客土造畦對沙土栽培黃瓜生長與產(chǎn)量的影響*

王 平 *，趙振勇，曾凡江，田長彥

（1.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國家重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站；3.中國科學(xué)院大學(xué)）

新疆和田地區(qū)光熱資源豐富，具有發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢和潛力[1-2]，近年來，新疆南疆開始大規(guī)模在沙漠地區(qū)建造溫室大棚，僅和田地區(qū)就規(guī)劃了0.67 萬hm2溫室大棚，截至2018年，和田地區(qū)已建成并投入生產(chǎn)的沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達1 873.14 hm2[3]。因為溫室大棚建設(shè)在綠洲外圍推平的沙丘之上，栽培基質(zhì)為黏粒含量低于5%的黃沙，黃沙作為栽培基質(zhì)既有優(yōu)點但更多表現(xiàn)為缺點，比如瓜類在沙土中根系發(fā)達[4-5]，有利于其根系伸展[6]，同時也存在容重高、有機質(zhì)含量低、保水保肥能力差、緩沖性低、營養(yǎng)元素缺乏等問題，無法提供正常土壤完善的功能，因此黃沙栽培基質(zhì)導(dǎo)致的大棚蔬菜生長營養(yǎng)障礙現(xiàn)象十分普遍，運營效益偏差[7]。在沙中添加壤土（客土）能夠顯著增加沙的保水保肥能力和緩沖性，具有顯著的土壤改良作用[8-9]，在沙土中施用有機肥能夠顯著提高沙土的土壤養(yǎng)分含量、酶活性[10-11]及改善土壤的理化性狀，促進作物生長發(fā)育[12-14]，有機肥在作物根區(qū)集中施用能夠大幅提高有機肥的肥效[15-17]，并降低根區(qū)沙土的容重[18]，因此，客土和施用有機肥是沙區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的土壤改良和培肥方法。然而這些技術(shù)在大面積應(yīng)用時，存在有機肥源及優(yōu)質(zhì)土壤來源有限、價格高、運輸及人工費用過高而難以大面積應(yīng)用的問題。以客土改良方法原理為基礎(chǔ)，用相對較少的優(yōu)質(zhì)土壤在耕作層構(gòu)建純沙包覆壤土栽培畦，畦下包肥、畦上覆沙、沙上覆膜、膜下滴灌的立體結(jié)構(gòu)，以期在客土法的基礎(chǔ)上大幅減少優(yōu)質(zhì)土壤的用量，同時兼顧客土法帶來的保水保肥性能、緩沖性能和生物學(xué)性能改良效果，以及有機肥在根系附近集中施用帶來的肥效增強的效果，構(gòu)建適宜于沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量提升的低成本高效整地方法。本研究通過在和田地區(qū)新建的沙漠蔬菜大棚中開展客土改沙整地技術(shù)試驗，研究優(yōu)化后的客土整地方法與常規(guī)整地方法對土壤理化性質(zhì)以及黃瓜的生長和白粉病發(fā)病率的影響，為沙漠農(nóng)業(yè)土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗布置在和田地區(qū)和田縣和諧新村，位于昆侖山北麓，塔克拉瑪干沙漠南緣，屬于典型內(nèi)陸暖溫帶荒漠氣候，夏季炎熱，光照充足，熱量豐富，晝夜溫差大，多年平均降雨量34.3 mm，年潛在蒸發(fā)量2 600 mm，多年平均沙塵日數(shù)25.2 d。

1.2 試驗設(shè)計

2018 年8 月至2019 年2 月，在和田地區(qū)和田縣和諧新村新建沙漠設(shè)施大棚蔬菜基地進行造畦整地技術(shù)試驗。大棚建在推平的沙丘上，栽培基質(zhì)為流沙，粒度分析結(jié)果表明，極細沙含量為78.2%，粉沙含量9.3%，細沙含量7.4%，中沙含量5.1%。土壤有機質(zhì)0.3%，堿解氮51 mg/kg，速效磷36 mg/kg，速效鉀158 mg/kg。大棚內(nèi)種植區(qū)跨度7 m，長60 m。

供試黃瓜品種為新津研4號。種植模式為一壟兩行模式，壟寬70 cm，溝寬50 cm，在壟上距兩測溝沿12 cm 處鋪設(shè)滴灌帶；在壟上覆蓋黑色地膜，沿滴灌帶下定植黃瓜苗。株距45 cm，每棚實際保苗1 700 株左右。8 月10 日黃瓜開始育苗，9 月7 日開始整地，9月12日定植黃瓜苗。

試驗設(shè)3 個處理：處理1 為常規(guī)整地造畦（CK），處理2為客土法進行整地造畦，處理3為優(yōu)化后的客土法進行整地造畦。每個處理小區(qū)寬7 m，長60 m，即1 個棚。每個處理重復(fù)4 次。每個處理的具體整地造畦方法結(jié)合圖1說明如下：

圖1 優(yōu)化客土造畦后壟溝剖面結(jié)構(gòu)示意圖

處理1：每小區(qū)，在純沙上均勻撒施腐熟的雞糞4 m3、磷酸二銨15 kg、尿素10 kg和硫酸鉀10 kg；用旋耕機旋耕2遍；按照1.2 m 壟距劃出壟的位置，起壟，使壟高15～20 cm，壟寬70 cm，溝寬50 cm。

處理2：每小區(qū)，在純沙上均勻撒施壤土40 m3，在純沙土上形成壤土層，再在壤土上撒施腐熟的雞糞4 m3、磷酸二銨15 kg、尿素10 kg 和硫酸鉀10 kg；用旋耕機旋耕2 遍，使壤土、表層沙、有機肥和基肥充分混合成營養(yǎng)土；起壟，使壟高15～20 cm，壟寬70 cm，溝寬50 cm。

處理3：每小區(qū)，在純沙上均勻撒施壤土20 m3，形成壤土層，再在壤土上撒施底肥，底肥為磷酸二銨15 kg、尿素10 kg 和硫酸鉀10 kg；用旋耕機旋耕2遍，把壤土、底肥和表層沙充分混合成營養(yǎng)土；按照1.2 m 壟距劃出壟的位置，在每壟中間開25 cm 深的溝，溝底施腐熟的雞糞，每條壟施入雞糞的量為0.08 m3，合計每小區(qū)50 條壟共計4 m3，覆土平溝；然后將壟溝處的全部營養(yǎng)土翻在壟處起壟，再將壟溝下的純沙翻出覆蓋在壟上，在壟上形成5 cm 厚的純沙層，形成壟高25～30 cm，壟寬70 cm，溝寬50 cm的壟。

1.3 測定項目與方法

（1）土壤理化性狀的測定：在10 月30 日，用環(huán)刀法取20～25 cm 土壤樣品測定土壤容重和田間持水量，用土鉆取土測定土壤pH[19]；（2）黃瓜長勢的測定：在10 月30 日，每個處理隨機選取連續(xù)的10 株，用卷尺測定株高，用數(shù)字卡尺測定第5～6節(jié)間的莖粗，葉面積為從下往上第6 片葉到頂部最新完全展開葉片的全部葉面積之和，單葉葉面積采用經(jīng)驗公式法[20]計算：葉面積=0.5×葉寬×葉長+0.25×葉寬2；（3）葉綠素SPAD 值的測定：采用SPAD -502型葉綠素計測定葉片的SPAD 值，在10 月30 日，每個處理隨機選取50片長勢一致的完全展開葉片，避開葉脈和有損傷的部位，測定每片葉片中部，取平均值；（4）黃瓜產(chǎn)量的測定：每個處理選擇連續(xù)的10株，記錄每次摘取黃瓜的結(jié)瓜數(shù)與產(chǎn)量，計算平均瓜重；（5）黃瓜白粉病病情指數(shù)的測定：在1 月10 日測定。黃瓜苗期白粉病分級標準：0 級，無癥狀；1級，葉片出現(xiàn)白粉癥狀不超過總?cè)~面積的50%；2級，葉片出現(xiàn)白粉癥狀超過總?cè)~面積的50%；3 級，葉片萎蔫或枯死，僅生長點存活；4級，植株枯死。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS15.0 軟件進行統(tǒng)計分析，用LSD法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同整地處理對根區(qū)土壤理化性狀的影響

在黃瓜生育期中（10月30日），不同整地處理對黃瓜根區(qū)土壤的測定結(jié)果表明（表1），對照處理沙土的容重較大，過高的容重會影響到根系在土壤中的生長，進而影響到蔬菜的生長。在客土法處理中，由于添加了壤土，土壤容重較對照處理顯著降低。優(yōu)化客土法由于根區(qū)土壤存在有機肥集中施肥帶，與客土法比較顯著降低了土壤容重。對照處理的pH 顯著小于客土法和優(yōu)化客土法處理，推測原因是由于客土法提高了土壤緩沖性能，當(dāng)?shù)毓喔人珘A性，碳酸氫根和鈉離子含量較高，土壤對堿性離子的吸附提高了土壤pH。田間持水率的測定結(jié)果表明，客土法顯著提高了沙土土壤的田間持水率。沙土田間持水率低導(dǎo)致的保水性能差，在生產(chǎn)中表現(xiàn)為灌水滲漏、水資源利用率低和灌溉周期過短，在當(dāng)?shù)厮Y源不足的情況下，經(jīng)常對設(shè)施農(nóng)業(yè)造成災(zāi)難性后果，是制約沙漠農(nóng)業(yè)的重要問題。本試驗表明，通過客土法能夠大幅提高沙土的保水性能。

表1 不同整地處理對根區(qū)土壤的影響

2.2 不同整地處理對黃瓜生長的影響

對黃瓜的長勢測定結(jié)果表明（表2），不同整地技術(shù)對黃瓜的生長造成顯著影響?？屯练ê蛢?yōu)化客土法處理的黃瓜株高、莖粗、單株葉面積、SPAD值均顯著高于對照處理，而客土法與優(yōu)化客土法之間無顯著差異。說明通過客土整地能夠顯著促進沙土上植物的生長。優(yōu)化客土整地方法能夠在大幅減少壤土用量的情況下，在黃瓜株高、莖粗、葉面積和葉色4個黃瓜生長參數(shù)獲得與客土法同樣的水平。以往的研究表明，用SPAD -502 chlorophyll meter 測定的葉片SPAD 值能夠很好的評估黃瓜葉片葉綠素濃度[21]，本研究結(jié)果表明，客土法和優(yōu)化客土法能夠顯著的提高黃瓜葉片葉綠素濃度，從而促進黃瓜的生長。

表2 不同整地處理對黃瓜生長的影響

2.3 不同整地處理對黃瓜白粉病病情指數(shù)的影響

試驗結(jié)果表明（圖2），客土整地法處理白粉病病情指數(shù)達到11.2%，優(yōu)化后的客土整地法和對照處理雖然也發(fā)生了白粉病病害，但是病情指數(shù)顯著低于客土整地法處理。由于和田地區(qū)冬季較為寒冷，供試的設(shè)施大棚除了日照輻射以外沒有其它熱源，夜間棚內(nèi)氣溫可低至6 ℃。灌溉導(dǎo)致的棚內(nèi)高空氣濕度在低溫條件下容易造成黃瓜白粉病。在本試驗條件下，對照處理雖然灌水后下滲也很快，但是由于沙土理化性能及生物學(xué)性能差造成的多種障礙，導(dǎo)致黃瓜生長相對偏差，抗病力弱，為白粉病發(fā)病創(chuàng)造了條件?？屯琳胤ㄓ捎诒Ｋ芰?，灌水后空氣濕度持續(xù)過大，冬季棚外氣溫低，無法通過放風(fēng)降低濕度，為白粉病發(fā)病創(chuàng)造了條件。優(yōu)化后的客土整地法，滴灌帶滴出來的水在營養(yǎng)土水分已經(jīng)飽和以后，能夠通過營養(yǎng)土上層的沙土層導(dǎo)流滲入壟溝沙土層，從而在滴灌過程中無顯著土表徑流發(fā)生，壟面和溝內(nèi)始終無積水。另一方面，由于沙層切斷了表土毛管作用，在灌水后，溝內(nèi)表層沙土能夠較快形成干沙層，減少土壤水分的蒸發(fā)，從而使棚內(nèi)空氣濕度較客土法低。而且由于根系定植于疏松的營養(yǎng)土上，土壤水肥條件好，苗長的較壯實，抗病能力強，生育期內(nèi)白粉病病情指數(shù)較客土整地法顯著降低。

圖2 不同整地處理對黃瓜白粉病病情指數(shù)的影響

2.4 不同整地處理對黃瓜產(chǎn)量構(gòu)成的影響

試驗結(jié)果表明（表3），對照處理的結(jié)瓜總數(shù)和平均瓜重均最低?？屯练ê蛢?yōu)化客土法處理結(jié)瓜總數(shù)較對照顯著提高，分別提高了6.0%和7.6%?？屯练ê蛢?yōu)化客土法處理平均瓜重較對照顯著提高，分別提高了12.5%和16.2%，最終在產(chǎn)量表現(xiàn)上客土法和優(yōu)化客土法處理較對照處理顯著提高，分別提高了18.6%和24.6%?？屯练ê蛢?yōu)化客土法在結(jié)瓜總數(shù)、平均瓜重和產(chǎn)量上無顯著差異。因此，與對照處理相比，客土法和優(yōu)化客土法提高了黃瓜產(chǎn)量，最主要的原因是平均瓜重提高，結(jié)瓜總數(shù)為次要原因。

表3 不同整地處理對黃瓜產(chǎn)量構(gòu)成的影響

3 討論與結(jié)論

和田地區(qū)屬于國家級貧困地區(qū)，在耕地有限的情況下，通過在綠洲外圍沙漠地區(qū)建設(shè)設(shè)施農(nóng)業(yè)來吸納就業(yè)，提高農(nóng)民收入，是當(dāng)?shù)貙崿F(xiàn)脫貧目標的重要途徑之一。然而黃沙作為栽培基質(zhì)存在的各種障礙嚴重制約了當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益的發(fā)揮。雖然已有很多成熟的技術(shù)用以快速提高黃沙的土壤質(zhì)量，比如客土法、施用有機肥、腐植酸肥料、底層鋪設(shè)防滲材料、節(jié)水滴灌措施等，但是受限于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟投入水平，生產(chǎn)中亟需低成本、效果好的改沙技術(shù)?；诖诵枨筇岢龅纳嘲?、土包肥、膜下滴灌的造畦整地方法（優(yōu)化客土法），通過本研究結(jié)果表明，該方法完全實現(xiàn)了初始方法構(gòu)想的效果，在優(yōu)質(zhì)土壤用量減少一半的前提下，實現(xiàn)了與客土法一樣的促進黃瓜生長和產(chǎn)量的效果，而且在白粉病防控方面的表現(xiàn)優(yōu)于客土法。除此以外，優(yōu)化客土法還表現(xiàn)出了以下優(yōu)點：（1）壤土用量較客土法大幅減少，改沙投入成本顯著降低；（2）在常規(guī)沙土條件下，超過2 d 不灌水，蔬菜就明顯受旱，而按照優(yōu)化客土法改造后的大棚，由于土壤持水量大幅提升，6 d 不灌水也不會明顯受旱，從而大幅降低了大棚水分管理難度，在沙漠農(nóng)區(qū)水源不穩(wěn)定的情況下，對于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重大意義；（3）通過沙包土和土包肥的結(jié)構(gòu)，使有機肥集中在根區(qū)附近，在種苗定植根系開始下扎一定深度后就能接近有機肥，同時又不會造成有機肥與幼苗根系直接接觸對幼苗根系的傷害，大幅提高了有機肥的有效性。綜上所述，優(yōu)化后的客土整地方法可以用于新建沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)，快速提高土壤生產(chǎn)性能。