全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 032295204
灌溉方法对温室番茄栽培尿素氮利用影响的研究
孙文涛1 　张玉龙2 　娄春荣1 　於丽华1 　王聪翔1 　宫　亮1
(11 辽宁省农业科学院环境资源与农村能源研究所 ,辽宁 沈阳　110161 ;
21 沈阳农业大学土地与环境学院 ,辽宁 沈阳　110161)
摘 　要 :用15N 示踪技术研究了沟灌和滴灌对温室番茄栽培尿素氮的利用及其在土壤中残留的影响。结
果表明 ,滴灌处理番茄对15N 肥料利用率是 1115 %(地上部分) ,沟灌处理15N 肥料利用率是 714 %。滴灌
处理番茄所吸收的15 N 肥料量比沟灌处理提高了 5613 % ,灌溉方式对肥料15 N 在果实、茎、叶中的分配比
例没有明显影响。0～100cm 土层中15N 肥料残留量滴灌处理为 14311kgΠhm2 ,占氮肥投入量的 6316 % ,沟
灌处理残留量为 13310kgΠhm2 ,占氮肥投入量的 5911 % ;其中在 0～20cm 表土层中残留的肥料氮最多 ,沟
灌和滴灌分别达到了 7919kgΠhm2 和 9713kgΠhm2 ,占 0～100cm 土层肥料氮残留总量 6011 %和 6810 %。沟
灌处理肥料氮的损失量为 7515kgΠhm2 ,占氮肥投入量的 3315 % ;滴灌处理肥料氮的损失量为 5610kgΠ
hm2 ,占氮肥投入量的 2419 %。
关键词 :温室番茄 ;灌溉 ;氮素去向 ;15N 示踪
EFFECTS OF IRRIGATION TECHNIQUES ON 15 N2UREA
UTILIZATION BY TOMATO IN GREENHOUSE
SUN Wen2tao1 　ZHANG Yu2long2 　LOU Chun2rong1 　YU Li2hua1 　WANG Cong2xiang1 　GONGLiang1
(11 Institute of Environmental Resources and Agricultural Energy Research , Liaoning Academy of Agricultural Sciences , Shenyang , Liaoning 　110161 ;
21 College of Land and Environmental Sciences , Shenyang Agricultural University , Shenyang , Liaoning 　110161)
Abstract :Effects of drip irrigation and furrow irrigation on the utilization of urea2N in greenhouse tomato were studied by using
15 N isotope technique. The results showed that fertilizer utilization efficiency of 15N were 1115 % for drip irrigation and 714 %
for furrow irrigation treatments. The amounts of 15 N were taken up by the aboveground part of tomato plant of drip irrigation
treatment increased by 5613 % compared to the furrow irrigation treatment . No distinct effects of irrigation techniques on the
distribution ratios of 15N among the fruits , stems and leaves could be found. The residual amounts of 15N in soil depth of 0～
100cm was 14311kgΠhm2 and 13310kgΠhm2 , accounting for 6316 % and 5911 % of the total applied nitrogen fertilizer for the
drip irrigation and the furrow irrigation treatments , respectively. In the 0～20cm top soil , the amounts of 15 N of both
treatments which were 7919kgΠhm2 and 9713kgΠhm2 , being greater than these in other layers , accounted for 6011 % and
6810 % of the amount in 0～100cm layer , respectively. The loss rates of N were 7515kgΠhm2 and 5610kgΠhm2 for furrow
irrigation and drip irrigation , and occupied 3315 % and 2419 % of the total applied N fertilizer , respectively.
Key words :greenhouse ; tomato ; irrigation ; fate of nitrogen ; dynamic of nitrogen ; 15N labelled
收稿日期 :2006207231
基金项目 :辽宁省自然科学基金 (20022096)
作者简介 :孙文涛 (19692) ,男 ,辽宁大连人 ,研究员 ,博士 ,主要从事节水技术及土壤生态与环境保护研究。Tel &Fax : 024231028698 ; E2mail :
wentaosw @1631com　　保护地栽培复种指数高 ,加上市场经济利益的牵 动 ,致使施肥量往往超过作物的需求 ,不仅使氮肥利用
592　核 农 学 报　2007 ,21 (3) :295～298Journal of Nuclear Agricultural Sciences
率显著降低 ,而且造成蔬菜品质下降 ,导致土壤盐渍
化、地下水硝酸盐含量超标和恶化大气质量等环境污
染问题[1 ,2 ,3 ,4～6 ,7 ] 。蔬菜保护地栽培过程中灌溉是所需
水分的唯一来源 ,灌溉不仅能够补充土壤水分 ,也会改
变土壤状况 ,改变物质、能量在土体中的运移方向与数
量[1～5 ,8 ] 。因此 ,灌水次数、数量以及方式是影响水分、
肥料利用效率及生态环境效益的重要因素[6 ,9 ] 。从农
业可持续发展的角度来看 ,减少氮肥施用量和明确氮
肥进入土壤后的去向 ,对于确立科学的水肥调控措施
至关重要[7 ,9 ,10～12 ] 。然而 ,到目前为止 ,有关保护地蔬
菜栽培灌溉与肥料利用效率关系以及灌溉对氮素在土
体中迁移、残留影响方面的研究国内外都少有报道。
本文应用15N 示踪技术研究了不同灌溉条件下温
室栽培番茄尿素氮利用率及尿素15 N 在土体中的迁移
和残留[9 ,10 ] ,并从经济效益和环境效益角度探讨了保
护地蔬菜栽培提高氮肥和水分利用效率的途径与措
施。
1 　材料与方法
111 　材料
供试番茄品种为 L2402。供试土壤为耕型壤质草
甸土 ,其基本理化性状见表 1。
表 1 　供试土壤基本理化性质
Table 1 　Physic2chemical properties of soil tested
土层
soil layer (cm)
有机质
organic matter
(gΠkg) 全 氮total N(gΠkg) 速效氮avai . N(mgΠkg) 速效磷avai . P(mgΠkg) 速效钾avai . K(mgΠkg) 田间持水量field capacity( %) 容重bulk density(gΠcm3) pH(H2O)
0～20 22176 1152 165110 101197 183117 2811 1126 613
20～40 17195 1136 84148 34150 104126 - 1131 616
112 　方法
温室番茄栽培微区水肥试验于 2004 年 10 月至
2005 年 7 月在沈阳市东郊塑料大棚内进行。2005 年 4
月 18 日定植 ,定植时苗龄 60d ,7 月 30 日结束。番茄
栽植株距 30cm、行距 55cm。每小区栽植两垄 ,每垄 7
株 ,小区面积为 211m ×111m。番茄生育期内其他管理
按当地常规方法进行。
试验采用裂区设计 ,主区 (主处理)为灌溉方法 ,有
沟灌和滴灌两种 ;副区 (副处理)为氮肥用量 ,施用量分
别为 0 (表示为 N0 ,下同) 、225 (N225 ) 和 450 (N450 ) kg NΠ
hm2 (表 2) 。每处理 3 次重复 ,共 24 个小区。主区内各
处理小区随机排列。为防止水分和养分的相互渗透 ,
小区间用不透水材料 (塑料布和油毡纸) 做隔离处理 ,
不透水材料埋深 100cm ,地上 10cm。试验用氮肥为尿
素 (N 46 %) ,磷肥为过磷酸钙 (P2O5 12 %) ,钾肥为硫酸
钾 ( K2O 50 %) ,有机肥为腐熟的鸡粪。有机肥、磷肥和
部分钾肥作为基肥施入 ,施用量分别是 15000、150 和
270kgΠhm2 。有机肥和磷肥在番茄移栽前一次性施入 ;
氮肥 1Π3 作基肥 ,其余的 2Π3 分别在番茄第 1 穗果膨大
期和第 2 穗果膨大期追施 ,两次用量相等 ;钾肥以 1Π2
作基肥 ,1Π2 在番茄第 1 穗果膨大期追施[4 ,6 ] 。
在每个 N225处理小区中设一个15 N 微区 ,用白铁皮
围成 ,面积为 016m ×0155m。白铁皮埋深 100cm ,地上
10cm。施用15 N2尿素 ,在施肥时把尿素均匀地混在 0～
20cm 的耕层土壤中。尿素中15 N 的丰度为 51716 % ,施
氮量为 225kgΠhm2 。微区的磷肥、钾肥和有机肥用量及
施用方法等管理均与微区外的 N225小区相同。
表 2 　试验施肥处理设置及施肥量
Table 2 　Design of the treatments and rate of
fertilizatiaon in the experiment (kgΠhm2 )
处理
treatment
有机肥
organic manure
化肥 chemical fertilizer
N P2O5 K2O
CK 　　0 　0 　0 　0
N0 15000 0 150 270
N225 15000 225 150 270
N450 15000 450 150 270
注 :有机肥为腐熟的鸡粪 ,其有机质含量为 46127 % ,氮、磷、钾含量分别
为 11764 % ,11861 %和 11425 %。
Note : Organic manure is chicken2fences which OM content is 46127 % , and N ,
P2O5 ,K2O content are 11764 % , 11861 % and 11425 % respectively.
　　沟灌处理同当地保护地栽培常规灌溉管理 ,每次
灌水前用 FDR 测定土壤含水量 (重量含水量) 。经测
定 ,生育期沟灌时的土壤相对含水量为田间持水量的
65 %～75 %之间 ,每次灌到沟满为止。滴灌处理的控
制下限设定为移栽后至第 1 穗果膨大期和第 1 穗果膨
大期至试验结束两段 ,分别设为田间持水量的 55 %和
65 % ,即用 FDR 监测耕层土壤水分含量 , 当耕层
(20cm)土壤水分含量降到田间持水量的 55 %和 65 %
时开始灌水 ,一次灌水量按灌水后耕层土壤含水量恢
692 核　农　学　报 21 卷
复至田间持水量、被湿润土壤体积占该土层总体积的
比例 (湿润比) 为 70 %计算[4～6 ] 。灌水用水表计量 ;按
试验设计 ,沟灌区一次灌水量约为 232m3Πhm2 ,滴灌区
一次灌水量在 15419～19912m3Πhm2 之间。
113 　试验样品的采集
土壤样品 :定植后每隔 20d 分别采集 0～20cm、20
～40cm、40～60cm、60～80cm、80～100 cm 土壤新鲜样
品 ,将取自同一土层深度土壤在田间混匀 ,置于预先装
有冰块的保温盒中。混匀并过 2mm 筛 ,0～4 ℃保存。
表 3 　番茄地上不同部位吸收15N 肥料的量
Table 3 　Amount of N taken up by tomato from 15N2labelled fertilizer
灌溉方法 irrigation techniques 果实 fruit 茎 stem 叶 leave 地上部分 upground
沟灌 furrow irrigation 8197b(01245) 3109a (01175) 4148b(01156) 16154b(01127)
滴灌 drip irrigation 13122a (01417) 4159a (01273) 8104a (01282) 25185a (01408)
注 :用LSD 法进行多重比较 ,数字后面的字母为 5 %显著水平 ,字母不同表示为差异显著 (下同) 。
Note : Values followed by different letters in each column are significantly different at 0105 level using LSD test ( the same as following tables) .
植物样品 :采集不同时期的成熟果实样品 ,烘干后
磨碎混匀放在干燥器中保存。植株地上部茎、叶部分
于收获结束后分别取样 ,每小区 4 株 ,烘干后磨碎混匀
在干燥器中保存。保留15 N 微区内的所有果实和植株
样品 ,测定水分含量后烘干磨碎 ,放在干燥器中保存 ,
以备测定其15N 的丰度。
灌溉水采样 :在番茄的整个生育期间 ,每隔 1 个月
左右取一次灌溉水样品 ,过滤后于 - 20 ℃保存 ,用于测
定NO -3 2N 和 NH+4 2N 含量 ,计算通过以灌溉形式投入
的氮量。
114 　样品测定方法
土壤 NO32N、NH+4 2N 含量的测定 :利用 AA3 自动
流动分析仪测定溶液中的NO32N、NH+4 2N 含量 ,重量法
测定土壤含水量 ,将 NO32N、NH+4 2N 测定结果换算成
mgNΠkg(干土) 。
植物样品 N、P、K的测定 :采用 H2 SO42H2O2 消煮 ,
凯氏定氮法测定全氮含量 ,钒钼黄比色测定全磷含量 ,
火焰光度计法测定全钾含量。
同位素的测定 :将土壤和植物的消煮液蒸馏浓缩
后 ,在中国农业科学院原子能利用研究所用质谱仪测
定其15N 丰度。
115 　数据分析
试验数据采用 SPSS 1010 统计软件进行统计分析。
2 　结果与讨论
211 　尿素15 N在植物体内的分布
养分在植株体内的分配通常指某一养分在植物
根、茎、叶、果实中的数量及其占整个植株体吸收总量
的比例。由于本试验测定结果表明番茄根系部分所吸
收的氮素同位素含量比例极小 ,因此 ,本文在探讨15 N
在番茄植株体内分布时 ,只考虑了植株地上部分15N 的
分配情况 (表 3) 。从表 3 中可以看出 ,滴灌处理地上
部植株体内的15N 丰度明显高于沟灌处理。两种处理
地上部分植株体中15 N 吸收量分别为 25185kgΠhm2 和
16154kgΠhm2 ,前者比后者高 5613 %。无论是沟灌处理
还是滴灌处理地上部植株体内15 N 的丰度在植株的分
配比例均以果实中为最高 ,达 50 %以上 ,其次为叶片 ,
茎中最少。滴灌在各部位的15N 丰度都高于沟灌处理。
15N 在番茄果实、茎、叶中的含量比例在滴灌和沟灌处
理中分别为 2188∶1∶1175 和 2191∶1∶1145 ,处理间差异
不大 ,平均为 219∶1∶116。但两种灌溉方式下植株各部
位对氮肥的吸收利用存在明显差异 ,滴灌处理明显高
于沟灌处理。如滴灌处理中果实的15 N 丰度比沟灌处
理提高了 1188 % ,而叶片的15 N 丰度则比沟灌提高了
1158 % ;茎部的差异相对较小。可见 ,滴灌灌溉方式有
利于番茄植株对肥料氮素的吸收 ,尤其促进了氮素向
果实和叶部的移动 ,从而有利于植株光合作用和经济
产量的提高。究其原因可能是滴灌条件下水分进入土
壤的速度较慢 ,使施入的肥料随灌溉水均匀地分布在
作物根际附近 ,从而促进了根系对肥料氮素的吸收 ;而
沟灌条件下 ,水分进入土壤的强度大 ,使肥料向土壤下
层淋失较多[2 ,5 ,10 ,11 ] ,造成作物根际部位肥料氮素的浓
度相对较低 ,使得作物从肥料中吸收氮素的机会相对
减少 ,导致沟灌处理番茄对15N 肥料的吸收利用低于滴
灌处理[5 ] 。本试验滴灌和沟灌处理中番茄地上部分的
肥料利用率都不高 ,分别为 11149 %和 7135 %。其主
要原因可能是供试土壤中氮素本底值较高和设计施氮
量过高所至 ,这也是目前保护地生产中氮肥利用率低
的主要原因[5～7 ] 。
212 　尿素15 N在土壤不同层次间的分布
氮肥施入土壤经过一系列的转化后 ,无机氮主要
以NO -3 2N 的形式存在 ,NH+4 2N 只占一小部分[6 ] 。由于
番茄根系在生育后期可达 60cm 土层以下[3 ,12 ] ,因此 ,
792　3 期 灌溉方法对温室番茄栽培尿素氮利用影响的研究
本试验将 0～100cm 土体作为根部养分吸收区。番茄
收获后 ,两种灌溉方式下不同土层中的尿素15N 残留量
如表 4 所示。从表中可以看出 ,两种灌溉方式残留在
土壤中的15N 都随土层加深而明显减少 ,其中残留在 0
～20cm 表土层中的肥料15 N 量 ,在沟灌和滴灌处理后
分别达 79194 和 97126kgΠhm2 ,占整个土层残留肥料氮
总量的 60 %和 68 %。而残留在 20～40cm 及 40～60cm
土层中的肥料15 N 量明显降低 ,沟灌处理的为 30144 和
12198kgΠhm2 ,分别占总肥料氮15 N 残留量的 2219 %和
9176 % ;滴灌处理的则为 29127 和 1114kgΠhm2 ,分别占
肥料氮 15 N 总残留量的 2015 %和 7197 % ;而在 60～
80cm土层中 ,沟灌和滴灌处理的肥料15 N 残留量分别
为 6158 和 3149kgΠhm2 ,分别占总肥料氮15N 残留量的
表 4 　肥料15N 残留在土壤不同层次中的分布
Table 4 　Distribution of fertilizer residual
nitrogen in soil profile
土层
soil layer
滴灌
drip irrigation
沟灌
furrow irrigation
残留量
Residual
amount ( %)
残留率
Residual
ratio ( %)
残留量
Residual
amount ( %)
残留率
Residual
ratio ( %)
0～20cm 　97126 (2. 288) 67199 79194 (3. 371) 60112
20～40cm 29127 (0. 670) 20146 30144 (1. 394) 22189
40～60cm 11140 (2. 002) 7197 12198 (1. 185) 9176
60～80cm 3149 (0. 279) 2144 6158 (0. 233) 4195
80～100cm 1164 (0. 551) 1115 3102 (0. 494) 2127
总量 total 143106 (12. 89) 100 132197 (9. 522) 100
4195 %和 2144 % ;在 80～100cm 土层中 ,两种灌溉方式
下肥料15N 残留量都较少 ,沟灌和滴灌处理的分别占总
肥料氮15 N 残留量的 2127 %和 1115 % ,可见沟灌方式
较滴灌方式有利于促进尿素氮向土壤下层移动 ,影响
作物对氮素的吸收 ;而滴灌方式使肥料氮素在土壤表
层富集 ,有利于作物的吸收利用 ,从而提高肥料利用
率。在 80m～100cm 土层内仍发现有肥料15 N 的存在 ,
说明施入的肥料氮在当季很可能有一小部分被淋出 0
～100cm 土体 ,造成肥料氮素的淋失。
213 　尿素15 N在土壤 - 作物体系中的去向
番茄收获后 ,肥料15N 在土壤 - 作物体系中的分配
如表 5 所示。结果表明 ,滴灌处理大约有 1115 %的肥
料15N 被作物吸收利用 ,其中果实利用了 519 % ,茎利
用了 2104 % ,叶利用了 3157 % ;在沟灌处理中肥料15 N
的利用率相对较低 ,只有 714 % ,其中果实利用了
410 % ,茎利用了 1137 % ,叶利用了 1199 %。番茄收获
后 ,大部分肥料15N 残留在 0～100cm 土层中 ,滴灌处理
肥料 15 N 残留量为 143106kgΠhm2 ,占氮肥投入量的
6316 % ,沟灌处理残留量为 132197kgΠhm2 ,占氮肥投入
量的 5911 % ,滴灌处理肥料残留率较沟灌高 415 %。
从氮素损失率来看 ,沟灌处理的氮损失率达尿素投入
量的 3315 % ,即沟灌方式下 ,当季施入土壤的尿素有
约 1Π3 损失了。而滴灌处理肥料氮的损失量为 5610kgΠ
hm2 ,比沟灌处理少 1915kgΠhm2 ,损失率减低了 816 %。
由此可以看出 ,滴灌方式不仅能提高肥料利用率 ,还能
降低肥料氮的损失率 ,减少氮素对环境的污染。
表 5 　15N 肥料在土壤 - 作物体系中的去向
Table 5 　The fate of 15N2lablelled fertilizer in soil and crop system
灌溉
irrigation
作物吸收 N 量
N uptake by plant
(kgΠhm2) 肥料15N 利用率15N2fertilizerutilization rate ( %) 0～100c 土壤肥料残留量residue mout (kgΠhm2) 15N 残留率15N residueratio ( %) 损失 losses损失量losses(kgΠhm2) 损失率losses ratio ( %)
沟灌 furrow irrigation 1615b(1. 127) 7135 (0. 356) 13310b(9. 522) 5911 7515a (5. 128) 3315
滴灌 drip irrigation 2519a (0. 245) 1115 (0. 518) 14311a (12. 89) 6316 5610b(2. 319) 2419
3 　结论
(1)在沟灌和滴灌两种灌溉方式下 ,番茄植株地上
部分肥料15 N 的利用率分别为 7135 %和 1115 % ,滴灌
处理番茄地上部分的15 N 比沟灌高 5613 % ;地上部分
各器官的15N 量有明显差异 ,均以果实中含量最高 ,达
50 %以上 ,其次为叶 ,茎中的最少 ,但与灌溉方式无太
大影响 ,两种灌溉方式下肥料15N 在果实、茎、叶的分配
比例差异不大 ,平均为 219∶1∶116。
(2) 滴灌处理 0～100cm 土层中肥料15 N 残留量为
143106kgΠhm2 ,占氮肥投入量的 6316 % ,沟灌处理残留
量为 132197kgΠhm2 ,占氮肥投入量的 5911 %。其中在 0
～20cm 表土层中残留的肥料15 N 最多 ,沟灌和滴灌处
理分别占肥料氮残留总量的 60 %和 68 %。残留在 20
～40 和 40～60cm 土层的15N 明显降低。
(3)沟灌处理肥料损失量达 7515kgΠhm2 ,占氮肥投
入量的 3315 % ;而滴灌处理肥料氮的损失量为 5610kgΠ
hm2 ,占氮肥投入量的 2419 %。
参考文献 :
(下转第 267 页)
892 Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2007 ,21 (3) :295～298
3 　结论
本试验采用60 Coγ射线辐射制备变性淀粉 ,由于γ
射线有很强穿透性 ,能对淀粉进行深部均匀照射 ,产生
自由基 ,引发反应 ,不需添加化学引发剂 ,从而避免了
化学法的诸多缺点。该工艺可常温常压生产变性淀
粉 ,淀粉改性度只与辐照加工剂量有关 ,辐射加工剂量
的控制也只需控制辐照时间即可。所以 ,辐射法生产
改性淀粉的工艺参数重复性良好 ,生产的产品质量稳
定。且该制备方法工艺简单、操作方便、改性程度稳
定、易控 ,产品质量和生产成本均优于化学变性淀粉。
同时 ,在对其浆液进行性能研究的结果也表明 ,辐射改
性淀粉浆液性能指标良好 ,完全可以满足工业应用的
要求[5 ,6 ] 。对于辐照加工这一和平利用核能的新技术 ,
始终将辐照化工新材料的开发作为其主导产业 ,针对
纺织、造纸等行业巨大的市场和发展潜力 ,辐射变性淀
粉有望成为辐照化工新材料新的经济增长点。
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