张红梅，金海军，丁小涛，余纪柱

(上海市农业科学院设施园艺研究所，上海市设施园艺技术重点实验室，上海 201403)

传统的灌溉施肥方式往往造成水肥资源大量浪费，并导致土壤养分失衡[1]、C/N比失调[2]、次生盐渍化[3]、酸化[4]等一系列问题，因此要改善设施土壤环境必须要改变灌溉施肥方式。水肥一体化技术是利用喷滴灌设施及吸肥器等专用设备，借助于水压将可溶性肥料按作物的生长需求吸入灌溉管网，通过田间管网系统供给作物根系，以满足作物不同生长期的水肥需要[5-6]。水肥一体化可以降低土壤硝态氮淋洗，提高其利用效率[7-8]，促进土壤团粒结构的形成[9-10]，还可以根据土壤特性、作物根系特征及需水需肥规律精确调控土壤水分和养分，在很多作物上得到了应用，表现出较好的效果[11]。本试验以黄瓜为研究对象，以常规水肥管理技术为对照，通过研究使用水肥一体化技术种植黄瓜的土壤理化性状、土壤酶活性以及黄瓜生长、产量和品质的变化，分析水肥一体化技术在黄瓜栽培生产上的使用效果，以期为该项技术的推广提供可靠依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验在上海市农业科学院庄行综合试验站的五连栋大棚A3内进行。

1.2 试验材料

选用上海市农业科学院设施园艺研究所选育的荷兰型黄瓜品种‘春秋王2号’，定植时间为2017年3月29日。

1.3 试验处理

设置常规水肥管理技术(CK)和水肥一体化技术(文丘里施肥器+滴灌设备)2个处理，每个处理3次重复，小区面积160m2，每个小区有10畦，畦宽1.60m，畦长10m。具体肥料施用情况：基肥为有机肥15 000kg/hm2(“裕欣”牌生物有机肥，上海绿色环保设备有限公司，N+P2O5+K2O≥6%，有机质≥45%)和硫酸钾型复合肥450kg/hm2(“超富”牌复合肥，安徽宝丰复合肥有限公司，N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15)。2个处理的基肥相同，追肥和灌溉方案见表1。对照的总灌溉量为6 450m3/hm2，尿素追肥总量为1 260kg/hm2，KH2PO4追肥总量为945kg/hm2，纯养分量分别为N 579kg/hm2、P2O5493.5 kg/hm2、K2O 327 kg/hm2；水肥一体化技术的灌溉量为4 920 m3/hm2，追肥使用“芳甸”牌大量元素水溶肥(上海芳甸生物技术有限公司)，N∶P2O5∶K2O为20∶20∶20，总追肥量为1 860kg/hm2，纯养分量分别为N 372kg/hm2、P2O5372 kg/hm2、K2O 372 kg/hm2。黄瓜生长过程中其他管理措施相同。

表12种水肥管理技术下的灌水与追肥情况

Table1Theirrigationandadditionalfertilizeroftwowaterandfertilizermanagementtechnologies

1.4 测定项目及方法

在黄瓜苗期、开花结果期、盛果期、拉秧后4个时期，每小区取5个点采集0—20cm土层的土壤样品，混合均匀，一部分土样风干保存，用于测定土壤理化性状，另一部分土样于4℃条件下保存，用于测定土壤酶活性。土壤理化性状的测定参照鲍士旦[12]的方法。土壤 pH和EC值按水土比为5∶1浸提，采用酸度计和电导率仪测定；可溶性总盐含量采用质量烘干法测定；有效磷含量采用钼锑抗比色法测定；速效钾含量采用火焰光度计法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；有机质含量采用重铬酸钾-外加热法测定。土壤纤维素酶活性采用蒽酮比色法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定法测定[13]。

黄瓜定植后每隔7d测定植株生长指标(株高、茎粗、叶片数、叶面积)，每次每个处理测定5株，共测定5次。在盛果期对黄瓜果实中VC、可溶性蛋白、可溶性糖和硝酸盐含量进行测定。黄瓜的株高为子叶到生长点的高度(卷尺测量)，茎粗为子叶和第一片真叶间茎的直径(游标卡尺测量)，叶片数计展开面积达到完全叶1/3以上的叶片，叶面积采用黄瓜群体叶面积无破坏性速测方法进行测定[14]。每次采收的黄瓜称量质量并记录，最后统计小区产量，折算成每公顷产量。在黄瓜盛果期，采用二甲苯萃取比色法测定黄瓜果实中VC含量；采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用紫外分光光度法测定硝酸盐含量[15]。

1.5 数据分析

所有试验数据采用Excel 2010软件进行处理和作图，采用SPSS 20.0统计软件对平均数进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 水肥一体化技术处理对大棚土壤养分及总盐、EC值和pH的影响

从表1可以看出，在黄瓜生长的4个时期，水肥一体化技术处理土壤中的养分含量均高于对照。苗期水肥一体化技术处理土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别比对照高29.22%、15.19%、12.07%、31.68%，均差异显著。开花结果期2个处理土壤中只有碱解氮含量差异显著，其他养分含量差异不明显。盛果期2个处理土壤中的有机质、碱解氮、有效磷含量差异显著，拉秧后水肥一体化技术处理土壤中的有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别比对照高1.42%、17.4%、4.96%、25.67%。在黄瓜生长的4个时期中，拉秧后的土壤养分除了有效磷含量有所增加外，有机质、碱解氮和速效钾的含量均比前面3个时期有所下降。对照的土壤可溶性总盐含量在开花结果期和盛果期明显高于水肥一体化技术处理，特别是盛果期，比水肥一体化技术处理高 110.71%。水肥一体化技术处理土壤EC值小于对照，盛果期2个处理的土壤EC值差异显著。2个处理不同时期的土壤pH变化不大，在苗期和拉秧后水肥一体化技术处理土壤pH稍高于对照。

表2 水肥一体化技术对大棚土壤养分、EC值和pH的影响

注：表中数据为平均值，同一指标后字母不同表示在相同时期差异达5%显著水平

2.2 水肥一体化技术处理对大棚土壤纤维素酶和过氧化氢酶活性的影响

从图1可知，在黄瓜的整个生长期，土壤纤维素酶的活性呈逐渐增加的趋势，水肥一体化技术处理的土壤纤维素酶活性高于对照，在黄瓜生长的4个时期分别比对照高10.41%、47.55%、28.51%、40.58%。2个处理的土壤过氧化氢酶活性呈波浪型变化，盛果期过氧化氢酶活性最高，整个生育期水肥一体化技术处理的土壤过氧化氢酶活性略高于对照。

图1 水肥一体化技术对大棚土壤纤维素酶和过氧化氢酶活性的影响Fig.1 Effects of water and fertilizer integration technology on the activities of soil cellulase and catalase in greenhouse

2.3 水肥一体化技术处理对大棚黄瓜生长的影响

从图2可以看出，随着黄瓜的生长，其株高、茎粗、叶片数和总叶面积逐渐增加。水肥一体化技术处理的黄瓜生长指标均大于对照。在开花结果期(5月9日)，水肥一体化技术处理的黄瓜株高、茎粗、叶片数和总叶面积分别比对照增加16.67%、12.5%、16.64%和25.82%，水肥一体化技术可以明显促进黄瓜叶面积的增加。

图2 水肥一体化技术对大棚黄瓜生长的影响Fig.2 Effects of water and fertilizer integration technology on cucumber growth in greenhouse

2.4 水肥一体化技术对大棚黄瓜产量和品质的影响

由表2可知，水肥一体化技术处理的黄瓜产量显著高于对照，增产17.12%。水肥一体化技术也提高了黄瓜的品质，黄瓜果实中的VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量分别比对照增加了22.44%、7.82%和9.06%，其中VC和可溶性蛋白含量与对照差异显著。2个处理黄瓜果实的硝酸盐含量均在标准允许范围内，但水肥一体化技术处理的黄瓜果实中硝酸盐含量大幅下降，比对照降低55.57%。

表3 水肥一体化技术对大棚黄瓜产量和品质的影响

注：表中数据为平均值，同一指标后字母不同表示差异达5%显著水平

2.5 大棚黄瓜使用水肥一体化技术的节水节肥效果和经济效益分析

从表4可以看出，水肥一体化技术处理的大棚黄瓜节水率达23.72%，如果水电费按0.6元(人民币，下同)/m3计算，可以节约水电918元/hm2；水肥一体化技术还可以节约追肥用量，节肥345kg/hm2，对照使用的追肥费用为10 836元(尿素2.6元/kg，KH2PO48元/kg)，水肥一体化技术追肥费用为11 160元(“芳甸”牌大量元素水溶肥价格为6元/kg)，虽然肥料用量节省，但由于水溶肥价格较高，水肥一体化肥料支出比对照多324元/hm2。但是利用水肥一体化技术处理的黄瓜产量比对照增加8 020.5kg/hm2，增加产值24 063元(按3元/kg计算)；如果水肥一体化技术一次性投资约37 500元/hm2，毛管使用寿命一般可达3年以上，支管和其他设备寿命以10年计算，每年投入8 700元。计算得出：增收节支合计为15 957元/hm2，当年一茬果菜类即可收回成本。

表4 大棚黄瓜使用水肥一体化技术的节水和节肥效果

3 结论与讨论

采用先进的技术合理管理水肥，有效提高水肥利用效率，是保障设施蔬菜可持续发展的关键[16]。水肥一体化技术是实现水肥同步管理且高效精准的节水农业技术措施，灌溉时间、灌溉量及灌溉定额等技术参数对土壤理化性状有一定的影响。王立革等[9]研究表明，高垄覆膜水肥一体化技术明显改善了设施土壤的温度、硬度和入渗能力，降低了硝态氮的淋洗。尤秀娜等[17]在盐碱地种植黄瓜时采用高垄栽培结合水肥一体化技术，盐分得到一定程度的淋洗，使盐碱土EC值降低了52%。郑育锁等[18]研究认为，水肥一体化技术有助于土壤理化性状的改善。宋卓琴等[16]研究认为，水肥一体化技术降低了土壤的EC值，有利于减缓土壤pH的下降。本研究表明：在黄瓜的整个生育期，水肥一体化技术处理的土壤养分含量均高于常规水肥管理，土壤总盐含量和EC值均明显降低，但pH变化不大。

土壤酶是土壤生物活性的综合表现，与土壤类型、栽培制度和管理措施等有着密切的关系，在一定程度上反映了土壤肥力、营养物质转化以及环境条件等的变化[19]。土壤纤维素酶主要来源于土壤微生物；土壤过氧化氢酶能促进过氧化氢对各种化合物的氧化，它与土壤呼吸强度和土壤微生物活动有关，在一定程度上反映了土壤微生物活动的强度[13]。宋卓琴等[16]研究认为，在番茄缓苗期，水肥一体化技术可以提高土壤过氧化氢酶的活性。周德平等[4]研究认为，土壤过氧化氢酶活性随种植年限延长逐渐下降。杨凤娟等[20]研究显示，盐度高的土壤中过氧化氢酶活性较低。本研究表明：在黄瓜的整个生育期，土壤纤维素酶活性逐渐增加，水肥一体化技术处理的土壤纤维素酶和过氧化氢酶活性均高于对照，这可能与土壤中盐分减少、EC值降低有关。

水肥一体化是提高水分、养分利用效率，促进作物增产的重要手段，对改善果实品质也有一定的作用[17]。梁海玲等[6]研究得出，70%水肥一体化施肥的玉米鲜苞产量、产值分别提高6.73%、6.72%。金明弟等[21]研究认为，采用水肥一体化技术栽培的青菜产量和品质均优于采用常规水肥栽培的青菜。邢英英等[22]研究了水肥耦合对温室番茄水氮利用效率的影响，发现水肥一体化技术使番茄产量提高了 31.04 t/hm2。本研究表明：水肥一体化技术处理的黄瓜比对照增产17.12%，果实品质也有所改善，果实中的VC、可溶性蛋白和可溶性糖含量增加，而硝酸盐含量明显低于常规水肥管理。

综上，在黄瓜栽培管理中，相比于常规水肥管理，水肥一体化技术可以提高土壤养分和土壤酶活性，改善土壤生态结构，提高黄瓜果实产量和品质。此外，水肥一体化技术还具有省水、省肥等优点，具有更好的生态和经济效益。