灌水量及灌水pH值对宁南山区土壤养分及芹菜产量品质的影响

祁焕军，雷晓婷，雷金银，王 锐，纪立东，杨 洋，尹志荣，周丽娜

（1.宁夏大学农学院，银川750021；2.宁夏农林科学院农业资源与环境研究所，银川750002）

0 引 言

宁夏南部山区地处黄土高原六盘山北麓清水河畔，因适宜的气候条件，种植出的蔬菜肉厚纤维嫩，品质优良而驰誉国内外，成为全国优质冷凉蔬菜的产区之一。截止2018年，固原市冷凉蔬菜种植总面积约3.33 万hm2。主要分布在固原市原州区、西吉县、彭阳县、隆德县等地[1]。其中西吉县以发展芹菜、胡萝卜等为主的特色冷凉蔬菜，成为当地经济发展的特色支柱产业之一。然而，宁南山区干旱少雨、水资源短缺一直成为当地农业发展的制约因素，蔬菜相对于其他作物耗水量较大，因此如何实现蔬菜产业的高效节水与优质高产协同成为当地冷凉蔬菜迫切解决的技术难题，也是破解水资源短缺与利用率不高、土壤养分有效性低和化肥施用量高矛盾的重要课题。韦彦[2]研究表明，与农民传统畦灌相比，下浮灌溉量40%−50%均能实现温室黄瓜增产，提高其品质，黄彩霞[3]研究表明，与当地传统灌溉量相比，灌溉量降低13.4%～31.1%，能使玉米增产9.2%～38.8%，过量灌溉一方面导致大量水资源无效蒸发和深层渗漏损失，畦灌下蒸腾、蒸发和渗漏（以下） 中的分配比例分别为17%～44%、11%～18%和41%～62%，土壤贮水约占2%～8%。另一方面造成减产和品质下降。尹志荣[4]研究表明，灌水量对宁南山区芹菜产量和品质的影响达到极显著水平，相对于传统漫灌，节水控灌既能保证芹菜的正常生长和产量，又能够促进芹菜长势，提高产量和蛋白质、维生素含量，且不会增加芹菜中硝酸盐含量，适宜的滴灌制度有利于作物根系健康发育。同时，土壤pH 值被认为是土壤物理、化学、生物特性变化的主控因子，显著影响着与作物生长发育和品质紧密相关的土壤物理结构形成、土壤养分吸收运移、土壤生物演变过程。Budiman Minasny[5]、Walter[6]、Kerley[7]等人研究表明，土壤pH 值过低或过高都会影响作物养分吸收和根系发育，降低作物产量，Catherine Tremblay[8]、Dora Neina[9]等人提出蓝果忍冬适宜的土壤pH 值为5.9～6.5。冷芬[10]研究表明，何首乌叶片叶绿素含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率在土壤pH为4.5～9.5范围内，均呈现先增加后降低的趋势，适宜种植的土壤pH 为6.5～7.5。当前，关于蔬菜需水规律、灌溉上下限、灌溉制度以及土壤pH等方面做了大量研究，但是对于围绕土壤性质，开展灌水量与灌水pH 值调节及其对适宜灌水量、土壤养分、蔬菜产量品质的影响，实现水土协同高效利用等方面的研究较少。鉴于此，本文以西吉芹菜（Apium graveolens L）为研究对象，探讨不同灌水量和灌水pH 值对宁南山区土壤养分、芹菜生长发育和产量品质的影响，为构建宁南山区冷凉蔬菜产业高效节水的水分精准管理技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

田间试验于2020年4−9月在宁夏固原市西吉县硝河乡关庄村（35°53'10.6″N、105°52'54.9″E）进行。气候条件光照充足，昼夜温差大，平均年降雨量350～500 mm、平均蒸发量[11]1 482.3 mm、年平均气温8.3 ℃、年光照时长3 000～3 200 h。试验地土壤为黑垆土，耕层（0～20 cm）土壤化学性质如表1所示。

表1 耕层土壤化学性质Tab.1 Chemical properties of topsoil

1.2 试验设计

试验以芹菜为研究对象，供试品种是由宁夏科泰种业提供的“加州王”，采用二因素裂区试验（见表2），主区设置3种不同灌水量，W1（CK）：3 150 m3/hm2，W2：2 700 m3/hm2，W3：2 250 m3/hm2，均采用滴灌系统灌溉，灌水量由水表控制。副区设置3 种不同灌水pH 值，B1（CK）：当地灌水pH=8.07，B2：pH=6.0，B3：pH=4.0，用柠檬酸进行灌水pH 值调节。试验重复3次，共计27个小区，每个小区面积约55m2（长10 m×宽5.5 m），小区之间安装PP板（深度1 m）防止串水。田间采用垄作方式种植，垄宽1.2 m，沟宽0.2 m，株行距为5 cm×15 cm，每垄8 行，每2 行铺设1 条滴灌带。施肥采用自制水溶肥（N−P2O5−K2O 配比为18−10−8），施肥量为540 kg/hm2，基肥占70%，追肥占30%，分别在叶丛生长期、心叶肥大初期和心叶肥大中期以1∶2∶1 的比例分3 次施肥。田间管理与当地保持一致。

表2 灌水量与灌溉水pH值试验设计 m3/hm2Tab.2 Experimental design of irrigation amount and pH value of irrigation water

1.3 测定项目及测试方法

土壤养分指标：分别在种植前和收获后用土钻按照“X”法，采取表层0～20 cm 土壤样品，土壤有机质采用K2Cr2O7容量法－外加热法[12]；碱解氮采用碱解扩散法[13]；有效磷采用NaHCO3浸提−分光光度计法[14]，速效钾采用乙酸氨浸提−火焰光度计法[15]；土壤pH 值用pHs－2C 型数字酸度计测定，水土比为5∶1。

芹菜生理指标：在心叶肥大初期使用Li−6400 型光合仪测定光合参数，采用手持502 型SPAD 仪测定叶绿素。芹菜产量品质测定：产量在收获期间按小区实收实测；收获后采取植株样品测定芹菜品质，Vc 含量采用改进的2，6−二氯靛酚滴定法测定；粗纤维含量采用酸碱消煮+粗纤维测定仪测定；还原性糖含量采用斐林试剂比色法测定。

1.4 数据处理方法

采用Microsoft Excel 2010 进行数据处理，Origin 2018 用于作图和方差统计分析（Turkey检验）。

2 结果与分析

2.1 灌水量与灌水pH值对土壤养分的影响

土壤养分是保证芹菜产量与品质的重要营养基础，而水对土壤养分的释放、提高植物对养分的吸收利用具有重要的作用。通过灌水量与灌水pH 值对土壤养分影响的分析表明，灌水量对土壤pH 值影响不显著（p＞0.05），对土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等养分影响极显著（p＜0.01）（见表3）。其中土壤pH 值随着灌水量的减少而增加，而土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾则均随着灌水量的减少而降低（见表4）。由此表明，灌水量的多寡对于土壤有效养分的释放和固定具有重要的作用。灌水pH 值对土壤pH 值、土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾影响显著（p＜0.01）（见表3），土壤pH 值随着灌水pH 值降低而降低，与对照B1相比，B2和B3处理下土壤pH 值分别平均下降0.2 和0.3 个单位，而土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾随着灌水pH 值的降低先增加后降低，B2处理下土壤养分最高（见表4）。灌水量与灌水pH值的交互作用除对土壤pH 值影响不显著外（p＞0.05），对其余养分的影响极显著（p＜0.01）（见表3）。表明对于宁南山区碱性土壤，土壤养分在高灌水量和灌水pH 值为6.0 的综合作用下才能更加有效释放，提高养分的利用效率。

表3 灌水量与灌水pH值对芹菜田耕层（0～20 cm）土壤化学特性影响方差分析表Tab.3 Analysis of variance of effects of irrigation amount and pH value on soil chemical properties of cultivated layer (0～20 cm)in celery field

表4 灌水量与灌水pH值对芹菜田耕层（0～20 cm）土壤养分特征的影响Tab.4 Effects of irrigation amount and pH value on Soil Nutrient Characteristics of celery field plough layer (0～20 cm)

2.2 灌水量与灌水pH值对芹菜株高的影响

灌水量与灌水pH 值对芹菜生长影响显著，由图1可知，灌水量越大芹菜株高越高，不同生育时期芹菜株高均表现为W1处理高于W2和W3。灌水pH 值对芹菜株高的作用效果显著受灌水量的影响，W1处理下，B2处理株高最高，B3次之，B1最低；W2处理下，B2处理株高最高，B1次之，B3最低；W3处理下，B2处理株高最高，B1次之，B3最低，表明随着灌水量的增大，灌水pH值弱酸处理效果最佳，而灌水量减少，灌水pH值越低，反而不利于芹菜生长。

图1 灌水量与灌水pH值对芹菜株高的影响Fig.1 Effect of irrigation amount and pH value on plant height of celery

2.3 灌水量与灌水pH值对芹菜生理特征的影响

灌水量和灌水pH 值均对芹菜的叶绿素SPAD 值和净光合速率的影响极显著（p＜0.01）。由图2和图3可知，叶绿素SPAD 值和净光合速率均随着灌水量的增加而增加，W1比W2、W3平均分别增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%。叶绿素SPAD值和净光合速率均随着灌水pH 值降低而先增加后降低，B2处理下均最高，表明灌水pH 值过高或过低，均不利用芹菜的生理过程。叶绿素SPAD 值的灌水量与灌水pH 值交互作用不明显（p＞0.05），净光合速率的灌水量与灌水pH 值交互作用极显著（p＜0.01）。

图2 灌水量与灌水pH值对芹菜SPAD值的影响Fig.2 Effects of irrigation amount and pH value on SPAD value of celery

图3 灌水量与灌水pH值对芹菜净光合速率的影响Fig.3 Effects of irrigation amount and pH value on net photosynthetic rate of celery

2.4 灌水量与灌水pH值对芹菜产量的影响

从灌水量与灌水pH 值对芹菜产量的影响来看，灌水量对芹菜产量影响显著（p＜0.01）（见图4），且随着灌水量的增加而增加（见图4），相比W2、W3，W1使产量分别平均增加5.6%、34.7%；灌水pH 值对芹菜产量影响显著，B2处理下均最高，分别比B3、B1增加29.1%、7.0%。灌水量与灌溉水pH值对产量的交互作用显著（p＜0.05）。

图4 灌水量与灌水pH值对芹菜产量的影响Fig.4 Effects of different irrigation amount and pH value on celery yield

2.5 灌水量与灌水pH值对芹菜品质的影响

水是影响种植作物品质形成的重要因素。试验表明灌水量与灌水pH 值对芹菜Vc、总糖和粗纤维等品质影响极显著（p＜0.01，见表5）。由表6可知，芹菜Vc、总糖含量随着灌水量的增加而增加，W1比W2、W3处理Vc、总糖含量分别平均增加2.3%和9.6%、4.9%和6.3%；粗纤维含量反之，随着灌水量的增加而降低W1比W2、W3处理分别降低7.1%、13.7%。芹菜Vc、总糖含量随着灌水pH 值的降低先增加后降低，与B1、B3处理相比，B2处理提高极显著，分别提高9.1%和15.1%、6.0%和13.2%，粗纤维含量随灌水pH 值的降低先降低后增加，与B1、B3处理相比，B2处理降低极显著，分别降低25%、30.2%。其中灌水量与灌水pH 值对芹菜Vc、总糖含量的交互作用影响极显著（p＜0.01），对粗纤维含量交互作用不显著（p＞0.05）。

表5 灌水量与灌水pH值对芹菜品质特征影响方差分析表Tab.5 Variance analysis of effects of irrigation amount and pH value on celery quality characteristics

表6 灌水量与灌水pH值对芹菜品质的影响Tab.6 Effects of different irrigation amount and water pH on celery quality

3 讨 论

水是影响作物生长发育的重要因素，土壤养分作为支持作物健康生长的营养基础，受灌水量、灌水pH 值的影响显著。庞喆[16]研究表明对于弱盐碱土适当增大灌水量可以起到一定的淋洗作用，从而降低土壤pH 值；单忠英[17]研究表明在一定范围内随着灌水量的增加土壤肥力也呈现上升的趋势。邹佳玲[18]研究得出，随着灌水pH值的降低，土壤pH值也随之降低；Ahmed[19]、于秀丽[20]等人研究得出偏碱性土壤在一定范围内降低灌水pH 值可以提高土壤养分。本试验结果表明降低灌水pH 值可以提升土壤肥力。本试验研究结果可以得出，在一定范围内，增加灌水量、降低灌水pH值可以提高土壤肥力。

生理特征是植物生长的基础，是产量和品质形成的重要影响因素。生理特征对于水分供应和土壤环境的影响高度敏感。宝哲[21]研究发现高水分处理比中、低水分处理下植株的株高有明显的增高作用；张吉孝[22]研究表明增加灌水定额能促进马铃薯株高、叶面积等，并且总体表现为灌水定额较大的处理各项指标均大于灌水定额较小的处理；吕宁[23]、唐光木[24]等人研究表明随着灌水量的增加玉米株高、叶绿素SPAD 值都随之增加。Ahmed 研究证明针对偏碱性土壤，降低灌水pH 值可以提升梨树的叶绿素含量、增加梨树的茎粗。本试验研究结果表明：灌水量为W1时，芹菜生育进程加快，株高明显高于其他两个处理；随着灌水量的增加，芹菜株高、叶绿素SPAD值、净光合速率等均有所增加。本试验研究结果还表明，灌水pH 值为B2时，与其他两个处理相比，芹菜叶绿素SPAD 值、净光合速率、株高都有所增长。

产量和品质是水分管理的最终体现。许晓瑞[25]研究发现在一定范围内随着灌水量的增加，芹菜的总糖、Vc 含量、产量等也随之增加。冯严明[26]研究表明，高水水平下能够显著提高夏玉米产量；姚佳宾[27]研究表明，灌水下限过低会对油葵的生长形成严重的水分胁迫，导致油葵产量降低。仲维君[28]研究结果表明，偏碱性土壤降低灌水pH 值，可以提高水稻产量和品质。本试验研究结果表明灌水量为W1时，芹菜的总糖、Vc 含量、产量明显高于其他两个处理，而灌水量为W3时，芹菜品质、产量各项指标均有明显的下降；一定范围内降低灌水pH值可以提高芹菜产量，同时也可以提升芹菜的品质。

综上所述，依据土壤类型和性质，选择合理的灌水制度和灌水pH 值，才能活化土壤养分，提高水分利用效率，促进作物生长，提高作物品质。本文由于试验设计灌水量梯度较少，初步得出结论，关于灌水量对土壤性质的影响还有待进一步的深入研究。

4 结 论

（1）灌水量与灌水pH 值对土壤养分含量影响显著。土壤pH 值随着灌溉量的减少而增加，而土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾则均随着灌溉量的减少而降低。土壤pH 值随着灌溉水pH降低而降低，与对照B1相比，B2和B3处理下土壤pH分别平均下降0.2和0.3，而土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾随着灌溉水pH 值的降低先增加后降低，B2处理下土壤养分最高。

（2）灌水量与灌水pH 值对芹菜生长生理特征影响显著。芹菜株高均表现为W1处理高于W2和W3。灌水pH 值对芹菜株高的作用效果显著受灌水量的影响，随着灌水量的增大，灌水量pH 弱酸处理效果最佳，而灌水量减少，灌水pH 值越低，反而不利于芹菜生长。叶绿素SPAD 值和净光合速率均随着灌水量的增加而增加，W1比W2、W3平均分别增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%。叶绿素SPAD 值和净光合速率均随着灌溉水pH降低而先增加后降低，B2处理下均最高。

（3）灌水量与灌水pH 值对芹菜产量品质影响显著。芹菜产量随着灌水量的增加而增加（见图4），相比W2、W3，W1使产量分别平均增加5.6%、34.7%；灌水量为W1、灌水pH 值为B2时产量最高。芹菜Vc、总糖含量随着灌水量的增加而增加，W1比W2、W3处理Vc、总糖含量分别平均增加2.3%、9.6%和4.9%、6.3%；粗纤维含量反之，随着灌水量的增加而降低W1比W2、W3处理分别降低7.1%、13.7%。芹菜Vc、总糖含量随着灌水pH 值的降低先增加后降低，与B1、B3处理相比，B2处理提高极显著，分别提高9.1%、15.1%和6.0%、13.2%，粗纤维随着灌水pH 值的降低先降低后增加，与B1、B3处理相比，B2处理降低极显著，分别降低25%、30.2%。