宁南山区芹菜水肥药一体化试验研究

祁焕军，雷晓婷，雷金银，王 锐，何进勤，纪立东，徐瑾瑜

（1.宁夏农林科学院农业资源与环境研究所，银川750002；2.国家农业环境银川观测实验站，银川750100；3.宁夏大学农学院，银川750021）

0 引 言

宁夏南部山区属于中温带大陆性半湿阴半干旱气候，海拔在1 248～2 955 m，气候凉爽，年平均气温为5～7 ℃，光照充足，年日照时数为2 700～3 200 h，环境清洁无污染，具备冷凉蔬菜种植的独特自然气候条件[1]。芹菜是当地种植的主要冷凉蔬菜之一，截止到2017年底，宁南山区蔬菜生产面积达到4 万hm2，芹菜种植面积达7 333 hm2，占整个蔬菜市场的27.5%[2]。近年来，随着冷凉蔬菜产业的不断发展，传统的大水漫灌或畦灌导致水资源浪费，对于干旱缺水的宁南山区，水资源短缺与水资源利用率不高的矛盾成为制约宁南山区蔬菜产业的重要因素之一[3]。同时伴随着大水漫灌和畦灌的过量撒施化肥，导致土壤结构恶化，土壤养分失衡、土传病害频发及微生物多样性下降等问题。走节水灌溉和水肥药一体化的道路成为当地冷凉蔬菜高质量健康持续发展的必然要求。目前，有关节水灌溉条件下水肥一体化技术已开展了大量的研究与应用，水肥一体化技术是在节水灌溉的基础上，将灌溉与施肥融合为一体发展成为水肥一体化的现代农业新技术，通过作物根区水肥“喂养式”供应和调节，有效提高水肥利用效率，节本增效，增加作物产量，提高农产品品质。肖石江[4]研究结果表明，与常规施肥相比，水肥一体化使马铃薯产量增加9.3%～10.7%，何佳[5]研究得出水肥一体化与常规施肥相比，使烤烟增产5%～8%，产值增加18%。杜君[6]等研究证明，与常规漫灌相比，水肥一体化使水分利用效率提高36.1%～39.4%，氮肥利用率提高37.6%～35.3%，磷肥利用率提高23.1%～30.3%，钾肥利用率提高106.2%～121.5%，玉米产量提高5.3%～6.1%。Li Haoru 等[7]研究得出，与传统的灌溉方式相比，水肥一体化可以使作物产量提高12.0%，氮肥利用率提高34.3%。随着生产需求和技术不断的发展，通过融合灌溉、施肥和施药于一体的形成水肥药一体化技术，既提供水肥供应，又通过施药抑制病虫害的发生或调节作物的生长发育，还有，是现代农业生产中重要的综合管理技术措施[8,9]，王彦[10]、古斌权[11]研究表明，利用水肥药一体化技术可以节水、节肥，减少药物挥发，增强用药效果。当前，水肥药一体化技术方兴未艾，对水肥药一体化技术对土壤、作物生长、水分利用效率、产量和品质的影响研究很少。鉴于此，本文以西吉芹菜（Apium graveolens L）为研究对象，在水肥药一体化条件下，开展不同施肥和施药对宁南山区土壤养分、芹菜的生长发育及产量品质的影响研究，为宁南山区能够建立以根层养分、促根防病、土壤调理为一体的根层综合调控水肥药一体化技术提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2020年4月-2020年9月在宁夏固原市西吉县硝河乡关庄村（N：35°53′10.6″、E：105°52′54.9″）进行。气候条件适宜光照充足，昼夜温差大，平均年降雨量350～500 mm、平均蒸发量1 482.3 mm、年平均气温8.3 ℃、年光照时长3 000～3 200 h。试验地土壤为黑垆土，耕层（0～20 cm）土壤化学性质如表1所示。

表1 耕层土壤（0～20 cm）化学性质Tab.1 Chemical Properties of topsoil(0～20 cm)

试验以西吉芹菜为研究对象，供试品种是由宁夏科泰种业公司提供的“加州王”，供试药剂为阿维菌素（陕西聚灵生物科技有限公司）和木醋液（山东鑫旺达生物科技有限公司），供试肥料为自制水溶肥（N-P2O5-K2O 配比为18-10-8）、功能性微生物制剂（活菌数≥40 亿、P2O5≥20 g/L、K2O≥40 g/L、Cu+Zn+Fe+B≥15g/L） 和功能性全元液体肥（N-P2O5-K2O-（Fe+Mn+Ca+Zn+Mu+B）配比为16-10-8-6）。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主区为不施药T1、生物药剂T2（木醋液）、生物药剂T3（阿维菌素）3 个处理，副区为不同制剂液态肥（常规施肥A1、A2功能性全元液体肥+70%CK、A3功能性微生物制剂+70%CK）。每个处理重复3 次，共计27 个小区，每个小区面积为55 m2（长10 m×宽5.5 m），小区之间安装PP板（深度1 m）防止串水（见表2）。田间采用垄作方式种植，垄宽1.2 m，沟宽0.2 m，株行距为5 cm×15 cm，每垄8 行，每2行铺设1条滴灌带。灌水量统一为3 150 m3/hm2，具体灌水制度如表3 所示，所有肥料分别在叶丛生长期（2020年6月3日）、心叶肥大初期（2020年6月28日）和心叶肥大中期（2020年7月25日）以1∶2∶1 的比例分3 次施肥。生物药剂分别在叶丛生长期（2020年6月3日）、心叶肥大初期（2020年6月28日）与肥料一起施入。

表2 水肥药一体化试验处理Tab.2 Integrated treatment of water,fertilizer and medicine

表3 灌水制度Tab.3 Irrigation system

1.3 测定项目及测试方法

土壤养分指标：分别在种植前和收获后用土钻按照“X”路线采取各试验小区表层0～20 cm 土壤样品，混合后装入样品袋，带回实验室阴干后分别过1 mm 和0.25 mm 筛，以备土壤化学性质测定。土壤有机质采用K2Cr2O7容量法－外加热法；碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用NaHCO3浸提-分光光度计法，速效钾采用乙酸氨浸提-火焰光度计法；土壤pH 值用pHs-2C 型数字酸度计测定，水土比为5∶1。

芹菜生长生理指标：挂牌标记20 株长势均匀的芹菜，在芹菜不同生长期采用卷尺测定株高；在心叶肥大初期（2020年7月3日）使用Li-6400 型光合仪测定光合参数，采用手持502型SPAD仪测定叶绿素SPAD值。

芹菜产量品质指标：产量在收获期间按小区实收实测；收获后采取植株样品测定芹菜品质，Vc 含量采用改进的2,6-二氯靛酚滴定法测定；粗纤维含量采用酸碱消煮+粗纤维测定仪测定；还原性糖含量采用斐林试剂比色法测定。

1.4 数据处理方法

采用Microsoft Excel 2010 进行数据处理，Origin 2018 用于作图和方差统计分析（Turkey检验）。

2 结果与分析

2.1 水肥药一体化对土壤养分的影响

水肥药一体化对土壤养分影响极显著（p＜0.01）（表4 和表5）。同一施药处理下，不同施肥处理对土壤有机质含量影响显著（p＜0.05），对土壤碱解氮、有效磷和速效钾的含量影响极其显著（p＜0.01），与对照A1处理相比，A2和A3处理使土壤有机质、碱解氮含量显著增加，分别提高7.31%和3.74%、17.09%和3.46%；A2处理使土壤有效磷、速效钾含量显著增加，分别提高11.10%和9.73%，A3处理使土壤有效磷、速效钾显著下降，分别降低21.72%和11.22%。同一施肥处理下，不同施药处理对土壤有机质影响不显著（p＞0.05），但是对土壤碱解氮、有效磷和速效钾影响极显著（p＜0.01），与对照T1处理相比，T2和T3处理使土壤碱解氮含量分别降低11.65%和15.21%；与对照T1处理相比，T2和T3处理使而土壤有效磷、速效钾含量均有所升高，分别提升12.71%和34.81%、12.77%和18.68%。施药与施肥交互作用对土壤有机质含量影响不显著（p＞0.05），但是对土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量影响极显著（p＜0.01）。

表4 水肥药一体化对芹菜田耕层土壤（0～20 cm）养分特征的影响Tab.4 Effects of integration of water,fertilizer and medicine on Nutrient Characteristics of topsoil(0～20 cm)in celery field

表5 方差分析结果Tab.5 Results of anova

2.2 水肥药一体化对芹菜株高的影响

由图1可知，同一施药处理下，不同施肥处理在芹菜不同生育期芹菜株高均表现为A2处理株高最高，A3处理次之，A1处理最低；同一施肥处理下，不同施药处理在芹菜不同生育期芹菜株高均表现为T1最低，T2次之，T3最高。肥药交互组合T3A2处理下芹菜的株高表现最优。

图1 水肥药一体化对芹菜株高的影响Fig.1 Effect of water fertilizer medicine integration on plant height of celery

2.3 水肥药一体化对芹菜生理特征的影响

由图2（图中不同小写字母表示施药与施肥交互作用在p＜0.05水平下差异显著）分析可知，同一施肥处理下，不同施药处理对芹菜叶绿素SPAD值的影响显著（p＜0.05），其中T3处理下芹菜叶绿素SPAD 值最大；同一施药处理下，不同施肥处理对芹菜叶绿素SPAD 值的影响不显著（p＞0.05），其中A2处理下芹菜叶绿素SPAD 值最大；施药与施肥交互作用对芹菜叶绿素SPAD 值的影响不显著（p＞0.05）。由图3（图中不同小写字母表示施药与施肥交互作用在p＜0.05 水平下差异显著）可知，同一施肥处理下，不同施药处理对芹菜净光合速率的影响极显著（p＜0.01），其中T3处理下芹菜净光合速率最大；同一施药处理下，不同施肥处理对芹菜净光合速率的影响极显著（p＜0.01），其中A2处理下芹菜净光合速率最大；施药与施肥交互作用对芹菜净光合速率的影响不显著（p＞0.05）。

图2 水肥药一体化对芹菜叶绿素SPAD值的影响Fig.2 Effect of water fertilizer medicine integration on SPAD value of celery chlorophyll

图3 水肥药一体化对芹菜净光合速率的影响Fig.3 Effect of water fertilizer medicine integration on net photosynthetic rate of celery

2.4 水肥药一体化对芹菜产量的影响

从图4（图中不同小写字母表示施药与施肥交互作用在p＜0.05水平下差异显著）分析可以得出，同一施药处理下，不同施肥处理对芹菜产量的影响极显著（p＜0.01），与对照A1处理相比，A2、A3处理使芹菜产量分别提高34.3%、26.6%；同一施肥处理下，不同施药处理对芹菜产量的影响极显著（p＜0.01），与对照T1处理相比，T2、T3处理使芹菜产量分别提高5.2%、19.1%。施肥与施药交互作用对芹菜产量影响不显著（p＞0.05），T3A2组合使芹菜产量增产最多。

图4 水肥药一体化对芹菜产量的影响Fig.4 Effect of integration of water,fertilizer and medicine on celery yield

2.5 水肥药一体化对芹菜品质的影响

由表6 和表7 可知，同一施肥处理下，不同施药处理对芹菜Vc、总糖和粗纤维含量影响极显著（p＜0.01）；同一施药处理下，不同施肥处理对芹菜Vc、总糖含量影响极显著（p＜0.01）；施肥与施药交互作用对芹菜Vc、粗纤维含量影响极显著（p＜0.01）。由表5 可知，同一施肥处理下，不同施药处理中，与对照T1处理相比，T2处理和T3处理使芹菜Vc、总糖含量分别提高10.6%、43.2%和5.1%、26.1%；而芹菜粗纤维含量与对照T1处理相比，T2处理和T3处理使芹菜粗纤维含量分别降低3.6%和16.4%。同一施药处理下，不同施肥处理中，与对照A1处理相比，A2处理和A3处理使芹菜Vc、总糖含量分别提高41.7%、18.6%和16.8%、11.0%；而芹菜粗纤维含量与对照A1处理相比，A2处理和A3处理使芹菜粗纤维含量分别降低10.3%和1.9%。施药与施肥交互作用中，T3A2组合使芹菜Vc、总糖含量提升最多。

表6 水肥药一体化对芹菜品质的影响Tab.6 Effect of integration of water,fertilizer and medicine on celery quality

表7 方差分析结果Tab.7 Results of anova

3 讨 论

土壤有效养分和有机质含量是反映土壤肥力的重要指标。张晶等[12]研究得出，滴灌磷钾肥减施且追施时随水分施可以提高耕层有效磷和速效钾含量。黄丽等[13]研究表明，磷钾肥随水分施入在一定程度上可以提高速效磷和速效钾在土壤耕层的含量，有利于作物吸收利用。本试验研究结果得出，在水肥药一体化条件下，可以提高土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量，进而提升土壤肥力。

作物的生长生理指标可以直观的反映出作物的生长情况。张兰勤[14]研究表明，水肥一体化减量施肥对樱桃番茄的株高、茎粗均无不良影响；张松婷[15]等研究得出，水肥一体化条件下可以提高红辣椒净光合速率和叶绿素SPAD 值；刘坤雨[16]研究证明，水肥一体化模式可以提高马铃薯株高和叶绿素SPAD值。本试验研究结果表明，水肥药一体化条件下，可以增加芹菜株高，同时提高芹菜的净光合速率和叶绿素SPAD 值，为提质增产奠定基础。

提质增产是水肥药一体化技术的目标。蔡苗[17]等研究表明，与农户常规大水冲施肥料浇灌相比，在灌溉水量降低25.3%、化肥减量40.6%的水肥一体化条件下，设施番茄的产量不仅没有受到负面影响，反而显著增产达9.0%，杨洪辉[18]等研究证明，水肥药一体化可以提高辣椒的产量。陆萍[19]等研究表明，水肥药一体化减少了哈密瓜的病害，进而提高了哈密瓜的品质，梁兵[20]等研究得出，水肥药协同可以提高烤烟产量和品质。本试验研究结果表明，水肥药一体化条件下，可以提高芹菜产量，同时提升芹菜Vc、总糖含量，实现提质增产的目标。

4 结 论

（1）水肥药一体化对土壤养分含量影响显著。水肥药一体化条件下，对土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量影响极显著（p＜0.01），其中T3A2组合对土壤养分提升最显著，与对照T1A1组合相比，土壤有机质含量增加9.70%、土壤有效磷增加56.04%、土壤速效钾增加32.10%。

（2）水肥药一体化对芹菜生长特征影响显著。水肥药一体化条件下，T3A2处理下芹菜的株高表现最优。

（3）水肥药一体化对芹菜产量品质影响显著。水肥药一体化条件下，T3A2组合对芹菜Vc、总糖含量提升最多，分别提升1.06倍、29.08%。

综上所述，水肥药一体化条件下，药肥组合中T3A2组合为最优处理，可以提高宁南山区芹菜的生长、生理指标，进而提高芹菜的产量和品质，同时还可以提高耕层土壤养分，改善土壤环境。