不同灌溉方式对设施土壤性状及黄瓜产量品质的影响

2018-03-29杨宁王勇王克安宋计平孙凯宁

山东农业科学 2018年3期

杨宁王勇王克安宋计平孙凯宁

摘要：以津优4号黄瓜为试材，设滴灌和沟灌两个处理，研究不同灌溉方式对设施土壤硝态氮含量、土壤酶活性、水肥利用率以及黄瓜产量、品质的影响。结果表明，滴灌能显著提高0～30、30～60 cm土层硝态氮含量，分别比沟灌处理高183.87%和80.50%；滴灌能提高土壤酶活性，其中滴灌较沟灌能显著提高各土层土壤蔗糖酶活性、0～30 cm土层脲酶和过氧化氢酶活性、30～60 cm土层碱性磷酸酶活性。滴灌处理较沟灌节水69.72%，水分利用率和肥料偏生产力分别比沟灌高280.41%和15.16%。滴灌能显著提高黄瓜产量，改善黄瓜品质，果实的可溶性糖、VC及可溶性固形物含量分别较沟灌处理提高16.96%、19.64%和19.14%。因此，与沟灌相比，滴灌在保证氮素高效利用、改善土壤微环境、提高水肥利用率、提高黄瓜产量和品质等方面具有一定优势。

关键词：滴灌；土壤硝态氮；土壤酶；水分利用率；黄瓜；产量；品质

中图分类号：S642.207+S15文献标识号：A文章编号：1001-4942（2018）03-0061-05

Abstract Taking the cucumber variety Jinyou 4 as experimental material， the effects of different irrigation methods on the soil nitrate nitrogen content， soil enzyme activity， water and fertilizer utilization rate， yield and quality of cucumber were studied with two treatments of drip irrigation and furrow irrigation. The results showed that drip irrigation could increase the nitrate nitrogen content in 0～30- and 30～60- cm soil layers， which were 183.87% and 80.50% higher than those of furrow irrigation respectively. Compared with furrow irrigation， drip irrigation could significantly improve the soil invertase in each soil layer， urease and catalase activities in 0～30- cm soil layer， and alkaline phosphatase activity in 30～60- cm soil layer. Drip irrigation also could save water by 69.72% compared with furrow irrigation. The water use efficiency and fertilizer partial productivity of drip irrigation treatment were 280.41% and 15.16% higher than those of furrow irrigation，respectively. Drip irrigation significantly improved the yield and quality of cucumber. The fruit soluble sugar， VC and soluble solids contents increased by 16.96%， 19.64% and 19.14% respectively compared with furrow irrigation treatment. Therefore， drip irrigation had certain advantages in ensuring efficient utilization of nitrogen， improving soil microenvironment， increasing the utilization rate of water and fertilizer and the yield and quality of cucumber compared with furrow irrigation.

Keywords Drip irrigation； Soil nitrate nitrogen； Soil enzyme； Water use efficiency； Cucumber ；Yield； Quality

氮素是作物生長所必需的重要元素，硝态氮是氮素的一种存在形式，其含量的高低表征着土壤短期的供氮能力。硝态氮不易被土壤胶体吸附，常规的灌溉施肥模式对土壤中的氮素含量分布造成很大影响，如引起氮素流失[1]、氮肥利用率低、硝酸盐淋溶致使地下水严重污染等问题，已成为全球关注的热点[2]。因此，采用何种灌溉方式以减少氮素损失、提高利用率是值得研究的重要问题[3]。滴灌是将灌溉水或溶有肥料的液体从水源直接输送到作物根部，呈点滴状缓缓而均匀地进入到作物根区的土壤中[1]。该方式具有明显的节水、节肥、省工、增收和增效等优点[4]，而且可以明显改善土壤中水分的分布状况，许多学者对此做了一定研究[5-8]。

土壤酶活性是影响土壤微生态环境非常重要的因素，是植物营养元素的活性库[9]，主要影响土壤物质转化和能量流动等过程[10]。土壤酶活性受耕作制度、作物种类、施肥及灌溉技术等因素的影响[11]。

目前，滴灌对土壤硝态氮含量以及分布状况影响的研究甚少。本试验采用滴灌和沟灌两种灌溉方式，以黄瓜为试材，测定0～30、30～60、60～90 cm土层土壤硝态氮含量和土壤酶活性，统计测定黄瓜产量与品质，并计算水分利用效率和肥料偏生产力，明确两种灌溉方式对设施土壤硝态氮含量及黄瓜产量品质的影响，寻找有利于土壤中氮素高效利用的灌溉方式。这既为滴灌技术研发提供理论参考，又为当地农户利用滴灌高效种植蔬菜奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年2—7月在山东省农业科学院蔬菜花卉研究所试验基地2号拱棚内进行。耕层土壤基础肥力状况见表1。

1.2 试验设计

供试黄瓜品种为津优4号，购于济南市某育苗公司。于2017年3月16日定植，5月1日开始采收。种植密度为行距70 cm，株距33 cm，双行种植。本试验在同一大棚内的中间区域进行布置，设滴灌和沟灌2个处理，重复3次。小区面积30 m2，为防止灌水时各小区之间相互影响，在相邻两小区间用埋入地下100 cm的塑料薄膜相间隔。滴灌系统采用滴灌带（以色列耐特菲姆公司提供），滴灌管流量1.6 L/h，滴头间距30 cm。每行黄瓜铺设一根滴灌管，滴灌管间距70 cm。滴灌区安装20、40 cm深土壤张力计两个，根据土壤张力计读数及灌溉推荐方案进行灌溉。沟灌采用农户传统灌溉方式，每小区灌水以灌溉面积完全湿润为灌溉终点，并实时记录耗水量。各处理施肥总量保持一致。滴灌和沟灌均以豆粕生物菌肥作为底肥，666.7m2用量2 200 kg（N 0.82%，P2O5 1.86%，K2O 0.84%）。除水肥灌溉方式不同外，其他管理措施均保持一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤取样于定植前、拉秧后每小区随机选取3个点取样，所取土样依次距地表0～30、30～60、60～90 cm，将重复内的土样混合均匀。取新鲜土样500 g置于-40℃冰箱内保存，用于土壤硝态氮的测定；另取土样500 g置于室内自然风干，磨碎，过1 mm筛，用于土壤养分以及土壤酶活性的测定。

1.3.2 样品测定

（1）土壤养分测定土壤硝态氮含量用2 mol/L氯化鉀溶液浸提，连续流动分析仪（FiaStar 5000型）测定；pH值用电位法用酸度计测定（水∶土为5∶1）；EC值用DDS-11A数显电导率仪测定；有机质含量用重铬酸钾容量-外加热法测定；全氮用半微量凯式法测定；速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸取-钼锑抗比色法测定；速效钾用NH4OAc浸取-火焰光度法测定[12]。

（2）土壤酶活性测定土壤蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；脲酶活性采用苯酚钠比色法测定；过氧化氢酶活性采用高锰酸钾滴定容量法测定[13]；碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定[14]。

（3）黄瓜产量统计和品质测定于收获期（5月1日至6月9日）累积统计两个处理区的产量，并算得最终产量。每处理随机采摘10个果实进行品质测定，可溶性糖采用蒽酮比色法[15]、VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[15]、可溶性固形物含量用折射仪（PAL-1， Japan）[16]。

（4）黄瓜耗水量与肥料用量统计每处理安装水表并进行黄瓜整个生育期内耗水量统计，换算成666.7m2耗水量进行比较。

（5）水分利用效率（WUE）和肥料偏生产力（PFP）的测定水分利用效率（kg/m3）计算公式为[15]：WUE = Y/ET 。

式中：Y为黄瓜产量；ET为黄瓜耗水量（mm）。

肥料偏生产力（kg/kg）计算公式为[12]：

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007对数据进行处理和作图，DPS 7.05统计软件进行方差分析和LSD法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对各土层土壤硝态氮含量的影响

从图1可以看出，不同灌溉方式对各土层中土壤硝态氮含量影响不同。随着土层深度的增加，滴灌处理土壤硝态氮含量呈下降趋势，沟灌处理呈先降低再升高趋势。在0～30 cm和30～60 cm土层，滴灌处理土壤硝态氮含量较沟灌处理分别高183.87%和80.50%，差异达极显著水平（P<0.01）；在60～90 cm土层，沟灌处理土壤硝态氮含量显著高于滴灌处理78.60 mg/kg，说明滴灌有利于保持土壤中硝态氮含量的稳定，并减少硝态氮的深层淋失。

2.2 不同灌溉方式对各土层土壤酶活性的影响

2.2.1 对土壤蔗糖酶活性的影响如图2所示，随着土层深度的增加，土壤蔗糖酶活性降低，滴灌和沟灌对各土层蔗糖酶活性的影响不同，且均存在显著性差异。相比于沟灌处理，滴灌处理在0～30、30～60、60～90 cm土层蔗糖酶活性分别高54.45%、42.64%、43.25%，每层两处理间差异达显著水平，说明滴灌较沟灌能显著提高各土层土壤蔗糖酶的活性，并且在0～30 cm土层效果最好。

2.2.2 对土壤脲酶活性的影响从图3可以看出，不同土层中脲酶活性不同，且随着土层加深，活性降低。在0～30 cm和60～90 cm土层，滴灌处理土壤脲酶活性较沟灌分别高出26.16%和18.19%，差异达显著水平（P<0.05）；在30～60 cm土层，滴灌处理脲酶活性较沟灌高2.87%，但差异不显著，这说明滴灌能显著提高土壤耕层（0～30 cm）脲酶活性。

2.2.3 对土壤过氧化氢酶活性的影响如图4所示，在0～30 cm土层，滴灌处理的过氧化氢酶活性比沟灌处理高出2.96% （P<0.05）；在30～90 cm土层内对过氧化氢酶活性的影响也是滴灌处理高于沟灌处理，但差异不显著。因此，滴灌能显著提高土壤耕作层（0～30 cm）土壤过氧化氢酶的活性。

2.2.4 对土壤碱性磷酸酶活性的影响如图5所示，随着土层的加深，土壤碱性磷酸酶活性降低，且在各土层，滴灌处理土壤碱性磷酸酶活性均高于沟灌处理，分别高出3.67%、15.46%和11.86%，在30～60 cm土层两处理土壤酶活性差异达显著水平。

2.3 不同灌溉方式对水分利用效率和肥料偏生产力的影响

不同处理的耗水量明显不同，滴灌处理比沟灌节水69.72%。滴灌处理的水分利用效率和肥料偏生产力分别高出沟灌处理280.41%、15.16%。因此，滴灌处理能有效节水并提高水肥利用率（表2）。

2.4 不同灌溉方式对黄瓜产量与品质的影响

由表3可以看出，不同处理对黄瓜产量和品质影响不同。滴灌处理的黄瓜产量较沟灌处理高出15.18%，差异达显著水平。滴灌处理的黄瓜可溶性糖含量、VC含量及可溶性固形物分别高于沟灌处理16.96%、19.64%、19.14%，且差异均达显著水平。这说明相比于沟灌，滴灌可以显著提高黄瓜产量和品质。

3 讨论与结论

本试验结果表明，滴灌和沟灌对设施黄瓜土壤中硝态氮含量、土壤酶活性、水肥利用效率及黄瓜产量、品质有不同影响。

（1）相比于沟灌，滴灌能缓解营养元素在土壤中的淋洗，减少土壤中硝态氮损失，提高氮素利用效率，在0～30 cm土层硝态氮含量较沟灌处理高出183.87%。滴灌使硝态氮在近根部维持较高含量，而在远根部含量较低，这对提高植物对氮肥的吸收和利用提供了条件。滴灌比沟灌土壤总硝态氮含量高，说明滴灌能减少肥料流失，从而降低资源浪费和对环境的污染。

（2）相比于沟灌，滴灌能显著提高各土层土壤蔗糖酶活性，最高达54.45%，说明滴灌能保持土壤熟化程度和土壤肥力，这可能与滴灌能维持土壤良好的水、肥、气、热及微生物结构有关。0～30 cm土层两处理土壤蔗糖酶含量均最高，说明表层土的熟化程度和土壤肥力要极显著高于深层土。滴灌能显著提高0～30 cm土壤脲酶和过氧化氢酶活性，分别高出26.16%和2.96%，可能是因为土壤耕作层中氮素含量较高，即脲酶反应底物浓度升高，促使脲酶活性升高，同时滴灌能改善土壤的气体含量，使土壤处于氧化条件下，提高过氧化氢酶活性，进而提高土壤的腐化强度。碱性磷酸酶也是土壤中重要的酶，其活性高低可以表征土壤腐化强度大小和有机质积累程度[17]。滴灌也能提高各土层碱性磷酸酶活性。

（3）相比于沟灌，滴灌具明显的节水节肥效果，节水69.72%，提高水分利用率280.41%，提高肥料偏生产力15.16%。

（4）相比于溝灌，滴灌能显著提高黄瓜产量、改善黄瓜品质，产量高出15.18%；可溶性糖、VC及可溶性固形物含量分别高出16.96%、19.64%、19.14%。

本试验结果表明，滴灌能显著减少土壤中硝态氮损失，提供作物所需氮素，提高氮素利用率，这与张大鹏等[3]的研究结果一致。滴灌能改善土壤和作物根际微环境，提高土壤酶活性，这与贺伟[18]、窦超银[19]等的研究结果相符。产量的高低关乎收益的大小，果实中可溶性糖、VC、可溶性固形物含量高低影响果实品质的好坏，本试验结果表明滴灌能显著提高黄瓜产量、改善黄瓜品质，这与於丽华等[20]的研究结论一致。因此，滴灌是一种高效利用营养元素、改善土壤微环境、提高黄瓜产量和品质的灌溉方式。

现如今，一些设施内土壤盐渍化、农用水过度浪费等现象制约着设施蔬菜的安全、优质生产以及效益，滴灌模式很好地解决了水肥过度施用造成的营养元素流失与浪费的难题，同时改善了土壤和作物根际微环境，为作物提供了适宜的生存空间，提高了蔬菜品质。本试验中，膜下滴灌不仅能够保持土壤中硝态氮含量，还能提高土壤酶活性、改善和提高黄瓜果实品质和产量，是一套为农民生产带来较好收益的灌溉技术。在以后的研究中可以更多地关注滴灌对于其他营养元素的利用效果，针对性施肥，降低成本，保护设施土壤环境。

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