水肥耦合对设施番茄土壤水分、养分运移及产量和水分利用效率影响

尹志荣，柯 英，蔡进军

（宁夏农林科学院 农业资源与环境研究所，银川 750002）

0 引 言1

【研究意义】番茄是一种耗水量较大的作物，当番茄产量为160 814.81 kg/hm2时，全生育期平均灌溉量1 475.00 m3/hm2，追肥量2 156.48 kg/hm2[1]。水资源短缺是当今世界性问题，发达国家有效用水率可达80%以上，同时水分利用效率为2.00 kg/m3，而我国渠灌水和井灌水的有效利用率为40%和60%，水分利用效率不足发达国家的1/2[2]。若能将灌溉水利用效率提高到70%以上，则水分利用效率可达到1.50 kg/m3，节水1 000 亿m3。宁夏地处中国西北部黄河上游，年平均降水量166.90～647.30 mm，水资源北少南多，且差异明显，年平均蒸发量1 312～2 204 mm，是黄河流域水资源最为匮乏的区域之一。近年来，推广高效节水灌溉技术力度逐年增大，滴灌节水效益显著，但部分地区仍存在大水漫灌现象，滴灌有效使用率低[3]。同时，在实际农业生产中人们崇尚“经验主义”，施肥具有主观性，对肥料种类和施肥量不明确[4]。因此，研究土壤水分、养分供应与作物关系对于番茄水分高效利用、减肥增效至关重要。【研究进展】目前，关于番茄水肥耦合的研究较多，并获得了重要结论，但仍存在较大差异。如曲兆鸣[5]研究认为，优化施肥与灌水量的耦合作用使肥料养分释放特征与番茄对养分的需求特征相匹配，在提高番茄产量和品质的同时，提高了水肥利用效率并节约了水肥资源。王鹏勃等[6]研究发现，施肥量和灌水量作为单一因子对灌溉水分利用效率的影响极显著，且水分作用大于肥料作用，而水肥交互作用对水分利用效率的影响不显著。吴雪等[7]研究指出，灌水量与施氮量、磷肥与钾肥用量之间存在显著交互作用，灌水量、氮肥用量过高不利于番茄综合营养品质的提高，合理增施磷肥和钾肥可有效提高番茄营养品质。赵伟等[8]在基础磷素量较高的土壤上，连续2 a 减少70%的磷肥用量没有影响番茄产量，降低番茄对钾素的奢侈吸收。Singandhupe 等[9]研究发现，当施氮量小于120 kg/hm2时，滴灌施肥较沟灌显著增加了番茄产量和氮吸收量，提高水分和氮素利用效率，并且减少硝酸盐淋失。【切入点】前人研究中水肥用量的确定大多仅基于番茄产量品质效应、植株氮磷钾素吸收利用等单一指标，缺少土壤水分和养分运移变化对设施栽培条件下水肥耦合响应的系统探究，尤其在传统氮磷钾施肥基础上，关于水溶肥及液体有机肥供应特征与作物养分吸收和产量效应更是研究不足，特别是针对温室番茄追施液体有机肥适宜用量的研究更鲜见报道。【拟解决的关键问题】为此，以设施水果番茄为试验材料，研究不同水肥用量下设施土壤水分和养分的差异及变化，分析番茄产量、水分利用效率与水肥协同的响应关系。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年2—7 月在宁夏银川西夏区平吉堡奶牛场农五队平吉堡现代农业示范园区（东经106°01′，北纬38°24′，平均海拔1 170 m）进行。试验地年平均气温9.6 ℃，年均日照时间2 911 h，年总辐射量为5 106 MJ/m2，年均无霜期188 d 左右，年平均降水量196 mm。供试土壤0～20 cm 土层理化性质为：有机质量7.67 g/kg，全盐量2.34 g/kg，pH 值8.63，全氮量0.65 g/kg，全磷量0.67 g/kg，全钾量20.30 g/kg，速效钾量290 mg/kg，速效磷量46.33 mg/kg，平均田间持水率为24.11%。

1.2 试验设计

试验在设施大棚中进行，大棚跨度10 m，长90 m，试验区面积共75 m2。种植行宽0.60 m，长9 m，种植行两侧用40 cm 深的黑色塑料防渗膜隔开，每行栽植番茄38 株。2 条种植行间距1 m，地表铺设白色地布，方便采摘。选择品种为水果番茄“亚蔬12 号”为试验材料，于2021 年2 月25 日移栽。常规打药、除草等田间管理依照当地习惯进行。试验设置3 个灌水水平（W1：当地常规滴灌水量4 800 m3/hm2；W2：75%W1，3 600 m3/hm2；W3：50%W1，2 400 m3/hm2），3 个施肥水平（F1：高肥7 200 kg/hm2；F2：70%F1，5 040 kg/hm2；F3：40%F1，2 880 kg/hm2），详见表1。采用裂区设计，主区为施肥水平、副区为灌水处理，共9 个处理，每个处理3 次重复。基肥一致，有机肥9 000 kg/hm2，复合肥1 200 kg/hm2，苗期不施肥，开花期至生育期结束进行水肥调控。灌水施肥频率根据当地灌溉施肥间隔设置，以土壤含水率低于田间持水率的70%作为灌水下限，开花坐果期至结果后期灌溉施肥频率为7～10 d/次，可根据天气及降水情况随时调节，试验过程中共灌水施肥11 次，具体灌水施肥时间如表2 所示。灌水量通过水表计量控制，不同处理肥液通过液压比例施肥泵随灌溉水施入。

表1 试验设计Table 1 Experiment design

表2 番茄生育期灌水施肥时间表Table 2 Irrigation and fertilization schedule of tomato growth period

供试肥料：开花坐果期施用总氮量17%、P2O5量17%、K2O 量17%且含有微量元素的大量元素水溶肥，果实膨大期至生育期结束施用总氮量8%、P2O5量7%、K2O 量36%的大量元素水溶肥，同时配施含腐殖酸≥30 g/L 的液体有机肥。供试肥料为翠康碧施大量元素水溶肥和德孚尔滴灌肥。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤含水率

每次灌水施肥前采用烘干称质量法测定各处理土壤含水率，测定深度为0～100 cm，每20 cm 为1 层。

1.3.2 土壤养分

于番茄营养生长期和收获期在每个试验小区内随机选取3 个位置采集0～100 cm 土层土壤样品，测定剖面土壤速效养分。用重铬酸钾氧化法测定土壤有机质；用扩散吸收法测定土壤碱解氮；用0.5 mol/L 的NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定土壤中速效磷；用1 mol/L 的NH4OAc（pH 值为7）溶液浸提-原子吸收法测定土壤中速效钾。

1.3.3 番茄产量及水分利用效率

用电子天平（精度为0.01 g）称量各小区每次的采摘量，并在试验结束后汇总为各小区产量。水分利用效率采用单位面积番茄总产量与番茄生育期灌水量的比值进行计算。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010 和Surfer 8.0 进行数据处理和制图，采用DPS 9.50 进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 水肥耦合对番茄产量和水分利用效率的影响

由表3 可知，果实成熟初期（5 月），相同灌水量下，番茄产量随施肥量的减少而减少；相同施肥水平下，如F2、F3 施肥水平下番茄产量随灌水量的减少先增加后减少，F1 施肥水平下番茄产量随灌水量的减少而逐渐降低。水肥耦合处理中W1F3 处理产量最低，与W1F1 处理相比，W1F3 处理产量减少64.41%。果实成熟期（6 月），W1 处理下番茄产量随施肥量的减少逐渐减少，W2、W3 处理下番茄产量随施肥量的减少先增加后减少。水肥耦合处理中，W1F3 处理产量最低，W2F2 处理产量最高，为10 969.05 kg/hm2。盛果期（7 月），番茄产量随施肥量的减少均呈先增加后减少的趋势；F1 施肥水平下番茄产量随灌水量的减少而减少，F2、F3 施肥水平下番茄产量随灌水量的减少先减少后增加，与果实成熟初期产量随灌水量的变化规律相反。该生育期W2F3 处理产量最低，W1F2 处理产量最高。从全生育期累计产量来看，W1F1 水肥耦合处理产量最高，其次是W3F2 处理。从灌水和施肥角度分别看，W3 处理下番茄的平均产量最高，为38 703.90 kg/hm2，与W1、W2 处理相比，产量分别增加0.22%和10.37%；F2 施肥水平下的番茄平均产量最高，为41 594.25 kg/hm2，与F1、F3 施肥水平相比，产量分别增加4.50%和34.21%；F3 施肥水平下番茄产量随灌水量的减少呈逐渐增加趋势。灌水量对不同水肥耦合处理水分利用效率的影响大于施肥量，如F2、F3 施肥水平下的水分利用效率随灌水量的减少而增加。因此，水肥对产量的影响具有相互协同、相互促进的关系，合理有效的水肥调控是实现节水、节肥、高效生产的前提和基础。

表3 番茄产量及水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency of tomato

2.2 生育期内设施番茄土壤水分运移特征

生育期内不同水肥处理下0～20 cm 土层土壤质量含水率变化如表4 所示。不同施肥水平下各灌水处理的土壤质量含水率第1 次峰值出现在6 月6 日，之后随着生育期的推进逐渐降低，至下次灌水后又出现新的峰值，整个生育期土壤质量含水率呈波动递减趋势。F1 施肥水平下，各灌水处理不同时期的土壤质量含水率变化规律基本一致，W1、W2、W3 处理间差异不显著；F2 施肥水平下，6 月6 日，W3 处理与W2 处理土壤质量含水率差异极显著，W2 处理与W1处理差异显著；7 月6 日，W2 处理与W1 处理差异极显著，6 月16 日前（即果实中期），W1 处理土壤质量含水率呈先减少后增加再减少的趋势，W2 处理呈先减少后增加的趋势，W3 处理呈先增加后减少的趋势，表现为W3 处理>W1 处理>W2 处理；6 月16日至结果末期，随着灌水量的减少土壤质量含水率先减少后增加，表现为W1 处理>W3 处理>W2 处理；F3 施肥水平下，各处理的土壤质量含水率波动规律又趋于一致，变化甚微无显著性差异，W2 处理土壤质量含水率比W1、W3 处理高4.97%、6.69%。灌水量一致时，不同施肥水平的土壤质量含水率分布不同。W1 处理下，F2 施肥水平的土壤质量含水率于5 月18 日、5 月27 日、6 月6 日、6 月25 日、7 月6 日时与F1 施肥水平土壤质量含水率差异显著，5 月27日、6 月25 日时与F3 施肥水平土壤质量含水率差异显著，不同时期F2 施肥水平下的土壤质量含水率平均值为18.28%，明显高于F3、F1 施肥水平；W2 处理下，各施肥水平间土壤质量含水率差异不显著，F1、F2 施肥水平的土壤质量含水率变化规律相同，5 月18 日—6 月16 日土壤质量含水率非常接近，6 月16日—7 月15 日平稳下降，F2 施肥水平下降幅度较F1施肥水平明显，F3 施肥水平下的土壤质量含水率在6月6 日达到23.40%，为最高峰值，此后缓慢下降逐渐与F1 施肥水平持平；W3 处理下，不同施肥水平的土壤质量含水率在6 月16 日之前变化较为剧烈，随着时间的推移变幅减缓，其中F2 施肥水平下的土壤质量含水率在5 月27 日与F1、F3 施肥水平土壤质量含水率差异极显著，且其全生育期土壤质量含水率平均值最高，为17.33%。由此可见，番茄生育期内设施土壤质量含水率的变化规律受灌溉量、施肥量的协同影响显著，本研究中W2 处理的土壤质量含水率整体偏高。

表4 0～20 cm 土层土壤质量含水率Table 4 Soil quality water content of 0～20 cm soil layer %

图1为每次灌溉施肥前0～100 cm土体内土壤质量含水率的时空分布图，图中横坐标为灌水时间间隔，具体灌水时间5 月18 日、5 月27 日、6 月6 日、6 月16 日、6 月25 日、7 月6 日、7 月15 日，其中以5 月18 日为第1 天，其他类推。由图1 可知，F1、F2 施肥水平下不同处理0～100 cm 土层平均土壤质量含水率表现为W1 处理>W3 处理>W2 处理，W2 处理下各时期20、40、60、80 cm 土层均出现明显的低含水区，而W3 处理在20、40、60、80 cm 土层出现高含水区，F2 施肥水平下0～100 cm 土层的平均土壤质量含水率较F1 施肥水平增加；F3 施肥水平下，土壤质量含水率随灌水量的减少先减少后增加，表现为W3 处理>W1 处理>W2 处理，W1 处理下土壤质量含水率等值线密度随着土层深度的增加逐渐缩小，60～100 cm土层土壤质量含水率稳定在16.29%～16.66%之间，灌水量由W2 减少到W3 处理时，土壤质量含水率等值线密度逐渐增多，表明随着时间推移不同土层土壤质量含水率变化加剧，尤其在7 月6 日W3 处理下60 cm土层土壤质量含水率出现了水分高聚集区，为21.50%。

图1 土壤质量含水率空间分布Fig.1 Spatial distribution of soil quality water content

2.3 水肥耦合对土壤有机质量的影响

由图2 可知，0～20 cm 土层土壤有机质量高于20～40 cm 土层，拉秧后（8 月6 日）的土壤有机质量高于生长期间（6 月9 日）。F1 施肥水平下，0～20 cm土层有机质量随灌水量减少先增加后减少，其中W2处理土壤有机质量最高，生长期间土壤有机质量为24.30 g/kg，与W1、W3 处理差异极显著，拉秧后为29.80 g/kg，W3 处理拉秧后的土壤有机质量增加也较明显，达29.00 g/kg，而W1 处理2 个生育期的有机质量变化极小；20～40 cm 土层有机质量无显著差异，生长期间在14.60～15.60 g/kg 之间变化，拉秧后W1处理土壤有机质量仅0.20 g/kg 的浮动，W2、W3 处理拉秧后土壤有机质量与生长期间相比分别增加28.48%、15.07%。F2 施肥水平下，生长期间0～20 cm土层有机质量随灌水量的减少而减少，拉秧后随灌水量的减少先减少后增加，此时W3 处理土壤有机质量与W1、W2 处理差异显著。F3 施肥水平下，0～20 cm土层有机质量差异显著，20～40 cm 土层有机质量在生长期间及拉秧后均随灌水量的减少先减少后增加，呈“V”形，W3 处理土壤有机质量平均值最高，为19.88 g/kg。

图2 土壤有机质量变化情况Fig.2 Changes of soil organic matter

灌水量相同时，如W1 处理下，生长期间及拉秧后0～20 cm 土层有机质量均随施肥量的减少先增加后减少，拉秧后F2 施肥水平下的土壤有机质量与F1、F3 施肥水平差异显著，而20～40 cm 土层有机质量逐渐递增。W2 处理下，不同施肥水平对生长期间0～20、20～40 cm 土层有机质量产生了显著影响，随着施肥量的减少，0～20 cm 土层有机质量生长期间及拉秧后均呈递减趋势，生长期间20～40 cm 土层有机质量先增加后减少，拉秧后逐渐递减；F1 施肥水平下的土壤有机质量最高，尤其在拉秧后F1 施肥水平土壤有

机质量比F2、F3 施肥水平增加55.21%、94.77%。W3处理下，生长期间0～20 cm 土层有机质量随施肥量的减少而增加，此时与F1、F2 施肥水平相比，F3 施肥水平下的土壤有机质量分别增加67.42%、60.14%，且F3、F1 施肥水平差异显著，而拉秧后F1 施肥水平下的土壤有机质量增加明显，与F2、F3 施肥水平相比，分别增加26.09%、23.40%；2 个时期20～40 cm 土层有机质量均为先减少后增加，但拉秧后F2 施肥水平下的土壤有机质量与F3 施肥水平差异极限著，均值表现为F3 施肥水平>F1 施肥水平>F2 施肥水平。

2.4 水肥耦合对土壤碱解氮的影响

图3 为不同水肥耦合处理土壤剖面碱解氮量。以0～20 cm 土层碱解氮为例（表5），生长期间（6 月9日）W1F3、W2F3、W2F1、W3F2 处理土壤碱解氮量与W1F1处理差异极显著；拉秧后（8月6日）W1F2、W1F3、W3F1、W3F2、W3F3 处理与W1F1 处理差异也极显著，W2F1、W2F2 处理与W1F1 处理差异显著，且土壤剖面碱解氮量较生长期间明显增加，有积累现象。F1 施肥水平下，W1、W3 处理在生长期间的土壤剖面碱解氮量随土层深度变化一致，二者0～20 cm 土层碱解氮量与W2 处理差异极显著，W2处理0～60 cm 土层的碱解氮量较W1、W3 处理增加；拉秧后3 个灌水处理下的土壤碱解氮量变化规律也基本一致，且3 个灌水处理0～20 cm 土层碱解氮量差异均极显著，表现为W3 处理>W2 处理>W1 处理。F2 施肥水平下，生长期间随土层深度增加，W1 处理下碱解氮量呈缓慢递减趋势，W2 处理呈“M”形变化趋势，W3 处理呈先增加后减少趋势，0～100 cm 土层碱解氮量均值表现为W3 处理>W2 处理>W1 处理；拉秧后3 个灌水处理下的土壤碱解氮量均下降，且3个处理0～20 cm 土层碱解氮量差异均极显著，均值表现为W3 处理>W2 处理>W1 处理。F3 施肥水平下，3 个灌水处理生长期间的碱解氮量变化相似且差异较小，仅W2 处理与W3 处理0～20 cm 土层碱解氮量差异显著；拉秧后W3 处理与W1 处理差异极显著，与W2 处理差异显著，均值表现为W3 处理>W2 处理>W1 处理，但40 cm 以下土层碱解氮量变化不大。

表5 0～20 cm 土层土壤速效养分量方差分析Table 5 Analysis of variance of available nutrient content in 0～20 cm soil layer

灌水量相同时，不同施肥水平下土壤碱解氮量差异不同。W1 处理下，生长期间F3 施肥水平0～20 cm土层碱解氮量与F1、F2 施肥水平差异显著，均值表现为F3 施肥水平>F2 施肥水平>F1 施肥水平，20 cm以下土层表现为F1 施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平；拉秧后F1、F2 施肥水平下土壤碱解氮量逐渐降低，0～20 cm 土层碱解氮量与F3 施肥水平差异显著。W2 处理下，生长期间F1 施肥水平土壤碱解氮量与F2 施肥水平差异显著，F1 施肥水平以20～40 cm土层为“拐点”先增加后减少，F2 施肥水平呈“M”形变化，F3 施肥水平0～20 cm 土层积累量最高，20 cm土层向下急剧下降后逐渐平稳；拉秧后F1、F2 施肥水平下0～20 cm 土层碱解氮量与F3 施肥水平差异极显著，拉秧后3 个施肥水平下0～100 cm 土层碱解氮量均值与生长期间均表现为F1 施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平。W3 处理下，生长期间F2 施肥水平土壤碱解氮量较F1、F3 施肥水平增加，F3 施肥水平土壤碱解氮量最低，拉秧后0～40 cm 土层碱解氮量F2、F1 施肥水平基本持平，40 cm 以下土层F1 施肥水平土壤碱解氮积累量高于F2、F3 施肥水平。综上可知，灌水量、施肥量的不同导致土壤剖面碱解氮量存在差异，过量施肥会导致0～100 cm 土层碱解氮量增加，但过量灌水容易带动土壤碱解氮向深层迁移导致0～20 cm 土层碱解氮量减小，本研究中，相同施肥量下W2、W3 处理土壤剖面碱解氮的积累量较高，相同灌水量下施肥量不同时，0～20 cm 土层碱解氮量差异显著，0～100 cm 土层碱解氮均值表现为F1 施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平。

2.5 水肥耦合对土壤速效磷的影响

图4 为不同水肥耦合处理土壤剖面速效磷量变化。以0～20 cm 土层土壤速效磷变化为例（表5），生长期间（6 月9 日）除W1F3、W2F1 处理外，其他处理土壤速效磷与W1F1 处理均差异极显著；拉秧后（8 月6 日）除W1F1、W1F2、W1F3 处理外，W2F1、W2F2、W3F1、W3F2、W3F3 处理与W1F1、W1F2、W1F3 处理差异也极显著，W2F3 处理仅与W1F1 处理差异极显著、与W1F3 处理差异显著，0～40 cm 土层速效磷量积累明显，40～100 cm 土层变化较小。F1施肥水平下，土壤速效磷量以W2 处理0～20 cm 土层最高，生长期间与W1 处理差异显著，与W3 处理差异极显著；拉秧后W2 处理与W1、W3 处理差异均极显著；20～100 cm 土层速效磷量差异减小，生长期间表现为W1 处理>W2 处理>W3 处理，拉秧后表现为W3 处理>W2 处理>W1 处理。F2 施肥水平下，生长期间以W2 处理土壤剖面速效磷量最高；拉秧后W2、W3 处理0～20 cm 土层速效磷量与W1 处理差异显著，W3 处理最高，W2 处理次之；20～100 cm 土层速效磷量表现为W2 处理>W1 处理>W3 处理。F3 施肥水平下，生长期间及拉秧后，W2、W3 处理与W1处理0～20 cm 土层速效磷量差异均极显著，20～100 cm 土层差异较小；随着灌水量的减少，生长期间土壤剖面速效磷量先减少后增加，表现为W1 处理>W3处理>W2 处理，拉秧后逐渐递减。

图4 0～100 cm 土层土壤速效磷量变化情况Fig.4 Changes of available phosphorus of 0～100 cm soil layer

灌水量相同时，不同施肥水平对土壤剖面速效磷量的影响不同。W1 处理下，生长期间F2 施肥水平0～20 cm 土层速效磷量与F1、F3 施肥水平差异极显著，拉秧后差异显著，0～100 cm 土层速效磷量表现为F3 施肥水平>F1 施肥水平>F2 施肥水平；W2 处理下，不同施肥水平0～100 cm 土层速效磷量随施肥量的减少而减少，生长期间及拉秧后F2、F3 施肥水平与F1 施肥水平差异极显著；W3 处理下，生长期间F3 施肥水平土壤速效磷量最高，与F1、F2 施肥水平差异极显著；拉秧后F2 施肥水平0～20 cm 土层速效磷量高达299.30 mg/kg，与F1、F3 施肥水平差异极显著，F1、F3 施肥水平速效磷量仅为111.00、125.50 mg/kg，20～60 cm 土层速效磷量差异显著，表现为F1施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平，60 cm 以下土层差异逐渐缩小。整体而言，W2 处理下各施肥水平0～100 cm 土层速效磷量最高，尤其在F1、F2 施肥水平下，0～100 cm 土层土壤剖面速效磷量均值分别为96.68、75.40 mg/kg。

2.6 水肥耦合对土壤速效钾的影响

由图5 可知，番茄拉秧后不同水肥耦合处理土壤剖面速效钾量没有表现出全部累积增加的趋势，0～20 cm 土层速效钾量在生长期间及拉秧后差异极显著（表5）。F1 施肥水平下，生长期间W2 处理0～100 cm土层速效钾量最高，其次是W3 处理；3 个灌水处理0～20 cm 土层速效钾量差异均极显著；拉秧后W2、W3 处理0～20 cm 土层速效钾量与W1 处理差异极显著，与W1 处理相比，W2、W3 处理分别增加54.02%、77.01%。F2 施肥水平下，W2 处理土壤速效钾量累积最多，生长期间0～20 cm 土层速效钾量与W1 处理差异极显著，与W3 处理差异显著；拉秧后W2 处理与W1、W3 处理差异显著。F3 施肥水平下，生长期间W2 处理0～20 cm 土层速效钾量与W3 处理差异显著，20～80 cm 土层差异不明显，80～100 cm 土层W2 处理土壤速效钾量最高，为254 mg/kg；拉秧后W2 处理0～20 cm 土层速效钾量与W1、W3 处理差异极显著，以W3 处理累积增加最多。灌水量相同时，不同施肥水平对土壤剖面速效钾量的影响不同。W1、W2 处理下，生长期间F2、F3 施肥水平0～20 cm 土层速效钾量与F1 施肥水平差异均极显著；W1 处理下，拉秧后F3 施肥水平与F2、F1 施肥水平0～20 cm 土层速效钾量差异极显著，W2、W3 处理下3 个施肥水平0～20 cm 土层速效钾量均差异极显著。综合比较，3 种施肥水平下，生长期间W2 处理0～100 cm 土层土壤剖面速效钾量变化较大，拉秧后W3 处理0～20 cm 土层速效钾量变化最大；灌水量相同时，随着施肥量的减少，0～100 cm 土层速效钾量逐渐减少。

图5 0～100 cm 土层土壤速效钾量变化情况Fig.5 Changes of available potassium of 0～100 cm soil layer

3 讨 论

3.1 水肥耦合对番茄产量和水分利用效率的影响

水肥是影响番茄产量及水分利用效率的重要因素[10]。本研究表明，在充分灌溉条件下水肥交互作用对番茄产量的影响达到了极显著水平，其产量及水分利用效率随施肥量的减少而降低，而在灌水量减少的情况下番茄产量及水分利用效率随施肥量的减少先增加后减少，说明在一定范围内施肥量的增加有利于产量的提高，过低或过高的施肥量均不利于植株对水分的吸收和利用，从而造成减产，本研究中W2、W3处理下，F2 施肥水平（70%F1）下的水分利用效率最高。这与郭彬等[11]和窦允清等[12]得出的滴灌水肥优化组合比常规水肥提高水分利用效率高的结论一致，原因可能在于合理的水肥能够减少田间植株的无效蒸发进而提高水分利用效率，同时与李建明等[13]、赵志华等[14]研究结果相似。另外，从番茄第1 茬果实成熟至拉秧减少1/3 灌水量对番茄产量无显著影响[15]，本研究同样得出，在施肥量一定的情况下，减少灌水量对番茄产量的影响不显著，而且适度减少灌溉量有利于提高水分利用效率，这可能是因为水肥因子间的协同作用弥补了水分或肥料单一因子的不足进而降低作物损害与减产[16]，这与吴悠[17]、李旭峰等[18]的研究结果一致。本研究表明，当施肥量为5 040.00 kg/hm2、灌水量为2 400 m3/hm2时，番茄产量和水分利用率最高，分别达到4 4014.80 kg/hm2、16.34 kg/m3，表明在节水节肥的同时，达到了稳产高效的目的，与虞娜等[19]结果相近。

3.2 水肥耦合对设施土壤水分运移的影响

不同水肥耦合对土壤剖面含水率动态分布有不同程度的影响，增加灌水量容易造成灌溉水向土壤深层移动，使得灌溉水不能得到充分利用[20-23]。本研究表明，在不考虑施肥因素的情况下W2 处理（中量灌水量）比W1 处理（高量灌水量）土壤含水率高。在滴灌施肥协同作用下，由于施肥量不同导致其在参与水分动态迁移与土壤空间结构重建上出现时间和空间上分布的差异[24]，本研究中F2 施肥水平（70%F1）下的土壤含水率均高于F1、F3 施肥水平，这说明合理的施肥不仅能够提高作物产量，还能增加土壤含水率，使一部分原来对作物生长的“无效水”变成“有效水”，促进作物根系生长发育进而提高作物根系从土壤中的吸水能力。减少生育后期的灌溉量，优先保证花期水分的供应量，可以优化土壤水分分布[25]。本研究仅从总量上进行控制，缺少根据番茄各生育期需水量进行水分调控的详细研究，因此，生育期内灌溉分配方案还需进一步探究。

3.3 水肥耦合对设施土壤养分运移的影响

水分作为养分的载体，对养分的迁移和吸收起着至关重要的作用[26]。本研究表明，在番茄生长过程中，水肥耦合对0～20 cm 土层土壤有机质量及速效养分响差异显著。灌水量相同时，0～20 cm 土层土壤有机质量随施肥量的减少而减少，一方面液体有机肥所含大量微生物进入土壤后，有助于分解和释放速效养分，供作物吸收利用[27]，另一方面较低土壤含水率很可能会阻碍有机肥中的有机质向深层迁移，进而增加土壤有机质累积量。总体来看，中水高肥（W2F1）及低水高肥（W3F1）处理均提高了0～20 cm 土壤有机质量，与彭令发等[28]研究一致。养分投入水平是关系到土壤环境的重要因素，合理施用能优化土壤质量，降低肥料向下淋移的风险。作物对养分的吸收量不随灌水量的变化而改变，但会随肥料施入量的减少而减小。本研究表明，土壤速效养分量的变化趋势相同，其中速效磷在土壤剖面呈抛物线型分布，这可能是因为增加施肥量，满足作物吸收利用后剩余部分肥料转化为土壤氮磷钾有效元素储存在土壤中，使得土壤速效养分量增加。此外，本研究表明，施肥量相同时，适度减少灌水量有利于提高0～100 cm 土体速效养分，0～40 cm 土层速效养分增加尤为明显，说明适量降低灌水量可有效降低土壤养分向深层土壤的迁移量。综上，灌水量为2 400～3 600 m3/hm2、施肥量为5 040 kg/hm2时，既能有效保证产量，又可以有效节约水资源，增加肥料吸收利用，降低环境污染风险。目前大多数研究基本上是以水分和施肥量为影响因素，忽视了土壤基础肥力因子以及土壤酸碱性对土壤养分影响，因而得出结论缺乏共性，通用性不强，难以在不同肥力水平的田块上推广应用[29]。就宁夏北部引黄灌区而言，土壤分布差异较大，含盐碱土、灌淤土、风沙土、灰钙土等土壤类型，针对不同土壤类型和不同基础肥力的设施土壤开展相关方面的试验研究还未形成体系，试验存在随机性误差可能导致部分研究结果不太一致，下一步应当增加不同设施土壤类型水肥协同方面的试验研究，基于不同土壤类型为不同基础肥力的设施土壤提供不同的水肥管理理论与方法。

4 结 论

1）番茄产量受灌溉施肥量影响显著，充分灌溉下番茄产量随施肥量的减少而减少，减量灌溉下番茄产量先增加后减少，与生育期内产量最高的W1F1 处理相比，W2F2 处理产量虽然降低了16.26%，但可节水25%，水分利用效率提高11.62%。

2）不同灌溉施肥水平0～20 cm 土层土壤质量含水率随生育进程的推进呈波动递减趋势，0～100 cm土体土壤质量含水率的空间分布差异明显。F2 施肥水平对0～20 cm 土层土壤质量含水率影响较大，土壤质量含水率较高；从灌溉量看，W2 灌溉量提高了土壤质量含水率。

3）土壤有机质及剖面速效养分变化主要集中在0～40 cm 土层，其0～20 cm 土层养分随施肥量的减少而减少，适度减少灌溉量有利于降低碱解氮、速效磷、速效钾向深层土壤迁移量。综合考虑，灌水量在2 400～3 600 m3/hm2之间，施肥量为5 040 kg/hm2（液体有机肥3 600 kg/hm2、大量元素水溶肥1 440 kg/hm2）时，既能保证产量，又可以实现节水，降低养分淋失风险。

（作者声明本文无实际或潜在的利益冲突）