土壤含水量對日光溫室內土壤主要物理特性和小白菜生長的影響

李 勇 于錫宏 蔣欣梅 燕 沖

（東北農業大學園藝學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

土壤溫度是制約日光溫室冬季蔬菜生產的重要環境因素，是引起溫室病蟲害發生的客觀因素之一。土壤水分含量影響土壤的升溫和保溫，不同的灌水定額致使土壤溫度高低不同（依艷麗 等，2006）；相同土壤含水量，覆膜處理和不覆膜處理對地溫產生了明顯的影響（陳麗娟 等，2008）；土壤含水量的增加導致土壤熱容量變大，從而引起土壤溫度變化幅度變小（李慧星 等，2007）；在梭梭柴林地，30、40、80、160 cm土層溫度與其土壤濕度均呈拋物線關系（傅瑋東 等，1997）。但關于土壤含水量對冬季日光溫室地溫影響的研究鮮見報道。土壤是由固相、液相、氣相組成的物質，土壤三相組成對地溫影響很大。在土壤的組成部分中，固體部分的數量一般變化不大，而空氣和水的含量經常變化。根據土壤組份比熱的研究，石英在土壤成分中比熱最低，水的比熱最高，鋁硅酸鹽高嶺土的比熱比石英略高。由于大多數土壤的主要成分是石英、鋁硅酸鹽、水和腐殖質，故水分將大大影響土壤的熱容量（貝弗爾 等，1983）。而熱容量是衡量地溫變化的一個重要指標。

小白菜（Brassica rapa L.chinensis Group.）是冬季消費量很大的葉菜類蔬菜之一，營養豐富，VC含量比大白菜高一倍多。關于土壤含水量對蔬菜作物的影響，多數研究集中在根系分布較深的果菜類（王紹輝和張福墁，2000；陳修斌 等，2009），而對于根系分布較淺的葉菜類缺乏相應的研究。國內外學者做了大量關于溫室地溫的研究（Roberts et al.，1981；李國師 等，1996；白增森 等，1998），但土壤含水量與日光溫室地溫的關系鮮有報道。本試驗以不同土壤含水量為處理，以小白菜為試材，通過測定土壤三相比、土壤熱特性及小白菜生長和生理指標，研究了不同土壤水分含量對冬季日光溫室地溫和小白菜生長及產量、品質的影響，以期為日光溫室地溫的進一步研究和土壤含水量對冬季溫室淺根類蔬菜作物生長的影響提供理論依據。

1 材料與方法

供試小白菜品種為四月慢，由東北農業大學園藝學院提供。

2009～2010年在東北農業大學寒地蔬菜生物學重點實驗室、蔬菜生產設施工程與環境實驗室和東北農業大學設施工程中心節能日光溫室內進行兩年重復試驗。5月埋設苯板，分隔小區，至10月期間，小區進行正常的澆水、除草，不種植蔬菜。

試驗設土壤含水量分別為田間最大持水量的55 %～70 %、70 %～85 %、85 %～100 % 3個處理，分別用W1、W2、W3表示。3次重復，隨機區組排列，小區面積為1 m2。土壤有機質含量2.15 %，全氮2.39 g·kg-1，全磷2.01 g·kg-1，全鉀3.23 g·kg-1，堿解氮243 mg·kg-1，速效磷110 mg·kg-1，速效鉀118 mg·kg-1，pH值為6.07。小區之間用5 cm厚的苯板做為間隔，以阻止小區之間以及小區和周邊土壤之間的熱量交換。6月起，各小區進行統一的管理；10月15日，小白菜直播于各小區，統一管理，培育壯苗，當幼苗2片真葉時按株距10 cm、行距20 cm間苗，每小區定苗50株；11月1日開始控制土壤含水量，各小區土壤含水量低于水分下限（55 %、70 %、85 %）時即按水分上限進行補灌。

式中：M為小區灌水量；B為灌水上限；θ為田間最大持水量；S為土壤含水量；l為小區面積；h為灌水計劃濕潤層；r為土壤容重。

在小白菜的生長過程中（11月15日），隨機選取3株測定葉綠素、蛋白質、可溶性糖、VC含量，3次重復；在小白菜開始采收時（11月30日），隨機選取20株測定單株產量、葉面積和葉片數。其中葉面積采用方格紙法（蔣欣梅，2007）測定，葉綠素含量采用無水乙醇法（郝建軍，2007）測定，蛋白質含量采用考馬斯亮藍G-250法（史之文，1993）測定，可溶性糖含量采用蒽酮法（張憲政 等，1989）測定，VC含量采用2，6—二氯酚靛酚法（張憲政 等，1989）測定。

土壤熱特性及地溫的測定在11月1日～12月31日進行，選取10 d晴朗天氣的測定數據，計算平均值。地溫感應器置于小區中部，表層 5、10、15 cm感應器東西方向排列，間距為25 cm。

土壤三相比由總孔隙度和土壤容積含水量來計算（中國科學院南京土壤研究所土壤物理研究室，1978），土壤熱容量由土壤三相比計算得來（土壤物理性測定委員會，1979）；土壤地溫、導溫率、土壤含水量采用TRM-WS溫室環境測試系統（錦州陽光氣象科技有限公司）測定；土壤導熱率由導溫率和熱容量計算得出（姚賢良和程云生，1986）。

試驗數據采用Excel和DPS軟件進行統計分析，差異顯著性采用Duncan新復極差法進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤含水量對冬季節能日光溫室內土壤三相比的影響

單位體積原狀土壤中，土粒、水分和空氣體積間的比即土壤的三相比。從圖1可以看出，3個處理的固相率基本一致；W1的液相率顯著小于W2、W3，W2的液相率顯著小于W3；W1的氣相率顯著大于W2、W3，W2的液相率顯著大于W3。說明不同水分處理顯著改變了土壤液相率和氣相率，對固相率影響不顯著。

2.2 不同土壤含水量對冬季節能日光溫室內土壤熱特性的影響

從表1可以看出，不同土壤含水量處理對冬季節能日光溫室內土壤熱特性產生了顯著的影響。隨著土壤含水量的增加，土壤熱容量顯著增大，W1的熱容量顯著小于 W2、W3，W2的熱容量顯著小于W3；隨著土壤含水量的增加，土壤導熱率先增大，后減小，W1的導熱率顯著小于 W2、W3，W2的導熱率顯著大于 W3；隨著土壤含水量的增加，土壤導溫率先增大，后減小，W2的導溫率顯著大于 W1、W3，W1和 W3之間差異不顯著。

圖1 不同土壤含水量對土壤三相比的影響

表1 不同土壤含水量對土壤熱特性的影響

2.3 不同土壤含水量對冬季節能日光溫室內地溫的影響

從圖 2、3、4可以看出，節能日光溫室內表層地溫的日變化呈單峰曲線。W1的地溫高于W2、W3，W2的地溫高于W3；表層15 cm地溫日變化中，在降溫階段，W2的地溫高于W1、W3。W1的5 cm地溫日較差為7.0 ℃，10 cm地溫日較差為3.4 ℃，15 cm地溫日較差為1.6 ℃，W2、W3不同土壤深度地溫日較差變化趨勢與 W1相同，說明隨著土壤深度的增加，地溫日變化幅度減小；且隨著土壤含水量的增加，冬季節能日光溫室內表層地溫逐漸降低。

圖2 不同土壤含水量對5 cm地溫的影響

圖3 不同土壤含水量對10 cm地溫的影響

2.4 不同土壤含水量對冬季節能日光溫室內小白菜生長及生理指標的影響

2.4.1 不同土壤含水量對小白菜生長指標的影響從表2可以看出，不同土壤含水量對冬季節能日光溫室小白菜的生長有顯著影響。3個處理的葉片數差異不明顯；W2的單株鮮質量顯著高于W1、W3，W1和W3之間差異不顯著；W2的葉面積顯著高于W1。說明冬季節能日光溫室中，土壤含水量為70 %～85 %的處理能顯著提高小白菜的產量。

2.4.2 不同土壤含水量對小白菜生理指標的影響從表3可以看出，不同土壤含水量對冬季節能日光溫室小白菜的生理指標影響顯著。W2的葉綠素a含量顯著高于W1；W2、W3的葉綠素b含量顯著高于W1，W2和W3之間差異不顯著；總葉綠素、類胡蘿卜素含量的變化趨勢和葉綠素b相同；W2的VC含量顯著高于W1；W1和W3的可溶性糖含量顯著高于W2，W1和W3之間差異不顯著；3個處理的可溶性蛋白含量差異不顯著。

圖4 不同土壤含水量對15 cm地溫指標的影響

表2 不同土壤含水量對小白菜生長指標的影響

表3 不同土壤含水量對小白菜生理指標的影響

3 結論與討論

溫室是一個四周密閉、缺乏雨水淋溶的人造環境，室內環境受到周圍設施的影響，與外界相比有著獨特的變化規律。自然土壤是一個復雜的多分散系，其固、液、氣三相物質的熱容量各不相同，土壤空氣對土壤容積熱容量影響很小，可以略去，容積熱容量與土壤液相率和固相率有關（姚賢良和程云生，1986）。本試驗結果表明，隨著土壤含水量的增加，溫室土壤液相率顯著增高，而固相率基本不變，致使土壤熱容量顯著增大。土壤導溫率先顯著增大，達到一定程度后（土壤含水量占田間最大持水量的70 %～85 %時）開始減小，這與van Rooyen等（1959）研究大地土壤導溫率的結果一致，說明日光溫室土壤導溫率與大地土壤導溫率變化規律一致。土壤導熱率先顯著增加，達到一定程度后，開始顯著減小，這與姚賢良和程云生（1986）研究的土壤導熱率變化規律不一致，此規律可能是溫室土壤導熱率變化的特征。

隨著土壤含水量的增加，表層5、10、15 cm的地溫日變化結果顯示，一天中，3個處理的最高地溫的大小順序為W1＞W2＞W3。這是因為W1的熱容量最小，接受同樣的熱量而升溫較快，W3的熱容量較大，接受同樣的熱量升溫較慢。表層5 cm地溫最低值出現在8：00，最高值出現在15：00；表層10 cm地溫最低值出現在9：00，最高值出現在16：00；表層15 cm地溫最低值出現在11：00，最高值出現在18：00。每個深度中，3個處理的地溫最低值和最高值出現的時間為同一時間。表層5 cm地溫日變化結果顯示，8：00時W1與W3的溫差為0.3 ℃，15：00時為0.7 ℃；表層10 cm地溫日變化結果顯示，9：00時W1與 W3的溫差為0.3 ℃，16：00時為0.3 ℃；表層15 cm地溫日變化結果顯示，11：00時W1與W3的溫差為0.2 ℃，18：00時為0.2 ℃。說明隨著土壤深度的增加，地溫極值出現的時間逐漸滯后，這與前人研究（李國師 等，1996）的結果一致；W1與 W3地溫極值的差值有減小的趨勢，說明隨著土壤深度的增加，土壤含水量對地溫的影響逐漸減小。

本試驗結果表明，土壤含水量為70 %～85 %時，小白菜葉面積最大、產量和VC含量最高；當含水量大于85 %時，這些生理指標開始下降，說明在日光溫室小白菜冬季生產中，土壤含水量太大，致使地溫下降幅度增大，會影響其產量和品質。所以土壤含水量為70 %～85 %是日光溫室小白菜冬季生產較適宜的含水量，這個土壤含水量低于溫室黃瓜（王紹輝和張福墁，2000）和茄子（陳修斌 等，2009）的適宜含水量，與結果期溫室辣椒（彭強 等，2010）所需適宜含水量相同。將此試驗結果用于指導節能型日光溫室小白菜冬季生產，既可減少因過量澆水而造成的水資源浪費和減產，又能提高小白菜的產量和品質。

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