張澤錦,王力明,唐麗*,李躍建
滴灌水量對設(shè)施土壤養(yǎng)分分布和黃瓜養(yǎng)分吸收的影響
張澤錦1,2,王力明1,2,唐麗1,2*,李躍建3
(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝研究所/蔬菜種質(zhì)與品種創(chuàng)新四川省重點實驗室,成都 610066;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室,成都 610066;3.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,成都 610066)
【】探討滴灌水量對設(shè)施土壤養(yǎng)分分布和黃瓜果實養(yǎng)分吸收的影響。以“川翠13號”黃瓜品種為試驗對象,在大棚內(nèi)進(jìn)行膜下滴灌試驗,設(shè)置5個灌水量處理,分別控制土壤體積含水率在25%~30%(T1)、35%~40%(T2)、45%~50%(T3)、55%~60%(T4)、65%~70%(T5),探討了不同滴灌水量對設(shè)施土壤養(yǎng)分分布和黃瓜養(yǎng)分吸收的影響。隨著灌水量增加,土壤硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀均有下滲,黃瓜產(chǎn)量逐漸增加,其中,T5處理的產(chǎn)量最高,與T1處理相比,增加了55.60%;T4處理的黃瓜果實養(yǎng)分積累量和吸收率均為最高,N、P2O5、K2O積累量分別比T1處理增加了58.23%、46.53%和48.25%,N、P2O5、K2O吸收率分別為30.95%、7.74%和57.62%。最佳滴灌水量是3 288.60 m3/hm2(T4處理),在黃瓜目標(biāo)產(chǎn)量一定的前提下,適當(dāng)?shù)奶岣吖嗨?,可以提高養(yǎng)分吸收率,達(dá)到以水促肥,減少化肥施用的目的。
滴灌水量; 土壤養(yǎng)分; 黃瓜; 產(chǎn)量; 養(yǎng)分吸收率
【研究意義】隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展,人民生活水平日漸提高,對設(shè)施蔬菜的需求量也迅速增加,據(jù)農(nóng)業(yè)部門公布的數(shù)據(jù)顯示,我國在2016年設(shè)施蔬菜面積已達(dá)391 hm2,產(chǎn)量達(dá)2.52億t,設(shè)施蔬菜已經(jīng)成為了我國蔬菜產(chǎn)業(yè)中的主力軍,為我國蔬菜的周年供應(yīng)起了重要作用。但蔬菜灌溉施肥過程中肥水量過大,肥料利用率低已經(jīng)成為我國蔬菜生產(chǎn)中存在的首要問題。過量的灌溉施肥不僅造成設(shè)施土壤連作障礙加劇,還導(dǎo)致了環(huán)境污染,嚴(yán)重地影響設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)綠色健康發(fā)展[1]?!狙芯窟M(jìn)展】黃瓜(L.)是設(shè)施栽培的主要蔬菜之一,含水率在90%以上,生長過程中需水量較大,且對土壤含水率非常敏感。因此,水分對設(shè)施黃瓜的生長發(fā)育影響顯著。近幾年,對設(shè)施黃瓜灌溉水調(diào)控方面的研究較多,但多集中在對黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用率等方面的研究。例如,EL-ATAWY[2]研究了灌水量為耗水量的100%、90%、80%和70%對黃瓜生長和水分利用率的影響,發(fā)現(xiàn)90%的耗水量灌溉可提高黃瓜生長、產(chǎn)量和水分利用效率。李清明等[3]對不同栽培季節(jié)、不同土壤灌溉上限處理的溫室黃瓜初花期的生長發(fā)育動態(tài)、產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,與100%田間持水率處理相比,90%田間持水率的灌溉上限處理增加了黃瓜生物量、還原糖量、可溶性總糖量、Vc量、可溶性蛋白質(zhì)量和水分利用效率??椎陆艿萚4]研究了不同灌水量對日光溫室黃瓜的影響,發(fā)現(xiàn)灌水量達(dá)到563 mm時,完全能滿足黃瓜水分需求,產(chǎn)量最高,且水分利用率達(dá)到33.4 kg/m3。除了土壤水分,土壤養(yǎng)分狀況是影響蔬菜生長的另一個限制因子。郭全忠[5]研究了不同灌水量對設(shè)施番茄土壤養(yǎng)分和水分在土壤剖面中遷移的影響,發(fā)現(xiàn)灌水量增加,土壤剖面中的堿解氮、有效磷、速效鉀向深層運移量明顯增加。谷秋榮等[6]研究表明,灌水對土壤氮磷鉀養(yǎng)分移動均有明顯影響。高灌溉量可以造成土壤養(yǎng)分的淋失,降低養(yǎng)分的利用效率,同時帶來地下水環(huán)境的污染問題?!厩腥朦c】適宜的灌水量不僅能滿足蔬菜高產(chǎn)的需要,還可以減少土壤養(yǎng)分的流失。設(shè)施土壤由于無自然降雨的淋洗作用,比露地土壤更容易造成土壤養(yǎng)分堆積,但是,關(guān)于滴灌水量對設(shè)施土壤養(yǎng)分分布和黃瓜養(yǎng)分吸收影響的報道尚不多見?!緮M解決的關(guān)鍵問題】本文通過探討5個不同滴灌水量對土壤大量營養(yǎng)元素分布、黃瓜產(chǎn)量及黃瓜養(yǎng)分利用的影響,旨在為設(shè)施黃瓜栽培的合理灌溉和肥料的高效利用提供科學(xué)依據(jù)。
以黃瓜品種“川翠13號”為供試材料,供試土壤為壤土(土壤粒徑分級為:小于0.002 mm占10.16%,0.002~0.02 mm占56.31%,0.02~0.2 mm占32.06%以及0.2~2 mm占1.48%,采用灌溉控制器中土壤水分傳感器測得土壤飽和體積含水率為76%)。
試驗于2019年12月至2020年7月在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院新都現(xiàn)代示范園基地進(jìn)行。2019年12月,選擇籽粒飽滿的黃瓜種子,浸種催芽,2~3 d后露白播種于32孔育苗穴盤中,在塑料大棚內(nèi)育苗。2020年1月17日選擇整齊一致的黃瓜幼苗定植于試驗小區(qū)內(nèi),小區(qū)面積19.2 m2,每個小區(qū)種植60株,行距80 cm,株距40 cm,1周后,當(dāng)黃瓜幼苗成活,進(jìn)行膜下滴灌(滴灌帶滴頭間距30 cm,流量3 L/h)。整個生育期利用自動灌溉控制器(GG-006A,上海艾美克·中國)進(jìn)行灌水量控制,當(dāng)控制器的水分傳感器測得土壤體積含水率低于設(shè)置灌水下限時自動打開電磁閥進(jìn)行灌溉,達(dá)到灌水上限則停止灌溉。試驗共設(shè)5個處理:T1處理(下限值:25%,上限值:30%)、T2處理(下限值:35%,上限值:40%)、T3處理(下限值:45%,上限值:50%)、T4處理(下限值:55%,上限值:60%)、T5處理(下限值:65%,上限值:70%)。用水表對每個處理的灌水量進(jìn)行測定,T1處理:單位灌水量為1 507.05m3/hm2、T2處理:單位灌水量為1 733.70 m3/hm2、T3處理:單位灌水為1 791.90 m3/hm2、T4處理:單位灌水為3 288.60 m3/hm2)、T5處理:單位灌水為4 260.60 m3/hm2。5個處理隨機(jī)排列,每個處理重復(fù)3次。施肥情況見表1。
表1 黃瓜施肥情況
在黃瓜初花期和收獲后用土壤取樣鉆分別對各處理植株種植間的土壤進(jìn)行采樣,采樣深度為0~5、5~10、10~20 cm。初花期取樣時間為2020年3月17日,收獲后取樣時間為2020年6月12日。
將采集的土樣放置陰涼通風(fēng)處進(jìn)行風(fēng)干,過10目細(xì)篩。用ASI聯(lián)合浸提法提取硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀,均參照白由路[7]的方法進(jìn)行測定。
盛果期每小區(qū)隨機(jī)采收10個黃瓜測定果長、果徑、單瓜質(zhì)量。每次黃瓜采收時,以每個小區(qū)中20株分別計產(chǎn),各處理重復(fù)產(chǎn)量匯總并折算單位面積產(chǎn)量。
盛果期每小區(qū)隨機(jī)采3個黃瓜果實樣,采用四分法均勻選取部分切片烘干粉碎后測定氮、磷、鉀量。根據(jù)施肥量、黃瓜果實養(yǎng)分量、黃瓜經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量計算黃瓜果實大量元素養(yǎng)分(N、P2O5、K2O)吸收率。果實養(yǎng)分吸收率=果實養(yǎng)分吸收量/施肥量×100%。
本試驗所有數(shù)據(jù)用Excel 2013進(jìn)行整理,用SPSS20.0 進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA),差異顯著性檢驗采用 Duncan新復(fù)極差法。
表2為初花期和收獲后不同土層深度硝態(tài)氮量。在黃瓜初花期時,隨著土層深度的增加,不同處理土壤中硝態(tài)氮量逐漸降低。在同一土層深度下,不同處理的硝態(tài)氮量分布不同。在0~5 cm土層,T2處理的硝態(tài)氮量最大,顯著高于其他各處理。在5~10 cm土層,T5處理的硝態(tài)氮量最大,且顯著高于其他各處理。在10~20 cm土層,除T5處理外,其余處理硝態(tài)氮量均顯著高于T1處理,其中T3處理硝態(tài)氮量最大。
表2 不同土層深度的硝態(tài)氮量
注 表中不同小寫字母表示處理間差異顯著(0.05),下同。
由表2可知,黃瓜收獲后,不同土層深度硝態(tài)氮量較初花期均下降。隨著土層深度的增加,其變化趨勢與初花期一致。在0~5 cm土層,與T1處理相比,T2、T4處理和T5處理硝態(tài)氮量分別降低了49.19%、57.90%和61.77%,然而T3處理較T1處理增加了23.71%。在5~10 cm土層,T1處理和T2處理的硝態(tài)氮量差異不顯著,T3處理的硝態(tài)氮量較T1處理增加了62.79%,T4處理和T5處理的硝態(tài)氮量較T1處理分別降低了47.99%和67.44%。在10~20 cm土層時,T3處理的硝態(tài)氮量顯著高于其他處理(T1、T2、T4處理和T5處理),較T1處理增加了296.72%。
表3為初花期和收獲后不同土層深度有效磷量,在黃瓜初花期時,有效磷量的變化趨勢隨著土層深度的增加逐漸減少。在0~5 cm土層,與T1處理相比,T2處理和T5處理有效磷量分別增加了20.36%和82.07%, T3處理和T4處理有效磷量分別減少了34.34%和71.36%。在5~10 cm土層,T2、T3、T4處理和T5處理的有效磷量較T1處理均顯著增加,分別增加了44.96%、43.02%、27.52%和503.49%。在10~20 cm土層,除T4處理外,其余處理(T2、T3處理和T5處理)均顯著高于T1處理,與T1處理相比,分別增加了93.02%、206.98%和286.05%。
表3 不同土層深度的有效磷量
黃瓜收獲后,在0~5 cm土層,T1處理有效磷量顯著高于其他4個處理,但是其余4個處理間差異不顯著。在5~10 cm土層,與T1處理相比,T2、T3、T4處理和T5處理有效磷量分別增加了189.08%、403.45%、104.59%和589.42%。在10~20 cm土層,有效磷量變化趨勢和初花期一致。
表4為初花期和收獲后不同土層深度速效鉀量,由表4可知,在黃瓜初花期時,不同處理速效鉀量隨著土層深度增加而逐漸降低。在0~5 cm土層,T1處理的速效鉀量最大,為511.54 mg/kg,T2處理次之,接著是T5處理,然而T3處理和T4處理速效鉀量無差異。在5~10 cm土層,與T1處理相比,T2、T3處理和T4處理顯著降低了土壤速效鉀量,T5處理顯著增加了土壤速效鉀量,其大小順序為T5處理>T1處理>T2處理>T3處理>T4處理。在10~20 cm土層,T2處理的速效鉀量最大,T3處理次之,T4處理最小。
表4 不同土層深度的速效鉀量
黃瓜收獲后,不同處理速效鉀量隨著土層深度增加而逐漸降低。在0~5 cm土層,與T1處理相比,T2、T3、T4處理和T5處理速效鉀量分別降低了40.46%、24.66%、54.97%和52.06%。在5~10 cm土層時,各處理速效鉀量大小順序與0~5 cm土層一致,與T1處理相比,T2、T3、T4處理和T5處理速效鉀量分別降低了32.05%、29.51%、52.15%和44.35%。然而,在10~20 cm土層,與T1處理相比,T3處理速效鉀量增加了18.15%,T2、T4處理和T5處理速效鉀量分別降低21.86%、46.77%和25.78%。
表5為不同灌水量處理黃瓜產(chǎn)量。由表5可知,隨著灌水量增加,黃瓜單果質(zhì)量均增加,與T1處理相比,T2、T3、T4處理和T5處理的單果質(zhì)量分別增加了10.80%、23.77%、21.01%和32.31%。黃瓜果長也隨著灌水量增加而增加,其中T5處理的黃瓜果長顯著大于T1處理,增加了14.95%,其余處理與T1處理無顯著差異。與T1處理相比,T3處理和T5處理的黃瓜果徑顯著增加,分別增加了6.5%和6.5%,T1、T2處理和T4處理之間無顯著差異。通過折算單位面積產(chǎn)量,隨著灌水量增加而增加,與T1處理相比,各處理分別增加了22.15%、31.02%、51.95%和55.56%。以上結(jié)果說明灌水量的增加能夠促進(jìn)黃瓜單果質(zhì)量、果長和果徑的增加,從而提高黃瓜產(chǎn)量。
表5 不同處理黃瓜產(chǎn)量
表6為不同灌水量處理下黃瓜果實養(yǎng)分積累量和養(yǎng)分吸收率。灌水量增加均增加了黃瓜果實N、P2O5、K2O積累量。與T1處理相比,T2、T3、T4處理和T5處理果實氮積累量分別增加了45.36%、40.51%、58.23%和37.55%,果實P2O5積累量分別增加了34.65%、20.79%、46.53%和20.79%,果實K2O積累量分別增加了35.46%、19.63%、48.25%和32.72%。果實養(yǎng)分吸收效率與果實養(yǎng)分積累量變化趨勢一致,灌水量增加,吸收率增加,其中T4處理的黃瓜果實養(yǎng)分吸收率顯著高于其他處理,N、P2O5、K2O吸收效率分別為30.95%、7.74%和57.62%。
表6 不同處理的黃瓜果實養(yǎng)分積累量和吸收率
土壤養(yǎng)分分布狀況直接影響作物對養(yǎng)分的吸收利用,而土壤養(yǎng)分分布受土壤水分移動的影響較為顯著[8]。硝態(tài)氮是旱地土壤中氮素存在的主要形式,其易隨土壤水分移動,是作物能夠直接吸收利用的速效性氮素。在有限的水分供應(yīng)條件下,土壤中大部分硝態(tài)氮均集中在土壤上層[9],然而,隨著灌水量的增加硝態(tài)氮淋溶的強(qiáng)度和深度都增加[10]。這與本試驗結(jié)果一致,本試驗中,黃瓜初花期,灌水量較少,土壤硝態(tài)氮量隨著土層深度的增加而逐漸降低,且主要積累0~5 cm土層,收獲后土壤各層硝態(tài)氮量較生長期間顯著降低。引起硝態(tài)氮量顯著下降的原因可能有兩方面,一方面,可能是灌水量增加,硝態(tài)氮量隨水向下淋溶[10],另一方面,可能是黃瓜生長需要消耗一部分氮素[11]。
不同灌水量會影響磷的移動。董業(yè)雯等[12]研究表明,在不同灌水量條件下,灌水量越大,表層土壤磷元素被淋洗到下層越多,且會被淋洗到越深層次土層中。郭全忠[5]研究發(fā)現(xiàn),設(shè)施番茄土壤有效磷的空間遷移受不同灌水量的影響較為明顯,隨著灌水量的增加,土壤剖面中有效磷向深層運移量相應(yīng)增加。金圣愛等[13]研究認(rèn)為,對于長期大量施用磷肥導(dǎo)致磷素富集的土壤,大量漫灌時土壤磷素有向下淋失污染地下水的風(fēng)險。本試驗研究了不同灌水量對黃瓜初花期和收獲后土壤有效磷的影響,發(fā)現(xiàn)土壤有效磷在初花期隨灌水量增加,有效磷有向下移動的趨勢。黃瓜收獲后,有效磷向下移動,且隨灌水量增加,向下移動量越大,且大部分積累在5~10 cm土層,且初花期和收獲后均以T4處理最小。這與葛新偉等[14]研究結(jié)果一致。這可能是在T4處理下,黃瓜生長較好,能夠更好地利用養(yǎng)分。
鉀是植物所必需的大量營養(yǎng)元素之一,而土壤中對植物最有效的鉀為速效鉀,其能直接反映土壤鉀素的肥力狀況[15]?;裟萚16]研究表明,在不施鉀肥條件下,土壤中的速效鉀隨灌水量增加而增加,說明在土壤鉀素耗竭的情況下,增加灌水量可以緩解土壤鉀素的虧缺。王琴等[17]也得出相似結(jié)論,在澆灌條件下,土壤速效鉀量與灌水量明顯正相關(guān)。但由于土壤中鉀的陽離子交換能力較小,過量的灌水會加大土壤速效鉀從土壤膠體上的解離,從而加速速效鉀隨水向下遷移,且灌水量越多速效鉀向深層遷移的量越大[14, 18-19]。本試驗中,黃瓜初花期速效鉀量在隨灌水量增加而呈現(xiàn)先降低后增加的現(xiàn)象,且均顯著低于T1處理。收獲后,土壤速效鉀量變化趨勢與初花期基本一致,進(jìn)一步說明土壤速效鉀分布受灌水的影響較為明顯,在T4處理下速效鉀量最?。ū?)。這可能和硝態(tài)氮下降的原因一致,一部分隨水下移,另一部分被植株吸收。這與郭全忠[5]在設(shè)施番茄中的研究結(jié)果一致。
本試驗結(jié)果表明,隨著灌水量增加,黃瓜單果質(zhì)量、果長、果徑和單位面積產(chǎn)量逐漸增加,T5處理的黃瓜最優(yōu),但是單位面積產(chǎn)量與T4處理差異不顯著(表4)。這與前人研究結(jié)果一致[20-23]。但是,灌溉量過大形成的澇漬脅迫可能導(dǎo)致番茄產(chǎn)量下降、臍腐病發(fā)病率提高[24]。另有研究表明,灌水頻率對無土栽培黃瓜的生長和產(chǎn)量沒有明顯影響[25]。說明適當(dāng)提高灌水量,有利于促進(jìn)植株生長,提高產(chǎn)量。但過高的灌水量對植株的生長不僅沒有進(jìn)一步的促進(jìn),反而會對生育起到一定的抑制作用。
適宜的土壤水分條件能夠促進(jìn)植株的生長發(fā)育,從而提高植株對肥料的吸收利用程度。李歡歡等[26]研究了水氮互作對盆栽番茄生長發(fā)育和養(yǎng)分累積的影響,發(fā)現(xiàn)番茄各組織N、P、K累積量隨灌溉水平的增大而增大,增加了番茄對養(yǎng)分的吸收。Lahoz等[27]得到了相似的結(jié)論。試驗結(jié)果表明,灌水量增加,黃瓜果實中N、P2O5、K2O積累量增加,黃瓜果實對養(yǎng)分的吸收率提高。其中,T4處理的黃瓜N、P2O5、K2O吸收率最高。這與Jalil等[28]研究結(jié)果一致。說明適當(dāng)增加灌水量可以促進(jìn)植物吸收土壤養(yǎng)分,從而提高產(chǎn)量。
1)不同灌水量對設(shè)施黃瓜土壤養(yǎng)分(硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀)分布的影響較為顯著。隨著灌水量增加,在土壤中養(yǎng)分有向下移動的趨勢,且T4處理土壤有效磷和速效鉀量最低。說明T4處理的黃瓜生長較好,肥料利用率較高。
2)隨灌水量增加,黃瓜單果質(zhì)量、果長、果徑和產(chǎn)量逐漸增加,T5處理的黃瓜產(chǎn)量最高。灌水量和產(chǎn)量呈正相關(guān)。
3)適當(dāng)增加灌水量可以提高黃瓜對肥料的吸收,滴灌水量為3 288.60 m3/hm2,黃瓜養(yǎng)分吸收率最高,產(chǎn)量高,是最佳滴灌水量。
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Improving Nutrient Use Efficiency in Facility Production of Cucumber by Regulating Drip Irrigation Amount
ZHANG Zejin1,2, WANG Liming1,2,TANG Li1,2*, LI Yuejian3
(1. Vegetable Germplasm Innovation and Variety Improvement Key Laboratory of Sichuan Province, Horticulture Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China; 2. Key Laboratory of Horticultural Crop Biology and Germplasm Enhancement in Southwest, Ministry of Agriculture, Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066, China; 3. Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China)
【】Optimizing irrigation amount can save water and fertilizer use without compromising crop yield, especially for facility agriculture where long-term application of fertilizers often results in nutrient accumulation and enhance gas emission due to the lack of natural leaching of the nutrients. However, there is limited study on how changes in drip irrigation amount and timing affect nutrient distribution and its uptake by crops. The aim of this paper is to plug this gap.【】We take facility production of cucumber in Sichuan province as an example and used the variety of Chuancui 13 as the model crop. There were five irrigation treatments which were to control the volumetric soil water content at: 25%~30% (T1), 35%~40% (T2), 45%~50% (T3), 55%~60% (T4) and 65%~70% (T5) of the field capacity, respectively. The cucumbers in all treatment were watered with mulched drip irrigation by plastic film; in each treatment, we measured the content of nitrate, available phosphorus (P) and potassium (K), as well as the cucumber yield.【】Increasing drip irrigation amount resulted in nitrate and available P and K to move downward to the subsoil, but it increased cucumber yield, with the yield of T5 being 55.60% higher than that of T1. The T4 treatment had the highest nutrient accumulation in the fruits, and compared with T1, it increased the accumulation of N, P2O5and K2O in soil by 58.23%, 46.53% and 48.25% respectively, and their associated uptake rate from the soil by the cucumber by 30.95%, 7.74% and 57.62%, respectively.【】For facility production of cucumber we investigated in Sichuan province, the optimal drip irrigation amount was 3 288.60 m3/hm2. Rationally increasing the irrigation amount can boost nutrient uptake by the crop and improved fertilizers use efficiency, thereby reducing their losses from leaching and/or emissions.
drip irrigation amount; soil nutrients; cucumber; yield; nutrient uptake
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S642.2
A
10.13522/j.cnki.ggps.2021055
1672 – 3317(2021)09 - 0072 - 07
2021-02-05
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金項目(CARS-23-G32)
張澤錦(1984-),男。副研究員,博士,主要從事蔬菜水肥一體化灌溉方面的研究和推廣等。E-mail: zejinzhang@hotmail.com
唐麗(1963-),女。研究員,主要從事蔬菜水肥一體化灌溉方面的研究和推廣等。E-mail: tangli-999@163.com
責(zé)任編輯:陸紅飛