水肥一体化条件下肥料管理对黑塌菜产量品质的影响

张竣豪，张 琪，孙一迪，王 强，周明耀

（1扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州 225009；2常熟市董浜水利管理服务站，江苏常熟 215534；3常熟市绿博生物科技有限公司，江苏常熟 215534）

0 引言

设施农业是现代化农业生产新模式，通过改变作物生长环境获得增产增效的效果，代表了未来农业的发展方向。水肥一体化技术集灌溉和施肥于一体，是目前先进的农业生产技术，其具有节水省肥、省时省工、降低病虫害、增产高效的优势[1]。自2002年农业农村部组织实施旱作节水农业项目起，水肥一体化技术得到广泛关注和推广应用[2]。

水肥一体化可以实现水肥管理的精确控制，为作物提供适宜的生长条件，是设施农业发展的趋势。相比于传统农业，水肥一体化管理更为复杂，为了在设施农业中更好推广水肥一体化技术，国内外研究者以最优水肥管理为目标，开展不同作物水溶肥施肥模式试验，研究水肥一体化条件下肥料种类、施肥量、施肥时间对作物生长、产量和品质的影响，探寻节水、省肥、增效的一体化水肥管理制度[3]。水溶肥施肥模式可以有效提高葡萄园土壤的有机质含量和果实全氮全钙含量、果实可溶性固形物与维生素C[4]。王西和等[5-6]选取4种大量元素水溶肥进行棉花的应用研究，筛选了最适宜棉花生长的水溶肥。尽管水溶肥的种类对作物产生了一定影响，但施肥水平对作物的影响远超前者。窦超银等[7]研究表明，秋冬茬大棚黄瓜应用滴灌水肥一体化技术时，以75%田间持水率作为灌溉下限以及中度施氮量和施钾量最适宜黄瓜生长。刘见等[8]研究提出，适当增加施肥频次和施肥时间可提高玉米叶面积系数、延缓叶片衰老、增加玉米干物质累积量以及最大生长速率。过量施肥严重影响作物长势与微量元素的吸收，导致番茄生理性病害频发，土壤盐渍化发生加重，破坏土壤理化性质[11]。随着智能技术的发展，有关水肥一体化技术的集成应用管理模式研究受到越来越的关注[9-10]，但支撑不同地区、不同作物智能灌溉高效水肥管理制度核心技术仍然比较缺乏。笔者以在苏南地区广泛种植的黑塌菜为研究对象，分析滴灌水肥一体化条件下不同追肥量与水溶肥种类对黑塌菜生长状况与品质的影响，提出适宜的施肥模式，以期为苏南地区黑塌菜高效水肥管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

研究田间试验于2020年10月30日—12月20日在常熟市董浜镇里睦村(120°58′24.19″E，31°39′10.28″N)进行，地处江苏南部，地处温带，属于亚热带季风性海洋气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，全年降雨量为1135.6 mm；地势低平，海拔大多处于3～7 m；水网交织，河流众多，均属太湖水系；光照充足，全年日照时数达1813.9 h。

1.2 试验材料与设计

研究采取大棚盆栽试验，以当地大规模种植的黑塌菜‘黑塔07’作为试验材料，试验盆规格为外径30 cm、底径22 cm、高度26 cm，每盆定植1株。以基质代替土壤，不含任何营养成分，无地下水补给，减少土壤中各因素带来的干扰。基质材料为粗椰糠、细椰糠、珍珠岩、蛭石（比例为1:2:1:1）。

以常规撒施复合肥为对照，设追肥量和水溶肥种类2个因素，追肥量分别为450、300、150 kg/hm2，水溶肥种类分别为桂湖水溶肥、青上水溶肥和迪斯科水溶肥，共10个处理，具体处理如表1所示，每个处理7次重复，每2个处理间隔20 cm。考虑试验点节水灌溉技术推广应用情况及试验要求，灌溉方式为滴灌水肥一体化。受试黑塌菜自移植起生育期共计50天，分2次追肥，考虑到移植后存在缓苗期以及水肥需求特性，第一次追肥于11月9日进行（共5天）；第二次追肥11月25日起（共5天）。

表1 黑塌菜各处理情况

1.3 测定项目与方法

1.3.1 黑塌菜日需水量 缓苗1周后，即11月7日起选择各处理有代表性的5株黑塌菜，测定方法为称重法，称重仪器为TCS-150电子台秤，精度为10 g，每日早上8:00秤量盆栽重，试验为大棚盆栽试验，无田间渗漏与径流，故盆栽质量差为前一日的作物需水量。

1.3.2 黑塌菜单叶叶面积 选取各处理有代表性植株的叶子，11月7日用游标卡尺测量，精度为0.01 mm。叶长为叶尖至叶片底的长度，叶宽是叶片中间最宽部分，每隔5天测一次。式(1)中单叶面积系数约为0.6。

1.3.3 黑塌菜叶绿素含量（SPAD值）分别在各处理中选取有代表性的植株，使用便携式SPAD-502 Plus进行叶绿素测定。11月10日起10天测一次，随机选取近期展开的功能叶3～4片，每片叶分别对叶尖、叶中、叶基3个位置进行测定，平均值记为单叶叶绿素。

1.3.4 黑塌菜根系性状 收获后选取具有代表性的植株，将其完整根系挖出并用清水冲洗干净，每个处理取5株，采取卷尺进行测量最大根长与平均根系直径，精度为1 mm。

1.3.5 黑塌菜干物质及产量测定 在植株成熟后选取具有代表性的5株，将其置于105℃恒温箱中30 min，再于65℃下烘干至恒重，为干物质量。收获后选取各处理中具有代表性的植株，测定植株产量，本次试验为盆栽试验，故采取盆栽计产，并取各处理的平均值。

1.3.6 黑塌菜品质测定 12月20日收获后对黑塌菜的品质测定项目包括可滴定酸含量（酸碱中和滴定法）、可溶性固形物含量（采用TD-45手持式数显折光仪）、还原糖含量（3,5-二硝基水杨酸比色法）。

1.4 数据处理

采用Excel 2010进行数据处理分析，通过SPSS 25.0软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 追肥施用量对滴灌水肥一体化下黑塌菜单叶叶面积的影响

叶面积是反映植株是否正常生长的重要指标之一。如图1所示，整个生育期内，黑塌菜单叶叶面积增长呈现出由快到慢的趋势。随着2次追肥的投入，黑塌菜长势得到不同程度的提高，其中第1次追肥后长势加快明显，11月25—30日各处理叶面积的增幅达到最大，12月10日后各处理黑塌菜叶面积增长逐渐趋于稳定。

图1 追肥施用量与方式对黑塌菜单叶叶面积的影响

在黑塌菜生育期内，水肥一体化条件下，同等追肥量时，青上水溶肥对黑塌菜单叶叶面积增效最大，桂湖水溶肥与迪斯科水溶肥处理的黑塌菜叶面积显著(P＜0.05)小于青上水溶肥处理；同种水溶肥条件下，随着追肥量提高，黑塌菜单叶叶面积逐渐增大。T2处理黑塌菜单叶叶面积始终处于最佳水平，采收后T1、T4处理与T2处于同一水平，与其他处理的黑塌菜叶面积差异显著。其中，CK处理黑塌菜叶面积显著小于T1、T2、T3处理，相比CK组，三者处理黑塌菜叶面积提高12.12%～20.40%。由此来看，缺肥时黑塌菜叶面积生长受到抑制，滴灌水肥一体化可以有效提高水肥利用率，从而促进植株的生长。

图2 追肥施用量与方式对黑塌菜叶绿素含量的影响

2.2 追肥施用量对滴灌水肥一体化下黑塌菜叶绿素含量(SPAD)的影响

整个生育期中，各处理黑塌菜的叶绿素含量在追肥后总体呈现稳步上升的趋势。同追肥量下，3种水溶肥对黑塌菜叶绿素含量影响无显著差异。生长初期与中期，T2处理黑塌菜叶绿素含量最高，与T7、T8、T9及CK处理差异显著(P＜0.05)，但与T4处理无明显差异。生长后期，T6处理黑塌菜叶绿素含量最高达73.35，与T1、T2、T3、T6及T7处理差异不显著，相比T4、T5、T8、CK处理分别高出5.81%、4.71%、2.66%、7.50%。随着追肥量的提高，各处理黑塌菜叶绿素含量(SPAD)先上升后保持稳定或略有降低，这说明过量施肥并不能有效提高黑塌菜的叶绿素含量，超过一定量反而会抑制叶绿素的形成。

2.3 追肥施用量对滴灌水肥一体化下黑塌菜根系的影响

作为植物的六大器官之一，根在植株生长过程中扮演着重要角色，起着固定和支撑地上部分的作用，及时吸收水分养分与无机盐供给植株生长所需[11]。由图3～4可知，不同水溶肥处理对黑塌菜平均根直径无显著影响，对黑塌菜根长的生长影响显著，其中T2处理黑塌菜最大根长达31.3 mm，与CK处理差异显著(P＜0.05)。随着追肥量的上升，黑塌菜最大根长逐渐增大，不减量处理时最佳，说明根的纵向生长量与追肥量呈正相关；而黑塌菜平均根直径随着追肥量提高先上升而后保持不变，CK处理、减量1/3处理与不减量处理时无明显差异，说明适量追肥可有效促进根直径生长，过量时对黑塌菜根系横向生长无明显促进作用。

图3 追肥施用量与方式对黑塌菜最大根长的影响

图4 追肥施用量与方式对黑塌菜平均根直径的影响

2.4 追肥施用量对滴灌水肥一体化下黑塌菜产量、品质的影响

由图5可得，滴灌水肥一体化下各处理黑塌菜产量表现为T2＞T5＞T1＞T3＞T4＞T6＞T9＞CK＞T8＞T7。当追肥量一致时，青上水溶肥的增产效益明显优于桂湖水溶肥与迪斯科水溶肥。随着追肥量的增加，黑塌菜产量先提高后趋于平缓，T1、T2、T5处理黑塌菜的产量无明显差异，与其他处理差异显著(P＜0.05)。相比常规撒施，滴灌水肥一体化下最高增产达到39.8%。

图5 追肥施用量与方式对黑塌菜产量的影响

干物质的积累与植物的光合作用和呼吸作用相关，干物质积累量即两作用的差值[12]。由图6可知，除T7、T8、T9处理外，其余处理黑塌菜的干物质量均显著高于CK处理(P＜0.05)，但T1、T2、T3、T4、T5、T6处理黑塌菜干物质量无明显差异，说明滴灌水肥一体化相比常规撒施能显著提高黑塌菜干物质量，适当提高追肥量可促进黑塌菜干物质量的积累，过量追肥则无明显变化。

图6 追肥施用量与方式对黑塌菜干物质量的影响

不同追肥施用量对黑塌菜可滴定酸的影响表现如图7所示。各处理下黑塌菜可滴定酸含量表现为T2＞T3＞T1＞CK＞T5＞T6＞T4＞T9＞T8＞T7，T2处理下黑塌菜可滴定酸含量最高，为3.22%，与T1、T3、CK处理差异不显著，远高于其他处理。T7处理黑塌菜可滴定酸含量处于最低水平，相比CK处理低24.83%，说明追肥量对黑塌菜可滴定酸含量至关重要，随着追肥量提高，黑塌菜可滴定酸含量稳步上升，且相比桂湖水溶肥与迪斯科水溶肥，青上水溶肥更具优势。

图7 追肥施用量与方式对黑塌菜可滴定酸的影响

可溶性固形物是植株重要的内在品质，包括糖、酸、蛋白质、维生素、矿物质等[13]。从图8可知，黑塌菜可溶性固形物含量总体来看，与追肥量呈正相关。T3处理的可溶性固形物含量最高，其次是T5，均显著高于CK处理(P＜0.05)，而CK处理黑塌菜可溶性固形物又显著高于T4、T7、T9处理。由此看来，桂湖水溶肥相比其他2种水溶肥不利于黑塌菜可溶性固形物含量的提升，且随着肥料减少，黑塌菜可溶性固形物形成受到抑制。

图8 追肥施用量与方式对黑塌菜可溶性固形物的影响

图9表明，不同追肥施用量对黑塌菜还原糖的影响趋势与干物质量的变化基本一致。前6个处理无明显差异，均显著高于CK处理(P＜0.05)，T7、T8、T9处理黑塌菜还原糖含量与CK处理差异不显著。T5处理最佳，T7处理最差，前者比后者还原糖含量高34.07%。说明水肥一体化提高了黑塌菜对水肥的利用效率，促进了还原糖的形成，而追肥量不足同样对其起一定抑制作用。

图9 追肥施用量与方式对黑塌菜还原糖的影响

2.5 追肥施用量对滴灌水肥一体化下黑塌菜水分生产率的影响

水分生产率是衡量农业生产水平和农业用水科学性与合理性的综合指标，反映了水量的投入产出效率，同时也是节水灌溉与高效农业发展的重要指标之一[14]。滴灌水肥一体化条件下，当追肥量一定时，青上水溶肥处理下黑塌菜水分生产率处于最佳，且水分生产率随着追肥量的提高呈现先上升后下降的趋势。其中T5处理水分生产率最高，与其他各处理差异显著(P＜0.05)，T7处理最差，与T3、T8、CK无明显差异。综合产量、追肥量与灌水量三者，300 kg/hm2的追肥量明显更具经济效益（表2），T1、T2、T3、CK处理水分生产率低于T4、T5主要是灌水量较多造成的，而T7、T8处理水分生产率低主要是因为产量较低。

表2 黑塌菜各处理单株灌水量与产量

3 结论

（1）水肥一体化滴灌可促进植株水肥的利用，同追肥量下，黑塌菜产量最高提升了39.8%，干物质量、可滴定酸、可溶性固形物与还原糖含量分别提升了38.6%、25.8%、7.0%、11.2%。

（2）滴灌水肥一体化条件下，3种水溶肥中青上水溶肥最适合黑塌菜生长，单叶叶面积、最大根长、产量指标都处于最高水平，分别为66.07 cm2、31.3 mm、1166.7 kg/亩，可滴定酸、可溶性固形物、还原糖含量都位于前列，增产高效。

（3）考虑经济、品质、产量等因素，水肥一体化滴灌条件下，每公顷追施300 kg青上水溶肥为苏南地区黑塌菜的适宜施肥模式。

4 讨论

肥料对作物生长起关键作用，适当的肥料用量可以促进作物生长和改善生理指标[15]，而肥料过量或肥料不足皆不利于作物生长与产量的提升。不同作物对营养元素的需求存在差异，水肥一体化下合适的水溶肥可以提供作物正常生长所需元素，促进其生长发育与高品质[16]。董云萍等[17]优化了云南小粒咖啡施肥措施，结果表明适当减量施肥下作物在降低肥料用量同时产量得到保障，具有较高经济效益。姚红艳等[18]通过试验筛选出对芥蓝生长、产量和品质改善等方面均有良好效果的水溶肥，促进了当地芥蓝的农业生产。

本试验中，施肥量对黑塌菜生长生理都产生了显著影响，随着施肥水平提高，黑塌菜单叶叶面积不断变大，这与袁宇霞[19]的研究结果类似。黑塌菜叶绿素含量随施肥量增加呈现先增后减，韩雪[20]研究表明适宜施肥量可能加快了叶片叶绿素沉积。根系具有吸收土壤里面的水分、无机盐及可溶性小分子有机质的作用，并且支持、繁殖、贮存合成有机物质。随着施肥量增加，黑塌菜横纵向生长均不断得到促进，但达到一定量后横向生长促进作用不明显，这可能是由于盆栽的限制。杨晓慧[21]试验发现，容器类型对根系发育起决定作用，大规格容器更有利于根系发育[22]。本研究发现，施肥量提高对产量和品质起促进作用，产量、干物质量呈现先增后趋于稳定，可滴定酸、可溶性固形物、还原糖含量不断提高，其中减量施肥下还原糖含量最高，这与刘金平、赵伟[23-24]减量施肥对作物品质影响的试验结果一致。从3种水溶肥看，青上水溶肥处理下更为高效，黑塌菜生长促进作用最明显，产量与品质最优，具有良好的经济效益，满足现代化农业生产的要求。

笔者基于常熟董浜地区农业发展现状，研究不同水溶肥种类与肥料用量对黑塌菜生长、品质产量及水分利用效率的影响，得到一个适宜黑塌菜农业生产的施肥制度。但农业生产制度不仅包括肥料的种类和用量，在黑塌菜生产过程中肥料浓度、灌溉量、两者的配比，不同生育期所需的水肥量等方面还有待深入研究。