基于温室番茄生长、产量和品质确定适宜滴灌灌水下限与氮肥、钾肥施用量

李振华，姜 熙，孟维忠，陈 伟，王丽学，Shaikh Abdullah AI Mamun Hossain，戴皖宁

(1. 沈阳农业大学，沈阳 110161；2. 辽宁省水利水电科学研究院，沈阳 110003；3. 辽宁江河水利水电新技术设计研究院，沈阳 110003)

设施农业作为新型产业，具有高质、高产、高收益的特点，对保障蔬菜供给，促进农业发展，带动地方经济发展起到重要作用。辽宁省番茄种植面积超过0.667 万hm2，种植面积仍在不断扩大，其中温室番茄总种植面积占总面积的75%，成为现在番茄种植的主要模式。膜下滴灌具有节水、省肥、改良土壤等优点，并且对于提高番茄产量、品质，降低空气湿度，减少病虫害具有重要作用。孔令堂等人研究表明，膜下滴灌与沟灌对比显著地提高了番茄品质，减少了灌水量与施肥量。

目前，菜农广泛使用的“水大肥勤”的灌溉施肥方式不仅造成了水资源浪费，增加了生产成本，降低了土壤活力，而且对番茄的产量、品质产生不利影响。水肥一体化将精确灌溉和精确施肥相结合，不仅提高了水肥利用效率，而且对减少环境污染具有重要意义。本试验在水肥一体化条件下探究合理的灌水下限与氮肥、钾肥施入量，以期得到较高的产量与品质，提高水肥利用效率与经济效益。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年春季在辽宁省灌溉试验中心站进行，为平原地带，属温带大陆性季风气候。年日照时数为2 520～2 750 h，日照时数百分率60.1%，日照季节分布与作物生长期相适应，4-9月有效积温在3 000 ℃以上。年平均气温8.1 ℃，年均降水量672.9 mm。试验区的土壤为黏壤土，田间持水量24%，0～60 cm深干密度为1.65 g/cm3。

番茄品种为“奥特优”，采用大垄双行种植，垄台宽1.2 m，两垄之间的距离为1.5 m，垄长7 m，垄台高15 cm，行距0.6 m，株距0.4 m，每垄种植番茄34株。采用膜下滴灌灌溉，番茄定植前在垄中心铺设滴灌带，滴头间距30 cm，管带压力0.1 MPa，滴头流量1.38 L/h，滴灌带两侧水平距离30 cm处种植作物。作物全生育期由2月26日开始种植至7月15日结束。

1.2 试验设计

番茄定植时，为保证番茄缓苗率，各处理统一灌水25 mm。番茄的施肥制度通过定植前施底肥和生育期内追肥来实现，按照苗期追肥1次、花期追肥1次、初果转色期追肥1次和盛果期追肥3次，全生育期共追肥6次来控制施肥频次。施用肥料选用尿素、磷酸二氢钾和硝酸钾。试验根据灌溉下限、氮素使用量和钾使用量的不同设置不同处理。灌溉下限分别为田间持水量的65%、75%和85%，上限均为田间持水量；氮素使用量设高氮、中氮和低氮3个水平，钾使用量也设高钾、中钾和低钾3个水平，其中中氮和中钾根据土壤养分本底值以及农户经验确定，值为每公顷施氮(N)量5 400 kg/hm2，施钾量(K2O) 9 450 kg/hm2。高氮和高钾使用量在中氮和中钾使用量基础上增加30%，低氮和低钾使用量在中氮和中钾使用量基础上减小30%。选用L9(34)正交表进行正交试验，共分为10个小区，每小区54 m2。试验列表见表1。

1.3 测量指标

(1)形态指标测定。每10 d左右用游标卡尺测定茎粗，每个小区选5株定点观测。每10 d左右用冠层分析仪于小区中部测量叶面积指数。

表1 试验因素水平表 %

(2)产量测定。果实成熟时采摘称重，以最终累计产量为各小区总产量。

(3)品质测定。生育末期各处理随机取得新鲜果实，测定番茄品质，主要指标：维生素C、蛋白质含量、可溶性糖含量等。

1.4 数据处理

采用SAS进行显著性分析，Excel做图、DPS7.05作多重比较与模型预测。

2 结果与分析

2.1 灌水下限与施肥量对温室番茄生长的影响

茎粗、叶面积是番茄生长前期最重要的指标之一，通过观察指标确定秧苗是否生长健康，进而对灌水施肥做相应调整，为作物高产打好基础。

随着植株生长，番茄茎粗逐渐增加。3月6日为植株生长初期，各因素对茎粗的影响并未表现出规律性变化，随着植株生长，灌水下限对茎粗表现为随着灌水下限的增加茎粗增大[见图1(a)]，到5月6日番茄去尖，与W3相比，W2、W1分别减少3%和6%。随着施钾量的增加[见图1(b)]，茎粗表现出先增大后减小的趋势，但影响均不显著。施氮量对茎粗的影响达到显著水平，随着施氮量的增加，茎粗逐渐降低[见图1(c)]，与N1相比，N2、N3茎粗减少6.2%，9.4%，张明伟的施氮量对小麦秸秆的研究结果表明，大量的施入氮肥，会使作物增高速度加快，茎节变细，抗倒伏能力降低，说明大量的施入氮肥，不利于植株稳定生长。

各因素对叶面积的影响均未达到显著水平，但灌水下限和施氮量对叶面积的影响仍表现出一定的规律性，到5月13日，W3比W2、W1增加4.7%、8.4%[见图1(d)]，N3与N2、N1相比增加4.8%、6%[见图1(e)]。结果表明，适当的增加灌水，合理的施入氮肥有利于植株健康生长。综合考虑，W3N2K2水肥组合对番茄植株生长最为有利。

图1 不同灌水下限、施肥量对茎粗和叶面积的影响Fig.1 Effects of different irrigation threshold and fertilizer amount on stem diameter and leaf area

2.2 灌水下限与施肥量对温室番茄产量的影响

番茄产量见表2。通过产量方差分析(见表3)，可以得出灌水下限、施氮量、施钾量对产量的影响均具有显著影响(P≤0.05)，其中施氮量对产量的影响达到极显著水平(P≤0.01)。

表2 小区产量 t/hm2

表3 产量方差分析Tab.3 Yield variance analysis table

注：为方便计算与分析，产量方差分析、优水平分析、模型预测均采用小区实际产量为基础数值。

通过优水平分析(见表4)，各因子均在中水平时，即W2N2K2组合时可以得到最优产量。随着灌水下限的提高和施肥量的增加，产量呈现先增大后减少的趋势，表明产量与因素关系曲线有峰值点出现。本结果可以选出试验模拟的27种组合的最优，但只是已给定的固定灌水施肥量水平组合中选择出来的最优组合，是否达到产量最大值还需进一步分析计算。

表4 产量优水平分析 kg

注：产量指试验小区54 m2的产量。

运用DPS软件建立拟合模型：

Y=182.916 666 7+163.525 000 00X1+

150.420 833 33X2+91.716 666 67X3-

37.891 666 67X1X1-37.820 833 33X2X2-

22.316 666 667X3X3-3.741 666 667X1X3

经检验，模型的F值为364.5，P=0.04<0.05,模型达到显著水平。其中一次项，二次项均具有统计学意义，仅X1、X3乘积项具有统计学意义，即仅灌水下限与施钾量具有交互作用。模型的相关系数R达到0.998 4，具有较高的可信度，可以代表灌水下限和施肥量与产量之间的关系。

由关系曲线(见图2)可以得出，产量与灌水下限、施氮量、施钾量均呈二次抛物线关系。经模型求解，当X1=2.064 9，X2=1.986 6，X3=1.881 8时，Y=587.609 9为最大值。经转换，当灌水下限为75.65%(为方便操作，灌水下限取76%)，施氮量为358.5 kg/hm2，施钾量为607.5 kg/hm2时，得到最高产量587.6 kg即108.82 t/hm2。接近设定处理W2N2K2即中水中氮中钾的灌水施肥水平。

图2 产量与灌水施肥量关系曲线Fig.2 Relationship between yield and irrigation and fertilization amount

由表5可知，与地区经验种植方式相比，通过模型预测得 到的灌水量比CK节约38.6%，施氮量节省18%，施钾量节省25.1%，产量增加6.64%。在节约成本的基础上，提高了产量，大大提高了经济效益，对节约资源，减少土地污染具有重要意义。

表5 预测结果与CK比较Tab.5 Results of prediction compared with CK

2.3 灌水下限与施肥量对温室番茄鲜果品质的影响

鲜果品质(见表6)是果蔬产品的一个重要指标，在获得高产量的情况下高品质同样重要。本次试验所检测的3项指标对番茄均很重要，可溶性糖的含量直接影响番茄口感，VC与氨基酸的含量代表了番茄鲜果的营养价值。为兼顾3项指标，得到VC、可溶性糖、氨基酸含量均较高的水肥组合，运用多指标正交试验评分法中的排队评分法来确定最优水肥组合。以VC为例，W3N2K1组合VC含量最高设为10分，W1N2K2组合VC含量最低得1分，其他组合通过与最低值之间的差值比例计算给分。各指标得分情况见表7。通过综合得分得出9个试验处理中W2N1K2得分最高，表明该处理果实品质最佳。但要选出试验所包含的27个组合中品质最佳的水肥组合，需要对各因 素得分做极差分析，分析见表8。结果表明灌水下限、施氮量、施钾量均在中水平时得分最高，各因素主次顺序为施钾量、施氮量、灌水下限，最优水肥组合为W2N2K2。

表6 各处理鲜果品质测定结果 mg/g

表7 排队评分结果Tab.7 The result of line up and score

表8 因素得分极差分析结果Tab.8 The range analysis of score of factor

3 结 论

灌水下限与施肥量均对茎粗、叶面积具有一定的影响，较大的灌水下限有利于增加茎粗和叶面积，大量的施入氮肥会造成茎秆变细，叶面积增加，发生徒长现象。在营养生长时期，较高的灌水下限和适宜的氮肥施入量，有利于植株的生长。综合考虑，W3N2K2水肥组合最利于作物前期生长。

产量与灌水下限、施氮量、施钾量均呈开口向下的抛物线关系，随着灌水下限的提高、施肥量的增加，产量先增加后减少。通过模型精确预测， W2.06N1.98K1.88为最优水肥组合，与对照组CK相比，灌水量节省38.6%，氮肥节省18%，钾肥节省25.1%，预测产量为108.82 t/hm2，提高6.64%。

影响番茄品质的主要因素为钾肥施用量，其次为施氮量、灌水下限。经过排队评分法分析，W2N2K2水肥组合品质最优。

综合考虑，当灌水下限为76%，施氮量358.5 kg/hm2，施钾量358.5 kg/hm2时，可以得到良好的作物长势，最高的番茄产量，较优的番茄品质，大大提高水肥利用效率与经济效益。

□

[1] SL 13-2015,灌溉试验规范[S]．

[2] 段爱旺,肖俊夫,宋毅平,等.灌溉试验研究方法[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2015．

[3] 周 静. 论我国设施农业发展现状[J]. 现代农业,2016,(2):78.

[4] 赵 玲,林存杰,马丽香,等. 发展设施农业的意义及途径[J]. 吉林农业,2010,(9):11.

[5] 赵义平,贾 倩,祁晓会. 辽宁省番茄生产现状与发展对策[J]. 中国蔬菜,2015,(10):6-9.

[6] 王立新. 膜下滴灌技术应用分析与研究[J]. 水利科技与经济,2013,19(2):77-78.

[7] 孔令堂,黄素兰,黄福志,等. 不同灌溉方法对温室栽培番茄产量及品质的影响[J]. 辽宁农业科学,2009,(2):67-68.

[8] 魏国强,孙治强,常高正,等. 不同施肥量对温室基质栽培番茄产量与品质的影响[J]. 河南农业大学学报,2000,(4):385-387.

[9] 李冬光,许秀成,张艳丽. 灌溉施肥技术[J]. 郑州大学学报(工学版),2002,(1):78-81.

[10] 袁宇霞,张富仓,张 燕,等. 滴灌施肥灌水下限和施肥量对温室番茄生长、产量和生理特性的影响[J]. 干旱地区农业研究,2013,31(1):76-83.

[11] 苑玉凤. 多指标正交试验分析[J]. 湖北汽车工业学院学报,2005,(4):53-56.

[12] 张明伟,易 媛,董召娣,等. 氮肥对扬麦20茎秆性状和抗倒性能的影响[J]. 麦类作物学报,2014,34(9):1 260-1 266.

[13] 于秀琴,窦超银,于景春. 温室微润灌溉对黄瓜生长和产量的影响[J]. 中国农学通报,2013,29(7):159-163.

[14] 窦超银,孟维忠,延玮辰,等. 大棚膜下滴灌黄瓜结果期适宜灌溉频率试验研究[J]. 节水灌溉,2017,(5):52-54.