滴灌水量對設施土壤養分分布和黃瓜養分吸收的影響

張澤錦，王力明，唐麗*，李躍建

滴灌水量對設施土壤養分分布和黃瓜養分吸收的影響

張澤錦1,2，王力明1,2，唐麗1,2*，李躍建3

（1.四川省農業科學院 園藝研究所/蔬菜種質與品種創新四川省重點實驗室，成都 610066；2.農業農村部西南地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，成都 610066；3.四川省農業科學院，成都 610066）

【】探討滴灌水量對設施土壤養分分布和黃瓜果實養分吸收的影響。以“川翠13號”黃瓜品種為試驗對象，在大棚內進行膜下滴灌試驗，設置5個灌水量處理，分別控制土壤體積含水率在25%～30%（T1）、35%～40%（T2）、45%～50%（T3）、55%～60%（T4）、65%～70%（T5），探討了不同滴灌水量對設施土壤養分分布和黃瓜養分吸收的影響。隨著灌水量增加，土壤硝態氮、有效磷和速效鉀均有下滲，黃瓜產量逐漸增加，其中，T5處理的產量最高，與T1處理相比，增加了55.60%；T4處理的黃瓜果實養分積累量和吸收率均為最高，N、P2O5、K2O積累量分別比T1處理增加了58.23%、46.53%和48.25%，N、P2O5、K2O吸收率分別為30.95%、7.74%和57.62%。最佳滴灌水量是3 288.60 m3/hm2（T4處理），在黃瓜目標產量一定的前提下，適當的提高灌水量，可以提高養分吸收率，達到以水促肥，減少化肥施用的目的。

滴灌水量; 土壤養分; 黃瓜; 產量; 養分吸收率

0 引 言

【研究意義】隨著經濟社會的不斷發展，人民生活水平日漸提高，對設施蔬菜的需求量也迅速增加，據農業部門公布的數據顯示，我國在2016年設施蔬菜面積已達391 hm2，產量達2.52億t，設施蔬菜已經成為了我國蔬菜產業中的主力軍，為我國蔬菜的周年供應起了重要作用。但蔬菜灌溉施肥過程中肥水量過大，肥料利用率低已經成為我國蔬菜生產中存在的首要問題。過量的灌溉施肥不僅造成設施土壤連作障礙加劇，還導致了環境污染，嚴重地影響設施蔬菜產業綠色健康發展[1]。【研究進展】黃瓜（L.）是設施栽培的主要蔬菜之一，含水率在90%以上，生長過程中需水量較大，且對土壤含水率非常敏感。因此，水分對設施黃瓜的生長發育影響顯著。近幾年，對設施黃瓜灌溉水調控方面的研究較多，但多集中在對黃瓜產量、品質及水分利用率等方面的研究。例如，EL-ATAWY[2]研究了灌水量為耗水量的100%、90%、80%和70%對黃瓜生長和水分利用率的影響，發現90%的耗水量灌溉可提高黃瓜生長、產量和水分利用效率。李清明等[3]對不同栽培季節、不同土壤灌溉上限處理的溫室黃瓜初花期的生長發育動態、產量、品質及水分利用效率進行了研究，結果表明，與100%田間持水率處理相比，90%田間持水率的灌溉上限處理增加了黃瓜生物量、還原糖量、可溶性總糖量、Vc量、可溶性蛋白質量和水分利用效率。孔德杰等[4]研究了不同灌水量對日光溫室黃瓜的影響，發現灌水量達到563 mm時，完全能滿足黃瓜水分需求，產量最高，且水分利用率達到33.4 kg/m3。除了土壤水分，土壤養分狀況是影響蔬菜生長的另一個限制因子。郭全忠[5]研究了不同灌水量對設施番茄土壤養分和水分在土壤剖面中遷移的影響，發現灌水量增加，土壤剖面中的堿解氮、有效磷、速效鉀向深層運移量明顯增加。谷秋榮等[6]研究表明，灌水對土壤氮磷鉀養分移動均有明顯影響。高灌溉量可以造成土壤養分的淋失，降低養分的利用效率，同時帶來地下水環境的污染問題。【切入點】適宜的灌水量不僅能滿足蔬菜高產的需要，還可以減少土壤養分的流失。設施土壤由于無自然降雨的淋洗作用，比露地土壤更容易造成土壤養分堆積，但是，關于滴灌水量對設施土壤養分分布和黃瓜養分吸收影響的報道尚不多見。【擬解決的關鍵問題】本文通過探討5個不同滴灌水量對土壤大量營養元素分布、黃瓜產量及黃瓜養分利用的影響，旨在為設施黃瓜栽培的合理灌溉和肥料的高效利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以黃瓜品種“川翠13號”為供試材料，供試土壤為壤土（土壤粒徑分級為：小于0.002 mm占10.16%，0.002～0.02 mm占56.31%，0.02～0.2 mm占32.06%以及0.2～2 mm占1.48%，采用灌溉控制器中土壤水分傳感器測得土壤飽和體積含水率為76%）。

1.2 試驗設計

試驗于2019年12月至2020年7月在四川省農業科學院新都現代示范園基地進行。2019年12月，選擇籽粒飽滿的黃瓜種子，浸種催芽，2～3 d后露白播種于32孔育苗穴盤中，在塑料大棚內育苗。2020年1月17日選擇整齊一致的黃瓜幼苗定植于試驗小區內，小區面積19.2 m2，每個小區種植60株，行距80 cm，株距40 cm，1周后，當黃瓜幼苗成活，進行膜下滴灌（滴灌帶滴頭間距30 cm，流量3 L/h）。整個生育期利用自動灌溉控制器（GG-006A，上海艾美克·中國）進行灌水量控制，當控制器的水分傳感器測得土壤體積含水率低于設置灌水下限時自動打開電磁閥進行灌溉，達到灌水上限則停止灌溉。試驗共設5個處理：T1處理（下限值：25%，上限值：30%）、T2處理（下限值：35%，上限值：40%）、T3處理（下限值：45%，上限值：50%）、T4處理（下限值：55%，上限值：60%）、T5處理（下限值：65%，上限值：70%）。用水表對每個處理的灌水量進行測定，T1處理：單位灌水量為1 507.05m3/hm2、T2處理：單位灌水量為1 733.70 m3/hm2、T3處理：單位灌水為1 791.90 m3/hm2、T4處理：單位灌水為3 288.60 m3/hm2）、T5處理：單位灌水為4 260.60 m3/hm2。5個處理隨機排列，每個處理重復3次。施肥情況見表1。

表1 黃瓜施肥情況

在黃瓜初花期和收獲后用土壤取樣鉆分別對各處理植株種植間的土壤進行采樣，采樣深度為0～5、5～10、10～20 cm。初花期取樣時間為2020年3月17日，收獲后取樣時間為2020年6月12日。

1.3 樣品測定

將采集的土樣放置陰涼通風處進行風干，過10目細篩。用ASI聯合浸提法提取硝態氮、有效磷和速效鉀，均參照白由路[7]的方法進行測定。

盛果期每小區隨機采收10個黃瓜測定果長、果徑、單瓜質量。每次黃瓜采收時，以每個小區中20株分別計產，各處理重復產量匯總并折算單位面積產量。

盛果期每小區隨機采3個黃瓜果實樣，采用四分法均勻選取部分切片烘干粉碎后測定氮、磷、鉀量。根據施肥量、黃瓜果實養分量、黃瓜經濟產量計算黃瓜果實大量元素養分（N、P2O5、K2O）吸收率。果實養分吸收率=果實養分吸收量/施肥量×100%。

1.4 數據分析

本試驗所有數據用Excel 2013進行整理，用SPSS20.0 進行單因素方差分析（one-way ANOVA），差異顯著性檢驗采用 Duncan新復極差法。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量對硝態氮量的影響

表2為初花期和收獲后不同土層深度硝態氮量。在黃瓜初花期時，隨著土層深度的增加，不同處理土壤中硝態氮量逐漸降低。在同一土層深度下，不同處理的硝態氮量分布不同。在0～5 cm土層，T2處理的硝態氮量最大，顯著高于其他各處理。在5～10 cm土層，T5處理的硝態氮量最大，且顯著高于其他各處理。在10～20 cm土層，除T5處理外，其余處理硝態氮量均顯著高于T1處理，其中T3處理硝態氮量最大。

表2 不同土層深度的硝態氮量

注 表中不同小寫字母表示處理間差異顯著（0.05），下同。

由表2可知，黃瓜收獲后，不同土層深度硝態氮量較初花期均下降。隨著土層深度的增加，其變化趨勢與初花期一致。在0～5 cm土層，與T1處理相比，T2、T4處理和T5處理硝態氮量分別降低了49.19%、57.90%和61.77%，然而T3處理較T1處理增加了23.71%。在5～10 cm土層，T1處理和T2處理的硝態氮量差異不顯著，T3處理的硝態氮量較T1處理增加了62.79%，T4處理和T5處理的硝態氮量較T1處理分別降低了47.99%和67.44%。在10～20 cm土層時，T3處理的硝態氮量顯著高于其他處理（T1、T2、T4處理和T5處理），較T1處理增加了296.72%。

2.2 不同灌水量對有效磷量的影響

表3為初花期和收獲后不同土層深度有效磷量，在黃瓜初花期時，有效磷量的變化趨勢隨著土層深度的增加逐漸減少。在0～5 cm土層，與T1處理相比，T2處理和T5處理有效磷量分別增加了20.36%和82.07%， T3處理和T4處理有效磷量分別減少了34.34%和71.36%。在5～10 cm土層，T2、T3、T4處理和T5處理的有效磷量較T1處理均顯著增加，分別增加了44.96%、43.02%、27.52%和503.49%。在10～20 cm土層，除T4處理外，其余處理（T2、T3處理和T5處理）均顯著高于T1處理，與T1處理相比，分別增加了93.02%、206.98%和286.05%。

表3 不同土層深度的有效磷量

黃瓜收獲后，在0～5 cm土層，T1處理有效磷量顯著高于其他4個處理，但是其余4個處理間差異不顯著。在5～10 cm土層，與T1處理相比，T2、T3、T4處理和T5處理有效磷量分別增加了189.08%、403.45%、104.59%和589.42%。在10～20 cm土層，有效磷量變化趨勢和初花期一致。

2.3 不同灌水量對速效鉀量的影響

表4為初花期和收獲后不同土層深度速效鉀量，由表4可知，在黃瓜初花期時，不同處理速效鉀量隨著土層深度增加而逐漸降低。在0～5 cm土層，T1處理的速效鉀量最大，為511.54 mg/kg，T2處理次之，接著是T5處理，然而T3處理和T4處理速效鉀量無差異。在5～10 cm土層，與T1處理相比，T2、T3處理和T4處理顯著降低了土壤速效鉀量，T5處理顯著增加了土壤速效鉀量，其大小順序為T5處理>T1處理>T2處理>T3處理>T4處理。在10～20 cm土層，T2處理的速效鉀量最大，T3處理次之，T4處理最小。

表4 不同土層深度的速效鉀量

黃瓜收獲后，不同處理速效鉀量隨著土層深度增加而逐漸降低。在0～5 cm土層，與T1處理相比，T2、T3、T4處理和T5處理速效鉀量分別降低了40.46%、24.66%、54.97%和52.06%。在5～10 cm土層時，各處理速效鉀量大小順序與0～5 cm土層一致，與T1處理相比，T2、T3、T4處理和T5處理速效鉀量分別降低了32.05%、29.51%、52.15%和44.35%。然而，在10～20 cm土層，與T1處理相比，T3處理速效鉀量增加了18.15%，T2、T4處理和T5處理速效鉀量分別降低21.86%、46.77%和25.78%。

2.4 不同灌水量對黃瓜產量的影響

表5為不同灌水量處理黃瓜產量。由表5可知，隨著灌水量增加，黃瓜單果質量均增加，與T1處理相比，T2、T3、T4處理和T5處理的單果質量分別增加了10.80%、23.77%、21.01%和32.31%。黃瓜果長也隨著灌水量增加而增加，其中T5處理的黃瓜果長顯著大于T1處理，增加了14.95%，其余處理與T1處理無顯著差異。與T1處理相比，T3處理和T5處理的黃瓜果徑顯著增加，分別增加了6.5%和6.5%，T1、T2處理和T4處理之間無顯著差異。通過折算單位面積產量，隨著灌水量增加而增加，與T1處理相比，各處理分別增加了22.15%、31.02%、51.95%和55.56%。以上結果說明灌水量的增加能夠促進黃瓜單果質量、果長和果徑的增加，從而提高黃瓜產量。

表5 不同處理黃瓜產量

2.5 不同灌水量對黃瓜果實養分積累量和吸收率的影響

表6為不同灌水量處理下黃瓜果實養分積累量和養分吸收率。灌水量增加均增加了黃瓜果實N、P2O5、K2O積累量。與T1處理相比，T2、T3、T4處理和T5處理果實氮積累量分別增加了45.36%、40.51%、58.23%和37.55%，果實P2O5積累量分別增加了34.65%、20.79%、46.53%和20.79%，果實K2O積累量分別增加了35.46%、19.63%、48.25%和32.72%。果實養分吸收效率與果實養分積累量變化趨勢一致，灌水量增加，吸收率增加，其中T4處理的黃瓜果實養分吸收率顯著高于其他處理，N、P2O5、K2O吸收效率分別為30.95%、7.74%和57.62%。

表6 不同處理的黃瓜果實養分積累量和吸收率

3 討 論

土壤養分分布狀況直接影響作物對養分的吸收利用，而土壤養分分布受土壤水分移動的影響較為顯著[8]。硝態氮是旱地土壤中氮素存在的主要形式，其易隨土壤水分移動，是作物能夠直接吸收利用的速效性氮素。在有限的水分供應條件下，土壤中大部分硝態氮均集中在土壤上層[9]，然而，隨著灌水量的增加硝態氮淋溶的強度和深度都增加[10]。這與本試驗結果一致，本試驗中，黃瓜初花期，灌水量較少，土壤硝態氮量隨著土層深度的增加而逐漸降低，且主要積累0～5 cm土層，收獲后土壤各層硝態氮量較生長期間顯著降低。引起硝態氮量顯著下降的原因可能有兩方面，一方面，可能是灌水量增加，硝態氮量隨水向下淋溶[10]，另一方面，可能是黃瓜生長需要消耗一部分氮素[11]。

不同灌水量會影響磷的移動。董業雯等[12]研究表明，在不同灌水量條件下，灌水量越大，表層土壤磷元素被淋洗到下層越多，且會被淋洗到越深層次土層中。郭全忠[5]研究發現，設施番茄土壤有效磷的空間遷移受不同灌水量的影響較為明顯，隨著灌水量的增加，土壤剖面中有效磷向深層運移量相應增加。金圣愛等[13]研究認為，對于長期大量施用磷肥導致磷素富集的土壤，大量漫灌時土壤磷素有向下淋失污染地下水的風險。本試驗研究了不同灌水量對黃瓜初花期和收獲后土壤有效磷的影響，發現土壤有效磷在初花期隨灌水量增加，有效磷有向下移動的趨勢。黃瓜收獲后，有效磷向下移動，且隨灌水量增加，向下移動量越大，且大部分積累在5～10 cm土層，且初花期和收獲后均以T4處理最小。這與葛新偉等[14]研究結果一致。這可能是在T4處理下，黃瓜生長較好，能夠更好地利用養分。

鉀是植物所必需的大量營養元素之一，而土壤中對植物最有效的鉀為速效鉀，其能直接反映土壤鉀素的肥力狀況[15]。霍娜[16]研究表明，在不施鉀肥條件下，土壤中的速效鉀隨灌水量增加而增加，說明在土壤鉀素耗竭的情況下，增加灌水量可以緩解土壤鉀素的虧缺。王琴等[17]也得出相似結論，在澆灌條件下，土壤速效鉀量與灌水量明顯正相關。但由于土壤中鉀的陽離子交換能力較小，過量的灌水會加大土壤速效鉀從土壤膠體上的解離，從而加速速效鉀隨水向下遷移，且灌水量越多速效鉀向深層遷移的量越大[14, 18-19]。本試驗中，黃瓜初花期速效鉀量在隨灌水量增加而呈現先降低后增加的現象，且均顯著低于T1處理。收獲后，土壤速效鉀量變化趨勢與初花期基本一致，進一步說明土壤速效鉀分布受灌水的影響較為明顯，在T4處理下速效鉀量最小（表3）。這可能和硝態氮下降的原因一致，一部分隨水下移，另一部分被植株吸收。這與郭全忠[5]在設施番茄中的研究結果一致。

本試驗結果表明，隨著灌水量增加，黃瓜單果質量、果長、果徑和單位面積產量逐漸增加，T5處理的黃瓜最優，但是單位面積產量與T4處理差異不顯著（表4）。這與前人研究結果一致[20-23]。但是，灌溉量過大形成的澇漬脅迫可能導致番茄產量下降、臍腐病發病率提高[24]。另有研究表明，灌水頻率對無土栽培黃瓜的生長和產量沒有明顯影響[25]。說明適當提高灌水量，有利于促進植株生長，提高產量。但過高的灌水量對植株的生長不僅沒有進一步的促進，反而會對生育起到一定的抑制作用。

適宜的土壤水分條件能夠促進植株的生長發育，從而提高植株對肥料的吸收利用程度。李歡歡等[26]研究了水氮互作對盆栽番茄生長發育和養分累積的影響，發現番茄各組織N、P、K累積量隨灌溉水平的增大而增大，增加了番茄對養分的吸收。Lahoz等[27]得到了相似的結論。試驗結果表明，灌水量增加，黃瓜果實中N、P2O5、K2O積累量增加，黃瓜果實對養分的吸收率提高。其中，T4處理的黃瓜N、P2O5、K2O吸收率最高。這與Jalil等[28]研究結果一致。說明適當增加灌水量可以促進植物吸收土壤養分，從而提高產量。

4 結 論

1）不同灌水量對設施黃瓜土壤養分（硝態氮、有效磷、速效鉀）分布的影響較為顯著。隨著灌水量增加，在土壤中養分有向下移動的趨勢，且T4處理土壤有效磷和速效鉀量最低。說明T4處理的黃瓜生長較好，肥料利用率較高。

2）隨灌水量增加，黃瓜單果質量、果長、果徑和產量逐漸增加，T5處理的黃瓜產量最高。灌水量和產量呈正相關。

3）適當增加灌水量可以提高黃瓜對肥料的吸收，滴灌水量為3 288.60 m3/hm2，黃瓜養分吸收率最高，產量高，是最佳滴灌水量。

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Improving Nutrient Use Efficiency in Facility Production of Cucumber by Regulating Drip Irrigation Amount

ZHANG Zejin1,2, WANG Liming1,2,TANG Li1,2*, LI Yuejian3

(1. Vegetable Germplasm Innovation and Variety Improvement Key Laboratory of Sichuan Province, Horticulture Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China; 2. Key Laboratory of Horticultural Crop Biology and Germplasm Enhancement in Southwest, Ministry of Agriculture, Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066, China; 3. Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China)

【】Optimizing irrigation amount can save water and fertilizer use without compromising crop yield, especially for facility agriculture where long-term application of fertilizers often results in nutrient accumulation and enhance gas emission due to the lack of natural leaching of the nutrients. However, there is limited study on how changes in drip irrigation amount and timing affect nutrient distribution and its uptake by crops. The aim of this paper is to plug this gap.【】We take facility production of cucumber in Sichuan province as an example and used the variety of Chuancui 13 as the model crop. There were five irrigation treatments which were to control the volumetric soil water content at: 25%～30% (T1), 35%～40% (T2), 45%～50% (T3), 55%～60% (T4) and 65%～70% (T5) of the field capacity, respectively. The cucumbers in all treatment were watered with mulched drip irrigation by plastic film; in each treatment, we measured the content of nitrate, available phosphorus (P) and potassium (K), as well as the cucumber yield.【】Increasing drip irrigation amount resulted in nitrate and available P and K to move downward to the subsoil, but it increased cucumber yield, with the yield of T5 being 55.60% higher than that of T1. The T4 treatment had the highest nutrient accumulation in the fruits, and compared with T1, it increased the accumulation of N, P2O5and K2O in soil by 58.23%, 46.53% and 48.25% respectively, and their associated uptake rate from the soil by the cucumber by 30.95%, 7.74% and 57.62%, respectively.【】For facility production of cucumber we investigated in Sichuan province, the optimal drip irrigation amount was 3 288.60 m3/hm2. Rationally increasing the irrigation amount can boost nutrient uptake by the crop and improved fertilizers use efficiency, thereby reducing their losses from leaching and/or emissions.

drip irrigation amount; soil nutrients; cucumber; yield; nutrient uptake

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S642.2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021055

1672 – 3317（2021）09 - 0072 - 07

2021-02-05

現代農業產業技術體系專項資金項目（CARS-23-G32）

張澤錦（1984-），男。副研究員，博士，主要從事蔬菜水肥一體化灌溉方面的研究和推廣等。E-mail: zejinzhang@hotmail.com

唐麗（1963-），女。研究員，主要從事蔬菜水肥一體化灌溉方面的研究和推廣等。E-mail: tangli-999@163.com

責任編輯：陸紅飛