滴灌施肥條件下溫室甜椒水氮耦合效應研究.pdf

1、為使蔬菜生長迅速、產(chǎn)量最大化，投入過量氮肥的現(xiàn)象非常普遍，使得菜地土壤環(huán)境不斷惡化，同時對設施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構成嚴重威脅。近年來，隨著人民生活水平的提高，甜椒因其高營養(yǎng)價值而深受人們喜愛，在設施蔬菜中占重要地位。甜椒對水分和氮素營養(yǎng)成分的要求較為嚴格，但農(nóng)民仍然憑經(jīng)驗灌水施氮，因此優(yōu)化水氮管理，提高產(chǎn)量和水肥利用效率，是甜椒規(guī)模化生產(chǎn)中亟待解決的問題。在缺水的西北地區(qū)，優(yōu)化水氮管理，充分發(fā)揮水氮激勵機制和協(xié)同效應，對提高甜椒經(jīng)濟產(chǎn)

2、量、水氮利用效率、果實品質，以及保護水土環(huán)境有十分重要的意義。
　　本文以美國甜椒品種“馬可力”（Capsicum annuumL.var.gross umMarcomi F1）為試驗材料，于2014和2015年4-7月在西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室進行了甜椒栽培試驗。在日光溫室環(huán)境下，根據(jù)溫室內的氣象資料，采用FAO推薦的Penman-Monteith修正公式確定灌水量，設置4個灌溉水平(105％ET0:W1

3、、90％ET0:W2、75％ET0: W3、60％ET0: W4)，其中ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量;依據(jù)當?shù)赝扑]施氮量300 kg/ha，設置4個施氮水平:100％(300 kg/ha:N1)、75％(225 kg/ha:N2)、50％(150kg/ha: N3)和25％(75kg/ha: N4)。通過分析滴灌施肥條件下不同水氮供應對甜椒生長、生理、產(chǎn)量及構成要素、水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、植株氮累積量、土壤殘留氮累積量和土壤水分的影

4、響，研究西北地區(qū)溫室環(huán)境下不同水氮供應下甜椒生長特性、干物質積累、水氮消耗機制，以及土壤水分和硝態(tài)氮運移規(guī)律。在此基礎上，使用HYDRUS-3D軟件模擬和驗證了甜椒根系吸水和土壤水分運移，探討了植株根區(qū)土壤水分運動特性;建立和驗證了西北地區(qū)不同水分條件下溫室甜椒的臨界氮濃度稀釋曲線模型，基于模型探討了植株生物量對氮素營養(yǎng)的響應，并結合氮營養(yǎng)指數(shù)模型和氮素吸收模型對甜椒進行了氮素營養(yǎng)診斷。具體結果如下:
　　(1)一定范圍內提高施氮

5、水平可促進溫室甜椒植株生長發(fā)育，施氮過量易造成氮素營養(yǎng)供過于求，改變根區(qū)土壤微環(huán)境，不利于植株吸收利用。本試驗條件下，W2、W3灌溉水平和N2、N3施氮水平組合，可供給植株一定的水分脅迫鍛煉和適宜的養(yǎng)分條件，能較好維持甜椒的“源—庫”關系，植株葉片葉綠素含量較高，能較好的維持葉片功能，促進葉面積指數(shù)和生物量增長，從而使單株果數(shù)、單果重和單株產(chǎn)量增加，經(jīng)濟產(chǎn)量得以提高。施肥處理對植株各器官干物質累積量的影響大于灌溉處理，收獲期各器官干物質

6、累積分配比例由大到小依次為:果實＞莖＞葉＞根。低水低肥條件下，作物根系的“覓食性”表現(xiàn)更為明顯。2a平均情況下，與W1灌溉水平相比較，W2和W3灌溉水平的經(jīng)濟產(chǎn)量分別提高了9.16％和2.06％，W4灌溉水平的經(jīng)濟產(chǎn)量則降低了28.04％;與N1氮素水平相比較，N2和N3氮素水平的經(jīng)濟產(chǎn)量提高了33.99％和30.39％，N4氮素水平下降低了2.21％。在西北地區(qū)設施栽培模式下，W2灌溉水平(90％ET0)和N2施N水平(225kg/h

7、a)下甜椒平均經(jīng)濟產(chǎn)量最高，為35.41t/ha; W3灌溉水平(75％ET0)和N2施N水平(225kg/ha)下，平均經(jīng)濟產(chǎn)量第二，為33.11 t/ha; W3灌溉水平(75％ET0)，N3施N水平(150 kg/ha)下，平均經(jīng)濟產(chǎn)量第三，為31.79 t/ha。
　　(2)不同灌溉和施N水平對溫室甜椒全生育期土壤剖面硝態(tài)氮累積量影響顯著。全生育期土壤剖面硝態(tài)氮的累積量既受植株吸收利用的影響，又受灌水和施氮的影響。植株苗期

8、根系較淺，吸收利用水分和養(yǎng)分能力較小，增加施氮量，尤其在灌水量充分條件下，易促使硝態(tài)氮向深層土壤滲漏，污染土壤環(huán)境。在本試驗條件下，W2、W3灌溉水平和N2、N3施N水平組合下，甜椒植株消耗水分較多，耗水量較大，生長發(fā)育較快，生物量累積較快，為高產(chǎn)奠定了基礎。2 a平均情況下，W3N3處理的水分利用效率最高，為17.84 kg/m3，W2N3處理次之，為17.26 kg/m3，W3N2處理第三，為16.57 kg/m3。開花坐果期是營養(yǎng)

9、生長和生殖生長并進期，植株根系較發(fā)達，水分和養(yǎng)分吸收能力加大，水肥需求較大，不同深度的土壤硝態(tài)氮含量差異較苗期減小。在果實轉色期，甜椒營養(yǎng)生長減弱，水分對果實著色的影響大于養(yǎng)分，果實進入生理成熟期。收獲期植株對水分和養(yǎng)分的需求減弱，施氮量顯著影響土壤硝態(tài)氮的總累積量，灌水則影響顯著硝態(tài)氮的剖面分布。相同灌溉條件下，隨著施N水平的提高，氮利用效率、氮吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力均呈增大趨勢。
　　(3)植株各器官氮累積量表現(xiàn)為果實＞葉＞莖

10、＞根。適宜的水氮供應（W2、W3灌溉水平和N2、N3施N水平）促使植株各器官氮吸收累積量增加較快，從而促進作物生長發(fā)育和果實發(fā)育，在產(chǎn)量無明顯下降時顯著提高果實品質。基于主成分分析法綜合評價甜椒果實品質，結果表明，N3水平下各處理的果實品質最優(yōu)，W3N3處理排名第一，W4N4處理下植株因受嚴重的水分脅迫和養(yǎng)分脅迫而使果實品質較劣，排名在最后。
　　(4)灌溉和施N水平顯著影響甜椒根系的生長和分布，滴灌施肥條件下隨著灌溉水平和施氮水

11、平的降低，甜椒根尖數(shù)和分叉數(shù)明顯增加，根表面積減少。隨著灌水量的減少，淺層土壤（0-40 cm土層）內根長所占比例減小，深層土壤（40-80cm土層）內根長所占比例增加，根尖數(shù)和分叉數(shù)明顯增加。在逆境（水分和養(yǎng)分脅迫條件下）生長中，植株根系自我調節(jié)功能加速了根系向深層土壤的生長，根尖數(shù)和分叉數(shù)增加。
　　(5)本研究通過溫室小區(qū)試驗，基于HYDRUS-3D軟件模擬和驗證了滴灌施肥條件下甜椒果實膨大期根系吸水和土壤水分運移數(shù)值模擬。

12、結果表明，HYDRUS-3D模擬根系吸水和土壤水分運移效果較好，果實膨大期不同深度土壤含水率實測值均勻分布在模擬曲線兩側。T檢驗結果表明土壤含水率模擬值和實測值無顯著差異，模型精度較好。
　　(6)依據(jù)2a溫室小區(qū)試驗資料，構建和驗證了西北地區(qū)不同水分條件下日光溫室甜椒的臨界氮濃度稀釋曲線經(jīng)驗模型。分析結果表明，提高灌溉水平，植株的氮素吸收量、地上部生物量、經(jīng)濟產(chǎn)量和水分利用效率呈先增加后減小的趨勢。基于氮營養(yǎng)指數(shù)模型與氮素吸收模

13、型的氮素營養(yǎng)診斷結果一致:各灌溉水平下最佳施N量均介于150～225 kg/ha之間，且更接近225 kg/ha。氮素營養(yǎng)對經(jīng)濟產(chǎn)量和水分利用效率的效應分析結果表明，W3灌溉水平(75％ ET0)和W2灌溉水平(90％ ET0)較有利于甜椒的植株對氮素營養(yǎng)的吸收利用，地上部生物量、經(jīng)濟產(chǎn)量和WUE較高?；诮?jīng)濟產(chǎn)量考慮，75％ ET0和90％ET0灌溉水平下適宜施氮量分別為192.69和194.00 kg/ha，對應經(jīng)濟產(chǎn)量分別為34.

14、14和35.33 t/ha;基于WUE考慮，75％ET0和90％ET0灌溉水平下適宜施氮量分別為191.13和191.83 kg/ha，對應WUE分別為17.07和15.30 kg/m3。在適宜施氮量無顯著差異的情況下，W3灌溉水平(75％ ET0)時可獲得僅低W2灌溉水平(90％ET0)約3％的經(jīng)濟產(chǎn)量，但可提高約11％的水分利用效率?？紤]到研究區(qū)水資源比較短缺，灌水量為75％ ET0施氮量為190 kg/ha左右為最佳滴灌策略。

15、r>　　(7)基于理想點法綜合評價水氮耦合效應，分析結果表明，N2施氮處理較有利于促進多目標綜合水平，N4施氮處理則較不利于各目標達到綜合最優(yōu)，所有處理中W3N2處理最優(yōu)，W2N2處理次之?；谧钚《朔ㄔ恚\用采用Mathematica9.0分析綜合效益，得出2014和2015年甜椒經(jīng)濟產(chǎn)量、WUE和Vc含量三個指標同時達到≥85％最大值的灌水區(qū)間分別為195.9～212.9（即為78.2～85.0％ET0）和190.5～167.8