滴灌施肥对温室油桃产量及水肥利用效率的影响

2021-09-05张鹏曹红霞张建锴胡笑涛

人民黄河 2021年8期

关键词：产量

张鹏曹红霞张建锴胡笑涛

摘要：以溫室油桃为试验材料，探明滴灌施肥条件下，不同灌水和施肥水平对油桃产量及水肥利用的影响。试验设置3个灌水水平，W1（90%θf）、W2（75%θf）、W3（60%θf）（θf为田间持水量），当任一水分处理的土壤含水率达灌水下限50%θf时开始统一灌水;设置3个NPK施肥水平：F1（130%F2）、F2（N 200 kg/hm2+ P2O5 120 kg/hm2+ K2O 240 kg/hm2）、F3（70%F2），完全组合，并以当地灌水施肥方式为对照（CK）。结果表明：CK的产量较低，水肥利用效率低，滴灌施肥油桃产量、水分利用效率、偏肥料生产力受灌水和施肥水平及交互效应影响显著（P<0.05）。低水低肥处理产量均较低，中水W2和中肥F2水平促进了产量的增加，而W1和F1水平增产效应不明显，甚至出现负效应;水分利用效率随灌水水平的提高先增后减，W1下各施肥水平的差异不明显，W2下F2水平的值最高，F3最低，W3下2017年和2018年的变化规律不同;对于偏肥料生产力，在同一施肥水平下，均由W3到W2而变大，W1水平的效应不稳定，在同一灌水水平下，高肥F1的值最小。经非线性模型拟合，得出基于高产、节水、节肥的灌水和施肥量范围分别为750～900 m3/hm2和510～610 kg/hm2。

关键词：滴灌施肥;温室油桃;产量;水肥利用效率;回归拟合

中图分类号：S274.1; S628 文献标志码：A

doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.028

引用格式：张鹏，曹红霞，张建锴，等.滴灌施肥对温室油桃产量及水肥利用效率的影响[J].人民黄河，2021，43（8）：152-158.

Abstract： By using nectarine trees in greenhouse as experimental material， the effects of different irrigation and fertilization levels on nectarine yield， water and fertilizer utilization efficiency under drip fertigation were studied. Three irrigation levels were set in the experiment， W1 （90% θf）， W2 （75% θf） and W3 （60% θf）， irrigation event began together when the soil moisture content of any treatment approached the lower limit of 50% θf; three NPK fertilization levels were set： F1 （130% F2）， F2 （N 200 kg/hm2+ P2O5 120 kg/hm2 + K2O 240 kg/hm2）， F3 （70% F2）， which were completely combined and the local irrigation and fertilization method （CK） was set as the contrast. The results show that the yield of CK is low and its using of water and fertilizer is also inefficient. The yield， water utilization efficiency and partial fertilizer productivity of nectarine under drip fertigation are significantly affected by irrigation and fertilization level and interaction effect （P<0.05）. The treatments with low-water and fertilizer amount have lower fruit yield than others. The yield is increased with irrigation level W2 and fertilization level F2， but the increasing effects are not obvious with W1 and F1 level and even show negative effects. Water utilization efficiency is increased first and then decreased with the increase of irrigation level. There is no significant difference in fertilization levels under W1. Under W2 level， the value of F2 level is the highest and F3 is the lowest and the effect of W3 is different in the two years. For partial fertilizer productivity， it increases from W3 to W2 at the same fertilization level， while the effect of W1 level is unstable. At the same irrigation level， the value of high fertilization level F1 is the smallest. According to the fitting of non-linear model， the irrigation and fertilization ranges based on the target of high yield， the water and fertilizer saving are 750-900 m3/hm2 and 510-610 kg/hm2.

Key words： drip fertigation; greenhouse nectarine; yield; water and fertilizer utilization efficiency; regression fitting

桃是一种世界性大宗果品，具有重要的商业价值，我国的桃树产量和种植面积均位居世界第一[1]。油桃作为一种口感浓甜且富有风味的水果，深受消费者喜爱[2]。陕北风沙区位于北纬36°57′—39°34′、东经107°28′—111°15′，年平均降水量为350～450 mm，且分布极不均匀[3-4]。近年来，随着当地生活水平的提高，设施农业逐渐兴起。目前，该地区的设施果树大都采用大水漫灌和开沟施肥，水肥利用效率低。

灌水和施肥是除园艺措施外影响果实产量的主要因素，适宜的灌水施肥方式及灌水施肥量能够在保证产量的前提下，节省肥料并减少田间无效水[5-6]。过多的水肥易造成土壤深层渗漏和肥料淋溶，且使营养过剩、生长过旺，水肥利用效率低，而水肥量过少又使得果实生长所需的水分和营养元素得不到满足，造成果实品质和产量低下，经济效益降低[7-8]。曹晓庆等[9]研究表明，樱桃在适宜膜下滴灌施肥条件下的产量明显优于畦灌冲施肥方式，其水分利用效率和偏肥料生产力明显提高;袁宇霞等[10]对温室番茄的研究表明，在同一灌水下限下，果实产量和施肥量正相关，但施肥量过高，产量反而下降;李光永等[11]的研究却显示，对桃树进行适宜的亏缺灌溉可以在不影响产量的前提下减少枝条的生长量;马忠明等[12]由甜瓜的水肥耦合试验得出，氮肥施用量对产量影响最大，其次是灌水量，水肥耦合效应显著。基于一定试验结果，以高产和节水节肥为目标，确定适宜灌水和施肥量的研究较多。杨慧等[13]、邢英英等[14]利用空间分析法对温室番茄的适宜水氮施用量进行了研究，得出了番茄品质和产量指标均大于等于95%最大值时的对应灌水和施肥量;张富仓等[15]利用最小二乘法对大田玉米的产量及水分利用效率和偏肥料生产力进行回归分析，得出基于节水节肥目标的适宜水肥范围;王振华等[16]通过归一化处理拟合得出了基于果实净收益的适宜水肥投入量。

目前关于灌水施肥对果实产量影响的研究较多，但对温室果树的水肥耦合研究较少，油桃更是鲜有涉及。“秦光6号”作为一种果实品质优异的特早熟油桃，经济价值较高，且可以进行保护地栽培[17]。本研究旨在探明不同滴灌施肥量对油桃果实产量及其水肥利用效率的影响，以期对陕北风沙区设施油桃水肥制度的合理制定提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2017年2月5日至2018年6月15日在陕西省榆林市榆阳区鱼河镇金沙湾农业合作社温室大棚内进行。该地位于北纬38°18′、东经109°43′，属于温带半干旱大陆性季风气候区。温室为塑料膜拱棚，南北走向，内部光照、温度及湿度条件较为一致，主要气象条件见表1。棚内桃树共8行、72列，于2014年4月2日移植，将栽种行开挖深80 cm、宽60 cm的深沟，在底层填置20 cm黄土以防止水肥渗漏，然后在其上堆放约5 cm厚的柠条枝作为有机肥料。试验土壤为风沙土，1 m土层田间持水量为0.141 7（质量），土壤密度1.581 7 g/cm3，土壤有機质含量9.34 g/kg，速效磷含量19.74 mg/kg，速效钾含量132.64 mg/kg，硝态氮含量32.85 mg/kg，铵态氮含量5.82 mg/kg。试验用树为4年生早熟油桃“秦光6号”，株距为1 m，行距为2.3 m。采用滴灌水肥一体化设备进行灌水，每行树在距离树干两侧垂直距离40 cm处各铺设1根滴管，滴头间距50 cm，额定流量4 L/h，计划湿润层厚度0.6 m，滴灌湿润比0.5。

试验设置3个灌水水平，按灌水梯度由高到低分别为W1、W2、W3，灌水上限分别为90% θf（θf为田间持水量）、75% θf 、60% θf[18-20]，以实际土壤含水率和灌水上限进行灌水量计算，计算公式为M=（θ1-θ2）·γ·s·h·p/η（M为灌水量，m3;θ1为灌水上限，θ2为实际含水率;γ为土壤容重，取1.581 7 g/cm3;s为灌水面积;h为计划湿润层厚度，取0.6 m;p为滴灌湿润比，取0.5;η为水分利用效率，取100%）。当3个水分处理中任一个0～60 cm土层的平均土壤含水率接近灌水下限50%θf即开始统一灌水。不同灌水处理设计见图1。施肥量设置3个水平：以N 200 kg/hm2+ P2O5 120 kg/hm2+ K2O 240 kg/hm2（F2）为基准[21-22]，以30%F2施肥量为梯度，设置F1（130%F2，即N 260 kg/hm2+ P2O5 156 kg/hm2+K2O 312 kg/hm2）、F3（70%F2，即N 140 kg/hm2+ P2O5 84 kg/hm2+ K2O 168 kg/hm2）。肥料种类为尿素（N-46%）、磷酸二氢氨（N-P2O5-K2O-11%-52%-0%）、硫酸钾（K2O-51%）。总施肥量分5次滴施完毕：萌芽期，N 40% + P2O5 60%+ K2O 20%（2次均量）;花后肥，N 30%;果实第一膨大期，K2O 20%;果实第二膨大期，N 30% + P2O5 40%+ K2O 60%（2次均量）。以当地漫灌沟施肥处理（CK）作为试验对照，灌水和施肥均参照当地同年的方式，分别在开花期前、果实第一膨大期中段以及果实第二膨大期中后段进行漫灌;施肥量为 N 300 kg/hm2+ P2O5 180 kg/hm2+ K2O 280 kg/hm2，氮肥和磷肥一次性在花期后10 d沟施完毕，钾肥在挂果约30 d后全部沟施，所有处理在10月沟施15 m3/hm2羊粪作为基肥。2017年和2018年生育期各处理的总灌水量和施肥量见表2。

试验共计10个处理（W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3、CK），滴灌施肥处理为两因素完全随机设计。依处理划分10个小区，每个小区6列横跨8行共48棵树;以外侧2列树为保护行，选取内侧4列长势较为一致的6棵树作为产量观测树。

由实际观测得出各生育期所对应的年天数，2017年：萌芽期（46～68 d）、花期（69～88 d）、果实生长初期（89～131 d）、硬核期（132～144 d）、果实第二膨大期（145～152 d）、成熟采摘期（153～159 d）;2018年：萌芽期（59～77 d）、花期（78～93 d）、果实生长初期（94～129 d）、硬核期（130～141 d）、果实第二膨大期（142～160 d）、成熟采摘期（161～166 d）[1]。

1.2 测定项目与方法

各处理随机选取6棵树测定果实总质量和单株果个数。利用各小区的平均单果重和单株果个数计算果实产量。

水分利用效率（Water utilization efficiency，WUE）和偏肥料生产力（Production efficiency of partial fertilizer，PFP）的计算公式如下：

WUE=Y/I， PFP= Y/F

式中：Y为产量;I为总灌水量;F为总化肥施用量。

采用非线性最小二乘法（麦夸特法[23]，Marquardt）进行两年试验数据的统一回归分析。其基本原理为：基于一定的专业知识，输入待求方程公式;利用迭代算法，初步设定各因子的初始方程系数，首次计算产生初始参数点;经多次迭代使得未解释离差平方和满足允许误差，求出方程系数。

1.3 数据处理

利用DPS进行ANOVA分析及方程拟合（α=0.05），采用LSD法进行多重比较，运用Excel 和Origin9.6进行数据处理和绘图。

2 结果与分析

2.1 不同水肥处理的果实产量

不同灌水和施肥处理对油桃果实产量影响显著，各处理年均产量2017年为25 549.8 kg/hm2、2018年为20 195.6 kg/hm2，

2018年较2017年平均减产5 354.2 kg/hm2，减产率20.96%（见表3）。

2017年，W2F2的产量显著大于其他处理，而W3F3最小，CK为W2F2的71.7%。W1F2、W3F1的果实产量显著高于其他处理（W2F2除外），而W1F3及W3F3显著低于其他处理。对比不同滴灌施肥处理，灌水和施肥水平对果实产量产生极显著影响，且水肥耦合效应影响显著。W1、W2、W3的产量均值分别为24 577.3、29 424.9、22 565.1 kg/hm2，中度灌水水平的产量较高，低水处理W3的平均产量最低;在F2和F3施肥水平下，W2灌水水平下的产量均最高。不同施肥水平F1、F2、F3的产量均值分别为26 242.3、29 378.0、20 946.9 kg/hm2，F2平均产量最高，F3最低;在W1和W2灌水水平下，F2的产量最高，F3最低。

2018年，W1F1、W1F2、W1F3的果实产量显著高于其他处理（W2F2除外），而CK、W3F1及W3F3顯著低于其他处理，产量变化范围为12 891.3～24 446.8 kg/hm2，变化幅度189.64%。对比不同滴灌施肥处理，灌水和施肥水平及水肥耦合效应对产量产生显著影响。W1、W2、W3的均值分别为24 333.6、21 497.5、16 161.9 kg/hm2，F1、F2、F3的均值分别为20 160.7、23 003.0、20 072.5 kg/hm2;不同施肥水平的产量变化规律为W1>W2>W3;对不同灌水水平，W1的产量规律为F1≈F2≈F3，W2的为F2>F3>F1，W3的为F2>F1>F3。

分析2017年和2018年各处理产量均值，W2F2的值显著大于其他处理（W1F2除外）。W1、W2、W3的产量均值分别为24 439.0、25 252.6、19 363.5 kg/hm2，F1、F2、F3的产量均值分别为23 041.5、26 022.7、20 466.0 kg/hm2，灌水和施肥水平对产量的影响规律为W1≈W2>W3，F2>F1>F3。在F2下，W1、W2、W3的产量变化规律为W2>W1>W3，在F1、F3下，W1≈W2>W3;不同灌水水平下，各施肥水平的产量变化规律为F2>F1>F3。

2.2 不同水肥处理对水分利用效率和偏肥料生产力的影响

对比不同处理的水分利用效率，当地漫灌沟施肥处理CK的值在两年中均最低（见表4）。2017年，W2F2和W3F2显著大于其他处理，而2018年的 W3水平处理显著大于其他处理。对滴灌施肥处理，灌水施肥水平及水肥耦合效应在两年试验中均对水分利用效率产生显著或极显著影响（见表5）。2017年和2018年不同灌水水平W1、W2、W3的WUE均值分别为11.9、25.0、40.7 kg/m3和12.8、19.6、34.0 kg/m3，随灌水量的增加，水分利用效率明显降低;2017年和2018年不同施肥水平F1、F2、F3的WUE均值分别为27.9、28.5、21.2 kg/m3和20.2、24.7、18.7 kg/m3，其变化规律为F2>F1>F3。在不同施肥水平F1、F2、F3下，两年不同灌水水平的WUE变化情况均为W1F1>F3和F2>F1≈F3。

对于偏肥料生产力，2017年W2F2显著大于其他处理（W2F3除外），而W1F1、W3F1及CK的值均较小;2018年W1F3、W2F3显著大于其他处理，而W3F1及CK显著小于其他处理。对比不同滴灌施肥处理，灌水和施肥水平对其产生极显著影响，但水肥交互作用的显著效应仅发生在2018年。不同灌水水平W1、W2、W3在2017年和2018年的PFP均值分别为46.1、54.4、41.5和46.4、42.3、30.1，适度灌水提高了肥料的生产能力;不同施肥水平F1、F2、F3的PFP均值分别为30.6、52.5、53.4和27.7、41.1、51.2，过高的施肥量使得偏肥料生产力下降。W1下不同施肥量的PFP变化规律为F3>F2>F1，W2和W3下F1的偏肥料生产力最小，而F2和F3在两年表现出相反的规律。对不同灌水水平的PFP变化规律，2017年F1下为W2>W3>W1，F2和F3下为W2>W1>W3;2018年各施肥水平下均为W1>W2>W3。

对不同处理的2 a均值分析可知，W3F2和W3F1的WUE显著大于其他处理，而CK的水分利用效率显著小于其他处理;对于偏肥料生产力，W1F3、W2F1和W2F2（W1F2除外）显著大于其他处理，而CK和W3F1的值最小，水肥耦合效应对于PFP影响并不显著。整体来看，2018年较2017年的水分利用效率减小3.5 kg/m3，偏肥料生产力下降8.4。

2.3 不同水肥施用量与果实产量及WUE、PFP的回归关系

鉴于滴灌试验处理个数的有限性，并不能直接得出满足高产和节水、节肥目标的适宜灌水和施肥量范围。基于试验所得的产量和水分利用效率及偏肥料生产力数据，通过回归拟合寻优的方法来确定相应的适宜灌水和施肥量范围。基于滴灌施肥条件下灌水施肥量和果实产量及WUE、PFP的回归方程见表6。基于回归方程的果实产量、WUE、PFP最大值及对应灌水施肥量见表7。

由表6中的回归方程可知，基于2017年、2018年试验数据，以滴灌施肥条件的灌水施肥量为自变量，能够得到较优的水分利用效率和偏肥料生产力回归方程，而产量回归方程的决定系数R2则相对较小，但也达到显著性水平（P<0.05）。由图2可以得出灌水施肥量和产量、水分利用效率及偏肥料生产力的关系：产量随灌水量和施肥量的增加先增后减;水分利用效率和灌水量负相关，且随施肥量的增加先增大后减小;偏肥料生产力随灌水量的增大先增后减，随施肥量的增加不断减小。

对图2进行降维处理，可得出各指标相互关系。为同时获得较高的产量及水肥利用效率，必须对各指标选取适当范围。图3中（a）（b）（c）分别为以产量最大值的95%和PFP最大值的90%、产量最大值的90%和WUE最大值的70%、产量最大值的85% 和PFP最大值的75%及WUE最大值的75% 为范围的等值线。由各灌水施肥量范围可知，各区间均有相交。最终得出基于高产节肥目标的较优灌水和施肥量范围分别为1 320～1 670 m3/hm2和530～550 kg/hm2，对应的产量、PFP范围分别为29 096～29 500 kg/hm2、53.7～55.7;基于高产节水目标的较优灌水和施肥量范围分别为870～990 m3/hm2和525～660 kg/hm2，对应的产量、WUE范围分别为26 618～276 000 kg/hm2、29.4～31.9 kg/m3;基于高产节水、节肥目标的较优灌水和施肥量范围分别为750～900 m3/hm2和510～610 kg/hm2，对应产量、WUE、PFP范围分别为25 139～26 760 kg/hm2、31.5～34.4 kg/m3、44.8～48.2。

3 讨论

对温室作物来说，其所吸收的水分和大部分营养元素均需人工施入，水肥施入量以及施用时间都显著影响果实产量。在本研究中，漫灌沟施肥方式下的果实产量在2017年、2018年试验中均较低，且水肥利用效率低。究其原因，主要是试验土壤为沙壤土，漏水漏肥严重[24]，当地的灌水施肥方式并不利于果实的良好生长。漫灌对土壤的冲刷作用加剧了肥料的渗漏，且肥料均是一次性施入，在果实发育的某些阶段，营养元素无法得到充分满足[1]。分析漫灌的灌水量及时间，虽然单次灌水量较大，但整个生育期仅灌水3次左右，尤其是在果实第二膨大期，桃树需水强烈，而灌水时间并不十分适宜，明显影响果实的膨大，进而影响单果重及产量[25]。此外，由于年际效应的存在，2018年的产量整体较2017年下降了20.96%，部分原因可能是两年不同的气候条件导致大棚内温度的差异，进而影响花芽和叶芽的萌发率[1]。

对比不同滴灌施肥处理，本研究表明：适宜的灌水水平促进了产量的增加，进而提高水分利用效率，而灌水量过大的增产效应不明显甚至会降低果实产量，灌水量过小则明显造成减产，这与周罕觅等[26-28]的研究结果相似。在一定灌水量下，适度施肥水平的果实产量最高，因而偏肥料生产力也较大，过大或过小的施肥量都造成产量下降，这与张兴国等[29-30]的研究结果一致。另外，水和肥的耦合作用也对产量产生了显著影响，这与王振华等[16]

对于枣树的研究结果一致。究其原因，主要是果个数和单果重决定了桃树的产量。当灌水量过小时，树体生长发育受到抑制，坐果率会降低，单果重变小，果实生殖生长受限;而适度的水分亏缺可以增加单果重。施肥量过小使得树体营养不足，造成落果及结果枝变少，而过量的肥料投入造成营养过剩，生理落果加重[1，31-32]。通过对实测数据的回归拟合，得出了基于滴灌不同灌水施肥量下产量、水分利用效率和偏肥料生产力的变化规律，并得出节水节肥和高产目标下较为合理的灌水和施肥量范圍。

4 结论

（1）基于不同水肥处理的试验结果可知，适宜的滴灌施肥处理明显优于当地的漫灌沟施肥处理，适度的灌水施肥量在提高产量的同时，明显提升水分利用效率和偏肥料生产力。其中W2F2试验处理在2017年和2018年均保持较高的产量，平均产量、水分利用效率、偏肥料生产力分别为29 633.8 kg/hm2、26.46 kg/m3、52.92，是比较适宜的滴灌施肥制度。

（2）利用非线性最小二乘法对试验结果进行拟合寻优，得出基于高产和节水节肥条件的适宜滴灌灌水量、施肥量分别为750～900 m3/hm2、510～610 kg/hm2，对应产量、WUE、PFP范围分别为25 139～26 760 kg/hm2、31.5～34.4 kg/m3、44.8～48.2。由于实际果实产量的影响因素较多，模型模拟的偏差难以避免，因此与试验结果存在差异，需要进一步开展研究。

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