不同覆蓋材料的荒地種植西瓜試驗(yàn)研究

王 斌，田軍倉(cāng)

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021；3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用工程研究中心，銀川 750021)

寧夏的中衛(wèi)、中寧、同心部分地區(qū)處于干旱集中區(qū)域，有十分豐富的光熱資源，年日照時(shí)數(shù)非常可觀，這一特點(diǎn)十分有利于農(nóng)作物干物質(zhì)的積累。當(dāng)?shù)赝ㄟ^(guò)在荒地中鋪設(shè)砂石形成壓砂地，并種植西瓜的歷史已十分悠久[1]。通過(guò)在干旱地區(qū)土地地表覆蓋砂石、秸稈、無(wú)紡布等材料種植作物，可顯著地減少土壤水分蒸發(fā)，達(dá)到保墑蓄水的作用[2,3]。近年來(lái)，隨著政府的大力扶持，在壓砂地上種植西瓜的面積逐年增加。近年來(lái)的種植面積已達(dá)到6.67 萬(wàn)hm2。西瓜已在很多地方形成了品牌效應(yīng)，使得種瓜農(nóng)戶的收入大大提高，實(shí)現(xiàn)總產(chǎn)量108.5 萬(wàn)t。寧夏已形成了全國(guó)最大的西瓜產(chǎn)業(yè)基地，西瓜種植面積進(jìn)一步擴(kuò)大[4,5]。

壓砂地建設(shè)與應(yīng)用過(guò)程中，當(dāng)砂石層中混入土粒量超過(guò)1/2時(shí),其壓砂地的功效幾乎消失,此時(shí)就要翻起掉舊砂石,重新鋪壓新砂石或種植草、灌木植物。目前耕種的壓砂地，由于施肥及耕作不當(dāng)，到2018 年將全部成為老砂地，面臨著棄耕撂荒的危險(xiǎn)[6]。另外西瓜枯萎病是西瓜種植時(shí)的一種常見(jiàn)病害，這種病害會(huì)造成西瓜改種和大量減產(chǎn)。而枯萎病又與輪作年限有關(guān)，輪作年限越短,發(fā)病越重，西瓜連作土壤上單作西瓜其枯萎病發(fā)病率很高[7]。目前，克服種植過(guò)程中壓砂地失效問(wèn)題的方法主要是壓砂地的更新，即翻起掉老化田地的砂石，對(duì)砂石進(jìn)行處理。從新穴處重新鋪設(shè)砂地或種植其他作物，輪作后再進(jìn)行新沙石鋪設(shè)。這種做法勞動(dòng)工序多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，砂土分離工藝相對(duì)比較復(fù)雜。每更新一次的成本較高并且對(duì)田地可持續(xù)利用有不利影響。本文根據(jù)壓砂地種植特點(diǎn)，在荒地中鋪設(shè)不同覆蓋材料種植西瓜，通過(guò)幾種不同覆蓋材料種植比較，以期探索替代傳統(tǒng)壓砂地耕作與種植西瓜的新思路，促進(jìn)壓砂瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 覆蓋材料選擇

覆蓋材料選擇時(shí)充分考慮實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性與耐久性，并且最大程度接近西瓜產(chǎn)地砂石材料。所以試驗(yàn)選取西瓜產(chǎn)地砂石澆筑混凝土板材，瀝青席，塑料膜。其中針對(duì)當(dāng)?shù)厣笆瘽仓炷涟宀倪M(jìn)行了不同配方的試驗(yàn)對(duì)比，基于降低混凝土板材造價(jià)目的，依據(jù)粉煤灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[8]，添加不同比例的粉煤灰。澆筑時(shí)使用P.O32.5水泥，水灰比0.55，試件100 mm×100 mm×100 mm，依據(jù)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[9]與蒸壓加氣混凝土性能試驗(yàn)方法[10]對(duì)試件進(jìn)行軸心壓力與抗凍性能試驗(yàn)，配方及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同配比混凝土塊材力學(xué)性能Tab.1 Mechanical properties of different ratio of concrete slab

混凝土板材規(guī)格選擇500 mm×500 mm×30 mm與500 mm×500 mm×40 mm，在澆筑板材時(shí)，配方1與配方2板材表面性狀良好，配方3與配方4板材在凝結(jié)初期表面出現(xiàn)大量裂縫，已不宜使用。綜合考慮經(jīng)濟(jì)性與耐久性，本次試驗(yàn)選擇配方2。為進(jìn)一步對(duì)比大摻量粉煤灰混凝土板材耐久性，試驗(yàn)中同時(shí)應(yīng)用不添加粉煤灰混凝土板材。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)種植設(shè)在中衛(wèi)市香山鄉(xiāng)紅圈子村核心試驗(yàn)站西瓜試驗(yàn)示范區(qū)。采用在相同種植條件下，通過(guò)在荒地上鋪設(shè)不同覆蓋材料，觀測(cè)西瓜生長(zhǎng)過(guò)程不同深度土層水分變化、不同覆蓋材料下溫度變化、不同覆蓋材料下西瓜光合作用變化以及不同覆蓋方式下節(jié)水灌溉方法、機(jī)械耕作方法研究，以期對(duì)不同覆蓋材料條件下西瓜種植進(jìn)行規(guī)律性研究并對(duì)比裸地種植。試驗(yàn)設(shè)置7種不同處理，各種處理以不同覆蓋材料鋪設(shè)于田間，所選不同鋪設(shè)材料配方及規(guī)格見(jiàn)表2。

表2 不同處理鋪設(shè)材料及方法Tab.2 Mulch material and method of different treatment

圖1 覆蓋鋪設(shè)示意圖Fig.1 Mulch motioned illustrate

圖2 測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.2 Equipment layout

圖1為覆蓋材料田間鋪設(shè)方法示意圖，圖2為不同鋪設(shè)材料田間測(cè)點(diǎn)布置圖，每種處理在TDR測(cè)點(diǎn)附近選同列連續(xù)3株作物測(cè)量光合作用。試驗(yàn)主要內(nèi)容：①通過(guò)TDR觀測(cè)方法及取土烘干法比較不同覆蓋條件下土壤不同深度水分的變化。②不同覆蓋材料下土壤表面放置地表溫度計(jì)，比較不同覆蓋材料及荒地土壤表面溫度變化。③觀測(cè)不同覆蓋條件下西瓜根部及果實(shí)生長(zhǎng)生理變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋條件下土壤水分對(duì)比

圖3為不同覆蓋材料下土壤在降雨前后條件下0～40 cm深度范圍內(nèi)平均含水量(質(zhì)量比)的變化。TDR觀測(cè)點(diǎn)在覆蓋物正下方，距離植株75 cm。

圖3 不同覆蓋材料下降雨前后土壤含水量對(duì)照Fig.3 Soil water content before and after the rain under different mulch

由圖3及表3統(tǒng)計(jì)分析顯示,砂石覆蓋(F處理)降雨后的水分保持能力極顯著地高于處理A 、B、D、E、G(P<0.01)，利用混凝土塊材覆蓋(處理A、B、C)保水能力顯著地高于其他處理(P<0.05)，且極顯著地高于處理G(P<0.01)，其他各組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。因此，相同降水條件下， F處理(壓砂地)水分下滲及保墑效果最好，A、B處理(混凝土塊材)同時(shí)具有良好的水分下滲。A、B、C處理同時(shí)具有良好的保水性能。G處理(荒地)水分下滲雖然較快，但其土壤水分減小也較大。

表3 不同覆蓋材料下降雨前后土壤含水量分析Tab.3 Analysis of Soil water content before and after the rain under different mulch

注：表中同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)，小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 不同覆蓋條件下作物光合速率對(duì)比

表4為幾種不同覆蓋材料條件下作物一天內(nèi)的光合速率對(duì)比表，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析比較可以看出在一天之內(nèi)，不同覆蓋材料下的西瓜光合作用都表現(xiàn)為早上8點(diǎn)左右速率提高，到達(dá)10點(diǎn)左右達(dá)到一個(gè)峰值。中午12點(diǎn)左右有所下降，下午2點(diǎn)左右再次上升到一個(gè)峰值以后逐漸下降。由統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，各處理光合速率之間無(wú)顯著差異(P>0.05)，不同覆蓋材料下西瓜光合作用規(guī)律基本一致。因此不同覆蓋材料對(duì)于西瓜光合速率沒(méi)有顯著影響。

表4 不同覆蓋材料光合速率對(duì)比表 μmol/( m2·s)

2.3 不同覆蓋條件下土壤表面溫度對(duì)比

圖4為不同覆蓋材料下的地表溫度在24 h內(nèi)的變化，圖中橫坐標(biāo)表示上午8點(diǎn)至次日上午8點(diǎn)，觀測(cè)間隔2 h。地表溫度計(jì)設(shè)置在覆蓋材料下距材料邊緣10 cm寬處的土壤表面。圖5為不同觀測(cè)日每天下午14點(diǎn)時(shí)(即每天地表溫度最高時(shí))不同覆蓋材料下的地表溫度。

對(duì)比同一觀測(cè)日24 h地表溫度變化可以看出，塊材覆蓋處理與砂石覆蓋處理覆蓋材料下地面溫度最接近。對(duì)比不同測(cè)量日期內(nèi)下午14點(diǎn)時(shí)不同處理下的地表溫度，當(dāng)測(cè)量日地表最高溫度低于30 ℃時(shí)，不同處理下的土壤表面溫度沒(méi)有明顯差距，而當(dāng)測(cè)量日地表最高溫度高于30 ℃時(shí)，由統(tǒng)計(jì)得出，處理G顯著地高于處理E(P<0.05)，極顯著地高于處理A、B、C、F(P<0.01)，處理A、B、C極顯著地高于處理F(P<0.01)，其他各組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。結(jié)果表明砂石覆蓋下土壤表面溫度明顯低于其他處理，而A、B、C處理下的地表溫度與砂石覆蓋最接近，大氣溫度越高差距越大。

圖4 24 h內(nèi)不同覆蓋及裸地地表溫度變化Fig.4 The surface temperature changes within 24 hours under different mulch

2.4 植物根系

圖6～圖8是不同處理下西瓜根系圖片。通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)不同處理下西瓜根系存在生長(zhǎng)差異。西瓜根部根系分枝6～10根，其中砂石覆蓋下根系分枝最多。根系范圍在種植土面豎直0～30 cm，水平0～100 cm范圍內(nèi)，此范圍外根系很少。根系基本向斜下方延伸，但分支走向不一定全部向下，變化較大。其中荒地西瓜根系土深最小，基本在0～20 cm，根部分枝基本水平延伸。所有處理的西瓜根系水平方向在50～60 cm處在再一次分叉。砂石覆蓋下西瓜根系最發(fā)達(dá)，分支最多。混凝土板覆蓋下根系與其非常接近，荒地下根系分布明顯小于前兩種處理。

圖7 混凝土板覆蓋下西瓜根系Fig7 Watermelon root system under the slab mulch

圖8 荒地西瓜根系Fig.8 Watermelon root system without mulch

2.5 生理指標(biāo)

表5為不同處理的西瓜產(chǎn)量等相關(guān)生理參數(shù)對(duì)照表，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示，產(chǎn)量：處理A、F極顯著地高于其他各處理(P<0.01)，處理C極顯著地高于處理E、G(P<0.01)，顯著地高于處理B、D(P<0.05)，處理B極顯著地高于處理E、G(P<0.01)，處理D極顯著地高于處理G(P<0.01)，顯著地高于處理E(P<0.05)，其他各組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。西瓜縱徑：處理F顯著地高于處理D、E、G(P<0.05)，其他各組之間無(wú)顯著差異(P>0.05)。對(duì)于西瓜橫徑、西瓜皮厚、西瓜心糖、西瓜邊糖等生理指標(biāo)，各處理間無(wú)顯著差異(P>0.05)。

表5 不同處理的作物生理指標(biāo)對(duì)比Tab.5 Crop physiological indexes of different treatment

3 結(jié) 語(yǔ)

采用在相同種植條件下，通過(guò)在荒地上鋪設(shè)不同覆蓋材料種植西瓜試驗(yàn)，可總結(jié)以下結(jié)論：

(1)對(duì)于土壤水分及土壤表面溫度而言，砂石覆蓋的壓砂地對(duì)于40 cm以上深處土壤保水性能與土壤保溫隔熱性能最優(yōu)。鋪設(shè)60%粉煤灰替代水泥的混凝土板材(A、B處理)對(duì)于40 cm以上深處土壤保水性能與土壤保溫隔熱性能最接近砂石覆蓋層且優(yōu)于試驗(yàn)中鋪設(shè)的其他3種覆蓋材料。

(2)以40 mm厚60%粉煤灰替代水泥的混凝土板材(A處理)覆蓋種植西瓜產(chǎn)量與傳統(tǒng)離散砂石覆蓋方式壓砂地產(chǎn)量最接近，其保墑性能也最接近壓砂地(處理F)。在產(chǎn)量較高的3種處理中，具有較好的投入產(chǎn)出比。

(3)不同覆蓋材料下西瓜的光合作用及西瓜皮厚、西瓜心糖、西瓜邊糖生理指標(biāo)沒(méi)有明顯差距，不受覆蓋材料的影響。

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整體分析比較可以看出，在荒地鋪設(shè)混凝土板材連續(xù)型覆蓋材料種植西瓜相對(duì)于傳統(tǒng)砂石覆蓋壓砂地種植西瓜在西瓜產(chǎn)量及生理指標(biāo)方面沒(méi)有明顯差別，同時(shí)易于克服離散型覆蓋材料的傳統(tǒng)壓砂地砂土混合及老化問(wèn)題，并且不會(huì)影響土壤結(jié)構(gòu)。比傳統(tǒng)壓砂地更容易恢復(fù)土壤原貌與實(shí)現(xiàn)輪作種植，克服重茬病害問(wèn)題。比較試驗(yàn)中幾種覆蓋材料，以當(dāng)?shù)厣笆癁榧贤瑫r(shí)以60%粉煤灰替代水泥的混凝土板具有良好的經(jīng)濟(jì)性、耐久性、土壤保溫性及土壤保水性，同時(shí)對(duì)于西瓜生理指標(biāo)沒(méi)有不利影響。此種材料覆蓋荒地種植西瓜為改善傳統(tǒng)壓砂地問(wèn)題提出新的思路，具有良好的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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