不同基質(zhì)下番茄根區(qū)土壤水鹽分布規(guī)律試驗(yàn)研究

王 哲，夏 輝，袁 浩，孟 圓，趙新凱

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071000)

土壤水鹽分布規(guī)律的研究一直都是農(nóng)田水利、水土環(huán)境等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)內(nèi)容。土壤鹽分是影響作物生長的重要因子，鹽分分布與水分入滲、作物蒸騰和土壤蒸發(fā)作用都有著密切的關(guān)系[1]，而土壤水分是土壤鹽分的攜帶者同時(shí)又為土壤水鹽運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力。土壤鹽堿化是一個(gè)世界性難題，全球土地鹽堿化呈現(xiàn)越來越嚴(yán)重的趨勢(shì)[2]。因此關(guān)于土壤水鹽分布規(guī)律的研究一直都是探索的熱點(diǎn)，牛文全[3]等分析了日光溫室下土壤水鹽分布的變化，發(fā)現(xiàn)日光溫室耕層土壤平均含鹽量達(dá)2.74 g/kg，接近阻礙作物生長的臨界點(diǎn)，發(fā)生了輕度次生鹽漬化。張子卓[1]等的研究發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)土壤水分隨時(shí)間推移先增大后減小，鹽分隨時(shí)間推移逐漸減??；膜間土壤水分、鹽分均隨時(shí)間推移逐漸增大。杜社妮[4]等的研究表明以番茄定植孔采用沙封孔、不封孔與土封孔相比，根際0～10 cm土層土壤水分降低了11.73%和14.80%，根際0～10 cm土層土壤鹽分降低了19.11%和24.84%。番茄是目前世界上種植面積最廣且最受歡迎的蔬菜作物之一，也是肉果及茄科的重要模式植物[5]，作為全世界栽培最普遍的果菜之一，研究番茄根際土壤水鹽分布規(guī)律對(duì)番茄生長具有重要現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)為合理的灌溉提供科學(xué)依據(jù)，為防止土壤鹽漬化提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試基質(zhì)為3種(S1、S2、S3)，S1取自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)原狀土，經(jīng)自然風(fēng)干后與沙子、蛭石按8∶1∶1體積配制，S2為購買于河北省保定市蓮池區(qū)保育栽培廠的壯園育苗營養(yǎng)土，S3為自配基質(zhì)，草炭土、珍珠巖與蛭石按3∶1∶1體積配制，表1為各基質(zhì)的理化特性。供試番茄為福星高檔粉果番茄，供試肥料為第五代海藻酸硝基復(fù)合水溶肥料(N+P2O5+K2O≥20%)。

表1 不同基質(zhì)的理化性質(zhì)

Tab.1 Physicochemical properties of different substrates

基質(zhì)類型容重/(g·cm-3)pH總孔隙度/%持水孔隙度/%硝態(tài)氮/(mg·kg-1)銨態(tài)氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)S11.037.8521.0020.0011.541.425.82134.1011.53S20.444.8066.0059.00105.65151.79120.632 422.00279.47S30.356.7175.0066.1062.937.8116.00572.00290.98

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年8月-2019年1月于河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院農(nóng)水實(shí)驗(yàn)室溫室大棚內(nèi)進(jìn)行(38°50′N，115°28′E)。試驗(yàn)分為育苗箱育苗和定植后盆栽種植兩部分，育苗箱育苗考慮不同基質(zhì)(S1、S2、S3)和不同灌水量(W1、W2)兩個(gè)因素，共6個(gè)試驗(yàn)處理，每個(gè)試驗(yàn)處理4個(gè)重復(fù)；定植后盆栽種植考慮不同基質(zhì)(S1、S2、S3)、不同灌水量(W1、W2)和不同施肥量(F1、F2)3個(gè)因素，共12個(gè)試驗(yàn)處理，每個(gè)試驗(yàn)處理3個(gè)重復(fù)，兩部分的各試驗(yàn)處理均為并排排列的方式布置。試驗(yàn)期間，番茄每個(gè)育苗箱W1、W2灌水總量分別為40、30 mm；每個(gè)盆W1、W2灌水總量分別為127.40、95.55 mm，施肥總量F1、F2分別為12.60、8.82 g，其中W2為W1的75%，F(xiàn)2為F1的70%。在番茄的全生育期內(nèi)進(jìn)行根區(qū)土壤水鹽的定位監(jiān)測(cè)，土壤水分、鹽分由石家莊鼎佩科技有限公司農(nóng)業(yè)環(huán)境記錄儀測(cè)定，番茄栽培期間氣溫、空氣濕度、補(bǔ)光等溫室環(huán)境與番茄植株管理均按常規(guī)進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，差異顯著性分析采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 育苗箱番茄根區(qū)土壤水鹽分布特征

2.1.1 土壤水分分布特征

水是植物光合作用固定二氧化碳和形成糖分的原料，是使養(yǎng)分溶解輸送到周身的溶劑，植物細(xì)胞的生長離不開水分，土壤水分狀況直接影響植株的生長和根系的垂直分布，充分灌溉使水分存貯在較深土壤中，而非充分灌溉則使水分貯在表層[6]。

變異系數(shù)可以衡量組內(nèi)參數(shù)的變異程度，變異系數(shù)在0%～10%為弱變異程度，10%～100%為中等變異程度，100%以上為強(qiáng)變異程度[7]。表2為育苗箱各基質(zhì)處理土壤含水率分布狀況，由表2可知，除S3處理10～20 cm土層土壤含水率到達(dá)中等變異程度以外，其余各處理各深度土壤含水率均處于弱變異程度，說明三種基質(zhì)的土壤水分在垂直方向上分布相對(duì)均勻，S1基質(zhì)土壤含水率隨著土壤深度的增加先增加再減小，S2與S3基質(zhì)土壤含水率隨著土壤深度的增加而增加。圖1為灌水后20 min內(nèi)各基質(zhì)處理土壤含水率變化情況，由圖1可知，各基質(zhì)高灌水量下各土層土壤含水率均比低灌水量下大，而且各基質(zhì)處理土壤含水率隨著時(shí)間的推移而增大，灌水后底層土壤含水率略高于表層含水率。S1基質(zhì)兩個(gè)處理土壤含水率變化規(guī)律具有一致性，從圖中可以明顯的看出20 cm土層具有較好的保水性，S2與S3基質(zhì)各處理土壤含水率變化具有差異性，但總體上呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。

表2 育苗箱各基質(zhì)處理土壤含水率分布狀況

Tab.2 Distribution of soil water content in eachsubstrate treated by nursery box

基質(zhì)類型土層/cm均值/%標(biāo)準(zhǔn)誤變異系數(shù)/%極小值/%極大值/%極差/%0～1026.350.656.9323.6028.755.15S110～2030.630.615.6628.9032.904.0020～3029.540.807.6927.2032.785.580～1027.290.343.4925.8828.852.97S210～2028.120.767.6624.7531.036.2820～3034.980.866.9531.0337.986.950～1015.330.315.7114.4516.682.23S310～2023.621.1113.2720.2027.707.5020～3027.500.444.4926.0529.633.58

2.1.2 土壤鹽分分布特征

鹽分濃度過高會(huì)造成作物減產(chǎn)或死亡，植物受到鹽分脅迫，其所有的重要生命過程(如種子萌發(fā)出苗、幼苗生長和植株的光合作用等)幾乎都會(huì)受到重大的影響，低濃度的鹽分對(duì)種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用，隨著鹽分濃度的升高，種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)都減小，鹽分濃度過高就會(huì)抑制種子萌發(fā)，甚至不能萌發(fā)[8]。

表3為育苗箱各基質(zhì)處理土壤鹽分分布狀況，由表3可知，S2處理0～10 cm土層與20～30 cm土層以及S3處理10～20 cm土層土壤鹽分處于中等變異程度，其余各處理各深度土壤鹽分均處于弱變異程度，說明S1基質(zhì)土壤鹽分在垂直方向上分布相對(duì)均勻，而S2與S3基質(zhì)土壤鹽分在垂直方向上分布不均勻。除S2基質(zhì)0～10 cm土層與10～20 cm土層土壤鹽分變化平緩以外，其他處理土壤鹽分均隨著土壤深度的增加而增加。圖2為灌水后20 min內(nèi)各基質(zhì)處理土壤鹽分變化情況，與土壤含水率的變化情況相同，底層土壤鹽分略高于表層土壤鹽分，由圖2可知，各基質(zhì)處理土壤鹽分隨著時(shí)間的推移而增大，而S1、S2與S3基質(zhì)灌水后各處理各深度變化規(guī)律均具有差異性，S1與S3基質(zhì)土壤鹽分變化具有相似性，處理S1W1由于灌水量大的緣故，導(dǎo)致20～30 cm土層土壤鹽分較處理S1W2增加量大，上部土層鹽分隨水分向下部土層運(yùn)動(dòng)，從圖中可以明顯看出處理S1W1與處理S3W1土壤鹽分呈線性變化。

圖1 灌水后20 min內(nèi)各基質(zhì)處理土壤含水率變化情況Fig.1 Changes in soil moisture content of each substrate treated within 20min after irrigation

2.2 盆栽番茄根區(qū)土壤水鹽分布特征

2.2.1 土壤水分分布特征

圖3為定植后番茄根區(qū)土壤含水率變化規(guī)律，從三幅圖可看出隨著時(shí)間的推移，三種基質(zhì)各處理番茄根區(qū)土壤水分含量呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，同時(shí)各處理中W1處理均比W2處理含水率要高，處理S1W1F1、S1W1F2、S1W2F1、S1W2F2土壤含水率變化范圍分別為8.54%～34.78%、5.04%～31.76%、6.17%～28.26%、7.23%～24.53%；處理S2W1F1、S2W1F2、S2W2F1、S2W2F2土壤含水率變化范圍為8.63%～27.14%、13.14%～29.65%、8.83%～26.69%、7.65%～26.03%；處理S3W1F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2土壤含水率變化范圍為4.87%～47.05%、4.81%～40.35%、7.29%～38.51%、5.01%～25.13%。綜上可知，S3基質(zhì)具有良好的儲(chǔ)水作用，在番茄定植后其生育期平均含水率為23.89%，分別較S2基質(zhì)與S1基質(zhì)高4.01%、6.65%。

表3 育苗箱各基質(zhì)處理土壤鹽分分布狀況

Tab.3 Distribution of soil salinity in each substrate of nursery box

基質(zhì)類型土層/cm均值/(mg·kg-1)標(biāo)準(zhǔn)誤變異系數(shù)極小值/(mg·kg-1)極大值/(mg·kg-1)極差/(mg·kg-1)0～1084.591.133.7779.7588.759.00S110～20110.061.092.79106.50114.508.0020～30123.781.774.05118.75130.2511.500～10119.787.3717.4095.00158.2563.25S210～20112.501.423.58105.75117.0011.2520～30176.949.4815.14133.50217.5084.000～1042.971.368.9337.7548.0010.25S310～2064.252.7812.2456.0074.0018.0020～3090.371.785.5783.2597.5014.25

圖2 灌水后20 min內(nèi)各基質(zhì)處理土壤鹽分變化情況Fig.2 Changes of soil salinity in each substrate treated within 20 min after irrigation

圖3 定植后番茄根區(qū)土壤含水率變化規(guī)律Fig.3 Change of soil water content in tomato root zone after planting

表4為番茄定植后各生育期典型灌水周期內(nèi)根區(qū)土壤含水率變化規(guī)律，各生育期一個(gè)灌水周期內(nèi)土壤含水率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，幼苗期灌水前處理S2W1F2土壤含水率顯著高于處理S2W2F2、S3W1F1、S3W2F1、S3W2F2，灌水后中期S2W1F2土壤含水率顯著高于處理S1W2F1、S3W2F2，下一次灌水前各個(gè)處理均無顯著差別；開花坐果期灌水前處理S3W1F1、S3W1F2土壤含水率顯著高于處理S3W2F2，灌水后中期處理S3W1F1土壤含水率顯著高于處理S2W2F2、S3W1F2、S3W2F1，下一次灌水前處理S3W1F1土壤含水率顯著高于S1W1F1、S1W2F2、S2W2F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2；結(jié)果期灌水前處理S3W1F1、S3W1F2土壤含水率顯著高于處理S1W2F2、S2W1F1、S2W2F2、S3W2F2，灌水后中期處理S3W1F1土壤含水率顯著高于處理S1W2F2，下一次灌水前處理S3W1F1土壤含水率顯著高于S1W2F1、S1W2F2。

表4 番茄定植后各生育期典型灌水周期內(nèi)根區(qū)土壤含水率變化規(guī)律

Tab.4 Changes of soil moisture content in root zone of typical irrigation period after tomato planting

處理幼苗期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%開花坐果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%結(jié)果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%S1W1F114.09ab19.77ab15.82a24.30abc31.96bc24.64c28.63ab32.72bc26.94bcS1W1F213.62ab19.29ab16.78a26.85ab27.21cd20.17cd21.24bc21.82cd23.62bcdS1W2F19.99ab12.03b11.76a22.46bcd22.68de18.87cd17.50bc22.84cd12.92dS1W2F210.35ab15.30ab12.95a15.14bcd23.86de17.53d13.49c19.42d13.60dS2W1F111.04ab14.18ab11.44a20.21bcd23.51de19.97cd16.29c23.12cd17.34cdS2W1F217.47a23.73a16.91a18.66bcd25.7cde18.38cd19.97bc28.47bcd25.39bcdS2W2F112.50ab16.19ab16.39a13.90cd20.94de16.57d17.32bc26.69cd19.59cdS2W2F28.94b14.79ab15.33a16.87bcd17.73e18.63cd16.19c26.03cd22.82cdS3W1F18.68b15.99ab15.05a35.29a47.05a43.59a37.65a45.47a41.35aS3W1F29.77ab17.36ab16.31a35.75a37.82b33.59b37.34a38.67ab35.97abS3W2F18.58b19.70ab14.65a22.08bcd35.29b36.00b20.59bc32.62bc27.95bcS3W2F27.94b13.54b12.39a11.19d23.74de25.13c15.37c22.27cd16.64cd

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著，下同。

2.2.2 土壤鹽分分布特征

圖4為定植后番茄根區(qū)土壤鹽分變化規(guī)律，從三幅圖可看出，隨著時(shí)間的推移，三種基質(zhì)各處理番茄根區(qū)土壤鹽分W1處理均比W2處理土壤鹽分要高，處理S1W1F1、S1W1F2、S1W2F1、S1W2F2土壤鹽分變化范圍分別為37.56～1 330.67、21.72～1 003.00、40.44～353.00、26.67～232.33 mg/kg，試驗(yàn)結(jié)束較定植時(shí)土壤鹽分別增幅2 186.88%、2 876.88%、1 328.86%、563.71%；處理S2W1F1、S2W1F2、S2W2F1、S2W2F2土壤鹽分變化范圍為47.11～144.83、2.83～218.00、66.33～88.70、18.33～109.83 mg/kg，試驗(yàn)結(jié)束較定植時(shí)土壤鹽分分別增幅470.13%、246.02%、130.14%、826.67%；處理S3W1F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2土壤鹽分變化范圍為25.78～590.67、39.44～518.67、45.89～338.50、22.44～126.83 mg/kg，試驗(yàn)結(jié)束較定植時(shí)土壤鹽分分別增幅2 077.17%、2 085.26%、423.90%、588.71%。綜上可知，除了S2W2F2處理以外，三種基質(zhì)W1處理均比W2處理土壤鹽分增幅要大，同時(shí)S1與S3基質(zhì)比S2基質(zhì)土壤鹽分累積要多，淋溶風(fēng)險(xiǎn)較大。

表5為番茄定植后各生育期典型灌水周期內(nèi)根區(qū)土壤鹽分變化規(guī)律，除幼苗期處理S1W2F2與S2W2F1、開花坐果期處理S1W1F1、S1W1F2、S3W1F1與S3W2F1和結(jié)果期處理S1W1F2以外，各生育期一個(gè)灌水周期內(nèi)土壤鹽分均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，幼苗期灌水前各處理土壤鹽分無顯著差別，灌水后中期處理S3W2F1土壤鹽分顯著高于處理S1W2F2，下一次灌水前處理S3W1F1土壤鹽分顯著高于處理S2W1F1；開花坐果期灌水前處理S1W1F2土壤鹽分基本顯著高于其他所有處理，灌水后中期處理S1W2F2、S3W2F2土壤鹽分顯著高于處理S2W1F1、S2W2F1與S2W2F2，下一次灌水前處理S3W1F1土壤鹽分顯著高于處理S1W1F1與S1W2F2以及S2各處理；結(jié)果期灌水前處理S1W1F1土壤鹽分基本顯著高于其他所有處理，灌水后中期與下一次灌水前處理S3W1F1土壤鹽分基本顯著高于其他所有處理。

圖4 定植后番茄根區(qū)土壤含水率變化規(guī)律Fig.4 Change of soil water content in tomato root zone after planting

表5 番茄定植后各生育期典型灌水周期內(nèi)根區(qū)土壤鹽分變化規(guī)律

Tab.5 Changes of soil salinity in root zone of typical irrigation period after tomato planting

處理幼苗期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%開花坐果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%結(jié)果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%S1W1F177.03a128.42ab92.67abc692.30ab692.75abc733.00b1 034.00a1079.17ab736.00abS1W1F276.22a115.94ab103.32abc1 198.10a782.70ab387.00cde541.33ab554.67bc568.00abcS1W2F157.89a91.14ab84.50bc392.00b588.39abc342.17de294.17b442.50c158.67cS1W2F254.30a75.67b83.75bc123.79b1 058.88a295.19e189.17b197.83c122.67cS2W1F157.86a106.92ab53.00c162.10b251.00c233.30e111.17b255.83c138.38cS2W1F2124.00a193.78ab100.95abc127.80b271.00bc165.56e154.00b380.83c271.00cS2W2F189.44a116.75ab122.25abc94.38b201.06c134.50e95.17b206.00c146.33cS2W2F236.13a121.33ab102.08abc111.43b209.25c150.19e113.00b331.67c174.67cS3W1F157.56a171.08ab165.58a504.60b769.88ab1 125.30a656.67ab1 258.83a816.88aS3W1F266.22a166.89ab153.90ab634.00ab713.30abc645.81bcd477.50ab665.00bc519.33abcS3W2F140.89a222.13a159.75ab219.88b670.67abc677.08bc207.17b464.17c346.50bcS3W2F243.62a149.72ab125.50abc97.57b946.00a411.00cde112.67b191.17c123.17c

3 結(jié) 語

(1)對(duì)于育苗箱育苗，三種基質(zhì)番茄根區(qū)的土壤水分在垂直方向上分布相對(duì)均勻，而S1基質(zhì)土壤鹽分在垂直方向上分布相對(duì)均勻，S2與S3基質(zhì)土壤鹽分在垂直方向上分布不均勻；各基質(zhì)高灌水量下各土層土壤含水率與土壤鹽分均比低灌水量下大，而且各基質(zhì)處理土壤含水率與土壤鹽分隨著時(shí)間的推移而增大；灌水后底層土壤含水率與土壤鹽分略高于表層。

(2)對(duì)于盆栽定植，三種基質(zhì)各處理番茄根區(qū)土壤水分與土壤鹽分均隨著時(shí)間的推移呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，同時(shí)各處理中W1處理土壤水分與土壤鹽分均比W2處理含水率要高，S3基質(zhì)具有良好的儲(chǔ)水作用。番茄各生育期典型灌水周期內(nèi)土壤含水率與土壤鹽分基本呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，同時(shí)S1與S3基質(zhì)比S2基質(zhì)土壤鹽分累積要多，淋溶風(fēng)險(xiǎn)較大。