化学联合调控对设施番茄生长和水分利用效率的影响

金建华，周青云，王仰仁，郑志伟，韩娜娜

(天津农学院水利工程学院，天津 300384)

0 引 言

水资源匮乏成为制约我国农业可持续发展的重要因素，水资源的紧缺与设施农业用水多的矛盾日益突出，仅发展工程性节水措施已不能满足需要，必需发掘非工程抗旱节水措施。化学抗旱节水技术是基于水肥调控的一项重要旱地农业技术[1]，具有易实施、投入小且见效快等优点，是一种新的农艺综合节水技术。保水剂(SAP)是一种由树脂制成的高分子聚合物，具有超强吸水保水能力，可吸收自身质量数百倍至上千倍的纯水[2]，并可反复吸水，吸水后的水凝胶可缓慢释放水分供作物利用，从而提高灌水、降水的土壤入渗速率，增加水分利用效率[3]。黄腐酸(FA)是腐植酸的一种，褐色，强酸性，易溶于水，生理活性强[1]。喷施FA后，作物叶片气孔开张度缩小，蒸腾强度降低[4,5]，促进作物根系发育[6]，增加叶绿素含量[7]，防止植株早衰[8]，提高水分利用效率和产量[9-14]，对节水农业具有重大意义。目前SAP和FA多用于旱地大田作物和果树[15-17]，且多为单一制剂应用[4，9]，在设施农业上应用较少。化控制剂具有较强的针对性，且功能和节水机理不同，不同制剂作用于“土壤-作物”系统的不同部位，若多种化控制剂集成应用，其作用效果优于单种制剂的应用。因此本研究以设施番茄为研究对象，结合SAP和FA两种化控制剂，研究联合调控对番茄的生长、产量和水分利用效率的影响，为设施农业节水增产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在天津市武清区北国之春农业生态园(东经116°54′，北纬39°36′)进行，年平均降水量606.80 mm，主要集中于夏季，春秋少雨易发生干旱。年平均气温11.6 ℃，年平均日照总时数2 705 m，0～60 cm土壤为中壤土，土壤容重为1.45 g/cm3，田间持水量为28%，肥力均匀，土壤的平均pH为7.56，含盐量为1.84 g/kg，有机质含量为1.56%，有效磷94.57 mg/kg，碱解氮76.88 mg/kg。

1.2 试验材料及施用方法

供试SAP为北京汉力淼公司生产的颗粒状保水剂，粒径为2～4 mm，主要成分为聚丙烯酰胺、有机物质等。采用沟垄施的方法，具体步骤是：①将土地翻耕整平。②用开沟机开沟，沟深30 cm左右，在沟底均匀撒SAP总量的1/2然后将土填回沟内，待填满一半的深度时，用机械将土壤和SAP混合均匀，再撒剩余的SAP，将土全部回填，再次用机械将土壤和SAP混合均匀，整平。最后移植作物即可，SAP用量为60 kg/hm2。

供试FA为新疆汇通旱地龙腐殖酸有限责任公司生产的抗蒸腾剂，FA含量≥ 8% ，有效磷含量≥2% ，含有多种氨基酸和微量元素，呈强酸性。按v(FA)∶v(水)=1∶400进行喷施。使用背负式喷雾器喷施，使FA均匀附于叶片不滴为佳。在整个生育期内喷施两次，开始坐果时喷施第一次，盛果期(第三至四穗果时)喷施第二次，具体喷施时间分别为2017年4月8日和5月25日。

供试番茄品种为“瑞粉882”，2017年3月4日定植，5月17日开始采摘，7月2日拉秧。

1.3 试验设计

本试验采取随机设计，共设5个处理：S处理(仅施用SAP)，F处理(仅施用FA)，SF处理(施用SAP和 FA)，SFL处理(施用SAP和 FA，减少灌水1次)，CK处理(SAP和FA均不施用)，S、F、SF、CK 4个处理的灌水次数和定额完全相同，SFL处理较其他4个处理在6月12日少灌1次水(表1)。每个处理3次重复，小区面积14 m2(5 m×2.8 m)，总共15个小区。采用宽窄行种植，宽行行距1 m，窄行行距0.4 m，株距0.5 m，垄长5.0 m，一个设施大棚内共种植56垄。灌溉方式为膜下滴灌，每行布设1条滴灌带。每6～15 d灌水1次，每次灌水量采用水表计量。

灌水、施肥、病虫害防治、除草、打尖等管理由生态园统一进行。

从番茄定值到拉秧，共灌水10次，3月4日定值后灌定植水50 mm，3月11日灌起身水30 mm。其他各次灌水定额均为20 mm，各处理的灌水情况见表1。

表1 各处理灌水时间及每次灌水量mm

时间/(月日)S、F、SF、CK处理SFL处理0304505003113030032120200411202004212020043020200514202005242020060520200612日20-合计240220

1.4 测试项目和方法

1.4.1 土壤含水率的测定与计算

土壤含水率采用烘干称重法测定，用土钻取土，取土深度为60 cm，分3层(0～20,20～40,40～60 cm)，取回的土样在105 ℃下烘干至恒重，每15 d左右测定一次。

1.4.2 生长指标的测定

在每个小区中随机抽取3株，每个处理3个重复，共9株，测定番茄的株高、茎粗、叶面积。其中株高采用卷尺测定；茎粗用游标卡尺测量；叶面积采用面积法测定，面积法是指将叶片视为规则的矩形，通过测定叶片的最大长度和宽度获得计算叶面积，同时利用叶面积仪测定叶片的实际面积，由此可建立叶片实际面积与计算面积之间的关系，叶片长宽采用软尺测量，实际面积采用AM350叶面积仪测量。所有生长指标15 d左右测定一次。

1.4.3 番茄产量的测定

番茄果实开始采收时，用电子台秤(TMP-500)测番茄质量，每个小区按重复称重单独测产，3天采摘1次。

1.5 数据分析

数据采用Microsoft Office Excel 2016和SPSS22软件进行统计分析。数据为3次重复的平均值。

本文的水分利用效率为灌溉水分利用效率，按下式进行计算：

WUE=Y/I

(1)

式中：Y为番茄产量，kg/hm2；I为番茄耗水量，m3/hm2。

2 结果与分析

2.1 施用SAP和FA对土壤含水率的影响

图1为5个处理的土壤含水率随时间的变化图，如图1所示，在整个生育期内，对照处理土壤含水率始终最低，SF处理最高。初期定植水和起身水灌水定额大，土壤含水率相对较高。在4月8日喷施FA之前，S、SF、SFL三个施用了SAP的处理土壤含水率较F、CK处理高10.0%～14.0%。这主要是由于SAP，在水分充足时吸水膨胀，在干旱条件下释水[3]，提高土壤含水率，起到了土壤“小水库”的作用[18]。另外SAP改善了土壤结构[19]，促进灌水向土壤中充分转化，减少深层渗漏[20]。4月8日第一次喷施FA之后，F处理的土壤含水率开始高于对照处理，这是由于植物吸收的水分中只有1%用于生理代谢和生长发育，99%通过蒸腾损失掉，其中90%是通过气孔损失掉的[21]，喷施FA降低奢侈蒸腾过程中的气孔开度，抑制蒸腾和水分损失，使作物耗水始终维持在较低水平，从而增加土壤中水分。SF处理的土壤含水率最高，较对照处理S、F、CK处理可平均增加5.0%、10.6%、17.0%；S、F处理较CK分别增加13.0%、4.0%。SFL处理在较其他处理少灌1次水的情况下，土壤含水率仍较对照处理CK提高15%。

图1 土壤含水率随时间的变化

2.2 施用SAP和FA对番茄生长速率的影响

图2为番茄生育期内株高变化图，从图2可以看出番茄株高总体呈逐渐递增趋势，并趋于稳定，直至收获，从定植到4月11日增长缓慢，从4月11日开始至5月4日增长速率最大，SF和SFL处理株高最大且二者之间差异不显著，株高的大小顺序是：SFL处理>SF处理>F处理>S处理>CK处理。S、F、SF、SFL较CK处理株高分别增加5.5、7.0、15.1、14.9 cm。SF处理较S、F、CK处理株高增加5.8%、4.9%、9.3%，S、F处理较CK处理分别增加3.3%和4.2%，说明FA和SAP均能显著促进番茄的生长，这是由于FA除具有抗旱节水的功效，还是一种多功能的植物生长调节剂[4，10]，能够促进细胞伸长、刺激作物生长；SAP通过改变土壤水分状况，始终维持在较高水平，促进了番茄的生长。

图2 番茄生育期内株高的变化

2.3 施用SAP和FA对番茄茎粗的影响

茎粗的变化趋势和株高相似，各处理茎粗整体呈逐渐增大趋势，如图3所示，从定植到4月11日茎粗增长速率较慢，且各处理间差异不显著。从4月11日之后快速增长，5月4日以后茎粗增长缓慢，这是由于定值初期番茄生长相对缓慢，4月8日第一次喷施FA之后，FA和SAP的协同影响开始体现[22]。全生育期CK处理茎粗最小，SF和SFL处理茎粗最大，4月25日之前5个处理的茎粗无显著差异，从5月4日开始联合调控处理SF和SFL的茎粗较CK处理以及仅施用FA或SAP的处理有显著增加。SF和SFL处理无显著差异。说明6月12日SFL处理相对其他处理少灌一次水并没对茎粗产生明显影响。

图3 番茄生育期内茎粗的变化

2.4 施用SAP和FA对番茄叶面积的影响

叶面积是作物接受光照和吸收利用光能潜力大小的因素之一。图4为番茄叶面积指数在生育期内的变化，从4月25日开始测番茄的叶面积，番茄的叶面积总体呈先增长后降低的趋势，从4月25日至5月14日叶面积增长速率最大，到5月28日叶面积达到最大值，然后开始降低，这是由于后期叶片开始退化失去功能，叶面积逐渐减小。叶面积峰值从大到小依次为SF处理、SFL处理、F处理、S处理、CK处理，在整个生育期内CK处理的叶面积始终最小，这与杨永辉的研究相符[23]。施加SAP和FA之后显著提高了番茄的叶面积，增加了作物接受光照的能力，促进光合产物形成，有利于产量和水分利用效率的提高。联合施用SAP和FA的SF处理的叶面积较S、F、CK处理分别增加11.7%、12.6%、20.2%，差异显著。S、F处理较CK处理分别增加13.5%、10.7%，差异显著。

图4 番茄生育期内叶面积指数的变化

在生长后期SFL处理较SF处理少灌一次水，但两个处理的叶面积差异不显著。这是由于SFL处理中SAP将储存的水释放出来，使土壤含水率维持在较高水平，没有对叶面积产生明显影响。

2.5 施用SAP和FA对番茄产量和水分利用效率的影响

各处理番茄产量和水分利用效率如表2所示，产量大小依次为：SF处理> F处理> S处理> CK处理，对照处理产量最低，各处理产量之间具有显著差异。联合施用FA和SAP的SF处理较单独施用SAP或FA的S、F处理分别增产8.6%和6.8%，较对照处理CK增产14.1%。单独施用SAP或FA的S、F处理较对照处理分别增产5.1%和6.8%。由试验结果可以看出，SAP和FA均有显著增产作用，联合调控相对对照处理和单一调控均有显著的增产效果。SF处理较SFL处理增产1.1%，两处理间无显著差异，说明SFL处理相对SF处理少灌水1次，并未对产量造成显著影响，这是由于在土壤水分较低时SAP释水供作物生长利用，同时FA降低了番茄的奢侈蒸腾，在二者的作用下，土壤水分仍然维持在较高水平，未对产量造成影响。

表2 不同处理番茄产量和水分利用效率

由表2可以看出，各处理的水分利用效率大小依次为：SF处理> F处理> S处理> CK处理，不同处理间差异显著。联合施用FA和SAP的SF处理水分利用效率为46.6 kg/m3较单独施用FA或SAP的F、S处理分别增加6.8%和8.6%，较对照处理CK增加14.1%。SFL处理少灌水1次，其水分利用效率最高，为50.3 kg/m3，较单独施用FA或SAP的F、S处理分别增加15.2%和17.2%，较对照处理CK增加23.1%。说明SAP和FA均能显著提高水分利用效率，二者联合调控的效果较单一调控显著。SFL处理较SF处理增加7.9%，说明二者联合调控下可以节约灌溉用水，提高水分利用效率。

3 讨 论

土壤水分是影响番茄生长和水分利用效率的重要因素，本研究应用2种化控制剂进行调控，以调蓄土壤水分、促进番茄生长、增加产量和水分利用效率。SF处理的土壤含水率较S、F、CK处理平均增加5.0%、10.6%、17.0%；S、F处理较CK分别增加13.0%、4.0%。朱元浩[24]等采用FA和SAP对玉米联合调控，土壤含水率较不添加任何制剂的对照处理增加12.0%以上，可见对设施番茄而言联合调控对土壤水分的影响较玉米更显著，SAP在土壤水分调控中起关键作用。

SF处理的叶面积较CK处理增加20.2%，与魏琛琛[15]在旱地作物玉米上单独施用SAP时增加了5.4%相比，叶面积增加更多，联合调控促进番茄生长的效果更显著。

本研究中SF处理较对照处理CK，产量提升了14.1%，比S、F处理分别提升了8.6%和6.8%。朱文浩[24]等对旱地大田作物玉米采用FA和SAP进行联合调控，较对照处理CK产量增加了21.3%，较单独施用FA和SAP的处理分别增加了9.3%和11.7%，廖人宽[25]在玉米上同时施用FA和SAP增产21.0%。刘兵[26]对冬小麦联合施用FA和SAP比单独施用SAP和未施加任何制剂的对照处理分别增产10.8%和29.6%。本文与朱文浩、廖人宽和刘兵的研究结果相似，联合调控的增产效果显著优于单一化学制剂调控。设施番茄的增产效果不如旱地大田作物明显，可能是由于整个生育期内番茄的土壤水分总体较高的原因。

4 结 语

(1)SAP和FA的蓄水保墒机理不同，二者联合调控使土壤含水率较S、F、CK处理平均增加5.0%、10.6%、17.0%，SAP在土壤水分调控中起主要作用。

(2)通过生育期内对番茄生长指标的监测分析，可以得出，SAP和FA均能显著增加番茄的株高、叶面积。在灌水相同情况下不同处理株高和叶面积的大小顺序为： SF处理>F处理>S处理>CK处理。

(3)在本试验条件下，SAP 60 kg/hm2，FA 400倍液，喷施两次，灌溉定额为240 mm的SF处理产量最大为111.8 t/hm2，水分利用效率为46.6 kg/m3，较对照处理产量提高14.1%。

本文对设施番茄联合应用SAP和FA蓄水保墒、节水增产效果进行了分析。但是对于不同SAP用量、FA喷施次数、灌水定额下的水分利用效率和增产效果有待进一步研究。