不同灌溉方式對設(shè)施土壤性狀及黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)的影響

楊寧 王勇 王克安 宋計平 孫凱寧

摘要：以津優(yōu)4號黃瓜為試材，設(shè)滴灌和溝灌兩個處理，研究不同灌溉方式對設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量、土壤酶活性、水肥利用率以及黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，滴灌能顯著提高0～30、30～60 cm土層硝態(tài)氮含量，分別比溝灌處理高183.87%和80.50%；滴灌能提高土壤酶活性，其中滴灌較溝灌能顯著提高各土層土壤蔗糖酶活性、0～30 cm土層脲酶和過氧化氫酶活性、30～60 cm土層堿性磷酸酶活性。滴灌處理較溝灌節(jié)水69.72%，水分利用率和肥料偏生產(chǎn)力分別比溝灌高280.41%和15.16%。滴灌能顯著提高黃瓜產(chǎn)量，改善黃瓜品質(zhì)，果實的可溶性糖、VC及可溶性固形物含量分別較溝灌處理提高16.96%、19.64%和19.14%。因此，與溝灌相比，滴灌在保證氮素高效利用、改善土壤微環(huán)境、提高水肥利用率、提高黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)等方面具有一定優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：滴灌；土壤硝態(tài)氮；土壤酶；水分利用率；黃瓜；產(chǎn)量；品質(zhì)

中圖分類號：S642.207+S15文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2018）03-0061-05

Abstract Taking the cucumber variety Jinyou 4 as experimental material， the effects of different irrigation methods on the soil nitrate nitrogen content， soil enzyme activity， water and fertilizer utilization rate， yield and quality of cucumber were studied with two treatments of drip irrigation and furrow irrigation. The results showed that drip irrigation could increase the nitrate nitrogen content in 0～30- and 30～60- cm soil layers， which were 183.87% and 80.50% higher than those of furrow irrigation respectively. Compared with furrow irrigation， drip irrigation could significantly improve the soil invertase in each soil layer， urease and catalase activities in 0～30- cm soil layer， and alkaline phosphatase activity in 30～60- cm soil layer. Drip irrigation also could save water by 69.72% compared with furrow irrigation. The water use efficiency and fertilizer partial productivity of drip irrigation treatment were 280.41% and 15.16% higher than those of furrow irrigation，respectively. Drip irrigation significantly improved the yield and quality of cucumber. The fruit soluble sugar， VC and soluble solids contents increased by 16.96%， 19.64% and 19.14% respectively compared with furrow irrigation treatment. Therefore， drip irrigation had certain advantages in ensuring efficient utilization of nitrogen， improving soil microenvironment， increasing the utilization rate of water and fertilizer and the yield and quality of cucumber compared with furrow irrigation.

Keywords Drip irrigation； Soil nitrate nitrogen； Soil enzyme； Water use efficiency； Cucumber ；Yield； Quality

氮素是作物生長所必需的重要元素，硝態(tài)氮是氮素的一種存在形式，其含量的高低表征著土壤短期的供氮能力。硝態(tài)氮不易被土壤膠體吸附，常規(guī)的灌溉施肥模式對土壤中的氮素含量分布造成很大影響，如引起氮素流失[1]、氮肥利用率低、硝酸鹽淋溶致使地下水嚴重污染等問題，已成為全球關(guān)注的熱點[2]。因此，采用何種灌溉方式以減少氮素損失、提高利用率是值得研究的重要問題[3]。滴灌是將灌溉水或溶有肥料的液體從水源直接輸送到作物根部，呈點滴狀緩緩而均勻地進入到作物根區(qū)的土壤中[1]。該方式具有明顯的節(jié)水、節(jié)肥、省工、增收和增效等優(yōu)點[4]，而且可以明顯改善土壤中水分的分布狀況，許多學者對此做了一定研究[5-8]。

土壤酶活性是影響土壤微生態(tài)環(huán)境非常重要的因素，是植物營養(yǎng)元素的活性庫[9]，主要影響土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量流動等過程[10]。土壤酶活性受耕作制度、作物種類、施肥及灌溉技術(shù)等因素的影響[11]。

目前，滴灌對土壤硝態(tài)氮含量以及分布狀況影響的研究甚少。本試驗采用滴灌和溝灌兩種灌溉方式，以黃瓜為試材，測定0～30、30～60、60～90 cm土層土壤硝態(tài)氮含量和土壤酶活性，統(tǒng)計測定黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)，并計算水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力，明確兩種灌溉方式對設(shè)施土壤硝態(tài)氮含量及黃瓜產(chǎn)量品質(zhì)的影響，尋找有利于土壤中氮素高效利用的灌溉方式。這既為滴灌技術(shù)研發(fā)提供理論參考，又為當?shù)剞r(nóng)戶利用滴灌高效種植蔬菜奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2017年2—7月在山東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所試驗基地2號拱棚內(nèi)進行。耕層土壤基礎(chǔ)肥力狀況見表1。

1.2 試驗設(shè)計

供試黃瓜品種為津優(yōu)4號，購于濟南市某育苗公司。于2017年3月16日定植，5月1日開始采收。種植密度為行距70 cm，株距33 cm，雙行種植。本試驗在同一大棚內(nèi)的中間區(qū)域進行布置，設(shè)滴灌和溝灌2個處理， 重復(fù)3次。小區(qū)面積30 m2，為防止灌水時各小區(qū)之間相互影響，在相鄰兩小區(qū)間用埋入地下100 cm的塑料薄膜相間隔。滴灌系統(tǒng)采用滴灌帶（以色列耐特菲姆公司提供），滴灌管流量1.6 L/h，滴頭間距30 cm。每行黃瓜鋪設(shè)一根滴灌管，滴灌管間距70 cm。滴灌區(qū)安裝20、40 cm深土壤張力計兩個，根據(jù)土壤張力計讀數(shù)及灌溉推薦方案進行灌溉。溝灌采用農(nóng)戶傳統(tǒng)灌溉方式，每小區(qū)灌水以灌溉面積完全濕潤為灌溉終點，并實時記錄耗水量。各處理施肥總量保持一致。滴灌和溝灌均以豆粕生物菌肥作為底肥，666.7m2用量2 200 kg（N 0.82%，P2O5 1.86%，K2O 0.84%）。除水肥灌溉方式不同外，其他管理措施均保持一致。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤取樣 于定植前、拉秧后每小區(qū)隨機選取3個點取樣，所取土樣依次距地表0～30、30～60、60～90 cm，將重復(fù)內(nèi)的土樣混合均勻。取新鮮土樣500 g置于-40℃冰箱內(nèi)保存，用于土壤硝態(tài)氮的測定；另取土樣500 g置于室內(nèi)自然風干，磨碎，過1 mm篩，用于土壤養(yǎng)分以及土壤酶活性的測定。

1.3.2 樣品測定

（1）土壤養(yǎng)分測定 土壤硝態(tài)氮含量用2 mol/L氯化鉀溶液浸提，連續(xù)流動分析儀（FiaStar 5000型）測定；pH值用電位法用酸度計測定（水∶土為5∶1）；EC值用DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)率儀測定；有機質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定；全氮用半微量凱式法測定；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸取-鉬銻抗比色法測定；速效鉀用NH4OAc浸取-火焰光度法測定[12]。

（2）土壤酶活性測定 土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定；脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定；過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定容量法測定[13]；堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定[14]。

（3）黃瓜產(chǎn)量統(tǒng)計和品質(zhì)測定 于收獲期（5月1日 至6月9日）累積統(tǒng)計兩個處理區(qū)的產(chǎn)量，并算得最終產(chǎn)量。每處理隨機采摘10個果實進行品質(zhì)測定，可溶性糖采用蒽酮比色法[15]、VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[15]、可溶性固形物含量用折射儀（PAL-1， Japan）[16]。

（4）黃瓜耗水量與肥料用量統(tǒng)計 每處理安裝水表并進行黃瓜整個生育期內(nèi)耗水量統(tǒng)計，換算成666.7m2耗水量進行比較。

（5）水分利用效率（WUE）和肥料偏生產(chǎn)力（PFP）的測定 水分利用效率（kg/m3）計算公式為[15]：WUE = Y/ET 。

式中：Y為黃瓜產(chǎn)量；ET為黃瓜耗水量（mm）。

肥料偏生產(chǎn)力（kg/kg）計算公式為[12]：

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2007對數(shù)據(jù)進行處理和作圖，DPS 7.05統(tǒng)計軟件進行方差分析和LSD法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對各土層土壤硝態(tài)氮含量的影響

從圖1可以看出，不同灌溉方式對各土層中土壤硝態(tài)氮含量影響不同。隨著土層深度的增加，滴灌處理土壤硝態(tài)氮含量呈下降趨勢，溝灌處理呈先降低再升高趨勢。在0～30 cm和30～60 cm土層，滴灌處理土壤硝態(tài)氮含量較溝灌處理分別高183.87%和80.50%，差異達極顯著水平（P<0.01）；在60～90 cm土層，溝灌處理土壤硝態(tài)氮含量顯著高于滴灌處理78.60 mg/kg，說明滴灌有利于保持土壤中硝態(tài)氮含量的穩(wěn)定，并減少硝態(tài)氮的深層淋失。

2.2 不同灌溉方式對各土層土壤酶活性的影響

2.2.1 對土壤蔗糖酶活性的影響 如圖2所示，隨著土層深度的增加，土壤蔗糖酶活性降低，滴灌和溝灌對各土層蔗糖酶活性的影響不同，且均存在顯著性差異。相比于溝灌處理，滴灌處理在0～30、30～60、60～90 cm土層蔗糖酶活性分別高54.45%、42.64%、43.25%，每層兩處理間差異達顯著水平，說明滴灌較溝灌能顯著提高各土層土壤蔗糖酶的活性，并且在0～30 cm土層效果最好。

2.2.2 對土壤脲酶活性的影響 從圖3可以看出，不同土層中脲酶活性不同，且隨著土層加深，活性降低。在0～30 cm和60～90 cm土層，滴灌處理土壤脲酶活性較溝灌分別高出26.16%和18.19%，差異達顯著水平（P<0.05）；在30～60 cm土層，滴灌處理脲酶活性較溝灌高2.87%，但差異不顯著，這說明滴灌能顯著提高土壤耕層（0～30 cm）脲酶活性。

2.2.3 對土壤過氧化氫酶活性的影響 如圖4所示，在0～30 cm土層，滴灌處理的過氧化氫酶活性比溝灌處理高出2.96% （P<0.05）；在30～90 cm土層內(nèi)對過氧化氫酶活性的影響也是滴灌處理高于溝灌處理，但差異不顯著。因此，滴灌能顯著提高土壤耕作層（0～30 cm）土壤過氧化氫酶的活性。

2.2.4 對土壤堿性磷酸酶活性的影響 如圖5所示，隨著土層的加深，土壤堿性磷酸酶活性降低，且在各土層，滴灌處理土壤堿性磷酸酶活性均高于溝灌處理，分別高出3.67%、15.46%和11.86%，在30～60 cm土層兩處理土壤酶活性差異達顯著水平。

2.3 不同灌溉方式對水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

不同處理的耗水量明顯不同，滴灌處理比溝灌節(jié)水69.72%。滴灌處理的水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力分別高出溝灌處理280.41%、15.16%。因此，滴灌處理能有效節(jié)水并提高水肥利用率（表2）。

2.4 不同灌溉方式對黃瓜產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

由表3可以看出，不同處理對黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)影響不同。滴灌處理的黃瓜產(chǎn)量較溝灌處理高出15.18%，差異達顯著水平。滴灌處理的黃瓜可溶性糖含量、VC含量及可溶性固形物分別高于溝灌處理16.96%、19.64%、19.14%，且差異均達顯著水平。這說明相比于溝灌，滴灌可以顯著提高黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，滴灌和溝灌對設(shè)施黃瓜土壤中硝態(tài)氮含量、土壤酶活性、水肥利用效率及黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)有不同影響。

（1）相比于溝灌，滴灌能緩解營養(yǎng)元素在土壤中的淋洗，減少土壤中硝態(tài)氮損失，提高氮素利用效率，在0～30 cm土層硝態(tài)氮含量較溝灌處理高出183.87%。滴灌使硝態(tài)氮在近根部維持較高含量，而在遠根部含量較低，這對提高植物對氮肥的吸收和利用提供了條件。滴灌比溝灌土壤總硝態(tài)氮含量高，說明滴灌能減少肥料流失，從而降低資源浪費和對環(huán)境的污染。

（2）相比于溝灌，滴灌能顯著提高各土層土壤蔗糖酶活性，最高達54.45%，說明滴灌能保持土壤熟化程度和土壤肥力，這可能與滴灌能維持土壤良好的水、肥、氣、熱及微生物結(jié)構(gòu)有關(guān)。0～30 cm土層兩處理土壤蔗糖酶含量均最高，說明表層土的熟化程度和土壤肥力要極顯著高于深層土。滴灌能顯著提高0～30 cm土壤脲酶和過氧化氫酶活性，分別高出26.16%和2.96%，可能是因為土壤耕作層中氮素含量較高，即脲酶反應(yīng)底物濃度升高，促使脲酶活性升高，同時滴灌能改善土壤的氣體含量，使土壤處于氧化條件下，提高過氧化氫酶活性，進而提高土壤的腐化強度。堿性磷酸酶也是土壤中重要的酶，其活性高低可以表征土壤腐化強度大小和有機質(zhì)積累程度[17]。滴灌也能提高各土層堿性磷酸酶活性。

（3）相比于溝灌，滴灌具明顯的節(jié)水節(jié)肥效果，節(jié)水69.72%，提高水分利用率280.41%，提高肥料偏生產(chǎn)力15.16%。

（4）相比于溝灌，滴灌能顯著提高黃瓜產(chǎn)量、改善黃瓜品質(zhì)，產(chǎn)量高出15.18%；可溶性糖、VC及可溶性固形物含量分別高出16.96%、19.64%、19.14%。

本試驗結(jié)果表明，滴灌能顯著減少土壤中硝態(tài)氮損失，提供作物所需氮素，提高氮素利用率，這與張大鵬等[3]的研究結(jié)果一致。滴灌能改善土壤和作物根際微環(huán)境，提高土壤酶活性，這與賀偉[18]、竇超銀[19]等的研究結(jié)果相符。產(chǎn)量的高低關(guān)乎收益的大小，果實中可溶性糖、VC、可溶性固形物含量高低影響果實品質(zhì)的好壞，本試驗結(jié)果表明滴灌能顯著提高黃瓜產(chǎn)量、改善黃瓜品質(zhì)，這與於麗華等[20]的研究結(jié)論一致。因此，滴灌是一種高效利用營養(yǎng)元素、改善土壤微環(huán)境、提高黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的灌溉方式。

現(xiàn)如今，一些設(shè)施內(nèi)土壤鹽漬化、農(nóng)用水過度浪費等現(xiàn)象制約著設(shè)施蔬菜的安全、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)以及效益，滴灌模式很好地解決了水肥過度施用造成的營養(yǎng)元素流失與浪費的難題，同時改善了土壤和作物根際微環(huán)境，為作物提供了適宜的生存空間，提高了蔬菜品質(zhì)。本試驗中，膜下滴灌不僅能夠保持土壤中硝態(tài)氮含量，還能提高土壤酶活性、改善和提高黃瓜果實品質(zhì)和產(chǎn)量，是一套為農(nóng)民生產(chǎn)帶來較好收益的灌溉技術(shù)。在以后的研究中可以更多地關(guān)注滴灌對于其他營養(yǎng)元素的利用效果，針對性施肥，降低成本，保護設(shè)施土壤環(huán)境。

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