李金武，郁繼華，呂 劍，*，馮 致，楊海興，車旭升，秦啟杰，張 洋，金 寧

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.榆中縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 榆中 730100)

我國的農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，但秸稈的綜合利用率程度較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國有50%以上的秸稈被焚燒和丟棄，大多數(shù)農(nóng)民對(duì)于秸稈的綜合利用方法認(rèn)知較為有限[1-2]。農(nóng)作物秸稈作為一種生物質(zhì)資源，含有大量的氮磷鉀元素卻沒有被合理利用，大量的秸稈被焚燒、丟棄，不僅造成了資源的浪費(fèi)，還嚴(yán)重污染了環(huán)境，現(xiàn)已成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問題[3]。覆蓋措施可直接、有效地改變土壤理化性狀，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，增強(qiáng)土壤生物活性，提高土壤入滲能力，為作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[4]。研究表明，地膜覆蓋改善了耕層土壤生境和水分狀況，起到保水保墑的作用，進(jìn)而活化土壤養(yǎng)分，提高養(yǎng)分和水分的有效性，促進(jìn)作物生長發(fā)育，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[5-7]。而秸稈覆蓋不僅可以減少土壤水分蒸發(fā)，提高水分利用效率，也可有效緩解土壤板結(jié)，減少地表徑流，增加土壤有機(jī)質(zhì)、養(yǎng)分含量和土壤微生物數(shù)量，改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)[8-10]，同時(shí)減少了因焚燒而造成的大氣污染。

高原夏菜是指利用西北高原地區(qū)夏季涼爽、光照充足、晝夜溫差大等氣候特點(diǎn)，在高海拔地區(qū)生產(chǎn)的蔬菜，在西北地區(qū)發(fā)展高原夏菜生產(chǎn)，能夠解決7—9月外銷蔬菜斷檔問題，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的合理有效利用[11]。目前，甘肅省已發(fā)展成為我國高原夏菜“西菜東調(diào)”的主要基地之一[12]。松花菜(Brassicaoleraceavar.botrytisL.)，又名散花菜，是十字花科甘藍(lán)屬花椰菜中的一個(gè)類型，因其花球松散，營養(yǎng)豐富而深受人們的喜愛[13]。

目前，有關(guān)地膜覆蓋、秸稈覆蓋、地膜與秸稈二元覆蓋對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究多側(cè)重于對(duì)糧食作物生長、土壤養(yǎng)分以及產(chǎn)量的影響，對(duì)不同覆蓋方式下露地蔬菜的產(chǎn)量、灌水量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分的影響鮮有研究，因此，本試驗(yàn)在甘肅省高原夏菜主產(chǎn)區(qū)之一的榆中縣，選取當(dāng)?shù)刂髟愿咴牟似贩N，布設(shè)不同覆蓋處理試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)區(qū)松花菜采收期花球品質(zhì)、產(chǎn)量、全生育期的灌水量，灌水利用效率和土壤養(yǎng)分進(jìn)行測定與分析，旨在探索適合該區(qū)域蔬菜種植可持續(xù)發(fā)展的最佳覆蓋措施，為實(shí)現(xiàn)松花菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)節(jié)水種植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2019年4—6月在甘肅省蘭州市榆中縣清水驛鄉(xiāng)(35°87′N，104°23′E)稠泥河村進(jìn)行。試驗(yàn)地土質(zhì)為黃綿土，0～20 cm耕層土壤有機(jī)質(zhì)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，全鉀含量22.42 g·kg-1，速效鉀含量91.2 mg·kg-1，土壤容重為1.44 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試蔬菜為松花菜，品種為翡翠9號(hào)。共設(shè)置5個(gè)處理，試驗(yàn)組分別為地膜和秸稈覆蓋(T1)，地膜覆蓋于壟面，溝中均勻覆蓋秸稈，松花菜在壟上地膜兩側(cè)定植；秸稈行間覆蓋(T2)，玉米秸稈均勻鋪設(shè)于溝中，松花菜定植于壟上；秸稈全覆蓋(T3)，玉米秸稈均勻鋪設(shè)于整地；對(duì)照組分別為露地?zé)o覆蓋(CK1)；傳統(tǒng)地膜覆蓋(CK2)，地膜覆蓋于壟面，溝中無覆蓋，松花菜在膜兩側(cè)定植。秸稈為自然風(fēng)干的玉米秸稈，整稈鋪設(shè)于試驗(yàn)地中，覆蓋秸稈的處理覆蓋量均為6 000 kg·hm-2。采用隨機(jī)區(qū)組排列，每處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積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。本試驗(yàn)各小區(qū)施肥量相同，共施純氮(N)370.50 kg·hm-2、磷肥(P2O5)414.60 kg·hm-2、鉀肥(K2O)256.80 kg·hm-2；本試驗(yàn)灌水方式采用傳統(tǒng)大水漫灌，各處理灌水下限設(shè)定為最大田間持水量的60%，灌水上限為最大田間持水量的95%。采用烘干法監(jiān)測壟溝交界處的土壤含水量到達(dá)灌水下限時(shí)開始灌水，每小區(qū)每次灌水量為1.71 m3。灌水量由水表讀出，灌水量計(jì)算公式如下[14]：

M=S×r×h×Q×ρ×(Q1-Q2)。

(1)

式(1)中：M為計(jì)劃灌水量(m3)；S為試驗(yàn)小區(qū)面積(m2)；r為土壤容重(kg·m-3)；h為計(jì)劃濕潤層深度(m)；Q為最大田間持水量(%)；ρ為土壤濕潤比；Q1和Q2分別代表灌水上限和下限(田間持水量百分比)。

1.3 測定方法

產(chǎn)量的測定：松花菜采收期，剔除小區(qū)兩側(cè)邊行及兩端50 cm之內(nèi)的面積，在各小區(qū)中間位置隨機(jī)選取15個(gè)花球，計(jì)算每小區(qū)的產(chǎn)量。

灌水利用效率計(jì)算方法：灌水利用效率是指作物利用單位灌水量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量，單位為kg·m-3，計(jì)算公式為

IWUE=Y/I。

式中：IWUE為灌水利用效率(kg·m-3)；Y為作物產(chǎn)量(kg·hm-2)；I為全生育期灌水量(m3·hm-2)。

品質(zhì)的測定：松花菜花球品質(zhì)指標(biāo)的測定參照李合生[15]的方法進(jìn)行測定：硝酸鹽含量采用水楊酸法測定；VC含量采用2，6-二氯靛酚法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250比色法測定。

花球礦質(zhì)元素的測定：參考鮑士旦[16]的方法采用原子吸收分光光度計(jì)測定花球中鈣、鎂、錳、鐵、鋅礦物質(zhì)元素含量。

CK1，露地?zé)o覆蓋；CK2，地膜覆蓋；T1，地膜和秸稈覆蓋; T2，秸稈行間覆蓋; T3，秸稈全覆蓋。CK1， Open field; CK2， Plastic film mulching; T1， Plastic film and straw mulching; T2， Straw inter row mulching; T3， Whole straw mulching.圖1 松花菜田間種植示意圖Fig.1 Schematic diagram of loose-curdcauliflower planting patterns

土壤養(yǎng)分的測定：參考鮑士旦[16]的方法進(jìn)行各養(yǎng)分指標(biāo)的測定。其中，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定；全氮采用過氧化氫—硫酸消煮、蒸餾法測定；全磷采用過氧化氫—硫酸消煮、釩鉬黃比色法測定；全鉀采用過氧化氫—硫酸消煮，火焰光度計(jì)法測定。土壤鈣、鎂、錳采用原子吸收分光光度計(jì)測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行Duncan新復(fù)極差法差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對(duì)松花菜產(chǎn)量和灌水利用效率的影響

表1反映了不同覆蓋處理對(duì)松花菜產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率的影響。地表覆蓋處理均可降低松花菜全生育期的總灌水量，提高灌水利用效率。松花菜全生育期總灌水量依次表現(xiàn)為CK1>T2>CK2>T3>T1；T1處理灌水量為4 344.88 m3·hm-2，分別比CK1、CK2節(jié)水29.0%、7.3%。不同覆蓋處理下T1產(chǎn)量最高，為45.86 t·hm-2，且較CK1、CK2、T2和T3處理分別高出68.9%、4.7%、76.7%、106.4%；T1處理灌水利用效率最大，為10.56 kg·m-3，較CK1、CK2、T2和T3處理高出了137.8%、13.1%、132.6%、109.9%。

表1 不同覆蓋處理對(duì)松花菜產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率的影響Table 1 Effect of different mulching treatments on loose-curd cauliflower yield and water production efficiency

2.2 不同覆蓋方式對(duì)松花菜品質(zhì)的影響

由表2可知，地表覆蓋可以提高花球可溶性糖含量，其中T1處理可溶性糖含量最大，為2.00%，較CK1、CK2、T2和T3處理分別高0.84、0.41、0.64和0.56百分點(diǎn)。各處理間可溶性蛋白含量無顯著差異。維生素C含量依次表現(xiàn)為T1>T2>T3>CK1>CK2，T1處理維生素C含量顯著高于CK1、CK2，較CK1和CK2高8.6%、13.3%。硝酸鹽含量以T3處理最高，CK2次之，但二者無顯著差異。T1、T2處理硝酸鹽含量均低于對(duì)照組。

表2 不同覆蓋處理對(duì)松花菜花球品質(zhì)的影響Table 2 Effect of different mulching treatments on the quality of loose-curd cauliflower ball

2.3 不同覆蓋方式對(duì)松花菜花球礦物質(zhì)元素含量的影響

由表3可以看出，地表覆蓋可以提高松花菜花球的鈣、鎂、鐵和鋅礦物質(zhì)元素含量。T1、T3處理花球鈣含量顯著高于CK1和CK2，分別比CK1高95.5%、116.5%；比CK2分別高84.1%、103.8%；T2處理花球鈣含量同對(duì)照組無顯著差異。T1、T2和T3處理花球鎂含量顯著高于CK1，同CK2無顯著差異。T1處理花球錳含量最大，顯著高于CK1、CK2，較CK1、CK2分別高14.4%、16.1%。花球鐵元素含量T2處理最大，T1次之，均顯著高于對(duì)照組；T3處理花球鐵含量同CK1、CK2無顯著差異。T3處理花球鋅含量最大，較CK1、CK2高17.1%、14.2%；其余各處理花球鋅含量同對(duì)照組無顯著差異。

表3 不同覆蓋處理對(duì)松花菜花球礦物質(zhì)元素含量的影響Table 3 Effect of different mulching treatments on mineral element content of the ball of loose-curd cauliflower

2.4 不同覆蓋方式對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

從表4中可以看出，地表覆蓋均能提高土壤中有機(jī)質(zhì)含量，其中T1處理土壤有機(jī)質(zhì)含量最高，為27.95 g·kg-1，較CK1、CK2分別高29.6%、14.7%，且差異顯著。不同覆蓋處理土壤全氮含量依次表現(xiàn)為T2>T3>T1>CK1>CK2，其中T2處理土壤全氮含量顯著高于CK1、CK2，較CK1、CK2分別高出了22.2%、80.0%。秸稈覆蓋處理的土壤全磷含量均高于對(duì)照露地?zé)o覆蓋和傳統(tǒng)地膜覆蓋，其中T1處理土壤全磷含量最大，為740.46 g·kg-1，顯著高于CK1和CK2處理，同T2、T3處理無顯著差異，且全磷含量較CK1、CK2處理分別高出108.4%和52.0%。不同覆蓋處理土壤全鉀含量依次表現(xiàn)為T3>T1>T2>CK2>CK1，除T3處理外，其余各處理土壤全鉀含量與對(duì)照無顯著差異。不同覆蓋處理下土壤鈣含量依次表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK1>CK2。T3處理土壤鈣含量顯著高于CK1、CK2，較CK1、CK2分別高出19.3%、20.2%，其余各處理的土壤鈣含量同對(duì)照均無顯著差異。T3處理土壤鎂含量最高，較CK2高出24.0%，同CK1、T1、T2處理無顯著差異。各處理土壤錳含量均顯著高于CK2，較CK2高70.9%～105.3%。

表4 不同覆蓋處理對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響Table 4 Effect of different mulching treatments on soil nutrients content

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，地表覆蓋可降低松花菜全生育期灌水量，以地膜和秸稈覆蓋處理的灌水量最低，秸稈全覆蓋次之，露地?zé)o覆蓋全生育期灌水量最大，這可能是由于覆蓋秸稈和地膜使地表裸露面積減少，蒸發(fā)量降低，同時(shí)覆蓋秸稈有利于充分利用自然降水并且減少地表徑流，所以能提高土壤含水量[17-18]。二元覆蓋由于地膜和秸稈具有雙重保墑作用，其保墑效果優(yōu)于單純的地膜覆蓋或單純的秸稈覆蓋[19]。有研究發(fā)現(xiàn)，與不覆蓋相比，秸稈全覆蓋、秸稈行間覆蓋和秸稈根域覆蓋處理均能提高西瓜產(chǎn)量和水分利用效率[20]。馬建濤等[21]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈帶狀覆蓋可提高馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率。本試驗(yàn)中，秸稈行間覆蓋和秸稈全覆蓋處理的灌水利用效率均高于露地?zé)o覆蓋，但產(chǎn)量低于露地?zé)o覆蓋處理，這可能是由于秸稈的遮陰作用導(dǎo)致土壤不能充分利用太陽輻射所引起的地面升溫作用，影響松花菜的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。本研究結(jié)果顯示，地膜+秸稈覆蓋可以提高松花菜產(chǎn)量和灌水利用效率，且效果優(yōu)于單一地膜覆蓋，這與李榮等[22]的研究結(jié)果一致。

研究表明，溫室地表覆蓋可有效改善黃瓜品質(zhì)，增加黃瓜干物質(zhì)、可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白質(zhì)含量及游離氨基酸總量，且以地膜+秸稈覆蓋效果最好[23]。溫美娟等[24]研究發(fā)現(xiàn)，薄膜生草二元覆蓋能有效改善蘋果品質(zhì)。本研究結(jié)果顯示，除地膜覆蓋外，其他覆蓋處理花球的可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C含量均高于露地?zé)o覆蓋，且以地膜+秸稈覆蓋處理含量最大。本試驗(yàn)中，地膜覆蓋的維生素C含量雖低于露地?zé)o覆蓋處理，但二者之間無顯著差異。本研究發(fā)現(xiàn)，與露地?zé)o覆蓋處理相比地膜覆蓋的硝酸鹽含量有所升高，這與趙麗麗[25]的研究結(jié)果一致。礦質(zhì)元素是松花菜產(chǎn)量和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋能夠增加花球中礦物質(zhì)元素含量，地膜+秸稈覆蓋、秸稈行間覆蓋和秸稈全覆蓋處理各元素含量均高于地膜覆蓋和露地?zé)o覆蓋，可能是秸稈中含有大量的礦質(zhì)元素，能夠更好地滿足松花菜花球生長發(fā)育的需要，從而促進(jìn)花球中礦質(zhì)營養(yǎng)的積累。這與周江濤等[26]的研究結(jié)果一致。

羅珠珠等[27]研究表明，秸稈還田可以顯著提高表層土壤有機(jī)質(zhì)含量。有研究表明，秸稈覆蓋處理較無覆蓋顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量，而地膜覆蓋有機(jī)質(zhì)含量與無覆蓋相比差異不顯著，但降低了土壤全氮含量[28-29]。本研究與前人研究結(jié)果一致，秸稈覆蓋提高了耕層土壤有機(jī)質(zhì)含量，以地膜+秸稈處理和秸稈全覆蓋處理的有機(jī)質(zhì)含量增加最顯著，地膜覆蓋處理有機(jī)質(zhì)含量同露地?zé)o覆蓋相比無顯著差異。地膜+秸稈覆蓋、秸稈行間覆蓋和秸稈全覆蓋全氮含量均高于露地?zé)o覆蓋處理，地膜覆蓋處理全氮含量較露地?zé)o覆蓋處理降低了44.4%。鄧浩亮[30]在半干旱區(qū)不同地表覆蓋方式的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相比于無覆蓋處理，地膜覆蓋降低了對(duì)于土壤全磷的消耗。李明[31]通過研究不同覆蓋方式對(duì)溫室黃瓜根際環(huán)境的影響發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，3cm秸稈地膜雙元覆蓋可以提高黃瓜結(jié)果后期的土壤全磷和全鉀含量。翟勝等[23]在覆蓋秸稈與覆蓋秸稈+地膜處理的小區(qū)，耕層土壤全氮、全磷含量顯著高于無覆蓋處理。本研究中，通過不同覆蓋處理后均不同程度地提高了土壤中的全磷、全鉀含量，全磷含量以地膜+秸稈處理增加最為顯著，全鉀含量以秸稈全覆蓋處理提高最為顯著，地膜+秸稈次之。通過地表的秸稈覆蓋增加了土壤耕層的全鉀含量，這對(duì)于土壤微觀環(huán)境來說極其重要。前人研究表明，秸稈還田經(jīng)微生物分解會(huì)產(chǎn)生大量的腐殖質(zhì)，對(duì)土壤礦質(zhì)元素的積累貢獻(xiàn)明顯，對(duì)土壤碳元素的增加效益顯著[32]。這與前人研究結(jié)果一致，在本研究中，與對(duì)照組相比，地膜+秸稈覆蓋、秸稈行間覆蓋、秸稈全覆蓋處理土壤鈣、鎂、錳礦質(zhì)元素含量均有所提高。

4 結(jié)論

與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組地膜+秸稈覆蓋、秸稈行間覆蓋和秸稈全覆蓋均可以提高松花菜花球品質(zhì)、礦物質(zhì)元素含量和土壤養(yǎng)分含量；秸稈行間覆蓋和秸稈全覆蓋雖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，但出現(xiàn)了產(chǎn)量降低的問題。地膜+秸稈覆蓋與對(duì)照組相比節(jié)水7.3%～29.0%，增產(chǎn)4.7%～68.9%，灌水利用效率提高13.1%～137.8%。綜合來看，地膜+秸稈處理具有保墑增產(chǎn)、提高花球品質(zhì)、礦物質(zhì)元素含量和改善土壤環(huán)境的效果，并且有效實(shí)現(xiàn)作物秸稈的可持續(xù)利用，避免了當(dāng)?shù)亟斩挿贌鶐淼沫h(huán)境問題，可以促進(jìn)該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。