覆膜滴灌對日光溫室甜瓜土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響

王京偉，牛文全，許 健，李 元

（1.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，楊凌 712100；2.山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心，太原 030002；3.中國科學院、水利部水土保持研究所，楊凌 712100）

覆膜滴灌對日光溫室甜瓜土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響

王京偉1，2，牛文全1，3※，許 健1，李 元1

（1.西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，楊凌 712100；2.山西省水土保持生態(tài)環(huán)境建設(shè)中心，太原 030002；3.中國科學院、水利部水土保持研究所，楊凌 712100）

為探明不同覆膜滴灌條件下，大棚甜瓜土壤水、熱等環(huán)境因素變化對脲酶及甜瓜產(chǎn)量的影響，該文采用正交試驗設(shè)計，研究了日光溫室內(nèi)不同覆膜方式（全覆膜、半覆膜、無膜)、灌水下限（田間持水量的60%、70%、80%）、滴灌毛管密度（1管1行、3管4行、1管2行）以及3種因素的交互作用下的土壤水、熱、pH值等的變化，以及對甜瓜土壤脲酶活性及甜瓜產(chǎn)量的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，半膜覆蓋、80%田間持水量的灌水下限、1管2行滴灌毛管密度等的甜瓜根區(qū)土壤水分分布均勻、土壤溫度較高、pH值較低，可顯著提高土壤脲酶活性；60%田間持水量下限處理脲酶活性在果實膨大期和成熟期高，70%田間持水量下限處理在苗期高，80%田間持水量下限處理在各個生育階段都最高；半膜覆蓋、1管2行和80%田間持水量下限組合和半膜覆蓋、3管4行和70%田間持水量下限組合的甜瓜產(chǎn)量分別為34.46、31.27 t/hm2，顯著高于全膜覆蓋、1管1行和80%田間持水量下限組合的28.02 t/hm2；半膜覆蓋、1管2行和80%田間持水量下限組合甜瓜的可溶性糖和可溶性固形物含量高，有機酸含量低。在陜西關(guān)中地區(qū)的日光溫室栽培甜瓜，建議采取半膜覆蓋，1管2行的滴灌管密度，灌水量下限分別為苗期70%、開花坐果期80%、果實膨大期80%和成熟期60%田間持水量。

灌溉；土壤；水分；滴灌;土壤脲酶;覆膜方式;灌水下限

王京偉，牛文全，許 健，李 元.覆膜滴灌對日光溫室甜瓜土壤環(huán)境及產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32（6）：232-241.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.032 http://www.tcsae.org

Wang Jingwei,Niu Wenquan,Xu Jian,Li Yuan.Effects of drip irrigation under plastic film on muskmelon soil environment and yield in greenhouse[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE）,2016,32(6): 232－241.(in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.032 http://www.tcsae.org

0 引言

中國設(shè)施農(nóng)業(yè)的栽培面積2011年底超過400萬hm2，成為世界上設(shè)施栽培面積最大的國家[1-2]。設(shè)施農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展提高了農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，滿足了人們的生產(chǎn)、生活需求，同時也造成土壤營養(yǎng)失調(diào)，氮素等養(yǎng)分積累而導致的土壤酸化，微生物生態(tài)破壞等環(huán)境問題[3-4]。脲酶是土壤中的主要水解酶，能促進尿素水解成二氧化碳和氨，是土壤氮素循環(huán)的重要組成部分[5-8]。脲酶活性表征土壤氮素狀況和作物生長吸收氮素能力的趨勢，與土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀及速效氮、磷等之間都存在顯著相關(guān)性[9]。增強土壤脲酶活性能促進土壤營養(yǎng)代謝，改善土壤性質(zhì)，提高土壤肥力[10]。因此，研究土壤脲酶的影響因素、提高耕作土壤的脲酶活性，對改善土壤質(zhì)量[7]，合理有效利用水土資源，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要意義。

土壤脲酶活性受多種因素的影響[11-12]。在一定的土壤基質(zhì)條件下，不同的土壤水、氣、熱、pH值將造成作物根區(qū)環(huán)境的差異，影響土壤微生物生長、作物與土壤之間的交互作用。而土壤脲酶主要來源于微生物[13]，因此，這必然對土壤脲酶活性具有顯著的影響[14]。同時，不同的土壤水、氣、熱組成及分布狀況，也會直接影響土壤脲酶活性的存在狀態(tài)與活性強弱[15]。

在日光溫室中，覆膜滴灌作為一種節(jié)水、保墑的灌溉技術(shù)越來越被普遍應用，特別是在干旱地區(qū)。不同的覆膜方式、滴灌毛管密度和灌水量形成不同的田間土壤水、氣、熱等時空分布狀態(tài)，進而影響和制約土壤脲酶的產(chǎn)生和活性[16]，也將影響土壤中氮素及相關(guān)營養(yǎng)物質(zhì)的代謝過程，以及作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量。目前，有關(guān)土壤脲酶方面的研究多集中在林地、濕地和大田土壤等方面。在農(nóng)耕用地土壤脲酶研究方面更多關(guān)注氮肥施入、水分等對脲酶的影響，以及脲酶與土壤其它營養(yǎng)的聯(lián)系[17]。針對日光溫室土壤水、熱等條件變化與土壤脲酶的活性變化的研究較少。日光溫室的空間相對封閉，土壤水、熱運移條件顯著不同于大田土壤。因此，本文研究了日光溫室內(nèi)不同覆膜滴灌條件下，土壤水、熱等環(huán)境因子對土壤脲酶活性的影響，為日光溫室應用覆膜滴灌技術(shù)，提高水土利用效率，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014年4－7月在陜西楊凌區(qū)大寨鄉(xiāng)大寨村的日光溫室內(nèi)進行。試驗地位于東經(jīng)108°08′，北緯34°16′，海拔521m，屬于暖溫帶半濕潤季風區(qū)，年均氣溫約16.3℃，多年平均降水量為535.6 mm，年均日照時數(shù)約為2 163 h，年均無霜期為210 d。供試土壤容重為1.34 g/cm3，田間持水量為28.17%（質(zhì)量含水率）。土壤組成（質(zhì)量比）：砂礫（2～0.02 mm）占25.4%，粉粒（0.02～0.002 mm）占44.1%，黏粒（＜0.002 mm）占30.5%，土壤孔隙度為49.38%。土壤類型為塿土，pH值8.21，基本養(yǎng)分狀況為：有機質(zhì)16.48g/kg、全氮0.96 g/kg、全磷0.36 g/kg、全鉀10.4 g/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)覆膜（P）、灌水下限（L）、滴灌毛管鋪設(shè)密度（T）3個因子。覆膜分為全覆膜（PF）、半覆膜（PH）、無膜（PN）3種方式。全覆膜為栽培小區(qū)的溝壟及栽培行間全部覆膜；半覆膜為僅對栽培溝壟覆膜；無膜為栽培小區(qū)內(nèi)不進行覆膜。地膜（江蘇靖江市新豐塑料廠）為白色透光高壓低密度聚乙烯地膜，膜厚度0.014 mm。

灌水下限分別為田間持水量（F）的60%（L60）、70%（L70）、80%（L80），對應的上限分別為田間持水量的65%、75%、85%。采用Field TDR 200（Spectrum公司，美國）進行水分監(jiān)測，每個小區(qū)中間安裝1根深度為100 cm探管，按10 cm的等間隔測試土壤含水率，深度測至60 cm，每次灌水后加測，并用打鉆取土，烘干法校正。當土壤含水量達到土壤水分下限時，按照濕潤層40 cm進行計算補充水分。灌水量計算式為:

式中M為灌水量，m3；s為計劃濕潤面積，取值4.6 m2；ρb為土壤容積密度，取值1.35 g/m3；p為濕潤比，取值0.8；h為濕潤層深度，取值0.4 m；θf為田間最大持水量，取值31.54%；q1、q2分別為灌水上限、土壤實測含水率，%；η為水分利用系數(shù),取值0.95。

毛管鋪設(shè)密度設(shè)置為：1管1行（T1）、3管4行（T3/4）、1管2行（T1/2）等3種方式。1管1行，毛管與植株種植行重合，每個種植行鋪設(shè)1條毛管；3管4行，毛管鋪設(shè)在2個植株種植行中間，毛管與植株行距離為30 cm，連續(xù)4個植株行間鋪設(shè)3條毛管作為1組，每組毛管之間空1個植株行間；1管2行，毛管鋪設(shè)在2行植株中間，毛管與植株距離為30 cm，連續(xù)2條毛管間有2行植株。滴灌管（甘肅大禹節(jié)水集團股份有限公司）為內(nèi)鑲式扁平滴灌，直徑16 mm，壁厚0.3 mm，滴頭間距30 cm，工作壓力為10 kPa時，滴頭流量為1.2 L/h。

采用3因素3水平正交試驗設(shè)計，選用L9（34）正交表，共9個處理:PFT1L80（處理1）、PNT1/2L70（處理2）、PNT3/4L80（處理3）、PHT1/2L80（處理4）、PFT1/2L60（處理5）、PFT3/4L70（處理6）、PNT1L60（處理7）、PHT3/4L60（處理8）、PHT1L70（處理9）。每個處理重復3次，共27個試驗小區(qū)。

試驗大棚長108m（東西走向），寬8m（南北走向）。從西向東劃分種植小區(qū)，種植小區(qū)起雙壟，長5.7m，壟面寬0.8m，高0.2m，溝寬0.4m，每小區(qū)面積為4.6m2。每個小區(qū)定植30株，采用雙行種植，植株間距0.6m，試驗地兩端均設(shè)保護行。

不同覆膜方式、毛管密度、灌水下限處理的總灌水量見表1。

表1 不同覆膜方式、毛管密度和灌水下限處理的實際灌水量Table 1 Actual irrigation amount of different film-covering modes, drip irrigation pipe density and irrigation low limits treatments

1.3 測定指標

1.3.1 土壤脲酶

采集幼苗-開花坐果期甜瓜植株地下0～30cm根圍土作為測試土樣。5月22日、6月12日、6月24日和7月14日分別在每個小區(qū)隨機選取長勢均勻的3株甜瓜，割掉地上植株部分，以相鄰植株間距中線為邊界，按照50cm×40cm的矩形區(qū)域挖掘（深度約35 cm），整體取出根樣，將根系間大塊土壤去除，用力將根系上粘著的土壤抖落在事先經(jīng)過高溫滅菌的潔凈濾紙上，將濾紙裝進滅過菌的平皿中，帶回實驗室，在超凈臺中用滅過菌的鑷子去除其中的根系殘茬，此為甜瓜根圍土壤[18]。采集到的新鮮土樣保存于4℃冰箱。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定[19]，酶活性使用每克土24 h后所生成的NH3-N質(zhì)量表示，單位為mg/g。

1.3.2 土壤含水率、土壤溫度、土壤pH值

采用美國Spectrum公司生產(chǎn)的Field TDR 200測試土壤含水率,深度測至60cm，并用打鉆取土、烘干法校正；土壤溫度用地溫計測定，在每個試驗小區(qū)中部的垂直方向，將地溫計布置在5、10、15、20、25cm等5個土層,從2014年5月15日開始至7月14日，每5d測一次，每次測定的時間為上午10：00點。為降低天氣變化的影響，取大棚內(nèi)空氣溫度為28～30℃時的土壤溫度計算平均值，單位為℃；土壤pH值用pHB-4型酸度計測定（土水體積比為1∶5），土樣為5月22日、6月12日、6月24日和7月14日的根圍土，取平均值。

1.3.3 甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)

果實成熟后分區(qū)采摘，各試驗小區(qū)單株產(chǎn)量總和計為該小區(qū)產(chǎn)量，并折算為t/hm2。甜瓜的可溶性糖含量用蒽酮比色法測定，可溶性固形物含量用手持折光測糖儀測定，有機酸采用酸堿滴定法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用SPSS22軟件進行Duncan多重比較及交互作用、方差、極差分析，采用Excel軟件作表、作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限交互作用對土壤含水率均勻度的影響

對甜瓜生育期內(nèi)土壤0～60 cm的平均含水率進行極差分析，覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限及其交互作用對土壤0～60cm的含水率極差值的影響，見圖1。

圖1 不同覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限處理的大棚甜瓜0～60 cm土壤含水率極差值Figure 1 Soil moisture content range of different film-covering modes,drip irrigation pipe density and irrigation low limits treatments

由圖1可知，隨覆膜程度的減小，土壤0～60 cm含水率極差值先減小后增大，半膜覆蓋時最小，水分分布均勻度最高；隨著灌水量下限的升高，土壤0～60 cm的含水率極差值依次增大，說明灌水量的增加造成了土壤0～60 cm的水分分布不均勻度增加；隨滴灌毛管密度的降低，土壤0～60 cm含水率極差值呈減小趨勢，1管2行時最小、水分均勻度最高，3管4行次之。

覆膜方式與滴灌毛管密度交互作用對土壤0～60 cm含水率極差值的影響，整體趨勢上無膜覆蓋（N）與3種滴灌毛管密度交互的土壤含水率極差值都較高，半膜覆蓋與3種滴灌毛管密度交互作用的土壤含水率極差值都較低，水分均勻度更好。

覆膜方式與灌水下限交互作用的土壤0～60 cm含水率極差值，整體上隨灌水下限的升高而增大。半膜覆蓋與3種灌水下限交互作用的土壤含水率極差值都較低。

滴灌毛管密度與60%田間持水量灌水下限交互作用的土壤0～60 cm含水率極差值都較低，水分均勻度更高。80%田間持水量灌水下限與滴灌毛管密度交互的土壤0～60 cm含水率極差值隨著滴灌毛管密度的降低而減小，80%F與1管2行的交互值最小。

因此，半膜覆蓋、60%田間持水量灌水下限、3管4行或1管2行布置的土壤0～60 cm含水率極差小、分布均勻度高，半膜覆蓋、80%田間持水量灌水下限、1管2行次之。

2.2 覆膜方式、滴灌管毛鋪設(shè)密度和灌水控制下限交互作用對土壤溫度的影響

表2為覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限交互作用對土壤溫度的影響。

表2 覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限交互作用對土壤平均溫度的影響Table 2 Impact of experimental factors interaction on soil moisture average temperature(℃)

由表2可知，覆膜方式對土壤平均溫度具有顯著的影響，隨覆膜程度的減小而降低，全膜覆蓋最高、無膜最低，但半膜與全膜覆蓋之間差異不顯著。灌水下限對土壤平均溫度具有極顯著的影響，隨灌水下限的升高呈先降低后升高的趨勢，80%田間持水量灌水下限時最高、70%田間持水量灌水下限最低，80%與60%田間持水量灌水下限之間差異不顯著。滴灌毛管密度對土壤平均溫度無顯著影響，但與覆膜交互作用對土壤平均溫度具有顯著影響。極差分析表明，土壤平均溫度受灌水下限影響最大、覆膜方式次之、滴灌毛管密度最小。進一步分析了覆膜方式與滴灌毛管密度交互作用對土壤溫度的影響，結(jié)果如圖2。

由圖2可知，整體上無膜與3種滴灌毛管密度交互的土壤平均溫度較低，全膜、半膜較高。半膜與1管2行交互的土壤平均溫度整體上較高，與3管4行交互次之。因此，全膜覆蓋、80%田間持水量的灌水下限、1管2行布置的土壤0～25 cm溫度較高，次優(yōu)選擇是半膜覆蓋、80%田間持水量的灌水下限、1管2行的布置。

2.3 覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限交互作用對土壤pH值的影響

試驗因素及交互作用對土壤pH值的影響如圖3：

由圖3可知，隨覆膜度的減小，土壤pH值呈增大趨勢。隨灌水下限的升高、滴灌毛管密度的降低，土壤pH值呈減小趨勢。由3種因素的交互作用可知，整體上1管2行、80%田間持水量灌水下限與全膜、半膜覆蓋交互的土壤pH值的較低。

圖2 P與T交互作用的土壤平均溫度Figure 2 Average temperature of P and T interaction

圖3 試驗因素及交互作用對土壤pH值的影響Fig.3 Impact of experimental factors and interaction on soil pH

2.4 覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限對土壤脲酶活性影響

表3為不同處理在甜瓜各生育階段的脲酶活性。

由表3可知，在甜瓜不同的生育階段，不同處理土壤脲酶活性都有顯著差異。土壤脲酶活性總體上從苗期到果實膨大期呈增高趨勢，到果實成熟期下降。果實膨大期的土壤脲酶活性顯著高于苗期和開花坐果期。苗期時，處理3（PNT3/4L80）、處理6（PFT3/4L70）的脲酶活性顯著高于其它處理；開花坐果期時，處理3（PNT3/4L80)、處理4（PHT1/2L80）的脲酶活性顯著高于其它處理；果實膨大期時，處理7（PNT1L60)的脲酶活性顯著高于其它處理；成熟期時，處理8（PHT3/4L60）的脲酶活性顯著高于其它處理。處理2（PNT1/2L70）、處理3（PNT3/4L80）、處理4（PHT1/2L80）的脲酶活性在甜瓜各個生育階段都較高。

對3種試驗因素及交互作用對各生育階段土壤脲酶的影響進行了分析，結(jié)果如表4：

表3 各處理在甜瓜不同生育階段的土壤脲酶活性Table 3 Soil urease activity of test treatments in different growth stages of melon

表4 覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水控制下限對脲酶活性的影響Table 4 Impact of experimental factors on urease activity(mg.g-1)

由表4可知，覆膜方式對苗期土壤脲酶無顯著影響，但對開花坐果期、果實膨大期、和成熟期的土壤脲酶活性都有極顯著和顯著性影響；滴灌毛管密度對大棚甜瓜土壤脲酶有極顯著影響，灌水量下限對大棚甜瓜土壤脲酶有顯著影響。覆膜方式、滴灌毛管鋪設(shè)密度和灌水量下限交互作用對大棚土壤脲酶活性也有顯著影響，除果實膨大期和苗期外，交互作用均為顯著或極顯著。

進一步分析了對土壤脲酶活性有顯著影響的試驗因素，結(jié)果見表5：

表5 試驗因素不同水平對脲酶活性的影響Table 5 Impact of different level experimental factors on urease activity(mg.g-1)

由表5可知，在整個生育期，隨覆蓋度的降低，脲酶活性先增大后減小，整體上全膜覆蓋的土壤脲酶活性最低，半膜覆蓋最高，無膜與半膜相差不大。在開花坐果期、果實膨大期，無膜處理的脲酶活性大于半膜覆蓋，成熟期則小于半膜覆蓋。

隨著滴灌毛管密度的減小，土壤脲酶活性在整個生育期的均值先增大后減小，3管4行時最大、1管1行次之、1管2行最小。但1管2行在開花坐果期、果實膨大期兩個時期中土壤脲酶活性顯著高于3管4行，1管1行在果實膨大期的脲酶活性也顯著高于3管4行。

隨著灌水量下限的升高，土壤脲酶活性在整個生育期的均值先減小后增大，60%田間持水量灌水下限最大、80%田間持水量灌水下限次之、70%田間持水量灌水下限最小。80%田間持水量灌水下限處理在各個時期的土壤脲酶活性都很高、相對均勻，60%田間持水量灌水下限處理在果實膨大期、成熟期的脲酶活性很高，70%田間持水量灌水下限處理則在苗期具有很高的脲酶活性。

對土壤脲酶有顯著影響試驗因素的交互作用如圖4：

由圖4可知，覆膜方式與滴灌毛管密度的交互作用顯著的3個生育階段，整體上半膜覆蓋與3管4行的交互作用對土壤脲酶活性影響最顯著，與1管2行交互作用的影響次之；覆膜方式與灌水量下限交互作用顯著的4個生育階段，3種覆膜方式與80%田間持水量灌水下限的交互作用的脲酶活性整體上都較高，其中半膜覆蓋與80%田間持水量灌水下限交互的脲酶在每個生育階段都保持很高的活性，與60%田間持水量灌水下限交互的脲酶在每個生育階段也都保持較高的活性；滴灌毛管密度與灌水量下限交互作用顯著的3個生育階段，80%田間持水量灌水下限與3種滴灌毛管密度的交互作用的脲酶活性整體上都較高且波動不大、比較穩(wěn)定，其中80%田間持水量灌水下限與3管4行交互的脲酶在每個生育階段都保持很高的活性，與1管2行交互作用的影響次之。

因此，為了提高大棚甜瓜土壤脲酶活性，宜選擇半膜覆蓋，80%田間持水量灌水下限灌水下限和3管4行滴灌毛管布置；60%田間持水量灌水下限，1管2行毛管布置是次優(yōu)選擇。

圖4 試驗因素的交互作用對土壤脲酶活性的影響Figure 4 Impact of experimental factors interaction on soil urease activity

2.5 覆膜方式、滴灌管鋪設(shè)密度和灌水控制下限對甜瓜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

表6為試驗因素對甜瓜產(chǎn)量的影響。

由表6可知，各處理的甜瓜產(chǎn)量有顯著差異。處理4（PHT1/2L80）、處理6（PFT3/4L70）、處理9（PHT1L70）的甜瓜產(chǎn)量顯著高于其它處理。覆膜方式、灌水量下限對甜瓜產(chǎn)量有極顯著的影響，滴灌毛管密度對甜瓜產(chǎn)量有顯著影響，3個試驗因素之間交互作用對甜瓜產(chǎn)量的影響也極顯著。極差分析表明，甜瓜產(chǎn)量受灌水下限影響最大、覆膜方式次之、滴灌毛管密度最小。

表6 試驗因素及交互作用對甜瓜產(chǎn)量的影響Table 6 Impact of experimental factors and interaction on yield of melon（t.hm-2）

隨覆膜度的降低，甜瓜產(chǎn)量先增加后降低，半膜、全膜覆蓋分別比無膜提高了29.26%、19.72%；隨滴灌毛管密度的降低，甜瓜產(chǎn)量先增加后降低，3管4行、1管2行分別比1管1行提高8.57%、5.02%；隨灌水下限的升高，甜瓜產(chǎn)量先升高后降低，70%田間持水量灌水下限、80%田間持水量灌水下限分別比 60%田間持水量灌水下限提高22.59%、19.71%。

各個因素水平交互作用對甜瓜產(chǎn)量的影響見如圖5。

由圖5可知，整體趨勢上，全膜、半膜覆蓋與滴灌毛管密度、灌水下限交互的產(chǎn)量都高于無膜與滴灌毛管、灌水下限的交互作用。其中半膜覆蓋、1管2行、80%田間持水量灌水下限相互交互的產(chǎn)量最高，半膜覆蓋、3管4行、70%田間持水量灌水下限相互交互的產(chǎn)量也較高，分別為34.46、31.27 t/hm2，顯著高于全膜覆蓋、1管1行和80%田間持水量下限組合的28.02 t/hm2。

進一步分析了試驗因素對甜瓜品質(zhì)的影響，結(jié)果見表7：

由表7可知，覆膜方式對甜瓜可溶性固形物和有機酸有顯著影響，半膜覆蓋處理的可溶性固形物含量比全膜處理低14.26%，但有機酸含量也最低；滴灌毛管密度對甜瓜可溶性糖、可溶性固形物和有機酸含量有顯著影響。3管4行的可溶性糖含量最高，分別比1管1行和1管2行高24.91%和12.6%，但有機酸含量也最高。1管2行的可溶性固形物含量最高，分別比1管2行和3管4行高3.93%和25.94%。1管2行的有機酸含量最低，分別比1管1行和3管4行低27.58%和39.51%；灌水量下限對甜瓜有機酸含量有顯著影響，70%田間持水量灌水下限時最大，80%田間持水量灌水下限時最小。綜合評價，半膜覆蓋、1管2行、80%田間持水量灌水下限組合的可溶性糖和可溶性固形物含量高，有機酸含量低。

圖5 試驗因素交互作用對甜瓜產(chǎn)量的影響Figure 5 Impact of experimental factors interaction on melon yield

表7 試驗因素對甜瓜品質(zhì)的影響Table 7 Impact of experimental factors on fruit quality of melon

3 討論

3.1 覆膜方式的影響

試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)半膜覆蓋時，土壤0～60 cm含水率極差值最小，土壤水分分布更均勻，土壤0～25 cm平均溫度較高且與全膜覆蓋無顯著差異，與1管2行、80%田間持水量灌水下限交互的土壤pH值較低，土壤脲酶活性最高。這是因為不同的覆膜方式對作物根區(qū)土壤的水分供應作用不同[20]，半膜覆蓋既能在一定程度上降低土壤蒸發(fā)損失，使有限的水分主要用于蒸騰性生產(chǎn)[21-23]，又使作物根部土壤與大氣保持一定的聯(lián)系，避免全膜覆蓋導致的土壤厭氧因素的增加[24]，可能更有利于土壤環(huán)境中的水、熱的平衡和穩(wěn)定，促進作物根系和土壤微生物生長，提高土壤酶活性。

有研究表明，在20～40℃范圍內(nèi)，土壤脲酶最大反應速度隨溫度升高而增大，隨著溫度升高，土壤脲酶活化能減少，土壤酶促反應進行時所需要互補的能量越小，酶促反應越容易進行。和文祥等研究發(fā)現(xiàn)，陜西關(guān)中塿土脲酶活性最適宜的pH值為8.0～9.0，并隨pH值的升高而降低[26]。而本試驗結(jié)果中，半膜覆蓋的土壤溫度最高，土壤pH值接近8.2，因此半膜覆蓋在促進微生物生長，增加土壤酶來源的同時，其本身造就的土壤環(huán)境也有利于土壤脲酶活性的提高。土壤脲酶活性的提高，將有利于植株對土壤氮的轉(zhuǎn)化利用，進而影響甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)，試驗中也發(fā)現(xiàn)半膜覆蓋處理的甜瓜產(chǎn)量顯著高于全膜和無膜處理，果實的可溶性糖含量高但有機酸卻最低。因此，半膜覆蓋在提高甜瓜產(chǎn)量的同時，也能保證甜瓜的品質(zhì)。

3.2 滴灌毛管密度的影響

試驗結(jié)果表明，3管4行處理的甜瓜生育期土壤脲酶活性均值最大，1管2行時最小，但1管2行在開花坐果期、果實膨大期2個生育階段的土壤脲酶活性與3管4行無顯著差異，而開花坐果期和果實膨大期是甜瓜吸收養(yǎng)分的關(guān)鍵時期，同時，1管2行的0～60 cm土壤含水率極差值最小，水分均勻度最高，土壤溫度較高，這將促進土壤脲酶活性的提高[26]，可能有利于甜瓜在關(guān)鍵生育階段對土壤養(yǎng)分的吸收。試驗也發(fā)現(xiàn)，1管2行與半膜覆蓋、80%田間持水量灌水下限交互的甜瓜產(chǎn)量顯著高于其它處理，且1管2行的甜瓜果實可溶性固形物含量最高，有機酸含量最低，可溶性含糖僅次于3管4行處理。

宰松梅、蔡煥杰等研究表明灌溉毛管密度能顯著影響土壤水分分布、耕層土壤溫度、土壤通氣狀況、土壤pH等環(huán)境因素[27-28]，改變作物生長環(huán)境，進而影響作物產(chǎn)量及品質(zhì)。楊艷芬等發(fā)現(xiàn)不同的滴灌毛管密度能造成根區(qū)土壤水分均勻度、土壤熱量分布的不同，較小滴灌管密度能使根系周圍土壤水、熱分布較均勻，土壤通氣狀況更好，更有利于根系生長，增強根系與土壤之間的相互作用[29]，從而促進土壤微生物生長，提高土壤酶活性，最終促進作物生長。

有的研究發(fā)現(xiàn)3管布置下，水分分布更均勻，有利于根系吸水，土壤含水率始終處于最優(yōu)狀態(tài)[30]，這與本試驗結(jié)果略有差異，原因可能是這些研究在大田內(nèi)進行，與日光溫室環(huán)境條件下的水熱動態(tài)變化有差異，但是總體規(guī)律與本研究一致。

3.3 灌水量的影響

試驗結(jié)果表明，80%田間持水量灌水下限處理在各個時期的土壤脲酶活性都很高、相對均勻，60%田間持水量灌水下限處理在果實膨大期、成熟期的脲酶活性很高，70%田間持水量灌水下限處理則在苗期具有很高的脲酶活性。

當灌水下限為60%田間持水量灌水下限時，土壤濕度較低，土壤空氣含量高，有利于好氧微生物的大量繁殖，因此土壤脲酶活性較高。灌水下限升高到70%田間持水量灌水下限時，土壤濕度增加，大幅度增加了表層土壤容積熱容量，從而降低了土壤溫度，不利于微生物生長和作物根系分泌分泌物，土壤脲酶活性降低。灌水下限升高到80%田間持水量灌水下限時，土壤容積熱容量將急劇增大，但土壤水分含量明顯增大而有利于保持熱量，因此土壤溫度升高，同時水分含量的增加稀釋了土壤水中鹽分而降低了土壤pH值，水、熱含量的增加又促進了水、熱遷移速率的加快。較高的地溫、接近中性的pH值有利于土壤脲酶活性的提高。

有研究發(fā)現(xiàn)灌水周期較長、低灌水能促進微生物生長，提高脲酶活性，而高灌水可顯著降低土壤脲酶活性[30-31]，這與本研究結(jié)果有差異，原因可能是不同的作物生物需水量不同，根系生長不同，進而造成了根區(qū)土壤環(huán)境不同造成的。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤酶主要跟作物根系分泌相關(guān)，更多的決定于作物根系與土壤環(huán)境的相互作用[32-33]，因此，在開花坐果期和果實膨大期，80%F高灌水量可能會促進根系生長，進而提土壤酶活性。而在需水量較少的苗期和成熟期，作物長勢緩慢或長勢減弱，較低灌水量即能保證很高的土壤脲酶活性。

土壤含水量的不同，造成了作物根區(qū)土壤水、熱分布的不同，可能影響土壤酶的兩大來源因素土壤微生物和作物根系生長，同時也直接影響土壤酶的活性狀態(tài)，進而影響作物的生長發(fā)育。試驗也發(fā)現(xiàn)，甜瓜產(chǎn)量受灌水下限影響最大，70%和80%田間持水量灌水下限分別比60%田間持水量灌水下限提高22.59%、19.71%，甜瓜果實的有機酸含量受灌水下限顯著最大，70%田間持水量灌水下限時最大，80%田間持水量灌水下限時最小。因此，80%田間持水量灌水下限不但能顯著提高甜瓜產(chǎn)量，還能保證甜瓜品質(zhì)。

4 結(jié)論

1）半膜覆蓋、1管2行毛管密度的甜瓜土壤水分分布更均勻，土壤溫度高，能顯著提高土壤脲酶活性。80%田間持水量灌水下限處理在甜瓜生育期各個階段的土壤脲酶活性都高、相對均勻，60%田間持水量灌水下限處理在果實膨大期、成熟期的脲酶活性高，70%田間持水量灌水下限處理則在苗期的脲酶活性高。

2）半膜、全膜覆蓋甜瓜產(chǎn)量分別比無膜高29.26%、19.72%；3管4行、1管2行毛管布設(shè)的甜瓜產(chǎn)量分別比1管1行高8.57%、5.02%；70%和80%田間持水量灌水下限處理的甜瓜產(chǎn)量分別比60%田間持水量灌水下限高22.59%和19.71%。半膜覆蓋、1管2行、80%田間持水量灌水下限相互交互的產(chǎn)量最高（34.46t/hm2）顯著高于其它組合，甜瓜的可溶性糖和可溶性固形物含量高，但有機酸含量最低。

3）綜合考慮，建議在陜西關(guān)中地區(qū)的溫室大棚甜瓜栽培中的覆膜方式采用半膜覆蓋，滴灌毛管密度采用1管2行，灌水下限采用苗期70%、開花坐果期80%、果實膨大期80%、成熟期60%田間持水量。

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Effects of drip irrigation under plastic film on muskmelon soil environment and yield in greenhouse

Wang Jingwei1,2,Niu Wenquan1,3※,Xu Jian1,Li Yuan1
（1.Institute of Soil and Water Conservation,Northwest A&F University,Yangling 712100,China; 2.The Center of Ecological Environment Construction of Soil and Water Conservation in Shanxi Province,TaiYuan,030002,China; 3.Institute of Soil and Water Conservation,CAS&MWR,Yangling 712100,China)

Soil urease is the key enzyme of soil nitrogen cycle,which is the important indicator to measure soil quality and fertility and can significantly affect the material and energy exchange between plant and soil and plant production especially in the plastic greenhouse.In order to investigate the effects of different drip irrigation with plastic mulched on muskmelon soil environment,soil urease and melon production in plastic greenhouse,a test was conducted in a sunlight plastic greenhouse in Dazhai Village,Dazhai Town,Yangling City,Shaanxi Province,China from April to July,2014.The test was designed according to orthogonal experiment with 3 factors and 3 levels,using orthogonal table L9(34),which contained 3 factors including the film-covering(P),the drip line density laying(T)and the irrigation low limit(L).The filmcovering was divided into 3 levels,i.e.the full film-covering(PF),the half film-covering(PH)and the no film-covering(PN).The drip line density laying was divided into 3 kinds of layout,i.e.1 pipe for 1 line(T1),3 pipes for 4 lines(T3/4)and 1 pipe for 2 lines(T1/2).The irrigation low limit was divided into 60%(L60),70%(L70)and 80%(L80)of field capacity respectively,which corresponding upper limit was 65%,75%and 85%of field capacity.And there were 9 tests in all:PFT1L80(Treatment 1), PNT1/2L70(Treatment 2),PNT3/4L80(Treatment 3),PHT1/2L80(Treatment 4),PFT1/2L60(Treatment 5),PFT3/4L70(Treatment 6),PNT1L60(Treatment 7),PHT3/4L60(Treatment 8),and PHT1L70(Treatment 9).Each treatment was repeated by 3 times and had 27 test plots in all.The soil environment factors,such as soil moisture content,soil temperature and soil pH value were measured. And the urease activity,the melon yield and the fruit quality of melon under the changes of the soil environment factors were also measured,and the fruit quality of melon contained the soluble sugar,soluble solids and the organic acid.And the response of soil urease to different environmental factors change and the response of the melon yield and the fruit quality to the soil urease were analyzed.The results showed that the different film-covering,drip line density laying and irrigation low limit could create significantly different soil moisture distribution,soil temperature and soil pH value,which led to the different soil urease activities and melon yield.The root-zone soil of muskmelon had better water distribution uniformity, higher soil temperature and lower soil pH value and could significantly increase soil urease activity under the condition of half covering,80%field capacity and 1 pipe for 2 lines.The urease activity of the treatment of 60%field capacity was high in fruit swelling and mature periods,while that of the treatment of 70%field capacity was high in seedling period,and that of the treatment of 80%field capacity was always the highest in each stage.The muskmelon yields were 34.46 and 31.27 t/hm2respectively under the combination of half covering,80%field capacity and 1 pipe for 2 lines and the combination of half covering,70%field capacity and 3 pipes for 4 lines,which was significantly higher than the yield 28.02 t/hm2 under the condition of full covering,80%field capacity and 1 pipe for 1 line.In addition,the different film-covering,drip line density laying and irrigation low limit had also significant effects on the melon fruit quality.The half film-covering had the same soluble sugar level with the full-covering,and was 14.26%lower than the full-covering in soluble solids content but its organic acid content was the lowest.And the 1 pipe for 2 lines had the most amount of TSS（total soluble solid）which was 3.93%and 25.94%higher than 1 pipe for 1 line and 3 pipes for 4 lines respectively.And the 1 pipe for 2 lines had the lowest organic acid content which was 27.58%and 39.51%lower than 1 pipe for 1 line and 3 pipes for 4 lines respectively. And the 80%field capacity had the lowest organic acid content while had the same soluble sugar and soluble solids level with the 60%and 70%field capacity.Therefore,the film-covering mode of half covering and the drip irrigation pipe density of 1 pipe for 2 lines would be recommended for melon cultivation in the greenhouse in Guanzhong region of Shaanxi Province,and the irrigation low limit should be 70%field capacity in seedling period,80%field capacity in flowering period and fruit swelling period,and 60%field capacity in mature period.

irrigation;soils;water;drip irrigation;soil urease;film-covering modes;irrigation lower limits

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.032

S158.3；S154．3；S627

A

1002-6819（2016）-06-0232-10

2015-10-23

2016-01-19

國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）資助項目（2011AA100507）作者簡介：王京偉（1982－），山西臨汾人，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程與農(nóng)業(yè)生物環(huán)境研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，712100。

Email：45260280@qq.com

※通信作者：牛文全（1972－），甘肅甘谷人，研究員，主要從事灌溉理論與節(jié)水技術(shù)研究。楊凌西北農(nóng)林科技大學水土保持研究所，712100。

Email：nwq@nwsuaf.edu.cn，中國農(nóng)業(yè)工程學會會員：E041200504S