滴灌水量对设施土壤养分分布和黄瓜养分吸收的影响

张泽锦，王力明，唐丽*，李跃建

滴灌水量对设施土壤养分分布和黄瓜养分吸收的影响

张泽锦1,2，王力明1,2，唐丽1,2*，李跃建3

（1.四川省农业科学院 园艺研究所/蔬菜种质与品种创新四川省重点实验室，成都 610066；2.农业农村部西南地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，成都 610066；3.四川省农业科学院，成都 610066）

【】探讨滴灌水量对设施土壤养分分布和黄瓜果实养分吸收的影响。以“川翠13号”黄瓜品种为试验对象，在大棚内进行膜下滴灌试验，设置5个灌水量处理，分别控制土壤体积含水率在25%～30%（T1）、35%～40%（T2）、45%～50%（T3）、55%～60%（T4）、65%～70%（T5），探讨了不同滴灌水量对设施土壤养分分布和黄瓜养分吸收的影响。随着灌水量增加，土壤硝态氮、有效磷和速效钾均有下渗，黄瓜产量逐渐增加，其中，T5处理的产量最高，与T1处理相比，增加了55.60%；T4处理的黄瓜果实养分积累量和吸收率均为最高，N、P2O5、K2O积累量分别比T1处理增加了58.23%、46.53%和48.25%，N、P2O5、K2O吸收率分别为30.95%、7.74%和57.62%。最佳滴灌水量是3 288.60 m3/hm2（T4处理），在黄瓜目标产量一定的前提下，适当的提高灌水量，可以提高养分吸收率，达到以水促肥，减少化肥施用的目的。

滴灌水量; 土壤养分; 黄瓜; 产量; 养分吸收率

0 引 言

【研究意义】随着经济社会的不断发展，人民生活水平日渐提高，对设施蔬菜的需求量也迅速增加，据农业部门公布的数据显示，我国在2016年设施蔬菜面积已达391 hm2，产量达2.52亿t，设施蔬菜已经成为了我国蔬菜产业中的主力军，为我国蔬菜的周年供应起了重要作用。但蔬菜灌溉施肥过程中肥水量过大，肥料利用率低已经成为我国蔬菜生产中存在的首要问题。过量的灌溉施肥不仅造成设施土壤连作障碍加剧，还导致了环境污染，严重地影响设施蔬菜产业绿色健康发展[1]。【研究进展】黄瓜（L.）是设施栽培的主要蔬菜之一，含水率在90%以上，生长过程中需水量较大，且对土壤含水率非常敏感。因此，水分对设施黄瓜的生长发育影响显著。近几年，对设施黄瓜灌溉水调控方面的研究较多，但多集中在对黄瓜产量、品质及水分利用率等方面的研究。例如，EL-ATAWY[2]研究了灌水量为耗水量的100%、90%、80%和70%对黄瓜生长和水分利用率的影响，发现90%的耗水量灌溉可提高黄瓜生长、产量和水分利用效率。李清明等[3]对不同栽培季节、不同土壤灌溉上限处理的温室黄瓜初花期的生长发育动态、产量、品质及水分利用效率进行了研究，结果表明，与100%田间持水率处理相比，90%田间持水率的灌溉上限处理增加了黄瓜生物量、还原糖量、可溶性总糖量、Vc量、可溶性蛋白质量和水分利用效率。孔德杰等[4]研究了不同灌水量对日光温室黄瓜的影响，发现灌水量达到563 mm时，完全能满足黄瓜水分需求，产量最高，且水分利用率达到33.4 kg/m3。除了土壤水分，土壤养分状况是影响蔬菜生长的另一个限制因子。郭全忠[5]研究了不同灌水量对设施番茄土壤养分和水分在土壤剖面中迁移的影响，发现灌水量增加，土壤剖面中的碱解氮、有效磷、速效钾向深层运移量明显增加。谷秋荣等[6]研究表明，灌水对土壤氮磷钾养分移动均有明显影响。高灌溉量可以造成土壤养分的淋失，降低养分的利用效率，同时带来地下水环境的污染问题。【切入点】适宜的灌水量不仅能满足蔬菜高产的需要，还可以减少土壤养分的流失。设施土壤由于无自然降雨的淋洗作用，比露地土壤更容易造成土壤养分堆积，但是，关于滴灌水量对设施土壤养分分布和黄瓜养分吸收影响的报道尚不多见。【拟解决的关键问题】本文通过探讨5个不同滴灌水量对土壤大量营养元素分布、黄瓜产量及黄瓜养分利用的影响，旨在为设施黄瓜栽培的合理灌溉和肥料的高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以黄瓜品种“川翠13号”为供试材料，供试土壤为壤土（土壤粒径分级为：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传感器测得土壤饱和体积含水率为76%）。

1.2 试验设计

试验于2019年12月至2020年7月在四川省农业科学院新都现代示范园基地进行。2019年12月，选择籽粒饱满的黄瓜种子，浸种催芽，2～3 d后露白播种于32孔育苗穴盘中，在塑料大棚内育苗。2020年1月17日选择整齐一致的黄瓜幼苗定植于试验小区内，小区面积19.2 m2，每个小区种植60株，行距80 cm，株距40 cm，1周后，当黄瓜幼苗成活，进行膜下滴灌（滴灌带滴头间距30 cm，流量3 L/h）。整个生育期利用自动灌溉控制器（GG-006A，上海艾美克·中国）进行灌水量控制，当控制器的水分传感器测得土壤体积含水率低于设置灌水下限时自动打开电磁阀进行灌溉，达到灌水上限则停止灌溉。试验共设5个处理：T1处理（下限值：25%，上限值：30%）、T2处理（下限值：35%，上限值：40%）、T3处理（下限值：45%，上限值：50%）、T4处理（下限值：55%，上限值：60%）、T5处理（下限值：65%，上限值：70%）。用水表对每个处理的灌水量进行测定，T1处理：单位灌水量为1 507.05m3/hm2、T2处理：单位灌水量为1 733.70 m3/hm2、T3处理：单位灌水为1 791.90 m3/hm2、T4处理：单位灌水为3 288.60 m3/hm2）、T5处理：单位灌水为4 260.60 m3/hm2。5个处理随机排列，每个处理重复3次。施肥情况见表1。

表1 黄瓜施肥情况

在黄瓜初花期和收获后用土壤取样钻分别对各处理植株种植间的土壤进行采样，采样深度为0～5、5～10、10～20 cm。初花期取样时间为2020年3月17日，收获后取样时间为2020年6月12日。

1.3 样品测定

将采集的土样放置阴凉通风处进行风干，过10目细筛。用ASI联合浸提法提取硝态氮、有效磷和速效钾，均参照白由路[7]的方法进行测定。

盛果期每小区随机采收10个黄瓜测定果长、果径、单瓜质量。每次黄瓜采收时，以每个小区中20株分别计产，各处理重复产量汇总并折算单位面积产量。

盛果期每小区随机采3个黄瓜果实样，采用四分法均匀选取部分切片烘干粉碎后测定氮、磷、钾量。根据施肥量、黄瓜果实养分量、黄瓜经济产量计算黄瓜果实大量元素养分（N、P2O5、K2O）吸收率。果实养分吸收率=果实养分吸收量/施肥量×100%。

1.4 数据分析

本试验所有数据用Excel 2013进行整理，用SPSS20.0 进行单因素方差分析（one-way ANOVA），差异显著性检验采用 Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对硝态氮量的影响

表2为初花期和收获后不同土层深度硝态氮量。在黄瓜初花期时，随着土层深度的增加，不同处理土壤中硝态氮量逐渐降低。在同一土层深度下，不同处理的硝态氮量分布不同。在0～5 cm土层，T2处理的硝态氮量最大，显著高于其他各处理。在5～10 cm土层，T5处理的硝态氮量最大，且显著高于其他各处理。在10～20 cm土层，除T5处理外，其余处理硝态氮量均显著高于T1处理，其中T3处理硝态氮量最大。

表2 不同土层深度的硝态氮量

注 表中不同小写字母表示处理间差异显著（0.05），下同。

由表2可知，黄瓜收获后，不同土层深度硝态氮量较初花期均下降。随着土层深度的增加，其变化趋势与初花期一致。在0～5 cm土层，与T1处理相比，T2、T4处理和T5处理硝态氮量分别降低了49.19%、57.90%和61.77%，然而T3处理较T1处理增加了23.71%。在5～10 cm土层，T1处理和T2处理的硝态氮量差异不显著，T3处理的硝态氮量较T1处理增加了62.79%，T4处理和T5处理的硝态氮量较T1处理分别降低了47.99%和67.44%。在10～20 cm土层时，T3处理的硝态氮量显著高于其他处理（T1、T2、T4处理和T5处理），较T1处理增加了296.72%。

2.2 不同灌水量对有效磷量的影响

表3为初花期和收获后不同土层深度有效磷量，在黄瓜初花期时，有效磷量的变化趋势随着土层深度的增加逐渐减少。在0～5 cm土层，与T1处理相比，T2处理和T5处理有效磷量分别增加了20.36%和82.07%， T3处理和T4处理有效磷量分别减少了34.34%和71.36%。在5～10 cm土层，T2、T3、T4处理和T5处理的有效磷量较T1处理均显著增加，分别增加了44.96%、43.02%、27.52%和503.49%。在10～20 cm土层，除T4处理外，其余处理（T2、T3处理和T5处理）均显著高于T1处理，与T1处理相比，分别增加了93.02%、206.98%和286.05%。

表3 不同土层深度的有效磷量

黄瓜收获后，在0～5 cm土层，T1处理有效磷量显著高于其他4个处理，但是其余4个处理间差异不显著。在5～10 cm土层，与T1处理相比，T2、T3、T4处理和T5处理有效磷量分别增加了189.08%、403.45%、104.59%和589.42%。在10～20 cm土层，有效磷量变化趋势和初花期一致。

2.3 不同灌水量对速效钾量的影响

表4为初花期和收获后不同土层深度速效钾量，由表4可知，在黄瓜初花期时，不同处理速效钾量随着土层深度增加而逐渐降低。在0～5 cm土层，T1处理的速效钾量最大，为511.54 mg/kg，T2处理次之，接着是T5处理，然而T3处理和T4处理速效钾量无差异。在5～10 cm土层，与T1处理相比，T2、T3处理和T4处理显著降低了土壤速效钾量，T5处理显著增加了土壤速效钾量，其大小顺序为T5处理>T1处理>T2处理>T3处理>T4处理。在10～20 cm土层，T2处理的速效钾量最大，T3处理次之，T4处理最小。

表4 不同土层深度的速效钾量

黄瓜收获后，不同处理速效钾量随着土层深度增加而逐渐降低。在0～5 cm土层，与T1处理相比，T2、T3、T4处理和T5处理速效钾量分别降低了40.46%、24.66%、54.97%和52.06%。在5～10 cm土层时，各处理速效钾量大小顺序与0～5 cm土层一致，与T1处理相比，T2、T3、T4处理和T5处理速效钾量分别降低了32.05%、29.51%、52.15%和44.35%。然而，在10～20 cm土层，与T1处理相比，T3处理速效钾量增加了18.15%，T2、T4处理和T5处理速效钾量分别降低21.86%、46.77%和25.78%。

2.4 不同灌水量对黄瓜产量的影响

表5为不同灌水量处理黄瓜产量。由表5可知，随着灌水量增加，黄瓜单果质量均增加，与T1处理相比，T2、T3、T4处理和T5处理的单果质量分别增加了10.80%、23.77%、21.01%和32.31%。黄瓜果长也随着灌水量增加而增加，其中T5处理的黄瓜果长显著大于T1处理，增加了14.95%，其余处理与T1处理无显著差异。与T1处理相比，T3处理和T5处理的黄瓜果径显著增加，分别增加了6.5%和6.5%，T1、T2处理和T4处理之间无显著差异。通过折算单位面积产量，随着灌水量增加而增加，与T1处理相比，各处理分别增加了22.15%、31.02%、51.95%和55.56%。以上结果说明灌水量的增加能够促进黄瓜单果质量、果长和果径的增加，从而提高黄瓜产量。

表5 不同处理黄瓜产量

2.5 不同灌水量对黄瓜果实养分积累量和吸收率的影响

表6为不同灌水量处理下黄瓜果实养分积累量和养分吸收率。灌水量增加均增加了黄瓜果实N、P2O5、K2O积累量。与T1处理相比，T2、T3、T4处理和T5处理果实氮积累量分别增加了45.36%、40.51%、58.23%和37.55%，果实P2O5积累量分别增加了34.65%、20.79%、46.53%和20.79%，果实K2O积累量分别增加了35.46%、19.63%、48.25%和32.72%。果实养分吸收效率与果实养分积累量变化趋势一致，灌水量增加，吸收率增加，其中T4处理的黄瓜果实养分吸收率显著高于其他处理，N、P2O5、K2O吸收效率分别为30.95%、7.74%和57.62%。

表6 不同处理的黄瓜果实养分积累量和吸收率

3 讨 论

土壤养分分布状况直接影响作物对养分的吸收利用，而土壤养分分布受土壤水分移动的影响较为显著[8]。硝态氮是旱地土壤中氮素存在的主要形式，其易随土壤水分移动，是作物能够直接吸收利用的速效性氮素。在有限的水分供应条件下，土壤中大部分硝态氮均集中在土壤上层[9]，然而，随着灌水量的增加硝态氮淋溶的强度和深度都增加[10]。这与本试验结果一致，本试验中，黄瓜初花期，灌水量较少，土壤硝态氮量随着土层深度的增加而逐渐降低，且主要积累0～5 cm土层，收获后土壤各层硝态氮量较生长期间显著降低。引起硝态氮量显著下降的原因可能有两方面，一方面，可能是灌水量增加，硝态氮量随水向下淋溶[10]，另一方面，可能是黄瓜生长需要消耗一部分氮素[11]。

不同灌水量会影响磷的移动。董业雯等[12]研究表明，在不同灌水量条件下，灌水量越大，表层土壤磷元素被淋洗到下层越多，且会被淋洗到越深层次土层中。郭全忠[5]研究发现，设施番茄土壤有效磷的空间迁移受不同灌水量的影响较为明显，随着灌水量的增加，土壤剖面中有效磷向深层运移量相应增加。金圣爱等[13]研究认为，对于长期大量施用磷肥导致磷素富集的土壤，大量漫灌时土壤磷素有向下淋失污染地下水的风险。本试验研究了不同灌水量对黄瓜初花期和收获后土壤有效磷的影响，发现土壤有效磷在初花期随灌水量增加，有效磷有向下移动的趋势。黄瓜收获后，有效磷向下移动，且随灌水量增加，向下移动量越大，且大部分积累在5～10 cm土层，且初花期和收获后均以T4处理最小。这与葛新伟等[14]研究结果一致。这可能是在T4处理下，黄瓜生长较好，能够更好地利用养分。

钾是植物所必需的大量营养元素之一，而土壤中对植物最有效的钾为速效钾，其能直接反映土壤钾素的肥力状况[15]。霍娜[16]研究表明，在不施钾肥条件下，土壤中的速效钾随灌水量增加而增加，说明在土壤钾素耗竭的情况下，增加灌水量可以缓解土壤钾素的亏缺。王琴等[17]也得出相似结论，在浇灌条件下，土壤速效钾量与灌水量明显正相关。但由于土壤中钾的阳离子交换能力较小，过量的灌水会加大土壤速效钾从土壤胶体上的解离，从而加速速效钾随水向下迁移，且灌水量越多速效钾向深层迁移的量越大[14, 18-19]。本试验中，黄瓜初花期速效钾量在随灌水量增加而呈现先降低后增加的现象，且均显著低于T1处理。收获后，土壤速效钾量变化趋势与初花期基本一致，进一步说明土壤速效钾分布受灌水的影响较为明显，在T4处理下速效钾量最小（表3）。这可能和硝态氮下降的原因一致，一部分随水下移，另一部分被植株吸收。这与郭全忠[5]在设施番茄中的研究结果一致。

本试验结果表明，随着灌水量增加，黄瓜单果质量、果长、果径和单位面积产量逐渐增加，T5处理的黄瓜最优，但是单位面积产量与T4处理差异不显著（表4）。这与前人研究结果一致[20-23]。但是，灌溉量过大形成的涝渍胁迫可能导致番茄产量下降、脐腐病发病率提高[24]。另有研究表明，灌水频率对无土栽培黄瓜的生长和产量没有明显影响[25]。说明适当提高灌水量，有利于促进植株生长，提高产量。但过高的灌水量对植株的生长不仅没有进一步的促进，反而会对生育起到一定的抑制作用。

适宜的土壤水分条件能够促进植株的生长发育，从而提高植株对肥料的吸收利用程度。李欢欢等[26]研究了水氮互作对盆栽番茄生长发育和养分累积的影响，发现番茄各组织N、P、K累积量随灌溉水平的增大而增大，增加了番茄对养分的吸收。Lahoz等[27]得到了相似的结论。试验结果表明，灌水量增加，黄瓜果实中N、P2O5、K2O积累量增加，黄瓜果实对养分的吸收率提高。其中，T4处理的黄瓜N、P2O5、K2O吸收率最高。这与Jalil等[28]研究结果一致。说明适当增加灌水量可以促进植物吸收土壤养分，从而提高产量。

4 结 论

1）不同灌水量对设施黄瓜土壤养分（硝态氮、有效磷、速效钾）分布的影响较为显著。随着灌水量增加，在土壤中养分有向下移动的趋势，且T4处理土壤有效磷和速效钾量最低。说明T4处理的黄瓜生长较好，肥料利用率较高。

2）随灌水量增加，黄瓜单果质量、果长、果径和产量逐渐增加，T5处理的黄瓜产量最高。灌水量和产量呈正相关。

3）适当增加灌水量可以提高黄瓜对肥料的吸收，滴灌水量为3 288.60 m3/hm2，黄瓜养分吸收率最高，产量高，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

张泽锦, 王力明, 唐丽, 等. 滴灌水量对设施土壤养分分布和黄瓜养分吸收的影响[J].灌溉排水学报, 2021, 40(9): 72-78.

ZHANG Zejin, WANG Liming, TANG Li, et al.Improving Nutrient Use Efficiency in Facility Production of Cucumber by Regulating Drip Irrigation Amount[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(9): 72-78.

S642.2

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021055

1672 – 3317（2021）09 - 0072 - 07

2021-02-05

现代农业产业技术体系专项资金项目（CARS-23-G32）

张泽锦（1984-），男。副研究员，博士，主要从事蔬菜水肥一体化灌溉方面的研究和推广等。E-mail: zejinzhang@hotmail.com

唐丽（1963-），女。研究员，主要从事蔬菜水肥一体化灌溉方面的研究和推广等。E-mail: tangli-999@163.com

责任编辑：陆红飞