“上膜下秸”措施对温室土壤水热盐调控试验研究

2020-06-12张红玲

中国农村水利水电 2020年5期

王乐，张娜，杜斌，张红玲

(宁夏回族自治区水利科学研究院，银川 750021)

宁夏引黄灌区丰富的光热资源十分有利于温室的发展，近些年温室栽培模式发展迅速，已经成为当地经济作物种植的重要模式，极大地促进农民增收。但该灌区是典型的盐渍化灌区，目前灌区盐化面积23.4 万hm2，约占总面积的40%，而温室栽培受盐渍化威胁较露地种植更为严重，会造成产投比降低，水肥资源利用率不高等问题。研究表明，科学合理的耕作措施，可有效调控土壤盐分运动，改善作物生长环境[1-3]，覆盖(包括覆盖地膜、秸秆及上膜下秸等)可抑制地面蒸发[4]、优化土壤水盐分布[5-7]、改良土壤结构[8]，从而使土壤生态过程向良性转化，为作物生长创造良好的土壤环境并有效增加作物产量[9,10]。目前相关研究成果主要是对露地作物种植，针对上膜下秸措施在设施农业种植中应用研究报道较少。同时，设施农业种植因其周年性、全天候和反季节等特性，在秋冬季作物生长受温度及光照影响较大。大量研究表明，覆盖使夏季土壤温度降低、冬季土壤温度提高[11-13]，探究上膜下秸措施对设施农业尤其是秋冬茬作物温度的影响，对协调设施农业种植中土壤水、热、盐之间的关系，为作物生长发育创造适宜的土壤环境，达到稳产、高产具有重要意义。

本文通过研究宁夏设施农业秋冬茬种植中，翻耕、翻耕结合地表覆盖地膜、翻耕结合秸秆深埋、翻耕结合地表覆盖地膜结合秸秆深埋4种耕作措施对番茄生育期内土壤水、热、盐动态影响，以期为通过“上膜下秸”措施解决温室种植盐渍化问题，促进作物高产、稳产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年8月中旬至2018年1月在宁夏银川国家农业科技园区科技开发区连栋温室种植区内进行，该区位于贺兰县习岗镇经济桥村，地理位置为E106°19′4.23″，N38°35′11.85″，海拔高度1 102～1 122 m。

试验区土壤质地为壤土，耕层平均土壤容重1.47 g/cm3，田间持水率20.9%(质量含水率)。试验区灌溉水源为园区自来水，矿化度0.204 g/L，符合灌溉水质标准要求。土壤0～20、20～40 cm土层基本理化参数见表1。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验设计

设翻耕(CK)、翻耕结合地表覆盖地膜(M)、翻耕结合秸秆深埋(J)、翻耕结合地表覆盖地膜结合秸秆深埋(J+M)4个处理，重复3次，共12个试验小区。试验小区长17 m，宽9 m，面积为153 m2，按随机区组排列。

各试验小区四周挖深1 m后用双层塑料布阻隔，各小区互不影响，中间用土填实空隙。为了不影响到土壤耕作作业和作物根系生长，涉及秸秆深埋的处理均在距地表40 cm深处埋设秸秆层，将小区土壤0～20和20～40 cm层次分别取出，并分开放置，然后把约10 cm长的玉米秸秆均匀铺设在40 cm深处，铺设厚度5 cm，合0.8 kg/m2。为了提高实验的可操作性并模仿实际机具操作效果，本试验最后将土壤按原层次回填压实，回填完成后及时灌水，使0～60 cm深土壤达到田间持水率水平。对照处理和覆盖地膜处理不埋设秸秆层。整个生育期的灌溉方式为滴灌，各小区的水肥均完全一致，按常规管理进行，其中灌水定额为225 m3/hm2，灌水周期7～8 d，后期温度下降耗水量减少，灌水周期适当延长。全生育期施肥7次，总施肥量720 kg/hm2，所用肥料为华尔沃农化有限公司生产的N∶P∶K为20∶20∶20的高溶解度水溶肥，通过滴灌系统随水施入。试验以番茄为供试材料，试验周期为 2017年8月20 日-2018 年1月15日。2017年8月28日定植，8月20日埋设秸秆，8月27日覆膜，株距36 cm，行距 75 cm。

1.3 试验测试内容及方法

(1)土壤含水量和地温。通过WITU_GeoScan单杆多节式水热传感器以半小时为步长监测土壤0～20、20～40、40～60 cm的实时土壤水分及地温。同时在番茄各生育期(苗期～开花着果期、开花着果期～结果盛期、结果盛期～果实成熟期)对各处理小区灌水前后进行分层取土，采用烘干称重法对仪器自动测定的含水率进行校对。

(2)土壤全盐含量。在番茄各生育期对各处理小区按0～20、20～40、40～60 cm进行分层取样，采用电导率法测定土壤全盐量。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel绘制图表，SUFER12.0软件绘制等值线分布图。

2 结果与分析

2.1 “上膜下秸”措施对土壤含水率的影响

各处理在番茄生育期内土壤剖面含水率等值线分布见图1。可以看到，各处理土壤含水率总体表现为随土层深度增加而升高，随生育期推移而降低。

各处理土壤蓄水保墒效果不同，其中J+M处理表现出较好的蓄水保墒效果。整个生育期J+M、M、J及CK平均含水率分别为24.74%、22.71%、23.47%及21.64%。J+M处理含水率较M、J及CK分别高8.96%、5.45%、14.32%。

不同土层中，0～20 cm土层J+M、M、J及CK平均含水率分别为21.85%、19.41%、20.97%、18.42%，J+M处理较M、J及CK分别高12.58%、4.22%、18.65%；20～40 cm土层各处理含水率分别为25.49%、23.11%、23.81%、21.97%，J+M处理较M、J及CK分别高10.29%、7.04%、16.01%；40～60 cm土层各处理含水率分别为26.89%、25.60%、25.62%、24.54%，J+M处理含水率较M、J及CK分别高5.02%、4.96%、9.56%。

2.2 “上膜下秸”措施对土壤温度的影响

不同处理整个生育期不同土层温度基本为J+M>M>J>CK，其中，整个生育期平均温度J+M处理0～20、20～40、40～60 cm土层较M处理分别高0.57、0.64、0.47 ℃，提高3.52%、3.81%、2.73%；较J处理分别高0.99、0.95、0.63 ℃，提高6.23%、5.74%、3.65%；较CK分别高1.44、1.35、1.20 ℃，提高9.35%、8.42%、7.20%。可见，J+M处理较其他处理提高温度会随土层深度增加而减少，可显著提高0～40 cm土层土壤温度。整体而言，整个生育期平均温度J+M处理分别较M处理、J处理及CK提高0.56、0.85及1.33 ℃，提高比例为3.35%、5.21%及8.32%。不同土层各处理土壤温度对比见图2。

图1 各处理生育期土壤含水率分布

图2 生育期不同土层土壤温度变化示意图

2.3 “上膜下秸”措施对土壤盐分的影响

测定秸秆深埋前到作物收获后0～20、20～40、40～60 cm土层土壤盐分，可知，整个过程J+M、J、M、CK处理全盐含量均值分别为1.00、1.32、1.24及1.36 g/kg，即J+M处理较J、M、CK处理分别低0.32、0.24、0.36 g/kg，分别降低盐分24.44%、19.65%、26.64%。

不同土层中，0～20 cm土层J+M、J、M、CK处理全盐含量均值分别为0.81、1.30、1.05 及1.26 g/kg，J+M处理较J、M、CK处理分别低0.49、0.24、0.45 g/kg，降低盐分37.49%、22.55%、35.06%；20～40 cm土层，J+M、J、M、CK处理全盐含量均值分别为0.02、1.32、1.48 及1.50 g/kg，J+M处理较J、M、CK处理分别低0.3、0.46、0.48 g/kg，降低盐分22.74%、30.95%、32.12%；40～60 cm土层，J+M、J、M、CK处理全盐含量均值分别为1.16、1.35、1.20及1.32 g/kg，J+M处理较J、M、CK处理分别低0.18、0.04、0.16 g/kg，降低盐分13.57%、3.24%、11.86%。各处理土壤盐分变化见图3。