張新燕，王浩翔，牛文全,2*

(1.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； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100)

0 引 言

【研究意義】水肥的合理利用是提高作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[1-2]。番茄需求量大，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是蔬菜類生產(chǎn)中產(chǎn)量最高的品種，在我國(guó)可四季生產(chǎn)，但由于水肥施用不當(dāng)而影響到番茄的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的提高[3-4]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)滴灌施肥條件下番茄的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量等方面進(jìn)行了大量研究?！狙芯窟M(jìn)展】研究[5-6]發(fā)現(xiàn)滴灌施肥可以同時(shí)節(jié)肥并提高作物產(chǎn)量，增加施肥量和適當(dāng)上調(diào)灌水下限可以顯著提高番茄的光合速率、干物質(zhì)量，并通過滴灌施肥番茄的水肥調(diào)控效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，節(jié)水25%和節(jié)肥25%可獲得最高的產(chǎn)量和水分利用效率[7]，且認(rèn)為不同施入方式下灌水量和施肥量對(duì)番茄植株的影響很大，與常規(guī)溝灌施肥相比，滴灌施肥產(chǎn)量與灌水量和施肥量正相關(guān)，增加施肥量帶來的增產(chǎn)效應(yīng)大于灌水，且增加灌水量，降低施肥量，水分利用效率逐漸下降，肥料偏生產(chǎn)力逐漸上升[8]。對(duì)膜下滴灌施肥番茄水肥供應(yīng)量的優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn)灌水量和施肥量對(duì)番茄株高、產(chǎn)量影響顯著，番茄莖粗與施肥量差異顯著[9]。施肥量對(duì)秋冬茬番茄單果質(zhì)量具有負(fù)效應(yīng)，果實(shí)產(chǎn)量隨著施肥量增加呈先上升后下降的拋物線趨勢(shì)[10]。滴灌施肥模式除了考慮灌水量和施肥量因素外，田間滴灌布置方式對(duì)其也有重要影響。在沙地番茄覆膜滴灌條件下，1 管1 行布置方式其15 cm土層深度土壤含水率大于1管2行布置，且大于30 cm 土層深度，而滴灌帶數(shù)量對(duì)產(chǎn)量沒有顯著影響[11]，增大滴管帶間距是減少滴灌系統(tǒng)投資的重要因素之一[12]，1 管2 行布置比1 管1 行布置滴灌帶長(zhǎng)度減少25%～50%、微管減少33%～55%，可節(jié)省投資35%～41%[13]。【切入點(diǎn)】國(guó)內(nèi)對(duì)設(shè)施番茄滴灌施肥的研究中基本沒有考慮田間滴灌毛管布置方式的影響，國(guó)外主要考慮滴灌布置方式的影響，很少考慮結(jié)合水肥共同作用進(jìn)行研究，而三者對(duì)番茄生長(zhǎng)均有互作效應(yīng)。為此，本研究通過設(shè)施番茄滴灌施肥模式試驗(yàn)，研究設(shè)施番茄不同田間滴灌毛管布置方式、灌水量、施肥量的優(yōu)化配置?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探索水肥一體化滴灌系統(tǒng)模式和設(shè)計(jì)方法，以期為設(shè)施番茄水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐和理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)北區(qū)旱作實(shí)驗(yàn)溫室，位于東經(jīng)108°04'，北緯34°50'。室外年平均氣溫13 ℃，多年平均降水量645 mm，年平均蒸發(fā)量1 500 mm。溫室長(zhǎng)度24.5 m、跨度6 m、高度2.5 m，內(nèi)均分為27 個(gè)測(cè)坑（小區(qū)），測(cè)坑長(zhǎng)2 m、寬1.5 m，深度2 m。測(cè)坑四周及底二四磚砌墻，水泥抹面，不透水；坑內(nèi)土壤為楊凌壤土，體積質(zhì)量1.35～1.40 g/cm3，土壤基本理化性質(zhì)為：pH 值7.86，有機(jī)質(zhì)量1.152%，全氮量0.123%，全磷量0.078%，全鉀量1.850%。

供試番茄品種為毛粉802，為無(wú)限生長(zhǎng)型的中晚熟品種，具有果實(shí)肉厚，不易裂果，品質(zhì)佳，商品性好，坐果力強(qiáng)，產(chǎn)量高等特點(diǎn)。供試氮肥為尿素，含氮46%。

滴灌施肥設(shè)備主要由水源、水表、液壓比例施肥泵、滴灌管和輸配水管道系統(tǒng)等組成。供試用比例施肥泵進(jìn)出水口徑25 mm，流量20～2 500 L/h，水壓0.02～0.3 MPa。采用內(nèi)鑲式滴灌管，管徑d=16 mm，壁厚0.20 mm，工作壓力50～100 kPa，滴頭間距0.30 m，額定流量2.0 L/h。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置田間滴灌毛管布置方式、灌水量和施氮量3個(gè)因素。滴灌毛管布置方式設(shè)為1 管1 行（T1，滴灌管布設(shè)于各植株行）、1 管2 行（T2，滴灌管布設(shè)于2植株行間）和1 管3 行（T3，滴灌管布設(shè)于3 植株行的中間行）3 個(gè)水平。灌水量設(shè)為50% ET0（W1）、70% ET0（W2）和90% ET0（W3）3 個(gè)水平（ET0根據(jù)王健等[14]日光溫室Penman-Monteith 修正公式，估算結(jié)果為310 mm）。參照當(dāng)?shù)厥┓使芾?，施氮肥量設(shè)為120 kg/hm2（N1）、180 kg/hm2（N2）、240 kg/hm2（N3）。采用三因素三水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，共27 個(gè)小區(qū)。番茄幼苗移栽定植時(shí)，按照番茄植株行距50 cm、株距30 cm，南北行向種植。

試驗(yàn)前對(duì)棚室測(cè)坑土地進(jìn)行翻耕、平整。首先按施用量20 010 kg/hm2施入有機(jī)質(zhì)量為43%的有機(jī)底肥，深翻。6 月15 日定植，定植后所有處理均灌定植緩苗水30 mm。之后平均每隔約10 d 灌1 次水，在番茄生長(zhǎng)期間（6 月24 日—9 月25 日）共灌水10次，試驗(yàn)W1、W2、W3處理實(shí)際灌水總量分別為160、220、280 mm。灌水量通過水表計(jì)量控制。不同處理氮肥各等分為10 份，配成肥液，通過液壓比例施肥泵隨灌溉水施入。田施磷肥（120 kg/hm2）全部基施，在結(jié)果期的第1 穗果膨大期和第2 穗果膨大期追施鉀肥（150 kg/hm2），其他管理遵照溫室番茄管理措施進(jìn)行。

根據(jù)番茄生長(zhǎng)特性結(jié)合田間實(shí)地觀測(cè)，對(duì)比番茄生育階段劃分標(biāo)準(zhǔn)，將番茄生育期劃分為苗期（6 月15 日—7 月25 日，包括緩苗期），花期（7 月26 日—8 月5 日），結(jié)果成熟期（8 月6 日—9 月25 日）。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

株高、莖粗的測(cè)定：隨機(jī)選取小區(qū)中不同株行長(zhǎng)勢(shì)正常的3 株植株作為測(cè)定樣本，在植株定植后20 d開始測(cè)量，每間隔15 d 測(cè)1 次。番茄各生育期植株株高用直（卷）尺測(cè)量從植株根部到頂端，莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)植株莖稈子葉節(jié)上面的第1 節(jié)間。

葉面積指數(shù)測(cè)定：采用長(zhǎng)寬乘積法，量出測(cè)坑中樣本植株的每一片綠葉長(zhǎng)和寬，并采用計(jì)數(shù)法記錄測(cè)坑植株數(shù)和樣本植株葉片數(shù)，計(jì)算單株葉面積和葉面積指數(shù)。

光合作用：在天氣晴朗，光照充分的09:00 左右，選取植株樣本上頂葉，采用LI-6400 便攜式光合測(cè)定儀（LI-COR，Lincoln，USA）測(cè)光合作用。

葉綠素SPAD 測(cè)定：選取植株樣本靠近中上部、位置相同的健康葉片，采用手持便攜式SPAD-520 葉綠素測(cè)定儀測(cè)定葉片SPAD 值。

產(chǎn)量測(cè)定：在果實(shí)成熟期，分別采摘每個(gè)小區(qū)成熟果子，用電子天平稱質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄株高莖粗的影響

由表1 可知，番茄株高隨著生育階段的發(fā)展而增高，苗期不同處理株高差異不明顯，平均株高35.6 cm。隨著植株生長(zhǎng)，不同處理的影響差異隨之增大，花期最大株高（T1W3N3 處理）與最小株高（T1W1N1 處理）相差20.7 cm，至結(jié)果成熟期最大株高（T1W3N3處理）與最小株高（T3W1N3 處理）相差32.3 cm，其差異增大了約1/3，且平均株高增加到142.8 cm。

番茄莖粗隨著生育階段發(fā)展而增大，苗期平均莖粗僅有2.8 mm，到結(jié)果期莖粗增加到12.8 mm。處理之間的差異也隨著生育期的發(fā)展而增大，由苗期相差1.0 mm 增大到結(jié)果成熟期最大莖粗（T1W3N3 處理）與最小莖粗（T3W1N3 處理）相差5.7 mm，增大了近6 倍。

表1 分析了不同管道布置方式T、灌水量W 和施氮量N 對(duì)番茄株高、莖粗的顯著性影響。隨灌水量和施氮量的增加，植株株高和莖粗增加，僅在生育后期施氮影響表現(xiàn)不同，N2 處理株高和莖粗最大，N3處理次之，可見適宜的施氮水平可以促進(jìn)番茄生長(zhǎng)，過多過少都會(huì)限制其生長(zhǎng)發(fā)育。不同水氮供應(yīng)模式下苗期（7 月5 日）番茄株高均沒有顯著差異；灌水水平在生育中后期均差異顯著；施氮N2 和N3 水平在結(jié)果初期（8 月5 日）株高沒有顯著差異，其他均有顯著差異。不同灌水水平和施氮水平下植株莖粗均沒有顯著差異，僅灌水水平在生長(zhǎng)中后期差異顯著。相較于灌水因素和施氮因素，毛管布置方式的影響較小。毛管布置方式T1 和T2 水平下花期（7 月20 日）番茄株高和莖粗有顯著差異，而T3 水平與T1、T2 水平除苗期外均差異顯著；不同毛管布置方式對(duì)植株莖粗的影響均沒有顯著差異。

表1 番茄株高莖粗的變化 Table 1 Change of stem length and thick of tomato

2.1.2 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄葉面積指數(shù)LAI 的影響

葉面積指數(shù)是反映作物群體大小的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。如圖1 所示，不同水氮供應(yīng)模式番茄葉面積指數(shù)隨著番茄植株生長(zhǎng)先增大后減小。由于苗期各處理番茄植株葉片較少，且單片葉片葉面積較小，苗期葉面積指數(shù)LAI 平均值僅為1.67，各處理間差異最小，相差僅0.36。隨著生長(zhǎng)，在番茄花期各處理葉面積指數(shù)增長(zhǎng)速度相對(duì)加快，與生育時(shí)間基本成直線增加，到花期LAI 平均值增加到2.47，至結(jié)果初期，葉面積指數(shù)已達(dá)到最大值6.19。之后逐漸減小，到結(jié)果中期番茄植株底部的葉片開始衰亡，葉面積指數(shù)減小為5.46，后期僅為5.01。各處理間差異最大出現(xiàn)在結(jié)果初期，最大值（T1W2N2 處理）與最小值（T3W2N1 處理）相差2.57。

圖1 水氮供應(yīng)模式下番茄葉面積指數(shù)Fig.1 Tomato LAI on water and N-fertilization supply

圖2 水氮供應(yīng)模式下番茄凈光合速率 Fig.2 Tomato Pn on water and N-fertilization supply

2.2 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄生理指標(biāo)的影響

2.2.1 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄光合作用的影響

番茄凈光合速率在整個(gè)生育期呈波浪形變化（圖2），苗期光合作用較弱，平均值6.40 μmol/(m2·s)，花期光合作用增強(qiáng)，平均值基本達(dá)到峰值，15.61 μmol/(m2·s)，且不同處理間差異增大。到番茄結(jié)果期，初期光合作用較強(qiáng)，后期較快速減小，下降幅度最大的是T3W2N1 處理，幅度達(dá)到12.6 μmol/(m2·s)。由表2 可見，在番茄生育期，不同毛管布置方式下光合作用沒有顯著差異。在苗期，不同灌水量水平和施氮量水平光合作用差異顯著，在其他生育階段灌水W1水平和W2、W3 水平有顯著差異，而W2 水平和W3水平間沒有顯著差異，施氮水平結(jié)果類同，僅在結(jié)果中期（8 月20 日）N3 水平與N1、N2 水平差異顯著?？傻?，對(duì)番茄光合影響最大的是灌水因素，隨灌水量的增加，光合作用增強(qiáng)，反映了葉片對(duì)水分狀況的敏感，間接反映了土壤水分對(duì)光合速率的影響。其次是施氮因素，基本表現(xiàn)為隨著施氮量的提高，光合作用增強(qiáng)。而毛管布置方式對(duì)光合影響最小。

表2 番茄光合速率和葉綠素的變化 Table 2 Change of photosynthetic rate Pn and SPAD of tomato

2.2.2 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄葉綠素SPAD 的影響

由表2 可知，在番茄生育期間，不同毛管布置方式下SPAD 沒有顯著差異。在苗期和花期灌水水平W1 和W2 有顯著差異，但W2 和W3 水平無(wú)顯著差異，到結(jié)果末期，不同灌水水平均沒有顯著差異，到結(jié)果末期，不同灌水水平均沒有差異；施氮N2 和N3水平在各個(gè)階段無(wú)顯著差異，但和N1 水平有差異?？梢娺m宜的灌水和施肥即可保證植株代謝和生長(zhǎng)需求，過高灌水（W3）和施氮（N3）并沒有促進(jìn)代謝。同時(shí)，可以得出對(duì)番茄葉綠素量影響最大的是施肥因素，N2 水平葉綠素SPAD 最大，N3 水平次之。其次是灌水因素，同樣表現(xiàn)為W2 水平葉綠素SPAD 最大，W3 水平次之?？梢娺m宜的施氮量和灌水量有利于葉綠素SPAD 值提高。

表3 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄產(chǎn)量的影響 Table 3 Effect on yield of tomato on water and N-fertilization supply

2.3 水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄產(chǎn)量影響

水氮供應(yīng)模式對(duì)番茄產(chǎn)量的影響見表3。灌水因素W 和施氮因素N 對(duì)番茄產(chǎn)量均有顯著性影響，灌水水平W1 和W2 下番茄產(chǎn)量產(chǎn)生極顯著差異，W2和W3 水平差異不顯著；施肥水平N1、N2、N3 均差異顯著，N1 和N2 以及N2 和N3 水平均沒有極顯著差異，但N1 和N3 水平之間差異極顯著。不同毛管布置方式T1、T2、T3 水平均沒有極顯著差異，而T2 和T3 水平產(chǎn)生顯著差異。由極差分析可得，產(chǎn)量極差最大的是灌水因素，為18 237.2 kg/hm2，其次為施氮因素，毛管布置方式最小，僅為4 706.5 kg/hm2，比較可知，獲得番茄高產(chǎn)的灌水量因素、施氮肥模式以及毛管布置方式的最優(yōu)水平組合為W2、N3、T2，該處理平均產(chǎn)量最高，為107 104.0 kg /hm2。

柯布-道格拉斯（Cobb-Douglas）生產(chǎn)函數(shù)模型運(yùn)用數(shù)學(xué)的方法來描述生產(chǎn)過程中變量與變量之間的依存關(guān)系，表達(dá)多種投入因素對(duì)產(chǎn)量的影響程度。研究中由于毛管布置方式對(duì)番茄產(chǎn)量沒有顯著影響，因此以灌水量（W）和施氮量（N）為自變量，蕃茄產(chǎn)量為因變量，通過邊際分析，建立Cobb-Douglas 模型為：

式中：Y 為產(chǎn)量（kg/hm2）；W 為灌水量（mm）；N為施氮肥量（kg/hm2）。

在試驗(yàn)條件下，灌水量的生產(chǎn)彈性大于施氮肥量的生產(chǎn)彈性，即灌水量每增加1%，番茄產(chǎn)量增加約37%，施氮肥量每增加1%，番茄產(chǎn)量增加約30%?？梢妼?duì)番茄產(chǎn)量的影響，灌水因素大于施肥因素。

3 討 論

灌水對(duì)番茄株高、莖粗和葉面積指數(shù)等生長(zhǎng)指標(biāo)均有顯著影響，且影響大于施肥因素，株高和莖粗均隨灌水量和施氮量的增大而增大，葉面積指數(shù)隨著番茄植株生長(zhǎng)先增大后減小。袁宇霞等[4]、張燕等[7]、王秀康等[9]研究結(jié)果均表明，增加灌水量和施肥量可以顯著提高番茄株高、莖粗、葉面積和產(chǎn)量，但施肥量過高也不利于番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高。而賈宋楠等[10]研究發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)條件下施肥量對(duì)設(shè)施番茄葉片數(shù)影響不顯著，與株高和葉面積正相關(guān)，但因試驗(yàn)中施肥處理不同，施肥量與莖粗成負(fù)相關(guān)。同時(shí)，番茄生長(zhǎng)指標(biāo)也受其生育時(shí)期的影響而不同，張燕等[7]發(fā)現(xiàn)生育前期不同水肥處理莖粗無(wú)顯著差異，至生育末期出現(xiàn)顯著差異。

設(shè)施番茄的光合作用在花期達(dá)到最強(qiáng)，受灌水和施肥模式的影響差異顯著，且影響最大的是灌水因素，隨灌水量的增加，光合作用增強(qiáng)，其次是施肥水平，基本表現(xiàn)為隨著施肥水平的提高，光合作用增強(qiáng)。袁宇霞等[4]、張燕等[7]也發(fā)現(xiàn)增加施肥量和適當(dāng)上調(diào)灌水下限可以顯著提高番茄的光合速率和產(chǎn)量。而番茄葉綠素水平受施氮肥量影響較大，其次是灌水因素。研究發(fā)現(xiàn)適宜的灌水和施肥有利于葉綠素SPAD值提高，過高過低都會(huì)影響葉綠素水平。

與王秀康等[9]研究結(jié)果相同，灌水因素和施肥處理對(duì)番茄產(chǎn)量影響均差異顯著。在現(xiàn)有地力和生產(chǎn)力水平下，對(duì)番茄產(chǎn)量的影響，灌水因素大于施肥因素，灌水量每增加1%，番茄產(chǎn)量增加約37%，施肥量?jī)H使產(chǎn)量增加不足30%。而邢英英等[8]認(rèn)為水、肥是作物生長(zhǎng)的2 大影響因子，不合理的灌溉與氮肥量不僅難于增加產(chǎn)量，還會(huì)使土壤累積硝態(tài)氮，造成環(huán)境污染。產(chǎn)量和植株氮素吸收量均與灌水量和施氮肥量正相關(guān)，增加施肥量帶來的增產(chǎn)效應(yīng)大于灌水。賈宋楠等[10]研究得出施肥量對(duì)秋冬茬設(shè)施番茄單果質(zhì)量具有負(fù)效應(yīng)，果實(shí)產(chǎn)量隨著施肥量增加呈先上升后下降的拋物線趨勢(shì)，即適量施肥可提高產(chǎn)量及水分利用效率。造成以上不同研究結(jié)果的原因均與具體的實(shí)驗(yàn)條件控制及當(dāng)?shù)氐牡亓λ降纫蛩赜嘘P(guān)。

不同毛管布置方式下番茄生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量均沒有極顯著差異。1 管3 行毛管布置灌水不均勻，影響番茄植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量，而1 管1 行和1 管2 行布置方式在產(chǎn)量上沒有顯著差異。由于受當(dāng)?shù)赝寥馈h(huán)境等具體條件影響不同，這與Mbarek 等[15]的研究不同。Mbarek 等[15]研究了滴灌技術(shù)不同毛管布置方式對(duì)溫室番茄產(chǎn)量的影響，得出1管2行產(chǎn)量最高。而Satpute等[13]研究了沙壤土滴灌帶鋪設(shè)方式和種植結(jié)構(gòu)對(duì)番茄產(chǎn)量和系統(tǒng)投資的影響，認(rèn)為種植結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)量沒有顯著影響，而1 管2 行布置比1 管1 行布置可節(jié)省投資35%～41%。因此綜合考慮田間鋪設(shè)的管道數(shù)量和投資，1 管2 行較1 管1 行節(jié)約用管，結(jié)合不同毛管布置方式對(duì)番茄生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響等因素，1 管2 行是最佳毛管布置方式。

4 結(jié) 論

1）隨灌水量和施氮量的增加，番茄株高和莖粗增大，光合作用增強(qiáng)，灌水對(duì)株高、莖粗、光合作用的影響明顯大于施氮影響。葉面積指數(shù)LAI 呈先增大后減小的趨勢(shì)。適宜的灌水和施氮有利于葉綠素SPAD 值提高。

2）灌水因素和施氮模式對(duì)番茄產(chǎn)量影響顯著，且灌水因素大于施氮因素。獲得番茄高產(chǎn)的灌水量因素、施氮模式以及毛管布置方式的最優(yōu)水平組合為W2（70%ET0）、N3（240 kg/hm2）、T2（1 管2 行）。