2022 年 5 月 灌溉排水學報 第 41 卷 第 5 期 May 2022 Journal of Irrigation and Drainage No 5 Vol 41 34 文章編號 1672 3317 2022 05 0034 11 水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)水鹽 氮運移及產(chǎn)量的影響 馬新超 1 2 馬國財 4 王海瑞 5 張凱浩 1 2 楊鴻基 1 2 高亞寧 1 2 王旭峰 3 軒正英 1 2 1 塔里木大學 園藝與林學學院 新疆 阿拉爾 843300 2 塔里木大學 南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術國家地方聯(lián)合工程實驗室 新疆 阿拉爾 843300 3 塔里木大學 機械電氣化工程學院 新疆 阿拉爾 843300 4 塔里木大學 分析測試中心 新疆 阿拉爾 843300 5 塔里木大學 水利與建筑工程學院 新疆 阿拉爾 843300 摘 要 目的 探究溫室砂培黃瓜在不同水氮施用下的基質(zhì)剖面水鹽 氮的分布運移特征及黃瓜產(chǎn)量的差異 方法 采用二次飽和 D 最優(yōu)設計進行了砂培黃瓜水氮耦合田間試驗 試驗共設 7 個處理 每個處理重復 3 次 每隔 20 d 測定各 處理 4 個基質(zhì)層的含水率 null 值 硝態(tài)氮量 銨態(tài)氮量 并統(tǒng)計了黃瓜產(chǎn)量 研究水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)剖面水 鹽 氮運移及黃瓜產(chǎn)量的影響 結(jié)果 灌水水平是影響砂培基質(zhì)含水率的主要因素 基質(zhì)剖面上的水分分布表現(xiàn)出濕潤 峰明顯向深層運移的趨勢 膜下滴灌有 抑鹽壓鹽 的作用 避免過量灌水施氮是防止基質(zhì)鹽分富集的有效措施 基質(zhì) 中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮總體上表現(xiàn)出易隨水分遷移的特性 黃瓜根系對于銨態(tài)氮的吸收存在閾值 黃瓜產(chǎn)量隨著灌水水平 和施氮量的增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢 符合報酬遞減規(guī)律 結(jié)論 綜合考慮基質(zhì)剖面水鹽 氮的分布運移 黃瓜 產(chǎn)量及水氮投入等因素 本研究推薦的水氮耦合方案是灌水上下限設置為 80 20 89 40 60 施氮量控制在 623 917 kg hm 2 能夠保證黃瓜較好的生長環(huán)境 減少水分和氮素淋失風險 避免產(chǎn)生次生鹽漬化危害 提高水肥利用效率和黃瓜 產(chǎn)量 可為溫室砂培黃瓜水肥一體化的推廣提供理論依據(jù) 關 鍵 詞 黃瓜 砂培 含水率 硝態(tài)氮 銨態(tài)氮 產(chǎn)量 中圖分類號 S626 5 文獻標志碼 A doi 10 13522 ki ggps 2021556 OSID 馬新超 馬國財 王海瑞 等 水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)水鹽 氮運移及產(chǎn)量的影響 J 灌溉排水學報 2022 41 5 34 44 MA Xinchao MA Guocai WANG Hairui et al The Effects of Water nitrogen Coupling on Transport of Water Salt and Nitrogen in Matrix cultured Greenhouse Cucumber J Journal of Irrigation and Drainage 2022 41 5 34 44 0 引 言 1 研究意義 隨著南疆地區(qū)砂培瓜菜種植面積的 不斷擴大 限制砂培技術發(fā)展的瓶頸問題日益凸顯 雖然砂壤土具有取材方便和價格低廉的突出優(yōu)勢 但 其礦質(zhì)營養(yǎng)元素匱乏 保水能力差 對水肥管理的技 術要求高 當?shù)貫榱俗非蟾弋a(chǎn)和高效益存在著盲目過 量灌水與施肥等現(xiàn)象 易出現(xiàn)次生鹽漬化和連作障礙 等現(xiàn)象 同時造成了嚴重的資源浪費和環(huán)境污染 因 此 探究砂培黃瓜的合理水肥管理方案研究已成為目 前亟待解決的問題 研究進展 目前關于溫室黃瓜 水氮耦合效應的研究已有大量報道 研究內(nèi)容多集中 收稿日期 2021 11 12 基金項目 南疆重點產(chǎn)業(yè)支撐計劃項目 2019DB001 塔里木大學研究 生創(chuàng)新訓練項目 TDGRI202023 塔里木大學校長基金項目 TDZKYB201903 作者簡介 馬新超 1998 男 碩士研究生 主要從事設施農(nóng)業(yè)研究 E mail mxczky 通信作者 馬國財 1979 男 高級實驗師 主要從事微區(qū)分析及機理 研究 E mail ying0216mx 在植株生長 產(chǎn)量 品質(zhì) 水肥利用效率 生理響應 機制等方面 1 5 個別學者對設施栽培下土壤水肥 鹽運移特性進行了研究 如梁浩等 6 構建了設施菜地 WHCNS 水氮管理模型 較好地模擬了設施菜地不 同水氮管理方案下的土壤水氮遷移轉(zhuǎn)化過程 李生 平等 7 通過盆栽試驗探究了黃瓜生育期內(nèi)的土壤水 分動態(tài) 土壤硝態(tài)氮的分布特征 但關于砂培黃瓜基 質(zhì)水氮 鹽運移的研究卻鮮見報道 切入點 在設 施栽培中 滴灌施肥是土壤中水分和氮素的主要來源 而土壤中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮 2 種無機態(tài)氮能被植物 直接吸收利用 8 合理的水氮耦合方案可以有效避免 氮肥淋失 提高作物的水肥利用效率和經(jīng)濟效益 降 低資源浪費和環(huán)境污染風險 擬解決的關鍵問題 鑒于此 本研究探究了水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì) 剖面水氮 鹽運移及產(chǎn)量的影響 以期為制定砂培黃 瓜科學的水氮調(diào)控策略和優(yōu)化推廣砂培黃瓜技術提 供理論依據(jù) 馬新超 等 水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)水鹽 氮運移及產(chǎn)量的影響 35 1 材料與方法 1 1 研究區(qū)概況 試驗于 2021年 3 7月在塔里木大學園藝試驗站 東經(jīng) 81 17 北緯 40 32 海拔 990 m 7 號節(jié)能 型日光溫室內(nèi)進行 供試黃瓜品種為 優(yōu)勝美 黃瓜 為本地農(nóng)戶日常使用品種 栽培基質(zhì)為建筑用砂 粗 砂 其理化性質(zhì)如表 1 所示 栽培方式采用槽式栽 培法 每個栽培槽即為一個獨立小區(qū) 規(guī)格為 0 5 m 2 6 m 1 3 m 2 設定株距為 0 25 m 大行距為 0 6 m 小行距為 0 3 m 進行雙行栽培 每個小區(qū)定植 20 株 黃瓜 試驗設置 7 個處理 每個處理重復 3 次 共計 21 個小區(qū)和 420 株黃瓜 溫室東西二側(cè)各設 1 行保 護小區(qū) 表 1 基質(zhì)理化性質(zhì) Table 1 Matrix physical and chemical properties 有機質(zhì) g kg 1 體積質(zhì)量 g cm 3 總孔隙度 通氣孔隙度 持水孔隙度 氣水比 pH值 null S cm 1 6 53 1 61 27 12 19 40 7 72 2 51 7 49 3 16 速效氮 mg kg 1 速效磷 mg kg 1 速效鉀 mg kg 1 硝態(tài)氮 mg kg 1 銨態(tài)氮 mg kg 1 全氮 g kg 1 全磷 g kg 1 全鉀 g kg 1 6 61 8 01 38 34 0 12 3 32 1 29 0 24 0 46 1 2 試驗設計 試驗設置灌水水平和施氮量 2 個因素 采用二次 飽和 D 最優(yōu)設計 null 2 的 6 點設計 并加設 T7 處理 作為最高碼值處理 該處理只作為對照 不參與回歸 分析 以保持水氮耦合方案的優(yōu)良性 具體的試驗設 計方案見表 2 表 2 砂培水氮耦合試驗設計方案 Table 2 Design scheme of cucumber water nitrogen coupling test 處理 碼值方案 碼值方案所對應的實際值 灌水水平 施氮量 灌水水平 施氮量 kg hm 2 T1 1 1 65 150 T2 1 1 100 150 T3 1 1 65 1 250 T4 0 131 5 0 131 5 80 20 623 T5 0 394 4 1 89 40 1 250 T6 1 0 394 4 100 917 T7 1 1 100 1 250 灌水量根據(jù)下式進行計算 null nullnull f null 1 null 2 null 1 式中 null 為基質(zhì)體積質(zhì)量 null 為基質(zhì)濕潤比 null 為計劃 濕潤層深度 當?shù)厝?0 35 m f 為基質(zhì)田間持水率 為 14 02 質(zhì)量含水率 null 1 null 2 分別為水分上限和 下限 以田間持水率的百分數(shù)表示 為水分利用 系數(shù) 當?shù)氐喂鄺l件下取 0 9 灌水上限最大值設為 田間持水率的 100 最小值設為田間持水率的 65 灌水水平和施氮量的 0 碼值所對應的實際值根 據(jù)文獻 9 10 并結(jié)合本研究中的基質(zhì)理化性質(zhì)進行設 定 試驗所用灌溉水為水廠供應的自來水 其 null 值 為 0 59 S cm 試驗所用肥料分別為尿素 含純 N 46 磷酸二氫鉀 含 P 2 O 5 51 和硫酸鉀 含 K 2 O 50 依據(jù)基質(zhì)中的養(yǎng)分量及養(yǎng)分平衡原則 11 設定 磷 鉀肥用量分別為 290 kg hm 2 和 800 kg hm 2 氮 磷 鉀肥均以追肥的形式隨水施入 每隔 5 d 施用 1 次 共計追施 20 次 各處理氮肥每次等量施入 前 7 次每次施入磷肥的 7 鉀肥的 3 剩余磷 鉀肥 每次等量施入 1 3 測定項目與方法 分別于試驗開始后的第 10 30 50 70 90 天 的 21 00 使用土鉆進行基質(zhì)取樣 每個小區(qū)按 S 型選 取 20 個取樣點 以每 10 cm 為一個基質(zhì)層 共計 4 個基質(zhì)層 并使用同一批基質(zhì)樣品及時回填 使用鋁盒烘干法測定基質(zhì) 砂 的質(zhì)量含水率 將基質(zhì)放入托盤中置于通風避光處自然風干 過 1 mm 篩 按照 5 1 的水 基質(zhì)比 將浸提液置于恒 溫搖床上振蕩 30 min 浸提液經(jīng)濾紙過濾后使用電導 儀 雷磁 DDBJ 351L 進行基質(zhì)的 null 測定 將部分 基質(zhì)樣品在試驗地過 40 目網(wǎng)篩 放入冰盒內(nèi)帶回試 驗室放入 20 環(huán)境中保存 稱取 5 g 新鮮基質(zhì)樣品 置于 200 mL 三角瓶中 加入 2 mol L 氯化鉀溶液 50 mL 在搖床上振蕩 1 h 取出靜置 過濾后使用全自 動間斷化學分析儀 Smart Chem 200 進行基質(zhì)的硝 態(tài)氮和銨態(tài)氮量的測定 從黃瓜結(jié)果初期至拉秧 對采收的黃瓜果實進行 稱質(zhì)量 統(tǒng)計每個小區(qū)每次采收黃瓜的單果質(zhì)量和產(chǎn) 量 并折算成每公頃的黃瓜產(chǎn)量 1 4 數(shù)據(jù)處理 利用 DPS 7 05 對各項指標進行數(shù)據(jù)分析 選取 LSD 多重比較方法進行方差分析 采用 Excel 2019 和 Origin 2021 進行制圖 2 結(jié)果與分析 2 1 水氮耦合對基質(zhì)含水率分布的影響 圖 1 為各處理基質(zhì)含水率隨時間和基質(zhì)深度的 變化過程 由圖 1 可知 整個生育期內(nèi)各處理基質(zhì)層 灌溉排水學報 36 的含水率隨著時間增加的變化幅度不明顯 含水率在 剖面上的分布都表現(xiàn)出其濕潤峰有明顯向深層移動 的趨勢 除 T3處理外 其他處理 0 10 cm和 10 20 cm 的基質(zhì)含水率均分布在 3 5 區(qū)間內(nèi) 僅有 T3 處理 的 0 10 cm 基質(zhì)層隨時間波動幅度較大 各處理 20 30 cm 基質(zhì)含水率均開始有明顯的增加趨勢 并 在 30 40 cm 基質(zhì)層增加到最大 T1 T7 處理的 30 40 cm 基質(zhì)層的基質(zhì)平均含水率分別為 6 82 8 84 7 03 8 82 8 96 8 53 8 31 T1 處理和 T3處理的 30 40 cm含水率明顯低于其他處理 可見 灌水水平是影響基質(zhì)水分縱向運移的主要因素 a T1 處理 b T2處理 c T3處理 d T4 處理 e T5處理 f T6處理 g T7處理 圖 1 各處理基質(zhì)含水率分布 Fig 1 Moisture content distribution of each treatment matrix 2 2 水氮耦合對基質(zhì)鹽分分布及運移的影響 圖 2 為各處理基質(zhì)鹽分隨時間和基質(zhì)深度的變 化曲線 由圖 2 可知 整個生育期內(nèi) 除 T5 處理和 T6 處理外 其他 4 個處理所有基質(zhì)層的鹽分在 10 d 和 90 d 時均分布在 91 90 143 67 S cm區(qū)間內(nèi) 30 50 d和 70 d時均分布在 103 33 183 20 S cm區(qū)間內(nèi) 隨著時間增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢 而 T5 處 理的 0 10 cm 基質(zhì)層在 90 d 時電導率達到了 140 97 S cm 明顯高于前 4 個時間點 T6 處理的 10 20 cm 基質(zhì)層在 90 d 時電導率達到了 129 07 S cm 明顯高 于前 4 個時間點 在整個生育期內(nèi) 低施氮量下的 T1 處理和 T2 處理所有基質(zhì)層的電導率均分布在 91 90 154 83 S cm區(qū)間內(nèi) 其他處理電導率分布在 101 10 183 20 S cm區(qū)間內(nèi) 可見 增施氮肥會使基 質(zhì)中的鹽分增加 而在同一施氮量下 灌水水平的增 加對基質(zhì)鹽分的高低沒有明顯的影響規(guī)律 作為對照 的 T7 處理 最高碼值處理 在 50 d 和 70 d 時的 0 10 cm 基質(zhì)層電導率達到了 183 20 S cm 和 179 50 S cm 產(chǎn)生了明顯的鹽分表聚現(xiàn)象 除 T3 處理外 各處理基質(zhì)電導率在不同深度的分布總體上表現(xiàn)出 在 0 10 cm 和 30 40 cm 內(nèi)較高 10 20 cm和 20 30 cm較低 僅有 T3 處理在 10 d 時其 20 30 cm基質(zhì)層 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基質(zhì)層深度 c m 基質(zhì)含水率 10d 30d 50d 70d 90d 馬新超 等 水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)水鹽 氮運移及產(chǎn)量的影響 37 電導率為 133 47 S cm 明顯高于其他 3 個基質(zhì)層 可見基質(zhì)鹽分一部分隨水向下運移 一部分由于水分 蒸發(fā)在表層基質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生富集現(xiàn)象 a T1 處理 b T2處理 c T3處理 d T4 處理 e T5處理 f T6處理 g T7處理 圖 2 各處理基質(zhì)鹽分分布 Fig 2 The salts of each treatment matrix are distributed 2 3 水氮耦合對基質(zhì)硝態(tài)氮分布及運移的影響 圖 3 為各處理基質(zhì)硝態(tài)氮隨時間和基質(zhì)深度的 變化曲線 由圖 3 可知 整個生育期內(nèi)各處理所有基 質(zhì)層的硝態(tài)氮隨著時間增加表現(xiàn)出先增加后降低的 趨勢 各處理所有基質(zhì)層均在 30 d 或 50 d 時出現(xiàn)了 硝態(tài)氮量峰值 各處理 4 個基質(zhì)層的硝態(tài)氮量達到各 自峰值時 0 40 cm基質(zhì)層平均硝態(tài)氮量分別為 11 04 10 20 13 03 10 56 11 77 11 49 11 28 mg kg 可 見 T3 處理 0 40 cm基質(zhì)層平均硝態(tài)氮量最高 較最 低的 T2 處理高 2 83 mg kg 增施氮肥的各處理在整 個生育期內(nèi)所有基質(zhì)層中的硝態(tài)氮量均明顯高于低 施氮量下的 T1 處理和 T2 處理 可見 增施氮肥提高 了基質(zhì)硝態(tài)氮水平 除 T3 處理外 其他處理所有基 質(zhì)層在 90 d時的硝態(tài)氮量均低于 10 d時的硝態(tài)氮量 而 T3處理 0 10 cm基質(zhì)層在 90 d時的硝態(tài)氮量高于 10 d 時的硝態(tài)氮量 可見 大部分處理條件下 植株 根系對硝態(tài)氮的吸收利用情況較好 T3 處理在 30 d 和 50 d 時 硝態(tài)氮量在不同深度基質(zhì)層的分布表現(xiàn) 為隨著基質(zhì)層深度的增加而提高 T5 處理在 90 d 時 硝態(tài)氮量在不同深度基質(zhì)層的分布也表現(xiàn)為隨著基 質(zhì)層深度的增加而提高 而其他處理硝態(tài)氮在不同深 度基質(zhì)層的分布均無明顯變化趨勢 可見 在硝態(tài)氮 量較高的水平下具有易隨水分運移的特性 本研究中 水氮處理開始后 50 d 時為黃瓜由營 養(yǎng)生長轉(zhuǎn)為生殖生長的關鍵時間節(jié)點 因此選取 50 d 時測定的各基質(zhì)層硝態(tài)氮量進行變異分析 其結(jié)果如 表 3 所示 在該時期 硝態(tài)氮量最高值出現(xiàn)在 T7 處 理的 30 40 cm 基質(zhì)層 為 12 86 mg kg 最低值出現(xiàn) 0 10 20 30 40 80 100 120 140 160 180 200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100 120 140 160 180 200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100 120 140 160 180 200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基質(zhì)層深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 灌溉排水學報 38 在 T3 處理的 0 10 cm 基質(zhì)層 為 9 00 mg kg 二者 相差了 3 86 mg kg 對各處理變異系數(shù) null 值進行 排序 得出 T5 處理 T6 處理 T1 處理 T2 處理 T7 處理 T4 處理 T3 處理 T3 處理的 null 值最大 為 0 15 T5 處理的 null 值最小 為 0 04 因此 T5 處 理基質(zhì)中硝態(tài)氮分布最為均勻 從利于根系吸收硝態(tài) 氮的角度來講 T5 處理為最優(yōu)的水氮耦合方案 a T1 處理 b T2處理 c T3處理 d T4 處理 e T5處理 f T6處理 g T7處理 圖 3 各處理基質(zhì)硝態(tài)氮分布 Fig 3 Distribution of nitrate nitrogen in each treatment matrix 表 3 水氮處理 50 d 時基質(zhì)剖面硝態(tài)氮量與變異系數(shù) Table 3 Nitrate distribution in soil profile after 50 days of water and nitrogen treatment 處理 各基質(zhì)層硝態(tài)氮量 mg kg 1 變異系數(shù) 0 10 cm 10 20 cm 20 30 cm 30 40 cm T1 10 67 10 15 11 99 11 33 0 07 T2 10 33 10 92 10 38 9 14 0 07 T3 9 00 9 54 10 83 12 41 0 15 T4 9 32 9 47 10 63 11 75 0 11 T5 10 74 11 37 10 39 10 78 0 04 T6 10 36 9 75 10 64 11 56 0 07 T7 10 81 11 12 10 33 12 86 0 10 2 4 水氮耦合對基質(zhì)銨態(tài)氮分布及運移的影響 圖 4 為各處理基質(zhì)中銨態(tài)氮隨時間和基質(zhì)深度 的變化曲線 由圖 4 可知 整個生育期內(nèi) 各處理所 有基質(zhì)層的銨態(tài)氮隨著時間的增加總體上表現(xiàn)為上 升趨勢 各處理所有基質(zhì)層的銨態(tài)氮在 10 d 和 30 d 時均分布在 86 48 145 98 mg kg 區(qū)間內(nèi) 在 50 70 d 和 90 d 時均分布在 155 08 209 86 mg kg 區(qū)間內(nèi) 可 見 黃瓜根系對銨態(tài)氮的吸收存在閾值 導致在黃瓜 生育中后期時基質(zhì)中的銨態(tài)氮大量積累 灌水水平和 施氮量的增加對基質(zhì)中銨態(tài)氮量無明顯影響 在 10 d 時 各處理基質(zhì)銨態(tài)氮量在 4 個基質(zhì)層中分布較為均 0 10 20 30 40 0246810121416 基質(zhì)層深度 c m 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基質(zhì)層深度 c m 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基質(zhì)層深度 c m 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基質(zhì)層深度 c m 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0 2 4 6 8 10121416 基質(zhì)層深度 cm 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基質(zhì)層深度 c m 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基質(zhì)層深度 c m 硝態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 馬新超 等 水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)水鹽 氮運移及產(chǎn)量的影響 39 勻 均分布在 86 48 99 92 mg kg 區(qū)間內(nèi) 在 30 d 時 T7 處理的銨態(tài)氮量最小值出現(xiàn)在 30 40 cm 基質(zhì)層 在 50 d 時 T6 處理和 T7 處理的銨態(tài)氮量最小值均出 現(xiàn)在 30 40 cm 基質(zhì)層 黃瓜生育后期各處理基質(zhì)銨 態(tài)氮量在 4 個基質(zhì)層中無明顯分布規(guī)律 這是由于銨 態(tài)氮在砂子基質(zhì)中不斷積累使各基質(zhì)層銨態(tài)氮量均 保持在較高水平上 a T1 處理 b T2處理 c T3處理 d T4 處理 e T5處理 f T6處理 g T7處理 圖 4 各處理基質(zhì)銨態(tài)氮分布 Fig 4 Distribution of ammonium nitrogen in the matrix of each treatment 對水氮處理開始后 50 d 時測定的各基質(zhì)層銨態(tài) 氮量進行變異分析 結(jié)果如表 4 所示 銨態(tài)氮量最高 出現(xiàn)在 T3處理的 30 40 cm基質(zhì)層 為 209 86 mg kg 最低的出現(xiàn)在 T5 處理的 0 10 cm基質(zhì)層 為 155 17 mg kg 二者相差了 54 69 mg kg 對各處理 null 值進 行排序如 T1 處理 T4 處理 T2 處理 T6 處理 T3 處理 T7 處理 T5 處理 T5 處理的 null 值最大 為 0 11 T1 處理的 null 值最小 為 0 01 可見 T1 處理基質(zhì)中的銨態(tài)氮分布最為均勻 最有利于植株根 系對銨態(tài)氮的吸收 表 4 水氮處理開始后 50 d 時基質(zhì)剖面銨態(tài)氮分布 Table 4 Distribution of ammonium nitrogen in soil profile after 50 days of water and nitrogen treatment 處理 各基質(zhì)層銨態(tài)氮量 mg kg 1 變異系數(shù) 0 10 cm 10 20 cm 20 30 cm 30 40 cm T1 189 26 185 71 183 46 187 34 0 01 T2 156 97 168 73 174 48 175 37 0 05 T3 181 54 186 07 173 84 209 86 0 08 T4 174 26 165 31 180 47 182 22 0 04 T5 155 17 200 32 199 39 190 60 0 11 T6 179 56 187 22 164 63 162 29 0 07 T7 168 69 177 90 204 99 167 92 0 10 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基質(zhì)層深度 c m 銨態(tài)氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 灌溉排水學報 40 2 5 關鍵時間節(jié)點基質(zhì)氮素分析 對水氮處理開始后 50 d 時的各處理硝態(tài)氮和銨 態(tài)氮變異系數(shù)進行二次多項式逐步回歸分析 T7 處 理不參與回歸分析 下同 剔除對基質(zhì)中硝態(tài)氮和 銨態(tài)氮分布影響不顯著的因子項后 繪制出函數(shù)圖見 圖 5 圖 5 中 null 1 null 2 為灌水水平和施氮量的編碼值 由圖 5 可知 50 d 時各處理基質(zhì)中硝態(tài)氮量的變異系 數(shù)隨著灌水水平的增加表現(xiàn)出持續(xù)降低的趨勢 隨著 施氮量的增加表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢 在 null 1 null 2 均為 1 時 變異系數(shù)取得最小值 0 003 3 此時硝態(tài) 氮在各基質(zhì)層中分布最為均勻 基質(zhì)中銨態(tài)氮量的變 異系數(shù)隨著灌水水平和施氮量的增加表現(xiàn)出持續(xù)升 高的趨勢 在 null 1 null 2 均為 1 時變異系數(shù)取得最小值 0 013 4 此時銨態(tài)氮在各基質(zhì)層中分布最為均勻 可 見 在水氮耦合條件下 硝態(tài)氮和銨態(tài)氮 2 種氮素形 態(tài)在基質(zhì)中分布的均勻性是相反的 為了抵消二者之 間的拮抗作用 只有當灌水水平和施氮量的編碼值均 適中時 植株根系在 0 40 cm基質(zhì)層內(nèi)才能較為均勻 的同時吸收 2 種形態(tài)的氮素 a 硝態(tài)氮變異系數(shù)函數(shù) b 銨態(tài)氮變異系數(shù)函數(shù) 圖 5 水氮處理 50 d 基質(zhì)無機態(tài)氮變異系數(shù)函數(shù) Fig 5 Function diagram of variation coefficient of inorganic nitrogen in soil profile after 50 days of water and nitrogen treatment 2 6 水氮耦合對砂培黃瓜產(chǎn)量的影響 水氮耦合對溫室砂培黃瓜產(chǎn)量的影響如圖 6 所 示 各處理的產(chǎn)量之間存在顯著差異 T5 處理的產(chǎn) 量最高 為 107 43 t hm 2 高水低氮的 T2 處理產(chǎn)量最 低 為 26 34 t hm 2 二者相差了近 4 倍 低施氮量下 黃瓜產(chǎn)量均顯著低于其他處理 當施氮量在 623 kg hm 2 以上時 才可得到較高的產(chǎn)量 在同一灌水水 平下 T3 處理較 T1 處理增產(chǎn)了 205 85 T6 處理和 T7處理與 T2處理相比分別增產(chǎn)了 273 55 244 09 表明過量灌水施氮會造成砂培黃瓜的減產(chǎn) 符合報酬 遞減規(guī)律 通過回歸分析得出黃瓜產(chǎn)量與灌水水平 null 1 和施氮量 null 2 的回歸方程 砂培黃瓜產(chǎn)量隨著灌水水平 和施氮量的增加都表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢 當 null 1 為 0且 null 2 為 0 563 3時 產(chǎn)量取得最大值 115 89 t hm 2 a 產(chǎn)量差異性比較 b 產(chǎn)量空間函數(shù) 圖 6 各處理砂培黃瓜產(chǎn)量 Fig 6 Effects of water and nitrogen coupling on cucumber yield in sandy soil d d bc ab a abc c 0 20 40 60 80 100 120 140 T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 產(chǎn)量 t hm 2 處理 馬新超 等 水氮耦合對溫室砂培黃瓜基質(zhì)水鹽 氮運移及產(chǎn)量的影響 41 3 討 論 本研究表明 在水肥一體化條件下 灌水水平是 影響基質(zhì)含水率的主要因素 這與隋娟等 12 認為土壤 含水率的變化受灌水定額的影響更為明顯的結(jié)論一 致 基質(zhì)含水率在土壤剖面上的分布表現(xiàn)出其濕潤峰 有明顯向深處運移的趨勢 這與吳現(xiàn)兵等 13 所得出的 部分結(jié)論類似 后者的研究指出甘藍苗期開始 土壤 含水率總體有較小的下降梯度 這與本研究中基質(zhì)含 水率隨著時間增加的變化幅度不明顯的結(jié)論不一致 這是因為本試驗中當含水率達到灌水下限時就及時 進行灌溉 以至于作物不同時期需水量的差異不顯著 本試驗從節(jié)水灌溉的角度考慮 應選擇編碼值較為適 中的灌水水平 即可避免濕潤峰下移的同時保證植株 根系可以吸收到足夠的水分 吳昌娟等 14 研究發(fā)現(xiàn) 鹽分運移具有表聚和底遷的特點 本研究也表明基質(zhì) 鹽分一部分隨水向下運移 一部分由于水分蒸發(fā)在表 層基質(zhì)產(chǎn)生富集現(xiàn)象 尤其是作為對照的 T7 處理在 50 d 和 70 d 時 0 10 cm 基質(zhì)層鹽分高達 183 20 179 50 S cm 產(chǎn)生了明顯的鹽分表聚現(xiàn)象 這與張 鵬等 15 和包雪蓮 16 的研究結(jié)果有相似之處 雖然膜下 滴灌有 抑鹽壓鹽 的作用 但避免過量灌水施氮是 防止基質(zhì)鹽分富集的一種有效措施 本研究中 基質(zhì) 內(nèi)的硝態(tài)氮和鹽分隨著時間增加均表現(xiàn)出先增加后 降低的趨勢 這是因為在水氮耦合下 硝酸根離子作 為主要的鹽基離子 基質(zhì)的鹽分積累是各基質(zhì)層硝態(tài) 氮殘留所導致的 這與前人 17 18 的研究結(jié)果相似 本 試驗中 增施氮肥的各處理在整個生育期內(nèi)各基質(zhì)層 中的硝態(tài)氮量顯著高于低施氮量下的 T1 處理和 T2 處理 蔡樹美等 19 研究表明 施肥量對土壤硝態(tài)氮量 影響最大 張邵武等 20 研究也表明 隨著施氮量的增 加 土壤硝態(tài)氮殘留量持續(xù)增加 這些都與本試驗結(jié) 果相似 包雪蓮 16 提出硝態(tài)氮累積與灌水量呈負相關 而與施肥量呈正相關 這與本試驗中對水氮處理 50 d 時各處理硝態(tài)氮的變異系數(shù)分析結(jié)果相似 硝態(tài)氮具 有易隨水分運移的特性 15 當灌水水平增加時會導致 硝態(tài)氮量在各土層中的分布不均勻 影響根系的吸收 本研究中 生育前期土壤剖面銨態(tài)氮量同樣也表現(xiàn)出 隨水遷移入滲的特征 表明水分作為介質(zhì)促進無機態(tài) 氮向下遷移 此外 黃瓜根系對于銨態(tài)氮的吸收存在 閾值 導致生育中后期各處理基質(zhì)中殘留著大量的銨 態(tài)氮 這與吳現(xiàn)兵等 13 得出的結(jié)論有類似之處 整個 生育期內(nèi)各處理所有基質(zhì)層的銨態(tài)氮呈現(xiàn)出隨著時 間增加的而逐漸升高的趨勢 這與閆建文等 21 的研究 結(jié)論不一致 可能是本試驗采用砂子作為基質(zhì) 其對 氮素的分解轉(zhuǎn)化作用較弱 水氮處理 50 d 時 各處 理銨態(tài)氮量的變異系數(shù)隨著灌水水平和施氮量的增 加表現(xiàn)出持續(xù)升高的趨勢 這與李若楠等 22 研究結(jié)果 類似 說明合理控制關鍵生育期灌水水平和施氮量 顯著減緩了銨態(tài)氮向基質(zhì)深層的遷移 本試驗對基質(zhì) 中氮素形態(tài)的研究表明 適宜的水分和施氮管理可以 調(diào)控硝態(tài)氮和銨態(tài)氮在基質(zhì)中的分布 也能有效降低 基質(zhì)氮素淋失的風險 本試驗中 全生育期基質(zhì)中銨 態(tài)氮量總體較高 硝態(tài)氮量較低 這與前人 23 24 研究 不一致 主要是由于本試驗中所施氮素為尿素 其水 解作用較強而硝化作用較弱 因此在砂培作物的水肥 研究中 抑制氮素的水解作用并增強硝化作用是氮素 合理分布運移的關鍵 已有的相關研究 25 27 也圍繞此 問題展開了討論 這涉及土壤酶和硝化細菌群落分布 的復雜作用機理 可通過在砂子中加入生物炭或者爐 渣 菇渣 椰糠等構成復合基質(zhì)改變基質(zhì)理化性質(zhì)來 實現(xiàn) 關于此結(jié)論有待進一步探究驗證 砂培黃瓜產(chǎn)量隨著灌水水平和施氮量的增加都 表現(xiàn)出先增加后降低的拋物線趨勢 符合報酬遞減規(guī) 律 這與前人 28 30 的研究結(jié)果一致 而張文東等 5 認 為 優(yōu)化氮肥與常規(guī)氮肥處理之間差異不顯著 與本 試驗結(jié)果不一致 這可能是因為本試驗所用基質(zhì)為砂 子 其營養(yǎng)元素匱乏 滿足黃瓜高產(chǎn)的需肥量較大所 導致的 水氮耦合條件下 中水高肥的 T5 處理產(chǎn)量 最高 但過量的施氮不僅會造成基質(zhì)硝態(tài)氮量明顯增 加 同時也會降低氮素利用效率 并可能引起土壤環(huán) 境惡化和環(huán)境污染等問題 13 因此在本試驗條件下 綜合考慮基質(zhì)剖面水鹽氮的分布運移及黃瓜產(chǎn)量 中 水中氮的 T4 處理為最優(yōu)的水氮耦合方案 其次較優(yōu) 的水氮耦合方案為 T5 處理 但 T5 處理的施氮量高達 1 250 kg hm 2 不符合低投入高產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標 反觀在充足水分供給下適當增施氮肥的 T6 處理綜合 表現(xiàn)也較好 本試驗推薦的水氮耦合方案是灌水上下 限設置為 80 20 89 40 60 施氮量為 623 917 kg hm 2 能夠保證黃瓜較好的生長環(huán)境 合理利用水 肥 減少水分及氮素淋失風險 避免產(chǎn)生次生鹽漬化 危害黃瓜生長 提高水肥利用效率和黃瓜產(chǎn)量 4 結(jié) 論 1 灌水水平是影響基質(zhì)含水率的主要因素 基 質(zhì)含水率在土壤剖面上的分布表現(xiàn)出其濕潤峰有明 顯向深處運移的趨勢 2 鹽分積累是各基質(zhì)層硝態(tài)氮殘留所導致的 雖然膜下滴灌有 抑鹽壓鹽 的作用 但避免過量灌 水施氮是防止鹽分富集的有效措施 3 基質(zhì)中的硝態(tài)氮和銨態(tài)氮 2 種無機態(tài)氮總體 上表現(xiàn)出易隨水分運移的特性 并且黃瓜根系對于銨 灌溉排水學報 42 態(tài)氮的吸收存在閾值 在砂培的水肥管理中抑制氮素 的水解作用并增強硝化作用是氮素合理分布運移的 關鍵 4 砂培黃瓜產(chǎn)量隨著灌水水平和施氮量的增加 都表現(xiàn)出先增加后降低的拋物線趨勢 符合報酬遞減 規(guī)律 5 本試驗條件下 綜合考慮基質(zhì)剖面水鹽氮的 分布運移 黃瓜產(chǎn)量及水氮投入等因素 推薦的水氮 耦合方案是灌水上下限設置為 80 20 89 40 60 施氮量為 623 917 kg hm 2 其能夠保證作物較好的生 長環(huán)境 合理利用水肥 減少水分及氮素淋失風險 避免產(chǎn)生次生鹽漬化危害作物生長 提高水肥利用效 率和黃瓜產(chǎn)量 參考文獻 1 殷從焱 溫室內(nèi)水氮管理模式對黃瓜水肥利用效率影響的研究 D 北京 中國地質(zhì)大學 2019 YIN Congyan Effects of irrigation and nitrogen applications on water and nitrogen use efficiencies of cucumber cultivated in solar greenhouse D Beijing China University of Geosciences 2019 2 劉學娜 水氮耦合對日光溫室黃瓜生理特性及水氮利用效率的影 響 D 泰安 山東農(nóng)業(yè)大學 2016 LIU Xuena Effects of water and nitrogen coupling on physiological characteristics and water nitrogen use efficiency of cucumber in solar greenhouse D Tai an Shandong Agricultural University 2016 3 陳修斌 蔣夢婷 尹鑫 等 水氮配施對綠洲溫室黃瓜氮素代謝及產(chǎn) 量品質(zhì)的影響 J 土壤與作物 2021 10 1 79 90 CHEN Xiubin JIANG Mengting YIN Xin et al Effects of water and 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