设施菜田不同灌溉条件下肥料试验研究分析 生物农业学专业

目录1前言 11.1研究背景 11.2国内外水肥一体化技术应用现状 21.3本研究的目的及意义 32试验材料及方法 32.1试验区基本状况 32.2试验方案 42.3试验管理 42.4测定指标及方法 43结果与分析 53.1不同处理对土壤地温的影响 53.2不同处理对土壤养分的影响 53.1.1不同处理对土壤硝态氮的影响 53.2.2不同处理对土壤有效磷的影响 63.2.3不同处理对土壤水溶性磷的影响 73.2.4不同处理对土壤pH的影响 73.2.5不同处理对土壤水溶性盐总量的影响 83.3不同处理对蕃茄产量的影响 84讨论 94.1水肥一体化技术对环境的保护作用 94.2水肥一体化技术肥料利用率的促进作用 94.3水肥一体化技术对设施菜田的增产作用 95结论 9参考文献 10致谢 12附录1：相关英文文献 12附录2：英文文献中文译文 12摘要水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术。本研究通过研究不同灌溉条件下设施菜田土壤地温、土壤中硝态氮含量、土壤中有效磷、水溶性磷含量、土壤中水溶性盐含量、土壤PH值变化情况以及设施农田农作物的产量以判断不同灌溉条件对农作物利用肥料的影响情况。结果表明，同漫灌施肥法相比，滴灌施肥法能提高设施菜田土壤地温0.5℃-1℃，而且滴灌施肥法能明显降低土壤中硝态氮和水溶性盐含量，能大大提升土壤中有效磷和水溶性磷的含量，但对土壤PH值的影响不大。在各处理组中，A-1处理（6天灌1次，灌溉定额为12m3/亩/次）的番茄产量最高，说明滴灌施肥技术具有很好的防污染、提高肥料利用率和增产作用。关键词：设施菜田；水肥一体化；硝态氮；有效磷ABSTRACTFertigationtechnologyisintegratedintoirrigationandfertilizationofagriculturaltechnology.Thisresearchthroughresearchundertheconditionsofdifferentirrigationsoiltemperature,soilnitratenitrogen,effectivephosphorusinsoil,watersolublephosphoruscontent,watersolublesaltcontentofsoils,soilpHchangesandfacilityfarmlandcropyieldtojudgedifferentirrigationconditionsoncroputilizationoffertilizereffect.Theresultsshowthat,comparedwithfloodirrigationfertilizationmethod,dripirrigationfertilizationcouldimprovesoiltemperature0.5℃to1℃,anddripirrigationfertilizationmethodcansignificantlyreducethenitrateinthesoilandwatersolublesaltcontent,dripirrigationfertilizationmethodcangreatlyenhancetheeffectivephosphorusinsoilandwatersolublephosphoruscontent,buthaslittleeffectonsoilpH.Ineachtreatmentgroup,A-1treatment(6days1timesirrigation,irrigationquotais12m3/mu/time)havethehighestyieldoftomato,descriptionofdripfertigationhasgoodantipollution,improvingtheutilizationratioofthefertilizerandincreaseproductioneffect.Keywords：Greenhousevegetables;Fertigation;Nitratenitrogen;Availablephosphorus设施菜田不同灌溉条件下肥料试验研究1前言1.1研究背景水资源短缺、供水不足是21世纪人类面临的全球性问题之一。随着全球人口的急剧增长和世界经济的快速发展，水资源遭到了严重破坏。从1950年到2000年，世界人均水资源占有量减少了25%[1]。我国人口占世界总人口的22%，淡水资源占世界淡水资源总量的8%，居世界第六位，但人均淡水拥有量仅占世界人均淡水拥有量的1/3，居世界109位，是世界上13个缺水国之一[2,3]。同时，我国也是世界肥料消费大国，1997～1998年度，我国化肥和氮肥消费总量均居世界首位，分别占世界消费总量的26.2%和28.7%[4]。目前，我国按可耕地和多年生作物面积计算的施肥水平为266kg/hm2，远超过世界平均水平的91kg/hm2，在联合国农粮组织（FAO）所统计的162个国家中居第10位[5]。而且我国化肥利用效率极低，据相关资料显示，目前我国氮肥利用率为30%～50%，磷利用率为10%～25%，钾利用率约50%[6,7]。如此低的肥料利用率不仅造成了资源和能源的大量浪费，还引发了一系列的环境问题。在菜田施肥中对肥料可溶性能的特殊要求是灌溉用肥的最显著特点，以氮、磷、钾三营养元素为例：氮肥基本上来源于合成氨工业，溶解性能良好；钾肥主要来源于可溶性的无机盐；但磷肥都来源于磷矿石，磷矿的主要成分是氟磷酸钙(Ca5F(PO4)3)，还有许多其它杂质，这些杂质和磷矿分解过程中产生的石膏或多或少的会带入肥料中，从而导致大多数磷肥品种不能用于灌溉施肥。如果去掉这些杂质，又会使肥料价格大幅度攀升。目前国内外灌溉施肥专用肥大部分采用高纯度的磷酸一铵和磷酸二氢钾作磷源，价格昂贵，很难被中国农民接受，不适合大面积推广；许多地方用磷肥作基肥，只对氮肥和钾肥进行灌溉施肥，没有彻底解决磷肥的灌溉施肥问题。由此可见，我国水肥资源紧缺，农业生产中水肥资源消耗巨大，已经成为制约我国农业健康发展的重要因素。因此，发展现代农业，必须要解决水肥利用问题。水肥一体化技术能够实现水分和养分的综合协调及一体化管理，不但能够有效提高水肥利用效率，还能够提高农作物产量，提高农业的综合生产力，因此，大力发展水肥一体化是加快推进现代农业的战略选择[8]。1.2国内外水肥一体化技术应用现状水肥一体化技术是“以水调肥”和“以肥促水”的水肥耦合的农业新技术。水肥一体化滴灌是借助压力系统或地形自然落差将可溶性固体或液体肥料，按土壤养分含量和作物不同种类和生长阶段的需肥规律和特点，将配兑成的肥液与灌溉水一起在可控管道系统使水肥相融后，通过管道和滴头形成滴灌，均匀、定时、定量，浸润作物根系发育生长区域，把水分、养分定时定量、按比例直接提供给作物，使根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量[9-11]。该技术强调水肥两大因素的协同互作效应，具有显著的省水、省肥、省药、省时省工和高产高效等特点[12]。水肥一体化技术能够使作物根系区土壤始终保持疏松和适宜含水状态，减少水分的下渗和蒸发，节水率为30%~40%[13]；该技术还实现了平衡施肥和集中施肥，减少了肥料的挥发、流失以及养分过剩的损失，与传统施肥相比节约肥料35%~42%[14]；将该技术应用于设施菜田后，灌溉水量和蒸发量相对减少，棚内空气湿度明显降低，从而减少了了作物病虫害的发生，减少了农药投入，据相关统计平均每亩农药用量减少15%~30%[15]；水肥一体化技术减少了人工开沟、撒肥的过程，同时也减少了除草、喷药等用工，劳动效率大大提高；而且将该技术应用于设施菜田后，能够按照作物需求均匀、协调地供给蔬菜水肥，蔬菜产量可增加10%~20%，蔬菜品质也得到明显改善[16]。水肥一体化技术由于节水节肥、增产增效、生态环保效益显著，在发达国家得到了广泛应用。以色列普遍推行了测墒灌溉自动控制水肥一体化系统，目前水肥一体化应用面积达到90%以上；美国是目前世界上微灌溉面积最大的国家，60%的马铃薯、25%的玉米和33%的果蔬均采用水肥一体化技术，用于水肥一体化的肥料站占肥料总量的38%；澳大利亚2006年设立了100亿澳元的国家节水计划用于发展灌溉设施和水肥一体化技术；此外，水肥一体化技术发展较快的国家还包括西班牙、意大利、法国、印度、日本和南非等国家。第六次国际微灌资料显示，从1981年到2000年世界微灌面积增加了633%，平均每年增加33%，达到373.3万hm2。同发达国家相比，我国水肥一体化技术还处于起步阶段。在乌鲁木齐举办的农业论坛上，农业部全国农技推广服务中心节水处处长高祥照介绍，据不完全统计，截至2010年，我国水肥一体化技术应用面积仅153万hm2，其中新疆占127hm2，大多数省份水肥一体化技术应用还相当滞后[17]。按照全国0.6亿hm2的灌溉面积计算，目前我国水肥一体化技术应用比例仅有2.87%。但是我国适宜发展水肥一体化的作物面积非常广泛，我国有0.1亿hm2果园，其中18.1%的果园有灌溉条件，面积180万hm2，，完全可以发展水肥一体化技术；我国蔬菜种植面积0，18亿hm2，大部分有灌溉条件，也可以发展水肥一体化技术；另外，我国还有0.3亿hm2玉米、0.11亿hm2马铃薯、0.17亿hm2甘蔗，这些大田作物也都适宜推广水肥一体化技术。因此，水肥一体化技术在我国具有很大的发展空间。1.3本研究的目的及意义天津市属于重度资源型缺水地区，区域性、季节性、水质性缺水的特点尤为突出[18]。随着经济社会的发展，天津市农业用水和城市用水之间的矛盾日益突出。设施种植属于高耗水产业，水资源紧缺成为了天津市设施农业发展的瓶颈，所以发展节水型高效农业是天津市设施农业可持续发展的必由之路。因此，本研究针对天津市设施菜田水肥管理的现状，研究滴管和漫灌条件下作物对肥料的利用效果以及土壤环境的变化，从而为天津市设施菜田水肥管理提供理论依据和指导方针，具有重要的现实意义。2试验材料及方法2.1试验区基本状况2006年武清全区设施蔬菜面积9.38万亩，约占菜田面积的40%，其中温室2.63万亩，大棚1.77万亩，中小棚4.98万亩，分别占设施蔬菜面积的28%、19%和53%。全区有农用机井5650眼，防渗渠道3107公里，2006年有效灌溉面积为111万亩，有效灌溉率为82.5%。武清区蔬菜产业设施化程度不是很高，60%的菜田为露天生产，设施档次较低，以中小棚为主，温室、大棚面积仅占设施蔬菜面积的46.9%，而且养分投入偏高，对地下水和地表水的影响很大大，因此在武清区设施菜田开展养分调控具有重要的现实意义。本研究于武清区北部无公害生产基地——大孟庄镇后幼村进行，经度116°57′51.87″-116°58′27.03″，纬度39°32′51.81″-39°33′8.24″。设施菜田面积200亩，种植制度以黄瓜-番茄为主。试验地施肥量高，地力水平较高，土壤质地中等。总体来看，土壤中有效磷含量偏高，试验区土壤具体理化性状如表1。表1试验区土壤基础养分状况指标有机质全氮有效磷速效钾水溶性盐质地g/kgg/kgmg/kgmg/kgg/kg指标值18.52.32339.31320.943.94中等2.2试验方案试验分A-1、A-2、B、C、CK五个处理，每个处理在移栽定植前畦灌或沟灌一次透水，灌溉定额为40m3/亩/次；定植到幼苗长出7-8片真叶展开、第一花序现蕾后，畦灌或沟灌一次透水，灌溉定额为40m3/亩/次，不施肥；开花至第一果穗直径2-3cm前，灌小水，即滴灌1次，灌溉定额为12m3/亩/次。第一穗果膨大到“乒乓球”大小至试验结束，各试验组灌溉定额按照以下方案进行，如表2。表2试验分组及结果期灌溉方案分组灌溉期灌溉频率灌溉定额总定额A-1结果期6天灌1次12m3/亩/次200m3/亩A-23天灌1次6m3/亩/次200m3/亩B6天灌1次13.8m3/亩/次240m3/亩C6天灌1次10.2m3/亩/次180m3/亩CK10天灌1次40m3/亩/次300m3/亩试验设施菜田按照中等施肥原则设计施肥方案，其中基肥方案为有机肥5m2，磷酸二铵35公斤，硫酸钾25公斤；追肥方案按照目标产量6000kg/亩的原则设计，滴灌施肥按照每6天灌水施肥一次设计，总计约20次，每次追肥为尿素1.0kg/总滴灌畦，圣诞水溶肥2.5kg/总滴灌畦；漫灌施肥按照每10天灌水施肥一次设计，总计约10次，每次追肥为尿素6.0kg/总漫灌畦，硫酸钾3.0kg/总漫灌畦，磷肥5-10kg/总漫灌畦。2.3试验管理试验种植作物为番茄，6t/亩，株距40cm，大行距140cm，每畦双行内的行距40-50cm，畦南北向6.45m，东西向宽1.4m，共63个畦。整棚种植有效面积563.89m2（折合0.85亩），其中滴灌0.62亩，漫灌0.23亩。追肥、灌水根据当时习惯进行管理，病害防治按照传统管理进行。试验于2011.8.10整地，8.20定植，并分别于8.10、10.5、11.20分别采集0-30、30-60、60-90、90-120cm深度土壤样品，用于土壤中硝态氮、有效磷、水溶性磷、水溶性盐、土壤PH及地温等指标的测定。2.4测定指标及方法土壤地温用地温计测定；土壤PH值采用PH计测定，水土比为2.5：1[19]；土壤硝态氮采用紫外风光光度法测定；土壤有效磷采用钼锑抗比色法测定；土壤水溶性磷采用蒸馏水浸提，钼锑抗比色法测定[20]；土壤水溶性盐按照《土壤农化分析》中的方法进行测定，水土比为5：1[21]。所得数据采用EXCEL软件进行分析处理。3结果与分析3.1不同处理对土壤地温的影响温度对农作物的生产具有很大影响，而地温是改变植物所受温度变化的基础，是植物保持根系活力的重要因子，对农作物的生长和产量有很大影响[22]。本研究结果显示，不同试验期滴灌施肥方式能明显提高不同土层深度的土壤地温，与漫灌施肥方式相比提高幅度在0.5℃-1℃，说明采用滴灌施肥方式具有良好的保温升温作用，但这种升温效果在5-10cm土层效果更明显，如表3。表3不同灌溉施肥方式对土壤地温的影响（℃）采样日期分组测定深度（cm）51015202512月1日A-21313.5141414.5CK1212131414.512月7日A-211.511.5121212.5CK111111.512.512.512月12日A-21313.514.514.515CK12.512.513.514.514.512月15日A-21212.513.51414.5CK11.511.512.513.51412月20日A-212.512.513.51414.5CK1212131414.512月25日A-21313.514.514.515CK12.512.51415153.2不同处理对土壤养分的影响3.1.1不同处理对土壤硝态氮的影响氮肥施入土壤，大部分是以土壤无机氮的形式存在，NO3--N是土壤无机氮的主要组成成分[23]。硝态氮由于带负电荷而成为氮素淋溶的主要形式，在土壤中不易被吸附，很容易随水向下淋溶，在降雨和灌溉时发生随水运移淋市失，大致地下水污染，特别是浅层地下水更容易受到污染[24]。本研究结果显示，同漫灌施肥方式相比，滴灌施肥方式能大大降低土壤各层硝态氮的含量，说明滴灌施肥能明显提高农作物对氮肥的利用率，减少硝态氮在土壤中的沉积和对地下水的污染，如表4。3.2.2不同处理对土壤有效磷的影响在农业生产系统的应用中，磷是其中一个最重要的营养素，有助于提高作物产量[25]。但在实际生产过程中，人们为了追求经济效益，在设施菜田上盲目使用磷肥，导致磷素在土壤中的过度沉积[26]。本研究结果显示，在中等施肥方案表4不同处理对土壤硝态氮含量的影响采样日期采样深度（cm）硝态氮含量（mg/kg）A-1A-2BCCK10月29日0-30101.9287.8381.3854.43221.0330-6084.3588.6985.6969.02118.6960-9081.2581.84109.1275.75174.6090-12079.4474.1987.1575.8680.9812月1日0-3082.79128.9972.77114.97177.7130-6075.11111.5783.3672.60133.0660-9078.1396.8885.0388.01121.9590-12070.2252.2265.7647.85122.4912月28日0-3076.9666.4187.1393.35159.6330-6066.6054.8460.6169.50110.2460-9097.0094.13104.0474.16104.0990-120174.14122.7975.42117.6579.19的基础上采用水肥一体化技术大大减少了土壤中磷素的沉积，改善了试验区土壤中磷素水平偏高的局面。总体来看，采用滴灌施肥方式的土壤中有效磷含量整体上高于漫灌施肥方式，如表5。说明采用水肥一体化技术可以减少设施菜田生产过程中的磷肥投入量，提高磷肥的利用效率，具有明显的经济效益。表5不同处理对土壤有效磷含量的影响采样日期采样深度（cm）有效磷含量A-1A-2BCCK10月29日0-30120.2293.13124.21110.82114.6530-6030.8261.9032.5764.6142.6160-905.0029.8616.8025.7227.4790-1205.8014.577.0817.916.6012月1日0-3097.2787.5593.77153.0579.5930-6063.3334.9623.0158.2349.4760-9014.7318.7113.1315.0411.0690-1206.927.550.3813.458.6712月28日0-30111.62126.12130.4291.70102.6930-6082.1464.4530.1834.9673.6960-9031.3030.3421.9048.3536.4090-12034.3310.4216.16100.9414.093.2.3不同处理对土壤水溶性磷的影响一般农作物主要吸收的磷肥为正磷酸盐（H3PO4），也能吸收部分偏磷酸盐（HPO3）和焦磷酸盐（H4P2O7），正磷酸盐水解产生H2PO4-、HPO42-、PO43-，而作物主要吸收H2PO4-和HPO42-，这两种形态的磷肥称作有效磷，其中含有H2PO4-形态的磷肥称为水溶性磷[27]。在复混（合）肥料国家标准GB15063-2011中明确规定了水溶性磷占有效磷的百分率，可见水溶性磷的重要性。由表6可以看出，与漫灌施肥法相比，采用滴灌施肥法可以提高土壤中，特别是深层土壤（90-120cm）中有效磷的含量，说明滴灌施肥可以提高肥料中水溶性磷的利用率，从而提高农作物对磷肥的利用，在各试验处理中，尤以处理A-1的效果最好。表6不同处理对土壤水溶性磷含量的影响采样日期采样深度（cm）水溶性磷含量A-1A-2BCCK10月29日0-3099.7172.1379.2164.4279.0730-6015.4226.1513.8935.4414.2760-908.4318.207.9511.168.9190-1207.7610.448.7210.687.9512月1日0-3057.6150.6751.2560.6350.8630-6018.5311.787.8512.6416.6760-909.876.997.3810.347.9590-1209.298.726.517.477.7612月28日0-3060.4464.0858.2456.6165.0430-6022.2233.438.8111.3034.1060-909.2910.067.289.2011.1190-12013.897.766.807.387.763.2.4不同处理对土壤pH的影响土壤酸化，养分积累是菜地土壤的重要特征，土壤PH值下降的主要原因是过度施肥造成的[28,29]。本实验结果显示，不同处理组对土壤PH值的影响不大，整个试验期不同土层的PH值均在7.1-7.5之间，说明不同灌溉施肥方式对土壤的PH值没有很大影响，进一步印证土壤PH值的变化可能跟施肥的数量以及种类相关。表7不同处理对土壤PH值的影响采样日期采样深度（cm）PH值A-1A-2BCCK10月29日0-307.297.387.397.337.0830-607.457.517.377.117.3260-907.727.437.427.447.4490-1207.467.356.707.537.5712月1日0-307.267.347.417.227.2230-607.377.487.407.526.8560-907.497.297.417.407.4090-1207.547.357.397.467.3212月28日0-307.397.267.307.327.2830-607.237.437.537.577.3460-907.517.547.367.337.3690-1207.227.327.417.287.353.2.5不同处理对土壤水溶性盐总量的影响设施菜田的蔬菜种植属于高密度种植，土地休耕时间短，化肥使用多，导致土地盐渍化程度严重[30,31]。由本试验结果可以看出，采用水肥一体化技术明显降低了试验区土壤中水溶性盐的含量。在各处理中，滴灌施肥法的效果优于漫灌施肥法，滴灌施肥法各处理间没有显著性差异，如表8。说明采用水肥一体化技术能够改善设施菜田盐渍化问题，而尤以滴灌施肥法效果更好。表8不同处理对土壤水溶性盐总量的影响采样日期采样深度（cm）水溶性盐总量（g/kg）A-1A-2BCCK10月29日0-301.141.161.020.732.0830-600.951.041.060.851.0760-900.981.081.320.931.5690-1200.971.031.200.941.1112月1日0-300.861.350.911.152.1030-600.851.130.700.871.5660-900.931.140.901.021.2590-1200.840.910.920.901.4412月28日0-301.050.821.061.121.9030-601.030.830.890.941.3760-901.191.171.261.021.2890-1201.251.341.111.271.253.3不同处理对蕃茄产量的影响水肥一体化技术提高设施菜田农作物产量的作用已经有很多报道。本研究结果显示，在个处理组中，漫灌施肥法的设施菜田番茄产量最低，为5000kg/667m2，在滴灌施肥法中以A-1和A-2两个处理的效果较好，番茄产量分别为8000kg/667m2和7800kg/667m2，如图1。这进一步验证了水肥一体化技术对农作物的增产效果。4讨论4.1水肥一体化技术对环境的保护作用在现代农业生产中，人们为了追逐经济效益，往往大量使用肥料，不仅导致资源的浪费，还造成环境的污染，不利于现代绿色生态农业的发展，特别是硝态氮对地下水的污染和过度施肥引起的设施菜田盐渍化问题近年来越来越引起人们的广泛关注。本研究结果显示，采用水肥一体化技术能够明显降低土壤中硝态氮的过度积累和土壤中水溶性盐的含量，对于保护地下水、防止设施菜田盐渍化的发生和保护生态环境具有重要意义。4.2水肥一体化技术肥料利用率的促进作用在农业生产中，磷素作为最重要的一个要素对农作物的产量具有重要促进作用，但磷肥利用率低下是制约农业生产的一大重要因素。本研究结果显示，采用水肥一体化技术能明显提高土壤中有效磷及水溶性磷的含量，对于提高磷肥的利用率，节约肥料成本具有重要意义。4.3水肥一体化技术对设施菜田的增产作用灌溉方式和施肥技术的发展其最终目的还是促进农业生产的发展。从本研究的结果来看，水肥一体化技术特别是滴灌施肥法能明显提升土壤地温，对农作物的生长提供了良好的环境条件，而且水肥一体化技术提高了磷素等多种营养素的吸收利用，为农作物的发育提供了良好的物质条件，最终提高了农作物产量，特别是滴管施肥法的效果更为明显。5结论（1）滴灌施肥方式能够明显提高设施菜田土壤地温，与漫灌施肥方式相比提高幅度在0.5℃-1℃。（2）水肥一体化技术能明显降低设施菜田土壤中硝态氮和水溶性盐的含量，并且滴灌施肥法的效果优于漫灌施肥法；水肥一体化技术能明显提高设施菜田土壤中有效磷含量和水溶性磷的含量，并且滴灌施肥法的效果优于漫灌施肥法；在施肥方案确定的前提下，水肥一体化技术对设施菜田土壤中的PH值没有明显影响。（3）采用滴灌施肥技术能明显提高设施菜田的番茄产量，其中以6天灌1次，灌溉定额为12m3/亩/次（A-1）效果最优，产量为8000kg/667m2。【参考文献】[1]张承林，彦彪．灌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