“上膜下秸”措施對(duì)溫室土壤水熱鹽調(diào)控試驗(yàn)研究

王 樂，張 娜，杜 斌，張紅玲

(寧夏回族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，銀川 750021)

寧夏引黃灌區(qū)豐富的光熱資源十分有利于溫室的發(fā)展，近些年溫室栽培模式發(fā)展迅速，已經(jīng)成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)作物種植的重要模式，極大地促進(jìn)農(nóng)民增收。但該灌區(qū)是典型的鹽漬化灌區(qū)，目前灌區(qū)鹽化面積23.4 萬hm2，約占總面積的40%，而溫室栽培受鹽漬化威脅較露地種植更為嚴(yán)重，會(huì)造成產(chǎn)投比降低，水肥資源利用率不高等問題。研究表明，科學(xué)合理的耕作措施，可有效調(diào)控土壤鹽分運(yùn)動(dòng)，改善作物生長(zhǎng)環(huán)境[1-3]，覆蓋(包括覆蓋地膜、秸稈及上膜下秸等)可抑制地面蒸發(fā)[4]、優(yōu)化土壤水鹽分布[5-7]、改良土壤結(jié)構(gòu)[8]，從而使土壤生態(tài)過程向良性轉(zhuǎn)化，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境并有效增加作物產(chǎn)量[9,10]。目前相關(guān)研究成果主要是對(duì)露地作物種植，針對(duì)上膜下秸措施在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中應(yīng)用研究報(bào)道較少。同時(shí)，設(shè)施農(nóng)業(yè)種植因其周年性、全天候和反季節(jié)等特性，在秋冬季作物生長(zhǎng)受溫度及光照影響較大。大量研究表明，覆蓋使夏季土壤溫度降低、冬季土壤溫度提高[11-13]，探究上膜下秸措施對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)尤其是秋冬茬作物溫度的影響，對(duì)協(xié)調(diào)設(shè)施農(nóng)業(yè)種植中土壤水、熱、鹽之間的關(guān)系，為作物生長(zhǎng)發(fā)育創(chuàng)造適宜的土壤環(huán)境，達(dá)到穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)具有重要意義。

本文通過研究寧夏設(shè)施農(nóng)業(yè)秋冬茬種植中，翻耕、翻耕結(jié)合地表覆蓋地膜、翻耕結(jié)合秸稈深埋、翻耕結(jié)合地表覆蓋地膜結(jié)合秸稈深埋4種耕作措施對(duì)番茄生育期內(nèi)土壤水、熱、鹽動(dòng)態(tài)影響，以期為通過“上膜下秸”措施解決溫室種植鹽漬化問題，促進(jìn)作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年8月中旬至2018年1月在寧夏銀川國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)科技開發(fā)區(qū)連棟溫室種植區(qū)內(nèi)進(jìn)行，該區(qū)位于賀蘭縣習(xí)崗鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)橋村，地理位置為E106°19′4.23″，N38°35′11.85″，海拔高度1 102～1 122 m。

試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為壤土，耕層平均土壤容重1.47 g/cm3，田間持水率20.9%(質(zhì)量含水率)。試驗(yàn)區(qū)灌溉水源為園區(qū)自來水，礦化度0.204 g/L，符合灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。土壤0～20、20～40 cm土層基本理化參數(shù)見表1。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)翻耕(CK)、翻耕結(jié)合地表覆蓋地膜(M)、翻耕結(jié)合秸稈深埋(J)、翻耕結(jié)合地表覆蓋地膜結(jié)合秸稈深埋(J+M)4個(gè)處理，重復(fù)3次，共12個(gè)試驗(yàn)小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)長(zhǎng)17 m，寬9 m，面積為153 m2，按隨機(jī)區(qū)組排列。

各試驗(yàn)小區(qū)四周挖深1 m后用雙層塑料布阻隔，各小區(qū)互不影響，中間用土填實(shí)空隙。為了不影響到土壤耕作作業(yè)和作物根系生長(zhǎng)，涉及秸稈深埋的處理均在距地表40 cm深處埋設(shè)秸稈層，將小區(qū)土壤0～20和20～40 cm層次分別取出，并分開放置，然后把約10 cm長(zhǎng)的玉米秸稈均勻鋪設(shè)在40 cm深處，鋪設(shè)厚度5 cm，合0.8 kg/m2。為了提高實(shí)驗(yàn)的可操作性并模仿實(shí)際機(jī)具操作效果，本試驗(yàn)最后將土壤按原層次回填壓實(shí)，回填完成后及時(shí)灌水，使0～60 cm深土壤達(dá)到田間持水率水平。對(duì)照處理和覆蓋地膜處理不埋設(shè)秸稈層。整個(gè)生育期的灌溉方式為滴灌，各小區(qū)的水肥均完全一致，按常規(guī)管理進(jìn)行，其中灌水定額為225 m3/hm2，灌水周期7～8 d，后期溫度下降耗水量減少，灌水周期適當(dāng)延長(zhǎng)。全生育期施肥7次，總施肥量720 kg/hm2，所用肥料為華爾沃農(nóng)化有限公司生產(chǎn)的N∶P∶K為20∶20∶20的高溶解度水溶肥，通過滴灌系統(tǒng)隨水施入。試驗(yàn)以番茄為供試材料，試驗(yàn)周期為 2017年8月20 日-2018 年1月15日。2017年8月28日定植，8月20日埋設(shè)秸稈，8月27日覆膜，株距36 cm，行距 75 cm。

1.3 試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容及方法

(1)土壤含水量和地溫。通過WITU_GeoScan單桿多節(jié)式水熱傳感器以半小時(shí)為步長(zhǎng)監(jiān)測(cè)土壤0～20、20～40、40～60 cm的實(shí)時(shí)土壤水分及地溫。同時(shí)在番茄各生育期(苗期～開花著果期、開花著果期～結(jié)果盛期、結(jié)果盛期～果實(shí)成熟期)對(duì)各處理小區(qū)灌水前后進(jìn)行分層取土，采用烘干稱重法對(duì)儀器自動(dòng)測(cè)定的含水率進(jìn)行校對(duì)。

(2)土壤全鹽含量。在番茄各生育期對(duì)各處理小區(qū)按0～20、20～40、40～60 cm進(jìn)行分層取樣，采用電導(dǎo)率法測(cè)定土壤全鹽量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel繪制圖表，SUFER12.0軟件繪制等值線分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 “上膜下秸”措施對(duì)土壤含水率的影響

各處理在番茄生育期內(nèi)土壤剖面含水率等值線分布見圖1?？梢钥吹剑魈幚硗寥篮士傮w表現(xiàn)為隨土層深度增加而升高，隨生育期推移而降低。

各處理土壤蓄水保墑效果不同，其中J+M處理表現(xiàn)出較好的蓄水保墑效果。整個(gè)生育期J+M、M、J及CK平均含水率分別為24.74%、22.71%、23.47%及21.64%。J+M處理含水率較M、J及CK分別高8.96%、5.45%、14.32%。

不同土層中，0～20 cm土層J+M、M、J及CK平均含水率分別為21.85%、19.41%、20.97%、18.42%，J+M處理較M、J及CK分別高12.58%、4.22%、18.65%；20～40 cm土層各處理含水率分別為25.49%、23.11%、23.81%、21.97%，J+M處理較M、J及CK分別高10.29%、7.04%、16.01%；40～60 cm土層各處理含水率分別為26.89%、25.60%、25.62%、24.54%，J+M處理含水率較M、J及CK分別高5.02%、4.96%、9.56%。

2.2 “上膜下秸”措施對(duì)土壤溫度的影響

不同處理整個(gè)生育期不同土層溫度基本為J+M>M>J>CK，其中，整個(gè)生育期平均溫度J+M處理0～20、20～40、40～60 cm土層較M處理分別高0.57、0.64、0.47 ℃，提高3.52%、3.81%、2.73%；較J處理分別高0.99、0.95、0.63 ℃，提高6.23%、5.74%、3.65%；較CK分別高1.44、1.35、1.20 ℃，提高9.35%、8.42%、7.20%。可見，J+M處理較其他處理提高溫度會(huì)隨土層深度增加而減少，可顯著提高0～40 cm土層土壤溫度。整體而言，整個(gè)生育期平均溫度J+M處理分別較M處理、J處理及CK提高0.56、0.85及1.33 ℃，提高比例為3.35%、5.21%及8.32%。不同土層各處理土壤溫度對(duì)比見圖2。

圖1 各處理生育期土壤含水率分布

圖2 生育期不同土層土壤溫度變化示意圖

2.3 “上膜下秸”措施對(duì)土壤鹽分的影響

測(cè)定秸稈深埋前到作物收獲后0～20、20～40、40～60 cm土層土壤鹽分，可知，整個(gè)過程J+M、J、M、CK處理全鹽含量均值分別為1.00、1.32、1.24及1.36 g/kg，即J+M處理較J、M、CK處理分別低0.32、0.24、0.36 g/kg，分別降低鹽分24.44%、19.65%、26.64%。

不同土層中，0～20 cm土層J+M、J、M、CK處理全鹽含量均值分別為0.81、1.30、1.05 及1.26 g/kg，J+M處理較J、M、CK處理分別低0.49、0.24、0.45 g/kg，降低鹽分37.49%、22.55%、35.06%；20～40 cm土層，J+M、J、M、CK處理全鹽含量均值分別為0.02、1.32、1.48 及1.50 g/kg，J+M處理較J、M、CK處理分別低0.3、0.46、0.48 g/kg，降低鹽分22.74%、30.95%、32.12%；40～60 cm土層，J+M、J、M、CK處理全鹽含量均值分別為1.16、1.35、1.20及1.32 g/kg，J+M處理較J、M、CK處理分別低0.18、0.04、0.16 g/kg，降低鹽分13.57%、3.24%、11.86%。各處理土壤鹽分變化見圖3。

3 結(jié) 論

(1)J+M措施可綜合發(fā)揮地膜覆蓋的保墑作用和秸稈深埋針對(duì)>20～40 cm土層的持續(xù)保墑效果，且能使土壤含水率保持相對(duì)穩(wěn)定。整個(gè)生育期J+M處理含水率分別較M、J及CK高8.96%、5.45%、14.32%。

(2)J+M措施具有較好的增溫作用，整個(gè)生育期平均溫度較M、J及CK處理提高3.35%、5.21%及8.32%， 對(duì)于溫室秋冬茬作物生長(zhǎng)具有重要作用。

圖3 不同處理全鹽量變化圖

(3)J+M措施可顯著抑制積鹽，較J、M、CK處理土壤全鹽含量分別降低24.44%、19.65%、26.64%，可有效改善溫室鹽漬化土壤鹽分表聚和深層積聚特征。

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