水肥一体追肥减量对黄心菜生长、产量及基质环境的影响

陈哲栋，侯会静，徐 晓，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，江苏苏州 215534；3江苏绿博生物科技有限公司，江苏苏州 215534）

0 引言

蔬菜种植业在中国农业经济中发挥着重要作用。据中国农业年鉴数据，2019年中国蔬菜园艺总产值24519.9亿元，比2018年增长了4.4%，占农业总产值的38%[1]。而蔬菜种植对肥料的需求量大，中国蔬菜化肥养分用量平均值为1092.0 kg/hm2，是全国农作物化肥养分用量的3.3倍[2]，且肥料利用率也低于主要粮食作物[3-4]。黄心菜(Brassica pekinensisLour.Rupr.)，属十字花科芸薹属种的白菜亚种，具有叶片肥厚细嫩、纤维少、营养丰富等特点[5]，是常熟市董浜地区秋冬季主要蔬菜作物之一。近年来，设施农业在当地发展迅速，但菜农对水肥一体化认知较少，大量设施闲置或未发挥其最大作用。因此，研究水肥一体化条件下黄心菜的施肥管理，对提高当地肥料利用率、蔬菜经济效益等具有重要意义。

水肥一体化技术是利用微灌系统，根据作物的需水、需肥规律和土壤水分、养分状况，将肥料和灌溉水一起适时、适量、准确地输送到作物根部土壤，提供给作物吸收[6-7]。推广水肥一体化是提高蔬菜肥料利用率的有效对策[8-9]。李建明等[10]对番茄的试验表明，水肥一体化条件下发挥水肥的协同作用存在一定的阈值，在阈值范围内水肥调控可提高作物水分利用效率和产量，超出阈值范围水分利用效率和产量均会下降。朱雨萌等[11]对微润灌水肥一体化条件下适合小白菜生长的施氮浓度研究得出，低浓度施氮水平下，小白菜各生长指标随着施氮浓度升高而升高；而高浓度施氮水平对植株生长有抑制作用。以往研究主要集中在瓜果类蔬菜在水肥一体化条件下生长和产量的响应规律，但对叶菜类蔬菜的相关研究较少[12]，且叶菜类蔬菜与瓜果类蔬菜在生长方式、采收部位以及产量计算范围上有较大差异。因此，本研究以日光温室基质栽培黄心菜为研究对象，以农户常规撒施模式为对照，设置水肥一体化条件下不同施肥量的处理组，探索黄心菜生长、产量、肥料偏生产力和基质环境对水肥一体化的响应规律，以期为实现黄心菜种植节水节肥，提质增效目标提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

本试验于2020年10月—2021年1月在江苏省常熟市董浜镇试验点（东经：120°58′24.19″，北纬：31°69′10.28″）的单层薄膜大棚内进行。供试品种为‘绿黄金F1’，苗龄为30天，于10月31号定植，12月29号对样品进行采收。基质栽培相比土壤栽培具有更好的通透性，有利于作物根系生长和营养吸收，已在设施蔬菜中大量应用[13-15]，故本试验采用盆栽基质栽培的方法，将椰壳：椰糠：珍珠岩：蛭石=1:1:0.2:0.3混匀装入上口径为30 cm，体积约10 L的塑料桶中，每桶定植黄心菜一株。基质容重为0.33 g/cm3，总孔隙为64.6%，持水孔隙度为30.6%，pH为6.58，EC1:5值为0.52 mS/cm。

试验中每7桶为一个小区，每个小区独立用一套简易水肥一体化装置。装置主要由水箱、微型隔膜泵（最大压力：0.65 Mpa，额定流量：4.2 L/min）、压力表、输水管道、压力补偿式滴头和一出二滴箭组成。滴头间距为30 cm，流量为4.0 L/h，每桶配滴头一个，滴箭埋置于作物两侧。追肥时将水溶肥充分溶解后装入水箱通过该装置对作物进行追肥，灌溉时则装入清水。

1.2 试验设计

本试验基肥均用45000 kg/hm2绿加博液态厨余有机肥+225 kg/hm2复合肥(N-P2O5-K2O=15-15-15)。追肥设3个梯度，其中常规追肥量为450 kg/hm2大量元素水溶肥(N-P2O5-K2O=26-10-15+TE)。试验共设4个处理，具体见表1。每个处理以小区为单位重复3次，共21株。各个小区无规则南北向排列在温室大棚内。试验共设2次追肥，分别开始于定植后的第11天和第21天，水肥一体化处理组采用水肥一体化滴灌施肥装置追肥，一次追5天；对照组则将肥料撒施在基质表面并用少量基质覆盖后用清水浇灌。其他管理措施一致。

表1 试验处理表

1.3 测定项目及方法

作物生长指标测定：从定植后第10天开始，对黄心菜开展度和叶片数进行测定，每10天测定一次。并且于黄心菜生长初期、中期和后期测定黄心菜最大叶长叶宽，用椭圆公式计算其叶面积。

产量及肥料偏生产力(partial factor productivity of fertilizer,PFP)：定植后的第60天，即黄心菜成熟后，对所有处理进行实收，并用电子天平称取单株产量。

式中，PFP为肥料偏生产力，kg/kg；Y为产量，kg/株；F为全生育期投入的N、P2O5、K2O总量，kg/株。

基质理化性质：取深度为15 cm，距植株为3～5 cm处的基质样本，每个小区取5处。采用碱解氮扩散法测定碱解氮含量[16]；采用pH计法测定pH；采用电导率仪测定电导率(electrical conductivity,EC)值。其中pH采用2.5:1浸提法，EC值采用1:5浸提法[17]。

1.4 数据处理

采用Excel 2017软件对试验数据进行整理，采用SPSS 22.0软件进行方差分析，差异显著性采用Duncan法进行多重比较(P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 水肥一体化对黄心菜单株产量和肥料偏生产力的影响

由表2可见，CK处理单株产量最低，水肥一体化处理随追肥用量减少而降低。相比CK，水肥一体化处理组单株产量均有显著(P＜0.05)提高，其中T1处理单株产量提高51.61%，T2处理单株产量提高44.15%，T3处理单株产量提高29.28%。由此看出，水肥一体化滴灌可显著提高黄心菜产量，增产可达50%。水肥一体化处理组之间，T1与T2的单株产量无显著差异，但低施肥水平的T3处理单株产量相比T1、T2受到显著抑制作用。从表2还可看出，各组之间PFP均存在显著差异。其中T3处理PFP最高，为139.55 kg/kg，水肥一体化处理组中PFP随肥料总施入量的增加而降低，而CK的PFP最低，仅有58.01 kg/kg。根据相关分析，水肥一体化条件下PFP与肥料投入总量呈线性负相关，R2=0.9878，达极显著水平。由此看来，水肥一体化相比撒施可显著提高PFP；水肥一体化条件下追肥减施可提高PFP。

表2 不同处理对黄心菜产量和肥料偏生产力的影响

2.2 水肥一体化对黄心菜生长指标的影响

各处理的生长指标可见图1～图3。水肥一体化处理与CK相比，叶片数、开展度和最大叶面积都具有明显优势。在黄心菜的生长后期，水肥一体化处理组的叶片数多余CK，大约多3片；T1、T2、T3处理组的最大叶面积相对于CK分别增大了48.94%、37.70%和31.68%；水肥一体化处理组的开展度相比CK增大了14.20%～21.64%。第一次追肥后（移栽后20天），水肥一体化处理组的开展度显著大于CK，尤其是T1处理表现最优，是CK的1.31倍，但水肥一体化处理组之间差异不大。第二次追肥后（移栽后30天)，处理T1叶片数增速不及处理T2、T3，且在移栽后40天各处理叶片数基本一致；处理T2开展度增幅最快，且在生长中期短暂超过T1处理。从全生长周期看，CK的开展度和叶片数增速较平稳，而水肥一体化处理组开展度增速表现为先快后缓。

图1 不同处理对黄心菜叶片数的影响

图2 不同处理对黄心菜开展度的影响

图3 不同处理黄心菜不同生长时期的叶面积的影响

2.3 水肥一体化对基质理化性质的影响

由表3可见，采收后基质中碱解氮含量表现为T1＞T2＞CK＞T3，EC值表现为T1＞CK＞T2＞T3，pH无显著差异，但均比定植前高。T1处理的基质中碱解氮含量最高，为92.56 mg/kg，相比CK显著提高了75.84%。T2处理与CK碱解氮含量无显著差异，T3处理碱解氮含量显著最小。

表3 不同处理对基质碱解氮含量、EC1:5、pH的影响

不同施肥处理同时还会对基质EC值产生一定影响。水肥一体化条件下，施肥量越大则表现为EC值越高，其中T1处理EC值为0.90 mS/cm，显著大于其他施肥处理。另外，CK处理的EC值要显著小于同样常规追肥量的T1处理。

3 结论

（1）水肥一体化可显著提高黄心菜产量。与常规施肥模式相比，水肥一体化条件下等量施肥量可增产51.61%，追肥减施33.4%和66.7%的情况下分别可增产44.15%和29.28%。在实际生产中，应用水肥一体化可适当降低施肥量来提高肥料偏生产力。

（2）水肥一体化有利于提高黄心菜生长指标，相比常规施肥可增加叶片数约3片，提高开展度14.20%～21.64%，增加叶面积31.70%～48.94%。第一次追肥后黄心菜的叶片数和开展度相比撒施对照提高更快，为后期生长提供良好的基础，是其提高产量的一个重要原因。

（3）相较常规施肥，水肥一体化可有效提高基质中碱解氮含量。水肥一体化条件下基质中碱解氮含量和EC值均与肥料投入量呈正相关。

4 讨论

黄心菜主要以莲座叶为产品，叶片数和叶重是影响单株产量的主要原因。其中叶重的增大主要依靠叶面积的增大和叶柄的增重来实现。生长初期叶面积的增长速度较快，而到生长后期叶面积增大变缓，叶柄快速增重。因此，要提高黄心菜的产量，应在生长前期快速提高叶片数、叶面积等生长指标。本试验中，黄心菜叶片数增速总体表现为定植40天内先快后缓（成长叶，产量的主要组成部分），定植第40～50天快速增加（较小的稚叶，对产量影响较小），而后放缓。水肥一体化条件下黄心菜开展度增速表现为先快后缓，常规施肥处理开展度在50天内增速平缓，生长末期开展度减小主要原因是前期叶脱落、叶尖向外翻卷所致。叶面积方面，水肥一体化处理组各阶段均显著大于常规处理。由此可见，水肥一体化处理有利于提高黄心菜生长指标，尤其在追肥后快速促进黄心菜叶片数和叶面积的增长，为后期生长准备好基础，这也是其增产的一个重要原因。而肥料减施，没有对其生长指标有显著影响。但结果显示，T3处理单株产量要显著小于T1、T2处理，这可能与其肥料投入量少，导致后期养分不足叶柄增重较少有关。

基质是黄心菜生长发育的载体，基质环境对黄心菜的影响至关重要[18]。氮素对于提高黄心菜的产量尤为重要，基质中碱解氮含量的高低直接影响着黄心菜的地上部分。本研究结果显示，T1处理碱解氮含量最高，这不仅与其施肥量水平高有关，也与其应用水肥一体化有关。可见，水肥一体化有利于提高基质中碱解氮含量，这与已有研究[19-20]结果一致。此外，根据相关性分析，本研究水肥一体化条件下碱解氮含量与肥料投入量呈正相关，R2=0.9748，达极显著水平。这说明肥料投入量越大则碱解氮含量越高。但过高的肥料投入量会导致基质EC值偏高，进而抑制作物生长[21]。

王鹏勃等[22]的研究发现，随着水肥施用量的不断提高，产量的增加速度逐渐降低。这与本研究的结果一致。T1比T2总化肥施用量增加30.09%，但单株产量并没有显著差异。究其原因可能是由于：（1）该试验条件下黄心菜产量已接近极限；（2）高追肥量导致其基质EC值显著高于其他处理，抑制其生长。如若是原因（1），应降低肥料投入量，减少肥料剩余而造成的浪费。如若是原因（2），应采取控制水肥浓度[23]、改变施肥次数[18]等措施控制其EC值。由此可见，一味地追求高肥料投入量来获得高产量、高收益并不现实，这不仅会造成多余养分残留或是流失浪费，还会导致基质盐渍化加重，抑制作物生长。水肥一体化条件下追肥减施33.3%不仅可显著增产，提高肥料偏生产力，同时不易引起EC值过高而破坏基质环境，是适宜推广的追肥量。