尹志榮，柯 英，蔡進(jìn)軍

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002）

0 引 言1

【研究意義】番茄是一種耗水量較大的作物，當(dāng)番茄產(chǎn)量為160 814.81 kg/hm2時(shí)，全生育期平均灌溉量1 475.00 m3/hm2，追肥量2 156.48 kg/hm2[1]。水資源短缺是當(dāng)今世界性問題，發(fā)達(dá)國家有效用水率可達(dá)80%以上，同時(shí)水分利用效率為2.00 kg/m3，而我國渠灌水和井灌水的有效利用率為40%和60%，水分利用效率不足發(fā)達(dá)國家的1/2[2]。若能將灌溉水利用效率提高到70%以上，則水分利用效率可達(dá)到1.50 kg/m3，節(jié)水1 000 億m3。寧夏地處中國西北部黃河上游，年平均降水量166.90～647.30 mm，水資源北少南多，且差異明顯，年平均蒸發(fā)量1 312～2 204 mm，是黃河流域水資源最為匱乏的區(qū)域之一。近年來，推廣高效節(jié)水灌溉技術(shù)力度逐年增大，滴灌節(jié)水效益顯著，但部分地區(qū)仍存在大水漫灌現(xiàn)象，滴灌有效使用率低[3]。同時(shí)，在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人們崇尚“經(jīng)驗(yàn)主義”，施肥具有主觀性，對肥料種類和施肥量不明確[4]。因此，研究土壤水分、養(yǎng)分供應(yīng)與作物關(guān)系對于番茄水分高效利用、減肥增效至關(guān)重要?！狙芯窟M(jìn)展】目前，關(guān)于番茄水肥耦合的研究較多，并獲得了重要結(jié)論，但仍存在較大差異。如曲兆鳴[5]研究認(rèn)為，優(yōu)化施肥與灌水量的耦合作用使肥料養(yǎng)分釋放特征與番茄對養(yǎng)分的需求特征相匹配，在提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)，提高了水肥利用效率并節(jié)約了水肥資源。王鵬勃等[6]研究發(fā)現(xiàn)，施肥量和灌水量作為單一因子對灌溉水分利用效率的影響極顯著，且水分作用大于肥料作用，而水肥交互作用對水分利用效率的影響不顯著。吳雪等[7]研究指出，灌水量與施氮量、磷肥與鉀肥用量之間存在顯著交互作用，灌水量、氮肥用量過高不利于番茄綜合營養(yǎng)品質(zhì)的提高，合理增施磷肥和鉀肥可有效提高番茄營養(yǎng)品質(zhì)。趙偉等[8]在基礎(chǔ)磷素量較高的土壤上，連續(xù)2 a 減少70%的磷肥用量沒有影響番茄產(chǎn)量，降低番茄對鉀素的奢侈吸收。Singandhupe 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)施氮量小于120 kg/hm2時(shí)，滴灌施肥較溝灌顯著增加了番茄產(chǎn)量和氮吸收量，提高水分和氮素利用效率，并且減少硝酸鹽淋失?！厩腥朦c(diǎn)】前人研究中水肥用量的確定大多僅基于番茄產(chǎn)量品質(zhì)效應(yīng)、植株氮磷鉀素吸收利用等單一指標(biāo)，缺少土壤水分和養(yǎng)分運(yùn)移變化對設(shè)施栽培條件下水肥耦合響應(yīng)的系統(tǒng)探究，尤其在傳統(tǒng)氮磷鉀施肥基礎(chǔ)上，關(guān)于水溶肥及液體有機(jī)肥供應(yīng)特征與作物養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量效應(yīng)更是研究不足，特別是針對溫室番茄追施液體有機(jī)肥適宜用量的研究更鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】為此，以設(shè)施水果番茄為試驗(yàn)材料，研究不同水肥用量下設(shè)施土壤水分和養(yǎng)分的差異及變化，分析番茄產(chǎn)量、水分利用效率與水肥協(xié)同的響應(yīng)關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2021 年2—7 月在寧夏銀川西夏區(qū)平吉堡奶牛場農(nóng)五隊(duì)平吉堡現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園區(qū)（東經(jīng)106°01′，北緯38°24′，平均海拔1 170 m）進(jìn)行。試驗(yàn)地年平均氣溫9.6 ℃，年均日照時(shí)間2 911 h，年總輻射量為5 106 MJ/m2，年均無霜期188 d 左右，年平均降水量196 mm。供試土壤0～20 cm 土層理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)量7.67 g/kg，全鹽量2.34 g/kg，pH 值8.63，全氮量0.65 g/kg，全磷量0.67 g/kg，全鉀量20.30 g/kg，速效鉀量290 mg/kg，速效磷量46.33 mg/kg，平均田間持水率為24.11%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在設(shè)施大棚中進(jìn)行，大棚跨度10 m，長90 m，試驗(yàn)區(qū)面積共75 m2。種植行寬0.60 m，長9 m，種植行兩側(cè)用40 cm 深的黑色塑料防滲膜隔開，每行栽植番茄38 株。2 條種植行間距1 m，地表鋪設(shè)白色地布，方便采摘。選擇品種為水果番茄“亞蔬12 號”為試驗(yàn)材料，于2021 年2 月25 日移栽。常規(guī)打藥、除草等田間管理依照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)灌水水平（W1：當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)滴灌水量4 800 m3/hm2；W2：75%W1，3 600 m3/hm2；W3：50%W1，2 400 m3/hm2），3 個(gè)施肥水平（F1：高肥7 200 kg/hm2；F2：70%F1，5 040 kg/hm2；F3：40%F1，2 880 kg/hm2），詳見表1。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施肥水平、副區(qū)為灌水處理，共9 個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)?；室恢拢袡C(jī)肥9 000 kg/hm2，復(fù)合肥1 200 kg/hm2，苗期不施肥，開花期至生育期結(jié)束進(jìn)行水肥調(diào)控。灌水施肥頻率根據(jù)當(dāng)?shù)毓喔仁┓书g隔設(shè)置，以土壤含水率低于田間持水率的70%作為灌水下限，開花坐果期至結(jié)果后期灌溉施肥頻率為7～10 d/次，可根據(jù)天氣及降水情況隨時(shí)調(diào)節(jié)，試驗(yàn)過程中共灌水施肥11 次，具體灌水施肥時(shí)間如表2 所示。灌水量通過水表計(jì)量控制，不同處理肥液通過液壓比例施肥泵隨灌溉水施入。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Experiment design

表2 番茄生育期灌水施肥時(shí)間表Table 2 Irrigation and fertilization schedule of tomato growth period

供試肥料：開花坐果期施用總氮量17%、P2O5量17%、K2O 量17%且含有微量元素的大量元素水溶肥，果實(shí)膨大期至生育期結(jié)束施用總氮量8%、P2O5量7%、K2O 量36%的大量元素水溶肥，同時(shí)配施含腐殖酸≥30 g/L 的液體有機(jī)肥。供試肥料為翠康碧施大量元素水溶肥和德孚爾滴灌肥。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水率

每次灌水施肥前采用烘干稱質(zhì)量法測定各處理土壤含水率，測定深度為0～100 cm，每20 cm 為1 層。

1.3.2 土壤養(yǎng)分

于番茄營養(yǎng)生長期和收獲期在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3 個(gè)位置采集0～100 cm 土層土壤樣品，測定剖面土壤速效養(yǎng)分。用重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機(jī)質(zhì)；用擴(kuò)散吸收法測定土壤堿解氮；用0.5 mol/L 的NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤中速效磷；用1 mol/L 的NH4OAc（pH 值為7）溶液浸提-原子吸收法測定土壤中速效鉀。

1.3.3 番茄產(chǎn)量及水分利用效率

用電子天平（精度為0.01 g）稱量各小區(qū)每次的采摘量，并在試驗(yàn)結(jié)束后匯總為各小區(qū)產(chǎn)量。水分利用效率采用單位面積番茄總產(chǎn)量與番茄生育期灌水量的比值進(jìn)行計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010 和Surfer 8.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制圖，采用DPS 9.50 進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合對番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表3 可知，果實(shí)成熟初期（5 月），相同灌水量下，番茄產(chǎn)量隨施肥量的減少而減少；相同施肥水平下，如F2、F3 施肥水平下番茄產(chǎn)量隨灌水量的減少先增加后減少，F(xiàn)1 施肥水平下番茄產(chǎn)量隨灌水量的減少而逐漸降低。水肥耦合處理中W1F3 處理產(chǎn)量最低，與W1F1 處理相比，W1F3 處理產(chǎn)量減少64.41%。果實(shí)成熟期（6 月），W1 處理下番茄產(chǎn)量隨施肥量的減少逐漸減少，W2、W3 處理下番茄產(chǎn)量隨施肥量的減少先增加后減少。水肥耦合處理中，W1F3 處理產(chǎn)量最低，W2F2 處理產(chǎn)量最高，為10 969.05 kg/hm2。盛果期（7 月），番茄產(chǎn)量隨施肥量的減少均呈先增加后減少的趨勢；F1 施肥水平下番茄產(chǎn)量隨灌水量的減少而減少，F(xiàn)2、F3 施肥水平下番茄產(chǎn)量隨灌水量的減少先減少后增加，與果實(shí)成熟初期產(chǎn)量隨灌水量的變化規(guī)律相反。該生育期W2F3 處理產(chǎn)量最低，W1F2 處理產(chǎn)量最高。從全生育期累計(jì)產(chǎn)量來看，W1F1 水肥耦合處理產(chǎn)量最高，其次是W3F2 處理。從灌水和施肥角度分別看，W3 處理下番茄的平均產(chǎn)量最高，為38 703.90 kg/hm2，與W1、W2 處理相比，產(chǎn)量分別增加0.22%和10.37%；F2 施肥水平下的番茄平均產(chǎn)量最高，為41 594.25 kg/hm2，與F1、F3 施肥水平相比，產(chǎn)量分別增加4.50%和34.21%；F3 施肥水平下番茄產(chǎn)量隨灌水量的減少呈逐漸增加趨勢。灌水量對不同水肥耦合處理水分利用效率的影響大于施肥量，如F2、F3 施肥水平下的水分利用效率隨灌水量的減少而增加。因此，水肥對產(chǎn)量的影響具有相互協(xié)同、相互促進(jìn)的關(guān)系，合理有效的水肥調(diào)控是實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)肥、高效生產(chǎn)的前提和基礎(chǔ)。

表3 番茄產(chǎn)量及水分利用效率Table 3 Yield and water use efficiency of tomato

2.2 生育期內(nèi)設(shè)施番茄土壤水分運(yùn)移特征

生育期內(nèi)不同水肥處理下0～20 cm 土層土壤質(zhì)量含水率變化如表4 所示。不同施肥水平下各灌水處理的土壤質(zhì)量含水率第1 次峰值出現(xiàn)在6 月6 日，之后隨著生育期的推進(jìn)逐漸降低，至下次灌水后又出現(xiàn)新的峰值，整個(gè)生育期土壤質(zhì)量含水率呈波動(dòng)遞減趨勢。F1 施肥水平下，各灌水處理不同時(shí)期的土壤質(zhì)量含水率變化規(guī)律基本一致，W1、W2、W3 處理間差異不顯著；F2 施肥水平下，6 月6 日，W3 處理與W2 處理土壤質(zhì)量含水率差異極顯著，W2 處理與W1處理差異顯著；7 月6 日，W2 處理與W1 處理差異極顯著，6 月16 日前（即果實(shí)中期），W1 處理土壤質(zhì)量含水率呈先減少后增加再減少的趨勢，W2 處理呈先減少后增加的趨勢，W3 處理呈先增加后減少的趨勢，表現(xiàn)為W3 處理>W1 處理>W2 處理；6 月16日至結(jié)果末期，隨著灌水量的減少土壤質(zhì)量含水率先減少后增加，表現(xiàn)為W1 處理>W3 處理>W2 處理；F3 施肥水平下，各處理的土壤質(zhì)量含水率波動(dòng)規(guī)律又趨于一致，變化甚微無顯著性差異，W2 處理土壤質(zhì)量含水率比W1、W3 處理高4.97%、6.69%。灌水量一致時(shí)，不同施肥水平的土壤質(zhì)量含水率分布不同。W1 處理下，F(xiàn)2 施肥水平的土壤質(zhì)量含水率于5 月18 日、5 月27 日、6 月6 日、6 月25 日、7 月6 日時(shí)與F1 施肥水平土壤質(zhì)量含水率差異顯著，5 月27日、6 月25 日時(shí)與F3 施肥水平土壤質(zhì)量含水率差異顯著，不同時(shí)期F2 施肥水平下的土壤質(zhì)量含水率平均值為18.28%，明顯高于F3、F1 施肥水平；W2 處理下，各施肥水平間土壤質(zhì)量含水率差異不顯著，F(xiàn)1、F2 施肥水平的土壤質(zhì)量含水率變化規(guī)律相同，5 月18 日—6 月16 日土壤質(zhì)量含水率非常接近，6 月16日—7 月15 日平穩(wěn)下降，F(xiàn)2 施肥水平下降幅度較F1施肥水平明顯，F(xiàn)3 施肥水平下的土壤質(zhì)量含水率在6月6 日達(dá)到23.40%，為最高峰值，此后緩慢下降逐漸與F1 施肥水平持平；W3 處理下，不同施肥水平的土壤質(zhì)量含水率在6 月16 日之前變化較為劇烈，隨著時(shí)間的推移變幅減緩，其中F2 施肥水平下的土壤質(zhì)量含水率在5 月27 日與F1、F3 施肥水平土壤質(zhì)量含水率差異極顯著，且其全生育期土壤質(zhì)量含水率平均值最高，為17.33%。由此可見，番茄生育期內(nèi)設(shè)施土壤質(zhì)量含水率的變化規(guī)律受灌溉量、施肥量的協(xié)同影響顯著，本研究中W2 處理的土壤質(zhì)量含水率整體偏高。

表4 0～20 cm 土層土壤質(zhì)量含水率Table 4 Soil quality water content of 0～20 cm soil layer %

圖1為每次灌溉施肥前0～100 cm土體內(nèi)土壤質(zhì)量含水率的時(shí)空分布圖，圖中橫坐標(biāo)為灌水時(shí)間間隔，具體灌水時(shí)間5 月18 日、5 月27 日、6 月6 日、6 月16 日、6 月25 日、7 月6 日、7 月15 日，其中以5 月18 日為第1 天，其他類推。由圖1 可知，F(xiàn)1、F2 施肥水平下不同處理0～100 cm 土層平均土壤質(zhì)量含水率表現(xiàn)為W1 處理>W3 處理>W2 處理，W2 處理下各時(shí)期20、40、60、80 cm 土層均出現(xiàn)明顯的低含水區(qū)，而W3 處理在20、40、60、80 cm 土層出現(xiàn)高含水區(qū)，F(xiàn)2 施肥水平下0～100 cm 土層的平均土壤質(zhì)量含水率較F1 施肥水平增加；F3 施肥水平下，土壤質(zhì)量含水率隨灌水量的減少先減少后增加，表現(xiàn)為W3 處理>W1 處理>W2 處理，W1 處理下土壤質(zhì)量含水率等值線密度隨著土層深度的增加逐漸縮小，60～100 cm土層土壤質(zhì)量含水率穩(wěn)定在16.29%～16.66%之間，灌水量由W2 減少到W3 處理時(shí)，土壤質(zhì)量含水率等值線密度逐漸增多，表明隨著時(shí)間推移不同土層土壤質(zhì)量含水率變化加劇，尤其在7 月6 日W3 處理下60 cm土層土壤質(zhì)量含水率出現(xiàn)了水分高聚集區(qū)，為21.50%。

圖1 土壤質(zhì)量含水率空間分布Fig.1 Spatial distribution of soil quality water content

2.3 水肥耦合對土壤有機(jī)質(zhì)量的影響

由圖2 可知，0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)量高于20～40 cm 土層，拉秧后（8 月6 日）的土壤有機(jī)質(zhì)量高于生長期間（6 月9 日）。F1 施肥水平下，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)量隨灌水量減少先增加后減少，其中W2處理土壤有機(jī)質(zhì)量最高，生長期間土壤有機(jī)質(zhì)量為24.30 g/kg，與W1、W3 處理差異極顯著，拉秧后為29.80 g/kg，W3 處理拉秧后的土壤有機(jī)質(zhì)量增加也較明顯，達(dá)29.00 g/kg，而W1 處理2 個(gè)生育期的有機(jī)質(zhì)量變化極??；20～40 cm 土層有機(jī)質(zhì)量無顯著差異，生長期間在14.60～15.60 g/kg 之間變化，拉秧后W1處理土壤有機(jī)質(zhì)量僅0.20 g/kg 的浮動(dòng)，W2、W3 處理拉秧后土壤有機(jī)質(zhì)量與生長期間相比分別增加28.48%、15.07%。F2 施肥水平下，生長期間0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)量隨灌水量的減少而減少，拉秧后隨灌水量的減少先減少后增加，此時(shí)W3 處理土壤有機(jī)質(zhì)量與W1、W2 處理差異顯著。F3 施肥水平下，0～20 cm土層有機(jī)質(zhì)量差異顯著，20～40 cm 土層有機(jī)質(zhì)量在生長期間及拉秧后均隨灌水量的減少先減少后增加，呈“V”形，W3 處理土壤有機(jī)質(zhì)量平均值最高，為19.88 g/kg。

圖2 土壤有機(jī)質(zhì)量變化情況Fig.2 Changes of soil organic matter

灌水量相同時(shí)，如W1 處理下，生長期間及拉秧后0～20 cm 土層有機(jī)質(zhì)量均隨施肥量的減少先增加后減少，拉秧后F2 施肥水平下的土壤有機(jī)質(zhì)量與F1、F3 施肥水平差異顯著，而20～40 cm 土層有機(jī)質(zhì)量逐漸遞增。W2 處理下，不同施肥水平對生長期間0～20、20～40 cm 土層有機(jī)質(zhì)量產(chǎn)生了顯著影響，隨著施肥量的減少，0～20 cm 土層有機(jī)質(zhì)量生長期間及拉秧后均呈遞減趨勢，生長期間20～40 cm 土層有機(jī)質(zhì)量先增加后減少，拉秧后逐漸遞減；F1 施肥水平下的土壤有機(jī)質(zhì)量最高，尤其在拉秧后F1 施肥水平土壤有

機(jī)質(zhì)量比F2、F3 施肥水平增加55.21%、94.77%。W3處理下，生長期間0～20 cm 土層有機(jī)質(zhì)量隨施肥量的減少而增加，此時(shí)與F1、F2 施肥水平相比，F(xiàn)3 施肥水平下的土壤有機(jī)質(zhì)量分別增加67.42%、60.14%，且F3、F1 施肥水平差異顯著，而拉秧后F1 施肥水平下的土壤有機(jī)質(zhì)量增加明顯，與F2、F3 施肥水平相比，分別增加26.09%、23.40%；2 個(gè)時(shí)期20～40 cm 土層有機(jī)質(zhì)量均為先減少后增加，但拉秧后F2 施肥水平下的土壤有機(jī)質(zhì)量與F3 施肥水平差異極限著，均值表現(xiàn)為F3 施肥水平>F1 施肥水平>F2 施肥水平。

2.4 水肥耦合對土壤堿解氮的影響

圖3 為不同水肥耦合處理土壤剖面堿解氮量。以0～20 cm 土層堿解氮為例（表5），生長期間（6 月9日）W1F3、W2F3、W2F1、W3F2 處理土壤堿解氮量與W1F1處理差異極顯著；拉秧后（8月6日）W1F2、W1F3、W3F1、W3F2、W3F3 處理與W1F1 處理差異也極顯著，W2F1、W2F2 處理與W1F1 處理差異顯著，且土壤剖面堿解氮量較生長期間明顯增加，有積累現(xiàn)象。F1 施肥水平下，W1、W3 處理在生長期間的土壤剖面堿解氮量隨土層深度變化一致，二者0～20 cm 土層堿解氮量與W2 處理差異極顯著，W2處理0～60 cm 土層的堿解氮量較W1、W3 處理增加；拉秧后3 個(gè)灌水處理下的土壤堿解氮量變化規(guī)律也基本一致，且3 個(gè)灌水處理0～20 cm 土層堿解氮量差異均極顯著，表現(xiàn)為W3 處理>W2 處理>W1 處理。F2 施肥水平下，生長期間隨土層深度增加，W1 處理下堿解氮量呈緩慢遞減趨勢，W2 處理呈“M”形變化趨勢，W3 處理呈先增加后減少趨勢，0～100 cm 土層堿解氮量均值表現(xiàn)為W3 處理>W2 處理>W1 處理；拉秧后3 個(gè)灌水處理下的土壤堿解氮量均下降，且3個(gè)處理0～20 cm 土層堿解氮量差異均極顯著，均值表現(xiàn)為W3 處理>W2 處理>W1 處理。F3 施肥水平下，3 個(gè)灌水處理生長期間的堿解氮量變化相似且差異較小，僅W2 處理與W3 處理0～20 cm 土層堿解氮量差異顯著；拉秧后W3 處理與W1 處理差異極顯著，與W2 處理差異顯著，均值表現(xiàn)為W3 處理>W2 處理>W1 處理，但40 cm 以下土層堿解氮量變化不大。

表5 0～20 cm 土層土壤速效養(yǎng)分量方差分析Table 5 Analysis of variance of available nutrient content in 0～20 cm soil layer

灌水量相同時(shí)，不同施肥水平下土壤堿解氮量差異不同。W1 處理下，生長期間F3 施肥水平0～20 cm土層堿解氮量與F1、F2 施肥水平差異顯著，均值表現(xiàn)為F3 施肥水平>F2 施肥水平>F1 施肥水平，20 cm以下土層表現(xiàn)為F1 施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平；拉秧后F1、F2 施肥水平下土壤堿解氮量逐漸降低，0～20 cm 土層堿解氮量與F3 施肥水平差異顯著。W2 處理下，生長期間F1 施肥水平土壤堿解氮量與F2 施肥水平差異顯著，F(xiàn)1 施肥水平以20～40 cm土層為“拐點(diǎn)”先增加后減少，F(xiàn)2 施肥水平呈“M”形變化，F(xiàn)3 施肥水平0～20 cm 土層積累量最高，20 cm土層向下急劇下降后逐漸平穩(wěn)；拉秧后F1、F2 施肥水平下0～20 cm 土層堿解氮量與F3 施肥水平差異極顯著，拉秧后3 個(gè)施肥水平下0～100 cm 土層堿解氮量均值與生長期間均表現(xiàn)為F1 施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平。W3 處理下，生長期間F2 施肥水平土壤堿解氮量較F1、F3 施肥水平增加，F(xiàn)3 施肥水平土壤堿解氮量最低，拉秧后0～40 cm 土層堿解氮量F2、F1 施肥水平基本持平，40 cm 以下土層F1 施肥水平土壤堿解氮積累量高于F2、F3 施肥水平。綜上可知，灌水量、施肥量的不同導(dǎo)致土壤剖面堿解氮量存在差異，過量施肥會(huì)導(dǎo)致0～100 cm 土層堿解氮量增加，但過量灌水容易帶動(dòng)土壤堿解氮向深層遷移導(dǎo)致0～20 cm 土層堿解氮量減小，本研究中，相同施肥量下W2、W3 處理土壤剖面堿解氮的積累量較高，相同灌水量下施肥量不同時(shí)，0～20 cm 土層堿解氮量差異顯著，0～100 cm 土層堿解氮均值表現(xiàn)為F1 施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平。

2.5 水肥耦合對土壤速效磷的影響

圖4 為不同水肥耦合處理土壤剖面速效磷量變化。以0～20 cm 土層土壤速效磷變化為例（表5），生長期間（6 月9 日）除W1F3、W2F1 處理外，其他處理土壤速效磷與W1F1 處理均差異極顯著；拉秧后（8 月6 日）除W1F1、W1F2、W1F3 處理外，W2F1、W2F2、W3F1、W3F2、W3F3 處理與W1F1、W1F2、W1F3 處理差異也極顯著，W2F3 處理僅與W1F1 處理差異極顯著、與W1F3 處理差異顯著，0～40 cm 土層速效磷量積累明顯，40～100 cm 土層變化較小。F1施肥水平下，土壤速效磷量以W2 處理0～20 cm 土層最高，生長期間與W1 處理差異顯著，與W3 處理差異極顯著；拉秧后W2 處理與W1、W3 處理差異均極顯著；20～100 cm 土層速效磷量差異減小，生長期間表現(xiàn)為W1 處理>W2 處理>W3 處理，拉秧后表現(xiàn)為W3 處理>W2 處理>W1 處理。F2 施肥水平下，生長期間以W2 處理土壤剖面速效磷量最高；拉秧后W2、W3 處理0～20 cm 土層速效磷量與W1 處理差異顯著，W3 處理最高，W2 處理次之；20～100 cm 土層速效磷量表現(xiàn)為W2 處理>W1 處理>W3 處理。F3 施肥水平下，生長期間及拉秧后，W2、W3 處理與W1處理0～20 cm 土層速效磷量差異均極顯著，20～100 cm 土層差異較??；隨著灌水量的減少，生長期間土壤剖面速效磷量先減少后增加，表現(xiàn)為W1 處理>W3處理>W2 處理，拉秧后逐漸遞減。

圖4 0～100 cm 土層土壤速效磷量變化情況Fig.4 Changes of available phosphorus of 0～100 cm soil layer

灌水量相同時(shí)，不同施肥水平對土壤剖面速效磷量的影響不同。W1 處理下，生長期間F2 施肥水平0～20 cm 土層速效磷量與F1、F3 施肥水平差異極顯著，拉秧后差異顯著，0～100 cm 土層速效磷量表現(xiàn)為F3 施肥水平>F1 施肥水平>F2 施肥水平；W2 處理下，不同施肥水平0～100 cm 土層速效磷量隨施肥量的減少而減少，生長期間及拉秧后F2、F3 施肥水平與F1 施肥水平差異極顯著；W3 處理下，生長期間F3 施肥水平土壤速效磷量最高，與F1、F2 施肥水平差異極顯著；拉秧后F2 施肥水平0～20 cm 土層速效磷量高達(dá)299.30 mg/kg，與F1、F3 施肥水平差異極顯著，F(xiàn)1、F3 施肥水平速效磷量僅為111.00、125.50 mg/kg，20～60 cm 土層速效磷量差異顯著，表現(xiàn)為F1施肥水平>F2 施肥水平>F3 施肥水平，60 cm 以下土層差異逐漸縮小。整體而言，W2 處理下各施肥水平0～100 cm 土層速效磷量最高，尤其在F1、F2 施肥水平下，0～100 cm 土層土壤剖面速效磷量均值分別為96.68、75.40 mg/kg。

2.6 水肥耦合對土壤速效鉀的影響

由圖5 可知，番茄拉秧后不同水肥耦合處理土壤剖面速效鉀量沒有表現(xiàn)出全部累積增加的趨勢，0～20 cm 土層速效鉀量在生長期間及拉秧后差異極顯著（表5）。F1 施肥水平下，生長期間W2 處理0～100 cm土層速效鉀量最高，其次是W3 處理；3 個(gè)灌水處理0～20 cm 土層速效鉀量差異均極顯著；拉秧后W2、W3 處理0～20 cm 土層速效鉀量與W1 處理差異極顯著，與W1 處理相比，W2、W3 處理分別增加54.02%、77.01%。F2 施肥水平下，W2 處理土壤速效鉀量累積最多，生長期間0～20 cm 土層速效鉀量與W1 處理差異極顯著，與W3 處理差異顯著；拉秧后W2 處理與W1、W3 處理差異顯著。F3 施肥水平下，生長期間W2 處理0～20 cm 土層速效鉀量與W3 處理差異顯著，20～80 cm 土層差異不明顯，80～100 cm 土層W2 處理土壤速效鉀量最高，為254 mg/kg；拉秧后W2 處理0～20 cm 土層速效鉀量與W1、W3 處理差異極顯著，以W3 處理累積增加最多。灌水量相同時(shí)，不同施肥水平對土壤剖面速效鉀量的影響不同。W1、W2 處理下，生長期間F2、F3 施肥水平0～20 cm 土層速效鉀量與F1 施肥水平差異均極顯著；W1 處理下，拉秧后F3 施肥水平與F2、F1 施肥水平0～20 cm 土層速效鉀量差異極顯著，W2、W3 處理下3 個(gè)施肥水平0～20 cm 土層速效鉀量均差異極顯著。綜合比較，3 種施肥水平下，生長期間W2 處理0～100 cm 土層土壤剖面速效鉀量變化較大，拉秧后W3 處理0～20 cm 土層速效鉀量變化最大；灌水量相同時(shí)，隨著施肥量的減少，0～100 cm 土層速效鉀量逐漸減少。

圖5 0～100 cm 土層土壤速效鉀量變化情況Fig.5 Changes of available potassium of 0～100 cm soil layer

3 討 論

3.1 水肥耦合對番茄產(chǎn)量和水分利用效率的影響

水肥是影響番茄產(chǎn)量及水分利用效率的重要因素[10]。本研究表明，在充分灌溉條件下水肥交互作用對番茄產(chǎn)量的影響達(dá)到了極顯著水平，其產(chǎn)量及水分利用效率隨施肥量的減少而降低，而在灌水量減少的情況下番茄產(chǎn)量及水分利用效率隨施肥量的減少先增加后減少，說明在一定范圍內(nèi)施肥量的增加有利于產(chǎn)量的提高，過低或過高的施肥量均不利于植株對水分的吸收和利用，從而造成減產(chǎn)，本研究中W2、W3處理下，F(xiàn)2 施肥水平（70%F1）下的水分利用效率最高。這與郭彬等[11]和竇允清等[12]得出的滴灌水肥優(yōu)化組合比常規(guī)水肥提高水分利用效率高的結(jié)論一致，原因可能在于合理的水肥能夠減少田間植株的無效蒸發(fā)進(jìn)而提高水分利用效率，同時(shí)與李建明等[13]、趙志華等[14]研究結(jié)果相似。另外，從番茄第1 茬果實(shí)成熟至拉秧減少1/3 灌水量對番茄產(chǎn)量無顯著影響[15]，本研究同樣得出，在施肥量一定的情況下，減少灌水量對番茄產(chǎn)量的影響不顯著，而且適度減少灌溉量有利于提高水分利用效率，這可能是因?yàn)樗室蜃娱g的協(xié)同作用彌補(bǔ)了水分或肥料單一因子的不足進(jìn)而降低作物損害與減產(chǎn)[16]，這與吳悠[17]、李旭峰等[18]的研究結(jié)果一致。本研究表明，當(dāng)施肥量為5 040.00 kg/hm2、灌水量為2 400 m3/hm2時(shí)，番茄產(chǎn)量和水分利用率最高，分別達(dá)到4 4014.80 kg/hm2、16.34 kg/m3，表明在節(jié)水節(jié)肥的同時(shí)，達(dá)到了穩(wěn)產(chǎn)高效的目的，與虞娜等[19]結(jié)果相近。

3.2 水肥耦合對設(shè)施土壤水分運(yùn)移的影響

不同水肥耦合對土壤剖面含水率動(dòng)態(tài)分布有不同程度的影響，增加灌水量容易造成灌溉水向土壤深層移動(dòng)，使得灌溉水不能得到充分利用[20-23]。本研究表明，在不考慮施肥因素的情況下W2 處理（中量灌水量）比W1 處理（高量灌水量）土壤含水率高。在滴灌施肥協(xié)同作用下，由于施肥量不同導(dǎo)致其在參與水分動(dòng)態(tài)遷移與土壤空間結(jié)構(gòu)重建上出現(xiàn)時(shí)間和空間上分布的差異[24]，本研究中F2 施肥水平（70%F1）下的土壤含水率均高于F1、F3 施肥水平，這說明合理的施肥不僅能夠提高作物產(chǎn)量，還能增加土壤含水率，使一部分原來對作物生長的“無效水”變成“有效水”，促進(jìn)作物根系生長發(fā)育進(jìn)而提高作物根系從土壤中的吸水能力。減少生育后期的灌溉量，優(yōu)先保證花期水分的供應(yīng)量，可以優(yōu)化土壤水分分布[25]。本研究僅從總量上進(jìn)行控制，缺少根據(jù)番茄各生育期需水量進(jìn)行水分調(diào)控的詳細(xì)研究，因此，生育期內(nèi)灌溉分配方案還需進(jìn)一步探究。

3.3 水肥耦合對設(shè)施土壤養(yǎng)分運(yùn)移的影響

水分作為養(yǎng)分的載體，對養(yǎng)分的遷移和吸收起著至關(guān)重要的作用[26]。本研究表明，在番茄生長過程中，水肥耦合對0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)量及速效養(yǎng)分響差異顯著。灌水量相同時(shí)，0～20 cm 土層土壤有機(jī)質(zhì)量隨施肥量的減少而減少，一方面液體有機(jī)肥所含大量微生物進(jìn)入土壤后，有助于分解和釋放速效養(yǎng)分，供作物吸收利用[27]，另一方面較低土壤含水率很可能會(huì)阻礙有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)向深層遷移，進(jìn)而增加土壤有機(jī)質(zhì)累積量?？傮w來看，中水高肥（W2F1）及低水高肥（W3F1）處理均提高了0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)量，與彭令發(fā)等[28]研究一致。養(yǎng)分投入水平是關(guān)系到土壤環(huán)境的重要因素，合理施用能優(yōu)化土壤質(zhì)量，降低肥料向下淋移的風(fēng)險(xiǎn)。作物對養(yǎng)分的吸收量不隨灌水量的變化而改變，但會(huì)隨肥料施入量的減少而減小。本研究表明，土壤速效養(yǎng)分量的變化趨勢相同，其中速效磷在土壤剖面呈拋物線型分布，這可能是因?yàn)樵黾邮┓柿?，滿足作物吸收利用后剩余部分肥料轉(zhuǎn)化為土壤氮磷鉀有效元素儲(chǔ)存在土壤中，使得土壤速效養(yǎng)分量增加。此外，本研究表明，施肥量相同時(shí)，適度減少灌水量有利于提高0～100 cm 土體速效養(yǎng)分，0～40 cm 土層速效養(yǎng)分增加尤為明顯，說明適量降低灌水量可有效降低土壤養(yǎng)分向深層土壤的遷移量。綜上，灌水量為2 400～3 600 m3/hm2、施肥量為5 040 kg/hm2時(shí)，既能有效保證產(chǎn)量，又可以有效節(jié)約水資源，增加肥料吸收利用，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。目前大多數(shù)研究基本上是以水分和施肥量為影響因素，忽視了土壤基礎(chǔ)肥力因子以及土壤酸堿性對土壤養(yǎng)分影響，因而得出結(jié)論缺乏共性，通用性不強(qiáng)，難以在不同肥力水平的田塊上推廣應(yīng)用[29]。就寧夏北部引黃灌區(qū)而言，土壤分布差異較大，含鹽堿土、灌淤土、風(fēng)沙土、灰鈣土等土壤類型，針對不同土壤類型和不同基礎(chǔ)肥力的設(shè)施土壤開展相關(guān)方面的試驗(yàn)研究還未形成體系，試驗(yàn)存在隨機(jī)性誤差可能導(dǎo)致部分研究結(jié)果不太一致，下一步應(yīng)當(dāng)增加不同設(shè)施土壤類型水肥協(xié)同方面的試驗(yàn)研究，基于不同土壤類型為不同基礎(chǔ)肥力的設(shè)施土壤提供不同的水肥管理理論與方法。

4 結(jié) 論

1）番茄產(chǎn)量受灌溉施肥量影響顯著，充分灌溉下番茄產(chǎn)量隨施肥量的減少而減少，減量灌溉下番茄產(chǎn)量先增加后減少，與生育期內(nèi)產(chǎn)量最高的W1F1 處理相比，W2F2 處理產(chǎn)量雖然降低了16.26%，但可節(jié)水25%，水分利用效率提高11.62%。

2）不同灌溉施肥水平0～20 cm 土層土壤質(zhì)量含水率隨生育進(jìn)程的推進(jìn)呈波動(dòng)遞減趨勢，0～100 cm土體土壤質(zhì)量含水率的空間分布差異明顯。F2 施肥水平對0～20 cm 土層土壤質(zhì)量含水率影響較大，土壤質(zhì)量含水率較高；從灌溉量看，W2 灌溉量提高了土壤質(zhì)量含水率。

3）土壤有機(jī)質(zhì)及剖面速效養(yǎng)分變化主要集中在0～40 cm 土層，其0～20 cm 土層養(yǎng)分隨施肥量的減少而減少，適度減少灌溉量有利于降低堿解氮、速效磷、速效鉀向深層土壤遷移量。綜合考慮，灌水量在2 400～3 600 m3/hm2之間，施肥量為5 040 kg/hm2（液體有機(jī)肥3 600 kg/hm2、大量元素水溶肥1 440 kg/hm2）時(shí)，既能保證產(chǎn)量，又可以實(shí)現(xiàn)節(jié)水，降低養(yǎng)分淋失風(fēng)險(xiǎn)。

（作者聲明本文無實(shí)際或潛在的利益沖突）