秸稈和地膜雙元覆蓋對設施黃瓜根系生長和根際土壤養分的影響

李 明, 崔世茂, 王懷棟, 葛茂悅

(1.內蒙古農業大學 職業技術學院, 內蒙古 包頭 014109; 2.內蒙古農業大學 農學院, 內蒙古 呼和浩特010018)

秸稈和地膜雙元覆蓋對設施黃瓜根系生長和根際土壤養分的影響

李 明1, 崔世茂2, 王懷棟2, 葛茂悅1

(1.內蒙古農業大學 職業技術學院, 內蒙古 包頭 014109; 2.內蒙古農業大學 農學院, 內蒙古 呼和浩特010018)

摘要：[目的] 研究秸稈和地膜雙元覆蓋條件對設施黃瓜結果期根系生長和根際土壤養分含量的影響，為北方寒旱區設施農業可持續生產提供理論依據和技術支持。 [方法] 以設施黃瓜為試材，采用日光溫室試驗和室內測定的分析方法。 [結果] 玉米秸稈加地膜的雙元覆蓋處理可明顯增加根際土壤有機質、氮、磷、鉀等養分含量，促進植株根系生長，其中0.72 kg/m2秸稈量并覆膜處理效果和推廣性最佳，與對照相比，在結果后期提高根際土壤有機質、全磷、全鉀、堿解氮含量及根系數、根冠比、總根長、根表面積、根系活力分別達20.83%，22.83%，5.16%，5.53%，73.24%，32.76%，65.42%，45.94%和10.41%。 [結論] 秸稈和地膜復合的雙元覆蓋效果優于秸稈或地膜單一覆蓋處理。

關鍵詞：覆蓋; 設施黃瓜; 根系生長; 土壤養分; 秸稈

秸稈覆蓋是土壤生產管理中的一項重要技術，對土壤中微生物活動環境起到一定的改善作用[1-2]，可減少土壤的水分蒸散，提高土壤中養分和有機質含量，并可緩解溫室土壤的鹽漬化過程，改善土壤的一些理化性狀，對作物生長產生明顯地促進作用[3-5]。目前，國內外多集中研究設施蔬菜的僅僅秸稈覆蓋或覆膜，針對北方旱寒區設施條件下玉米加膜的雙元覆蓋影響黃瓜根系生長和土壤養分等方面的研究并不多見。本試驗通過研究雙元覆蓋對溫室黃瓜根系生長和養分變化的影響，旨在探索促進設施黃瓜生長的最佳地表覆蓋處理，并為北方寒旱區設施可持續生產提供理論依據和技術支持。

1試驗材料和方法

1.1　試驗材料

試驗于2012和2013年的3—7月在內蒙古農牧業科技園區基地進行，試驗用日光溫室東西長度50 m、南北跨度7 m，以黃瓜“津春改良2號”品種為試驗對象，玉米秸稈粉碎長度為3 cm左右。

1.2　試驗方法和方法

黃瓜于3月5日育苗，4月10日定植于日光溫室，定植方式為單壟雙行，種植密度為42 000株/hm2,以地表不覆蓋處理為對照(CK)，進行地膜(D)，0.72 kg/m2秸稈量(J)，0.24 kg/m2秸稈量并覆膜(DJ1)，0.72 kg/m2秸稈量并覆膜(DJ2)和1.20 kg/m2秸稈量并覆膜(DJ3)的5種地表覆蓋處理方式。用滴灌統一灌溉，在結果前期和后期，分別取根際土壤表層0—20 cm處混合土壤，測定有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷和速效鉀的含量；同時，測定黃瓜植株根系數、根冠比、根系活力、總根長和總表面積，均重復3次測定。

1.3　測定方法

有機質含量測定采用重鉻酸鉀外加熱法，全氮含量采用半微量凱氏定氮法，全磷含量采用氫氧化鈉熔融鉬銻比色法，全鉀采用氫氧花鈉熔融火焰光度計法，速效氮含量采用堿解—擴散法，速效磷含量采用碳酸氫鈉鉬銻比色法，速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度計法；根系數為統計超過0.5 cm長1級側根和2級側根總和，根冠比通過稱量植株地下部和地上部干重后計算比值測定，根系活力用TTC法測定，根系長度、根體積和根表面積數據采用將根系均勻平鋪于Epson Perfv 700掃描儀掃描并保存為JPG文件，用WinRHIZO Pro 2009年軟件分析測得。

1.4　數據處理及分析

數據用SPSS 13.0軟件進行統計，在符合正態分布的情況下進行單因素方差分析和多重比較方法對數據進行差異顯著性檢驗和相關性分析，所得結果均為平均值±標準差。

2結果與分析

2.1　不同覆蓋處理對結果期黃瓜植株各指標的影響

從表1可見，在結果前期，所有處理根系數均高于對照，與對照相比，DJ3處理差異極顯著而其他處理差異均不顯著；根冠比J處理極顯著高于對照，DJ3處理顯著高于對照，其他處理均與對照差異不顯著；總根長所有處理均高于對照，其中DJ3，DJ2和DJ1處理與對照差異極顯著，J和D處理與對照差異顯著，DJ3，DJ2，DJ1，J和D處理分別較對照高出70.94%，62.81%，27.80%，21.17%和18.19%；總表面積所有處理均極顯著高于對照，DJ3，DJ2，DJ1，J和D處理分別較對照高出83.73%，72.62%，52.21%，39.73%和35.60%；根系活力所有處理均高于對照，其中DJ3和DJ2處理與對照差異極顯著，DJ1與對照差異顯著，J和D處理與對照差異不顯著，DJ3，DJ2和DJ1處理分別較對照高出31.37%，35.51%和10.86%。

表1　不同處理對結果前期根系數、根冠比、總根長、根總面積和根系活力的影響

注：不同小寫字母表示達到差異性顯著(p<0.05)，不同大寫字母表示達到差異性極顯著(p<0.01)。各處理分別為：DJ3：1.20 kg/m2秸稈量并覆膜，DJ2：0.72 kg/m2秸稈量并覆膜，DJ1：0.24 kg/m2秸稈量并覆膜，J：0.72 kg/m2秸稈量，D：地膜，CK：對照。下同。

從表2可見，在結果后期，根系數所有處理均高于對照，其中DJ3和DJ2處理與對照差異極顯著，DJ1和J處理與對照差異顯著，D處理與對照差異不顯著，DJ3，DJ2，DJ1和J處理分別較對照高出75.49%，73.24%，14.37%和13.80%；根冠比所有處理均高于對照，其中DJ3，DJ2和J處理對對照差異極顯著，DJ1和D處理與對照差異不顯著，DJ3，DJ2和J處理分別較對照高出55.17%，32.76%和39.66%；；總根長所有處理均極顯著高于對照，DJ3，DJ2，DJ1，J和D處理分別較對照高出92.80%，65.42%，38.32%，7.48%和15.23%；總表面積所有處理均極顯著高于對照，DJ3，DJ2，DJ1，J和D處理分別較對照高出65.26%，45.94%，23.90%，5.94%和10.80%；根系活力所有處理均高于對照，除DJ1外其他處理均極顯著高于對照，DJ3，DJ2，J和D處理分別較對照高出12.49%，10.41%，16.13%和10.25%。

表2　不同處理對結果后期根系數、根冠比、總根長、根總面積和根系活力的影響

2.2　不同處理對結果期黃瓜根際土壤養分含量的影響

從表3可見，在黃瓜結果前期，土壤有機質含量的各處理都高于對照，除D處理差異顯著外其他處理均差異極顯著，DJ3，DJ2，DJ1，J和D處理有機質含量與對照相比分別高出43.26%，29.02%，22.84%，17.04%和13.20%；土壤的全氮含量各處理都高于對照，其中DJ3，DJ2和J處理與對照差異極顯著而DJ1處理與對照差異顯著，D處理與對照差異不顯著，DJ3，DJ2，J和DJ1處理分別高出對照14.29%，12.38%，6.67%和4.76%；全磷含量除D處理顯著低于對照外而其他處理都高于對照但差異均不顯著；全鉀含量各處理都高于對照且均差異不顯著；堿解氮含量的各處理都高于對照，其中DJ1，J，D和DJ2處理分別高出對照54.93%，42.84%，37.69%和27.87%，且均與對照差異顯著，而DJ3處理與對照差異不顯著；速效磷含量的DJ3和DJ2處理低于對照而其他處理高于對照，與對照相比，J和D處理差異極顯著，DJ3處理差異顯著，DJ1處理差異不顯著；速效鉀含量J處理顯著高于對照，而DJ3和D處理顯著低于對照，DJ2和DJ1低于對照但與對照差異不顯著。

表3　不同處理對結果前期根際土壤養分含量變化的影響

從表4可見，在結果后期，各處理有機質含量均高于對照，與對照相比，DJ2處理差異極顯著，DJ1和J處理差異顯著，DJ3和D處理差異不顯著，DJ2，J，DJ1處理分別較對照提高20.83%，14.00%，13.97%；全氮含量J處理高于對照，D處理與對照持平，其他均低于對照，各處理與對照差異均不顯著；全磷含量除DJ3處理低于對照外，其他均高于對照，各處理與對照差異均不顯著；全鉀各處理均高于對照，與對照相比，DJ2和DJ1處理差異極顯著，分別提高5.16%和5.08%，其他處理差異均不顯著；堿解氮各處理均高于對照，與對照相比，J和D處理差異極顯著，分別提高35.47%和27.45%，而DJ3，DJ2和DJ1差異均不顯著；速效磷DJ2，J，和DJ1處理高于對照，DJ3和D處理低于對照，其中DJ2和J處理與對照差異極顯著而其他差異不顯著，DJ2較對照提高了30.49%；對于速效鉀含量，DJ1和J處理極顯著高于對照，而DJ3處理極顯著低于對照、DJ2處理顯著低于對照，D處理與對照差異不顯著。

2.3　根際土壤養分和根系生長之間相關性分析

從表5分析可見，根冠比與全鉀含量呈極顯著正相關關系，與根際土壤全磷含量呈顯著正相關關系；根系活力與與根際土壤全氮含量呈極顯著正相關關系，與有機質含量呈顯著正相關關系；根系總面積與根系數呈極顯著正相關關系，與有機質含量呈顯著正相關關系。

相關性分析結果說明，根際土壤中全氮、全磷、全鉀和有機質含量在很大程度上影響著根系的生長指標；分析表明，根系數與全鉀含量呈顯著負相關，根冠比與堿解氮含量呈極顯著負相關關系，說明堿解氮含量增多對植株地上部生長的促進作用強于地下部。

表4　不同處理對結果后期根際土壤養分含量變化的影響

表5　根系生長和土壤養分含量之間相關性分析

注： **表示在0.01水平上顯著相關；*表示在0.05水平上顯著相關。

3討 論

楊黽等[6]研究表明，不同秸稈用量可不同程度提高土壤有機質含量,增加土壤全效N，P，K和速效養分含量。翟勝等[7]試驗表明，在覆蓋秸稈與覆蓋秸稈+地膜處理小區，耕層土壤有機質、全氮、全磷、速效氮、磷、鉀含量顯著高于對照和覆蓋地膜處理。通過利用玉米秸稈覆蓋處理，不僅可向土壤的種植表層提供一些營養物質，有效增加土壤中氮、磷、鉀的含量，而且可以極大改善根際表層土壤微生物生長繁殖環境，從而有效促進土壤養分的釋放和循環，提高土壤中有機質和速效氮、磷、鉀等營養成分的含量[8-9]。本試驗通過不同地表覆蓋處理后，均不同程度提高土壤中有機質、全鉀和堿解氮含量等，其中DJ3(1.20 kg/m2秸稈量并覆膜)和DJ2(0.72 kg/m2秸稈量并覆膜)處理處理最為顯著。但在結果前期不同地表覆蓋處理提高土壤中全氮含量，而在結果后期卻減少了土壤全氮含量。

在溫室條件下，隨設施種植年限的增加，土壤中全氮和全磷含量不斷累計,而全鉀含量會出現一定程度的虧缺[10]，本試驗中通過地表秸稈覆蓋增加了土壤表層全鉀含量，這對于土壤微觀環境來說及其重要，非常利于土壤中氮、磷、鉀等營養元素的動態平衡。在試驗過程中不同處理土壤養分含量存在一定的差異，這可能與不同處理間秸稈厚度、覆膜、土壤溫度、土壤水分、微生物組成和數量等具體情況關聯，導致土壤中產生的有機酸含量不同，從而使土壤中螯合、酸溶、競爭吸附等機制產生差異，最終使土壤中難溶態的氮、磷、鉀變成速效態的氮、磷、鉀含量不同所致[11-12]。

在溫室黃瓜生長發育過程中，植株地下部和地上部存在著密切的相關關系，地上部的葉片和果實生長發育依賴于植株地下根系部分吸收水肥以及制造一些氨基酸和植物內源激素[13]，而植株根系的生長離不開與根際密切相關的土壤養分等環境因子，本試驗中秸稈加地膜的雙元覆蓋可以有效增加根際土壤有機質含量及其他土壤養分，提高溫室土壤可持續生產能力，促進植株根系生長，影響并改善植株地上部分的生長狀況，最終這些因素將提高溫室黃瓜產量和品質[14-15]。

4結 論

(1) 經過不同地表覆蓋處理后，在植株結果初期均明顯提高根際土壤中有機質、全氮、全鉀、堿解氮含量和總根長、根表面積、根系活力指標，在結果后期明顯提高根際土壤中有機質、全鉀、堿解氮含量和根系數、總根長、根表面積、根系活力指標，秸稈和地膜復合的雙元覆蓋效果要優于秸稈或地膜單一覆蓋處理。

(2) 雙元覆蓋處理中DJ3(1.20 kg/m2秸稈量并覆膜)和DJ2(0.72 kg/m2秸稈量并覆膜)處理的效果遠優于其他處理，在實際生產中，DJ2處理可操作性強，易于推廣。經過DJ2處理后，與對照相比，在結果后期可分別提高根際土壤有機質、全磷、全鉀、堿解氮含量及根系數、根冠比、總根長、根表面積、根系活力分別達到20.83%，22.83%，5.16%，5.53%，73.24%，32.76%，65.42%，45.94%和10.41%。

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Coupling Effect of Surface Coverage with Straw and Plastic Film on Root Growth and Rhizosphere Nutrients of Greenhouse Cucumber

LI Ming1， CUI Shimao2， WANG Huaidong， GE Maoyue1

(1.VocationalTechnicalCollege,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Baotou,InnerMongolia014109，China; 2.AgriculturalCollege,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010010，China)

Abstract：[Objective] We selected the cucumber to study the coupling effect of surface coverage with plastic film and maize straw on root growth and rhizosphere nutrients during fruiting period in greenhouse in order to provide the theoretical and technical support for the sustainable production of facility agriculture in cold and arid regions of North China. [Methods] Greenhouse experiment and laboratory test were used in this study. [Results] Treatments of combined coverage with plastic film and maize straw improved the content of organic matter, N, P and K in soil, and promoted root growth of cucumber. Compared with the control treatment in later fruiting period in the experiment, the treatment with 0.72 kg/m2of straw and covered with film produced the best effect, and the content of organic matter, total P, total K, nitrogen and root factor, root-shoot ratio, total root length, total root surface area, root activity were increased respectively by 20.83%, 22.83%, 5.16%, 5.53%, 73.24%, 32.76%, 65.42%, 45.94% and 10.41%. [Conclusion] The double coverage of straw and plastic film produced coupling effect and was better than coverage with single straw or plastic film.

Keywords:coverage; greenhouse cucumber; root growth; soil nutrient; straw

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0026-04

中圖分類號：S626

收稿日期：2014-12-05修回日期：2014-12-29

資助項目：國家自然科學基金項目“二氧化碳加富條件下溫室黃瓜光合作用對高溫的應答”(31060269)； 內蒙古科技廳應用技術研究項目(20120804; 20130209)

第一作者：李明(1975—),男(漢族),內蒙古自治區烏蘭察布市人,博士,副教授,主要從事設施蔬菜生理和環境調控方面的研究。E-mail:liming19750811@163.com。