王 蓉，王 虎，馬 玲，楊冬艷

(1.寧夏吳忠國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)管委會，寧夏吳忠 751100；2.寧夏大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；3.寧夏現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司，銀川 750002；4.寧夏農(nóng)林科學(xué)院 園藝研究所，銀川 750002)

寧夏中部干旱半干旱帶，日照充足，是自治區(qū)重點發(fā)展設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)區(qū)域。黃瓜作為寧夏溫室主栽蔬菜，栽培面積占寧夏設(shè)施蔬菜20%以上，其根系較淺，葉面積大，喜濕、喜溫，耐寒性弱，故土壤水分和土壤溫度的高低變化對黃瓜生長影響很大[1-2]。然而日光溫室秋冬茬黃瓜在生長后期常面臨灌溉水溫低和土壤溫度低引起的凍害、生長緩慢和果實結(jié)實率低等問題，從而造成黃瓜產(chǎn)量低而不穩(wěn)和質(zhì)量下降。因此，合理的地表覆蓋保墑增溫措施可有效地解決因低溫帶來的以上問題，是保證溫室黃瓜順利越冬和產(chǎn)量提高的重要技術(shù)。

地表覆蓋技術(shù)可有效調(diào)節(jié)土壤溫度，提高土壤保墑蓄水能力，改良土壤結(jié)構(gòu)，改善作物生長環(huán)境，對作物增產(chǎn)效果顯著[3-4]。研究表明地膜覆蓋能夠顯著改善土壤水熱條件[5]，提高作物的產(chǎn)量[6]，但是透氣性差，土壤微生物活性不高，最終導(dǎo)致根系活力下降[7]。秸稈覆蓋技術(shù)可改善土壤理化性質(zhì)，增加微生物數(shù)量[8]、提高有機碳和養(yǎng)分含量，且調(diào)溫效果好，有利于緩解極端溫度對作物的傷害[9-10]，但單一秸稈覆蓋易造成水分損耗及低溫效應(yīng)造成出苗率下降減產(chǎn)等負(fù)效應(yīng)[11]?？梢姡瑔我桓材ず徒斩捀采w模式各有利弊，通過地膜秸稈結(jié)合覆蓋可有效彌補單一地膜和秸稈覆蓋帶來的負(fù)效應(yīng)，提高土壤的保墑蓄水能力[12-13]。

目前，國內(nèi)外關(guān)于秸稈覆蓋及地膜秸稈雙元覆蓋對大田作物生長的影響研究較多，但針對設(shè)施黃瓜膜下秸稈覆蓋土壤水熱變化機制及對植株生長發(fā)育方面的系統(tǒng)研究鮮見報道。鑒于此，本研究在覆膜條件下，設(shè)置不同秸稈量對溫室秋冬茬黃瓜進行地表覆蓋，開展黃瓜根際土壤水熱變化及對植株生長的影響研究，旨在探討膜下秸稈覆蓋對設(shè)施黃瓜根際土壤溫度和水分變化規(guī)律及對黃瓜生長和產(chǎn)量的影響，為膜下秸稈覆蓋設(shè)施黃瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和設(shè)施土壤環(huán)境改良方面提供理論依據(jù)，為地膜+秸稈覆蓋模式的保水調(diào)溫效應(yīng)和設(shè)施黃瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和設(shè)施土壤環(huán)境改良方面提供借鑒，對秸稈覆蓋還田大面積推廣及實現(xiàn)資源化利用等方面，具有十分重要的理論和實際意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年9月-2021年1月在寧夏吳忠國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)日光溫室進行，該基地屬大陸性干旱、半干旱氣候，海拔1 130 m，全年光照時間達3 000 h，全年太陽輻射高達700 kJ/m2，年平均氣溫8.8 ℃。年平均降水量193 mm，無霜期170 d左右，冬季寒冷多風(fēng)。試驗日光溫室寬12 m，長72 m，鋼架結(jié)構(gòu)，凈栽培面積780.39 m2，溫室后土墻底寬3 m，脊高5 m，外覆蓋保溫材料保溫被，保溫采光效果良好。試驗期間溫室內(nèi)空氣溫度、濕度及光照強度情況如圖1所示(定植1個月后開始監(jiān)測)。供試土壤體積質(zhì)量為 1.32 g/cm3，田間持水量為25.21%，0～30 cm土層：全磷1.6 g/kg，全鉀13.58 g/kg，堿解氮134 mg/kg，有效磷240 mg/kg，速效鉀322 mg/kg，有機質(zhì)12.4 g/kg。

圖1 試驗地溫室環(huán)境狀況

1.2 試驗設(shè)計

采用傳統(tǒng)土栽壟上覆膜定植模式，以地表無秸稈覆蓋為對照(CK)，設(shè)置4個玉米秸稈覆蓋量處理，分別為：T1.0.42 kg/m2；T2.0.83 kg/m2；T3.1.25 kg/m2；T4.1.67 kg/m2。小區(qū)面積為10×2.4=24 m2，重復(fù)3次，隨機排列。供試黃瓜品種為‘綠冠A6’，玉米秸稈為自然曬干粉碎秸稈(長度為3～5 cm)，2020年9月16日定植，2021年1月7日拉秧。在統(tǒng)一施基肥農(nóng)家肥30 000 kg/hm2，磷酸二銨675 kg/hm2基礎(chǔ)上，起壟單行栽培，壟寬60 cm，壟間距60 cm，定植株距 17 cm。追肥采用水肥一體化技術(shù)，統(tǒng)一滴灌。追肥選用水溶性肥(N：18；P2O5：9；K2O：27)。

1.3 測定項目及方法

(1)土壤溫度：采用曲管地溫計插在壟上種植處，從定植后35 d，每隔1 d測定5、10、15、20和25 cm層土壤溫度日變化(8:00、12:00、14:00、16:00、17:00)。

(2)土壤質(zhì)量含水量：采用土鉆取土烘干法測定定植后15 d、35 d、55 d、85 d和110 d黃瓜根際0～40 cm層土壤質(zhì)量含水量，土層每20 cm測定1次，重復(fù)3次。

(3)土壤蓄水量：用下式計算：

W=10hab

式中:h為土層深度，cm；a為土壤體積質(zhì)量(0～30 cm土層均值為1.32 g/cm3)；b為土壤質(zhì)量含水量，%。

(4)黃瓜生長：定植后每隔20～30 d隨機選擇5株黃瓜植株測定其株高和主莖粗。

(5)黃瓜產(chǎn)量:在收獲盛期，每個處理選取外形均勻黃瓜果實20個測定其縱徑、橫徑和單果質(zhì)量，測產(chǎn)以采摘期每次實際采收量的總和為準(zhǔn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Origin 2017作圖，采用DPS 7.05進行數(shù)據(jù)分析，LSD法進行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下土壤溫度變化

如圖2所示，因氣溫影響，各土層溫度變化趨勢相同，隨生育期延長逐漸降低，至11月下旬變化平穩(wěn)。各土層溫度對不同處理隨生長月份延長的響應(yīng)特征表現(xiàn)不盡相同。10月時，T3處理對 5～25 cm土層均有增溫效應(yīng)，T4處理除15 cm土層外，T1和T2處理除5 cm土層外，也均促進其他土層增溫。11月時，除15 cm土層外，各處理均促進其他土層增溫，處理T1和T2均促進15 cm土層增溫，而處理T3和T4呈降溫效應(yīng)。12月時，除T3處理外，各處理對各土層均有增溫效應(yīng)。同時，11月和12月的5 cm和10 cm土層，以及1月除15 cm土層的其他土層的地溫隨秸稈量增加而增加，均表現(xiàn)為T4>T3>T2> T1>CK。

a、b、c、d、e、f分別為各處理在5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm及各土層平均溫度。下圖同此

可見，在10月至次年1月，膜下不同秸稈覆蓋量對5 cm、10 cm、20 cm和25 cm土層均有增溫效應(yīng)，隨秸稈量增加，地溫均大致呈上升趨勢；T2和T1處理對15 cm土層均有增溫效應(yīng)，而T4處理在10月至11月表現(xiàn)為降溫效應(yīng)；從黃瓜各土層均溫來看(圖2-f)，土層越深土溫變化相對越平穩(wěn)且呈降低趨勢，5 cm土層土溫為 17.66 ℃，比10 cm、15 cm、20 cm和25 cm土層分別高出3.27%、5.57%、9.59%和12.24%。

如表1所示，黃瓜結(jié)果期除15 cm土層外，各處理均促進其他土層增溫，在5 cm土層，處理T3和T4的平均土溫均較CK顯著高出5.32%和 7.19%，處理T2和T1與CK差異不顯著(P>0.05)；在10 cm土層，處理T4比CK顯著高出 5.52%，其他處理與CK差異不顯著(P<0.05)；在20 cm土層，處理T1、T2、T3和T4均比CK顯著高出3.37%、6.03%、5.90%和7.0%(P<0.05)；在25 cm土層，處理T2、T3和T4均比CK顯著高出3.97%、6.54%和7.80%，而T1處理與CK差異不顯著(P>0.05)。15 cm土層處，處理T1和T2較CK均有增溫效應(yīng)，且處理T2較CK存在顯著性差異，而處理T3和T4較CK有降溫效應(yīng)，但均不存在顯著性差異(P>0.05)。

表1 黃瓜結(jié)果期不同土層土壤平均溫度

2.2 不同處理下土壤溫度日變化

由圖3-a看出，5 cm土層的土溫在8:00-14:00時隨時間延長而增加，且覆蓋處理的日均溫均高于CK，其中處理T4最高，高達18.32 ℃。如圖3-b、3-c所示，10 cm和15 cm土層，各處理均在16:00達溫度高峰，且覆蓋處理在10 cm土層的日均溫均高于CK，處理T4依然最高，高達17.58 ℃。如圖3-d所示，各處理在20 cm土層溫度高峰時間不同，分布在12:00-19:00時間段，25 cm土層處理T1溫度高峰在16:00，其他處理在17:00(圖3-e)，且20 cm和25 cm土層日均溫隨秸稈覆蓋量增加而增加，覆蓋處理均高于CK，處理T4最高分別達16.46 ℃和16.14 ℃。如圖3-f所示，5 cm土層溫度在8:00最低，隨時間推移各土層均升溫，土層越深，升溫趨勢越平緩，至19:00時，表現(xiàn)為土層越深，溫度越低。

圖3 土壤溫度日變化

可見，5～25 cm土層溫度高峰集中出現(xiàn)在14:00-17:00。膜下秸稈覆蓋促進5 cm、10 cm、20 cm和25 cm土層日均溫的提高，且隨秸稈覆蓋增加而增加，而15 cm土層處，只有處理T1、T2有利于日均溫的提高，秸稈覆蓋過多反而會降低。日均溫隨土層越深，變化趨勢越平緩，溫度越低。

2.3 不同處理下土壤蓄水量

如圖4所示，10月20日之前(定植后35 d)，植株較小，土壤水分消耗以棵間蒸發(fā)為主，耗水量較低，覆蓋處理均對土壤水分蒸發(fā)有抑制作用，表現(xiàn)為各處理土壤蓄水量較CK均有所增加，但無顯著性差異(P>0.05)。之后時期進入營養(yǎng)兼生殖生長階段，葉片蒸騰和土壤水分蒸發(fā)增大，耗水量也隨之增多，覆蓋處理的平均土壤蓄水量在11月11日降至133 mm，均比CK高，但無顯著性差異(P>0.05)。12月10日，植株處在結(jié)瓜盛期，覆蓋處理的平均土壤蓄水量保持在131.94 mm，較CK均有所增加，其中處理T3和T4保水效果最佳，較CK分別顯著提高6.05%和5.77%(P<0.05)。次年1月初，進入結(jié)瓜末期，水分灌溉減少，覆蓋處理的平均土壤蓄水量降至最低為119.24 mm，較CK均有所增加，處理T2、T3和T4分別較CK顯著提高6.95%、7.48%和 6.69%(P<0.05)?？梢?，覆蓋均有利于日光溫室黃瓜生育期0～30 cm土壤蓄水量提高，處理T3對土壤的保墑效果最佳，其次為處理T4。

圖4 秸稈覆蓋下0～30 cm土層日光溫室黃瓜土壤蓄水量

2.4 不同處理下黃瓜植株生長

如圖5-a、5-c所示，11月11日之前，株高和葉片數(shù)生長迅速，之后生長相對緩慢。覆蓋處理的株高和葉片數(shù)在伸蔓期均低于CK，處理T3的株高和T1的葉片數(shù)較CK分別顯著降低 32.77%和27.78%(P<0.05)。結(jié)瓜初期，除處理T1外，其他處理均抑制株高生長，處理T3和T4顯著降低12.78%和31.67%；覆蓋處理的葉片數(shù)均低于CK，但無顯著性差異(P>0.05)。在之后時期，覆蓋處理均促進株高和葉片數(shù)的生長：在11月11日-12月10日(節(jié)瓜盛期)，處理T4的株高值最大，較CK顯著高出12.81%，但各覆蓋處理的葉片數(shù)均與CK無顯著性差異(P> 0.05)。次年1月初(節(jié)瓜末期)，處理T4的株高較CK顯著高出7.05%，而處理T2和T3的株高較CK顯著提高5.13%和6.34%，葉片數(shù)均提高12.36%(P<0.05)。

如圖5-b所示，莖粗在全生育期平緩增加，且覆蓋處理均高于CK，處理T3和T4在9月30日的莖粗顯著增加24.33%和28.06%(P<0.05)。之后時期，處理T2均顯著促進莖粗生長，且效果最佳，在次年1月初時較CK顯著高出23.36%，其次處理T3較CK顯著高出10.84%(P<0.05)。如圖5-d所示，覆蓋處理的坐果數(shù)均高于CK，T3處理的坐果率最高，其次為處理T4，兩者在生育期末時分別較CK顯著提高 36.84%和31.58%(P<0.05)。

a、b、c、d分別是株高、莖粗、葉片數(shù)和坐果數(shù)

2.5 不同處理下黃瓜產(chǎn)量性狀

表2顯示，處理T1的果實橫徑較CK有所減少，其他處理均高于CK，其中處理T3較CK顯著高出4.74%(P<0.05)。各處理的黃瓜縱徑較CK均有提高，但均無顯著性差異(P>0.05)。處理T1和T4的單果質(zhì)量均低于CK，且處理T4顯著降低19.03%(P<0.05)，處理T2和T3較CK單果質(zhì)量均有所提高，但無顯著性差異(P> 0.05)。從產(chǎn)量方面來看，盛產(chǎn)在11月，總產(chǎn)量表現(xiàn)為各處理均高于CK，處理T3、T4和T2較CK顯著提高42.95%、28.96%和24.02%(P< 0.05)。

表2 秸稈覆蓋下日光溫室黃瓜產(chǎn)量性狀

3 討 論

3.1 膜下秸稈覆蓋調(diào)控土壤水熱環(huán)境

秸稈覆蓋的保水效應(yīng)受作物生育期、覆蓋量、土層深度等因素影響[14]。研究表明秸稈覆蓋可抑制水分蒸發(fā)，增加土壤有機碳和改善土壤結(jié)構(gòu)，具有保水效果[14-16]。土壤蓄水量可直接反應(yīng)覆蓋效果，秸稈本身疏松多孔，且與土壤接觸不緊密，能有效降低土壤蒸發(fā)損失，減緩?fù)寥浪值恼舭l(fā)速率，故秸稈覆蓋通過調(diào)控生育前期不同覆蓋量下的棵間蒸發(fā)及中后期長勢差異下植株蒸騰作用的強弱來影響土壤水分的變化[17-18]。本研究發(fā)現(xiàn)在黃瓜生長前期蓄水效應(yīng)不顯著，節(jié)瓜盛期至末期，T3處理土壤蓄水量最高且與CK存在顯著性差異，這與玉米[19]、小麥[20]等田間作物秸稈覆蓋后的生長前期蓄水效應(yīng)顯著、后期保墑效應(yīng)趨弱的結(jié)論不一致，這可能是黃瓜定植后處在扎根蹲苗階段，且是在秋冬季節(jié)，氣溫不高，土壤水分蒸發(fā)作用不強，也可能是大田作物和溫室蔬菜本身或環(huán)境不同所致。就全生育期的土壤蓄水量來說，旱地秸稈覆蓋蓄水保墑明顯，土壤含水量可增加2%～5%，且隨覆蓋量的增加而提高[21]，高覆蓋量更有利于提高土壤含水量和貯水量[19]，這均符合本研究結(jié)果：膜下秸稈覆蓋可提高日光溫室黃瓜全生育期0～30 cm土層的蓄水量，且隨秸稈覆蓋量增加而增加，但覆蓋量達一定值時，這一效果將趨于穩(wěn)定。

土壤溫度是土壤熱狀況的綜合表征指標(biāo)，直接影響土壤理化性狀和微生物活動[22]。秸稈覆蓋通過影響土壤對光輻射的吸收轉(zhuǎn)化和熱量傳導(dǎo)來實現(xiàn)對土壤溫度的調(diào)控。本研究表明，隨土層加深，土壤溫度每日高峰期也大致推遲，5 cm土層在14:00-16:00，10 cm和15 cm土層在 16:00，25 cm土層在17:00，20 cm土層各處理不一致，這是因為土壤溫度達到高峰期需要一個熱傳遞過程，越是在表層的土壤，其溫度回升越快[23]。5 cm、10 cm、20 cm和25 cm土層的日均溫隨秸稈覆蓋量增加而增加，這與蘆俊俊等[24]和周凌云[25]的研究結(jié)論相似，但與Cook等[26]和Olasantan[27]的研究結(jié)論相反，其均認(rèn)為秸稈覆蓋可顯著降低白天土壤溫度，且隨覆蓋量的增加而降低，這可能由于本研究在秋冬季節(jié)進行，氣溫偏低，而秸稈覆蓋有低溫時增溫、高溫時降溫效應(yīng)，可平抑地溫在季節(jié)間劇烈變化[28]，也可能是由于覆膜+秸稈覆蓋效應(yīng)[29]。

土壤日均溫隨土層加深，變化趨于平緩，溫度變低，這與多數(shù)研究結(jié)論一致[30-31]。本研究的秋冬茬溫室黃瓜全生育期土溫除15 cm土層外，各處理在5 cm、10 cm、20 cm、25 cm土層均有增溫效應(yīng)，隨秸稈量增加，地溫均大致呈上升趨勢，土層越深土溫變化相對越平穩(wěn)且降低，5 cm土層土溫為17.66 ℃，比其他土層依次高出3.27%、5.57%、9.59%和12.24%，這就更進一步驗證了“秸稈覆蓋低溫時期具有增溫效應(yīng)[32]”的結(jié)論，也與Zhang等[33]的覆蓋增溫趨勢一致。

3.2 膜下秸稈覆蓋影響黃瓜植株生長及產(chǎn)量

賀菊美等[34]指出，秸稈覆蓋下玉米苗期的葉片數(shù)和株高分別降低1.48片和16.67 cm。本研究中，黃瓜伸蔓期至結(jié)瓜初期，膜下秸稈覆蓋抑制黃瓜葉片數(shù)生長，除處理T1外，也顯著抑制株高生長。同時，在結(jié)瓜初期之后及全生育期，膜下秸稈覆蓋的黃瓜株高、葉片數(shù)和莖粗均高于CK，這與秸稈覆蓋下油葵[35]和玉米[36]株高、葉片數(shù)和莖粗生長趨勢一致。多數(shù)研究指出秸稈覆蓋有利于作物增產(chǎn)[37-39]，原因在于覆蓋改善了土壤微環(huán)境，有利于根系吸收水分、養(yǎng)分，提升作物長勢，增加作物產(chǎn)量。本試驗中，膜下秸稈覆蓋促進了黃瓜的坐果數(shù)、果實縱橫徑生長，從而達到增產(chǎn)，且處理T3、T4和T2較CK顯著提高42.95%、28.96%和24.02%。秸稈覆蓋促進玉米增產(chǎn)主要原因是促進了玉米穗長和穗粒數(shù)的增加[36]，而引起產(chǎn)量差異的主要結(jié)構(gòu)因素為單位面積穗數(shù)[40]。

4 結(jié) 論

膜下秸稈覆蓋在黃瓜生長前期無顯著性蓄水效應(yīng)，生育期末，T3處理的土壤蓄水量較CK顯著高出7.48%(P<0.05)。膜下秸稈覆蓋可提高0～30 cm土壤蓄水量，且隨秸稈覆蓋量增加而增加，但覆蓋量達一定值時，土壤蓄水效果將趨于穩(wěn)定，表現(xiàn)為處理T3土壤保墑效果最佳。

隨土層加深，土壤溫度每日高峰期也大致推遲，主要集中在14:00-17:00；在5 cm、10 cm、20 cm和25 cm土層處，膜下秸稈覆蓋促進土壤日均溫增加，且隨覆蓋量增加而增加，隨土層加深而降低，且變化趨勢越平緩。就黃瓜生長月及全生育期而言，膜下秸稈覆蓋對以上土層均有增溫效應(yīng)，土層越深土溫變化相對越平穩(wěn)且呈降低趨勢，5 cm土層溫度為17.66 ℃，比其他土層分別高出3.27%、5.57%、9.59%和12.24%。

黃瓜伸蔓期至結(jié)瓜初期，膜下秸稈覆蓋抑制葉片數(shù)生長，除處理T1外，對株高生長也有顯著性抑制作用(P<0.05)；在之后時期及全生育期，不同秸稈覆蓋量下的株高、葉片數(shù)和莖粗均高于CK，處理T2的莖粗表現(xiàn)為最優(yōu)。膜下秸稈覆蓋促進坐果數(shù)、黃瓜縱橫徑生長，從而達到增產(chǎn)效果，且處理T3、T4和T2分別較CK顯著提高42.95%、28.96%和24.02%(P<0.05)。

可見，T3處理(秸稈覆蓋量為1.25 kg/m2)對土壤保墑效果最佳，且有增溫效應(yīng)，促進果實坐果數(shù)和縱橫徑的生長，且增產(chǎn)效果最顯著，故其膜下秸稈用量可結(jié)合科學(xué)的耕作措施和農(nóng)藝技術(shù)應(yīng)用于溫室蔬菜生產(chǎn)實踐。