微润灌溉下施氮水平对大棚辣椒生长的影响

樊 耀，申丽霞，刘荣豪，孙雪岚，牛 爽，郭晗笑

(太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024)

0 引 言

目前，微润灌溉技术已广泛应用于中国湖北、新疆、贵州、云南、内蒙古等地区，在促进蔬菜、果蔬和玉米等作物增产方面发挥了不可替代的作用，但在山西省的应用尚且处于试验阶段，尚未在生产实际中有所应用[1]。微润灌溉水肥一体化最大的优势在于它可以将化肥均匀的溶解于微润管中，把肥料直接输送到作物根部，减少肥料的损失[2-6]。目前关于微润灌溉的应用基础研究基本集中于土壤水分，微润灌溉水肥一体化技术在生产实际当中有所应用，但缺少相关量化的具体试验研究数据，不能有效地指导生产，给该技术推广造成一定阻碍。水肥是作物生长的主要限制因子[7]，在作物生产中传统的灌溉施肥对水肥资源利用不合理，不仅浪费水肥资源，而且严重威胁环境，因此，对水肥施用技术的研究日益受到重视[8-12]。近年来随着设施园艺的大力发展，设施蔬菜种植业已成为农业增效、农民增收的重要途径。蔬菜为需肥需水较多的作物，为探索设施蔬菜可持续发展，克服大水漫灌、盲目施肥引起的水资源利用率低、肥料养分严重流失、环境污染加剧和产品品质下降等问题，生产上推广应用水肥一体化技术已成为必然，因此探讨和研究科学的灌溉施肥技术将对设施蔬菜产业的发展具有重要意义，可以为生产上的科学、合理应用提供必要的依据。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验地区位于山西省太原市太原理工大学校园内，地理坐标为东经111°30′～113°09′，北纬37°27′～38°25′，属北温带大陆性气候，日照充足，昼夜温差较大，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温9.5 ℃，无霜期平均202 d，年均降水量456 mm。本试验以大棚盆栽辣椒为试材，辣椒幼苗定植于2018年5月26日，定植植株所用木质土箱尺寸为90 cm×45 cm×40 cm(长×宽×高)土箱填土质量密度为0.77 g/cm3，初始含水率21.36%，供试肥料采用农户常规使用的尿素，试验期间将肥料均匀溶解于高位水箱内，在压力水头的作用下使其能够随微润管中的水分渗入填土内，继而对作物的生长发育产生影响。

1.2 试验设计

试验设计供水水头为1.5、2 m，施氮水平为0、500、1 000 mg/L，共设A-F6组处理，各组处理分别为：1.5 m压力水头下施氮水平500 mg/L、1.5 m压力水头下施氮水平1 000 mg/L、1.5 m压力水头下施氮水平0 mg/L、2 m压力水头下施氮水平500 mg/L、2 m压力水头下施氮水平1 000 mg/L、2 m压力水头下施氮水平0 mg/L，每组处理重复试验3次。每个土箱内定植三行辣椒苗，行间距为15 cm，外侧两行植株与土箱边缘距离为7.5 cm，自土箱箱底15 cm处设置两根间距为30 cm的微润管，箱内填土高度为距土箱顶5 cm处，试验装置及微润管铺设图见图1。试验处理A-C由水头为1.5 m的自制稳压水箱持续供水至试验完全结束，处理D-F由水头为2 m的自制稳压水箱持续供水至试验结束。

图1 实验装置Fig.1 The figures of experiment installing

1.3 观测项目与方法

(1)土壤含水率。本试验土壤含水率测定使用烘干法，于植株定株14 d后开始取土测定，取土位置为距每行植株水平距离5 cm处，使用内径为5 cm的取土器在每行土壤深度10 cm处随机取3个土样置于铝盒内，先用感量为0.01g的电子天平称量其湿土重，然后置于烘箱中用105 ℃恒温烘干8 h后测其烘干土重，计算土壤含水率。

(2)植株株高及茎粗。定株14 d后开始测定辣椒生长指标，每隔12 d测定一次辣椒生理指标，每个处理均随机取每行长势均匀的3株辣椒进行测定，用卷尺测量辣椒株高，株高测量标准为除根后基部到地上部分最高处；茎粗由精度为0.02 mm的游标卡尺测量，对基部第二伸长节中部最大直径和最小值进行测量后取平均值。

(3)植株鲜重及产量。植株鲜重直接用电子秤测量后计算平均值；于8月14日测定每个处理辣椒的单株产量，于每个处理随机取样四株辣椒利用电子秤测其产量后计算其单株产量，自此日起大棚辣椒试验结束。

2 结果分析

2.1 土壤含水率

各组处理不同时期的土壤含水率如图2。从图2中可以看出，定植14 d后各组处理土壤含水率没有明显变化。辣椒种植24～54 d，各组处理土壤含水率均呈明显递增趋势，种植54～64 d，土壤含水率开始下降，64～84 d土壤含水率又开始递增。究其原因，辣椒植株生长前期需水量较大，故而对土壤中的水分吸收快且较多，所以前期土壤含水率较低，随着辣椒植株进入生长中期需水量缓慢减少，土壤含水率逐渐增大，到了辣椒植株开花期，植株蒸腾作用加强，辣椒植株的需水量开始急剧增加而吸收了土壤中的大量水分，所以此阶段土壤含水率又开始下降，辣椒植株生长后期虽然由于室外高温使得土壤表面蒸发较高且植株依然从土壤中吸收较多的水分，但土壤含水率还在递增是因为持续微润灌溉使得土壤中累积的水分越来越多，所以这个阶段土壤含水率依然缓慢递增。从辣椒植株的整个生长周期看来，1.5 m水头下3组处理土壤含水率处理B<处理A<处理C，2 m水头下土壤含水率处理E<处理D<处理F。可以看出，对辣椒做施肥处理可以促进辣椒植株生长过程中对土壤水分的吸收。

图2 不同处理土壤含水率变化图Fig.2 Change of soil moisture content in different treatments

2.2 株 高

各处理辣椒株高生长变化趋势见图3。从图3中可以看出各组处理株高随种植时间的推移均呈现上升趋势。辣椒植株定植24 d后，1.5 m压力水头下的3组处理株高规律为处理C<处理B<处理A，2 m压力水头下的三组处理株高规律为处理F<处理E<处理D，且处理A与处理D在辣椒生长后期长势依然明显，而其他4组处理在辣椒生长后期几乎已经没有长势，这说明相同压力水头下氮肥对辣椒株高的影响明显，且500 mg/L施氮处理更有利于辣椒的生长。此外，可以看出辣椒生长前期，1.5 m水头下各组处理平均株高几乎没有差距，2 m水头下处理F平均株高与处理D相差无几且大于处理E，而总体长势2 m水头下较好，究其原因，2 m压力水头下微润管出水量较多，相比较更能满足辣椒生长前期的需水量要求，所以总体长势较好，且前期施入氮肥对辣椒的生长发育影响不大。在辣椒生长的中后期，相同压力水头下各组处理平均株高之间的差距明显拉大，这说明在辣椒生长的中后期对辣椒施入氮肥可以明显促进其生长发育。就株高而言，2 m压力水头下处理D长势拔尖，说明这种条件下为辣椒生长的最为适宜条件。

图3 不同处理平均株高变化图Fig.3 Change chart of average plant height under different treatments

2.3 茎 粗

如图4所示为不同处理作物茎粗随种植后天数的变化趋势。从图4中可以看出，6组处理的茎粗在整个生长周期均呈现递增的趋势。在辣椒植株株茎发育前期，1.5 m水头下三组处理平均茎粗规律为处理B<处理C<处理A，2 m水头下处理F平均茎粗明显小于处理D和处理E，而处理D和处理E相近，这说明低水头下高肥处理对株茎的发育有抑制作用，低肥处理有促进株茎发育的作用；而高水头下的两组施肥处理对株茎的发育均有促进作用。究其原因，2 m水头下微润管出水量能够满足该作物株茎发育的需水量要求，而1.5 m水头下微润管出水量较少，满足不了植株前期发育的需水量要求，且辣椒植株株茎发育前期对需水量的要求比氮肥的要求高，所以高水头下的施肥处理均对株茎的发育均有促进作用。作物生长发育中后期阶段，不同处理间株茎平均茎粗规律与株高相类似。结合株高生长变化趋势，2 m压力水头下D处理对辣椒生长发育的影响作用最大。

图4 不同处理平均茎粗变化图Fig.4 Changes of average stem diameter under different treatments

2.4 植株鲜重

各处理不同时期的植株鲜重增长趋势见图5。由图5可知，随着时间的推移不同处理下的植株鲜重递增。从作物的整个生长周期来看，植株鲜重一直增加，作物生长前期各组处理均增长较快，中期较慢，后期处理A与处理D增长又开始加快，而其他四组处理依旧增长较慢，这说明500 mg/L施氮处理对辣椒后期开花结果的促进作用明显。图中处理D平均鲜重最高，处理A次之，这说明处理D的优势最大，更加有利于辣椒植株的生长发育。

图5 不同处理平均鲜重变化图Fig.5 Change of average fresh weight in different treatments

2.5 植株产量及灌溉水分生产率

图6显示了不同处理单株产量的值。对比各个处理产量，与辣椒植株的生长趋势大致相同。由图6可知不同压力水头下500 mg/L施氮处理的产量均为最高，而相同施氮水平处理下2 m水头下单株产量均高于1 m水头单株产量。结合前面植株生长情况分析，辣椒植株单株产量和辣椒植株的生长发育呈正相关关系。

图6 不同处理单株产量变化图Fig.6 Variation of yield per plant under different treatments

表1为各组处理的灌溉水分生产率，2 m压力水头下，虽然处理D的灌溉量最大，但是其经济产量也相对较高，故而灌溉水分生产率最大，其灌溉水分生产率是F处理的1.79倍，这说明处理D条件下的辣椒生长发育的具有显著优势。同样，1.5 m压力水头下处理A灌溉水分生产率最大。不同压力水头下500 mg/L的施肥处理能够显著提高辣椒的灌溉水分生产率。

表1 不同处理灌溉水分生产率Tab.1 The water use of efficency of every process

3 结 论

综合上述结果与分析，得出如下结论：

(1)在大棚内种植辣椒的条件下，2 m压力水头下大棚辣椒植株的生长状况均优于1.5 m压力水头，相同压力水头下500 mg/L施肥处理下的辣椒植株生长发育状况最好。6组处理中2 m压力水头处理D辣椒植株的生长发育最好，且D处理下辣椒的单株产量最高。

(2)由试验可知，对比辣椒植株的整个生长周期，在辣椒植株生长前期施肥对辣椒植株的生长发育的促进作用不明显，而在辣椒植株生长中后期施肥对其生长发育促进作用明显。所以，辣椒生长前期应对辣椒尽量施入较少的氮肥，而在辣椒生长中后期可以增加施肥量但不宜过多。

(3)在持续微润灌溉中，虽然施肥处理下灌溉水量会增加，但是其灌溉水分生产率显著提高，故而对大棚作物通过微润施肥处理可以提高灌溉过程中的水分利用效率，从而达到高效用水的效果。