深埋秸稈條件下溫室番茄根層土壤溫度變化特征

解 影， 李 波， 豐 雪， 魏新光， 姚名澤， 趙子龍， 邢經偉， 鄭思宇

(沈陽農業大學水利學院，遼寧沈陽 110866)

溫室果菜生產是遼寧省冬季蔬菜市場的重要產品來源，為保障人民正常生產生活有著舉足輕重的作用。番茄是重要的蔬菜之一，也是遼寧省日光溫室栽培的主要蔬菜作物之一。由于溫室是人工建立的相對封閉的農業生產環境，缺少良好的水循環、大氣循環、營養物質循環，造成溫室土壤板結，碳、氮、磷、鉀等重要營養元素嚴重下降，病蟲害大量滋生，嚴重影響溫室果菜生產的穩定和可持續發展。

近年來，秸稈還田技術在溫室中得到應用，深埋秸稈可以改善和調控溫室土壤墑情[1-3]，提高水分的利用效率[4-5]，增加溫室中CO2濃度和地溫[6-7]，是溫室農業生產可持續發展的新理念。秸稈還田技術在大田應用對土壤、微生物以及糧食作物的影響已有較多研究[8-12]，但秸稈還田技術在日光溫室的應用研究開展較少。徐增凱等分別對秸稈生物反應堆在溫室番茄、黃瓜、早熟西瓜和綠茶上的應用進行研究[13-16]；李波等分別研究了秸稈生物反應堆對溫室番茄生長環境、產量及灌溉制度的影響[17-19]；袁冬貞等應用秸稈生物反應堆技術對日光溫室黃瓜生長環境和產量等進行了探討[20-21]，在溫室黃瓜生產、提高地溫和CO2濃度等方面有促進作用。現階段秸稈還田技術還不完善，不同作物種植管理模式下適宜的還田模式還不明確，尚未形成明確的規范，特別是對于秸稈還田量的確定相對模糊，不利于該技術在實際生產中的推廣與應用。本研究以深埋秸稈量為控制因素，在膜下滴灌條件下，通過對不同深度土壤水分和地溫分布等方面進行監控，確定適合溫室番茄生產的深埋秸稈量，進一步制定合理的深埋秸稈條件下溫室番茄生產的管理制度，以期促進遼寧省溫室番茄生產的高產、優質、高效、綠色、可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本情況

試驗于2016年3月至2017年1月在沈陽農業大學科研試驗基地43號溫室大棚內進行，試驗區位于41.82°N，123.57°E。溫室類型為遼沈3型日光節能溫室，單面采光拋物面式，長70 m，寬8 m，磚土墻高4 m。棚膜采用PVC防老化塑料無滴膜，保溫措施采用防雨棉被覆蓋。溫室大棚內日間平均溫度25.6 ℃，夜間平均溫度16.6 ℃，棚內日間平均相對濕度47.8%，夜間平均相對濕度74.9%。試驗地土壤為棕壤，土壤沙粒、粉粒、黏粒比率分別為36.9%、40.9%、22.2%；地表以下0.5 m內土層的平均土壤容重為1.26 g/cm3，田間持水率為0.28 cm3/cm3。土壤化學性質見表1。

表1試驗地土壤化學性質

1.2 試驗實施與設計

試驗分春夏茬、秋冬茬2次進行，2次試驗方案相同。春夏茬試驗于2016年3月23日定植，苗齡45 d；秋冬茬試驗于2016年9月8日定植，苗齡33 d。試驗采用大壟雙行種植方式，壟寬70 cm，壟高15 cm，壟長6 m，壟面覆膜。番茄種植株距40 cm，行距50 cm，每壟30株。 試驗設置4個深埋秸稈量處理，分別為：CK：0 kg/hm2，T1：1.5萬kg/hm2，T2：3.0萬kg/hm2，T3：4.5萬kg/hm2。秸稈粉碎成2 cm段狀于2016年3月21日統一埋入梯形斷面的溝中，溝深 20 cm，上口寬50 cm，下口寬30 cm。小區布置剖面見圖1。

試驗區以番茄作為供試作物，品種為TPY40。供試秸稈為沈陽農業大學玉米基地2015年收割風干后的玉米秸稈。供試秸稈有機碳、全氮、全磷、全鉀含量分別為41.89%、0.87%、0.36%、1.37%。秸稈埋設方式為2 cm段狀集中深埋于土壤中。灌溉方式采用膜下重力滴灌，滴頭間距30 cm 。以田間持水量為灌水上限，設置田間持水量的70%為灌水下限。

1.3 測定指標和方法

1.3.1 氣象資料測量 在試驗溫室中央位置距地面高 50 cm 處設有自動氣象站(CAIPOS GmbH)，主要用于觀測溫室內氣溫、濕度、太陽輻射等氣象要素。

1.3.2 土壤溫度測定 通過埋設無線土壤墑情監測系統(CAIPOS GmbH)的土壤溫度探頭，對溫室番茄生育期內距壟臺表面15、30、45 cm處地溫每30 min監測1次并自動記錄；利用直角地溫計加以校正。

1.3.3 土壤含水率觀測 在番茄生育期內，利用無線土壤墑情監測系統(CAIPOS GmbH)、 TRIME-PICO TDR和土鉆相結合的方法，以無線土壤墑情監測系統為主，對距壟臺表面15、30、45 cm處含水率30 min測量1次；利用TDR定位監測，7 d測量1次，深度為0～70 cm；利用土鉆取土烘干的方法對上述2種方法加以校正。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2003進行統計分析，采用SPSS 19.0進行方差分析及Duncan’s多重比較，采用Origin Pro 9和CAD 2007軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 深埋秸稈對番茄生育期內日平均地溫的影響

2.1.1 春夏茬地溫變化 膜下滴灌條件下深埋秸稈番茄生育期內根部生長層土壤地溫的變化見圖2。從圖2可以看出，不同土壤深度地溫變化，不同土層深度地溫春夏茬生育期平均地溫呈波動上升，隨深度增加波動劇烈程度降低；波峰與波谷出現時間隨土壤深度增加呈現滯后現象。從同一深度的不同秸稈量處理來看，不同處理地溫變化趨勢一致；與CK比較，T1、T2、T3處理均有不同程度的增溫效果，各層土壤地溫均呈現T3處理增溫效果較好；不同處理在30 cm深埋秸稈層土壤的地溫差距最大。

2.1.2 秋冬茬地溫變化 從圖3可以看出，不同土壤深度地溫變化，不同土層深度地溫秋冬茬生育期平均地溫呈波動下降趨勢，與春夏茬變化趨勢相反，這主要受溫室內氣溫及太陽輻射的影響；地溫變化趨勢隨深度增加波動劇烈程度降低，波峰與波谷出現時間隨土壤深度增加呈現滯后現象，這與春夏茬變化規律一致，表明影響這二者變化的主要因素為土層深度。從同一深度的不同處理來看，T1、T2、T3處理與CK比較，地溫略有降低。

2.1.3 不同處理地溫積溫 春夏茬5月1日至5月30日，秋冬茬10月21日至11月19日番茄(苗齡80～110 d)不同處理不同土壤深度地溫積溫變化情況見表2。從表2可以看出，不同深度地溫積溫與CK比較，春夏茬番茄各處理地溫積溫均增溫顯著，不同深度增溫幅度大小依次為30 cm>15 cm>45 cm；秋冬茬番茄各處理地溫均顯著低于CK處理，15 cm土壤深度變化幅度最大，其次是30 cm土壤深度，45 cm地溫變化幅度最小。

表2不同處理地溫積溫值

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.1.4 不同處理土壤含水率 各處理不同土層深度在灌水后2～4 d的平均含水率變化如圖4所示。可以看出，春夏茬與秋冬茬番茄土壤含水率較CK處理而言均有提高，30 cm土層土壤含水率升高最為明顯；春夏茬番茄各土層深度土壤含水率均表現為T1>T2>T3>CK；秋冬茬不同深埋秸稈處理番茄土壤含水率均高于春夏茬，15 cm土層土壤含水率較高，這主要是由于溫室內氣溫和小區覆膜的影響。可見，土壤含水率的增幅隨深埋秸稈量的增加逐漸減小，不同深度土層土壤含水率增幅最大的為30 cm土層，增幅最小的為45cm土層。

綜上所述，從不同土壤深度來看，15 cm土層地溫與土壤含水率隨深埋秸稈量增加變化趨勢相反，春夏茬不同處理地溫表現為T3>T1>T2>CK，而秋冬茬表現為CK>T3>T1>T2，同時受太陽輻射和埋設秸稈的影響，個別處理表現異常。30 cm處受外界因素影響相對較小，春夏茬和秋冬茬均呈現出隨秸稈量增加土壤含水率降低，而地溫剛好相反。45 cm土層與15 cm處趨勢相似。從2茬番茄土壤含水率對比來看，秋冬茬番茄各處理土壤含水率整體高于春夏茬，主要是由于秋冬茬番茄正值秋冬季節， 與春夏茬番茄相比而言太陽輻射量低、日照時數短，導致溫室內氣溫低，植株蒸騰作用降低，耗水量隨之減少。春夏茬番茄各處理與CK相比，土壤溫度提高0.59～1.48 ℃，同時土壤含水量增加2.03%～2.78%；秋冬茬番茄各處理與CK相比，土壤溫度降低0.51～0.79 ，但土壤含水量提高1.45%～2.02%。

2.2 深埋秸稈對不同時段地溫的影響

2.2.1 春夏茬地溫變化 膜下滴灌條件下深埋秸稈后對番茄根部生長層(0～50 cm)的地溫相對于無秸稈處理均有明顯差異。以番茄果實膨大期連續7 d地溫實測小時數據，對深埋秸稈后春夏茬番茄根部生長層 0～50 cm 的平均地溫進行分析，并對不同深埋秸稈量和無秸稈種植條件下的地溫日變化進行比較，結果見圖5。從圖5可以看出，不同處理平均地溫日變化呈現“S”形，隨土壤深度增加地溫變化幅度減小；從時間變化來看，15 cm土層各處理地溫日最大值出現在 18：00，日最小值出現在10：00，而30 cm土層地溫最大值出現在20：00，日最小值出現在11：00，呈現出延遲效應；從不同處理來看，不同土層變化趨勢一致，與CK比較，15、30 cm土層地溫T3處理增溫效果較好，而45 cm土層T2處理增溫效果較好。

2.2.2 秋冬茬地溫變化 從表3可以看出，秋冬茬番茄平均地溫日變化規律與春夏茬番茄地溫類似，與CK比較，T1、T2、T3處理地溫略有降低，且各土層深度T1處理日平均地溫最低。從相同土層深度不同時段地溫來看，與CK相比，秋冬茬番茄各處理地溫均有不同程度的增加，其中45 cm土層T2處理日平均地溫增溫最大，為0.44 ℃，T3處理30、15 cm土層日平均地溫增溫最大，分別為0.63、0.67 ℃；秋冬茬番茄T1處理日平均地溫最低，為13.44 ℃，T2處理最高，為13.86 ℃。從相同處理不同土層深度來看，地溫隨土壤深度增加逐漸降低；日最高溫出現時間隨土層深度增加而后移，這與北方冬季滴灌溫室土壤溫度變化規律及影響因素分析得出的不同灌水處理各土層最高溫度出現時間隨土層深度的增加依次推遲研究結果[6]一致。

2.3 番茄根區地溫日最大變幅比較

土壤剖面地溫的日變幅值指在0～50 cm深度內地溫的最大值與最小值之差。 從表3可以看出，春夏茬最大日變幅出現在10：00，為3.81～4.32 ℃，最小變幅發生在18：00，變幅為1.67～2.77 ℃；秋冬茬最大日變幅出現在18：00，2.25～3.10 ℃，最小變幅發生在10：00，變幅為0.65～1.50 ℃。不同深埋秸稈量處理日變幅變化規律基本一致，隨深度增加而減小，15 cm的日變幅最大，30、45 cm日變幅趨于平緩。從不同深度土壤溫度日變幅擬合回歸及相關系數來看，不同深埋秸稈處理條件下，春夏茬番茄在10：00各處理地溫與土層深度相關系數最大，18：00最小；而秋冬茬番茄不同處理最大相關系數出現在不同時段，T1、T2處理出現在18：00，T3、CK處理出現在14：00。就不同處理日平均相關系數而言，春夏茬番茄T2處理相關系數最大，為0.992 5，其次是CK、T3、T1處理；秋冬茬番茄CK相關系數最大，為0.976 8，其次是T3、T1、T2處理。從不同處理相關系數大小看，春夏茬番茄T2處理14：00、T3處理10：00以及秋冬茬番茄T1處理18：00土壤溫度變幅與土壤深度相關系數最大，為0.999 9，相關最密切，而春夏茬T1處理18：00及秋冬茬T2處理14：00相關系數最小，分別為 0.824 8、0.702 4。表明秸稈深埋量對土壤溫度日變幅與土壤深度的相關性有一定影響，其影響程度春夏茬略小于秋冬茬。

表3春夏茬與秋冬茬番茄不同時段地溫日變幅比較

注：表中T表示地溫。

3 結論與討論

深埋秸稈后春夏茬番茄各深埋秸稈處理與CK比較，0～50 cm 土層地溫均有所增加，T3處理較好；全生育期內地溫隨氣溫增加而波動上升，其波動劇烈程度隨土層深度增加而減小；各處理不同深度地溫平均值大小為T3>T2>T1>CK，T3、T2、T1處理分別高于CK 5.2%、3.0%、2.6%。秋冬茬番茄各深埋秸稈處理地溫略低于CK，各處理地溫高低排序為CK>T3>T2>T1，CK平均地溫分別高于T1、T2、T3處理0.43、0.45、0.72 ℃。

從春夏茬、秋冬茬番茄土壤含水率來看，各處理平均含水率隨秸稈量增加而降低，地溫呈現隨土壤含水率升高而降低趨勢，同時受太陽輻射和埋設秸稈的影響，個別處理表現異常；春夏茬番茄各處理土壤含水率和秋冬茬各處理比較，春夏茬均低于秋冬茬，主要由于秋冬茬番茄正值秋冬季節，相比種植春夏茬番茄時太陽輻射量低、日照時數短，導致溫室內氣溫低，植株蒸騰作用降低，耗水量隨之降低。綜合春夏茬、秋冬茬番茄種植時環境因素，將深埋秸稈時間改為秋冬茬番茄定苗前5～10 d，綜合植株生長指標、產量構成及番茄品質等指標有待進行進一步論證。

春夏茬番茄深埋秸稈處理地溫較CK略有增加，其中 45 cm 土層T2處理日平均地溫增幅最大，增溫0.44 ℃，30、15 cm土層T3處理日平均地溫增加最大，分別為0.63、0.67 ℃；秋冬茬番茄深埋秸稈處理中T1處理地溫最低，為13.44 ℃，T2處理最高，為13.86 ℃；春夏茬、秋冬茬地溫日變化中15 cm土層最低溫、最高溫分別出現在10、18時前后。而就相同處理不同土層深度而言，地溫隨土壤深度增加逐漸降低；日最高溫出現時間隨土層深度增加而后移。

深埋秸稈量對土壤溫度日變幅與土壤深度的相關性有一定影響，其影響春夏茬略小于秋冬茬。春夏茬番茄各處理相關系數排序為T2>CK>T3>T1；而秋冬茬番茄相關系數大小依次為CK>T3>T1>T2。不同深埋秸稈量處理日變幅變化規律基本一致，隨深度增加而減小，15 cm的日變幅最大，30、45 cm日變幅趨于平緩。

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