深耕分畦栽培對(duì)土壤通氣性及生姜幼苗生長(zhǎng)的影響

賈 切，張?zhí)鞎?，?港，3，朱永興，蔡小東，劉奕清

（1. 長(zhǎng)江大學(xué)園藝園林學(xué)院，湖北 荊州 434025；2. 荊州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北 荊州 434000；3. 重慶市幅沅農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究院有限公司，重慶 402160）

生姜是植物姜（Zingiber officinaleRoscoe）的根狀莖，具有活血、驅(qū)寒、抗氧化、降膽固醇等功效，是天然的食藥同源保健蔬菜和中藥材[1]。2019年全球生姜凈貿(mào)易量為72 萬t，而我國(guó)占52.5 萬t，約占四分之三[2]。生姜是我國(guó)的特色蔬菜，其種植面積和產(chǎn)量居世界首位，已成為助力國(guó)家鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的特色高效產(chǎn)業(yè)。由于生姜為肉質(zhì)膨大貯藏根莖，不耐土壤積水，因此，在多雨高濕地區(qū)種植容易造成生姜根系腐爛、生長(zhǎng)緩慢、病害嚴(yán)重等危害，嚴(yán)重制約著我國(guó)生姜種植產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展[3]。

目前，有關(guān)生姜高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究主要集中在覆膜保墑、遮蔭控光、平衡肥水以及套種增效等方面[4‐6]。何進(jìn)等[7]研究發(fā)現(xiàn)，開溝種植能顯著提高土壤含水率，促使冬小麥和夏玉米的水分利用效率分別提高7.4%和1.5%。深耕土壤及開溝促進(jìn)小麥植株生長(zhǎng)，其原因?yàn)槟苁垢当３州^高的超氧化物歧化酶與硝酸還原酶活性，降低丙二醛和可溶性蛋白含量，進(jìn)而提高根系在土壤中的活力[8]。煙草種植試驗(yàn)表明，深耕土壤可顯著改善土壤的容重、孔隙度等特性，促進(jìn)植株的根、莖、葉干物質(zhì)積累，使上等煙葉的比例提高10%[9]。開溝分畦種植還能夠有效改善土壤速效養(yǎng)分的吸收利用和調(diào)節(jié)土壤pH值，使煙草植株的有效葉片數(shù)和株高分別顯著增加1.4片和11%[10]。上述相關(guān)研究表明，深耕及分畦的耕作措施不僅能夠顯著改善土壤的孔隙度、導(dǎo)水導(dǎo)氣性，而且還能有效提高植株的根系活力和生長(zhǎng)活性，進(jìn)而促進(jìn)植物地上莖葉及地下根系的健康生長(zhǎng)。然而，有關(guān)生姜種植過程中土壤的深耕導(dǎo)氣、分畦排水等方面的研究卻少有報(bào)道。4—5 月春夏之際，正值生姜播種與多雨高濕的特殊生產(chǎn)季節(jié)，易引起土壤較長(zhǎng)時(shí)間積水及生姜爛種，鑒于此，提出深耕分畦栽培方法，研究其對(duì)土壤孔隙度、通氣性變化以及對(duì)生姜爛種率、根系構(gòu)型、植株生長(zhǎng)的影響，為高濕地區(qū)生姜高質(zhì)量栽培提供理論依據(jù)與技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試品種為長(zhǎng)姜1號(hào)。試驗(yàn)在湖北省生姜品種及綠色生產(chǎn)技術(shù)轉(zhuǎn)化中試研究基地進(jìn)行。供試土壤為荊州區(qū)江漢平原灰油砂土，有機(jī)質(zhì)含量18.3 g/kg，全氮含量637 mg/kg，堿解氮含量45.3 mg/kg，速效磷含量30.2 mg/kg，速效鉀含量260.5 mg/kg，pH值7.8。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)深耕分畦栽培、中耕栽培（CK）2 個(gè)處理，如圖1所示。深耕分畦栽培：試驗(yàn)田土壤用挖掘機(jī)按照70 cm 的深度標(biāo)準(zhǔn)翻耕1 遍，然后以拖拉機(jī)耕耙打碎土壤。試驗(yàn)田塊四周按照寬×深為80 cm×100 cm 的標(biāo)準(zhǔn)挖排水溝（圖1b），種植土壤每6 m 按照長(zhǎng)×寬為42 m×6 m 的標(biāo)準(zhǔn)挖溝分畦，畦間溝標(biāo)準(zhǔn)為寬×深=40 cm×60 cm（圖1a）。每畦內(nèi)順著長(zhǎng)軸方向按照行距為80 cm、寬×深為25 cm×30 cm 的標(biāo)準(zhǔn)挖6 條種植溝。至此，試驗(yàn)田形成四周排水邊溝深100 cm、畦間溝深60 cm、種植溝深30 cm 的三梯度分層排水溝網(wǎng)系統(tǒng)（圖1c），以利于土壤通氣導(dǎo)水和植株根系生長(zhǎng)。中耕栽培：種植土壤耕作深20～30 cm，田塊四周邊溝深40～50 cm，種植溝與深耕分畦栽培相同，無畦間溝（圖1d）。

圖1 不同栽培方式試驗(yàn)田塊Fig.1 Schematic diagram of experimental field by different cultivation

挑選質(zhì)量為50～70 g/塊、健壯無病蟲害的姜種，于室內(nèi)（25±2）℃條件下催芽20 d 左右，把芽粗1 cm以上、長(zhǎng)1～3 cm 的姜種，按株距25 cm 播種定植于上述準(zhǔn)備好的土壤種植溝中，蓋細(xì)土5～6 cm 厚，澆透水1 次。試驗(yàn)于2021 年4 月27 日進(jìn)行田間播種。2個(gè)處理均重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)小區(qū)面積252 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。其他田間管理措施相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤通氣性 于姜種定植45 d 后在試驗(yàn)處理小區(qū)以環(huán)刀分別采集深度為0～10、10～20、20～30 cm的土壤樣本，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)按5點(diǎn)取樣法采集土樣。參照楊杰瑞[11]的方法，測(cè)定土壤容重、含水率、總孔隙度和通氣性。土壤容重=土樣干質(zhì)量/環(huán)刀體積，土壤含水率=（土樣鮮質(zhì)量-土樣干質(zhì)量）/土樣干質(zhì)量×100%，土壤總孔隙度=1-土樣容重/土樣比重，土壤通氣性=土樣總孔隙度-土樣含水率×土樣容重。

1.3.2 生姜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo) 于姜種定植45 d 后調(diào)查姜種出苗率、腐爛率、姜苗生長(zhǎng)情況。用卷尺測(cè)量株高（莖基部至最高生長(zhǎng)點(diǎn)），用游標(biāo)卡尺測(cè)量莖基部的莖粗，觀測(cè)葉片數(shù)、地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。采集生姜幼苗完整根系，用清水洗凈擦干，以根系掃描儀（LD-WinRHIZO，萊恩德智能科技）掃描根系，并利用WinRHIZO professional software 2007 version（Regent Instruments Inc，Quebec，Canada）軟件統(tǒng)計(jì)總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根直徑、根尖數(shù)。參照鄧永興等[12]的TTC法測(cè)定根系活力。

1.3.3 生姜幼苗葉片光合參數(shù) 利用便攜式光合儀（LI-6400，美國(guó)Li-COR 公司）在晴朗天氣9：00—11：00 測(cè)定生姜幼苗葉片的光合參數(shù)。每2～3 min自動(dòng)采集心葉以下第2～3 片葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度。測(cè)定時(shí)采用LED紅藍(lán)光源，光強(qiáng)設(shè)置為1 000μmol/（m2·s）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以Excel 軟件計(jì)算數(shù)據(jù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差，用DPS（version15.10，杭州睿豐信息技術(shù)有限公司）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 深耕分畦栽培對(duì)土壤通氣性的影響

如表1 所示，在0～30 cm 深的土層中，深耕分畦栽培的土壤容重為1.42～1.49 g/cm3，與對(duì)照無顯著差異。在0～10 cm、10～20 cm 和20～30 cm 的3 個(gè)土層中，深耕分畦栽培的土壤總孔隙度分別為39.6%、38.7%、37.1%，均顯著高于對(duì)照；深耕分畦栽培土壤含水率分別是13.5%、16.0%、16.3%，均顯著低于對(duì)照；深耕分畦栽培土壤通氣性分別為20.4%、15.8%、13.7%，分別比對(duì)照提高316.3%、558.3%、585.0%，差異均達(dá)到極顯著水平。因此，在2021 年5 月份持續(xù)多雨少晴天的特殊氣候條件下，土壤深耕70 cm，開挖排水溝（100 cm 深）、畦間溝（60 cm深）和種植溝（30 cm 深）所形成的三梯度分層排水系統(tǒng)，能夠有效地提高土壤的總孔隙度、通氣性，降低田間土壤含水量。

表1 深耕分畦栽培對(duì)土壤通氣性的影響Tab.1 Effects of deep tillage and border dividing cultivation on soil air permeability

2.2 深耕分畦栽培對(duì)生姜幼苗根系的影響

從田間生長(zhǎng)45 d 的生姜幼苗根系掃描結(jié)果看，深耕分畦栽培的根系生長(zhǎng)狀況明顯優(yōu)于對(duì)照（圖2）。根系構(gòu)型分析（表2）結(jié)果表明，深耕分畦栽培田間生長(zhǎng)45 d 生姜幼苗的總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根直徑、根尖數(shù)分別為302.8 cm、312.4 cm2、65.3 cm3、1.6 mm、843.6 個(gè)，均高于對(duì)照。其中，總根長(zhǎng)、根表面積和根尖數(shù)均極顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照提高88.5%、96.1%和62.7%；根體積與對(duì)照之間存在顯著差異；而根直徑與對(duì)照之間無明顯差異。此外，深耕分畦栽培的生姜幼苗根系活力為0.069 mg/（g·h），與對(duì)照之間存在顯著差異，比對(duì)照提高46.8%。由此表明，土壤深耕分畦栽培，不僅提高了土壤的總孔隙度、改善了土壤導(dǎo)水透氣性，而且還能促進(jìn)生姜幼苗根系的健壯生長(zhǎng)并增強(qiáng)根系活力。

圖2 不同栽培方式定植45 d的姜苗根系Fig.2 Scanning diagram of ginger root colonized for 45 d by different cultivation

表2 深耕分畦栽培對(duì)生姜幼苗根系構(gòu)型和活力的影響（田間生長(zhǎng)45 d）Tab.2 Effects of deep tillage and border dividing cultivation on growth and activity of ginger root（field growth for 45 d）

2.3 深耕分畦栽培對(duì)生姜幼苗生長(zhǎng)的影響

從田間生長(zhǎng)45 d 的生姜幼苗形態(tài)看，深耕分畦栽培的姜苗植株生長(zhǎng)情況明顯優(yōu)于對(duì)照（圖3）。由表3 可知，深耕分畦栽培的生姜爛種率為4.4%，比對(duì)照極顯著降低35.7 個(gè)百分點(diǎn)；田間姜種出苗率為94.4%，比對(duì)照提高102.1%，差異極顯著。深耕分畦栽培生姜幼苗的株高、莖粗、葉片數(shù)、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別為52.5 cm、10.8 mm、9.2 片、48.5 g、3.2 g，5 個(gè)指標(biāo)均顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照提高90.9%、80.0%、70.4%、54.5%、52.4%。由此表明，土壤深耕分畦栽培，不僅促進(jìn)了生姜幼苗根系的生長(zhǎng)，而且還能夠解決土壤積水引起的生姜爛種和姜苗漚根爛根的問題，進(jìn)而促進(jìn)田間姜種出苗率提高，且姜苗生長(zhǎng)健壯整齊。

表3 深耕分畦栽培對(duì)生姜幼苗生長(zhǎng)的影響（田間生長(zhǎng)45 d）Tab.3 Effects of deep tillage and border dividing cultivation on growth of ginger seedling（field growth for 45 d）

圖3 不同栽培方式定植45 d的姜苗形態(tài)Fig.3 Morphology of ginger seedling colonized for 45 d by different cultivation

2.4 深耕分畦栽培對(duì)生姜幼苗葉片光合作用的影響

從表4 可以看出，深耕分畦栽培姜苗的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間CO2濃度分別為14.78μmol/（m2·s）、6.87 mmol/（m2·s）、289.6 mmol/（m2·s）、370.5 μmol/mol，分別比對(duì)照極顯著提高158.8%、210.9%、558.2%、73.1%。由此表明，深耕分畦栽培能夠通過提高生姜幼苗的光合效率促進(jìn)其健康生長(zhǎng)。

表4 深耕分畦栽培對(duì)生姜幼苗葉片光合作用的影響（田間生長(zhǎng)45 d）Tab.4 Effects of deep tillage and border dividing cultivation on photosynthesis of ginger seedling（field growth for 45 d）

3 結(jié)論與討論

隨著人們對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的要求越來越高，國(guó)家提倡實(shí)行一系列的保護(hù)性耕作制度，如免耕、少耕、休閑耕作等[13]。然而，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，特別是在高濕地區(qū)淺耕甚至免耕容易使土壤排水不暢，導(dǎo)致生姜種植出現(xiàn)爛種漚根、長(zhǎng)勢(shì)緩慢和病害頻發(fā)等問題[14]。因此，系統(tǒng)研究深耕分畦的栽培方式對(duì)于我國(guó)高濕地區(qū)種植生姜等肉質(zhì)根莖類作物具有重要的實(shí)踐意義。

深耕能夠改善土壤疏松透氣性，在加速地面徑流和水分下滲，提高土壤保水能力的同時(shí)，還能使作物根系更易向下生長(zhǎng)，提高其對(duì)土壤水分、養(yǎng)分的吸收利用效率[15‐16]。在本研究中，深耕分畦的栽培方式能增加生姜田間土壤的總孔隙度，顯著提高土壤的通氣性和導(dǎo)水性。好的土壤環(huán)境是種子快速萌發(fā)和根系健康生長(zhǎng)的必要條件。謝明惠等[17]發(fā)現(xiàn)，適宜的土壤濕度（60% RH）和土壤深度（4～6 cm）條件具有良好的透氣導(dǎo)水特性，有利于花生種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)。本研究結(jié)果表明，深耕分畦栽培方式不僅大幅降低生姜爛種率（僅為4.4%），提高姜種的出苗率（94.4%），而且還能有效促進(jìn)幼苗根系生長(zhǎng)，其總根長(zhǎng)和根尖數(shù)比對(duì)照提高88.5%和62.7%，根表面積和根體積比對(duì)照提高96.1%和64.1%，生姜幼苗的根系活力也進(jìn)一步增強(qiáng)，進(jìn)而促進(jìn)生姜幼苗根系健康生長(zhǎng)。

疏松透氣、適度保水的土壤環(huán)境還能促進(jìn)植株地上部分的生長(zhǎng)。尚慶文等[18]研究發(fā)現(xiàn)，容重較小的土壤，其孔隙度較大，最大持水量較高，有利于生姜植株生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高。本研究也得到了類似的結(jié)果，深耕分畦栽培生姜株高比對(duì)照提高90.9%，莖粗也比對(duì)照增加80.0%，主莖葉片數(shù)比對(duì)照多3.8片，植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均比對(duì)照提高50%以上。合適的栽培方式利于植株的光合作用。起壟栽培方式能使油菜苗期葉片的凈光合速率提高9.8%，氣孔導(dǎo)度增加40.5%，蒸騰速率增加63.7%，胞間CO2濃度降低10.3%[19‐20]。本研究顯示，深耕分畦栽培生姜幼苗的光合參數(shù)也表現(xiàn)出類似的結(jié)果，如凈光合速率比對(duì)照提高158.8%，蒸騰速率比對(duì)照提高210.9%，氣孔導(dǎo)度比對(duì)照提高558.2%，胞間CO2濃度比對(duì)照提高73.1%。

耕作是農(nóng)事生產(chǎn)過程中的重要農(nóng)藝措施之一，它不僅關(guān)系到所種植作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，而且還會(huì)對(duì)農(nóng)田有效利用、土壤肥水保持、病蟲草害防治及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響[21‐28]。本研究中，深耕分畦栽培方法既可減小土壤的容重，增大其孔隙度，為植株生長(zhǎng)創(chuàng)造疏松透氣的有利環(huán)境；又可在田間形成三梯度分層排水的溝網(wǎng)系統(tǒng)，在一定程度上降低土壤含水率，提高土壤導(dǎo)水透氣性。該方法對(duì)于北方干旱或半干旱地區(qū)可能不宜，但是對(duì)我國(guó)長(zhǎng)江中上游高濕地區(qū)的作物栽培卻具有滲水排漬透氣的優(yōu)越性，能及時(shí)排出土壤多余水分，避免田間土壤積水引起爛種漚根的普遍危害發(fā)生。因此，深耕分畦栽培方法可為多雨高濕地區(qū)肉質(zhì)根類作物的高質(zhì)量栽培提供有益參考。