炭基尿素與灌水對(duì)番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

李艷梅，廖上強(qiáng)，孫焱鑫，楊俊剛

(北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所，北京 100097)

0 引 言

番茄是我國(guó)設(shè)施蔬菜主栽品種，在增加農(nóng)業(yè)收入及市區(qū)蔬菜供應(yīng)方面發(fā)揮著重要的作用，但番茄生產(chǎn)中的水肥管理方式仍然有很大的改進(jìn)空間。

膜下滴灌和減量灌溉是番茄生產(chǎn)中較為實(shí)用的兩項(xiàng)節(jié)水技術(shù)[8,9]。由于生物炭緩釋載體材料具有調(diào)節(jié)土壤水分的作用[10]，因此，滴灌模式下減少灌溉水量對(duì)兩種不同炭基尿素處理番茄生產(chǎn)有何不同影響是本研究想要解決的第二個(gè)問(wèn)題。

基于以上所述，本研究考察兩種炭基尿素與灌水量耦合對(duì)設(shè)施番茄產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，旨在驗(yàn)證炭基尿素、灌水及二者交互效應(yīng)對(duì)番茄生產(chǎn)的影響，并為設(shè)施番茄水肥優(yōu)化管理提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)在房山區(qū)竇店鎮(zhèn)的泰華盧村蔬菜基地。標(biāo)準(zhǔn)化日光溫室中土壤類型為褐土，質(zhì)地為壤土。試驗(yàn)大棚0～20 cm土壤耕層養(yǎng)分狀況：pH 7.47，有機(jī)質(zhì)25.7 g/kg，全氮2.6 g/kg，硝態(tài)氮71.7 mg/kg，速效磷162 mg/kg，速效鉀370 mg/kg。供試番茄為當(dāng)?shù)厍锒缙毡樵耘嗟钠贩N“佳麗F1”。2018年6月27日開(kāi)始育苗，2018年8月16日移栽定植，2019年1月24日收獲。栽培方式均為傳統(tǒng)的畦栽，行距60 cm，株距40 cm，過(guò)道80 cm，每株留果4穗。

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。灌溉量為主處理，設(shè)置兩個(gè)滴灌水量處理(W1，1 658 m3/hm2；W2，1 365 m3/hm2)。W1和W2的水量差異管理共5次，單次滴水量相同，W1和W2的單次滴水量分別為331.6 m3/hm2和273 m3/hm2。施氮處理為副處理，設(shè)置不施氮(CK)、常規(guī)尿素(U)、炭基尿素1∶1(生物炭和尿素質(zhì)量比為1∶1)、炭基尿素2∶1(生物炭和尿素質(zhì)量比為2∶1)等4個(gè)處理。生物炭由樹(shù)枝和廢棄木料通過(guò)粉碎、壓型，在高溫(400 ℃)厭氧條件下通過(guò)干餾、分離和提純等工序制得。炭基尿素采用生物炭和尿素混合高壓制得。試驗(yàn)共8個(gè)水氮組合處理(見(jiàn)表1)，每個(gè)處理重復(fù)3次。磷肥(普鈣，含P2O512%)和有機(jī)肥(腐熟牛糞，N 0.36%、P2O50.22%、K2O 0.11%)全部基施，用量分別為225 kg/hm2和15 t/ha。鉀肥(硫酸鉀，含K2O 52%)用量375 kg/hm2。氮肥和鉀肥均是1/3基施，2/3追施，追施時(shí)間一致，分別在一穗果和二穗果膨大期，每次用量1/3。肥料基施的方式為：在表土均勻撒施后，旋耕0～30 cm土層，使肥料養(yǎng)分均勻分布在土層的不同點(diǎn)位。肥料追施的方式為：將肥料投入追肥罐，攪拌溶解后，隨滴灌水供應(yīng)至植株根際區(qū)域。試驗(yàn)小區(qū)規(guī)格1.4 m×7 m，小區(qū)之間用塑料薄膜(埋深40 cm)縱向隔開(kāi)，防止處理之間相互影響。試驗(yàn)區(qū)兩端設(shè)有保護(hù)行，與試驗(yàn)區(qū)管理相同。

表1 水氮組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.1 Design of water and nitrogen interaction

1.2 樣品采集和測(cè)定

番茄采收時(shí)，每試驗(yàn)小區(qū)的番茄集中采收分類，電子臺(tái)秤稱重后，記錄每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量。參考《土壤農(nóng)化分析》[11]分析土壤樣品：采用酸度計(jì)測(cè)定pH值，重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)，H2SO4-H2O2消煮、凱氏定氮儀測(cè)定全氮，酚二磺酸比色法測(cè)定硝態(tài)氮，0.5 mol/L的NaHCO3浸提、鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷，1 mol/L中性NH4OAc浸提、火焰分光光度法測(cè)定速效鉀。參考《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》[12]分析果實(shí)品質(zhì)：采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖，指示劑滴定法測(cè)定可滴定酸，比色法測(cè)定VC，紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽和番茄紅素含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與計(jì)算

數(shù)據(jù)整理采用Excel 2007軟件完成。統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS16.0中雙因素重復(fù)試驗(yàn)方差分析法(Univariate)。采用Duncan多重比較法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn) 量

產(chǎn)量結(jié)果(表2)顯示：與CK相比，U處理對(duì)番茄產(chǎn)量的影響不明顯，B2:1和B1:1處理分別使番茄增產(chǎn)15.9%～26.8%和38.1%～49.1%。減少灌水量后，U、B1:1和B2:1處理番茄產(chǎn)量分別降低8.9%、21%和6.2%。綜合比較，HW+B2:1處理的番茄產(chǎn)量最高，LW+B2:1和HW+B1:1處理的產(chǎn)量次之。統(tǒng)計(jì)分析表明，氮肥處理對(duì)總變異的貢獻(xiàn)(F=46.8)大于灌水處理(F=26.2)，氮肥與灌水交互作用對(duì)番茄產(chǎn)量的影響不顯著(p=0.125)。

表2 炭基尿素和灌水對(duì)番茄產(chǎn)量的影響Tab.2 Effect of carbon-based urea and irrigation on tomato yield

2.2 可溶糖含量

與CK相比，U處理的番茄果實(shí)可溶糖含量變化不明顯，B1:1和B2:1處理的果實(shí)可溶糖含量分別增加38%～97%和37%～63%，B1:1和B2:1處理間的差異達(dá)顯著水平(表3)。灌水量由HW降至LW后，果實(shí)可溶糖含量顯著降低，U、B1:1和B2:1處理的可溶糖含量分別降低16%、41%和29%。比較發(fā)現(xiàn)，HW+B1:1和HW+B2:1處理的可溶糖含量均值最高，LW+B1:1、LW+B2:1處理的可溶糖含量均值次之。統(tǒng)計(jì)分析顯示，灌水與施氮對(duì)番茄可溶糖的影響存在顯著的交互作用，各因子對(duì)可溶糖差異的貢獻(xiàn)為：灌水(F=187)>氮肥(F=120)>氮肥×灌水(F=30.4)。

表3 炭基尿素和灌水對(duì)番茄果實(shí)可溶糖含量的影響Tab.3 Effect of Carbon-based urea and Irrigation on fruit soluble sugar content of Tomato

2.3 糖酸比

與CK相比，U處理的糖酸比變化不明顯，B1:1和B2:1處理的糖酸比分別明顯增加2.83～8.76和2.66～7.66個(gè)單位(表4)。B1:1和B2:1兩個(gè)處理的糖酸比差異不明顯。減少灌水量降低了果實(shí)糖酸比，U、B1:1和B2:1處理的糖酸比分別降低1.34、7.27和6.34個(gè)單位。均值顯示，HW+B1:1處理的糖酸比最高，HW+B2:1處理的糖酸比次之。灌水與氮肥處理對(duì)番茄果實(shí)糖酸比的影響存在顯著的交互作用，各因子對(duì)糖酸比差異的貢獻(xiàn)為：灌水(F=200)>氮肥(F=116)>氮肥×灌水(F=27)。

表4 炭基尿素和灌水對(duì)番茄果實(shí)糖酸比的影響Tab.4 Effect of Carbon-based urea and Irrigation on fruit sugar-to-acid ratio of Tomato

2.4 Vc含量

U處理與CK相比，番茄Vc含量變化不明顯，B1:1和B2:1處理番茄的Vc含量分別比CK處理顯著增加3.6～4.4和6～11.3個(gè)單位，B2:1處理番茄的Vc含量明顯高于B1:1處理(表5)。減少灌水量后，U、B1:1和B2:1處理番茄Vc含量分別顯著降低19%、12%和29%。組合比較，HW+B2:1處理番茄的Vc含量最高，其次是HW+B1:1處理和LW+B2:1處理。統(tǒng)計(jì)分析表明，灌水與氮肥處理對(duì)番茄Vc的影響存在顯著交互作用，各因子對(duì)Vc差異的貢獻(xiàn)為：灌水(F=167)>氮肥(F=136)>氮肥×灌水(F=18.3)。

表5 炭基尿素和灌水對(duì)番茄果實(shí)Vc含量的影響Tab.5 Effect of Carbon-based urea and Irrigation on fruit Vc content of Tomato

2.5 番茄紅素含量

與U相比，B1:1和B2:1處理對(duì)果實(shí)番茄紅素含量的影響不明顯(表6)。減少灌水量后，U、B1:1和B2:1處理的番茄紅素含量分別降低了14%、6%和18%。比較發(fā)現(xiàn)，HW+CK處理的番茄紅素含量最高，HW+U、HW+B1:1和HW+B2:1處理的番茄紅素含量次之。灌水與氮肥對(duì)果實(shí)番茄紅素的影響存在顯著的交互作用，但對(duì)番茄紅素變異的貢獻(xiàn)(F=46)明顯小于灌水處理(F=368)。

表6 炭基尿素和灌水對(duì)番茄果實(shí)番茄紅素含量的影響Tab.6 Effect of Carbon-based urea and Irrigation on fruit Lycopene content of Tomato

2.6 硝酸鹽含量

與U處理相比，B1:1和B2:1處理明顯降低了番茄果實(shí)中硝酸鹽的含量(表7)。減少灌水量后，U、B1:1和B2:1處理果實(shí)硝酸鹽含量均顯著增加，B1:1和B2:1處理的增幅小于U處理。組合比較，HW+B1:1和HW+B2:1處理的番茄果實(shí)硝酸鹽含量最低。統(tǒng)計(jì)分析表明，灌水與氮肥對(duì)番茄硝酸鹽的影響存在顯著的交互作用，各因子在總變異中的貢獻(xiàn)為：灌水(F=855)>氮肥(F=17.3)>氮肥×灌水(F=12.3)。

3 討 論

本研究應(yīng)用兩種炭基尿素起到了明顯增加番茄產(chǎn)量的作用(表2)，其原因可能是炭基氮肥的生物炭載體起到了改善土壤物理結(jié)構(gòu)、增加土壤銨態(tài)氮含量或增加土壤有效水含量的作用。Steiner等(2008年)[13]發(fā)現(xiàn)，生物炭與氮肥混合施用能明顯增加蘿卜和高粱的產(chǎn)量，原因在于生物炭增加了土壤對(duì)銨根離子的持留，減少了氮素的硝化及氨揮發(fā)損失。Chen等(2010年)[14]發(fā)現(xiàn)，土壤施用生物炭增加了甘蔗產(chǎn)量，原因在于生物炭處理降低了土壤干容重，增加了土壤濕度。本試驗(yàn)土壤全氮含量較高，炭基尿素的生物炭載體可能起到了減少土壤氮素淋溶和揮發(fā)損失的作用，此外，本試驗(yàn)兩個(gè)灌水量均處于相對(duì)較低水平，因此生物炭也有可能起到了改善土壤持水性能的作用。本試驗(yàn)B2:1型炭基尿素處理的番茄產(chǎn)量明顯高于B1:1型處理，表明增加炭基載體的含量有助于優(yōu)化炭基尿素產(chǎn)品的緩釋性能。增加生物炭投入增加作物產(chǎn)量的結(jié)論與黃超等(2011年)[15]在黑麥草上的研究結(jié)論不同，引起差異的原因可能主要與生物炭用量有關(guān)。

生物炭載體對(duì)氮素的緩慢釋放可能也是兩種炭基尿素改善番茄品質(zhì)的重要原因。B2:1型和B1:1型炭基尿素對(duì)果實(shí)可溶糖與Vc的不同影響可能與生物炭用量對(duì)土壤含水量的調(diào)控有關(guān)。Miranda等 (2011年)[16]在培養(yǎng)小麥的土壤中加入生物炭，發(fā)現(xiàn)生物炭能促進(jìn)小麥根系伸長(zhǎng)，進(jìn)而在根際周?chē)至舾嗟牡?，并避免根系?duì)氮素的過(guò)快吸收。我們推測(cè)，炭基尿素持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)氮素促進(jìn)了番茄植株對(duì)氮素的及時(shí)轉(zhuǎn)化利用，因此起到了避免果實(shí)過(guò)量累積硝酸鹽的作用。土壤含水量是影響番茄品質(zhì)的重要因素。Chen等(2010年)[14]曾報(bào)道，生物炭明顯增加了土壤含水量，進(jìn)而增加了甘蔗中糖分的含量。Li等(2012年)[17]研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分含量過(guò)高會(huì)降低甜瓜Vc含量。本試驗(yàn)中，B2:1型炭基尿素處理的Vc含量高于B1:1處理，可能與高量生物炭對(duì)土壤水分的高效調(diào)控有關(guān)。

Shock等(2007年)[18]認(rèn)為，節(jié)水農(nóng)業(yè)中控制合適的減水幅度尤為重要。Marouelli等(2007年)[19]、Ertek年(2006a, 2006b)[20,21]和Li等(2012年)[17]等在番茄、茄子及甜瓜上的試驗(yàn)表明，減少灌水降低了作物產(chǎn)量。本試驗(yàn)在番茄上得到了同樣的結(jié)論。減水降產(chǎn)原因可能是：土壤水分供應(yīng)不足時(shí)，尿素水解生成的氨氣不能及時(shí)在水中轉(zhuǎn)化為銨根離子，而以硝化作用或氨氣揮發(fā)的形式損失[22]。Zeng等(2009年)[23]表明，灌水量過(guò)低不利于甜瓜可溶性固形物含量的提升。LI等(2012年)[17]證實(shí)，缺水太嚴(yán)重會(huì)降低甜瓜固形物、可溶糖和Vc含量。本試驗(yàn)兩個(gè)水量的對(duì)比表明減少灌水量降低了番茄的品質(zhì)(表3)，與前人結(jié)論一致。試驗(yàn)結(jié)果表明LW灌水量存在供應(yīng)不足的問(wèn)題，土壤水分供應(yīng)不足對(duì)養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)化的限制是導(dǎo)致番茄產(chǎn)量品質(zhì)降低的重要原因。

總之，施氮和灌水是番茄兩項(xiàng)重要農(nóng)藝措施。炭基尿素具有較好的增產(chǎn)提質(zhì)和節(jié)水效應(yīng)，具有推廣價(jià)值；灌水量控制需要審慎，盡量接近作物需水閾值，以兼顧節(jié)水和生產(chǎn)目標(biāo)。

4 結(jié) 論

(1)B1:1和B2:1型炭基尿素處理分別使番茄增產(chǎn)16%～27%和38%～49%，并顯著提升了番茄的可溶糖、糖酸比與Vc含量。減少灌水量降低了施氮處理番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)，應(yīng)用B1:1和B2:1型炭基尿素有助于降低減水措施對(duì)產(chǎn)量的不利影響。炭基尿素表現(xiàn)出增產(chǎn)、提質(zhì)和節(jié)水的作用。

(2)施氮是影響番茄產(chǎn)量的主因子，灌水是影響番茄品質(zhì)的主因子，水氮交互作用顯著影響番茄可溶糖、Vc和硝酸鹽含量。綜合認(rèn)為，灌水量1 658 m3/hm2與B2:1或B1:1型炭基尿素的水氮處理為推薦組合處理。