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文章编号 1007 4929 2020 05 0001 06 不同施肥器对日光温室茄子生长及 根际养分浓度的影响 王 蓉1 2 李 佳1 朱 英1 马 玲1 杨常新1 杨冬艳3 1 宁夏吴忠国家农业科技园区管委会 宁夏吴忠751100 2 宁夏大学土木与水利工程学院 银川750021 3 宁夏农林科学院种质资源研究所 银川750021 摘 要 为探讨不同施肥器对日光温室茄子生长及根际养分分布的影响 本试验以二珉圆茄为研究对象 设定 Mixrite 2 5自动比例施肥器 APF 可调比例式文丘里施肥器 APVI 和涡旋式施肥器 VF 3种施肥器 对比分析应 用3种施肥器下对茄子根际土壤EC pH 茄子茎粗 株高 产量及水肥生产率的影响 结果表明 通过比较3种施肥器 肥液EC pH 得出溶肥均匀度依次为APF APVI VF 0 60 cm茄子根际土壤EC为0 1 0 8 mS cm 土壤pH在生长 末期较定植前 0 30 cm时APF APVI降低 VF增高3 75 30 60 cm时3者分别增加4 33 4 2 3 91 茄子茎 粗在缓慢和快速增长期时 APF处理分别以0 11 0 17 mm d增长 生育末期高达17 44 mm 株高生长曲线分别用lo gistic方程模拟 相关系数均高达0 99 APF最高达118 51 cm 处理APF APVI产量分别为27 860 4 27 685 05 kg hm2 均与VF存在极显著差异 2者灌溉水分生产率分别为24 43 24 29 kg m3 比VF均高出17 81 17 05 肥料偏 生产率均高出17 78 17 04 同时结合施肥器稳定性 性价比和农民接受度 推荐APVI 可调比例式文丘里注肥 器 大面积推广 关键词 施肥器 茄子 根际养分浓度 水肥一体化 溶肥均匀度 中图分类号 S275 S62 文献标识码 A Effects of Different Fertilizer Applicators on Growth and Rhizosphere Nutrient Concentration of Eggplant in Solar Greenhouse W ANG Rong1 2 LI Jia1 ZHU Ying1 MA Ling1 YANG Chang xin1 YANG Dong yan3 1 National Agricultural Science and Technology Park Management Committee in Wuzhong Wuzhong 751100 Ningxia Autonomous Region China 2 School of Civil and Hydraulic Engineering Ningxing University Yingchuan 750021 China 3 Germplasm Resources Research Institute Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences Yingchuan 750021 China Abstract In order to explore the effects of different fertilizer applicators on the growth and rhizosphere nutrient distribution of eggplant in solar greenhouse this experiment took the Ermin eggplant as the research object and set 3 types of fertilizer applicators including Mixrite 2 5 automatic proportional fertilizer applicator APF adjustable proportional Venturi fertilizer applicator APVI and vortex fertilizer applicator VF to analyze the effects of different fertilizer applicators on the rhizosphere soil EC pH stem diameter plant height yield and water and fertilizer productivity of eggplant The results showed that by comparing the EC and pH of fertilizer solution of the three fertilizer applicators it was found that the soluble fertilizer uniformity is APF APVI VF The soil EC in eggplants rhizosphere 0 60 cm varied from 0 1 to 0 8 mS cm At the end of the growth period compared with the preplanting stage the soil pH at 0 30 cm decreased for APF and APVI while increased by 3 75 for VF and at 30 60 cm the soil pH increased by 4 33 4 2 and 3 91 respectively In the slow and rapid growth period for the APF treatment the stem diameter increased by 0 11 and 0 17 mm d respectively 收稿日期 2019 12 06 基金项目 宁夏一二三产业融合发展科技创新示范项目 YES 16 03 国家大宗蔬菜产业技术体系 CARS 23 G24 2019年宁夏科技特派员 创业行动专项项目 2019CLN36042 作者简介 王 蓉 1988 女 博士研究生 研究方向为植物营养与高效节水灌溉 E mail 951821322 通讯作者 杨冬艳 1977 副研究员 硕士 研究方向为设施蔬菜栽培生理 E mail yangdongyan2000 1节水灌溉 2020年第5期 and reached 17 44 mm at the end of the growth period The growth curve of plant height was simulated by logistic equation and the correlation coefficient was up to 0 99 the plant height of APF could reach a maximum of 118 51 cm The yield of APF and APVI was 27 860 4 kg hm2 and 27 685 05 kg hm2 respectively which were significantly different from that of VF The irrigation water productivity of the first two treatments was 24 43 and 24 29 kg m3 respectively which was 17 81 and 17 05 higher than that of VF and the partial fertilizer productivity was 17 78 and 17 04 higher than that of VF Meanwhile considering the stability cost performance and farmers acceptance APVI adjustable proportion Venturi fertilizer injector was recommended to be popularized widely Key words fertilizer applicator eggplant rhizosphere nutrient concentration integration of water and fertilizer uniformity of fertilizer solution 水肥一体化技术是肥溶于水 按需灌溉施肥及节水节肥的 关键措施 1 通过管道设计 将作物所需养分和水分定时定量 的按配比供给 实现节水节肥 省工 高产高效的目的 2 3 而实 现水肥一体化的关键是灌溉施肥装置 4 目前 国外如荷兰 以色列 日本等农业发达国家针对灌溉施肥机的研究和应用已 相当成熟 其推广应用的自动灌溉施肥机可实现智能化的精准 水肥一体化 也是施肥器大型化 国际智能化的发展趋势 5 7 但价格高昂 移动不便 很难适应国内的市场需求 国内学者 关于灌溉施肥机的研究也取得了一定的进展 市面上推广主要 有压差溶肥器 文丘里注肥器 电动注肥泵 比例注肥泵等施肥 装置 施肥装置的灌水和施肥均匀度是决定水肥利用率的重 要因素 会直接影响作物的产量和品质 也是评价滴灌施肥系 统性能的重要指标 8 周舟等研制的移动式温室精准施肥机 灌水 施肥的均匀度分别可达99 6 和98 8 8 9 吴松等学者 设计的施肥机可控制肥水的EC pH且实现自动施肥 10 姚舟 华 陈囡囡 左志宇等研制的温室自动灌溉施肥机 可实现营养 液配方 浓度 酸碱度的自动调控 11 13 针对施肥机的稳定性 和可操作性做了大量的研究 但混肥均匀度 浓度调配及其对 作物和土壤EC pH的影响等研究往往被忽略 现有的灌溉施 肥系统也难以满足不同作物在不同生长时期对营养均匀度和 浓度的动态需求 因此 本文通过比较现有的3种施肥器对日 光温室茄子生长及根际养分浓度的影响 结合施肥器的灌溉量 和灌溉时间等操作性能 来初步确定在农民农业生产中溶肥浓 度和均匀度高 容易推广 性价比高的水肥一体机 以提高农业 设施的效率和用户的经济效益 1 材料与方法 1 1 试验基地概况 试验设置在宁夏吴忠 孙家滩 国家农业科技园区的日光 温室 基地全年光照时间达3 000 h 全年太阳辐射高达700 kJ m2 年平均气温8 8 年平均降水量193 mm 年蒸发量2 013 mm 气候干燥 试验温室宽15 m 长100 m 钢架结构 净栽培 面积0 107 hm2 温室后墙基底宽8 m 脊高7 5 m 棚膜种类是 明净华涂层膜 外覆盖保温材料保温被 保温采光效果良好 1 2 试验材料供试品种 二珉圆茄 供试肥料 海法魔力丰 型 18 27 27 N P2O5 K2O 海 法魔力丰 型 12 5 40 2 MgO N P2O5 K2O 1 3 试验设计 试验于2017年9月8日定植 定植密度为27 000株 hm2 株距25 cm 垄宽80 cm 走道60 cm 生育期结束于2017年12 月28日 在统一压力水源条件下 选择3种均是靠水动力驱动的施 肥器 施肥浓度可调控 试验处理按照不同施肥器设置 具体选 择 Mixrite 2 5自动比例施肥器 可调比例式文丘里施肥器 型 号 ATP800 工作压力100 500 kPa 吸入流量6 0 160 L h 涡旋式施肥器 为方便记录 分别将3种施肥器按照英文首字 母记录为 APF Automatic Proportional Fertilizer APVI Adjust able Proportional Venturi Injector VF Vortex Fertilizer 小区面 积16 8 m2 4次重复 APF APVI试验开始前 将一定量的海法魔力丰复合可溶 肥倒入容积15 L的施肥罐中 进水管加水至施肥罐满 人为搅 匀 肥液里没有固体颗粒 VF先将一定量的海法魔力丰复合 可溶肥倒入容积15 L的施肥罐中 盖上施肥罐 直接打开进水 管 罐内靠压差自动加水至施肥罐满然后搅匀 具体水肥管理 见表1 表1 茄子生育期计划用水 用肥情况 Tab 1 The amount of water and fertilizer of eggplant during growth period 生长阶段幼苗期开花坐果采收期总计 用水 情况 每次用量 m3 hm 2 75 75 60 间隔时间 d 7 6 10 生长期长 d 40 30 50 总量 m3 hm 2 450 375 300 1 125 用肥 情况 每次用量 kg hm 2 15 24 18 间隔时间 d 5 6 5 生长期长 d 40 30 50 总量 kg hm 2 120 120 180 420 注 幼苗期 开花坐果期用肥料海法魔力丰 型 采收期选用海法魔 力丰 型 1 4 测试项目与方法 测定项目 茎粗 株高 果实产量 定植前及收获后土壤0 60 cm的EC和pH值 跟踪持续测定土壤自然含水率和肥液 EC pH 测试系统稳定性及压力参数 系统流量 1 肥液EC pH测量 利用便携式EC测量仪CT 20 便 携式pH测量仪在不同时间段在滴灌带末端接取肥液测定 2 土壤含水率测定 随机取不同土层土壤测定 利用公 式计算 土壤含水率 重量含水率 原土重 烘干土重 烘干 土重 100 3 土壤EC pH测定 每次施肥灌水前后取原状土测定 4 株高测定 选择生长大小基本一致植株5株进行标记 2不同施肥器对日光温室茄子生长及根际养分浓度的影响 王 蓉 李 佳 朱 英 等 作为调查株 小区株高 地面到生长点 用钢卷尺每10 d测量 一次 5 茎粗测定 茎粗用游标卡尺测量植株地面以上10 cm 处植株直径 每10 d测量一次 6 产量测定 用电子秤称量小区产量 精确到0 01 g 1 5 数据处理 数据处理采用Excel 2007 DPS 7 05统计分析软件和Ori gin 2017 Curve Expert曲线软件 2 结果与分析 2 1 3种不同施肥器的运行参数 施肥罐APF的系统稳定性高 可控性高 吸肥量相对稳定 机器本身造价昂贵 APVI较APF 可控性相对差 吸肥量与压 差值有很大关系 造价便宜 VF稳定性和可控性不高 施肥桶 盖容易破损 影响其气密性 肥浓度不均匀 在运行过程中不断 稀释 从表2中可以看出 3者的系统流量从高到低依次为 APVI APF VF 表2 3种水肥一体机的运行参数 Tab 2 Operation parameters table for the three water and fertilizer integration equipment 处理APF APVI VF 压差 Pa 0 05 0 16 0 11 0 2 0 25 0 05 0 01 0 10 0 09 系统流量 L h 1 0 89 1 32 0 8 2 2 3种施肥器运行下肥液EC pH的变化 由图1 图2看出 在前6 min内APF APVI VF的肥液 EC pH均是增高趋势 此阶段可能是肥液逐步进入试验田的时 间段 6 min之后 APF肥液EC稳定 维持在1 61 1 65 mS cm pH变化趋势与EC基本保持一致 变化范围为7 36 7 61 APVI的肥液EC依然呈现缓慢增长趋势 至12 min时达最大 值1 98 mS cm 之后又缓慢下降至1 54 mS cm 随后几乎稳定 不变 其pH变化趋势同EC 这可能是施肥罐APF APVI开始 图1 3种施肥器运行下肥液EC的变化 Fig 1 Changes of the nutrient solution EC under three kinds of fertilizer applicators 图2 3种施肥器运行下肥液pH的变化 Fig 2 Changes of the nutrient solution pH under three kinds of fertilizer applicators 施肥前罐内先充满水 人为搅匀 肥料溶解得相对充分 故APF 肥液在到达试验田时EC pH恒定 肥液均匀 APVI在6 25 min时运行压差相对不稳定 造成肥液EC pH不均匀有波动 后期趋于稳定 VF是先加肥 盖上施肥罐 直接打开进水管 罐内靠压差自动加水至施肥罐加满且搅拌 在运行阶段施肥罐 内会不断有水进入和肥液流出 6 min之后 肥液浓度最高达 3 2 mS cm pH为8 13 随施肥过程进行 施肥罐内进的水不断 稀释肥液 肥液浓度逐渐变小 至35 min时EC pH恒定 分别 为0 73 mS cm 7 48 即是开始运行前水的EC pH值 说明此阶 段以后施肥罐内肥料已经全部溶解用尽 肥液溶解的均匀度 会直接影响到作物根系对营养的吸收 根据以上3个施肥设备 中的EC pH变化 可推出溶肥的均匀度依次为APF APVI VF 2 3 不同处理0 30 30 60 cm土层自然含水率变化 由图3看出 0 30 cm土层在APF APVI VF施肥器应用 下的土壤平均含水率分别为14 71 14 85 13 08 前2者 之间差异不大 较VF均存在显著性差异 30 60 cm土层在 APF APVI VF施肥器应用下的土壤平均含水率分别为 10 47 8 31 10 07 APF VF差异不显著 2者较APVI均 存在显著性差异 这可能与系统流量有很大关系 土壤表层系 统流量大 易积水 而对于土层深处来说 由于系统流量大 很 容易漏水走水 土层下渗的水就会相对减少 2 4 不同处理0 30 30 60 cm土壤EC变化 由图4看出 0 30 30 60 cm土壤EC为0 1 0 8 mS cm APF应用下的0 30 cm土壤EC变化在茄子整个生育期呈 M 趋势 这与施肥前后有关系 波峰时是施肥后第1 d数据 而波谷时是施肥前数据 明显反映了施肥前后0 30 cm土壤的 EC变化和作物吸收有直接关系 30 60 cm土壤EC呈波峰式 变化 深层土壤养分被作物利用过程相对缓和 需要土壤养分 运移过程 且无论定植前和生育末期0 30 30 60 cm土壤的 EC值几乎没有变化 可见 APF应用下的营养液浓度均匀 易 被作物迅速吸收 且不在土壤残留 APVI应用下的0 30 30 60 cm土壤EC前期只有0 1 mS cm 随肥液施入后没有明显起 3不同施肥器对日光温室茄子生长及根际养分浓度的影响 王 蓉 李 佳 朱 英 等 图3 生育期0 30 30 60 cm土壤自然含水率的变化 Fig 3 Changes of natural moisture content of soil in 0 30 and 30 60 cm during growth period 伏变化 后期骤然增高 达0 7 0 8 mS cm 可能由于肥液浓度 的不均匀造成 但在土壤自身可调节范围内 之后又骤然下降 生育末期与定植时EC值相比较 0 30 cm土壤增加了0 06 mS cm 30 60 cm土壤反而下降了0 06 mS cm VF应用下的0 30 30 60 cm土壤EC变化趋势与APF相似 均呈 M 趋势 随施肥时土壤EC增高 植物吸收后下降 2 5 不同处理0 30 30 60 cm土壤pH变化 土壤pH是影响植物生长的关键因子 由图5看出 0 30 30 60 cm土壤pH为7 84 8 63 均呈碱性甚至强碱性 3 个处理的0 30 cm土壤pH生长末期与定植前相比较 差异不 显著 其中 APF由定植前的8 52降低为8 2 APVI比定植前 降低0 07 VF较定植前有所增高 增3 75 30 60 cm土壤 中 3个施肥罐的土壤pH虽然在生长中期有跌幅 但总体变化 均在生长末期时呈增高趋势 较定植前 3者应用下分别增加 4 33 4 2 3 91 2 6 不同处理对茄子生长指标的影响 2 6 1 不同处理对茄子茎粗的影响 由图6看出 茄子茎粗生长在11月下旬就趋于稳定 定植 后的前60 d属于缓慢增长期 APF APVI VF应用下分别以 图4 生育期0 30 30 60 cm土壤EC的变化 Fig 4 Changes of soil EC in 0 30 30 60 cm during growth period 0 11 0 11 0 10 mm d增长 定植后的60 76 d属于快速增长 期 3者分别以0 17 0 15 0 18 mm d增长 APF的茎粗最高达 17 44 mm 分别比APVI VF高出2 72 0 77 可见 水肥一 体机的系统流量 运行稳定性直接影响植株茎粗的生长 2 6 2 不同处理对茄子株高的影响 从实际所测数据得出 可用Logistic方程模拟不同处理下 茄子株高生长曲线 见图7 APF APVI VF的株高分别可以 用Logistic方程式y 124 91 1 20 997 e 0 062 8 x y 120 15 1 26 03 e 0 059 x y 123 23 1 34 2 e 0 070 5 x 来模拟 且相关 系数均达到0 99 株高可以反映作物的生长趋势 直接影响产 量高低 通过模拟方程可知 APF的株高最高可达118 51 cm 比APVI VF分别高出0 71 2 95 2 7 不同处理对茄子叶面积的影响 叶面积是与产量关系最密切 变化最大 同时又是比较容 易控制的一个因素 叶面积变化又与叶形指数变化高度正相 关 其相关性计算参照宋亚平等学者的叶面积测量方法研 究 14 见表3 如图8所示 茄子叶形在不同生育期有差别 对应的叶面 积也大不相同 叶形指数 宽 长 在生育前期较小 变化范围为 0 57 0 71 随生育期推移逐渐变大 生育期末叶形指数为0 57 4不同施肥器对日光温室茄子生长及根际养分浓度的影响 王 蓉 李 佳 朱 英 等 图5 生育期0 30 30 60 cm土壤pH的变化 Fig 5 Changes of soil pH in 0 30 30 60 cm during growth period 图6 茄子生育期茎粗的变化 Fig 6 Changes of stem diameter in growth stage 0 88 其中 APF VF应用下的叶形指数变化趋势及变化值 相近 生育前期叶形指数APVI VF 3个不同施肥器 应用后的茄子根际的土壤EC pH变化不同 APF下土壤EC在 0 30 cm土层呈 M 变化趋势 30 60 cm土层呈波峰式 APVI 下的0 30 cm土层增加了0 06 mS cm 30 60 cm土壤反而下 降了0 06 mS cm VF下的0 60 cm土层变化趋势与APF相 似 土壤pH在0 30 cm土层时 3个处理变化趋势不同 在30 60 cm土层时 变化趋势相同 这就和施肥设备的性能及混肥 均匀度有关 学者陈囡囡 韩启彪研究表明压差施肥器施肥前 期肥液浓度消减较快 后期会趋于平缓 且入罐流量的大小是 影响肥液浓度衰减速率的主因素 12 15 同时 李加念的团队 及赵燕东研究指出 灌溉施肥器运行性能 混肥均匀度会影响 作物的生长及根际养分浓度的分布 水肥利用率 16 17 本研究 中选择的APF施肥器混肥均匀度高 施肥量可控 且可以通过 肥液EC和pH进行实时调控 EC和pH变化相对平稳 APVI VF有时肥液的溶解不均匀 会造成某次或某个时期土壤EC骤 然增高 从而可能形成土壤反渗透压 植物根系无法吸收营养 和养分 抑制作物的生长 故试验结果表明茄子生长指标茎粗 株高 产量及水肥利用率均是APF最高 APVI次之 APF APVI 产量差异不显著 综上所述 在APF APVI产量分别为27 860 4 27 685 05 kg hm2 灌溉水分生产率分别为24 43 24 29 kg m3 肥料偏生 产率为61 91 61 52 kg kg 以上指标2者均差异不显著 考虑 APF设备操作要求高且造价昂贵 大面积推广有一定的局限 性 农民不易接受 而APVI设备造价便宜 操作简单 后续维护 工作少 易在田间地头安装 因此 推荐APVI 可调比例式文丘 里注肥器 进行大面积推广 参考文献 1 郝 明 大田微喷灌水肥一体化技术研究与设备研制 D 泰安 山东农业大学 2018 2 奚玉银 任全军 付永斌 水肥一体化 艺机一体化技术在冀西北 的应用 J 中国生态农业学报 2014 22 11 1 363 3 杨 欣 王文娥 胡笑涛 等 滴灌系统压差式施肥罐施肥性能研 究 J 节水灌溉 2017 10 79 83 4 彭发智 张俊杰 焦海涛 等 水肥一体智能化高效精准灌溉的发 展趋势 J 河北农机 2017 10 23 5 易文裕 程方平 熊昌国 等 农业水肥一体化的发展现状与对策 分析 J 中国农机化学报 2017 38 10 111 115 120 6 丁小明 荷兰设施园艺发展对我国的启示 J 中国蔬菜 2011 3 3 7 7 白由路 国内外施肥机械的发展概况及需求分析 J 中国土壤与 肥料 2016 3 1 4 8 周 舟 王 秀 马 伟 等 移动式温室精准施肥机的研制 J 农机化研究 2009 31 12 86 88 99 9 周 舟 傅泽田 王 秀 等 滴灌施肥机灌水与施肥均匀性试验 J 农业工程学报 2009 25 5 7 13 10 吴 松 杨春园 杨仁全 等 智能施肥机系统的设计与实现 J 上海交通大学学报 农业科学版 2008 5 445 448 11 姚舟华 魏新华 左志宇 等 自动灌溉施肥机工作状态监测系统 J 农业机械学报 2012 43 增1 44 47 12 陈囡囡 朱德兰 柏 杨 等 水肥一体化灌溉施肥机吸肥性能试 验研究 J 节水灌溉 2019 5 17 20 13 左志宇 WGF 6 12型温室自动灌溉施肥机的研制 C 中国 农业工程学会 CSAE 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