不同防滲處理下溫室黃瓜微咸水灌溉試驗研究

陳 琳，田軍倉,2,3，閆新房

(1.寧夏大學土木與水利工程學院,銀川 750021;2.寧夏節水灌溉與水資源調控工程技術研究中心，銀川 750021;3.旱區現代農業水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川 750021)

賀蘭縣屬于中溫帶干旱氣候區,四季分明，冬寒長但不寒冷，夏暑較短但無酷熱，春暖快，秋涼早，雨雪稀少，氣候干燥，日照充足，風大沙多。年均溫9.7 ℃，極端最高氣溫36.9 ℃，極端最低氣溫-24 ℃，日照時間長，太陽福射強，年均日照時數高達2 800～3 000 h，是中國太陽輻射和日照時數最多的地區之一，無霜期為185 d左右，年降水量138.8 mm。農產春小麥、水稻、玉米。銀川市賀蘭縣欣榮村的土壤屬于沙土，此地光照條件優良，并且晝夜溫差大，適合種植瓜類、蔬菜、水果等農作物。然而，該地區的地下水礦化度較大(5.79 g/L)，屬于微咸水，另外還存在沙地保水保肥差的問題，所以該地區農作物的產量和品質受到嚴重制約。因此，解決微咸水的安全利用、防滲以及節水等問題對當地以及周邊的設施農業發展具有重要意義。

黃瓜是設施蔬菜栽培的主要作物之一，需水量大并且對水分敏感[1]，水分是影響黃瓜干物質生產和產量形成的重要因素[2]。黃瓜耐鹽性差，特別是幼苗期，一定的鹽分脅迫會抑制其光合作用，導致其生長受阻，并影響其產量和品質[3]。目前微咸水灌溉黃瓜的研究較少，本試驗是利用兩種防滲措施，微咸水膜下滴灌黃瓜，為以后微咸水利用和黃瓜設施生產提供理論和試驗依據。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗點位于寧夏回族自治區銀川市賀蘭縣洪廣鎮欣榮村沙土非耕地溫室，北緯38°30′，東經106°07′，地處海拔1 111.5 m。試驗田土壤為非耕地(沙土)，田間持水率(質量)為21.02%。土壤干密度1.485 g/cm3。定值前和拉秧后，分別采集耕作層0～20、20～40 cm土壤混合樣，進行分析化驗，結果見表1和表2。灌溉用水為當地地下水(微咸水)以及經過凈化(自主研發的微咸水凈化裝置)的凈化水與微咸水1∶1混合而成的混合水，3種灌溉水水質見表3。

表1 試驗地塊土壤基本特征Tab.1 Basic soil properties of study area

表2 拉秧后試驗地土壤理化性質Tab.2 Soil properties of study area after planting

表3 3種灌溉用水水質檢測表Tab.3 The quality of three irrigation water

1.2 試驗設計

供試品種為黃乳四號(黃瓜)，采用自主研發的微咸水凈化裝置，滴灌系統包括Φ50、PE管、Φ16貼片式滴灌帶、水表、管件等。試驗是在種植方式、定植時間、種植密度和肥料施加均勻的情況下，研究微咸水灌溉方式、防滲處理、補水定額3個因素不同水平對黃瓜的生長發育、葉片生理指標、產量、品質以及土壤含水率等的影響，采用正交試驗的方法，3因素2水平，4個處理，每個處理2次重復，具體試驗設計見表4。

表4 黃瓜正交試驗設計Tab.4 Cucumber orthogonal experiment design

1.3 試驗實施

試驗于2015年3月30日-7月2日進行，采用日光溫室膜下滴灌種植模式。防滲措施有2種，其中A1(全塑料薄膜)：試驗前每隔0.7 m做防滲槽(長5.5 m，深0.6 m)，四周及底部鋪PE薄膜(厚度0.06 mm)，然后按順序回填原溫室沙土0.1 m，發酵腐熟秸稈30 kg，沙土0.4 m，地表另覆蓋黏土0.1 m；A2(四周塑料薄膜+底部黏土)：試驗前每隔0.7 m做防滲槽(長5.5 m，深0.6 m)，四周鋪PE薄膜(厚度0.06 mm)，底部用黏土夯實0.1 m(非溫室內土壤)后，按順序回填原溫室沙土0.1 m，發酵腐熟秸稈30 kg，沙土0.4 m，地表另覆蓋黏土0.1 m采用1膜2行2帶種植模式，用1.2 m寬的地膜覆蓋，種植2行，行間距為40 cm，株間距為30 cm，為保證在灌水時間相同的情況下，對處理2和處理3每行分別鋪設2條滴灌帶，對處理1和處理4每行分別鋪設1條滴灌帶。依據試驗方案灌水和土壤含水率，3-4月灌水周期為2 d，5-6月灌水周期為1 d，共灌水47次。

1.4 試驗觀測項目及方法

(1)土壤檢測。定值前，在溫室上中下3個部分分別取0～20和20～40 cm土樣檢測土壤初始肥力(電導率、pH值、全鹽量、有機質、速效鉀、堿解氮、速效磷)以及土壤干密度。

(2)土壤水分觀測。對整個生育期(2015年3月30日-2015年7月2日)，采用TDR土壤水分測定系統取距離植株20 cm處的土樣測定灌前、灌后0～20和20～40 cm的土壤含水率。

(3)葉片生理指標觀測。使用LI-6400便攜式光合作用測定儀測定植株的光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度和氣孔導度，每個處理選定3株具有代表性的植株作為測定對象。

(4)產量觀測。在結果期，每個處理每次采摘時均稱重記錄，最后計算各個處理的產量。

(5)品質測定。黃瓜成熟后采摘至室內測定其果實的維生素C、可溶性糖、可溶性固形物以及有機酸。

2 結果與分析

2.1 不同處理土壤水分變化分析

從圖1可以看出，4種處理土壤質量含水率變化趨勢基本一致，在2015年4月20日出現第一個最大值，之后黃瓜進入開花坐果期，需水量增大，溫室溫度也逐漸上升，黃瓜的騰發量增大，在灌水定額不變的情況下，土壤的質量含水率逐漸降低，這說明黃瓜的結果期耗水量大。灌前土壤質量含水率總體變化規律為：幼苗期，處理2>處理3>處理4≈處理1，處理2達到田間持水率(21.02%)，處理3接近0.8倍田間持水率，而處理4和處理1僅達到0.6倍田間持水率，這是因為處理2和處理3灌水定額大，并且全塑料薄膜防滲保水效果優于兩側塑料薄膜和底部黏土防滲；進入結果期以后，4種處理的土壤質量含水率均呈現下降趨勢，由于處理2和處理3灌水定額大，黃瓜葉面積大，后期騰發量大耗水量多，因此處理2和處理3下降幅度大于處理1和處理4。

圖1 灌前土壤水分質量含水率變化Fig.1 Soil water quality moisture content changes before filling

從圖2可以看出，灌水后4個處理土壤質量含水率均增大，處理2已超過田間持水率，處理3達到田間持水率，處理1和處理4均達到0.8倍田間持水率。在相同的灌水定額下，全塑料薄膜防滲處理比四周塑料薄膜+底部黏土防滲處理計劃濕潤層內土壤含水率增加約1.33%，水量增加79.8 m3/hm2。

圖2 灌后土壤水分質量含水率變化Fig.2 Soil water quality moisture content changes after filling

2.2 不同處理對黃瓜結果前期光合特性的影響

從圖3可知，4種處理光合速率(2015年5月16日結果前期)均呈“雙峰”趨勢。整體上看，光合速率呈現處理3>處理2>處理4>處理1的趨勢。9∶00-11∶00隨著光照強度增強，溫度升高，光合速率增長迅速，在11∶00光合速率達到最大值，處理1、處理2、處理3、處理4的峰值分別是30.12、31.25、32.70和29.60 μmol/(m2·s)，處理3的峰值最大比處理1、處理2和處理4增加8.57%、4.64%和10.5%；11∶00-13∶00隨著光照強度繼續增強和溫度繼續升高，黃瓜的光合速率呈現急劇下降的趨勢，在13∶00，黃瓜出現“休眠”現象，這是由于中午溫度過高，水分供應不足，使得黃瓜葉面氣孔關閉，CO2供應不足，因此光合速率達到最低點；13∶00-15∶00溫度逐漸降低，光照強度也隨之降低，黃瓜葉片氣孔張開，光合速率逐漸增大，在15∶00達到另一極大值，比之前11∶00時的略低，隨后光合速率又降至最小值,這是由于下午的水量已經虧缺和光照強度減弱，嚴重影響了溫室黃瓜葉片光合速率的變化[2]。4種處理對光合速率有一定的影響，表現為兩側塑料薄膜和底部黏土防滲優于全塑料薄膜防滲，混灌優于輪灌，灌水定額大的優于灌水定額小的。

葉片蒸騰速率日變化與光合速率日變化趨勢基本一致，呈現“雙峰”趨勢。蒸騰速率在9∶00-11∶00，逐漸增大，在11∶00達到峰值，處理1、處理2、處理3和處理4的峰值分別為4.16、3.15、3.80和2.52 mmol/(m2·s)，處理1峰值最大，比處理2、處理3和處理4分別增加32.1%、9.5%和65.1%；隨后在11∶00-13∶00蒸騰速率呈下降趨勢，在13∶00達到最低，這是由于隨著溫度升高，葉面蒸發量變大，導致葉面氣孔關閉，阻礙了蒸騰作用，同時土壤含水率的下降也制約了蒸騰作用[2]。

氣孔導度的日變化呈現“凸折線”規律。呈現先增大后減 小趨勢，在11∶00達到峰值，處理1、處理2、處理3和處理4的峰值分別為0.23、0.38、0.37和0.21 mol/(m2·s)，處理2和處理3的峰值大致相同。從圖3(c)可以看出，處理3兩側塑料薄膜+底部黏土防滲處理、1∶1混合水和灌水定額[180 m3/hm2(3-5月)、240 m3/hm2(6月)]的氣孔導度最大。在土壤含水量不足時，土壤的供水能力不能滿足黃瓜蒸騰的需要，引起氣孔關閉，導致黃瓜的氣孔導度變小[2]。

圖3 不同處理下光合特性的日變化Fig.3 The diurnal variation of photosynthesis under different processing characteristics

胞間CO2摩爾分數日變化呈現“凹折線”規律，在11∶00出現“谷值”。處理1、處理2、處理3和處理4胞間CO2摩爾分數“谷值”分別為285.0、275.0、286.0和299.0 μmol/mol。4種處理胞間CO2摩爾分數的“谷值”大致相同，從圖3(d)可以看出，處理3的胞間CO2摩爾分數值最大。

2.3 不同處理對黃瓜全生育期光合特性的影響

由圖4可以看出，不同處理黃瓜的日平均光合速率隨生育期推進呈“凸拋物線”變化趨勢，在幼苗期由于葉面積指數小，葉綠素含量少，因此光合速率不高，在結果前期光合速率達到最大值，隨后開始減弱，到結果后期光合速率降到最低。4種處理全生育期光合速率比較：處理3>處理2>處理1>處理4。 結果前期處理1、處理2、處理3和處理4日平均光合速率的大小分別為30.12、31.23、32.70和29.60 μmol/(m2·s)。

圖4 不同處理下光合特性的階段變化Fig.4 The Phase variation of photosynthesis under different processing characteristics

各處理日平均蒸騰速率隨生育時間推進呈現先降低后升高最降低的“折線”趨勢，結果前期達到極小值而在結果中期達到最大值。各處理日平均蒸騰速率比較：處理2>處理1>處理3>處理4。結果中期日平均蒸騰速率大小分別為13.60、14.32、10.30和10.89 mmol/(m2·s)。

各處理日平均氣孔導度隨生育時間變化，幼苗期日平均氣孔導度最大，結果前期達到極小值，結果中期增大，到結果后期又降低。各處理日平均氣孔導度比較：處理2>處理3>處理1>處理4。

不同處理日平均胞間CO2摩爾分數隨生育期的延長而呈下降的變化趨勢。幼苗期和結果前期由于光合速率強，利用CO2效率高，因此日平均胞間CO2摩爾分數大，從結果中期開始，日平均胞間CO2摩爾分數隨著光合速率降低而降低。

2.4 黃瓜產量結果及分析

黃瓜每公頃產數見圖5。

圖5 黃瓜每公頃產數Fig.5 Cucumber number per ha

從圖5中可以看到,各處理的產量表現為處理3>處理1>處理2>處理4,且處理3的產量比處理1高出14.55%,比處理2高出26.25%,比處理4高出46.23%。通過極差分析(見表5)。

通過極差分析，主要因素是灌水方式，其次是灌水定額，而防滲措施影響較小，得到的最優組合是A2B1C2,產量為4.435 7 萬kg/hm2。

表5 黃瓜產量指標極差分析Tab.5 Cucumber yield index analysis

2.5 黃瓜品質指數分析

采用綜合平衡直觀分析法，對黃瓜的品質進行極差分析，結果見表6。

由表6可知，可溶性糖影響因素表現為C>A>B；可溶性固形物含量影響因素表現為C=B>A；總酸影響因素表現為B>A=C；還原型Vc影響因素表現為C>A>B，對黃瓜品質的主要影響因素為灌水定額，得到對黃瓜品質最有利的組合是A2B1C2。

3 結 語

(1)從黃瓜根區含水率分析來看，微咸水灌溉導致土壤鹽分下滲聚積在黃瓜根部區域，引起黃瓜根區土壤溶液滲透勢下降，從而引起作物吸水困難，發生水分脅迫，鹽脅迫下會抑制黃瓜幼苗根系生長從而影響黃瓜整個生育期的生理性狀和光合作用，導致作物產量下降。防滲處理有利于保持沙土溫室水分，四周塑料薄膜+底部黏土防滲優于全塑料薄膜防滲。

(2)在灌水定額、灌溉方式相同的情況下，雖然全塑料薄膜防滲保水效果強于四周塑料薄膜+底部黏土防滲，但是四周塑料薄膜+底部黏土防滲透氣性好，土壤呼吸作用強，在高溫時 可以及時調節土壤溫度更有利于黃瓜根部呼吸和生長，增加其光合作用，光合速率表現為處理3>處理2>處理4>處理1。黃瓜產量表現為處理3>處理1>處理2>處理4。黃瓜品質以處理3為最佳。

表6 黃瓜品質指數分析表Tab.6 Cucumber quality index analysis

(3)綜合考慮黃瓜生理指標、產量和品質，四周塑料薄膜+底部黏土防滲、混灌、灌水定額180 m3/hm2(3-5月)、240 m3/hm2(6月)(3-4月灌水周期為2 d，5-6月灌水周期為1 d)為最優組合。

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