间未有显著差异。

相同施氮水平条件下，各处理茄子可溶性总糖含量、还原性Vc含量均表现为T1>T4、T2>T5、T3>T6，T1与T4处理间可溶性总糖含量差异达显著水平(P<0.05)，T2与T5处理间还原性Vc含量差异达显著水平(P<0.05)；粗纤维含量表现为T1>T4、T2>T5、T3>T6，T1和T3、T4和T6处理间粗纤维含量差异达显著水平(P<0.05)；硝态氮含量表现为T4>T1、T5>T2、T6>T3，但各处理间差异不显著；果实水分含量表现为T3处理显著低于T6处理(P<0.05)，其余各处理间均未有显著差异。

表3 不同水氮处理对茄子品质的影响Tab.3 Effects of different water and nitrogen treatment on quality of eggplant

综上所述，70%θFC灌水下限可显著提高可溶性总糖、还原性Vc和粗纤维含量，同时果实中的硝态氮含量也较低；高氮水平使得果实中的硝态氮含量显著高于中氮、低氮水平，但不同施氮水平对可溶性性总糖、还原性Vc含量未有显著影响。因此，中氮水平、70%θFC灌水下限时茄子品质最好。

2.4 不同水氮处理茄子耗水规律

不同处理茄子全生育期耗水情况如表4所示，全生育期共137 d，苗期不控水。结果表明，各处理耗水量分别为323.5、317.4、323.6、361.4、365.3、362.2 mm，耗水强度分别为3.44、3.38、3.44、3.84、3.89、3.85 mm/d，总体表现为T1、T2、T3处理小于T4、T5、T6处理。各处理耗水量在各生育期总体表现为盛果期>尾果期>花果期。

表4 不同水氮处理茄子各生育期耗水量、耗水强度Tab.4 Water consumption and intensity of different water and nitrogen treatment

苗期各处理均未进行控水处理，且为保证植株成活率灌溉充足保苗水，耗水量及耗水强度均较大，耗水量在57.17～62.00 mm之间，耗水强度为7.98～8.86 mm/d；进入花果期后，各处理冠层迅速生长，耗水量在61.24～85.82 mm之间，耗水强度为2.92～4.09 mm/d；盛果期内叶片、果实均处于较快的生长阶段，耗水增强，各处理耗水量增加至127.35～139.79 mm，耗水强度为5.31～5.82 mm/d；至尾果期，叶片、果实生长减缓，耗水量降至67.08～89.29 mm，耗水强度降至1.60～2.13 mm/d。

3 结 语

(1)设施滴灌条件下，不同处理茄子的叶面积、株高和茎粗总体均表现为T2>T1、T3，T2>T4、T5、T6。研究表明，70%θFC灌水下限、200 kg/hm2的施氮水平可有效促进茄子的营养生长，而过高的土壤水分、施氮量则会抑制茄子的营养生长。

(2)设施滴灌条件下，不同处理茄子的产量表现为T2>T3>T1>T4>T5>T6，WUEy表现为T2>T3>T1>T4>T5>T6，T2产量达到55 603 kg/hm2，水分利用效率达到17.52 kg/m3，显著高于其他处理(P<0.05)。研究表明，70%θFC灌水下限、200 kg/hm2的施氮水平可显著提升茄子产量和水分利用效率。

(3)设施滴灌条件下，不同处理茄子的可溶性总糖、还原性Vc和粗纤维含量总体表现为T1、T2、T3>T4、T5、T6，部分处理间差异达显著水平(P<0.05)；硝态氮含量表现为T4>T5>T6>T1>T2>T3，T4显著高于T2、T3(P<0.05)。研究表明，70%θFC灌水下限可显著提高茄子可溶性总糖、还原性Vc和粗纤维含量；300 kg/hm2的施氮水平下茄子硝态氮含量最 高，随着施氮量的增加茄子硝态氮含量越高，但不同施氮量对可溶性总糖、还原性Vc含量的影响均不显著。

综合考虑不同灌水下限、施氮水平对茄子生长、产量、品质、水分利用效率的影响，设施滴灌条件下70%θFC灌水下限、200 kg/hm2的施氮水平为茄子较适宜的水肥制度。

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参考文献：

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[4] Halil Kimrak,Cengiz Kaya,Ismail TAS,et al.The influence of water deficit on vegetative growth,physiology,fruit yield and quality in eggplants[J]. Bulg.J.Plant Physiol. 2001,27(3-4):34-46.

[5] Chartzoulakis K,Drosos N.Water use and yield of greenhouse grown eggplant under dirp irrigation[J]. Agricultural Water Management. 1995,28:113-120.

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