不同基質下番茄根區土壤水鹽分布規律試驗研究

王 哲，夏 輝，袁 浩，孟 圓，趙新凱

(河北農業大學城鄉建設學院，河北 保定 071000)

土壤水鹽分布規律的研究一直都是農田水利、水土環境等領域的重要基礎內容。土壤鹽分是影響作物生長的重要因子，鹽分分布與水分入滲、作物蒸騰和土壤蒸發作用都有著密切的關系[1]，而土壤水分是土壤鹽分的攜帶者同時又為土壤水鹽運動提供動力。土壤鹽堿化是一個世界性難題，全球土地鹽堿化呈現越來越嚴重的趨勢[2]。因此關于土壤水鹽分布規律的研究一直都是探索的熱點，牛文全[3]等分析了日光溫室下土壤水鹽分布的變化，發現日光溫室耕層土壤平均含鹽量達2.74 g/kg，接近阻礙作物生長的臨界點，發生了輕度次生鹽漬化。張子卓[1]等的研究發現膜內土壤水分隨時間推移先增大后減小，鹽分隨時間推移逐漸減小；膜間土壤水分、鹽分均隨時間推移逐漸增大。杜社妮[4]等的研究表明以番茄定植孔采用沙封孔、不封孔與土封孔相比，根際0～10 cm土層土壤水分降低了11.73%和14.80%，根際0～10 cm土層土壤鹽分降低了19.11%和24.84%。番茄是目前世界上種植面積最廣且最受歡迎的蔬菜作物之一，也是肉果及茄科的重要模式植物[5]，作為全世界栽培最普遍的果菜之一，研究番茄根際土壤水鹽分布規律對番茄生長具有重要現實意義，同時為合理的灌溉提供科學依據，為防止土壤鹽漬化提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試基質為3種(S1、S2、S3)，S1取自河北農業大學原狀土，經自然風干后與沙子、蛭石按8∶1∶1體積配制，S2為購買于河北省保定市蓮池區保育栽培廠的壯園育苗營養土，S3為自配基質，草炭土、珍珠巖與蛭石按3∶1∶1體積配制，表1為各基質的理化特性。供試番茄為福星高檔粉果番茄，供試肥料為第五代海藻酸硝基復合水溶肥料(N+P2O5+K2O≥20%)。

表1 不同基質的理化性質

Tab.1 Physicochemical properties of different substrates

基質類型容重/(g·cm-3)pH總孔隙度/%持水孔隙度/%硝態氮/(mg·kg-1)銨態氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效鉀/(mg·kg-1)有機質/(g·kg-1)S11.037.8521.0020.0011.541.425.82134.1011.53S20.444.8066.0059.00105.65151.79120.632 422.00279.47S30.356.7175.0066.1062.937.8116.00572.00290.98

1.2 試驗設計

試驗于2018年8月-2019年1月于河北農業大學城鄉建設學院農水實驗室溫室大棚內進行(38°50′N，115°28′E)。試驗分為育苗箱育苗和定植后盆栽種植兩部分，育苗箱育苗考慮不同基質(S1、S2、S3)和不同灌水量(W1、W2)兩個因素，共6個試驗處理，每個試驗處理4個重復；定植后盆栽種植考慮不同基質(S1、S2、S3)、不同灌水量(W1、W2)和不同施肥量(F1、F2)3個因素，共12個試驗處理，每個試驗處理3個重復，兩部分的各試驗處理均為并排排列的方式布置。試驗期間，番茄每個育苗箱W1、W2灌水總量分別為40、30 mm；每個盆W1、W2灌水總量分別為127.40、95.55 mm，施肥總量F1、F2分別為12.60、8.82 g，其中W2為W1的75%，F2為F1的70%。在番茄的全生育期內進行根區土壤水鹽的定位監測，土壤水分、鹽分由石家莊鼎佩科技有限公司農業環境記錄儀測定，番茄栽培期間氣溫、空氣濕度、補光等溫室環境與番茄植株管理均按常規進行。

1.3 數據處理

利用Excel軟件進行數據統計，采用SPSS 17.0軟件對數據進行方差分析，差異顯著性分析采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 育苗箱番茄根區土壤水鹽分布特征

2.1.1 土壤水分分布特征

水是植物光合作用固定二氧化碳和形成糖分的原料，是使養分溶解輸送到周身的溶劑，植物細胞的生長離不開水分，土壤水分狀況直接影響植株的生長和根系的垂直分布，充分灌溉使水分存貯在較深土壤中，而非充分灌溉則使水分貯在表層[6]。

變異系數可以衡量組內參數的變異程度，變異系數在0%～10%為弱變異程度，10%～100%為中等變異程度，100%以上為強變異程度[7]。表2為育苗箱各基質處理土壤含水率分布狀況，由表2可知，除S3處理10～20 cm土層土壤含水率到達中等變異程度以外，其余各處理各深度土壤含水率均處于弱變異程度，說明三種基質的土壤水分在垂直方向上分布相對均勻，S1基質土壤含水率隨著土壤深度的增加先增加再減小，S2與S3基質土壤含水率隨著土壤深度的增加而增加。圖1為灌水后20 min內各基質處理土壤含水率變化情況，由圖1可知，各基質高灌水量下各土層土壤含水率均比低灌水量下大，而且各基質處理土壤含水率隨著時間的推移而增大，灌水后底層土壤含水率略高于表層含水率。S1基質兩個處理土壤含水率變化規律具有一致性，從圖中可以明顯的看出20 cm土層具有較好的保水性，S2與S3基質各處理土壤含水率變化具有差異性，但總體上呈現增大的趨勢。

表2 育苗箱各基質處理土壤含水率分布狀況

Tab.2 Distribution of soil water content in eachsubstrate treated by nursery box

基質類型土層/cm均值/%標準誤變異系數/%極小值/%極大值/%極差/%0～1026.350.656.9323.6028.755.15S110～2030.630.615.6628.9032.904.0020～3029.540.807.6927.2032.785.580～1027.290.343.4925.8828.852.97S210～2028.120.767.6624.7531.036.2820～3034.980.866.9531.0337.986.950～1015.330.315.7114.4516.682.23S310～2023.621.1113.2720.2027.707.5020～3027.500.444.4926.0529.633.58

2.1.2 土壤鹽分分布特征

鹽分濃度過高會造成作物減產或死亡，植物受到鹽分脅迫，其所有的重要生命過程(如種子萌發出苗、幼苗生長和植株的光合作用等)幾乎都會受到重大的影響，低濃度的鹽分對種子萌發具有促進作用，隨著鹽分濃度的升高，種子發芽率、發芽指數和活力指數都減小，鹽分濃度過高就會抑制種子萌發，甚至不能萌發[8]。

表3為育苗箱各基質處理土壤鹽分分布狀況，由表3可知，S2處理0～10 cm土層與20～30 cm土層以及S3處理10～20 cm土層土壤鹽分處于中等變異程度，其余各處理各深度土壤鹽分均處于弱變異程度，說明S1基質土壤鹽分在垂直方向上分布相對均勻，而S2與S3基質土壤鹽分在垂直方向上分布不均勻。除S2基質0～10 cm土層與10～20 cm土層土壤鹽分變化平緩以外，其他處理土壤鹽分均隨著土壤深度的增加而增加。圖2為灌水后20 min內各基質處理土壤鹽分變化情況，與土壤含水率的變化情況相同，底層土壤鹽分略高于表層土壤鹽分，由圖2可知，各基質處理土壤鹽分隨著時間的推移而增大，而S1、S2與S3基質灌水后各處理各深度變化規律均具有差異性，S1與S3基質土壤鹽分變化具有相似性，處理S1W1由于灌水量大的緣故，導致20～30 cm土層土壤鹽分較處理S1W2增加量大，上部土層鹽分隨水分向下部土層運動，從圖中可以明顯看出處理S1W1與處理S3W1土壤鹽分呈線性變化。

圖1 灌水后20 min內各基質處理土壤含水率變化情況Fig.1 Changes in soil moisture content of each substrate treated within 20min after irrigation

2.2 盆栽番茄根區土壤水鹽分布特征

2.2.1 土壤水分分布特征

圖3為定植后番茄根區土壤含水率變化規律，從三幅圖可看出隨著時間的推移，三種基質各處理番茄根區土壤水分含量呈現增大的趨勢，同時各處理中W1處理均比W2處理含水率要高，處理S1W1F1、S1W1F2、S1W2F1、S1W2F2土壤含水率變化范圍分別為8.54%～34.78%、5.04%～31.76%、6.17%～28.26%、7.23%～24.53%；處理S2W1F1、S2W1F2、S2W2F1、S2W2F2土壤含水率變化范圍為8.63%～27.14%、13.14%～29.65%、8.83%～26.69%、7.65%～26.03%；處理S3W1F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2土壤含水率變化范圍為4.87%～47.05%、4.81%～40.35%、7.29%～38.51%、5.01%～25.13%。綜上可知，S3基質具有良好的儲水作用，在番茄定植后其生育期平均含水率為23.89%，分別較S2基質與S1基質高4.01%、6.65%。

表3 育苗箱各基質處理土壤鹽分分布狀況

Tab.3 Distribution of soil salinity in each substrate of nursery box

基質類型土層/cm均值/(mg·kg-1)標準誤變異系數極小值/(mg·kg-1)極大值/(mg·kg-1)極差/(mg·kg-1)0～1084.591.133.7779.7588.759.00S110～20110.061.092.79106.50114.508.0020～30123.781.774.05118.75130.2511.500～10119.787.3717.4095.00158.2563.25S210～20112.501.423.58105.75117.0011.2520～30176.949.4815.14133.50217.5084.000～1042.971.368.9337.7548.0010.25S310～2064.252.7812.2456.0074.0018.0020～3090.371.785.5783.2597.5014.25

圖2 灌水后20 min內各基質處理土壤鹽分變化情況Fig.2 Changes of soil salinity in each substrate treated within 20 min after irrigation

圖3 定植后番茄根區土壤含水率變化規律Fig.3 Change of soil water content in tomato root zone after planting

表4為番茄定植后各生育期典型灌水周期內根區土壤含水率變化規律，各生育期一個灌水周期內土壤含水率均呈現先升高后下降的趨勢，幼苗期灌水前處理S2W1F2土壤含水率顯著高于處理S2W2F2、S3W1F1、S3W2F1、S3W2F2，灌水后中期S2W1F2土壤含水率顯著高于處理S1W2F1、S3W2F2，下一次灌水前各個處理均無顯著差別；開花坐果期灌水前處理S3W1F1、S3W1F2土壤含水率顯著高于處理S3W2F2，灌水后中期處理S3W1F1土壤含水率顯著高于處理S2W2F2、S3W1F2、S3W2F1，下一次灌水前處理S3W1F1土壤含水率顯著高于S1W1F1、S1W2F2、S2W2F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2；結果期灌水前處理S3W1F1、S3W1F2土壤含水率顯著高于處理S1W2F2、S2W1F1、S2W2F2、S3W2F2，灌水后中期處理S3W1F1土壤含水率顯著高于處理S1W2F2，下一次灌水前處理S3W1F1土壤含水率顯著高于S1W2F1、S1W2F2。

表4 番茄定植后各生育期典型灌水周期內根區土壤含水率變化規律

Tab.4 Changes of soil moisture content in root zone of typical irrigation period after tomato planting

處理幼苗期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%開花坐果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%結果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%S1W1F114.09ab19.77ab15.82a24.30abc31.96bc24.64c28.63ab32.72bc26.94bcS1W1F213.62ab19.29ab16.78a26.85ab27.21cd20.17cd21.24bc21.82cd23.62bcdS1W2F19.99ab12.03b11.76a22.46bcd22.68de18.87cd17.50bc22.84cd12.92dS1W2F210.35ab15.30ab12.95a15.14bcd23.86de17.53d13.49c19.42d13.60dS2W1F111.04ab14.18ab11.44a20.21bcd23.51de19.97cd16.29c23.12cd17.34cdS2W1F217.47a23.73a16.91a18.66bcd25.7cde18.38cd19.97bc28.47bcd25.39bcdS2W2F112.50ab16.19ab16.39a13.90cd20.94de16.57d17.32bc26.69cd19.59cdS2W2F28.94b14.79ab15.33a16.87bcd17.73e18.63cd16.19c26.03cd22.82cdS3W1F18.68b15.99ab15.05a35.29a47.05a43.59a37.65a45.47a41.35aS3W1F29.77ab17.36ab16.31a35.75a37.82b33.59b37.34a38.67ab35.97abS3W2F18.58b19.70ab14.65a22.08bcd35.29b36.00b20.59bc32.62bc27.95bcS3W2F27.94b13.54b12.39a11.19d23.74de25.13c15.37c22.27cd16.64cd

注：不同小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著，下同。

2.2.2 土壤鹽分分布特征

圖4為定植后番茄根區土壤鹽分變化規律，從三幅圖可看出，隨著時間的推移，三種基質各處理番茄根區土壤鹽分W1處理均比W2處理土壤鹽分要高，處理S1W1F1、S1W1F2、S1W2F1、S1W2F2土壤鹽分變化范圍分別為37.56～1 330.67、21.72～1 003.00、40.44～353.00、26.67～232.33 mg/kg，試驗結束較定植時土壤鹽分別增幅2 186.88%、2 876.88%、1 328.86%、563.71%；處理S2W1F1、S2W1F2、S2W2F1、S2W2F2土壤鹽分變化范圍為47.11～144.83、2.83～218.00、66.33～88.70、18.33～109.83 mg/kg，試驗結束較定植時土壤鹽分分別增幅470.13%、246.02%、130.14%、826.67%；處理S3W1F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2土壤鹽分變化范圍為25.78～590.67、39.44～518.67、45.89～338.50、22.44～126.83 mg/kg，試驗結束較定植時土壤鹽分分別增幅2 077.17%、2 085.26%、423.90%、588.71%。綜上可知，除了S2W2F2處理以外，三種基質W1處理均比W2處理土壤鹽分增幅要大，同時S1與S3基質比S2基質土壤鹽分累積要多，淋溶風險較大。

表5為番茄定植后各生育期典型灌水周期內根區土壤鹽分變化規律，除幼苗期處理S1W2F2與S2W2F1、開花坐果期處理S1W1F1、S1W1F2、S3W1F1與S3W2F1和結果期處理S1W1F2以外，各生育期一個灌水周期內土壤鹽分均呈現先升高后下降的趨勢，幼苗期灌水前各處理土壤鹽分無顯著差別，灌水后中期處理S3W2F1土壤鹽分顯著高于處理S1W2F2，下一次灌水前處理S3W1F1土壤鹽分顯著高于處理S2W1F1；開花坐果期灌水前處理S1W1F2土壤鹽分基本顯著高于其他所有處理，灌水后中期處理S1W2F2、S3W2F2土壤鹽分顯著高于處理S2W1F1、S2W2F1與S2W2F2，下一次灌水前處理S3W1F1土壤鹽分顯著高于處理S1W1F1與S1W2F2以及S2各處理；結果期灌水前處理S1W1F1土壤鹽分基本顯著高于其他所有處理，灌水后中期與下一次灌水前處理S3W1F1土壤鹽分基本顯著高于其他所有處理。

圖4 定植后番茄根區土壤含水率變化規律Fig.4 Change of soil water content in tomato root zone after planting

表5 番茄定植后各生育期典型灌水周期內根區土壤鹽分變化規律

Tab.5 Changes of soil salinity in root zone of typical irrigation period after tomato planting

處理幼苗期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%開花坐果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%結果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%S1W1F177.03a128.42ab92.67abc692.30ab692.75abc733.00b1 034.00a1079.17ab736.00abS1W1F276.22a115.94ab103.32abc1 198.10a782.70ab387.00cde541.33ab554.67bc568.00abcS1W2F157.89a91.14ab84.50bc392.00b588.39abc342.17de294.17b442.50c158.67cS1W2F254.30a75.67b83.75bc123.79b1 058.88a295.19e189.17b197.83c122.67cS2W1F157.86a106.92ab53.00c162.10b251.00c233.30e111.17b255.83c138.38cS2W1F2124.00a193.78ab100.95abc127.80b271.00bc165.56e154.00b380.83c271.00cS2W2F189.44a116.75ab122.25abc94.38b201.06c134.50e95.17b206.00c146.33cS2W2F236.13a121.33ab102.08abc111.43b209.25c150.19e113.00b331.67c174.67cS3W1F157.56a171.08ab165.58a504.60b769.88ab1 125.30a656.67ab1 258.83a816.88aS3W1F266.22a166.89ab153.90ab634.00ab713.30abc645.81bcd477.50ab665.00bc519.33abcS3W2F140.89a222.13a159.75ab219.88b670.67abc677.08bc207.17b464.17c346.50bcS3W2F243.62a149.72ab125.50abc97.57b946.00a411.00cde112.67b191.17c123.17c

3 結 語

(1)對于育苗箱育苗，三種基質番茄根區的土壤水分在垂直方向上分布相對均勻，而S1基質土壤鹽分在垂直方向上分布相對均勻，S2與S3基質土壤鹽分在垂直方向上分布不均勻；各基質高灌水量下各土層土壤含水率與土壤鹽分均比低灌水量下大，而且各基質處理土壤含水率與土壤鹽分隨著時間的推移而增大；灌水后底層土壤含水率與土壤鹽分略高于表層。

(2)對于盆栽定植，三種基質各處理番茄根區土壤水分與土壤鹽分均隨著時間的推移呈現增大的趨勢，同時各處理中W1處理土壤水分與土壤鹽分均比W2處理含水率要高，S3基質具有良好的儲水作用。番茄各生育期典型灌水周期內土壤含水率與土壤鹽分基本呈現先升高后下降的趨勢，同時S1與S3基質比S2基質土壤鹽分累積要多，淋溶風險較大。