高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對設(shè)施土壤理化性狀及蔬菜產(chǎn)量的影響

王立革等

摘 要：以高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）為試驗(yàn)處理，膜下溝灌（FP）為對照，通過田間試驗(yàn)研究了高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對設(shè)施土壤理化性狀及蔬菜產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，定植后26～55天，F(xiàn)G+H處理明顯提高了20 cm處地溫；定植后118～154天，5、10、15、20、25 cm處地溫均低于FP。FG+H處理的表層土壤飽和導(dǎo)水率明顯提高，是FP的2.2倍。FG+H處理可明顯降低0～60 cm土壤硬度，而對土壤密度無明顯影響。FG+H處理0～20 cm土壤全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量比FP分別提高18.4%、47.6%、34.9%和20.9%，且明顯降低了0～200 cm土壤剖面硝態(tài)氮含量。FG+H處理相對FP有緩解土壤酸化和鹽化的趨勢。FG+H處理番茄采收期相對FP推遲約10天左右，但FG+H處理番茄總產(chǎn)量相對FP提高了19.9%。本研究結(jié)果表明，F(xiàn)G+H處理不僅明顯改善了設(shè)施土壤理化性狀，而且番茄產(chǎn)量也明顯提高。

關(guān)鍵詞：日光溫室；高壟覆膜；水肥一體化；土壤理化性狀；蔬菜產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S153 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 論文編號(hào)：2014-0500

Abstract： The experimental treatment is combination of plastic mulching and high-ridge and fertigation （FG+H）， membrane under furrow irrigation （FP） as the control， a field experiment was carried out to study that effect of combination of plastic mulching and high-ridge and fertigation on soil physiological and chemical characteristics and yield of vegetables in sunlight greenhouse. The results showed that： the soil temperature in 20 cm of plastic mulching of high-ridge combination fertilization（FG+H） increased significantly at 26 to 55 days after planting， The soil temperature of plastic mulching of high-ridge combination fertilization （FG+H） lower than membrane under furrow irrigation （FP） in soil depth of 5， 10， 15， 20， 25 cm separately， after 118 to 154 days planting. Plastic mulching of high-ridge combination fertilization （FG+H） increased significantly surface soil saturated hydraulic conductivity， that was 2.2 times of membrane under furrow irrigation （FP）. And soil hardness reduced significantly in 0-60 cm soil depth， but had no effect on soil bulk density. Plastic mulching of high-ridge combination fertilization （FG+H） reduced significantly nitrate nitrogen in 0-200 cm soil profile， And reduce the risk of soil acidification and salinization. FG+H treatment tomato harvest period relative FP delayed about 10 days， but The FG+H treatment tomato yield increased by 19.9% relative to FP. Research results showed that， combination of plastic mulching and high-ridge and fertigation （FG+H） not only significantly ameliorated the soil physical and chemical properties and the yield of tomato increased significantly in sunlight greenhouse.

Key words： Sunlight Greenhouse； Combination of Plastic Mulching and High-ridge； Fertigation； Soil Physiological and Chemical Characteristics； Yield of Vegetables

0 引言

設(shè)施土壤是設(shè)施農(nóng)業(yè)賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，隨著中國設(shè)施栽培面積的迅速擴(kuò)大及栽培年限的增加，設(shè)施土壤環(huán)境惡化，已成為制約設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[2]。連作障礙以及灌溉施肥是影響設(shè)施土壤環(huán)境的2個(gè)因素，輪作倒茬是緩解連作障礙既經(jīng)濟(jì)又有效的措施之一，但在實(shí)際生產(chǎn)中，受蔬菜市場影響以及經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)動(dòng)，輪作倒茬難以實(shí)施，而傳統(tǒng)的灌溉施肥方式不僅造成水肥資源浪費(fèi)，同時(shí)也導(dǎo)致了土壤養(yǎng)分失衡[3]、C/N比失調(diào)[4]、次生鹽漬化[5]、酸化[6]等一系列問題，并且肥料種類對設(shè)施土壤pH和EC值也有不同程度的影響[7]。因此，改變灌溉施肥方式可以達(dá)到改善設(shè)施土壤環(huán)境的目的。

水肥一體化是實(shí)現(xiàn)水肥同步管理和高效精準(zhǔn)的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)措施，灌溉時(shí)間、灌溉量及灌溉定額等技術(shù)參數(shù)對土壤pH、EC和全鹽含量有一定的影響[8]，水肥一體化不僅可降低土壤硝態(tài)氮淋洗，提高氮肥利用率[9-10]，而且也能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[11-12]。若水肥一體化與傳統(tǒng)開溝種植模式相結(jié)合，不僅會(huì)引起根系周邊土壤隨水流向溝底造成根系外露，而且也會(huì)降低養(yǎng)分利用率，高壟栽培與水肥一體化技術(shù)結(jié)合將會(huì)避免上述問題的發(fā)生。已有研究證明，采用高壟模式種植大豆，不僅可降低土壤密度，提高土壤溫度，而且也提高了大豆的產(chǎn)量[13，14]；露地種植馬鈴薯采用高壟栽培水肥一體化技術(shù)，不僅可以增加馬鈴薯產(chǎn)量，而且也可提高氮素利用率[15]；尤秀娜等[16]在鹽堿地種植黃瓜時(shí)采用高壟栽培結(jié)合水肥一體化技術(shù)，不僅改善了黃瓜品質(zhì)，同時(shí)也起到淋洗鹽分的效果，使鹽堿土EC值降低了52%。

綜上所述，高壟栽培水肥一體化技術(shù)應(yīng)用于露地生產(chǎn)，不僅能夠增加作物產(chǎn)量、提高氮素利用率，而且也能降低鹽堿土EC含量，而設(shè)施土壤因長期處于封閉或半封閉狀態(tài)，形成了特殊的生態(tài)環(huán)境，勢必導(dǎo)致土壤環(huán)境異與露地土壤以及鹽堿土。因此，該技術(shù)對設(shè)施土壤環(huán)境及蔬菜產(chǎn)量的影響尚不完全清楚，為此，通過研究高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對設(shè)施土壤理化性狀及蔬菜產(chǎn)量的影響，以期完善該技術(shù)的研究內(nèi)容，為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于山西省晉中市榆次區(qū)莊子鄉(xiāng)南趙村，地處東經(jīng)112°48′44″，北緯37°38′15″，屬溫暖半干旱大陸性氣候，年平均氣溫8.4℃，無霜期123天左右，年平均降水量445 mm。溫室土壤類型為石灰性褐土，其基本理化性狀見表1。

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

溫室種植年限為3年，供試蔬菜為番茄，品種為勞斯特，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）是在種植行處建梯形高壟，下壟寬65～70 cm，上壟寬45～50 cm，壟高20 cm，壟上整平（如圖1所示），番茄定植在壟上距邊緣5～10 cm處，每行番茄鋪設(shè)1條滴灌管，定植后25～30天覆蓋地膜；以膜下溝灌（FP）為對照，種植行開溝，番茄定植與溝坡中上部，定植后25～30天將地膜跨壟溝覆蓋，膜下溝內(nèi)灌溉；高壟覆膜滴灌（FG+H）和膜下溝灌（FP）面積均為400 m2。

選擇株高20 cm左右，6～7片真葉的健壯番茄苗，于2010年11月6日定植，2011年5月24日拉秧。定植前每處理施腐熟優(yōu)質(zhì)雞糞48 t/hm2，有機(jī)肥養(yǎng)分含量為全氮（TN）24.69 g/kg，全磷（TP）4.03 g/kg，全鉀（TK）9.76 g/kg。番茄生育期的養(yǎng)分輸入量及灌溉量見表2。

1.3 樣品采集及測定方法

番茄定植后，在FG+H和FP區(qū)種植行的2株中間安裝5、10、15、20、25 cm曲管直角地溫計(jì)1組（每處理3次重復(fù)），從定植后26天開始，每天上午8：30—9：00記錄地溫。

番茄拉秧后，分別在FG+H和FP處理區(qū)用鐵鍬挖60 cm土壤剖面（3次重復(fù)），每10 cm為單位用硬度計(jì)（日本Daiki Rika Kogyo Co. Ltd.生產(chǎn)的Daiki A-1505）測定土壤硬度，避開土壤硬度測量點(diǎn)用環(huán)刀取樣測定土壤密度；另在各處理區(qū)選擇3個(gè)點(diǎn)位，用Hood IL-2700入滲儀（德國U GT GmbH）測定表層土壤飽和導(dǎo)水率。

每處理區(qū)另選3條種植行，在每行的2株中間用土鉆采集0～200 cm土壤剖面樣品，以20 cm為單位將土樣分開裝袋并標(biāo)記，帶回室內(nèi)風(fēng)干后研磨過0.15和 2 mm篩，分析測定0～200 cm土壤NO3--N含量，0～20 cm土壤全氮（TN）、有效磷、速效鉀（AK）、有機(jī)質(zhì)（OM）、pH和EC。

2 結(jié)果與分析

2.1 高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對地溫的影響

由圖2可以看出，定植后26～59天，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）明顯提高了20 cm處地溫，而5、10、15、25 cm處地溫與膜下溝灌（FP）相近。隨著定植時(shí)間的延長，在定植后59～85和110～115 天，出現(xiàn)了2次明顯的降溫過程，這主要是受外界氣候條件影響所致，在此期間，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）與膜下溝灌（FP）地溫相近且變化變化趨勢一致。定植后115～118天，不同層次地溫迅速回升，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）與膜下溝灌（FP）地溫回升幅度相近。定植后118～154天，不同層次地溫均表現(xiàn)出高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）低于膜下溝灌（FP），這是受外界氣候回升的影響，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）灌溉頻率相對增加所致。

2.2 高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對土壤硬度和密度的影響

土壤硬度是指破碎土壤所受的阻力，硬度越大破土的阻力越大，作物根系生長的阻力越大。0～60 cm土壤硬度測定結(jié)果顯示（圖3），高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）相對膜下溝灌（FP）土壤硬度變化幅度較大，除了30 cm處23.2 kg/cm2與膜下溝灌（FP）24.8 kg/cm2無明顯差異外（P>0.05），其余層次的土壤硬度明顯低于FP（P<0.05）。

土壤密度是土壤物理性質(zhì)的重要參數(shù)，與土壤質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)及有機(jī)質(zhì)含量有關(guān)，由圖3可以看出，F(xiàn)G+H處理0～60 cm土壤密度的變化范圍1.4～1.6 g/cm3均高于FP的1.3～1.5 g/cm3，但統(tǒng)計(jì)分析差異并未達(dá)到顯著水平（P>0.05）。

2.3 高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對土壤飽和導(dǎo)水率的影響

土壤飽和導(dǎo)水率是指土壤中的孔隙全部被水充滿時(shí)，單位水勢梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的水量，是反映土壤飽和滲透性能的物理性質(zhì)之一。其數(shù)值越大，表明土壤的滲透性能越好。由圖4可知，F(xiàn)G+H處理的表層土壤飽和導(dǎo)水率40 mm/h顯著高于FP處理18 mm/h（P<0.05），說明FG+H處理明顯增加了土壤的滲透性能，這與閆映宇等[17]的研究結(jié)果相一致。

2.4 高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對土壤剖面硝態(tài)氮分布的影響

由圖5可以看出，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）0～200 cm土壤剖面NO3--N含量高峰值出現(xiàn)在100 cm處33.9 mg/kg，膜下溝灌（FP）出現(xiàn)在180 cm處192.7 mg/kg，與定植前（基礎(chǔ)土）相比，F(xiàn)G+H和FP不同層次NO3--N含量均高于定植前，但統(tǒng)計(jì)分析顯示，F(xiàn)G+H處理與定植前無明顯差異（P>0.05），F(xiàn)P與定植前差異達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。

硝態(tài)氮淋洗與灌溉方式、灌溉量、氮素施用量以及土壤質(zhì)地等因素有關(guān)。由灌溉量和氮素輸入量可知（表2），番茄整個(gè)生育期，F(xiàn)P累計(jì)灌溉量3360 t/hm2是FG+H處理2160 t/hm2的1.6倍，F(xiàn)P氮素累計(jì)輸入量638 t/hm2是FG+H處理308 t/hm2的2.1倍，這可能是FP處理0～200 cm土壤剖面硝態(tài)氮含量明顯高于FG+H的重要原因。

2.5 高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對土壤養(yǎng)分及pH、EC的影響

由表3可知，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）0～20 cm土壤全氮（TN）、有效磷、速效鉀（AK）、有機(jī)質(zhì)（OM）含量，相對膜下溝灌（FP）分別提高18.4%、47.6%、34.9%、20.9%，統(tǒng)計(jì)分析顯示，差異均未達(dá)到顯著水平（P>0.05）；高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）土壤pH高于膜下溝灌（FP）0.04個(gè)單位（P>0.05）；EC值相對FP降低了19.1%（P>0.05）。

2.6 高壟覆膜水肥一體化技術(shù)對番茄產(chǎn)量的影響

由圖6可以看出，在定植后136天時(shí)，膜下溝灌（FP）處理番茄進(jìn)入采收期，相對高壟覆膜水肥一體化處理（FG+H）番茄采收期的146天提前約10天左右。在定植后136～161天，F(xiàn)P處理番茄產(chǎn)量高于FG+H處理，定植后161天至拉秧，F(xiàn)G+H處理番茄產(chǎn)量高于FP。就總產(chǎn)量而言，F(xiàn)G+H處理番茄總產(chǎn)量190119.1 kg/hm2顯著高于膜下溝灌（FP）158577.7 kg/hm2（P<0.05），總產(chǎn)量相對提高了19.9%。

3 結(jié)論與討論

土壤溫度受農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大，如耕作方式、灌溉方式、作物種類、天氣以及土壤類型等[18]，當(dāng)作物種類、氣候條件和土壤質(zhì)地條件一致時(shí)，耕作方式和灌溉方式則成為影響土壤溫度的重要因素。本研究結(jié)果表明，定植后26～59天，高壟覆膜水肥一體化處理（FG+H）相對膜下溝灌（FP）明顯提高了20 cm處的土壤溫度，而這段時(shí)期正處于設(shè)施蔬菜根系生長階段，從而有助于培養(yǎng)壯苗，為抵御低溫脅迫和提高產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)；由于高壟覆膜水肥一體化處理（FG+H）每次灌溉量均低于膜下溝灌（FP），隨著外界氣溫的逐步回升，土壤蒸發(fā)量加大，因此，必須增加FG+H處理的灌溉頻率才能滿足作物的生長，所以，在番茄生長后期（定植后118～154天），不同層次土壤溫度均表現(xiàn)出FG+H處理低于FP。

土壤硬度和密度均會(huì)影響作物根系生長，土壤硬度達(dá)到1.5 MPa即15 kg/cm2時(shí)（1 MPa相當(dāng)于每平方厘米面積上的承受壓力為10 kg），能促進(jìn)甜菜側(cè)根系生長[19]，當(dāng)土壤強(qiáng)度達(dá)2.5 MPa即25 kg/cm2時(shí)，根的生長完全被抑制[20]，并且在同一生育期，緊實(shí)土壤（密度為1.55 g/cm3）相對疏松土壤 （1.25 g/cm3）有利于激發(fā)黃瓜根系加粗生長[21]。本研究中FG+H處理0～60 cm土壤硬度變化范圍在18.3～23.2 kg/cm2，F(xiàn)P在23.5～ 24.8 kg/cm2，且FG+H處理0～60 cm土壤密度在1.39～1.6 g/cm3的變化范圍略高于FP的1.31～1.56 g/cm3，因此，F(xiàn)G+H處理相對FP是否有利于激發(fā)作物根系生長，還需作進(jìn)一步的相關(guān)研究。

影響土壤飽和導(dǎo)水率的因素包括土壤水分特性、質(zhì)地、土壤結(jié)構(gòu)、土壤中陽離子組成與含量、土溫、有機(jī)質(zhì)含量、土地利用方式等[17]，本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)G+H處理的表層土壤飽和導(dǎo)水率顯著高于FP對照，其原因需作深一步的研究和探討。

硝態(tài)氮是植物能夠直接吸收利用的速效性氮素，不易被土壤膠體所吸附，易隨水移動(dòng)[9]。FG+H處理相對FP在低灌溉量和低氮素輸入量的基礎(chǔ)上，降低了0～200 cm土壤剖面硝態(tài)氮含量，該研究結(jié)果與前人[9，12，15]研究結(jié)果相同。雖然高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）的肥料施用量低于膜下溝灌（FP），但收獲后的土壤養(yǎng)分含量較高與膜下溝灌（FP），因此，在采用高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）時(shí)，還需合理施用肥料用量。高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）對0～20 cm土壤pH和EC值雖然無明顯影響，但相對膜下溝灌（FP）有降低土壤酸化和鹽化的風(fēng)險(xiǎn)。

對番茄產(chǎn)量的研究結(jié)果顯示，高壟覆膜水肥一體化（FG+H）處理的番茄采收期相對FP推遲約10天左右，但在定植后161天至拉秧，F(xiàn)G+H處理的番茄產(chǎn)量始終高于FP，最終，F(xiàn)G+H處理番茄總產(chǎn)量相對FP提高了19.9%。因此在實(shí)際生產(chǎn)中，采用高壟覆膜水肥一體化技術(shù)，可適當(dāng)選擇定植時(shí)間，以取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

本研究結(jié)果表明，高壟覆膜水肥一體化技術(shù)（FG+H）相對膜下溝灌（FP）明顯改善了設(shè)施土壤的溫度、硬度和入滲性能，降低了硝態(tài)氮的淋洗，同時(shí)番茄產(chǎn)量明顯提高。

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