秸秆和地膜双元覆盖对设施黄瓜根系生长和根际土壤养分的影响

李 明, 崔世茂, 王怀栋, 葛茂悦

(1.内蒙古农业大学 职业技术学院, 内蒙古 包头 014109; 2.内蒙古农业大学 农学院, 内蒙古 呼和浩特010018)

秸秆和地膜双元覆盖对设施黄瓜根系生长和根际土壤养分的影响

李 明1, 崔世茂2, 王怀栋2, 葛茂悦1

(1.内蒙古农业大学 职业技术学院, 内蒙古 包头 014109; 2.内蒙古农业大学 农学院, 内蒙古 呼和浩特010018)

摘要：[目的] 研究秸秆和地膜双元覆盖条件对设施黄瓜结果期根系生长和根际土壤养分含量的影响，为北方寒旱区设施农业可持续生产提供理论依据和技术支持。 [方法] 以设施黄瓜为试材，采用日光温室试验和室内测定的分析方法。 [结果] 玉米秸秆加地膜的双元覆盖处理可明显增加根际土壤有机质、氮、磷、钾等养分含量，促进植株根系生长，其中0.72 kg/m2秸秆量并覆膜处理效果和推广性最佳，与对照相比，在结果后期提高根际土壤有机质、全磷、全钾、碱解氮含量及根系数、根冠比、总根长、根表面积、根系活力分别达20.83%，22.83%，5.16%，5.53%，73.24%，32.76%，65.42%，45.94%和10.41%。 [结论] 秸秆和地膜复合的双元覆盖效果优于秸秆或地膜单一覆盖处理。

关键词：覆盖; 设施黄瓜; 根系生长; 土壤养分; 秸秆

秸秆覆盖是土壤生产管理中的一项重要技术，对土壤中微生物活动环境起到一定的改善作用[1-2]，可减少土壤的水分蒸散，提高土壤中养分和有机质含量，并可缓解温室土壤的盐渍化过程，改善土壤的一些理化性状，对作物生长产生明显地促进作用[3-5]。目前，国内外多集中研究设施蔬菜的仅仅秸秆覆盖或覆膜，针对北方旱寒区设施条件下玉米加膜的双元覆盖影响黄瓜根系生长和土壤养分等方面的研究并不多见。本试验通过研究双元覆盖对温室黄瓜根系生长和养分变化的影响，旨在探索促进设施黄瓜生长的最佳地表覆盖处理，并为北方寒旱区设施可持续生产提供理论依据和技术支持。

1试验材料和方法

1.1　试验材料

试验于2012和2013年的3—7月在内蒙古农牧业科技园区基地进行，试验用日光温室东西长度50 m、南北跨度7 m，以黄瓜“津春改良2号”品种为试验对象，玉米秸秆粉碎长度为3 cm左右。

1.2　试验方法和方法

黄瓜于3月5日育苗，4月10日定植于日光温室，定植方式为单垄双行，种植密度为42 000株/hm2,以地表不覆盖处理为对照(CK)，进行地膜(D)，0.72 kg/m2秸秆量(J)，0.24 kg/m2秸秆量并覆膜(DJ1)，0.72 kg/m2秸秆量并覆膜(DJ2)和1.20 kg/m2秸秆量并覆膜(DJ3)的5种地表覆盖处理方式。用滴灌统一灌溉，在结果前期和后期，分别取根际土壤表层0—20 cm处混合土壤，测定有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾的含量；同时，测定黄瓜植株根系数、根冠比、根系活力、总根长和总表面积，均重复3次测定。

1.3　测定方法

有机质含量测定采用重铬酸钾外加热法，全氮含量采用半微量凯氏定氮法，全磷含量采用氢氧化钠熔融钼锑比色法，全钾采用氢氧花钠熔融火焰光度计法，速效氮含量采用碱解—扩散法，速效磷含量采用碳酸氢钠钼锑比色法，速效钾采用乙酸铵浸提火焰光度计法；根系数为统计超过0.5 cm长1级侧根和2级侧根总和，根冠比通过称量植株地下部和地上部干重后计算比值测定，根系活力用TTC法测定，根系长度、根体积和根表面积数据采用将根系均匀平铺于Epson Perfv 700扫描仪扫描并保存为JPG文件，用WinRHIZO Pro 2009年软件分析测得。

1.4　数据处理及分析

数据用SPSS 13.0软件进行统计，在符合正态分布的情况下进行单因素方差分析和多重比较方法对数据进行差异显著性检验和相关性分析，所得结果均为平均值±标准差。

2结果与分析

2.1　不同覆盖处理对结果期黄瓜植株各指标的影响

从表1可见，在结果前期，所有处理根系数均高于对照，与对照相比，DJ3处理差异极显著而其他处理差异均不显著；根冠比J处理极显著高于对照，DJ3处理显著高于对照，其他处理均与对照差异不显著；总根长所有处理均高于对照，其中DJ3，DJ2和DJ1处理与对照差异极显著，J和D处理与对照差异显著，DJ3，DJ2，DJ1，J和D处理分别较对照高出70.94%，62.81%，27.80%，21.17%和18.19%；总表面积所有处理均极显著高于对照，DJ3，DJ2，DJ1，J和D处理分别较对照高出83.73%，72.62%，52.21%，39.73%和35.60%；根系活力所有处理均高于对照，其中DJ3和DJ2处理与对照差异极显著，DJ1与对照差异显著，J和D处理与对照差异不显著，DJ3，DJ2和DJ1处理分别较对照高出31.37%，35.51%和10.86%。

表1　不同处理对结果前期根系数、根冠比、总根长、根总面积和根系活力的影响

注：不同小写字母表示达到差异性显著(p<0.05)，不同大写字母表示达到差异性极显著(p<0.01)。各处理分别为：DJ3：1.20 kg/m2秸秆量并覆膜，DJ2：0.72 kg/m2秸秆量并覆膜，DJ1：0.24 kg/m2秸秆量并覆膜，J：0.72 kg/m2秸秆量，D：地膜，CK：对照。下同。

从表2可见，在结果后期，根系数所有处理均高于对照，其中DJ3和DJ2处理与对照差异极显著，DJ1和J处理与对照差异显著，D处理与对照差异不显著，DJ3，DJ2，DJ1和J处理分别较对照高出75.49%，73.24%，14.37%和13.80%；根冠比所有处理均高于对照，其中DJ3，DJ2和J处理对对照差异极显著，DJ1和D处理与对照差异不显著，DJ3，DJ2和J处理分别较对照高出55.17%，32.76%和39.66%；；总根长所有处理均极显著高于对照，DJ3，DJ2，DJ1，J和D处理分别较对照高出92.80%，65.42%，38.32%，7.48%和15.23%；总表面积所有处理均极显著高于对照，DJ3，DJ2，DJ1，J和D处理分别较对照高出65.26%，45.94%，23.90%，5.94%和10.80%；根系活力所有处理均高于对照，除DJ1外其他处理均极显著高于对照，DJ3，DJ2，J和D处理分别较对照高出12.49%，10.41%，16.13%和10.25%。

表2　不同处理对结果后期根系数、根冠比、总根长、根总面积和根系活力的影响

2.2　不同处理对结果期黄瓜根际土壤养分含量的影响

从表3可见，在黄瓜结果前期，土壤有机质含量的各处理都高于对照，除D处理差异显著外其他处理均差异极显著，DJ3，DJ2，DJ1，J和D处理有机质含量与对照相比分别高出43.26%，29.02%，22.84%，17.04%和13.20%；土壤的全氮含量各处理都高于对照，其中DJ3，DJ2和J处理与对照差异极显著而DJ1处理与对照差异显著，D处理与对照差异不显著，DJ3，DJ2，J和DJ1处理分别高出对照14.29%，12.38%，6.67%和4.76%；全磷含量除D处理显著低于对照外而其他处理都高于对照但差异均不显著；全钾含量各处理都高于对照且均差异不显著；碱解氮含量的各处理都高于对照，其中DJ1，J，D和DJ2处理分别高出对照54.93%，42.84%，37.69%和27.87%，且均与对照差异显著，而DJ3处理与对照差异不显著；速效磷含量的DJ3和DJ2处理低于对照而其他处理高于对照，与对照相比，J和D处理差异极显著，DJ3处理差异显著，DJ1处理差异不显著；速效钾含量J处理显著高于对照，而DJ3和D处理显著低于对照，DJ2和DJ1低于对照但与对照差异不显著。

表3　不同处理对结果前期根际土壤养分含量变化的影响

从表4可见，在结果后期，各处理有机质含量均高于对照，与对照相比，DJ2处理差异极显著，DJ1和J处理差异显著，DJ3和D处理差异不显著，DJ2，J，DJ1处理分别较对照提高20.83%，14.00%，13.97%；全氮含量J处理高于对照，D处理与对照持平，其他均低于对照，各处理与对照差异均不显著；全磷含量除DJ3处理低于对照外，其他均高于对照，各处理与对照差异均不显著；全钾各处理均高于对照，与对照相比，DJ2和DJ1处理差异极显著，分别提高5.16%和5.08%，其他处理差异均不显著；碱解氮各处理均高于对照，与对照相比，J和D处理差异极显著，分别提高35.47%和27.45%，而DJ3，DJ2和DJ1差异均不显著；速效磷DJ2，J，和DJ1处理高于对照，DJ3和D处理低于对照，其中DJ2和J处理与对照差异极显著而其他差异不显著，DJ2较对照提高了30.49%；对于速效钾含量，DJ1和J处理极显著高于对照，而DJ3处理极显著低于对照、DJ2处理显著低于对照，D处理与对照差异不显著。

2.3　根际土壤养分和根系生长之间相关性分析

从表5分析可见，根冠比与全钾含量呈极显著正相关关系，与根际土壤全磷含量呈显著正相关关系；根系活力与与根际土壤全氮含量呈极显著正相关关系，与有机质含量呈显著正相关关系；根系总面积与根系数呈极显著正相关关系，与有机质含量呈显著正相关关系。

相关性分析结果说明，根际土壤中全氮、全磷、全钾和有机质含量在很大程度上影响着根系的生长指标；分析表明，根系数与全钾含量呈显著负相关，根冠比与碱解氮含量呈极显著负相关关系，说明碱解氮含量增多对植株地上部生长的促进作用强于地下部。

表4　不同处理对结果后期根际土壤养分含量变化的影响

表5　根系生长和土壤养分含量之间相关性分析

注： **表示在0.01水平上显著相关；*表示在0.05水平上显著相关。

3讨 论

杨黾等[6]研究表明，不同秸秆用量可不同程度提高土壤有机质含量,增加土壤全效N，P，K和速效养分含量。翟胜等[7]试验表明，在覆盖秸秆与覆盖秸秆+地膜处理小区，耕层土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、磷、钾含量显著高于对照和覆盖地膜处理。通过利用玉米秸秆覆盖处理，不仅可向土壤的种植表层提供一些营养物质，有效增加土壤中氮、磷、钾的含量，而且可以极大改善根际表层土壤微生物生长繁殖环境，从而有效促进土壤养分的释放和循环，提高土壤中有机质和速效氮、磷、钾等营养成分的含量[8-9]。本试验通过不同地表覆盖处理后，均不同程度提高土壤中有机质、全钾和碱解氮含量等，其中DJ3(1.20 kg/m2秸秆量并覆膜)和DJ2(0.72 kg/m2秸秆量并覆膜)处理处理最为显著。但在结果前期不同地表覆盖处理提高土壤中全氮含量，而在结果后期却减少了土壤全氮含量。

在温室条件下，随设施种植年限的增加，土壤中全氮和全磷含量不断累计,而全钾含量会出现一定程度的亏缺[10]，本试验中通过地表秸秆覆盖增加了土壤表层全钾含量，这对于土壤微观环境来说及其重要，非常利于土壤中氮、磷、钾等营养元素的动态平衡。在试验过程中不同处理土壤养分含量存在一定的差异，这可能与不同处理间秸秆厚度、覆膜、土壤温度、土壤水分、微生物组成和数量等具体情况关联，导致土壤中产生的有机酸含量不同，从而使土壤中螯合、酸溶、竞争吸附等机制产生差异，最终使土壤中难溶态的氮、磷、钾变成速效态的氮、磷、钾含量不同所致[11-12]。

在温室黄瓜生长发育过程中，植株地下部和地上部存在着密切的相关关系，地上部的叶片和果实生长发育依赖于植株地下根系部分吸收水肥以及制造一些氨基酸和植物内源激素[13]，而植株根系的生长离不开与根际密切相关的土壤养分等环境因子，本试验中秸秆加地膜的双元覆盖可以有效增加根际土壤有机质含量及其他土壤养分，提高温室土壤可持续生产能力，促进植株根系生长，影响并改善植株地上部分的生长状况，最终这些因素将提高温室黄瓜产量和品质[14-15]。

4结 论

(1) 经过不同地表覆盖处理后，在植株结果初期均明显提高根际土壤中有机质、全氮、全钾、碱解氮含量和总根长、根表面积、根系活力指标，在结果后期明显提高根际土壤中有机质、全钾、碱解氮含量和根系数、总根长、根表面积、根系活力指标，秸秆和地膜复合的双元覆盖效果要优于秸秆或地膜单一覆盖处理。

(2) 双元覆盖处理中DJ3(1.20 kg/m2秸秆量并覆膜)和DJ2(0.72 kg/m2秸秆量并覆膜)处理的效果远优于其他处理，在实际生产中，DJ2处理可操作性强，易于推广。经过DJ2处理后，与对照相比，在结果后期可分别提高根际土壤有机质、全磷、全钾、碱解氮含量及根系数、根冠比、总根长、根表面积、根系活力分别达到20.83%，22.83%，5.16%，5.53%，73.24%，32.76%，65.42%，45.94%和10.41%。

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Coupling Effect of Surface Coverage with Straw and Plastic Film on Root Growth and Rhizosphere Nutrients of Greenhouse Cucumber

LI Ming1， CUI Shimao2， WANG Huaidong， GE Maoyue1

(1.VocationalTechnicalCollege,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Baotou,InnerMongolia014109，China; 2.AgriculturalCollege,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Hohhot,InnerMongolia010010，China)

Abstract：[Objective] We selected the cucumber to study the coupling effect of surface coverage with plastic film and maize straw on root growth and rhizosphere nutrients during fruiting period in greenhouse in order to provide the theoretical and technical support for the sustainable production of facility agriculture in cold and arid regions of North China. [Methods] Greenhouse experiment and laboratory test were used in this study. [Results] Treatments of combined coverage with plastic film and maize straw improved the content of organic matter, N, P and K in soil, and promoted root growth of cucumber. Compared with the control treatment in later fruiting period in the experiment, the treatment with 0.72 kg/m2of straw and covered with film produced the best effect, and the content of organic matter, total P, total K, nitrogen and root factor, root-shoot ratio, total root length, total root surface area, root activity were increased respectively by 20.83%, 22.83%, 5.16%, 5.53%, 73.24%, 32.76%, 65.42%, 45.94% and 10.41%. [Conclusion] The double coverage of straw and plastic film produced coupling effect and was better than coverage with single straw or plastic film.

Keywords:coverage; greenhouse cucumber; root growth; soil nutrient; straw

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)06-0026-04

中图分类号：S626

收稿日期：2014-12-05修回日期：2014-12-29

资助项目：国家自然科学基金项目“二氧化碳加富条件下温室黄瓜光合作用对高温的应答”(31060269)； 内蒙古科技厅应用技术研究项目(20120804; 20130209)

第一作者：李明(1975—),男(汉族),内蒙古自治区乌兰察布市人,博士,副教授,主要从事设施蔬菜生理和环境调控方面的研究。E-mail:liming19750811@163.com。