不同覆盖方式对高原夏季露地松花菜产量、品质和土壤养分的影响

李金武，郁继华，吕 剑，*，冯 致，杨海兴，车旭升，秦启杰，张 洋，金 宁

(1.甘肃农业大学 园艺学院，甘肃 兰州 730070； 2.榆中县农业技术推广中心，甘肃 榆中 730100)

我国的农作物秸秆资源十分丰富，但秸秆的综合利用率程度较低。据统计，我国有50%以上的秸秆被焚烧和丢弃，大多数农民对于秸秆的综合利用方法认知较为有限[1-2]。农作物秸秆作为一种生物质资源，含有大量的氮磷钾元素却没有被合理利用，大量的秸秆被焚烧、丢弃，不仅造成了资源的浪费，还严重污染了环境，现已成为社会关注的热点问题[3]。覆盖措施可直接、有效地改变土壤理化性状，提高土壤有机质含量，增强土壤生物活性，提高土壤入渗能力，为作物高产、稳产奠定基础[4]。研究表明，地膜覆盖改善了耕层土壤生境和水分状况，起到保水保墒的作用，进而活化土壤养分，提高养分和水分的有效性，促进作物生长发育，提高作物产量和品质[5-7]。而秸秆覆盖不仅可以减少土壤水分蒸发，提高水分利用效率，也可有效缓解土壤板结，减少地表径流，增加土壤有机质、养分含量和土壤微生物数量，改善土壤结构和理化性质，提高产量和品质[8-10]，同时减少了因焚烧而造成的大气污染。

高原夏菜是指利用西北高原地区夏季凉爽、光照充足、昼夜温差大等气候特点，在高海拔地区生产的蔬菜，在西北地区发展高原夏菜生产，能够解决7—9月外销蔬菜断档问题，实现农业资源的合理有效利用[11]。目前，甘肃省已发展成为我国高原夏菜“西菜东调”的主要基地之一[12]。松花菜(Brassicaoleraceavar.botrytisL.)，又名散花菜，是十字花科甘蓝属花椰菜中的一个类型，因其花球松散，营养丰富而深受人们的喜爱[13]。

目前，有关地膜覆盖、秸秆覆盖、地膜与秸秆二元覆盖对农田生态系统的研究多侧重于对粮食作物生长、土壤养分以及产量的影响，对不同覆盖方式下露地蔬菜的产量、灌水量、品质及土壤养分的影响鲜有研究，因此，本试验在甘肃省高原夏菜主产区之一的榆中县，选取当地主栽高原夏菜品种，布设不同覆盖处理试验，对试验区松花菜采收期花球品质、产量、全生育期的灌水量，灌水利用效率和土壤养分进行测定与分析，旨在探索适合该区域蔬菜种植可持续发展的最佳覆盖措施，为实现松花菜优质高产节水种植提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4—6月在甘肃省兰州市榆中县清水驿乡(35°87′N，104°23′E)稠泥河村进行。试验地土质为黄绵土，0～20 cm耕层土壤有机质含量16.87 g·kg-1，全氮含量0.16 g·kg-1，全磷含量0.72 g·kg-1，速效磷含量107.34 mg·kg-1，全钾含量22.42 g·kg-1，速效钾含量91.2 mg·kg-1，土壤容重为1.44 g·cm-3。

1.2 试验设计

试验供试蔬菜为松花菜，品种为翡翠9号。共设置5个处理，试验组分别为地膜和秸秆覆盖(T1)，地膜覆盖于垄面，沟中均匀覆盖秸秆，松花菜在垄上地膜两侧定植；秸秆行间覆盖(T2)，玉米秸秆均匀铺设于沟中，松花菜定植于垄上；秸秆全覆盖(T3)，玉米秸秆均匀铺设于整地；对照组分别为露地无覆盖(CK1)；传统地膜覆盖(CK2)，地膜覆盖于垄面，沟中无覆盖，松花菜在膜两侧定植。秸秆为自然风干的玉米秸秆，整秆铺设于试验地中，覆盖秸秆的处理覆盖量均为6 000 kg·hm-2。采用随机区组排列，每处理3次重复，共15个小区，小区面积52.8 m2(8.8 m×6.0 m)。松花菜于2019年3月2日育苗，4月11日定植，6月19日采收。本试验各小区施肥量相同，共施纯氮(N)370.50 kg·hm-2、磷肥(P2O5)414.60 kg·hm-2、钾肥(K2O)256.80 kg·hm-2；本试验灌水方式采用传统大水漫灌，各处理灌水下限设定为最大田间持水量的60%，灌水上限为最大田间持水量的95%。采用烘干法监测垄沟交界处的土壤含水量到达灌水下限时开始灌水，每小区每次灌水量为1.71 m3。灌水量由水表读出，灌水量计算公式如下[14]：

M=S×r×h×Q×ρ×(Q1-Q2)。

(1)

式(1)中：M为计划灌水量(m3)；S为试验小区面积(m2)；r为土壤容重(kg·m-3)；h为计划湿润层深度(m)；Q为最大田间持水量(%)；ρ为土壤湿润比；Q1和Q2分别代表灌水上限和下限(田间持水量百分比)。

1.3 测定方法

产量的测定：松花菜采收期，剔除小区两侧边行及两端50 cm之内的面积，在各小区中间位置随机选取15个花球，计算每小区的产量。

灌水利用效率计算方法：灌水利用效率是指作物利用单位灌水量生产的经济作物产量，单位为kg·m-3，计算公式为

IWUE=Y/I。

式中：IWUE为灌水利用效率(kg·m-3)；Y为作物产量(kg·hm-2)；I为全生育期灌水量(m3·hm-2)。

品质的测定：松花菜花球品质指标的测定参照李合生[15]的方法进行测定：硝酸盐含量采用水杨酸法测定；VC含量采用2，6-二氯靛酚法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250比色法测定。

花球矿质元素的测定：参考鲍士旦[16]的方法采用原子吸收分光光度计测定花球中钙、镁、锰、铁、锌矿物质元素含量。

CK1，露地无覆盖；CK2，地膜覆盖；T1，地膜和秸秆覆盖; T2，秸秆行间覆盖; T3，秸秆全覆盖。CK1， Open field; CK2， Plastic film mulching; T1， Plastic film and straw mulching; T2， Straw inter row mulching; T3， Whole straw mulching.图1 松花菜田间种植示意图Fig.1 Schematic diagram of loose-curdcauliflower planting patterns

土壤养分的测定：参考鲍士旦[16]的方法进行各养分指标的测定。其中，有机质采用重铬酸钾容量法—外加热法测定；全氮采用过氧化氢—硫酸消煮、蒸馏法测定；全磷采用过氧化氢—硫酸消煮、钒钼黄比色法测定；全钾采用过氧化氢—硫酸消煮，火焰光度计法测定。土壤钙、镁、锰采用原子吸收分光光度计测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016软件对数据进行处理，采用SPSS 21.0软件进行Duncan新复极差法差异显著性检验(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对松花菜产量和灌水利用效率的影响

表1反映了不同覆盖处理对松花菜产量和水分生产效率的影响。地表覆盖处理均可降低松花菜全生育期的总灌水量，提高灌水利用效率。松花菜全生育期总灌水量依次表现为CK1>T2>CK2>T3>T1；T1处理灌水量为4 344.88 m3·hm-2，分别比CK1、CK2节水29.0%、7.3%。不同覆盖处理下T1产量最高，为45.86 t·hm-2，且较CK1、CK2、T2和T3处理分别高出68.9%、4.7%、76.7%、106.4%；T1处理灌水利用效率最大，为10.56 kg·m-3，较CK1、CK2、T2和T3处理高出了137.8%、13.1%、132.6%、109.9%。

表1 不同覆盖处理对松花菜产量和水分生产效率的影响Table 1 Effect of different mulching treatments on loose-curd cauliflower yield and water production efficiency

2.2 不同覆盖方式对松花菜品质的影响

由表2可知，地表覆盖可以提高花球可溶性糖含量，其中T1处理可溶性糖含量最大，为2.00%，较CK1、CK2、T2和T3处理分别高0.84、0.41、0.64和0.56百分点。各处理间可溶性蛋白含量无显著差异。维生素C含量依次表现为T1>T2>T3>CK1>CK2，T1处理维生素C含量显著高于CK1、CK2，较CK1和CK2高8.6%、13.3%。硝酸盐含量以T3处理最高，CK2次之，但二者无显著差异。T1、T2处理硝酸盐含量均低于对照组。

表2 不同覆盖处理对松花菜花球品质的影响Table 2 Effect of different mulching treatments on the quality of loose-curd cauliflower ball

2.3 不同覆盖方式对松花菜花球矿物质元素含量的影响

由表3可以看出，地表覆盖可以提高松花菜花球的钙、镁、铁和锌矿物质元素含量。T1、T3处理花球钙含量显著高于CK1和CK2，分别比CK1高95.5%、116.5%；比CK2分别高84.1%、103.8%；T2处理花球钙含量同对照组无显著差异。T1、T2和T3处理花球镁含量显著高于CK1，同CK2无显著差异。T1处理花球锰含量最大，显著高于CK1、CK2，较CK1、CK2分别高14.4%、16.1%。花球铁元素含量T2处理最大，T1次之，均显著高于对照组；T3处理花球铁含量同CK1、CK2无显著差异。T3处理花球锌含量最大，较CK1、CK2高17.1%、14.2%；其余各处理花球锌含量同对照组无显著差异。

表3 不同覆盖处理对松花菜花球矿物质元素含量的影响Table 3 Effect of different mulching treatments on mineral element content of the ball of loose-curd cauliflower

2.4 不同覆盖方式对土壤养分含量的影响

从表4中可以看出，地表覆盖均能提高土壤中有机质含量，其中T1处理土壤有机质含量最高，为27.95 g·kg-1，较CK1、CK2分别高29.6%、14.7%，且差异显著。不同覆盖处理土壤全氮含量依次表现为T2>T3>T1>CK1>CK2，其中T2处理土壤全氮含量显著高于CK1、CK2，较CK1、CK2分别高出了22.2%、80.0%。秸秆覆盖处理的土壤全磷含量均高于对照露地无覆盖和传统地膜覆盖，其中T1处理土壤全磷含量最大，为740.46 g·kg-1，显著高于CK1和CK2处理，同T2、T3处理无显著差异，且全磷含量较CK1、CK2处理分别高出108.4%和52.0%。不同覆盖处理土壤全钾含量依次表现为T3>T1>T2>CK2>CK1，除T3处理外，其余各处理土壤全钾含量与对照无显著差异。不同覆盖处理下土壤钙含量依次表现为T3>T2>T1>CK1>CK2。T3处理土壤钙含量显著高于CK1、CK2，较CK1、CK2分别高出19.3%、20.2%，其余各处理的土壤钙含量同对照均无显著差异。T3处理土壤镁含量最高，较CK2高出24.0%，同CK1、T1、T2处理无显著差异。各处理土壤锰含量均显著高于CK2，较CK2高70.9%～105.3%。

表4 不同覆盖处理对土壤养分含量的影响Table 4 Effect of different mulching treatments on soil nutrients content

3 讨论

本研究发现，地表覆盖可降低松花菜全生育期灌水量，以地膜和秸秆覆盖处理的灌水量最低，秸秆全覆盖次之，露地无覆盖全生育期灌水量最大，这可能是由于覆盖秸秆和地膜使地表裸露面积减少，蒸发量降低，同时覆盖秸秆有利于充分利用自然降水并且减少地表径流，所以能提高土壤含水量[17-18]。二元覆盖由于地膜和秸秆具有双重保墒作用，其保墒效果优于单纯的地膜覆盖或单纯的秸秆覆盖[19]。有研究发现，与不覆盖相比，秸秆全覆盖、秸秆行间覆盖和秸秆根域覆盖处理均能提高西瓜产量和水分利用效率[20]。马建涛等[21]研究发现，秸秆带状覆盖可提高马铃薯产量和水分利用效率。本试验中，秸秆行间覆盖和秸秆全覆盖处理的灌水利用效率均高于露地无覆盖，但产量低于露地无覆盖处理，这可能是由于秸秆的遮阴作用导致土壤不能充分利用太阳辐射所引起的地面升温作用，影响松花菜的生长发育，导致产量降低。本研究结果显示，地膜+秸秆覆盖可以提高松花菜产量和灌水利用效率，且效果优于单一地膜覆盖，这与李荣等[22]的研究结果一致。

研究表明，温室地表覆盖可有效改善黄瓜品质，增加黄瓜干物质、可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白质含量及游离氨基酸总量，且以地膜+秸秆覆盖效果最好[23]。温美娟等[24]研究发现，薄膜生草二元覆盖能有效改善苹果品质。本研究结果显示，除地膜覆盖外，其他覆盖处理花球的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量均高于露地无覆盖，且以地膜+秸秆覆盖处理含量最大。本试验中，地膜覆盖的维生素C含量虽低于露地无覆盖处理，但二者之间无显著差异。本研究发现，与露地无覆盖处理相比地膜覆盖的硝酸盐含量有所升高，这与赵丽丽[25]的研究结果一致。矿质元素是松花菜产量和品质形成的物质基础。本研究发现，覆盖能够增加花球中矿物质元素含量，地膜+秸秆覆盖、秸秆行间覆盖和秸秆全覆盖处理各元素含量均高于地膜覆盖和露地无覆盖，可能是秸秆中含有大量的矿质元素，能够更好地满足松花菜花球生长发育的需要，从而促进花球中矿质营养的积累。这与周江涛等[26]的研究结果一致。

罗珠珠等[27]研究表明，秸秆还田可以显著提高表层土壤有机质含量。有研究表明，秸秆覆盖处理较无覆盖显著提高了土壤有机质含量和全氮含量，而地膜覆盖有机质含量与无覆盖相比差异不显著，但降低了土壤全氮含量[28-29]。本研究与前人研究结果一致，秸秆覆盖提高了耕层土壤有机质含量，以地膜+秸秆处理和秸秆全覆盖处理的有机质含量增加最显著，地膜覆盖处理有机质含量同露地无覆盖相比无显著差异。地膜+秸秆覆盖、秸秆行间覆盖和秸秆全覆盖全氮含量均高于露地无覆盖处理，地膜覆盖处理全氮含量较露地无覆盖处理降低了44.4%。邓浩亮[30]在半干旱区不同地表覆盖方式的试验中发现，相比于无覆盖处理，地膜覆盖降低了对于土壤全磷的消耗。李明[31]通过研究不同覆盖方式对温室黄瓜根际环境的影响发现，与对照相比，3cm秸秆地膜双元覆盖可以提高黄瓜结果后期的土壤全磷和全钾含量。翟胜等[23]在覆盖秸秆与覆盖秸秆+地膜处理的小区，耕层土壤全氮、全磷含量显著高于无覆盖处理。本研究中，通过不同覆盖处理后均不同程度地提高了土壤中的全磷、全钾含量，全磷含量以地膜+秸秆处理增加最为显著，全钾含量以秸秆全覆盖处理提高最为显著，地膜+秸秆次之。通过地表的秸秆覆盖增加了土壤耕层的全钾含量，这对于土壤微观环境来说极其重要。前人研究表明，秸秆还田经微生物分解会产生大量的腐殖质，对土壤矿质元素的积累贡献明显，对土壤碳元素的增加效益显著[32]。这与前人研究结果一致，在本研究中，与对照组相比，地膜+秸秆覆盖、秸秆行间覆盖、秸秆全覆盖处理土壤钙、镁、锰矿质元素含量均有所提高。

4 结论

与对照组相比，试验组地膜+秸秆覆盖、秸秆行间覆盖和秸秆全覆盖均可以提高松花菜花球品质、矿物质元素含量和土壤养分含量；秸秆行间覆盖和秸秆全覆盖虽具有降低松花菜全生育期灌水量，提高灌水利用效率的作用，但出现了产量降低的问题。地膜+秸秆覆盖与对照组相比节水7.3%～29.0%，增产4.7%～68.9%，灌水利用效率提高13.1%～137.8%。综合来看，地膜+秸秆处理具有保墒增产、提高花球品质、矿物质元素含量和改善土壤环境的效果，并且有效实现作物秸秆的可持续利用，避免了当地秸秆焚烧所带来的环境问题，可以促进该地区农业可持续发展。