减水和减施化肥对设施黑土菜田茄子产量及水分利用率的影响

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(1.中国科学院 东北地理与农业生态研究所 黑土区农业生态重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081； 2.黑龙江大学 农业资源与环境学院，黑龙江 哈尔滨 150080； 3.黑龙江省农业科学院 园艺分院，黑龙江 哈尔滨 150069；4.中国科学院大学，北京 100049)

0 引 言

随着我国种植业结构的调整和人民饮食结构的改变，蔬菜种植面积不断增加[1]。设施蔬菜栽培在蔬菜生产中占有重要地位。茄子作为我国北方设施栽培的主要蔬菜之一，其生长周期长，养分需求量大[2]，耐旱性弱，需要充足的土壤水分[3]，但当大量的水肥施入到土壤后不能被茄子完全吸收时，不仅会造成水肥资源的浪费，水肥的增产效果越来越不明显[4]，还会使大量盈余肥料中的氮磷等养分淋溶进入地下水，对地下水甚至饮用水的安全造成威胁[5]，因此减水、减肥，提高水肥利用效率对设施农业可持续发展及环境保护具有重要意义。

有研究显示，增加灌溉水量和化肥用量均能显著提高作物产量[6-7]，但会导致水肥利用效率降低[8]。刘青林[9]等研究结果显示，节水灌溉提高了春小麦的水分利用效率和氮素利用效率；周亚婷[10]等研究表明，结球甘蓝在不同的水肥处理中，减少10%灌溉量和节肥20%施肥量处理的水分利用效率较高，氮素利用效率最高；但是也有研究发现马铃薯等作物在高水高肥条件下具有较高的水分利用效率[11]。目前还缺乏在减水和减施化肥条件下对设施黑土菜田茄子产量和水分利用率变化规律方面的研究。

本研究以东北设施黑土菜田中种植的茄子为研究对象，以常规施肥量和灌溉量、80%常规化肥量及80%常规灌溉量作为不同处理，研究减少灌水量和减少施肥量对茄子产量及水分利用效率的影响，旨在明确设施黑土菜田茄子生长的水肥供应方案，以达到提高茄子产量和水肥利用效率，为东北设施黑土菜田水肥资源的节本增效、保护水土环境以及人类健康提供科学依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验地选在黑龙江省农业科学院园艺分院的设施试验田(45°37.836′N，126°39.050′E)内进行，试验温室建于2002年，每栋设施大棚南北长27 m，东西宽12 m，面积324 m2，每年春季播种前施入5～8 t·hm-2有机肥，大棚内覆膜栽培茄子，茄子株距为50 cm，垄距100 cm。供试土壤属于草甸黑土。土壤基本的理化性质如下。

1.2 试验设计

试验设3个处理：①常规施肥量和灌溉量(CK)：常规施肥是有机肥(有机质含量≥ 40%)5 t·hm-2，化肥施用量为纯N 72 kg·hm-2、P2O572 kg·hm-2和K2O 110 kg·hm-2，作为基肥一次性施入，施用深度为0～30 cm。在茄子的盛果期追肥两次，第一次追肥施用纯N 70 kg·hm-2，第二次追肥施用纯N 23 kg·hm-2和K2O 113 kg·hm-2，追肥方式为穴施。茄子移栽后灌水，灌水量约27 m3·hm-2，茄子到开花期时，每隔7～10 d灌一次水，灌水量约为45 m3·hm-2。灌溉方式为滴灌。在茄子拉秧之前，停止灌溉。②常规灌溉量+80%常规化肥量(80F)：有机肥5 t·hm-2，纯N 57.6 t·hm-2和P2O557.6 t·hm-2、K2O 88 kg·hm-2作为基肥一次性施入，施用深度为0～30 cm。在茄子的盛果期追肥两次，第一次追肥施用纯N 56 kg·hm-2，第二次追肥施用纯N 18.4 kg·hm-2和K2O 90.4 kg·hm-2。灌水次数和频率和CK相同；③常规施肥量+80%常规灌溉量(80 W)：施肥数量和频率与CK相同。茄子移栽后灌水，灌水量约21.6 m3·hm-2，茄子到开花期时，每隔7～10 d灌一次，灌水量约为36 m3·hm-2。灌溉方式为滴灌。在茄子拉秧之前，停止灌溉。

3个处理均设置3次重复，每个小区面积为18 m2(6 m长×3 m宽)，茄子育苗结束后人工定植，覆膜栽培。茄子品种为龙杂201。除灌溉采用滴灌设备外，其余田间管理均采用人工。

1.3 样品的采集与测定

1.3.1 茄子产量。当茄子发育到盛果期，开始采摘茄子果实，采取簇位相同，成熟度一致的茄果，杀青、烘干并称取果实干重。盛果期共采集果实样品大约7～8次。茄子拉秧后，每个小区采集3～5株茄子果实样品，杀青、烘干并称取其干重。

计算茄子的总产量时，根据茄子成熟期每次采摘的果实平均鲜重，再结合每株茄子的果实数量、种植株数和种植面积来计算。

1.3.2 水分利用效率。水分利用效率是评价植株耗水与其干物质生产量之间关系的生理生态指标，计算公式为：

WUE=Y/ET×1000

式中：WUE-水分利用率，kg·hm-2·mm-1；Y-单位面积产量，t·hm-2；ET-茄子单位面积的耗水量，mm；1000-t·hm-2转化为kg·hm-2的系数。

1.4 数据分析及处理方法

采用Excel2016软件进行数据处理和绘图，试验数据用SPSS20.0分析，对不同处理指标先在小区内取平均值，然后进行方差分析，并用LSD多重检验法对不同处理进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 减水和减施化肥对茄子干物质积累量的影响

常规水肥处理茄子果实、茎叶和根系干物质量最高，见表2。与常规水肥处理相比，减施化肥处理的茄子果实、茎叶和根系干物质量分别显著减少了5.42%、15.3%和8.54%(P<0.05)；减水处理的茄子果实、茎叶干物质量分别显著减少了6.86%和18.3%(P<0.05)，但其根系干物质量与常规处理无显著差异。减水处理的茄子果实、茎叶干物质量分别比减施化肥处理减少1.53%和3.54%，但未达到显著水平，但根系干物质量比减施化肥处理显著增加8.83%(P<0.05)。说明减水和减施化肥处理均能在一定程度减少茄子各器官的干物质量。

表2 茄子果实、茎叶和根系干物质积累量Table 2 Dry matters of eggplant fruit,stem & leaf and root

注：不同小写字母表示差异在0.05水平上显著，下同。

Note:Different small letters indicated significant differences at 0.05 level.The same is as bellow.

2.2 减水和减施化肥对茄子鲜重产量的影响

常规水肥处理茄子产量最高，为61.9 t·hm-2，其次为减施化肥处理茄子产量为60.9 t·hm-2，减水处理茄子产量最低为58.7 t·hm-2，见图1。与常规水肥处理相比，减施化肥处理的茄子产量减产1.62%，未达到显著水平；减水处理茄子产量显著降低，较常规水肥处理减产5.17%(P<0.05)。减水处理的茄子产量比减施化肥处理低3.61%。说明适当的减少肥料的施用对茄子产量影响不大，但是减少灌水量对茄子产量影响较大。

图1 不同处理的茄子产量Fig.1 Eggplant yields of different treatments

2.3 减水和减施化肥对水分利用率的影响

减施化肥处理的茄子耗水量、水分利用率和灌溉水利用率均与常规处理无显著差异；减水处理的茄子耗水量比常规处理显著降低了21.8%(P<0.05)，其水分利用率和灌溉水利用率分别比常规水肥处理显著增加了21.6%和18.8%(P<0.05)，见表3。减水处理的茄子耗水量比减施化肥处理显著降低了21.8%(P<0.05)，水分利用率和灌溉水利用率分别比减施化肥处理显著增加了23.4%和20.4%。说明减施化肥处理对茄子的耗水量、水分利用率和灌溉水利用率无显著影响，而减水处理导致茄子的耗水量降低，水分利用率和灌溉水利用率增加。

表3 茄子耗水量及水分利用效率Table 3 Water consumption and WUE of eggplant

3 讨 论

已有研究表明，在茄子生育期进行不同的施肥或灌溉处理，均会对茄子果实、茎叶和根系干物质量产生显著影响[12]，在本试验中，减施化肥处理能显著降低茄子果实、茎叶和根系干物质量，这可能是由于当施化肥量减少20%时，茄子植株不能在短时间内获取到较多的速效养分，在一定程度上短期抑制了茄子植株各器官的正常生长。减水处理能显著降低茄子果实、茎叶干物质量，但其根系干物质量与常规处理无显著差异，可能是由于当灌溉量减少20%时，已经不能满足茄子正常的需水量，影响了茄子植株的生长，但是为了获取更多的水分，刺激了根系生长。因此，减水处理的果实和茎叶生长受到显著抑制，而根系生长并未受到显著的抑制。

减少化肥用量，特别是在设施黑土菜田长期施肥的情况下，并不会降低蔬菜产量[13]，在本研究中，减施化肥对茄子产量无显著影响，这可能是由于设施黑土菜田长期施用大量有机肥，当适量减少化肥用量时，并不会显著改变设施黑土菜田中土壤的养分状况。在茄子生产前期，速效养分补给不足导致了茎叶和根系等干物质量的减少，但是在大棚内高温高湿的环境中，设施黑土菜田土壤中长年累积的有机肥的养分逐渐缓慢释放，为茄子生长后期的果实生长提供了大量养分，因此最终茄子产量与常规处理无显著差异。Chaves等[14]研究表明，作物生长和产量随水分胁迫的加剧而下降，在本试验中，减水处理导致茄子减产，原因可能是设施黑土菜田中蔬菜作物在高温条件下，需要大量水分补给，当灌溉水量减少20%时，已经不能满足本试验中茄子的正常生长所需水量，果实不能正常生长，进而导致产量降低。

Kirnak等[15]研究表明，水分亏缺会增加植物的水分利用率，在本研究中，减少20%施化肥量对茄子耗水量、水分利用率以及灌溉水利用率无显著影响。当减少20%灌溉水量时，茄子植株生长受到水分胁迫，导致茄子耗水量降低，同时也使茄子产量降低，由于耗水量降低比例更大，减水处理最终增加了水分利用率以及灌溉水利用率。

4 结 论

减少化肥的施用可显著降低茄子果实、茎叶和根系的干物质量；减少灌水量可显著降低茄子果实和茎叶的干物质量，对茄子根系干物质量无明显影响。减少化肥的施用对茄子产量、茄子耗水量、水分利用率和灌溉水利用率无明显影响；灌水量的减少可显著降低茄子产量和耗水量，显著提高水分利用率和灌溉水利用率。

在种植茄子的设施黑土菜田中，减水和减施化肥对茄子产量和水分利用率具有显著的影响，水分的缺少直接造成茄子产量的降低。