土壤含水量對日光溫室內(nèi)土壤主要物理特性和小白菜生長的影響

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)于土壤含水量對冬季日光溫室地溫影響的研究鮮見報道。土壤是由固相、液相、氣相組成的物質(zhì)，土壤三相組成對地溫影響很大。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（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，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，對固相率影響不顯著。

2.2 不同土壤含水量對冬季節(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 不同土壤含水量對土壤三相比的影響

表1 不同土壤含水量對土壤熱特性的影響

2.3 不同土壤含水量對冬季節(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，地溫日變化幅度減小；且隨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5 cm地溫的影響

圖3 不同土壤含水量對10 cm地溫的影響

2.4 不同土壤含水量對冬季節(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，不同土壤含水量對冬季節(jié)能日光溫室小白菜的生長有顯著影響。3個處理的葉片數(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15 cm地溫指標(biāo)的影響

表2 不同土壤含水量對小白菜生長指標(biāo)的影響

表3 不同土壤含水量對小白菜生理指標(biāo)的影響

3 結(jié)論與討論

溫室是一個四周密閉、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）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。每個深度中，3個處理的地溫最低值和最高值出現(xiàn)的時間為同一時間。表層5 cm地溫日變化結(jié)果顯示，8：00時W1與W3的溫差為0.3 ℃，15：00時為0.7 ℃；表層10 cm地溫日變化結(jié)果顯示，9：00時W1與 W3的溫差為0.3 ℃，16：00時為0.3 ℃；表層15 cm地溫日變化結(jié)果顯示，11：00時W1與W3的溫差為0.2 ℃，18：00時為0.2 ℃。說明隨著土壤深度的增加，地溫極值出現(xiàn)的時間逐漸滯后，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，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，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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