李 勇 于錫宏 蔣欣梅 燕 沖

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

土壤溫度是制約日光溫室冬季蔬菜生產(chǎn)的重要環(huán)境因素，是引起溫室病蟲害發(fā)生的客觀因素之一。土壤水分含量影響土壤的升溫和保溫，不同的灌水定額致使土壤溫度高低不同（依艷麗 等，2006）；相同土壤含水量，覆膜處理和不覆膜處理對(duì)地溫產(chǎn)生了明顯的影響（陳麗娟 等，2008）；土壤含水量的增加導(dǎo)致土壤熱容量變大，從而引起土壤溫度變化幅度變?。ɡ罨坌?等，2007）；在梭梭柴林地，30、40、80、160 cm土層溫度與其土壤濕度均呈拋物線關(guān)系（傅瑋東 等，1997）。但關(guān)于土壤含水量對(duì)冬季日光溫室地溫影響的研究鮮見報(bào)道。土壤是由固相、液相、氣相組成的物質(zhì)，土壤三相組成對(duì)地溫影響很大。在土壤的組成部分中，固體部分的數(shù)量一般變化不大，而空氣和水的含量經(jīng)常變化。根據(jù)土壤組份比熱的研究，石英在土壤成分中比熱最低，水的比熱最高，鋁硅酸鹽高嶺土的比熱比石英略高。由于大多數(shù)土壤的主要成分是石英、鋁硅酸鹽、水和腐殖質(zhì)，故水分將大大影響土壤的熱容量（貝弗爾 等，1983）。而熱容量是衡量地溫變化的一個(gè)重要指標(biāo)。

小白菜（Brassica rapa L.chinensis Group.）是冬季消費(fèi)量很大的葉菜類蔬菜之一，營養(yǎng)豐富，VC含量比大白菜高一倍多。關(guān)于土壤含水量對(duì)蔬菜作物的影響，多數(shù)研究集中在根系分布較深的果菜類（王紹輝和張福墁，2000；陳修斌 等，2009），而對(duì)于根系分布較淺的葉菜類缺乏相應(yīng)的研究。國內(nèi)外學(xué)者做了大量關(guān)于溫室地溫的研究（Roberts et al.，1981；李國師 等，1996；白增森 等，1998），但土壤含水量與日光溫室地溫的關(guān)系鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以不同土壤含水量為處理，以小白菜為試材，通過測定土壤三相比、土壤熱特性及小白菜生長和生理指標(biāo)，研究了不同土壤水分含量對(duì)冬季日光溫室地溫和小白菜生長及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，以期為日光溫室地溫的進(jìn)一步研究和土壤含水量對(duì)冬季溫室淺根類蔬菜作物生長的影響提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

供試小白菜品種為四月慢，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院提供。

2009～2010年在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)寒地蔬菜生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、蔬菜生產(chǎn)設(shè)施工程與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室和東北農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)施工程中心節(jié)能日光溫室內(nèi)進(jìn)行兩年重復(fù)試驗(yàn)。5月埋設(shè)苯板，分隔小區(qū)，至10月期間，小區(qū)進(jìn)行正常的澆水、除草，不種植蔬菜。

試驗(yàn)設(shè)土壤含水量分別為田間最大持水量的55 %～70 %、70 %～85 %、85 %～100 % 3個(gè)處理，分別用W1、W2、W3表示。3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為1 m2。土壤有機(jī)質(zhì)含量2.15 %，全氮2.39 g·kg-1，全磷2.01 g·kg-1，全鉀3.23 g·kg-1，堿解氮243 mg·kg-1，速效磷110 mg·kg-1，速效鉀118 mg·kg-1，pH值為6.07。小區(qū)之間用5 cm厚的苯板做為間隔，以阻止小區(qū)之間以及小區(qū)和周邊土壤之間的熱量交換。6月起，各小區(qū)進(jìn)行統(tǒng)一的管理；10月15日，小白菜直播于各小區(qū)，統(tǒng)一管理，培育壯苗，當(dāng)幼苗2片真葉時(shí)按株距10 cm、行距20 cm間苗，每小區(qū)定苗50株；11月1日開始控制土壤含水量，各小區(qū)土壤含水量低于水分下限（55 %、70 %、85 %）時(shí)即按水分上限進(jìn)行補(bǔ)灌。

式中：M為小區(qū)灌水量；B為灌水上限；θ為田間最大持水量；S為土壤含水量；l為小區(qū)面積；h為灌水計(jì)劃濕潤層；r為土壤容重。

在小白菜的生長過程中（11月15日），隨機(jī)選取3株測定葉綠素、蛋白質(zhì)、可溶性糖、VC含量，3次重復(fù)；在小白菜開始采收時(shí)（11月30日），隨機(jī)選取20株測定單株產(chǎn)量、葉面積和葉片數(shù)。其中葉面積采用方格紙法（蔣欣梅，2007）測定，葉綠素含量采用無水乙醇法（郝建軍，2007）測定，蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法（史之文，1993）測定，可溶性糖含量采用蒽酮法（張憲政 等，1989）測定，VC含量采用2，6—二氯酚靛酚法（張憲政 等，1989）測定。

土壤熱特性及地溫的測定在11月1日～12月31日進(jìn)行，選取10 d晴朗天氣的測定數(shù)據(jù)，計(jì)算平均值。地溫感應(yīng)器置于小區(qū)中部，表層 5、10、15 cm感應(yīng)器東西方向排列，間距為25 cm。

土壤三相比由總孔隙度和土壤容積含水量來計(jì)算（中國科學(xué)院南京土壤研究所土壤物理研究室，1978），土壤熱容量由土壤三相比計(jì)算得來（土壤物理性測定委員會(huì)，1979）；土壤地溫、導(dǎo)溫率、土壤含水量采用TRM-WS溫室環(huán)境測試系統(tǒng)（錦州陽光氣象科技有限公司）測定；土壤導(dǎo)熱率由導(dǎo)溫率和熱容量計(jì)算得出（姚賢良和程云生，1986）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤含水量對(duì)冬季節(jié)能日光溫室內(nèi)土壤三相比的影響

單位體積原狀土壤中，土粒、水分和空氣體積間的比即土壤的三相比。從圖1可以看出，3個(gè)處理的固相率基本一致；W1的液相率顯著小于W2、W3，W2的液相率顯著小于W3；W1的氣相率顯著大于W2、W3，W2的液相率顯著大于W3。說明不同水分處理顯著改變了土壤液相率和氣相率，對(duì)固相率影響不顯著。

2.2 不同土壤含水量對(duì)冬季節(jié)能日光溫室內(nèi)土壤熱特性的影響

從表1可以看出，不同土壤含水量處理對(duì)冬季節(jié)能日光溫室內(nèi)土壤熱特性產(chǎn)生了顯著的影響。隨著土壤含水量的增加，土壤熱容量顯著增大，W1的熱容量顯著小于 W2、W3，W2的熱容量顯著小于W3；隨著土壤含水量的增加，土壤導(dǎo)熱率先增大，后減小，W1的導(dǎo)熱率顯著小于 W2、W3，W2的導(dǎo)熱率顯著大于 W3；隨著土壤含水量的增加，土壤導(dǎo)溫率先增大，后減小，W2的導(dǎo)溫率顯著大于 W1、W3，W1和 W3之間差異不顯著。

圖1 不同土壤含水量對(duì)土壤三相比的影響

表1 不同土壤含水量對(duì)土壤熱特性的影響

2.3 不同土壤含水量對(duì)冬季節(jié)能日光溫室內(nèi)地溫的影響

從圖 2、3、4可以看出，節(jié)能日光溫室內(nèi)表層地溫的日變化呈單峰曲線。W1的地溫高于W2、W3，W2的地溫高于W3；表層15 cm地溫日變化中，在降溫階段，W2的地溫高于W1、W3。W1的5 cm地溫日較差為7.0 ℃，10 cm地溫日較差為3.4 ℃，15 cm地溫日較差為1.6 ℃，W2、W3不同土壤深度地溫日較差變化趨勢與 W1相同，說明隨著土壤深度的增加，地溫日變化幅度減?。磺译S著土壤含水量的增加，冬季節(jié)能日光溫室內(nèi)表層地溫逐漸降低。

圖2 不同土壤含水量對(duì)5 cm地溫的影響

圖3 不同土壤含水量對(duì)10 cm地溫的影響

2.4 不同土壤含水量對(duì)冬季節(jié)能日光溫室內(nèi)小白菜生長及生理指標(biāo)的影響

2.4.1 不同土壤含水量對(duì)小白菜生長指標(biāo)的影響從表2可以看出，不同土壤含水量對(duì)冬季節(jié)能日光溫室小白菜的生長有顯著影響。3個(gè)處理的葉片數(shù)差異不明顯；W2的單株鮮質(zhì)量顯著高于W1、W3，W1和W3之間差異不顯著；W2的葉面積顯著高于W1。說明冬季節(jié)能日光溫室中，土壤含水量為70 %～85 %的處理能顯著提高小白菜的產(chǎn)量。

2.4.2 不同土壤含水量對(duì)小白菜生理指標(biāo)的影響從表3可以看出，不同土壤含水量對(duì)冬季節(jié)能日光溫室小白菜的生理指標(biāo)影響顯著。W2的葉綠素a含量顯著高于W1；W2、W3的葉綠素b含量顯著高于W1，W2和W3之間差異不顯著；總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量的變化趨勢和葉綠素b相同；W2的VC含量顯著高于W1；W1和W3的可溶性糖含量顯著高于W2，W1和W3之間差異不顯著；3個(gè)處理的可溶性蛋白含量差異不顯著。

圖4 不同土壤含水量對(duì)15 cm地溫指標(biāo)的影響

表2 不同土壤含水量對(duì)小白菜生長指標(biāo)的影響

表3 不同土壤含水量對(duì)小白菜生理指標(biāo)的影響

3 結(jié)論與討論

溫室是一個(gè)四周密閉、缺乏雨水淋溶的人造環(huán)境，室內(nèi)環(huán)境受到周圍設(shè)施的影響，與外界相比有著獨(dú)特的變化規(guī)律。自然土壤是一個(gè)復(fù)雜的多分散系，其固、液、氣三相物質(zhì)的熱容量各不相同，土壤空氣對(duì)土壤容積熱容量影響很小，可以略去，容積熱容量與土壤液相率和固相率有關(guān)（姚賢良和程云生，1986）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著土壤含水量的增加，溫室土壤液相率顯著增高，而固相率基本不變，致使土壤熱容量顯著增大。土壤導(dǎo)溫率先顯著增大，達(dá)到一定程度后（土壤含水量占田間最大持水量的70 %～85 %時(shí)）開始減小，這與van Rooyen等（1959）研究大地土壤導(dǎo)溫率的結(jié)果一致，說明日光溫室土壤導(dǎo)溫率與大地土壤導(dǎo)溫率變化規(guī)律一致。土壤導(dǎo)熱率先顯著增加，達(dá)到一定程度后，開始顯著減小，這與姚賢良和程云生（1986）研究的土壤導(dǎo)熱率變化規(guī)律不一致，此規(guī)律可能是溫室土壤導(dǎo)熱率變化的特征。

隨著土壤含水量的增加，表層5、10、15 cm的地溫日變化結(jié)果顯示，一天中，3個(gè)處理的最高地溫的大小順序?yàn)閃1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3。這是因?yàn)閃1的熱容量最小，接受同樣的熱量而升溫較快，W3的熱容量較大，接受同樣的熱量升溫較慢。表層5 cm地溫最低值出現(xiàn)在8：00，最高值出現(xiàn)在15：00；表層10 cm地溫最低值出現(xiàn)在9：00，最高值出現(xiàn)在16：00；表層15 cm地溫最低值出現(xiàn)在11：00，最高值出現(xiàn)在18：00。每個(gè)深度中，3個(gè)處理的地溫最低值和最高值出現(xiàn)的時(shí)間為同一時(shí)間。表層5 cm地溫日變化結(jié)果顯示，8：00時(shí)W1與W3的溫差為0.3 ℃，15：00時(shí)為0.7 ℃；表層10 cm地溫日變化結(jié)果顯示，9：00時(shí)W1與 W3的溫差為0.3 ℃，16：00時(shí)為0.3 ℃；表層15 cm地溫日變化結(jié)果顯示，11：00時(shí)W1與W3的溫差為0.2 ℃，18：00時(shí)為0.2 ℃。說明隨著土壤深度的增加，地溫極值出現(xiàn)的時(shí)間逐漸滯后，這與前人研究（李國師 等，1996）的結(jié)果一致；W1與 W3地溫極值的差值有減小的趨勢，說明隨著土壤深度的增加，土壤含水量對(duì)地溫的影響逐漸減小。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤含水量為70 %～85 %時(shí)，小白菜葉面積最大、產(chǎn)量和VC含量最高；當(dāng)含水量大于85 %時(shí)，這些生理指標(biāo)開始下降，說明在日光溫室小白菜冬季生產(chǎn)中，土壤含水量太大，致使地溫下降幅度增大，會(huì)影響其產(chǎn)量和品質(zhì)。所以土壤含水量為70 %～85 %是日光溫室小白菜冬季生產(chǎn)較適宜的含水量，這個(gè)土壤含水量低于溫室黃瓜（王紹輝和張福墁，2000）和茄子（陳修斌 等，2009）的適宜含水量，與結(jié)果期溫室辣椒（彭強(qiáng) 等，2010）所需適宜含水量相同。將此試驗(yàn)結(jié)果用于指導(dǎo)節(jié)能型日光溫室小白菜冬季生產(chǎn)，既可減少因過量澆水而造成的水資源浪費(fèi)和減產(chǎn)，又能提高小白菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

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