高壟覆膜水肥一體化技術對設施土壤理化性狀及蔬菜產量的影響

王立革等

摘 要：以高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）為試驗處理，膜下溝灌（FP）為對照，通過田間試驗研究了高壟覆膜水肥一體化技術對設施土壤理化性狀及蔬菜產量的影響。結果表明，定植后26～55天，FG+H處理明顯提高了20 cm處地溫；定植后118～154天，5、10、15、20、25 cm處地溫均低于FP。FG+H處理的表層土壤飽和導水率明顯提高，是FP的2.2倍。FG+H處理可明顯降低0～60 cm土壤硬度，而對土壤密度無明顯影響。FG+H處理0～20 cm土壤全氮、有效磷、速效鉀、有機質含量比FP分別提高18.4%、47.6%、34.9%和20.9%，且明顯降低了0～200 cm土壤剖面硝態氮含量。FG+H處理相對FP有緩解土壤酸化和鹽化的趨勢。FG+H處理番茄采收期相對FP推遲約10天左右，但FG+H處理番茄總產量相對FP提高了19.9%。本研究結果表明，FG+H處理不僅明顯改善了設施土壤理化性狀，而且番茄產量也明顯提高。

關鍵詞：日光溫室；高壟覆膜；水肥一體化；土壤理化性狀；蔬菜產量

中圖分類號：S153 文獻標志碼：A 論文編號：2014-0500

Abstract： The experimental treatment is combination of plastic mulching and high-ridge and fertigation （FG+H）， membrane under furrow irrigation （FP） as the control， a field experiment was carried out to study that effect of combination of plastic mulching and high-ridge and fertigation on soil physiological and chemical characteristics and yield of vegetables in sunlight greenhouse. The results showed that： the soil temperature in 20 cm of plastic mulching of high-ridge combination fertilization（FG+H） increased significantly at 26 to 55 days after planting， The soil temperature of plastic mulching of high-ridge combination fertilization （FG+H） lower than membrane under furrow irrigation （FP） in soil depth of 5， 10， 15， 20， 25 cm separately， after 118 to 154 days planting. Plastic mulching of high-ridge combination fertilization （FG+H） increased significantly surface soil saturated hydraulic conductivity， that was 2.2 times of membrane under furrow irrigation （FP）. And soil hardness reduced significantly in 0-60 cm soil depth， but had no effect on soil bulk density. Plastic mulching of high-ridge combination fertilization （FG+H） reduced significantly nitrate nitrogen in 0-200 cm soil profile， And reduce the risk of soil acidification and salinization. FG+H treatment tomato harvest period relative FP delayed about 10 days， but The FG+H treatment tomato yield increased by 19.9% relative to FP. Research results showed that， combination of plastic mulching and high-ridge and fertigation （FG+H） not only significantly ameliorated the soil physical and chemical properties and the yield of tomato increased significantly in sunlight greenhouse.

Key words： Sunlight Greenhouse； Combination of Plastic Mulching and High-ridge； Fertigation； Soil Physiological and Chemical Characteristics； Yield of Vegetables

0 引言

設施土壤是設施農業賴以發展的物質基礎[1]，隨著中國設施栽培面積的迅速擴大及栽培年限的增加，設施土壤環境惡化，已成為制約設施農業可持續發展的瓶頸[2]。連作障礙以及灌溉施肥是影響設施土壤環境的2個因素，輪作倒茬是緩解連作障礙既經濟又有效的措施之一，但在實際生產中，受蔬菜市場影響以及經濟利益驅動，輪作倒茬難以實施，而傳統的灌溉施肥方式不僅造成水肥資源浪費，同時也導致了土壤養分失衡[3]、C/N比失調[4]、次生鹽漬化[5]、酸化[6]等一系列問題，并且肥料種類對設施土壤pH和EC值也有不同程度的影響[7]。因此，改變灌溉施肥方式可以達到改善設施土壤環境的目的。

水肥一體化是實現水肥同步管理和高效精準的節水農業技術措施，灌溉時間、灌溉量及灌溉定額等技術參數對土壤pH、EC和全鹽含量有一定的影響[8]，水肥一體化不僅可降低土壤硝態氮淋洗，提高氮肥利用率[9-10]，而且也能促進土壤團粒結構的形成[11-12]。若水肥一體化與傳統開溝種植模式相結合，不僅會引起根系周邊土壤隨水流向溝底造成根系外露，而且也會降低養分利用率，高壟栽培與水肥一體化技術結合將會避免上述問題的發生。已有研究證明，采用高壟模式種植大豆，不僅可降低土壤密度，提高土壤溫度，而且也提高了大豆的產量[13，14]；露地種植馬鈴薯采用高壟栽培水肥一體化技術，不僅可以增加馬鈴薯產量，而且也可提高氮素利用率[15]；尤秀娜等[16]在鹽堿地種植黃瓜時采用高壟栽培結合水肥一體化技術，不僅改善了黃瓜品質，同時也起到淋洗鹽分的效果，使鹽堿土EC值降低了52%。

綜上所述，高壟栽培水肥一體化技術應用于露地生產，不僅能夠增加作物產量、提高氮素利用率，而且也能降低鹽堿土EC含量，而設施土壤因長期處于封閉或半封閉狀態，形成了特殊的生態環境，勢必導致土壤環境異與露地土壤以及鹽堿土。因此，該技術對設施土壤環境及蔬菜產量的影響尚不完全清楚，為此，通過研究高壟覆膜水肥一體化技術對設施土壤理化性狀及蔬菜產量的影響，以期完善該技術的研究內容，為設施蔬菜生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于山西省晉中市榆次區莊子鄉南趙村，地處東經112°48′44″，北緯37°38′15″，屬溫暖半干旱大陸性氣候，年平均氣溫8.4℃，無霜期123天左右，年平均降水量445 mm。溫室土壤類型為石灰性褐土，其基本理化性狀見表1。

1.2 試驗材料與設計

溫室種植年限為3年，供試蔬菜為番茄，品種為勞斯特，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）是在種植行處建梯形高壟，下壟寬65～70 cm，上壟寬45～50 cm，壟高20 cm，壟上整平（如圖1所示），番茄定植在壟上距邊緣5～10 cm處，每行番茄鋪設1條滴灌管，定植后25～30天覆蓋地膜；以膜下溝灌（FP）為對照，種植行開溝，番茄定植與溝坡中上部，定植后25～30天將地膜跨壟溝覆蓋，膜下溝內灌溉；高壟覆膜滴灌（FG+H）和膜下溝灌（FP）面積均為400 m2。

選擇株高20 cm左右，6～7片真葉的健壯番茄苗，于2010年11月6日定植，2011年5月24日拉秧。定植前每處理施腐熟優質雞糞48 t/hm2，有機肥養分含量為全氮（TN）24.69 g/kg，全磷（TP）4.03 g/kg，全鉀（TK）9.76 g/kg。番茄生育期的養分輸入量及灌溉量見表2。

1.3 樣品采集及測定方法

番茄定植后，在FG+H和FP區種植行的2株中間安裝5、10、15、20、25 cm曲管直角地溫計1組（每處理3次重復），從定植后26天開始，每天上午8：30—9：00記錄地溫。

番茄拉秧后，分別在FG+H和FP處理區用鐵鍬挖60 cm土壤剖面（3次重復），每10 cm為單位用硬度計（日本Daiki Rika Kogyo Co. Ltd.生產的Daiki A-1505）測定土壤硬度，避開土壤硬度測量點用環刀取樣測定土壤密度；另在各處理區選擇3個點位，用Hood IL-2700入滲儀（德國U GT GmbH）測定表層土壤飽和導水率。

每處理區另選3條種植行，在每行的2株中間用土鉆采集0～200 cm土壤剖面樣品，以20 cm為單位將土樣分開裝袋并標記，帶回室內風干后研磨過0.15和 2 mm篩，分析測定0～200 cm土壤NO3--N含量，0～20 cm土壤全氮（TN）、有效磷、速效鉀（AK）、有機質（OM）、pH和EC。

2 結果與分析

2.1 高壟覆膜水肥一體化技術對地溫的影響

由圖2可以看出，定植后26～59天，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）明顯提高了20 cm處地溫，而5、10、15、25 cm處地溫與膜下溝灌（FP）相近。隨著定植時間的延長，在定植后59～85和110～115 天，出現了2次明顯的降溫過程，這主要是受外界氣候條件影響所致，在此期間，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）與膜下溝灌（FP）地溫相近且變化變化趨勢一致。定植后115～118天，不同層次地溫迅速回升，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）與膜下溝灌（FP）地溫回升幅度相近。定植后118～154天，不同層次地溫均表現出高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）低于膜下溝灌（FP），這是受外界氣候回升的影響，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）灌溉頻率相對增加所致。

2.2 高壟覆膜水肥一體化技術對土壤硬度和密度的影響

土壤硬度是指破碎土壤所受的阻力，硬度越大破土的阻力越大，作物根系生長的阻力越大。0～60 cm土壤硬度測定結果顯示（圖3），高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）相對膜下溝灌（FP）土壤硬度變化幅度較大，除了30 cm處23.2 kg/cm2與膜下溝灌（FP）24.8 kg/cm2無明顯差異外（P>0.05），其余層次的土壤硬度明顯低于FP（P<0.05）。

土壤密度是土壤物理性質的重要參數，與土壤質地、土壤結構及有機質含量有關，由圖3可以看出，FG+H處理0～60 cm土壤密度的變化范圍1.4～1.6 g/cm3均高于FP的1.3～1.5 g/cm3，但統計分析差異并未達到顯著水平（P>0.05）。

2.3 高壟覆膜水肥一體化技術對土壤飽和導水率的影響

土壤飽和導水率是指土壤中的孔隙全部被水充滿時，單位水勢梯度下，單位時間內通過單位面積的水量，是反映土壤飽和滲透性能的物理性質之一。其數值越大，表明土壤的滲透性能越好。由圖4可知，FG+H處理的表層土壤飽和導水率40 mm/h顯著高于FP處理18 mm/h（P<0.05），說明FG+H處理明顯增加了土壤的滲透性能，這與閆映宇等[17]的研究結果相一致。

2.4 高壟覆膜水肥一體化技術對土壤剖面硝態氮分布的影響

由圖5可以看出，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）0～200 cm土壤剖面NO3--N含量高峰值出現在100 cm處33.9 mg/kg，膜下溝灌（FP）出現在180 cm處192.7 mg/kg，與定植前（基礎土）相比，FG+H和FP不同層次NO3--N含量均高于定植前，但統計分析顯示，FG+H處理與定植前無明顯差異（P>0.05），FP與定植前差異達到極顯著水平（P<0.01）。

硝態氮淋洗與灌溉方式、灌溉量、氮素施用量以及土壤質地等因素有關。由灌溉量和氮素輸入量可知（表2），番茄整個生育期，FP累計灌溉量3360 t/hm2是FG+H處理2160 t/hm2的1.6倍，FP氮素累計輸入量638 t/hm2是FG+H處理308 t/hm2的2.1倍，這可能是FP處理0～200 cm土壤剖面硝態氮含量明顯高于FG+H的重要原因。

2.5 高壟覆膜水肥一體化技術對土壤養分及pH、EC的影響

由表3可知，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）0～20 cm土壤全氮（TN）、有效磷、速效鉀（AK）、有機質（OM）含量，相對膜下溝灌（FP）分別提高18.4%、47.6%、34.9%、20.9%，統計分析顯示，差異均未達到顯著水平（P>0.05）；高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）土壤pH高于膜下溝灌（FP）0.04個單位（P>0.05）；EC值相對FP降低了19.1%（P>0.05）。

2.6 高壟覆膜水肥一體化技術對番茄產量的影響

由圖6可以看出，在定植后136天時，膜下溝灌（FP）處理番茄進入采收期，相對高壟覆膜水肥一體化處理（FG+H）番茄采收期的146天提前約10天左右。在定植后136～161天，FP處理番茄產量高于FG+H處理，定植后161天至拉秧，FG+H處理番茄產量高于FP。就總產量而言，FG+H處理番茄總產量190119.1 kg/hm2顯著高于膜下溝灌（FP）158577.7 kg/hm2（P<0.05），總產量相對提高了19.9%。

3 結論與討論

土壤溫度受農業生產影響較大，如耕作方式、灌溉方式、作物種類、天氣以及土壤類型等[18]，當作物種類、氣候條件和土壤質地條件一致時，耕作方式和灌溉方式則成為影響土壤溫度的重要因素。本研究結果表明，定植后26～59天，高壟覆膜水肥一體化處理（FG+H）相對膜下溝灌（FP）明顯提高了20 cm處的土壤溫度，而這段時期正處于設施蔬菜根系生長階段，從而有助于培養壯苗，為抵御低溫脅迫和提高產量奠定基礎；由于高壟覆膜水肥一體化處理（FG+H）每次灌溉量均低于膜下溝灌（FP），隨著外界氣溫的逐步回升，土壤蒸發量加大，因此，必須增加FG+H處理的灌溉頻率才能滿足作物的生長，所以，在番茄生長后期（定植后118～154天），不同層次土壤溫度均表現出FG+H處理低于FP。

土壤硬度和密度均會影響作物根系生長，土壤硬度達到1.5 MPa即15 kg/cm2時（1 MPa相當于每平方厘米面積上的承受壓力為10 kg），能促進甜菜側根系生長[19]，當土壤強度達2.5 MPa即25 kg/cm2時，根的生長完全被抑制[20]，并且在同一生育期，緊實土壤（密度為1.55 g/cm3）相對疏松土壤 （1.25 g/cm3）有利于激發黃瓜根系加粗生長[21]。本研究中FG+H處理0～60 cm土壤硬度變化范圍在18.3～23.2 kg/cm2，FP在23.5～ 24.8 kg/cm2，且FG+H處理0～60 cm土壤密度在1.39～1.6 g/cm3的變化范圍略高于FP的1.31～1.56 g/cm3，因此，FG+H處理相對FP是否有利于激發作物根系生長，還需作進一步的相關研究。

影響土壤飽和導水率的因素包括土壤水分特性、質地、土壤結構、土壤中陽離子組成與含量、土溫、有機質含量、土地利用方式等[17]，本研究結果顯示，FG+H處理的表層土壤飽和導水率顯著高于FP對照，其原因需作深一步的研究和探討。

硝態氮是植物能夠直接吸收利用的速效性氮素，不易被土壤膠體所吸附，易隨水移動[9]。FG+H處理相對FP在低灌溉量和低氮素輸入量的基礎上，降低了0～200 cm土壤剖面硝態氮含量，該研究結果與前人[9，12，15]研究結果相同。雖然高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）的肥料施用量低于膜下溝灌（FP），但收獲后的土壤養分含量較高與膜下溝灌（FP），因此，在采用高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）時，還需合理施用肥料用量。高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）對0～20 cm土壤pH和EC值雖然無明顯影響，但相對膜下溝灌（FP）有降低土壤酸化和鹽化的風險。

對番茄產量的研究結果顯示，高壟覆膜水肥一體化（FG+H）處理的番茄采收期相對FP推遲約10天左右，但在定植后161天至拉秧，FG+H處理的番茄產量始終高于FP，最終，FG+H處理番茄總產量相對FP提高了19.9%。因此在實際生產中，采用高壟覆膜水肥一體化技術，可適當選擇定植時間，以取得更大的經濟效益。

本研究結果表明，高壟覆膜水肥一體化技術（FG+H）相對膜下溝灌（FP）明顯改善了設施土壤的溫度、硬度和入滲性能，降低了硝態氮的淋洗，同時番茄產量明顯提高。

參考文獻

[1] 張乃明，常曉冰，秦太峰.設施農業土壤特性與改良[M].北京：化學工業出版社，2008：6-10.

[2] 史靜，張乃明，包立.中國設施農業土壤質量退化特征與調控研究進展[J].中國生態農業學報，2013，21（7）：787-794.

[3] 王立革，王勁松，焦曉燕，等.山西南部日光節能溫室土壤化學特征及其相關性的研究[J].華北農學報，2011，26（5）：218-221.

[4] 吳忠紅，周建斌.山西設施栽培條件下土壤理化性質的變化規律[J].西北農林科技大學學報：自然科學版，2007，35（5）：136-140.

[5] 陳碧華，楊和連，李亞靈，等.不同種植年限大棚菜田土壤水溶性鹽分的變化特征[J].水土保持學報，2012，26（1）：241-245.

[6] 周德平，褚長彬，劉芳芳，等.種植年限對設施蘆筍土壤理化性狀、微生物及酶活性的影響[J].植物營養與肥料學報，2012，18（2）：459-466.

[7] 李海云，王秀峰.不同陰離子化肥對設施土壤理化性狀的影響研究[J].中國生態農業學報，2004，12（4）：126-128.

[8] 張玉龍.保護地土壤水分管理及其土壤退化防治技術研究進展與展望[J].沈陽農業大學學報，2004，35（5-6）：378- 382.

[9] 韋彥，孫麗萍，王樹忠，等.灌溉方式對溫室黃瓜灌溉水分配及硝態氮運移的影響[J].農業工程學報，2010，26（8）：67-72.

[10] 呂謀超，蔡煥杰，黃修橋.同步滴灌施肥條件下根際土壤水氮分布試驗研究[J].灌溉排水學報，2008，27（3）：24-27.

[11] Ayars J E， Phene C J， Hutmacher R B， et al. Subsurface drip irrigation of row crops： a review of 15 years of research at the Water Management Research Laboratory[J]. Agricultural Water Management，1999，42（1）：1-27.

[12] 聶斌，李文剛，江麗華，等.不同灌溉方式對設施番茄土壤剖面硝態氮分布及灌溉水分效率的影響[J].水土保持研究，2012，19（3）：102-107.

[13] 劉麗君，馬秀峰，喬棟，等.大豆高壟平臺土壤生態環境動態變化[J]，東北農業大學學報，2000，31（3）：215-220.

[14] 孟英，劉麗君，祖偉，等.三江平原低濕地大豆“高壟平臺”土壤溫度的動態變化[J].黑龍江農業科學，2002（3）：11-13.

[15] 井濤，樊明壽，周登博，等.滴灌施氮對高壟覆膜馬鈴薯產量、氮素吸收及土壤硝態氮累積的影響[J].植物營養與肥料學報，2012，18（3）：654-661.

[16] 尤秀娜，卜崇興，賈永霞，等.高壟覆膜滴灌全價營養液對次生鹽堿地種植黃瓜的影響[J].上海農業學報，2009，25（3）：51-53.

[17] 閆映宇，林新慧.灌溉方式對土壤水分運動參數的影響[J].水土保持研究，2011，18（4）：160-165.

[18] 陳新明，劉立庫.不同灌溉方式下番茄根系層土壤溫度分布特征[J].水資源與水工程學報，2013，24（5）：101-105.

[19] 張春峰，劉峰，祖元剛，等.不同耕作方式對土壤物理性質及甜菜生長的影響[J].農學學報，2013，3（04）：13-18

[20] Rosolem C A， Schiochet M A， Souza L S， et al . Root growth and cotton nutrition as affected by liming and soil compaction [J]. Commun Soil Sci Plant Anal， 1998，29（1&2）：169-177.

[21] 王德玉，孫艷，鄭俊寮，等.土壤緊實脅迫對黃瓜根系生長及氮代謝的影響[J].應用生態學報，2013，24（5）：1394-1400.