水肥一体化技术对设施番茄产量和肥效的影响

孙 娟,朱 双,王 科,徐张义,钟文挺,何玉亭,蔡梣仪,苟宁倢,杨佳文

(1.成都市农业技术推广总站,成都 610041;2.四川省科源工程技术测试中心有限责任公司,成都 611130)

随着现代化农业水平的不断提高,设施蔬菜在蔬菜产业中的比重不断增加,2017年我国设施蔬菜种植在蔬菜种植面积中占比已经达到32.3%[1],而设施番茄作为我国主要的设施蔬菜之一,2018年全国设施番茄的种植面积(含复种)已达到133×104hm2[2],对保障“菜篮子”供给意义重大。设施番茄种植过程中,对水肥要求高,种植户为追求高产出、高收益,普遍存在“大水大肥”的管理模式。水肥一体化技术作为农业主推技术之一,是一种将灌溉与施肥融为一体的农业新技术,在设施蔬菜上运用较广,具有省工省力节肥的特点,同时能有效改善农田生态环境,对促进农业可持续发展意义重大[3]。

试验区位于四川盆地西部、成都市南部。该区设施番茄种植普遍采用水肥一体化技术,据当地种植户实践表明此技术具有一定的增产效果,但水肥一体化在该区域设施番茄上运用的肥效、增产程度如何,尚无数据支撑,未见相关报道。本文以农业绿色发展为理念,通过小区试验,研究水肥一体化技术对设施番茄肥效、产量和品质的影响,为推广节能技术,促进化肥减量增效提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地块概况

试验于2021年1至7月在成都市新津区花桥街道进行,试验区属亚热带湿润季风气候区,气候温和,雨量充沛。试验田土壤类型为水稻土,土壤质地为中壤,土层深厚。试验前土壤性质见表1。试验开始前测得0～30cm土壤理化性质为有机质27.8g/kg,全氮1.6g/kg,有效磷29.9mg/kg,速效钾92.5mg/kg,pH 6.32。

1.2 试验材料

供试作物为番茄,品种为草莓番茄(口感草莓系列T60),该品种番茄口味特殊,商品性较好,定值时间为2021年2月3日。

1.3 试验设计

试验设置传统灌溉施肥处理(CK)、水肥一体化处理(DF)和水肥一体化减肥处理(JF)。3次重复,随机区组排列。各小区面积均为200m2,种植密度为9000株/hm2,各处理的田间病虫害及其他管理措施与当地传统管理方式保持一致。

CK：整地后定植前基肥撒施复合肥(15-15-15)750kg/hm2,有机菌肥(NPK≥10%)1125kg/hm2;花期(3月24日)追用复合微生物肥料(NPK≥8%)60kg/hm2;挂果期(5月13日、6月2日)每次追用微生物菌剂(NPK≥20%)112.5kg/hm2,共两次。追肥均随灌溉水冲施肥。

DF：基肥同CK,花期(3月24日)追用复合微生物肥料(NPK≥8%)60kg/hm2,水肥一体化滴灌;挂果期(5月13日、6月2日)每次追用微生物菌肥(NPK≥20%)112.5kg/hm2,水肥一体化滴灌,共两次。

JF：基肥同CK,花期(3月24日)追用复合微生物肥料(NPK≥8%)48kg/hm2,水肥一体化滴灌;挂果期(5月13日、6月2日)每次追用微生物菌剂(NPK≥20%)90kg/hm2,水肥一体化滴灌,共两次。JF处理追肥用量较DF处理少20%。

1.4 研究方法

1.4.1 测定项目 土壤样品。试验地块前茬作物收获后,试验开始前,在试验田块多点采集1个混合土样作为试验基础土样。作物收获时,各小区采集混合土样1个,共计9个,用以测定有机质、全氮、有效磷、速效钾、pH。

番茄果实。在番茄盛果期分3次(5月7日、5月28日、6月25日)采集成熟番茄样品,各试验小区按照随机、多样方原则采集成熟番茄样品10个,用以测定番茄单果重、横径、纵径和可溶性固形物。其中,5月28日这一批次番茄样品完成上述检测后,打浆制样用以测定果实全氮、全磷、全钾养分指标含量。

1.4.2 计算公式 肥料偏生产力=施肥后番茄产量/肥料投入量

1.4.3 数据处理与统计分析 采用spss17.0进行统计分析,图表制作采用Excel 2010。

2 结果与分析

2.1 不同处理对设施番茄产量性状的影响

2.1.1 不用处理对设施番茄果实性状的影响 商品果单果重、横径、纵径等指标是评价果实商品性的重要因子[4],不同时间不同处理番茄单果重、横径、纵径情况不同(表1)。

单果重：首先从不同采样批次来看,3个处理番茄单果重均表现为随着时间的推移先增加后减小,在5月28日这一批次样品中番茄单果重最重,这可能是因为该采样时间试验区番茄干物质生产量及其向果实运转分配率最高[5]。其次从试验处理上看,番茄单果重均表现为DF、JF两个处理高于CK处理,其中第3批次样品番茄单果重较CK处理达到显著水平,平均单果重分别较CK高15.18%、12.29%。

横径和纵径：5月28日和6月25日两批样品DF、JF两个处理番茄横径和纵径均高于CK处理。3批样品番茄平均横径DF、JF两个处理较CK处理高7.21%、5.76%;平均纵径较CF处理高5.36%、4.85%。

由此表明,试验区水肥一体化处理下番茄单果重、横径、纵径均高于传统漫灌溉施肥处理,其中水肥一体条件下追肥用量减少20%上述指标含量与常规追肥用量无差异。

2.1.2 不用处理对设施番茄产量及肥料偏生产力的影响 不同处理番茄亩均产量和肥料偏生产力不同(图2)。就番茄亩均产量而言,DF和JF两个处理番茄亩均产量显著高于CF处理,其中DF处理较CF处理高18.75%,JF处理较CF处理产量高9.41%。从肥料偏生产力来看,以DF处理最高,其次是JF处理,分别较CF高18.69%和11.20%,各处理间达到显著水平。这表明,试验区水肥一体化处理番茄亩均产量和肥料偏生产力均高于传统漫灌施肥,且追肥减量20%条件下,水肥一体化处理番茄亩均产量与传统漫灌施肥处理无差异且前者肥料偏生产力高于后者。

2.2 不同处理对设施番茄品质的影响

可溶性固形物是番茄品质指标之一,其含量是指番茄汁液中溶质的百分含量,它是影响番茄果实品质的重要因素,可溶固形物含量的高低对番茄风味起着决定性作用,含量愈低,风味愈淡[6]。本次试验中,第一批样品(5月7日)3个处理番茄可溶性固形物含量表现为JF>DF>CK,JF、DF处理可溶性固形物含量分别较CK高1.8和0.6个百分点,差异不显著;第二批样品(5月28日)番茄可溶性固形物含量为DF>JF>CK,上述两个时期DF处理番茄可溶固形物含量较CK高1.86%～6.78%,JF较CK高0.21%～0.36%,其中,DF处理番茄可溶固形物含量较CK和JF两个处理达到显著水平,CK与JF之间差异不明显;第三批样品(6月25日),3个处理可溶性固形物含量排序与第二批样品一致,但各处理间无差异。3批样品番茄可溶性固形物含量均表现为DF和JF两个处理大于CK,由此可见,水肥一体化模式相对于传统灌溉施肥能促进试验区番茄果实可溶性固形物含量增加。

2.3 不用处理对设施番茄果实养分积累的影响

不同处理对设施番茄果实全氮、全磷、全钾的积累影响效果见表3。水肥一体化处理对设施番茄成熟期果实全氮的积累影响达到显著水平,各处理番茄成熟期果实全氮含量表现为DF>JF>CF,其中DF处理番茄果实全氮含量为13.27g/kg,JF处理番茄果实全氮含量为12.27g/kg,均显著高于CF,分别较CF提高16.10%、7.35%。成熟期番茄果实全磷含量表现为DF>JF>CF,DF、JF分别较CF高9.12和0.35个百分点。不同处理对番茄果实全钾含量从高到低排序为DF>JF>CF,DF处理果实全钾含量27.24g/kg,比CF显著提高7.97%,3个处理间差异不明显。上述结果表明水肥一体化处理下成熟期番茄果实全氮、全磷和全钾积累量均高于传统灌溉施肥处理,且追肥减少20%番茄果实养分积累情况与常规追肥用量无明显差异。

表3 不同处理番茄果实养分积累情况

2.4 不用处理对设施番茄耕层土壤性质的影响

表4为不同处理设施番茄耕层土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾和pH情况。

表4 不同处理耕层土壤性质情况

土壤基础养分：对比CF处理,DF和JF两个处理土壤有机质含量均比CF处理高,分别较CF高2.03%、9.21%,其中JF处理土壤有机质含量较CF处理达到显著水平。3个处理土壤全氮含量表现为JF>DF>CF,水肥一体化两个处理土壤全氮含量比传统漫灌施肥高4.04～6.06个百分点,各处理间差异不显著。不同处理设施番茄耕层土壤有效磷含量表现为DF、JF高于CF处理1.70%、0.23%,土壤速效钾含量表现为JF>DF>CF, DF 、JF分别比CF高1.08%、1.42%,不同处理土壤有效磷和速效钾含量均无明显差异。

土壤酸碱度：从表4可以看出,本试验中水肥一体化两个处理土壤pH均较传统漫灌施肥处理略高,DF、JF处理土壤pH分别较CF高0.04和0.01,3个处理之间差异不明显,这表明水肥一体化相对于传统漫灌施肥而言,能在一定程度上缓冲土壤pH,提高土壤pH。

综上,设施番茄水肥一体化较传统灌溉施肥能提高土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,同时对土壤pH具有一定缓冲作用,且试验中实施水肥一体化基础上追肥减少20%用量后,耕层土壤性质与水肥一体化常规追肥用量无差异。

3 讨论与结论

与传统灌溉施肥相比,水肥一体化模式能通过增加番茄果实单果重、横径和纵径来提高番茄产量,促进番茄增产18.75%,并且在水肥一体化追肥用量减少20%的条件下,达到番茄增产9.41%。同时水肥一体化模式能较传统灌溉施肥提高肥料偏生产力,其中追肥用量减少20%,单位肥料生产量能提高11.2%。王文军等[7]认为,水肥一体氮磷钾肥各减量20%能够提高番茄产量,提高氮肥当季利用率,张国显等[8]在设施番茄上的研究结果显示化肥减施25%不会影响番茄产量,水肥一体化处理减施化肥能较农户常规灌溉施肥提高肥料偏生产力[9],本试验结论与其基本一致。

不同施肥模式下番茄果实品质对比可以看出,水肥一体化和传统灌溉两种模式对番茄果实可溶固形物有不同程度的影响。较传统灌溉施肥而言,水肥一体化模式常规追肥用量下番茄的可溶性固形物含量提高了0.6%～6.78%,而水肥一体化模式追肥减量20%条件下番茄的可溶性固形物含量提高0.21%～1.8%。卢晶晶等[10]研究结果也显示,水肥一体化技术在适宜水量基础上能较畦灌冲施提高番茄可溶性固形物含量,即使化肥减量1/3也不会降低可溶性固形物含量。

养分吸收积累情况是作物营养状况的反映,与作物产量息息相关。唐琳等[11]通过在樱桃番茄上的研究发现,水肥一体化滴灌减量施肥对樱桃番茄果实中养分积累无明显影响,并且养分积累量总体上随肥料减量幅度的加大而减少。本试验中,水肥一体化处理番茄果实全氮、全磷和全钾积累量均高于传统灌溉施肥处理。此外,水肥一体模式下追肥减少20%番茄果实养分积累情况与常规追肥用量无明显差异。

土壤养分为植物生长提供必需营养元素,影响植物的生长发育,是评价土壤肥力的重要指标。王立革等[12]在设施蔬菜上研究结果显示,水肥一体化技术相对于膜下沟灌,能使设施蔬菜耕层土壤全氮、有效磷、速效钾、有机质含量提高18.4%、47.6%、34.9%和20.9%,明显改善设施蔬菜土壤理化性质。本次试验中,水肥一体化模式土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别较传统灌溉施肥高2.03%～9.21%、4.04%～6.06%、0.23%～1.70%和1.08%～1.42%。其中,追肥减量20%条件下土壤有机质、全氮和速效钾含量皆高于常规追肥用量,说明水肥一体化追肥减量并不会降低土壤肥力,这可能是因为水肥一体化滴灌施肥可增加水肥在土壤中的入渗深度和广度,进而使番茄根系深扎并增加根系在深层土壤中的分布,从而使作物对养分的吸收利用率提高[11]。

综上可知,相对于传统灌溉施肥,采用水肥一体化施肥,能促进番茄增产,提高肥料偏生产力,加强番茄果实中全氮、全磷和全钾养分积累,并在一定程度上提高土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,缓冲土壤pH。而且在水肥一体模式下,追肥减量20%不会影响设施番茄产量、品质和番茄果实中氮磷钾养分积累,同时不会降低耕层土壤肥力。