暗排技術對設施連作土壤改良及切花菊品質的影響①

張凱凱，趙 爽，陳慧杰，趙佳淼，江 涇，陳發棣，房偉民*

暗排技術對設施連作土壤改良及切花菊品質的影響①

張凱凱1,2，趙 爽1,2，陳慧杰1,2，趙佳淼1,2，江 涇1,2，陳發棣1,2，房偉民1,2*

(1南京農業大學園藝學院，南京 210095；2農業部景觀設計重點實驗室，南京 210095)

針對溫室、大棚等設施栽培條件下的土壤隨著連作年限的增加，土壤理化性狀變劣、養分比例失調、土壤次生鹽漬化加重、生產性能降低這一現象，采用暗管排水排鹽技術，在稻草還田(800 kg/hm2)配套措施條件下，研究了暗管不同埋管間距(2、4、6 m)對設施連作表層土(0 ~ 15 cm)有機質、速效養分(堿解氮、有效磷和速效鉀)、鹽分含量以及切花菊‘神馬’品質的影響。結果表明：暗排技術能明顯增強切花菊的根系活力，對切花菊主要品質(株高、莖粗、花徑、舌狀花數及生物量)的提高具有積極作用，其中4 m的埋管間距處理效果最佳；對土壤有機質和速效養分含量的提高效果埋管間距4 m處理顯著高于埋管間距2 m和6 m處理；暗排技術對于土壤的降漬排鹽作用明顯，可顯著降低表層土壤的含水量、電導率、全鹽量以及主要鹽分離子含量(Ca2+和SO2– 4)，并且隨著埋管間距的減小，降漬排鹽的效果越明顯。綜合比較分析各相關試驗結果，結合暗管埋設初期成本投入的考慮，4 m的埋管間距處理能最有效地改良設施連作土壤及提高切花菊的品質。

暗管排水排鹽技術；埋管間距；切花菊品質；土壤改良

菊花()原產于我國，是我國十大傳統名花和世界四大切花之一，占鮮切花總產量的30%[1]。由于切花菊種植經濟效益高，其設施化栽培面積以及規模化生產范圍不斷加大，連茬種植導致了嚴重的連作障礙。連作障礙土壤理化性狀變劣、養分比例失調、土壤次生鹽漬化加重、生產性能降低[2]。因此，改良設施切花菊土壤結構，提升切花菊土壤質量，提高切花菊產量及品質，進而促進設施土壤的可持續利用已成為切花菊設施生產亟待解決的關鍵問題和重要需求。

暗管排水排鹽技術是國際上鹽堿地治理的領先技術，其核心思路是通過埋設地下透水暗管，排除土壤中過多的水分，降低地下水位，并通過灌溉、降水等淋洗手段去除土壤中過多的鹽分，達到土壤改良的目的[3-5]。暗管排水排鹽技術可以有效地排水排澇，防治澇漬害的發生；可以有效地淋鹽洗鹽，提高土壤脫鹽速率，降低土壤含鹽量；可以有效降低地下水位，控制返鹽，防治鹽漬害的發生；還可以排除土壤中過多的水分，增加土壤的通氣空隙，調節土壤的水氣比例，改善土壤環境，促進植物的生長[6]。農田埋設暗管后，地下暗管排水取代地表明溝排水，可避免明溝排水占用大量耕地和邊坡塌陷的問題，減少了明溝的數量，提高了土地的利用率，便于農業機械作業[7]。發展至今，暗管排水排鹽技術通常被應用于防治土壤浸漬化、沼澤化和鹽堿化，尤其是在地下水埋深淺的鹽堿區得到大力推廣應用。有研究表明濱海鹽漬土地區埋設暗管可以顯著提高土壤脫鹽速率，增加脫鹽層深度，淡化表層地下水，為作物的生長創造良好的生長環境[8-9]。

目前，暗管排水排鹽技術的研究主要集中在大田暗管埋設下的水分轉化與水鹽運移規律[10-12]、暗管新材質新濾料的研發、暗管埋設參數的確定、暗管埋設方式的改進[13]等方面，對于溫室大棚等設施應用暗排技術的研究報道較少，暗排技術用于設施農業鮮見。本研究在連續多年單一種植切花菊的連棟大棚內施用暗管排水排鹽技術，通過研究不同暗管間距對切花菊‘神馬’的生長及設施連作土壤理化性質的影響，探討暗排技術在設施連作土壤上應用的可行性，以期為改良設施連作土壤及提高土地生產能力提供理論參考和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗條件及材料

試驗于南京農業大學“中國菊花種質資源保存中心”實驗基地的連棟塑料大棚中進行。該連棟大棚已經連續多年單一種植切花菊，土壤質量已嚴重下降。

供試切花菊‘神馬’為長勢均一的扦插生根苗，插穗由上海虹華園藝有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗設置2、4、6 m三個暗管間距，同時進行稻草還田(800 kg/hm2)作為配套措施。試驗處理包括：無暗管和無配套措施(CK)、無暗管和有配套措施(CK1)、暗管間距2 m和有配套措施(B2)、暗管間距4 m和有配套措施(B4)、暗管間距6 m和有配套措施(B6)5個處理。暗管采用直徑11 cm的PVC打孔波紋管，孔徑2 cm。暗管在2015年12月用荷蘭進口機械埋管，開溝深度0.6 m，使用砂濾料，制動埋管。

試驗地經機械翻耕整地起壟，壟高15 cm，壟寬80 cm，壟間行距55 cm。各處理選用長勢均一的扦插生根苗于2016年8月17日定植于壟上。各處理設3個重復小區，每個小區定植240株扦插苗，小區規格為每行定植8株，株距10 cm，行距10 cm，小區之間用20 cm隔離帶進行隔離。定植后進行正常水肥管理。

1.3 測定項目及方法

切花菊盛花時，從各處理3個重復小區中隨機選擇90株植株，測定切花菊的株高、莖粗、葉綠素、含氮量、花徑、舌狀花數、植株鮮重、生物量、根系活力。植株葉綠素及含氮量采用浙江托普儀器公司生產的植株養分速測儀TYS-3N在田間進行測定(葉綠素含量為SPAD值)。植株根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法測定[14]。

切花菊采收前隨機多點采集表層土壤樣品，采樣深度均為0 ~ 15 cm，混勻，經自然風干后磨碎，過1 mm篩，進行相關指標的測定。土壤含水量采用烘干法測定[15]；電導率采用上海儀電雷磁DDS-307 型電導率儀測定；有機質含量采用電熱板加熱-重鉻酸鉀容量法測定；堿解氮含量采用堿解擴散法測定；有效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火焰光度計法測定[16]；全鹽量用殘渣烘干-質量法測定；K+、Na+采用火焰光度計法測定；Ca2+、Mg2+利用 EDTA 滴定法測定；CO2– 3、HCO– 3利用雙指示劑-中和滴定法測定；Cl–利用硝酸銀滴定法測定；SO2– 4利用 EDTA間接絡合滴定法測定[16]。

所有指標均進行3次重復測定。

1.4 數據統計與分析

采用Excel 2007對試驗數據進行統計與整理，采用SPSS20軟件對數據進行單因素方差分析和差異顯著性檢驗(SSR法，<0.05)。

2 結果

2.1 暗排技術對切花菊根系活力和品質的影響

由圖1可知，相比CK處理，其余4個處理(CK1、B2、B4、B6)切花菊根系活力均有顯著性增加，CK處理切花菊根系活力最低，為163.2 μg/(g·h)。與CK處理相比，不同埋管間距 (B2、B4和B6) 處理根系活力分別提高36.1%、37.3%、33.1%，其中，B4處理對于提高切花菊根系活力最為明顯，B6處理根系活力低于B2和B4處理，但顯著高于CK1處理，表明暗管技術配合稻草還田管理對根系活力的影響要強于單一稻草還田管理。

(不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下圖同)

切花菊品質是一個綜合的概念，涉及指標眾多，評價難度較大。為了明確不同埋管間距對切花菊品質的影響，本研究從植株花、莖、葉3個方面的相關指標進行切花菊品質評價。由表1可知，與CK處理相比，其余處理切花菊品質各項指標均有提高。其中B4處理對切花菊品質影響最大，對切花菊株高、莖粗、葉綠素含量、花徑、舌狀花數等指標有顯著提高，分別提高22.2%、17.0%、13.9%、9.0 %、35.1 %。不同埋管間距(B2、B4和B6) 處理間只有生物量指標達顯著差異水平(< 0.05)，B4處理的生物量顯著高于B2和B6處理，達9.54g/株；與單一稻草還田(CK1)處理相比，B4處理在株高、花徑和生物量指標上顯著提高，說明暗管排水排鹽技術可以有效地促進植株的生長從而提高切花菊的品質。

表1 不同埋管間距對切花菊品質的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)，下同。

2.2 暗排技術對表層土壤基本性質的影響

土壤有機質作為土壤中最活躍的成分，能夠為作物提供養分，是評價土壤肥力高低的重要指標之一。由圖 2 可見，CK 處理有機質含量最低，為31.57 g/kg，但采取稻草還田配套措施后，有機質含量顯著提高，即 CK1 處理為38.51 g/kg。與 CK處理相比，B2、B4 和 B6 處理的有機質含量顯著提高。其中，B4 處理的土壤有機質含量最高，且有機質含量顯著高于B2和B6處理，說明3個暗管處理中暗管間距為4 m的處理對土壤有機質含量的增加效果最為明顯。

由圖2 可見，與 CK 相比，采取稻草還田配套措施后，CK1 的速效鉀和有效磷含量顯著提高，堿解氮含量無顯著變化，表明單一的稻草還田處理可以顯著地增加土壤速效鉀和有效磷的含量；與 CK 相比，暗排技術(B2、B4 和 B6)處理的有效磷和速效鉀含量均顯著增加，其中B4處理的有效磷和速效鉀含量最高，分別為44.82 mg/kg和330.01 mg /kg，但B2和B6處理有效磷和速效鉀含量顯著低于CK1。暗排技術(B2、B4 和 B6)處理中只有B4處理的堿解氮含量相比于CK顯著提高，達到159.60 mg/kg，表明當暗管間距為4 m時搭配稻草還田處理能更有效地提高土壤有效磷、速效鉀和堿解氮的含量，對于表層土壤速效養分的增加效果最好。

CK 處理的表層土壤含水量最高，為223.3 g/kg。暗排技術處理(B2、B4 和 B6)的土壤含水量顯著低于CK處理，分別降低87.7、83.3和63.3 g/kg。其中B2處理的土壤含水量最低，B4處理次之，但處理之間差異不顯著；與CK1處理相比，B2和B4處理的土壤含水量顯著降低，B6處理的土壤含水量顯著增加，說明暗管間距為2 m或4 m時搭配稻草還田措施能更有利于暗管排水作用從而降低表層土壤含水量。

圖2 不同埋管間距對表層土壤基本性質的影響

2.3 暗排技術對表層土壤鹽分指標的影響

由圖3可知，與 CK 處理相比，各處理土壤電導率(EC)顯著降低，表明暗排技術及稻草還田配套措施可以對于降低土壤電導率具有積極作用。其中施用暗排技術(B2、B4 和 B6)處理表層土壤電導率低于CK1處理，而且不同暗管間距的降低幅度為2 m>4 m>6 m。可見，暗排技術配施稻草還田處理對土壤電導率的影響更大，且暗管間距越小土壤電導率降低越多。

土壤全鹽量的變化可以判斷土壤的鹽漬狀況和鹽分動態。由圖3可見，與 CK 處理相比，CK1處理土壤全鹽量降低顯著，說明稻草還田配套措施對于降低表層土壤含鹽量起積極作用。與CK 處理相比，B2、B4 和 B6處理全鹽量均顯著下降，分別降低了299.9、264.3和268.1 mg/kg。而且B2、B4 和 B6處理全鹽量低于CK1處理，其中B2處理表層土壤全鹽量最低。可見，暗排技術對土壤全鹽量有改善作用，不同暗管間距的改善效果為2 m>4 m>6 m。

由表 2 可知，研究區土壤的主要陽離子為Ca2+和Na+，陰離子主要為與HCO– 3和SO2– 4。與CK 處理相比，CK1 處理陰離子中SO2– 4和CO2– 3含量均下降顯著，HCO– 3和Cl–處理含量顯著增加，而陽離子中除K+有所增加外其他離子均明顯下降，說明稻草還田配套措施可有效降低表層土壤陽離子含量。與 CK1 處理相比，施用暗排技術的(B2、 B4 和 B6)處理除HCO– 3和Mg2+外其他離子均顯著下降，其中SO2– 4的含量為B2>B6>B4，Ca2+的含量為B4>B6> B2，Na+的含量為B4>B2>B6。可見，暗管技術搭配稻草還田措施更有利于降低表層土壤鹽分離子含量。

圖3 不同埋管間距對表層土壤電導率和全鹽量的影響

表2 不同埋管間距對表層土壤鹽分離子組成的影響

3 討論

暗管排水是相對于明溝而言的。長期以來，我國農田普遍采用明溝排水，明排存在溝坡不穩定、溝道淤積、占用耕地、易生雜草等諸多問題。20世紀60年代，河南、江蘇等省率先開展暗管排水試驗。此后，該技術逐漸由排水發展至降漬排鹽雙重功能，并作為我國改良土壤鹽漬化的一項重要工程措施，在濱海鹽堿土、干旱半干旱地區鹽堿土、蘇打鹽堿土、大棚次生鹽堿土、澇漬土等不同類型土壤的多個地區開展了不同程度的應用研究[17]。多位學者開展了田間排水降漬效果試驗研究，結果均表明，應用暗排技術可改善土壤質量進而提高水稻、小麥、棉花等農作物的產量和品質[18-20]。本研究結果發現，暗排技術對于切花菊‘神馬’的根系活力的增強具有積極作用，增強了切花菊的根系活力進而影響地上部分的長勢。在莖、葉和花上相關指標均有不同程度的提高進而增強切花菊的整體品質，經濟效益增大。這與暗排技術對土壤有效的改良作用息息相關。本研究結果表明，4 m間距暗管排水可以降低地下水位和地下水礦化度，提高土體脫鹽效果最佳, 與魏開基等[21]的研究結果相符。

土壤有機質是土壤肥力的最重要因子，是土壤質量的核心表現。其能夠提供作物養分，起到保水、保肥和緩沖作用，能夠促進團粒結構的形成，改善土壤物理條件[22]。本研究結果表明，暗排技術可以增加土壤有機質的含量，并且不同暗管間距之間增幅不一，當暗管間距為4 m時土壤有機質含量增加最多。這與田玉福等[23]關于在改土基礎上暗管間距小于20 m處理對表層土壤滲透性和土壤有機質含量有顯著改善作用的研究結果一致。土壤養分是土壤肥力的重要物質基礎，農作物吸收的氮磷鉀絕大部分是從土壤中吸收的。其中，速效養分是指堿解氮、有效磷、速效鉀。在李曉華[7]的研究中，暗管排水可以增加土壤有機質量，降低土壤全氮量，增加土壤全磷量，增加土壤速效氮、磷、鉀含量。本研究發現，在稻草還田配套條件下暗管間距為4 m時土壤中堿解氮、有效磷和速效鉀的含量分別提高9.27%、271.34% 和100%，這一結果表明4 m暗管間距排水能明顯改善土壤肥力，這是由于暗管排水處理后研究區土壤條件得以改善，微生物新陳代謝加強，有效微生物對秸稈中養分的釋放具有一定促進作用，從而使得有機質含量和速效養分含量也逐步增加[24]；2 m 和6 m暗管間距排水處理土壤堿解氮含量有所下降，這是由于4 m暗管間距排水處理后植株根系活力和土壤有機質含量高于2 m 和6 m暗管間距排水處理，有機質含量的高低直接影響堿解氮的含量，堿解氮含量隨著有機質含量的增加而增加[25]，以及植物根系的吸收作用等綜合作用的結果[26]。

土壤電導率(EC)是鹽分脅迫程度的強度指標，反映了土壤含鹽量的大小，根據水鹽運移規律，土壤中的鹽分主要是隨水分而運動。許多研究者認為，暗管埋設可以有效地控制地下水位，并且可以截流排除入滲水，有利于土壤脫鹽[27-29]。本研究表明，埋設不同間距的暗管均可降低表層土壤的含水量、電導率和全鹽量，具有有效的排水和降鹽作用。其中土壤含水量、電導率和全鹽量均隨暗管間距的減小而降低。上述結果表明，暗管間距越小，降漬排鹽效果越明顯。對于表層土壤水溶性鹽基離子施用暗排技術的處理(B2、B4 和 B6)可使除HCO– 3和Mg2+外其他離子均顯著下降，HCO– 3和Mg2+含量不降反升一方面可能由于土壤對其有很強的吸附性，不易于向下淋洗[30]，另一方面可能隨著暗排技術的應用使土壤微生物環境得到明顯改善，植物根系活動所釋放的有機酸和酶類物質對土壤中MgCO3的活化作用，使得土壤中的Mg2+含量增加且土壤pH降低，H+增多，CO2– 3與H+結合生成HCO– 3，導致離子含量升高[31]。但是，在一定區域范圍內，間距的縮小勢必會增加暗管的數量、增大一次性投資，同時也相應增加后期的維護、管理費用，因此，最佳間距的確定，必須合理平衡降漬效果和資金投入的矛盾。暗排技術因各地區的排鹽降漬需求各不相同，因此不宜制定統一的技術標準。但本研究結果可為今后制定具有地區適宜性的暗管間距及相應配套技術的技術標準和實施規程提供重要的理論參考。

4 結論

稻草還田條件下施用暗排技術可顯著增加設施連作土壤表層有機質和速效養分(堿解氮、有效磷和速效鉀)的含量，增強切花菊根系活力，且降漬排鹽效果明顯，從而促進切花菊品質的提高。不同埋管間距處理之間的降漬脫鹽效果有差異，埋管間距越小效果越明顯；不同埋管間距對土壤有機質和速效養分影響顯著，埋管間距為4 m時，土壤有機質和速效養分含量顯著高于2 m和6 m，且切花菊根系活力最大。綜合考慮，稻草還田條件下施用暗排技術，4 m的埋管間距可有效改良設施連作土壤及提高切花菊品質。

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Effect of Subsurface Pipe Drainage System on Greenhouse Soil Improvement and Cut Chrysanthemum Quality in Continuous Cropping System

ZHANG Kaikai1,2, ZHAO Shuang1,2, CHEN Huijie1,2, ZHAO Jiamiao1,2, JIANG Jing1,2, CHEN Fadi1,2,FANG Weimin1,2*

(1 College of Horticulture, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China; 2Key Laboratory of Landscape Design, Ministry of Agriculture, Nanjing 210095, China)

With the increase of continuous cropping years, the physical and chemical properties of greenhouse soil is deteriorating, the proportion of nutrients is out of balance gradually, the secondary stalinization of soil is increasing, and the production performance is reducing more and more seriously.In this study, under the condition of straw returning to field at 800 kg/hm2, the subsurface pipe drainage system was used to investigate the effects ofdifferent pipe spacing (2, 4 and 6 m) on organic matter content, available nutrients (available nitrogen, available phosphorus and available potassium) and salt content in surface soil (0–15cm) as well as the quality of cut chrysanthemum ‘Jimba’. The results showed that the subsurface pipe drainage system significantly enhanced the root activity of cut chrysanthemum and had a positive improvement in the quality of cut chrysanthemum (plant height, stem diameter, flower diameter, ray floret number and shoot dry weight). Among thetreatmentsevaluated, 4 m pipe spacing treatment improved soil organic matter and available nutrient contents more significantly compared with 2 m and 6 m pipe spacing treatments. 4 m pipe spacing not only had positive effectson groundwater depth controlling and desalination, but also had significant effect on reducing water content, electrical conductivity, total salt content and the main salt ions contents (Ca2+and SO2– 4) in the surface soil. With the decrease of buried pipe spacing, the effects of groundwater depth controlling and desalination became more obvious. Combined with the initial cost of embedded buried pipe into account, the treatment of 4 m pipe spacing is regarded as the most economical way to improve both soil and cut chrysanthemum qualities in continuous cropping greenhouse.

Subsurface pipe drainage system;Subsurface pipe spacing;Cut chrysanthemum quality; Soil Improvement

S144.1；S482.2

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.020

張凱凱, 趙爽, 陳慧杰, 等. 暗排技術對設施連作土壤改良及切花菊品質的影響. 土壤, 2020, 52(1): 139–144.

江蘇省產學研前瞻性聯合研究項目(BY2016077-06)，江蘇省農業三新工程項目(SXGC2017280)，江蘇省農業科技自主創新資金項目(CX161025)和中央高校基本科研業務費專項項目(KYCYL201501)資助。

張凱凱(1993—)，男，山東臨沂人，碩士研究生，研究方向為觀賞植物土傳病害防控及連作土壤改良。E-mail：2015104103@njau.edu.cn