深埋秸秆条件下温室番茄根层土壤温度变化特征

解 影， 李 波， 丰 雪， 魏新光， 姚名泽， 赵子龙， 邢经伟， 郑思宇

(沈阳农业大学水利学院，辽宁沈阳 110866)

温室果菜生产是辽宁省冬季蔬菜市场的重要产品来源，为保障人民正常生产生活有着举足轻重的作用。番茄是重要的蔬菜之一，也是辽宁省日光温室栽培的主要蔬菜作物之一。由于温室是人工建立的相对封闭的农业生产环境，缺少良好的水循环、大气循环、营养物质循环，造成温室土壤板结，碳、氮、磷、钾等重要营养元素严重下降，病虫害大量滋生，严重影响温室果菜生产的稳定和可持续发展。

近年来，秸秆还田技术在温室中得到应用，深埋秸秆可以改善和调控温室土壤墒情[1-3]，提高水分的利用效率[4-5]，增加温室中CO2浓度和地温[6-7]，是温室农业生产可持续发展的新理念。秸秆还田技术在大田应用对土壤、微生物以及粮食作物的影响已有较多研究[8-12]，但秸秆还田技术在日光温室的应用研究开展较少。徐增凯等分别对秸秆生物反应堆在温室番茄、黄瓜、早熟西瓜和绿茶上的应用进行研究[13-16]；李波等分别研究了秸秆生物反应堆对温室番茄生长环境、产量及灌溉制度的影响[17-19]；袁冬贞等应用秸秆生物反应堆技术对日光温室黄瓜生长环境和产量等进行了探讨[20-21]，在温室黄瓜生产、提高地温和CO2浓度等方面有促进作用。现阶段秸秆还田技术还不完善，不同作物种植管理模式下适宜的还田模式还不明确，尚未形成明确的规范，特别是对于秸秆还田量的确定相对模糊，不利于该技术在实际生产中的推广与应用。本研究以深埋秸秆量为控制因素，在膜下滴灌条件下，通过对不同深度土壤水分和地温分布等方面进行监控，确定适合温室番茄生产的深埋秸秆量，进一步制定合理的深埋秸秆条件下温室番茄生产的管理制度，以期促进辽宁省温室番茄生产的高产、优质、高效、绿色、可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验于2016年3月至2017年1月在沈阳农业大学科研试验基地43号温室大棚内进行，试验区位于41.82°N，123.57°E。温室类型为辽沈3型日光节能温室，单面采光抛物面式，长70 m，宽8 m，砖土墙高4 m。棚膜采用PVC防老化塑料无滴膜，保温措施采用防雨棉被覆盖。温室大棚内日间平均温度25.6 ℃，夜间平均温度16.6 ℃，棚内日间平均相对湿度47.8%，夜间平均相对湿度74.9%。试验地土壤为棕壤，土壤沙粒、粉粒、黏粒比率分别为36.9%、40.9%、22.2%；地表以下0.5 m内土层的平均土壤容重为1.26 g/cm3，田间持水率为0.28 cm3/cm3。土壤化学性质见表1。

表1试验地土壤化学性质

1.2 试验实施与设计

试验分春夏茬、秋冬茬2次进行，2次试验方案相同。春夏茬试验于2016年3月23日定植，苗龄45 d；秋冬茬试验于2016年9月8日定植，苗龄33 d。试验采用大垄双行种植方式，垄宽70 cm，垄高15 cm，垄长6 m，垄面覆膜。番茄种植株距40 cm，行距50 cm，每垄30株。 试验设置4个深埋秸秆量处理，分别为：CK：0 kg/hm2，T1：1.5万kg/hm2，T2：3.0万kg/hm2，T3：4.5万kg/hm2。秸秆粉碎成2 cm段状于2016年3月21日统一埋入梯形断面的沟中，沟深 20 cm，上口宽50 cm，下口宽30 cm。小区布置剖面见图1。

试验区以番茄作为供试作物，品种为TPY40。供试秸秆为沈阳农业大学玉米基地2015年收割风干后的玉米秸秆。供试秸秆有机碳、全氮、全磷、全钾含量分别为41.89%、0.87%、0.36%、1.37%。秸秆埋设方式为2 cm段状集中深埋于土壤中。灌溉方式采用膜下重力滴灌，滴头间距30 cm 。以田间持水量为灌水上限，设置田间持水量的70%为灌水下限。

1.3 测定指标和方法

1.3.1 气象资料测量 在试验温室中央位置距地面高 50 cm 处设有自动气象站(CAIPOS GmbH)，主要用于观测温室内气温、湿度、太阳辐射等气象要素。

1.3.2 土壤温度测定 通过埋设无线土壤墒情监测系统(CAIPOS GmbH)的土壤温度探头，对温室番茄生育期内距垄台表面15、30、45 cm处地温每30 min监测1次并自动记录；利用直角地温计加以校正。

1.3.3 土壤含水率观测 在番茄生育期内，利用无线土壤墒情监测系统(CAIPOS GmbH)、 TRIME-PICO TDR和土钻相结合的方法，以无线土壤墒情监测系统为主，对距垄台表面15、30、45 cm处含水率30 min测量1次；利用TDR定位监测，7 d测量1次，深度为0～70 cm；利用土钻取土烘干的方法对上述2种方法加以校正。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2003进行统计分析，采用SPSS 19.0进行方差分析及Duncan’s多重比较，采用Origin Pro 9和CAD 2007软件绘图。

2 结果与分析

2.1 深埋秸秆对番茄生育期内日平均地温的影响

2.1.1 春夏茬地温变化 膜下滴灌条件下深埋秸秆番茄生育期内根部生长层土壤地温的变化见图2。从图2可以看出，不同土壤深度地温变化，不同土层深度地温春夏茬生育期平均地温呈波动上升，随深度增加波动剧烈程度降低；波峰与波谷出现时间随土壤深度增加呈现滞后现象。从同一深度的不同秸秆量处理来看，不同处理地温变化趋势一致；与CK比较，T1、T2、T3处理均有不同程度的增温效果，各层土壤地温均呈现T3处理增温效果较好；不同处理在30 cm深埋秸秆层土壤的地温差距最大。

2.1.2 秋冬茬地温变化 从图3可以看出，不同土壤深度地温变化，不同土层深度地温秋冬茬生育期平均地温呈波动下降趋势，与春夏茬变化趋势相反，这主要受温室内气温及太阳辐射的影响；地温变化趋势随深度增加波动剧烈程度降低，波峰与波谷出现时间随土壤深度增加呈现滞后现象，这与春夏茬变化规律一致，表明影响这二者变化的主要因素为土层深度。从同一深度的不同处理来看，T1、T2、T3处理与CK比较，地温略有降低。

2.1.3 不同处理地温积温 春夏茬5月1日至5月30日，秋冬茬10月21日至11月19日番茄(苗龄80～110 d)不同处理不同土壤深度地温积温变化情况见表2。从表2可以看出，不同深度地温积温与CK比较，春夏茬番茄各处理地温积温均增温显著，不同深度增温幅度大小依次为30 cm>15 cm>45 cm；秋冬茬番茄各处理地温均显著低于CK处理，15 cm土壤深度变化幅度最大，其次是30 cm土壤深度，45 cm地温变化幅度最小。

表2不同处理地温积温值

注：同列数据后不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.1.4 不同处理土壤含水率 各处理不同土层深度在灌水后2～4 d的平均含水率变化如图4所示。可以看出，春夏茬与秋冬茬番茄土壤含水率较CK处理而言均有提高，30 cm土层土壤含水率升高最为明显；春夏茬番茄各土层深度土壤含水率均表现为T1>T2>T3>CK；秋冬茬不同深埋秸秆处理番茄土壤含水率均高于春夏茬，15 cm土层土壤含水率较高，这主要是由于温室内气温和小区覆膜的影响。可见，土壤含水率的增幅随深埋秸秆量的增加逐渐减小，不同深度土层土壤含水率增幅最大的为30 cm土层，增幅最小的为45cm土层。

综上所述，从不同土壤深度来看，15 cm土层地温与土壤含水率随深埋秸秆量增加变化趋势相反，春夏茬不同处理地温表现为T3>T1>T2>CK，而秋冬茬表现为CK>T3>T1>T2，同时受太阳辐射和埋设秸秆的影响，个别处理表现异常。30 cm处受外界因素影响相对较小，春夏茬和秋冬茬均呈现出随秸秆量增加土壤含水率降低，而地温刚好相反。45 cm土层与15 cm处趋势相似。从2茬番茄土壤含水率对比来看，秋冬茬番茄各处理土壤含水率整体高于春夏茬，主要是由于秋冬茬番茄正值秋冬季节， 与春夏茬番茄相比而言太阳辐射量低、日照时数短，导致温室内气温低，植株蒸腾作用降低，耗水量随之减少。春夏茬番茄各处理与CK相比，土壤温度提高0.59～1.48 ℃，同时土壤含水量增加2.03%～2.78%；秋冬茬番茄各处理与CK相比，土壤温度降低0.51～0.79 ，但土壤含水量提高1.45%～2.02%。

2.2 深埋秸秆对不同时段地温的影响

2.2.1 春夏茬地温变化 膜下滴灌条件下深埋秸秆后对番茄根部生长层(0～50 cm)的地温相对于无秸秆处理均有明显差异。以番茄果实膨大期连续7 d地温实测小时数据，对深埋秸秆后春夏茬番茄根部生长层 0～50 cm 的平均地温进行分析，并对不同深埋秸秆量和无秸秆种植条件下的地温日变化进行比较，结果见图5。从图5可以看出，不同处理平均地温日变化呈现“S”形，随土壤深度增加地温变化幅度减小；从时间变化来看，15 cm土层各处理地温日最大值出现在 18：00，日最小值出现在10：00，而30 cm土层地温最大值出现在20：00，日最小值出现在11：00，呈现出延迟效应；从不同处理来看，不同土层变化趋势一致，与CK比较，15、30 cm土层地温T3处理增温效果较好，而45 cm土层T2处理增温效果较好。

2.2.2 秋冬茬地温变化 从表3可以看出，秋冬茬番茄平均地温日变化规律与春夏茬番茄地温类似，与CK比较，T1、T2、T3处理地温略有降低，且各土层深度T1处理日平均地温最低。从相同土层深度不同时段地温来看，与CK相比，秋冬茬番茄各处理地温均有不同程度的增加，其中45 cm土层T2处理日平均地温增温最大，为0.44 ℃，T3处理30、15 cm土层日平均地温增温最大，分别为0.63、0.67 ℃；秋冬茬番茄T1处理日平均地温最低，为13.44 ℃，T2处理最高，为13.86 ℃。从相同处理不同土层深度来看，地温随土壤深度增加逐渐降低；日最高温出现时间随土层深度增加而后移，这与北方冬季滴灌温室土壤温度变化规律及影响因素分析得出的不同灌水处理各土层最高温度出现时间随土层深度的增加依次推迟研究结果[6]一致。

2.3 番茄根区地温日最大变幅比较

土壤剖面地温的日变幅值指在0～50 cm深度内地温的最大值与最小值之差。 从表3可以看出，春夏茬最大日变幅出现在10：00，为3.81～4.32 ℃，最小变幅发生在18：00，变幅为1.67～2.77 ℃；秋冬茬最大日变幅出现在18：00，2.25～3.10 ℃，最小变幅发生在10：00，变幅为0.65～1.50 ℃。不同深埋秸秆量处理日变幅变化规律基本一致，随深度增加而减小，15 cm的日变幅最大，30、45 cm日变幅趋于平缓。从不同深度土壤温度日变幅拟合回归及相关系数来看，不同深埋秸秆处理条件下，春夏茬番茄在10：00各处理地温与土层深度相关系数最大，18：00最小；而秋冬茬番茄不同处理最大相关系数出现在不同时段，T1、T2处理出现在18：00，T3、CK处理出现在14：00。就不同处理日平均相关系数而言，春夏茬番茄T2处理相关系数最大，为0.992 5，其次是CK、T3、T1处理；秋冬茬番茄CK相关系数最大，为0.976 8，其次是T3、T1、T2处理。从不同处理相关系数大小看，春夏茬番茄T2处理14：00、T3处理10：00以及秋冬茬番茄T1处理18：00土壤温度变幅与土壤深度相关系数最大，为0.999 9，相关最密切，而春夏茬T1处理18：00及秋冬茬T2处理14：00相关系数最小，分别为 0.824 8、0.702 4。表明秸秆深埋量对土壤温度日变幅与土壤深度的相关性有一定影响，其影响程度春夏茬略小于秋冬茬。

表3春夏茬与秋冬茬番茄不同时段地温日变幅比较

注：表中T表示地温。

3 结论与讨论

深埋秸秆后春夏茬番茄各深埋秸秆处理与CK比较，0～50 cm 土层地温均有所增加，T3处理较好；全生育期内地温随气温增加而波动上升，其波动剧烈程度随土层深度增加而减小；各处理不同深度地温平均值大小为T3>T2>T1>CK，T3、T2、T1处理分别高于CK 5.2%、3.0%、2.6%。秋冬茬番茄各深埋秸秆处理地温略低于CK，各处理地温高低排序为CK>T3>T2>T1，CK平均地温分别高于T1、T2、T3处理0.43、0.45、0.72 ℃。

从春夏茬、秋冬茬番茄土壤含水率来看，各处理平均含水率随秸秆量增加而降低，地温呈现随土壤含水率升高而降低趋势，同时受太阳辐射和埋设秸秆的影响，个别处理表现异常；春夏茬番茄各处理土壤含水率和秋冬茬各处理比较，春夏茬均低于秋冬茬，主要由于秋冬茬番茄正值秋冬季节，相比种植春夏茬番茄时太阳辐射量低、日照时数短，导致温室内气温低，植株蒸腾作用降低，耗水量随之降低。综合春夏茬、秋冬茬番茄种植时环境因素，将深埋秸秆时间改为秋冬茬番茄定苗前5～10 d，综合植株生长指标、产量构成及番茄品质等指标有待进行进一步论证。

春夏茬番茄深埋秸秆处理地温较CK略有增加，其中 45 cm 土层T2处理日平均地温增幅最大，增温0.44 ℃，30、15 cm土层T3处理日平均地温增加最大，分别为0.63、0.67 ℃；秋冬茬番茄深埋秸秆处理中T1处理地温最低，为13.44 ℃，T2处理最高，为13.86 ℃；春夏茬、秋冬茬地温日变化中15 cm土层最低温、最高温分别出现在10、18时前后。而就相同处理不同土层深度而言，地温随土壤深度增加逐渐降低；日最高温出现时间随土层深度增加而后移。

深埋秸秆量对土壤温度日变幅与土壤深度的相关性有一定影响，其影响春夏茬略小于秋冬茬。春夏茬番茄各处理相关系数排序为T2>CK>T3>T1；而秋冬茬番茄相关系数大小依次为CK>T3>T1>T2。不同深埋秸秆量处理日变幅变化规律基本一致，随深度增加而减小，15 cm的日变幅最大，30、45 cm日变幅趋于平缓。

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