浅沟排水对膜下滴灌条件下“土壤-作物”系统的影响

徐 华 平

(上海市嘉定区水利所，上海 201800)

设施栽培在反季节和跨地域作物栽培中的应用十分广泛，已成为增加我国农民收入、缓解耕地资源不足和提高我国农业综合竞争力的重要手段[1]。目前，我国设施栽培面积达到世界的85%以上，人均占有面积达到世界第二。然而，设施栽培导致的一系列土壤环境问题严重限制了其可持续发展，其中以土壤盐渍化最为严重[2]，而土壤盐渍化的防治也成为了土壤学科的研究热点。

目前，普遍采用的盐渍化防治技术包括水利技术[3]、农艺技术[4,5]、有机肥技术[6,7]及客土技术[8]等，取得了丰富的成果。值得注意的是，这些技术存在着不同程度的局限，如造价高(暗管排水)、治标不治本(客土)、抑盐但不去盐(渗灌)等。鉴此，本研究将地表排水与膜下滴灌有机结合，探索浅沟排水对膜下滴灌条件下“土壤-作物”系统的影响，提出效益较优的滴灌定额及排水沟深度，以期为设施盐渍土壤的治理提供理论和实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014年6月在浙江省宁波市杭州湾新区内进行。宁波地处宁波平原，纬度较为适中，属于亚热带季风气候，温和湿润，四季分明。宁波地区多年平均气温为16.4 ℃，气温最高的月份为7月，均温达到28.0 ℃，气温最低的月份为1月，均温为4.7 ℃。无霜期一般为230～240 d。宁波地区多年平均降雨量为1 480 mm，主要集中在5-9月，5-9月的降雨量达到年总降雨量的60%。多年日照数为1 850 h。试验区位于杭州湾新区现代农业开发区内，试验区土壤种类为中壤土，0～20 cm全盐含量为3.67 g/kg，碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为49.98、68.22、166.1 mg/kg。

1.2 试验设计

试验设3种滴灌定额(200、250、300 m3/hm2)，2种沟道深度(15和30 cm)，以试验区常规灌溉方式为对照(CK)，共7个处理，每个处理重复3次(小区内部重复)，试验设计如表1所示。幼苗移栽后(6月14日)，每隔7天滴灌1次，生育期共灌溉12次。分别于7月15日、8月12日及9月10日进行3次浅沟排水，沟灌流量3.0 L/s。为了防止降雨干扰，试验区上方搭建简易的防雨装置。

本研究以大棚番茄“世纪红冠”为试材。番茄采用“一膜(白色塑料膜)一管两行”的方式种植，行距40 cm，株距30 cm。排水沟沟底宽20 cm。植株及采样点分布情况如图1所示。番茄移栽前，一次性施入650 kg/hm2基肥(N∶P2O5∶K2O=1∶2∶2)。除滴灌定额、沟道深度以外，各处理其余田间管理方式均保持一致，不提供额外的光、热和CO2等。

表1 试验设计Tab.1 Experimental design

图1 植株及采样点分布(单位：cm)Fig 1 The arrangement of the plants and sample locations

1.3 测定项目与方法

1.3.10～20cm土壤全盐含量

土壤取样点分为膜内和膜外两个位置，如图1所示。膜内取样点位于滴灌管和膜边的中心线，膜外取样点位于排水沟底部的中心线。每个处理膜内和膜外各取3份土壤样品，测定0～20 cm土壤全盐含量。测定方法依据《土壤农化分析》[9]。取样时间为灌水前和灌水后，相隔1天，本研究中用于分析的样品采集日期为7月12日和7月13日、8月9日和8月10日、9月6日和9月7日。

1.3.2番茄产量

按照番茄成熟时间，测定不同花序果实的平均单果重，计算番茄的总产量。

1.3.3番茄主要品质指标

同一处理取靠近排水沟一侧的番茄果实用于测定番茄主要品质指标。每个处理取成熟番茄12个，随机取自6株植株，即每株选取2个成熟果实。按照果实的纵轴方向取10 g果肉混合均匀，待测。其中，番茄单果体积采用排水法测定；番茄密度根据番茄单果体积和单果重计算；可溶性固形物采用日本ATAGO公司产的数字折射仪ACT-1E测定；维生素C采用2,6-二氯靛酚滴定法测定；总糖和总酸分别采用斐林滴定法和NaOH滴定法测定[10,11]。

1.4 番茄品质的主成分分析

采用SPSS17.0软件对番茄主要品质指标进行主成分提取，提取原则为“特征值>1，累积贡献率>80%”[12,13]。

2 结果与分析

2.1 不同处理对0～20 cm土壤全盐含量的影响

图2所示为不同处理对0～20 cm土壤全盐含量的影响。图中可看出，不同处理0～20 cm土壤全盐含量均呈现膜内降低、膜外升高的趋势，这可能由于覆膜条件下盐分易从膜内向膜外迁移[14]，也可能由于膜外土壤处于裸露状态，蒸发更为强烈。相同沟道深度条件下，灌溉量越大，膜内土壤盐分下降总体上越显著，同时膜外土壤盐分增幅越大。本研究中，较高灌溉量处理I3D1膜内土壤盐分降低了46.05%，膜外土壤盐分升高了5.45%；I3D2处理膜内和膜外土壤盐分分别降低了40.60%和0.27%。相同滴灌定额条件下，沟道深度越浅，膜内土壤盐分降低幅度越大，膜外土壤盐分降低幅度越小。总体来看，I3D1处理0～20 cm土壤去盐效果最好，但值得注意的是，I3D1膜外土壤盐分处于较高水平。

图2 不同处理对0～20 cm土壤全盐含量的影响Fig 2 Effects of different treatments on the total salt of 0～20 cm soils

2.2 不同处理对番茄产量的影响

图3所示为不同处理对番茄产量的影响。图中可看出，番茄产量总体上与滴灌定额呈正相关，这主要由于高灌水量有利于番茄植株的生长发育和果实的形成，也可能由于高灌水定额的抑盐作用为番茄生长发育创造了良好的条件。另一方面，番茄产量总体与沟道深度呈负相关，但差异并不显著(P>0.05)。本研究中，番茄产量最高的处理为I3D1，达到136.8 t/hm2；I2D1次之，为123.8 t/hm2；CK最低，仅为106.3 t/hm2，显著低于其他处理(P<0.05)。

图3 不同处理对番茄产量的影响Fig 3 Effects of different treatments on the tomato yield

2.3 不同处理对番茄主要品质指标的影响

表2所示为不同处理下番茄主要品质指标值。图中可看出，CK处理除单果体积处于较低水平外，果实的密度、可溶性固形物、总酸、Vc及糖酸比均处于较高水平，这可能由于CK处理土壤盐分含量较高，而土壤水分含量较低。研究表明，适当的水分胁迫及盐分胁迫有利于番茄的品质形成[15,16]。此外，值得注意的是，I3D1处理番茄的果实密度、可溶性固形物、总酸和糖酸比均处于较低水平，表明较高灌溉量及较浅的地表排水不利于番茄品质的提高。糖酸比对番茄食味的影响十分显著，从糖酸比来看，CK处理处于最高水平，达到9.02；I1D2处理次之，达到8.93；I3D1最低，仅为7.56。

表2 不同处理对番茄主要品质指标的影响Tab.2 Effects of different treatments on the main quality indexes of tomato

注：表中同列数字后不同字母表示在0.05水平上差异显著。

表3 主要主成分及贡献率Tab.3 Main components and the contribution rate

图4 不同处理对番茄品质综合主成分的影响Fig 4 Effects of different treatments on the comprehensive quality index of tomato

为了更为全面地了解不同处理对番茄品质的影响，采用主成分分析法对表2中番茄的主要品质指标进行主成分提取，提取结果分别如表3和图4所示。品质综合主成分值越大，表明番茄的综合品质越优。从表3可看出，共提取了2个主成分，其中第一个主成分f1反映了番茄密度(X1)、单果体积(X2)、可溶性固形物(X3)、总酸(X4)和糖酸比的主要信息，第二个主成分f2反映了番茄Vc(X5)的主要信息，贡献率分别为73.950%和18.158%，累积贡献率达到92.109%，说明提取结果保留了大量的原始信息。从图4来看，对照处理CK番茄的综合品质最优，品质综合主成分值达到3.01；I1D2次之，品质综合主成分值为2.41；I3D1综合品质最差，品质综合主成分值仅为1.00。

3 结 论

根据上述分析，可得以下结论。

(1)浅沟排水及膜下滴灌条件下0～20 cm土壤盐分呈“膜内降低、膜外升高”的趋势，较高灌水量有利于降低膜内土壤盐分，但不利于降低膜外土壤盐分。相同灌溉定额条件下，较浅的沟道排水有利于去除膜内的土壤盐分。本研究以I3D1处理膜内土壤盐分去除效果最好。

(2)番茄产量与灌溉定额呈正相关，与沟道深度关系并不明显。本研究中番茄产量最高的处理为I3D1，达到136.8 t/hm2。

(3)对照处理CK有利于番茄品质的改善，品质综合主成分值达到3.01。I3D1处理番茄综合品质较差，品质综合主成分值仅为1.00。浅沟排水及膜下滴灌处理中，以I1D2处理番茄综合品质最优。

[1] 常婷婷, 张洁, 吴鹏飞,等. 设施土壤次生盐渍化防治措施的研究进展[J]. 江苏农业科学, 2011,(4):449-452.

[2] 张 洁, 常婷婷, 邵孝侯. 暗管排水对大棚土壤次生盐渍化改良及番茄产量的影响 [J]. 农业工程学报, 2012,(3):81-86.

[3] Shao X H, Hou M M, Chen L H, et al. Evaluation of subsurface

drainage design based on projection pursuit [J]. Energy Procedia, 2012,16,Part B:747-752.

[4] 刘广明, 杨劲松, 吕真真, 等. 不同调控措施对轻中度盐碱土壤的改良增产效应 [J]. 农业工程学报, 2011,(9):164-169.

[5] 寇太记. 农艺措施对砂薄土壤有机培肥效果研究[D]. 郑州: 河南农业大学, 2004.

[6] 王美新, 邵孝侯, 于 静, 等. EM生物有机肥对植烟土壤理化性质的影响 [J]. 江苏农业科学, 2012,(6):323-325.

[7] 史海滨, 赵 倩, 田德龙, 等. 水肥对土壤盐分影响及增产效应 [J]. 排灌机械工程学报, 2014,(3):252-257.

[8] 王月丽, 张海涛, 高瑞红. 运城市盐碱地绿化技术初探 [J]. 山西林业科技, 2012,(3):46-47.

[9] Hou Maomao, Shao Xiaohou, Zhai Yaming. Effects of different regulatory methods on Improvement of greenhouse saline soils, tomato quality, and yield [J]. Scientific World Journal, 2014, Volume 2014: Article ID 953675.

[10] Maggio A, De Pascale S, Angelino G, et al. Physiological response of tomato to saline irrigation in long-term salinized soils [J]. European Journal of Agronomy, 2004,21(2):149-159.

[11] 邵光成, 郭瑞琪, 蓝晶晶, 等. 避雨栽培条件下番茄灌排方案熵权系数评价 [J]. 排灌机械工程学报, 2012,30(6):733-737,744.

[12] Nasario-Junior Olivassé, Benchimol-Barbosa Paulo Roberto, Nadal Jurandir. Principal component analysis in high resolution electrocardiogram for risk stratification of sustained monomorphic ventricular tachycardia [J]. Biomedical Signal Processing and Control, 2014,10:275-280.

[13] 陈洁文, 陈 勇, 林海明. 主成分分析应用中应注意的问题[J]. 统计与决策, 2009,(8):140-141.

[14] 王少丽，周和平，瞿兴业，等. 干旱区膜下滴灌定向排盐和盐分上移地表排模式研究 [J]. 水利学报, 2013,44(5):549-555.

[15] 王学征. 设施环境盐分胁迫对番茄生长发育及膜系统影响的研究[D]. 哈尔滨：东北农业大学, 2004.

[16] 陈秀香. 土壤含水量对酱用番茄产量形成及品质影响的研究[D]. 新疆石河子：石河子大学, 2006.