灌水量及灌水pH值對寧南山區土壤養分及芹菜產量品質的影響

祁煥軍，雷曉婷，雷金銀，王 銳，紀立東，楊 洋，尹志榮，周麗娜

（1.寧夏大學農學院，銀川750021；2.寧夏農林科學院農業資源與環境研究所，銀川750002）

0 引 言

寧夏南部山區地處黃土高原六盤山北麓清水河畔，因適宜的氣候條件，種植出的蔬菜肉厚纖維嫩，品質優良而馳譽國內外，成為全國優質冷涼蔬菜的產區之一。截止2018年，固原市冷涼蔬菜種植總面積約3.33 萬hm2。主要分布在固原市原州區、西吉縣、彭陽縣、隆德縣等地[1]。其中西吉縣以發展芹菜、胡蘿卜等為主的特色冷涼蔬菜，成為當地經濟發展的特色支柱產業之一。然而，寧南山區干旱少雨、水資源短缺一直成為當地農業發展的制約因素，蔬菜相對于其他作物耗水量較大，因此如何實現蔬菜產業的高效節水與優質高產協同成為當地冷涼蔬菜迫切解決的技術難題，也是破解水資源短缺與利用率不高、土壤養分有效性低和化肥施用量高矛盾的重要課題。韋彥[2]研究表明，與農民傳統畦灌相比，下浮灌溉量40%?50%均能實現溫室黃瓜增產，提高其品質，黃彩霞[3]研究表明，與當地傳統灌溉量相比，灌溉量降低13.4%～31.1%，能使玉米增產9.2%～38.8%，過量灌溉一方面導致大量水資源無效蒸發和深層滲漏損失，畦灌下蒸騰、蒸發和滲漏（以下） 中的分配比例分別為17%～44%、11%～18%和41%～62%，土壤貯水約占2%～8%。另一方面造成減產和品質下降。尹志榮[4]研究表明，灌水量對寧南山區芹菜產量和品質的影響達到極顯著水平，相對于傳統漫灌，節水控灌既能保證芹菜的正常生長和產量，又能夠促進芹菜長勢，提高產量和蛋白質、維生素含量，且不會增加芹菜中硝酸鹽含量，適宜的滴灌制度有利于作物根系健康發育。同時，土壤pH 值被認為是土壤物理、化學、生物特性變化的主控因子，顯著影響著與作物生長發育和品質緊密相關的土壤物理結構形成、土壤養分吸收運移、土壤生物演變過程。Budiman Minasny[5]、Walter[6]、Kerley[7]等人研究表明，土壤pH 值過低或過高都會影響作物養分吸收和根系發育，降低作物產量，Catherine Tremblay[8]、Dora Neina[9]等人提出藍果忍冬適宜的土壤pH 值為5.9～6.5。冷芬[10]研究表明，何首烏葉片葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率在土壤pH為4.5～9.5范圍內，均呈現先增加后降低的趨勢，適宜種植的土壤pH 為6.5～7.5。當前，關于蔬菜需水規律、灌溉上下限、灌溉制度以及土壤pH等方面做了大量研究，但是對于圍繞土壤性質，開展灌水量與灌水pH 值調節及其對適宜灌水量、土壤養分、蔬菜產量品質的影響，實現水土協同高效利用等方面的研究較少。鑒于此，本文以西吉芹菜（Apium graveolens L）為研究對象，探討不同灌水量和灌水pH 值對寧南山區土壤養分、芹菜生長發育和產量品質的影響，為構建寧南山區冷涼蔬菜產業高效節水的水分精準管理技術提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

田間試驗于2020年4?9月在寧夏固原市西吉縣硝河鄉關莊村（35°53'10.6″N、105°52'54.9″E）進行。氣候條件光照充足，晝夜溫差大，平均年降雨量350～500 mm、平均蒸發量[11]1 482.3 mm、年平均氣溫8.3 ℃、年光照時長3 000～3 200 h。試驗地土壤為黑壚土，耕層（0～20 cm）土壤化學性質如表1所示。

表1 耕層土壤化學性質Tab.1 Chemical properties of topsoil

1.2 試驗設計

試驗以芹菜為研究對象，供試品種是由寧夏科泰種業提供的“加州王”，采用二因素裂區試驗（見表2），主區設置3種不同灌水量，W1（CK）：3 150 m3/hm2，W2：2 700 m3/hm2，W3：2 250 m3/hm2，均采用滴灌系統灌溉，灌水量由水表控制。副區設置3 種不同灌水pH 值，B1（CK）：當地灌水pH=8.07，B2：pH=6.0，B3：pH=4.0，用檸檬酸進行灌水pH 值調節。試驗重復3次，共計27個小區，每個小區面積約55m2（長10 m×寬5.5 m），小區之間安裝PP板（深度1 m）防止串水。田間采用壟作方式種植，壟寬1.2 m，溝寬0.2 m，株行距為5 cm×15 cm，每壟8 行，每2 行鋪設1 條滴灌帶。施肥采用自制水溶肥（N?P2O5?K2O 配比為18?10?8），施肥量為540 kg/hm2，基肥占70%，追肥占30%，分別在葉叢生長期、心葉肥大初期和心葉肥大中期以1∶2∶1 的比例分3 次施肥。田間管理與當地保持一致。

表2 灌水量與灌溉水pH值試驗設計 m3/hm2Tab.2 Experimental design of irrigation amount and pH value of irrigation water

1.3 測定項目及測試方法

土壤養分指標：分別在種植前和收獲后用土鉆按照“X”法，采取表層0～20 cm 土壤樣品，土壤有機質采用K2Cr2O7容量法－外加熱法[12]；堿解氮采用堿解擴散法[13]；有效磷采用NaHCO3浸提?分光光度計法[14]，速效鉀采用乙酸氨浸提?火焰光度計法[15]；土壤pH 值用pHs－2C 型數字酸度計測定，水土比為5∶1。

芹菜生理指標：在心葉肥大初期使用Li?6400 型光合儀測定光合參數，采用手持502 型SPAD 儀測定葉綠素。芹菜產量品質測定：產量在收獲期間按小區實收實測；收獲后采取植株樣品測定芹菜品質，Vc 含量采用改進的2，6?二氯靛酚滴定法測定；粗纖維含量采用酸堿消煮+粗纖維測定儀測定；還原性糖含量采用斐林試劑比色法測定。

1.4 數據處理方法

采用Microsoft Excel 2010 進行數據處理，Origin 2018 用于作圖和方差統計分析（Turkey檢驗）。

2 結果與分析

2.1 灌水量與灌水pH值對土壤養分的影響

土壤養分是保證芹菜產量與品質的重要營養基礎，而水對土壤養分的釋放、提高植物對養分的吸收利用具有重要的作用。通過灌水量與灌水pH 值對土壤養分影響的分析表明，灌水量對土壤pH 值影響不顯著（p＞0.05），對土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀等養分影響極顯著（p＜0.01）（見表3）。其中土壤pH 值隨著灌水量的減少而增加，而土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀則均隨著灌水量的減少而降低（見表4）。由此表明，灌水量的多寡對于土壤有效養分的釋放和固定具有重要的作用。灌水pH 值對土壤pH 值、土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀影響顯著（p＜0.01）（見表3），土壤pH 值隨著灌水pH 值降低而降低，與對照B1相比，B2和B3處理下土壤pH 值分別平均下降0.2 和0.3 個單位，而土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀隨著灌水pH 值的降低先增加后降低，B2處理下土壤養分最高（見表4）。灌水量與灌水pH值的交互作用除對土壤pH 值影響不顯著外（p＞0.05），對其余養分的影響極顯著（p＜0.01）（見表3）。表明對于寧南山區堿性土壤，土壤養分在高灌水量和灌水pH 值為6.0 的綜合作用下才能更加有效釋放，提高養分的利用效率。

表3 灌水量與灌水pH值對芹菜田耕層（0～20 cm）土壤化學特性影響方差分析表Tab.3 Analysis of variance of effects of irrigation amount and pH value on soil chemical properties of cultivated layer (0～20 cm)in celery field

表4 灌水量與灌水pH值對芹菜田耕層（0～20 cm）土壤養分特征的影響Tab.4 Effects of irrigation amount and pH value on Soil Nutrient Characteristics of celery field plough layer (0～20 cm)

2.2 灌水量與灌水pH值對芹菜株高的影響

灌水量與灌水pH 值對芹菜生長影響顯著，由圖1可知，灌水量越大芹菜株高越高，不同生育時期芹菜株高均表現為W1處理高于W2和W3。灌水pH 值對芹菜株高的作用效果顯著受灌水量的影響，W1處理下，B2處理株高最高，B3次之，B1最低；W2處理下，B2處理株高最高，B1次之，B3最低；W3處理下，B2處理株高最高，B1次之，B3最低，表明隨著灌水量的增大，灌水pH值弱酸處理效果最佳，而灌水量減少，灌水pH值越低，反而不利于芹菜生長。

圖1 灌水量與灌水pH值對芹菜株高的影響Fig.1 Effect of irrigation amount and pH value on plant height of celery

2.3 灌水量與灌水pH值對芹菜生理特征的影響

灌水量和灌水pH 值均對芹菜的葉綠素SPAD 值和凈光合速率的影響極顯著（p＜0.01）。由圖2和圖3可知，葉綠素SPAD 值和凈光合速率均隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3平均分別增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%。葉綠素SPAD值和凈光合速率均隨著灌水pH 值降低而先增加后降低，B2處理下均最高，表明灌水pH 值過高或過低，均不利用芹菜的生理過程。葉綠素SPAD 值的灌水量與灌水pH 值交互作用不明顯（p＞0.05），凈光合速率的灌水量與灌水pH 值交互作用極顯著（p＜0.01）。

圖2 灌水量與灌水pH值對芹菜SPAD值的影響Fig.2 Effects of irrigation amount and pH value on SPAD value of celery

圖3 灌水量與灌水pH值對芹菜凈光合速率的影響Fig.3 Effects of irrigation amount and pH value on net photosynthetic rate of celery

2.4 灌水量與灌水pH值對芹菜產量的影響

從灌水量與灌水pH 值對芹菜產量的影響來看，灌水量對芹菜產量影響顯著（p＜0.01）（見圖4），且隨著灌水量的增加而增加（見圖4），相比W2、W3，W1使產量分別平均增加5.6%、34.7%；灌水pH 值對芹菜產量影響顯著，B2處理下均最高，分別比B3、B1增加29.1%、7.0%。灌水量與灌溉水pH值對產量的交互作用顯著（p＜0.05）。

圖4 灌水量與灌水pH值對芹菜產量的影響Fig.4 Effects of different irrigation amount and pH value on celery yield

2.5 灌水量與灌水pH值對芹菜品質的影響

水是影響種植作物品質形成的重要因素。試驗表明灌水量與灌水pH 值對芹菜Vc、總糖和粗纖維等品質影響極顯著（p＜0.01，見表5）。由表6可知，芹菜Vc、總糖含量隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3處理Vc、總糖含量分別平均增加2.3%和9.6%、4.9%和6.3%；粗纖維含量反之，隨著灌水量的增加而降低W1比W2、W3處理分別降低7.1%、13.7%。芹菜Vc、總糖含量隨著灌水pH 值的降低先增加后降低，與B1、B3處理相比，B2處理提高極顯著，分別提高9.1%和15.1%、6.0%和13.2%，粗纖維含量隨灌水pH 值的降低先降低后增加，與B1、B3處理相比，B2處理降低極顯著，分別降低25%、30.2%。其中灌水量與灌水pH 值對芹菜Vc、總糖含量的交互作用影響極顯著（p＜0.01），對粗纖維含量交互作用不顯著（p＞0.05）。

表5 灌水量與灌水pH值對芹菜品質特征影響方差分析表Tab.5 Variance analysis of effects of irrigation amount and pH value on celery quality characteristics

表6 灌水量與灌水pH值對芹菜品質的影響Tab.6 Effects of different irrigation amount and water pH on celery quality

3 討 論

水是影響作物生長發育的重要因素，土壤養分作為支持作物健康生長的營養基礎，受灌水量、灌水pH 值的影響顯著。龐喆[16]研究表明對于弱鹽堿土適當增大灌水量可以起到一定的淋洗作用，從而降低土壤pH 值；單忠英[17]研究表明在一定范圍內隨著灌水量的增加土壤肥力也呈現上升的趨勢。鄒佳玲[18]研究得出，隨著灌水pH值的降低，土壤pH值也隨之降低；Ahmed[19]、于秀麗[20]等人研究得出偏堿性土壤在一定范圍內降低灌水pH 值可以提高土壤養分。本試驗結果表明降低灌水pH 值可以提升土壤肥力。本試驗研究結果可以得出，在一定范圍內，增加灌水量、降低灌水pH值可以提高土壤肥力。

生理特征是植物生長的基礎，是產量和品質形成的重要影響因素。生理特征對于水分供應和土壤環境的影響高度敏感。寶哲[21]研究發現高水分處理比中、低水分處理下植株的株高有明顯的增高作用；張吉孝[22]研究表明增加灌水定額能促進馬鈴薯株高、葉面積等，并且總體表現為灌水定額較大的處理各項指標均大于灌水定額較小的處理；呂寧[23]、唐光木[24]等人研究表明隨著灌水量的增加玉米株高、葉綠素SPAD 值都隨之增加。Ahmed 研究證明針對偏堿性土壤，降低灌水pH 值可以提升梨樹的葉綠素含量、增加梨樹的莖粗。本試驗研究結果表明：灌水量為W1時，芹菜生育進程加快，株高明顯高于其他兩個處理；隨著灌水量的增加，芹菜株高、葉綠素SPAD值、凈光合速率等均有所增加。本試驗研究結果還表明，灌水pH 值為B2時，與其他兩個處理相比，芹菜葉綠素SPAD 值、凈光合速率、株高都有所增長。

產量和品質是水分管理的最終體現。許曉瑞[25]研究發現在一定范圍內隨著灌水量的增加，芹菜的總糖、Vc 含量、產量等也隨之增加。馮嚴明[26]研究表明，高水水平下能夠顯著提高夏玉米產量；姚佳賓[27]研究表明，灌水下限過低會對油葵的生長形成嚴重的水分脅迫，導致油葵產量降低。仲維君[28]研究結果表明，偏堿性土壤降低灌水pH 值，可以提高水稻產量和品質。本試驗研究結果表明灌水量為W1時，芹菜的總糖、Vc 含量、產量明顯高于其他兩個處理，而灌水量為W3時，芹菜品質、產量各項指標均有明顯的下降；一定范圍內降低灌水pH值可以提高芹菜產量，同時也可以提升芹菜的品質。

綜上所述，依據土壤類型和性質，選擇合理的灌水制度和灌水pH 值，才能活化土壤養分，提高水分利用效率，促進作物生長，提高作物品質。本文由于試驗設計灌水量梯度較少，初步得出結論，關于灌水量對土壤性質的影響還有待進一步的深入研究。

4 結 論

（1）灌水量與灌水pH 值對土壤養分含量影響顯著。土壤pH 值隨著灌溉量的減少而增加，而土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀則均隨著灌溉量的減少而降低。土壤pH 值隨著灌溉水pH降低而降低，與對照B1相比，B2和B3處理下土壤pH分別平均下降0.2和0.3，而土壤有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀隨著灌溉水pH 值的降低先增加后降低，B2處理下土壤養分最高。

（2）灌水量與灌水pH 值對芹菜生長生理特征影響顯著。芹菜株高均表現為W1處理高于W2和W3。灌水pH 值對芹菜株高的作用效果顯著受灌水量的影響，隨著灌水量的增大，灌水量pH 弱酸處理效果最佳，而灌水量減少，灌水pH 值越低，反而不利于芹菜生長。葉綠素SPAD 值和凈光合速率均隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3平均分別增加4.0%、5.9%和6.6%、11.5%。葉綠素SPAD 值和凈光合速率均隨著灌溉水pH降低而先增加后降低，B2處理下均最高。

（3）灌水量與灌水pH 值對芹菜產量品質影響顯著。芹菜產量隨著灌水量的增加而增加（見圖4），相比W2、W3，W1使產量分別平均增加5.6%、34.7%；灌水量為W1、灌水pH 值為B2時產量最高。芹菜Vc、總糖含量隨著灌水量的增加而增加，W1比W2、W3處理Vc、總糖含量分別平均增加2.3%、9.6%和4.9%、6.3%；粗纖維含量反之，隨著灌水量的增加而降低W1比W2、W3處理分別降低7.1%、13.7%。芹菜Vc、總糖含量隨著灌水pH 值的降低先增加后降低，與B1、B3處理相比，B2處理提高極顯著，分別提高9.1%、15.1%和6.0%、13.2%，粗纖維隨著灌水pH 值的降低先降低后增加，與B1、B3處理相比，B2處理降低極顯著，分別降低25%、30.2%。