灌水量及灌水pH值對寧南山區(qū)土壤養(yǎng)分及芹菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響

祁煥軍，雷曉婷，雷金銀，王 銳，紀(jì)立東，楊 洋，尹志榮，周麗娜

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，銀川750021；2.寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川750002）

0 引 言

寧夏南部山區(qū)地處黃土高原六盤山北麓清水河畔，因適宜的氣候條件，種植出的蔬菜肉厚纖維嫩，品質(zhì)優(yōu)良而馳譽國內(nèi)外，成為全國優(yōu)質(zhì)冷涼蔬菜的產(chǎn)區(qū)之一。截止2018年，固原市冷涼蔬菜種植總面積約3.33 萬hm2。主要分布在固原市原州區(qū)、西吉縣、彭陽縣、隆德縣等地[1]。其中西吉縣以發(fā)展芹菜、胡蘿卜等為主的特色冷涼蔬菜，成為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的特色支柱產(chǎn)業(yè)之一。然而，寧南山區(qū)干旱少雨、水資源短缺一直成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的制約因素，蔬菜相對于其他作物耗水量較大，因此如何實現(xiàn)蔬菜產(chǎn)業(yè)的高效節(jié)水與優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)協(xié)同成為當(dāng)?shù)乩錄鍪卟似惹薪鉀Q的技術(shù)難題，也是破解水資源短缺與利用率不高、土壤養(yǎng)分有效性低和化肥施用量高矛盾的重要課題。韋彥[2]研究表明，與農(nóng)民傳統(tǒng)畦灌相比，下浮灌溉量40%?50%均能實現(xiàn)溫室黃瓜增產(chǎn)，提高其品質(zhì)，黃彩霞[3]研究表明，與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)灌溉量相比，灌溉量降低13.4%～31.1%，能使玉米增產(chǎn)9.2%～38.8%，過量灌溉一方面導(dǎo)致大量水資源無效蒸發(fā)和深層滲漏損失，畦灌下蒸騰、蒸發(fā)和滲漏（以下） 中的分配比例分別為17%～44%、11%～18%和41%～62%，土壤貯水約占2%～8%。另一方面造成減產(chǎn)和品質(zhì)下降。尹志榮[4]研究表明，灌水量對寧南山區(qū)芹菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響達(dá)到極顯著水平，相對于傳統(tǒng)漫灌，節(jié)水控灌既能保證芹菜的正常生長和產(chǎn)量，又能夠促進(jìn)芹菜長勢，提高產(chǎn)量和蛋白質(zhì)、維生素含量，且不會增加芹菜中硝酸鹽含量，適宜的滴灌制度有利于作物根系健康發(fā)育。同時，土壤pH 值被認(rèn)為是土壤物理、化學(xué)、生物特性變化的主控因子，顯著影響著與作物生長發(fā)育和品質(zhì)緊密相關(guān)的土壤物理結(jié)構(gòu)形成、土壤養(yǎng)分吸收運移、土壤生物演變過程。Budiman Minasny[5]、Walter[6]、Kerley[7]等人研究表明，土壤pH 值過低或過高都會影響作物養(yǎng)分吸收和根系發(fā)育，降低作物產(chǎn)量，Catherine Tremblay[8]、Dora Neina[9]等人提出藍(lán)果忍冬適宜的土壤pH 值為5.9～6.5。冷芬[10]研究表明，何首烏葉片葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率在土壤pH為4.5～9.5范圍內(nèi)，均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，適宜種植的土壤pH 為6.5～7.5。當(dāng)前，關(guān)于蔬菜需水規(guī)律、灌溉上下限、灌溉制度以及土壤pH等方面做了大量研究，但是對于圍繞土壤性質(zhì)，開展灌水量與灌水pH 值調(diào)節(jié)及其對適宜灌水量、土壤養(yǎng)分、蔬菜產(chǎn)量品質(zhì)的影響，實現(xiàn)水土協(xié)同高效利用等方面的研究較少。鑒于此，本文以西吉芹菜（Apium graveolens L）為研究對象，探討不同灌水量和灌水pH 值對寧南山區(qū)土壤養(yǎng)分、芹菜生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響，為構(gòu)建寧南山區(qū)冷涼蔬菜產(chǎn)業(yè)高效節(jié)水的水分精準(zhǔn)管理技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗于2020年4?9月在寧夏固原市西吉縣硝河鄉(xiāng)關(guān)莊村（35°53'10.6″N、105°52'54.9″E）進(jìn)行。氣候條件光照充足，晝夜溫差大，平均年降雨量350～500 mm、平均蒸發(fā)量[11]1 482.3 mm、年平均氣溫8.3 ℃、年光照時長3 000～3 200 h。試驗地土壤為黑壚土，耕層（0～20 cm）土壤化學(xué)性質(zhì)如表1所示。

表1 耕層土壤化學(xué)性質(zhì)Tab.1 Chemical properties of topsoil

1.2 試驗設(shè)計

試驗以芹菜為研究對象，供試品種是由寧夏科泰種業(yè)提供的“加州王”，采用二因素裂區(qū)試驗（見表2），主區(qū)設(shè)置3種不同灌水量，W1（CK）：3 150 m3/hm2，W2：2 700 m3/hm2，W3：2 250 m3/hm2，均采用滴灌系統(tǒng)灌溉，灌水量由水表控制。副區(qū)設(shè)置3 種不同灌水pH 值，B1（CK）：當(dāng)?shù)毓嗨畃H=8.07，B2：pH=6.0，B3：pH=4.0，用檸檬酸進(jìn)行灌水pH 值調(diào)節(jié)。試驗重復(fù)3次，共計27個小區(qū)，每個小區(qū)面積約55m2（長10 m×寬5.5 m），小區(qū)之間安裝PP板（深度1 m）防止串水。田間采用壟作方式種植，壟寬1.2 m，溝寬0.2 m，株行距為5 cm×15 cm，每壟8 行，每2 行鋪設(shè)1 條滴灌帶。施肥采用自制水溶肥（N?P2O5?K2O 配比為18?10?8），施肥量為540 kg/hm2，基肥占70%，追肥占30%，分別在葉叢生長期、心葉肥大初期和心葉肥大中期以1∶2∶1 的比例分3 次施肥。田間管理與當(dāng)?shù)乇３忠恢隆?/p>

表2 灌水量與灌溉水pH值試驗設(shè)計 m3/hm2Tab.2 Experimental design of irrigation amount and pH value of irrigation water

1.3 測定項目及測試方法

土壤養(yǎng)分指標(biāo)：分別在種植前和收獲后用土鉆按照“X”法，采取表層0～20 cm 土壤樣品，土壤有機質(zhì)采用K2Cr2O7容量法－外加熱法[12]；堿解氮采用堿解擴散法[13]；有效磷采用NaHCO3浸提?分光光度計法[14]，速效鉀采用乙酸氨浸提?火焰光度計法[15]；土壤pH 值用pHs－2C 型數(shù)字酸度計測定，水土比為5∶1。

芹菜生理指標(biāo)：在心葉肥大初期使用Li?6400 型光合儀測定光合參數(shù)，采用手持502 型SPAD 儀測定葉綠素。芹菜產(chǎn)量品質(zhì)測定：產(chǎn)量在收獲期間按小區(qū)實收實測；收獲后采取植株樣品測定芹菜品質(zhì)，Vc 含量采用改進(jìn)的2，6?二氯靛酚滴定法測定；粗纖維含量采用酸堿消煮+粗纖維測定儀測定；還原性糖含量采用斐林試劑比色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Origin 2018 用于作圖和方差統(tǒng)計分析（Turkey檢驗）。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水量與灌水pH值對土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分是保證芹菜產(chǎn)量與品質(zhì)的重要營養(yǎng)基礎(chǔ)，而水對土壤養(yǎng)分的釋放、提高植物對養(yǎng)分的吸收利用具有重要的作用。通過灌水量與灌水pH 值對土壤養(yǎng)分影響的分析表明，灌水量對土壤pH 值影響不顯著（p＞0.05），對土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀等養(yǎng)分影響極顯著（p＜0.01）（見表3）。其中土壤pH 值隨著灌水量的減少而增加，而土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀則均隨著灌水量的減少而降低（見表4）。由此表明，灌水量的多寡對于土壤有效養(yǎng)分的釋放和固定具有重要的作用。灌水pH 值對土壤pH 值、土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀影響顯著（p＜0.01）（見表3），土壤pH 值隨著灌水pH 值降低而降低，與對照B1相比，B2和B3處理下土壤pH 值分別平均下降0.2 和0.3 個單位，而土壤有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀隨著灌水pH 值的降低先增加后降低，B2處理下土壤養(yǎng)分最高（見表4）。灌水量與灌水pH值的交互作用除對土壤pH 值影響不顯著外（p＞0.05），對其余養(yǎng)分的影響極顯著（p＜0.01）（見表3）。表明對于寧南山區(qū)堿性土壤，土壤養(yǎng)分在高灌水量和灌水pH 值為6.0 的綜合作用下才能更加有效釋放，提高養(yǎng)分的利用效率。

表3 灌水量與灌水pH值對芹菜田耕層（0～20 cm）土壤化學(xué)特性影響方差分析表Tab.3 Analysis of variance of effects of irrigation amount and pH value on soil chemical properties of cultivated layer (0～20 cm)in celery field

表4 灌水量與灌水pH值對芹菜田耕層（0～20 cm）土壤養(yǎng)分特征的影響Tab.4 Effects of irrigation amount and pH value on Soil Nutrient Characteristics of celery field plough layer (0～20 cm)

2.2 灌水量與灌水pH值對芹菜株高的影響

灌水量與灌水pH 值對芹菜生長影響顯著，由圖1可知，灌水量越大芹菜株高越高，不同生育時期芹菜株高均表現(xiàn)為W1處理高于W2和W3。灌水pH 值對芹菜株高的作用效果顯著受灌水量的影響，W1處理下，B2處理株高最高，B3次之，B1最低；W2處理下，B2處理株高最高，B1次之，B3最低；W3處理下，B2處理株高最高，B1次之，B3最低，表明隨著灌水量的增大，灌水pH值弱酸處理效果最佳，而灌水量減少，灌水pH值越低，反而不利于芹菜生長。

圖1 灌水量與灌水pH值對芹菜株高的影響Fig.1 Effect of irrigation amount and pH value on plant height of celery

2.3 灌水量與灌水pH值對芹菜生理特征的影響

灌水量和灌水pH 值均對芹菜的葉綠素SPAD 值和凈光合速率的影響極顯著（p＜0.01）。由圖2和圖3可知，葉綠素SPAD 值和凈光合速率均隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3平均分別增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%。葉綠素SPAD值和凈光合速率均隨著灌水pH 值降低而先增加后降低，B2處理下均最高，表明灌水pH 值過高或過低，均不利用芹菜的生理過程。葉綠素SPAD 值的灌水量與灌水pH 值交互作用不明顯（p＞0.05），凈光合速率的灌水量與灌水pH 值交互作用極顯著（p＜0.01）。

圖2 灌水量與灌水pH值對芹菜SPAD值的影響Fig.2 Effects of irrigation amount and pH value on SPAD value of celery

圖3 灌水量與灌水pH值對芹菜凈光合速率的影響Fig.3 Effects of irrigation amount and pH value on net photosynthetic rate of celery

2.4 灌水量與灌水pH值對芹菜產(chǎn)量的影響

從灌水量與灌水pH 值對芹菜產(chǎn)量的影響來看，灌水量對芹菜產(chǎn)量影響顯著（p＜0.01）（見圖4），且隨著灌水量的增加而增加（見圖4），相比W2、W3，W1使產(chǎn)量分別平均增加5.6%、34.7%；灌水pH 值對芹菜產(chǎn)量影響顯著，B2處理下均最高，分別比B3、B1增加29.1%、7.0%。灌水量與灌溉水pH值對產(chǎn)量的交互作用顯著（p＜0.05）。

圖4 灌水量與灌水pH值對芹菜產(chǎn)量的影響Fig.4 Effects of different irrigation amount and pH value on celery yield

2.5 灌水量與灌水pH值對芹菜品質(zhì)的影響

水是影響種植作物品質(zhì)形成的重要因素。試驗表明灌水量與灌水pH 值對芹菜Vc、總糖和粗纖維等品質(zhì)影響極顯著（p＜0.01，見表5）。由表6可知，芹菜Vc、總糖含量隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3處理Vc、總糖含量分別平均增加2.3%和9.6%、4.9%和6.3%；粗纖維含量反之，隨著灌水量的增加而降低W1比W2、W3處理分別降低7.1%、13.7%。芹菜Vc、總糖含量隨著灌水pH 值的降低先增加后降低，與B1、B3處理相比，B2處理提高極顯著，分別提高9.1%和15.1%、6.0%和13.2%，粗纖維含量隨灌水pH 值的降低先降低后增加，與B1、B3處理相比，B2處理降低極顯著，分別降低25%、30.2%。其中灌水量與灌水pH 值對芹菜Vc、總糖含量的交互作用影響極顯著（p＜0.01），對粗纖維含量交互作用不顯著（p＞0.05）。

表5 灌水量與灌水pH值對芹菜品質(zhì)特征影響方差分析表Tab.5 Variance analysis of effects of irrigation amount and pH value on celery quality characteristics

表6 灌水量與灌水pH值對芹菜品質(zhì)的影響Tab.6 Effects of different irrigation amount and water pH on celery quality

3 討 論

水是影響作物生長發(fā)育的重要因素，土壤養(yǎng)分作為支持作物健康生長的營養(yǎng)基礎(chǔ)，受灌水量、灌水pH 值的影響顯著。龐喆[16]研究表明對于弱鹽堿土適當(dāng)增大灌水量可以起到一定的淋洗作用，從而降低土壤pH 值；單忠英[17]研究表明在一定范圍內(nèi)隨著灌水量的增加土壤肥力也呈現(xiàn)上升的趨勢。鄒佳玲[18]研究得出，隨著灌水pH值的降低，土壤pH值也隨之降低；Ahmed[19]、于秀麗[20]等人研究得出偏堿性土壤在一定范圍內(nèi)降低灌水pH 值可以提高土壤養(yǎng)分。本試驗結(jié)果表明降低灌水pH 值可以提升土壤肥力。本試驗研究結(jié)果可以得出，在一定范圍內(nèi)，增加灌水量、降低灌水pH值可以提高土壤肥力。

生理特征是植物生長的基礎(chǔ)，是產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要影響因素。生理特征對于水分供應(yīng)和土壤環(huán)境的影響高度敏感。寶哲[21]研究發(fā)現(xiàn)高水分處理比中、低水分處理下植株的株高有明顯的增高作用；張吉孝[22]研究表明增加灌水定額能促進(jìn)馬鈴薯株高、葉面積等，并且總體表現(xiàn)為灌水定額較大的處理各項指標(biāo)均大于灌水定額較小的處理；呂寧[23]、唐光木[24]等人研究表明隨著灌水量的增加玉米株高、葉綠素SPAD 值都隨之增加。Ahmed 研究證明針對偏堿性土壤，降低灌水pH 值可以提升梨樹的葉綠素含量、增加梨樹的莖粗。本試驗研究結(jié)果表明：灌水量為W1時，芹菜生育進(jìn)程加快，株高明顯高于其他兩個處理；隨著灌水量的增加，芹菜株高、葉綠素SPAD值、凈光合速率等均有所增加。本試驗研究結(jié)果還表明，灌水pH 值為B2時，與其他兩個處理相比，芹菜葉綠素SPAD 值、凈光合速率、株高都有所增長。

產(chǎn)量和品質(zhì)是水分管理的最終體現(xiàn)。許曉瑞[25]研究發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)隨著灌水量的增加，芹菜的總糖、Vc 含量、產(chǎn)量等也隨之增加。馮嚴(yán)明[26]研究表明，高水水平下能夠顯著提高夏玉米產(chǎn)量；姚佳賓[27]研究表明，灌水下限過低會對油葵的生長形成嚴(yán)重的水分脅迫，導(dǎo)致油葵產(chǎn)量降低。仲維君[28]研究結(jié)果表明，偏堿性土壤降低灌水pH 值，可以提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗研究結(jié)果表明灌水量為W1時，芹菜的總糖、Vc 含量、產(chǎn)量明顯高于其他兩個處理，而灌水量為W3時，芹菜品質(zhì)、產(chǎn)量各項指標(biāo)均有明顯的下降；一定范圍內(nèi)降低灌水pH值可以提高芹菜產(chǎn)量，同時也可以提升芹菜的品質(zhì)。

綜上所述，依據(jù)土壤類型和性質(zhì)，選擇合理的灌水制度和灌水pH 值，才能活化土壤養(yǎng)分，提高水分利用效率，促進(jìn)作物生長，提高作物品質(zhì)。本文由于試驗設(shè)計灌水量梯度較少，初步得出結(jié)論，關(guān)于灌水量對土壤性質(zhì)的影響還有待進(jìn)一步的深入研究。

4 結(jié) 論

（1）灌水量與灌水pH 值對土壤養(yǎng)分含量影響顯著。土壤pH 值隨著灌溉量的減少而增加，而土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀則均隨著灌溉量的減少而降低。土壤pH 值隨著灌溉水pH降低而降低，與對照B1相比，B2和B3處理下土壤pH分別平均下降0.2和0.3，而土壤有機質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀隨著灌溉水pH 值的降低先增加后降低，B2處理下土壤養(yǎng)分最高。

（2）灌水量與灌水pH 值對芹菜生長生理特征影響顯著。芹菜株高均表現(xiàn)為W1處理高于W2和W3。灌水pH 值對芹菜株高的作用效果顯著受灌水量的影響，隨著灌水量的增大，灌水量pH 弱酸處理效果最佳，而灌水量減少，灌水pH 值越低，反而不利于芹菜生長。葉綠素SPAD 值和凈光合速率均隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3平均分別增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%。葉綠素SPAD 值和凈光合速率均隨著灌溉水pH降低而先增加后降低，B2處理下均最高。

（3）灌水量與灌水pH 值對芹菜產(chǎn)量品質(zhì)影響顯著。芹菜產(chǎn)量隨著灌水量的增加而增加（見圖4），相比W2、W3，W1使產(chǎn)量分別平均增加5.6%、34.7%；灌水量為W1、灌水pH 值為B2時產(chǎn)量最高。芹菜Vc、總糖含量隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3處理Vc、總糖含量分別平均增加2.3%、9.6%和4.9%、6.3%；粗纖維含量反之，隨著灌水量的增加而降低W1比W2、W3處理分別降低7.1%、13.7%。芹菜Vc、總糖含量隨著灌水pH 值的降低先增加后降低，與B1、B3處理相比，B2處理提高極顯著，分別提高9.1%、15.1%和6.0%、13.2%，粗纖維隨著灌水pH 值的降低先降低后增加，與B1、B3處理相比，B2處理降低極顯著，分別降低25%、30.2%。