微润灌溉下施氮浓度对小白菜生长的影响

朱羽萌，申丽霞，杨 玫，李京玲，刘荣豪，廉旭瑞

（太原理工大学水利科学与工程学院，太原030024）

面对我国农业缺水现象，有学者提出微润灌溉技术，利用半透膜内外水势差为驱动，将灌溉水均匀、持续地输送给根区土壤，从而达到无胁迫灌溉，该技术无需外加机械动力，实现了灌溉系统的自动化[1，2]。张立坤等[3]研究了微润灌和滴灌2种灌溉方式对娃娃菜生长的影响，发现地下微润灌溉适宜作为温室作物的灌溉方式。有研究指出，将可溶性肥料溶于水，将其与节水灌溉设施结合，采用水肥一体化模式进行施肥，可有效提高肥料的利用率20%～40%，有效节约肥料[4，5]。小白菜作为常见蔬菜，当土壤质地、灌溉施肥方式相同时，施肥浓度成为影响作物生长的主要因素。普通施肥模式下，适宜小白菜生长的氮肥施加量为10.92 kg/hm²[6]。

目前对于微润灌溉的研究仅限于压力水头、埋设深度、微润管间距等参数的变化对植株生长的影响及土壤水分分布，而关于水肥一体化的主要载体主要为滴灌[7，8]，对水肥一体化与微润灌的结合现阶段仅应用于果树栽培[9]方向，在蔬菜种植方面应用较少。基于微润灌溉作用机理和特点，微润灌溉可将水肥均匀运送至土壤根区附近。为了对以微润灌溉技术为载体的水肥一体化模式有更进一步的研究，本试验以大棚小白菜为研究对象，将微润灌溉技术与水肥一体化技术相结合，探究在不同施氮浓度处理下植株的生长情况，并设置不施肥处理为对照试验，为该技术日后的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验地区位于山西省太原理工大学万柏林校区，该地区属于温带性大陆气候，昼夜温差较大，全年日照充足。本试验从2019年10月14日至12月3日在普通塑料大棚中进行。小白菜种植于90 cm×45 cm×40 cm（长×宽×高）木质种植箱中，种植土壤为壤土，土壤初始含水率为24.39%。试验设备主要有高位水箱、种植箱、PE 输水管、微润管和阀门等。试验过程中将可溶性氮肥均匀溶于高位水箱中，同时保持高位水箱出水口水压稳定，灌溉水为城市自来水。

1.2 试验设计

试验作物为小白菜，灌溉方式为地下微润灌，肥料采用分析纯尿素，试验过程中通过微润管全程供水供肥。本试验共设4 组处理，在试验水头均为1.5 m 条件下，设3 个施肥浓度：200 mg/L（T1）、400 mg/L（T2）、600 mg/L（T3），以及不施肥对照组（CK），每组处理重复3 次。小白菜采用行播方式播种，行株距15 cm，每个种植箱种植3 行，最外行距种植箱边缘7.5 cm。小白菜出苗后进行间苗，每行保留6 棵植株，每次测量保持中间行不变，作为产量测量依据。每个种植箱中铺设2根微润管，间距为30 cm，埋深为15 cm。试验装置及微润管布设方式见图1。

1.3 观测项目与方法

（1）土壤含水率。土壤含水率测定采用烘干法，每7 d 测定一次。在距每行植株水平距离5 cm 处随机取土，每行取3个土样，取土深度为15 cm。取出土样后，使用精度为0.01 g的电子天平称量湿重，然后将土样置于烘箱中，在105 ℃下烘干8 h 后测其干土重量，计算土壤含水率。计算公式为：土壤含水率=（土壤湿重-土壤干重）/土壤干重×100%。

（2）小白菜生长情况。出苗15 d 后每隔7 d 测量小白菜生长情况，每次测量小白菜株高、总叶面积、鲜重等指标，在每个处理的每行（除每箱中间行）作物中随机选取3株长势均匀的小白菜进行测量，并取平均值。株高采用0.01 m 的米尺从植株根部以上测量，总叶面积=叶片数×单叶面积，单叶面积=叶长×叶宽×0.75[10]，植株鲜重由0.01 g电子天平测量。

（3）产量及肥料增产贡献率。12月3日，结束最后一次测量后收取作物，利用电子秤测量每箱中间行产量，根据中间行产量估算每箱小白菜产量。肥料增产贡献率公式如下：肥料增产贡献率=（施氮区作物产量-对照区作物产量）/施氮区作物产量×100%[11]

最终试验数据采用origin 2018制图与分析。

2 结果分析

2.1 土壤含水率

本次试验主要研究0～15 cm 土层的土壤含水率动态变化，从播种开始持续灌水，各组处理不同时期土壤含水率见图2。初次测量时各组处理土壤含水率没有明显差异，小白菜生育期内各处理土壤含水率呈先上升后下降再上升的变化趋势，与小白菜的需水规律相符。出苗后15～29 d 期间，由于小白菜生长速度较慢，需水量较低，在膜内外水势差的作用下，各处理土壤含水率呈上升趋势。29～43 d 期间，小白菜进入快速生长阶段，作物需水量增加，各组土壤含水率下降。种植后期，小白菜生长速度减缓，为维持生理活动，作物仍从土壤中吸收较多水分，但由于持续微润灌溉使土壤累积水分不断升高，本阶段土壤含水率呈上升趋势。试验过程中，各试验组土壤含水率呈现为T2＞T1＞T3＞CK，其中对照组土壤含水率低于施肥处理，说明施肥处理有利于土壤对水分的吸收；T3处理前期土壤含水率与其他处理无显著差异（P＞0.05），后期土壤含水率低于其他施肥处理，这是由于高浓度施肥导致土壤板结，其吸水能力低于其他施肥处理。

2.2 株 高

图3展示了各处理不同时期作物株高的变化，出苗后15 d内各处理差异不明显。小白菜全生育期株高不断增长，43 d后作物株高生长平稳且缓慢。在试验过程中，各处理株高表现为T2＞T3＞T1＞CK，表明增施氮肥有利于小白菜株高的增长。在小白菜生育后期，各处理株高迅速增长，氮肥对株高的促进作用更加突出。3 组施肥处理前期差异较小，试验结束时，T2 处理株高最大，达到平均21.45 cm，分别超过T1、T3 处理27.30%、12.60%。说明在相同水头压力下，施氮量增加可以促进株高的增长，但高浓度氮肥的施加会对作物株高的生长起到抑制作用。

2.3 总叶面积

图4展示了小白菜总叶面积的变化，可以看出小白菜总叶面积全生育期内一直增加。29 d 前，小白菜总叶面积增长缓慢，在29～43 d 迅速增长，43 d 后增速减缓。试验前期各处理叶面积差异不明显，自29 d 开始，各施肥组与对照组总叶面积出现差异，对照组叶面积低于其他处理，说明增施氮肥有促进植株叶面积增长的作用。试验结束时，CK、T1和T2处理总叶面积分别为726.07、966.60 cm²和1 506.14 cm²，说明在低氮肥处理下，植株叶面积随着氮肥浓度的增加而增加。对比T2 与T3 处理，T2 处理总叶面积超过T3 处理26.48%，说明当氮肥浓度过高的时会对植株叶面积生长产生抑制效果。

2.4 单株鲜重

各处理不同时期植株鲜重变化趋势见图5。小白菜鲜重曲线呈“S”形增长，即前期增长缓慢，29～43 d 快速增长，后期变化趋于平缓，其鲜重变化趋势与叶面积变化趋势相符合。29 d 前所有处理鲜重接近，说明在植株生长前期，施加氮肥对植株鲜重影响较小。植株进入快速增长阶段后，施肥组鲜重大于对照组，氮肥对鲜重的促进作用逐渐明显。3组施肥处理在36 d 前无明显差异，36 d 后T2 处理增速最大。试验结束时，T2 处理平均鲜重最高，说明施氮浓度为400 mg/L 对植株鲜重增加促进效果更加明显。

2.5 产量及肥料增产贡献率

最后一次试验时摘取每箱中间行作物，称量其产量，利用中间行产量估算每箱产量。表1反映了4 组处理的产量及肥料增产贡献率。施肥浓度为400 mg/L 的T2 组获得最高产量2 060.19 g，分别为T1、T3 处理的1.58 和1.40 倍，这一结论与黄小云[6]建立的小白菜氮肥料效应方程相符，即存在最佳施肥量使获得的产量最大，当施肥量超过最佳施肥量时，产量及肥料增产贡献率降低。在相同水头下，T2 处理与T1 处理施氮量差异显著，而T3 处理与T2 处理施氮量仅相差5.23 g，差异不显著，这是由于高浓度处理下的土壤吸水能力下降，随水施加的氮肥量相应减少。各组肥料增产贡献率表现为T2＞T3＞T1，随着产量增加，肥料增产贡献率随之增加。其中，T3 处理肥料增产贡献率虽然超过T1处理，但其施氮量为T1处理施氮量的1.95 倍，且差异不显著，从节省肥料的角度看，T3 并不能达到经济增产的目的。

表1 不同处理产量及肥料增产贡献率Tab.1 Yields and contribution rate of fertilizer on yield increase under different treatments

3 结 论

综合上述结果与分析，得出下列结论。

（1）微润灌溉条件下，施肥有助于提高土壤吸水能力，土壤含水率随施肥浓度增加而增加，但施加高浓度氮肥会导致土壤含水率降低。

（2）不同施氮浓度下植株株高、总叶面积及鲜重均呈现“S”形趋势，施氮有助于植株各项指标增长，在压力水头为1.5 m 情况下，施肥400 mg/L 各指标最大，产量最大，肥料增产贡献率最高。在小白菜生育期内，前期各处理差异不明显，后期氮肥对植株生长促进作用明显，因此在生育前期少施肥或不施肥，进入生育后期后，适当增加施肥量可以显著提高植株各项生长指标，提高作物产量。

（3）小白菜产量与肥料增产贡献率随施肥浓度的增加呈现先增加后减小的趋势，各施肥组肥料增产贡献率差异不显著。低浓度施肥下，各生长指标随着浓度增加而增加，高浓度施肥导致施肥过量反而对植株生长起到抑制作用。为达到节肥高产目的，在大棚内采用微润灌模式水肥一体化模式种植小白菜施肥浓度需选择在400～600 mg/L之间。