隔溝灌溉溫室番茄優(yōu)化水氮耦合模式綜合評價

王雪梅，曹紅霞，韓紅亮

(1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院；陜西 楊凌 712100 )

我國西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，尤其是在溝灌方式下，灌溉水利用效率偏低、灌溉和施肥不合理、土壤硝化嚴(yán)重、蔬菜總體質(zhì)量較低、而且也沒有明確提出有關(guān)溝灌蔬菜的水肥高效利用的模式，這一系列問題將嚴(yán)重制約我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1-3]。劉小剛等指出玉米最佳的水氮耦合組合為施氮量240 kg/hm2，灌水量1 485.71 m3/hm2[4]。有利于番茄生長發(fā)育的最佳水肥組合為灌水量2 722.5 ～2 837.0 m3/hm2，施肥量265.5～294.5 kg/hm2[5]。滴灌方式下，灌水量為2 270.6 m3/hm2與施氮量為373.7 kg/hm2是番茄最佳水肥組合[6]。金盞花的最高產(chǎn)量出現(xiàn)在灌水量為3 600 m3/hm2、施氮量為270 kg/hm2的組合，且產(chǎn)量較其他處理達(dá)顯著差異。葉黃素含量最高為11.7%出現(xiàn)在灌水量3 600 m3/hm2與施氮量90 kg/hm2和灌水量3 000 m3/hm2與施氮量270 kg/hm2的處理。品種NK08-5的金銀花最佳水氮組合為灌水量3 600 m3/hm2，施氮量 90 kg/hm2[7]。然而目前的研究，針對于我國西北地區(qū)溝灌番茄并沒有提出優(yōu)化的灌水量和施肥量，為此，本文借鑒多指標(biāo)綜合評價方法確定出一種或幾種比較優(yōu)化的水氮耦合管理模式。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2012年5月5日-2012年8月19日在陜西省楊凌區(qū)秦嶺山現(xiàn)代農(nóng)業(yè)股份有限公司的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗區(qū)土壤質(zhì)地為中壤土，1m深土層內(nèi)的田間持水量(質(zhì)量含水率)和干容重分別為24%和1.34 g/cm3，土壤肥力中等均一，其中，有機(jī)質(zhì)含量為16.09 g/kg，全氮含量為1.15 g/kg，全磷含量為1.18 g/kg，全鉀含量20.26 g/kg。

試驗材料為番茄(美粉先鋒)。種植模式采用梯形溝等行距密植栽培法，壟頂寬15 cm，壟底寬為25 cm，溝頂寬35 cm，溝底寬25 cm，溝深15 cm，溝長6.5 m,行距50 cm，株距40 cm，植密度為2 008株/畝。番茄于5月5日定植，7月3日摘心，8月19日拉秧。試驗過程中，均采用統(tǒng)一的耕作和病蟲害防治。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置固定隔溝灌溉(FFI)和交替隔溝灌溉(AFI)兩種灌溉方式，每種灌溉方式下采取2因素2水平完全組合形式，2因素包括灌水量和追氮量，灌水量設(shè)W1和W2 (W2為W1灌水定額的75%)2個灌水水平，追氮量設(shè)N1(150 kg/hm2)和N2(0 kg/hm2)2個施氮水平。共設(shè)置8個處理(詳見表1)，每個處理5個重復(fù)。

整個試驗過程中，W1灌溉定額為129.50 mm，W2灌溉定額為102.13 mm。定植前將全部有機(jī)肥(雞糞：15 t/hm2)和磷肥(純P：150 kg/hm2)作為基肥一次性施入；鉀肥(純K)和氮肥(純N)均按150 kg/hm2施入。追肥時，各處理均追等量鉀肥(180 kg/hm2)，而N1追150 kg/hm2、N2為0 kg/hm2，且平均分三次在番茄第二、三、四穗果的果實膨大期追完。追肥方式為隨水施入，且每次追肥在固定的溝內(nèi)進(jìn)行即為追肥溝，其余為不追肥溝。

表1 不同處理組合形式

1.3 評價方法

多指標(biāo)綜合評價方法是利用多指標(biāo)綜合指數(shù)的理論及方法，將所選擇的有代表性的若干個指標(biāo)綜合成一個指數(shù), 從而對事物的發(fā)展?fàn)顩r做出綜合的評價[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 綜合評價的過程和結(jié)果

表2為番茄參與綜合評價的9項指標(biāo)。其中，產(chǎn)量、水分利用效率和平均單果重為番茄的產(chǎn)量和水分利用效率的綜合指標(biāo)，其余的為番茄的品質(zhì)指標(biāo)。

表2 參與綜合評價的主要指標(biāo)Xij

2.1.1各指標(biāo)的無量綱化處理

本文應(yīng)運極值標(biāo)準(zhǔn)化法進(jìn)行無量綱轉(zhuǎn)化。設(shè)指標(biāo)集X={Xij}。

轉(zhuǎn)換的公式為：

(1)

(2)

式中：max(Xj)為指標(biāo)集每一指標(biāo)列中的最大值；min(Xj)為指標(biāo)集每一指標(biāo)列中的最小值；Xij為無量綱化處理前指標(biāo)列中的指標(biāo)；Zij為無量綱化處理后指標(biāo)列中的指標(biāo)。經(jīng)過式(1)和(2)對番茄主要指標(biāo)進(jìn)行無量綱化，結(jié)果見表3。

2.1.2各指標(biāo)權(quán)數(shù)的確定

本文采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)權(quán)數(shù)法確定各指標(biāo)的權(quán)數(shù)。計算方法和步驟如下：

表3 參與綜合評價指標(biāo)的無量綱化Zij

(1)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的均值。

(3)

(2)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)差。

(4)

(3)各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)。

(5)

(4)各指標(biāo)的權(quán)數(shù)。

(6)

按標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)權(quán)數(shù)法(3)、(4)、(5)、(6)式確定各指標(biāo)的權(quán)數(shù)。具體結(jié)果見表4、表5、表6。

表4 參與綜合評價9項指標(biāo)的權(quán)數(shù)Wj

表5 產(chǎn)量等3項評價指標(biāo)權(quán)數(shù)Wj

表6 品質(zhì)6項評價指標(biāo)權(quán)數(shù)Wj

2.1.3評價值的綜合處理

按照式(7)將指標(biāo)進(jìn)行綜合處理得到番茄最終的評價。具體排名見表7。

(7)

3 結(jié) 論

產(chǎn)量等3項指標(biāo)綜合排名，排名前四的分別為低水低氮T8(AFI)、高水高氮T5(AFI)、高水高氮T1(FFI)、高水低氮T6(AFI)。品質(zhì)6項指標(biāo)綜合排名，排名前四的分別為高水低氮T6(AFI)、低水高氮T3(FFI)、低水高氮T7(AFI)、高水高氮T5(AFI)。9項指標(biāo)綜合排名，排名前四的分別為高水低氮T6(AFI)、高水高氮T5(AFI)、低水低氮T8(AFI)、高水高氮T1(FFI)。

表7 不同處理番茄綜合指標(biāo)排名

產(chǎn)量等3項指標(biāo)最優(yōu)的處理為T8(AFI)，灌水量為1 010.67 m3/hm2，施氮量為150 kg/hm2；品質(zhì)最優(yōu)的處理為T6(AFI)，灌水量為1 238.12 m3/hm2，施氮量為150 kg/hm2；番茄9項綜合評價最優(yōu)的處理為T6(AFI)，灌水量為1 238.12 m3/hm2，施氮量為150 kg/hm2。在大部分水氮組合下，交替隔溝灌提高了番茄的產(chǎn)量和水分利用效率和番 茄品質(zhì)而優(yōu)于固定隔溝灌。

4 討 論

交替隔溝灌高氮處理T5土壤硝態(tài)氮殘留量大于低氮處理T6，果實的硝酸鹽含量T6

根據(jù)前面的結(jié)論(灌水量相同，增加氮肥可增加番茄果實中硝酸鹽含量；施氮量相同，減少灌水量可增加番茄果實中硝酸鹽含量)和番茄果實硝酸鹽含量可知，最大番茄果實硝酸鹽含量(308.28 mg/kg)顯著小于優(yōu)化硝酸鹽回歸值426.21 mg/kg[7]，而且，優(yōu)化的果實硝酸鹽含量所對應(yīng)的灌水量為2 735.25 m3/hm2，施氮量為264.6 kg/hm2，這比本文所得出的優(yōu)化水氮組合的灌水量和施氮量分別增加了92%和76%，因此，為了尋找最理想的水氮耦合組合，有必要再開展增加灌水水平和施氮水平的試驗。

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