不同防渗处理下温室黄瓜微咸水灌溉试验研究

陈 琳，田军仓,2,3，闫新房

(1.宁夏大学土木与水利工程学院,银川 750021;2.宁夏节水灌溉与水资源调控工程技术研究中心，银川 750021;3.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，银川 750021)

贺兰县属于中温带干旱气候区,四季分明，冬寒长但不寒冷，夏暑较短但无酷热，春暖快，秋凉早，雨雪稀少，气候干燥，日照充足，风大沙多。年均温9.7 ℃，极端最高气温36.9 ℃，极端最低气温-24 ℃，日照时间长，太阳福射强，年均日照时数高达2 800～3 000 h，是中国太阳辐射和日照时数最多的地区之一，无霜期为185 d左右，年降水量138.8 mm。农产春小麦、水稻、玉米。银川市贺兰县欣荣村的土壤属于沙土，此地光照条件优良，并且昼夜温差大，适合种植瓜类、蔬菜、水果等农作物。然而，该地区的地下水矿化度较大(5.79 g/L)，属于微咸水，另外还存在沙地保水保肥差的问题，所以该地区农作物的产量和品质受到严重制约。因此，解决微咸水的安全利用、防渗以及节水等问题对当地以及周边的设施农业发展具有重要意义。

黄瓜是设施蔬菜栽培的主要作物之一，需水量大并且对水分敏感[1]，水分是影响黄瓜干物质生产和产量形成的重要因素[2]。黄瓜耐盐性差，特别是幼苗期，一定的盐分胁迫会抑制其光合作用，导致其生长受阻，并影响其产量和品质[3]。目前微咸水灌溉黄瓜的研究较少，本试验是利用两种防渗措施，微咸水膜下滴灌黄瓜，为以后微咸水利用和黄瓜设施生产提供理论和试验依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验地概况

试验点位于宁夏回族自治区银川市贺兰县洪广镇欣荣村沙土非耕地温室，北纬38°30′，东经106°07′，地处海拔1 111.5 m。试验田土壤为非耕地(沙土)，田间持水率(质量)为21.02%。土壤干密度1.485 g/cm3。定值前和拉秧后，分别采集耕作层0～20、20～40 cm土壤混合样，进行分析化验，结果见表1和表2。灌溉用水为当地地下水(微咸水)以及经过净化(自主研发的微咸水净化装置)的净化水与微咸水1∶1混合而成的混合水，3种灌溉水水质见表3。

表1 试验地块土壤基本特征Tab.1 Basic soil properties of study area

表2 拉秧后试验地土壤理化性质Tab.2 Soil properties of study area after planting

表3 3种灌溉用水水质检测表Tab.3 The quality of three irrigation water

1.2 试验设计

供试品种为黄乳四号(黄瓜)，采用自主研发的微咸水净化装置，滴灌系统包括Φ50、PE管、Φ16贴片式滴灌带、水表、管件等。试验是在种植方式、定植时间、种植密度和肥料施加均匀的情况下，研究微咸水灌溉方式、防渗处理、补水定额3个因素不同水平对黄瓜的生长发育、叶片生理指标、产量、品质以及土壤含水率等的影响，采用正交试验的方法，3因素2水平，4个处理，每个处理2次重复，具体试验设计见表4。

表4 黄瓜正交试验设计Tab.4 Cucumber orthogonal experiment design

1.3 试验实施

试验于2015年3月30日-7月2日进行，采用日光温室膜下滴灌种植模式。防渗措施有2种，其中A1(全塑料薄膜)：试验前每隔0.7 m做防渗槽(长5.5 m，深0.6 m)，四周及底部铺PE薄膜(厚度0.06 mm)，然后按顺序回填原温室沙土0.1 m，发酵腐熟秸秆30 kg，沙土0.4 m，地表另覆盖黏土0.1 m；A2(四周塑料薄膜+底部黏土)：试验前每隔0.7 m做防渗槽(长5.5 m，深0.6 m)，四周铺PE薄膜(厚度0.06 mm)，底部用黏土夯实0.1 m(非温室内土壤)后，按顺序回填原温室沙土0.1 m，发酵腐熟秸秆30 kg，沙土0.4 m，地表另覆盖黏土0.1 m采用1膜2行2带种植模式，用1.2 m宽的地膜覆盖，种植2行，行间距为40 cm，株间距为30 cm，为保证在灌水时间相同的情况下，对处理2和处理3每行分别铺设2条滴灌带，对处理1和处理4每行分别铺设1条滴灌带。依据试验方案灌水和土壤含水率，3-4月灌水周期为2 d，5-6月灌水周期为1 d，共灌水47次。

1.4 试验观测项目及方法

(1)土壤检测。定值前，在温室上中下3个部分分别取0～20和20～40 cm土样检测土壤初始肥力(电导率、pH值、全盐量、有机质、速效钾、碱解氮、速效磷)以及土壤干密度。

(2)土壤水分观测。对整个生育期(2015年3月30日-2015年7月2日)，采用TDR土壤水分测定系统取距离植株20 cm处的土样测定灌前、灌后0～20和20～40 cm的土壤含水率。

(3)叶片生理指标观测。使用LI-6400便携式光合作用测定仪测定植株的光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和气孔导度，每个处理选定3株具有代表性的植株作为测定对象。

(4)产量观测。在结果期，每个处理每次采摘时均称重记录，最后计算各个处理的产量。

(5)品质测定。黄瓜成熟后采摘至室内测定其果实的维生素C、可溶性糖、可溶性固形物以及有机酸。

2 结果与分析

2.1 不同处理土壤水分变化分析

从图1可以看出，4种处理土壤质量含水率变化趋势基本一致，在2015年4月20日出现第一个最大值，之后黄瓜进入开花坐果期，需水量增大，温室温度也逐渐上升，黄瓜的腾发量增大，在灌水定额不变的情况下，土壤的质量含水率逐渐降低，这说明黄瓜的结果期耗水量大。灌前土壤质量含水率总体变化规律为：幼苗期，处理2>处理3>处理4≈处理1，处理2达到田间持水率(21.02%)，处理3接近0.8倍田间持水率，而处理4和处理1仅达到0.6倍田间持水率，这是因为处理2和处理3灌水定额大，并且全塑料薄膜防渗保水效果优于两侧塑料薄膜和底部黏土防渗；进入结果期以后，4种处理的土壤质量含水率均呈现下降趋势，由于处理2和处理3灌水定额大，黄瓜叶面积大，后期腾发量大耗水量多，因此处理2和处理3下降幅度大于处理1和处理4。

图1 灌前土壤水分质量含水率变化Fig.1 Soil water quality moisture content changes before filling

从图2可以看出，灌水后4个处理土壤质量含水率均增大，处理2已超过田间持水率，处理3达到田间持水率，处理1和处理4均达到0.8倍田间持水率。在相同的灌水定额下，全塑料薄膜防渗处理比四周塑料薄膜+底部黏土防渗处理计划湿润层内土壤含水率增加约1.33%，水量增加79.8 m3/hm2。

图2 灌后土壤水分质量含水率变化Fig.2 Soil water quality moisture content changes after filling

2.2 不同处理对黄瓜结果前期光合特性的影响

从图3可知，4种处理光合速率(2015年5月16日结果前期)均呈“双峰”趋势。整体上看，光合速率呈现处理3>处理2>处理4>处理1的趋势。9∶00-11∶00随着光照强度增强，温度升高，光合速率增长迅速，在11∶00光合速率达到最大值，处理1、处理2、处理3、处理4的峰值分别是30.12、31.25、32.70和29.60 μmol/(m2·s)，处理3的峰值最大比处理1、处理2和处理4增加8.57%、4.64%和10.5%；11∶00-13∶00随着光照强度继续增强和温度继续升高，黄瓜的光合速率呈现急剧下降的趋势，在13∶00，黄瓜出现“休眠”现象，这是由于中午温度过高，水分供应不足，使得黄瓜叶面气孔关闭，CO2供应不足，因此光合速率达到最低点；13∶00-15∶00温度逐渐降低，光照强度也随之降低，黄瓜叶片气孔张开，光合速率逐渐增大，在15∶00达到另一极大值，比之前11∶00时的略低，随后光合速率又降至最小值,这是由于下午的水量已经亏缺和光照强度减弱，严重影响了温室黄瓜叶片光合速率的变化[2]。4种处理对光合速率有一定的影响，表现为两侧塑料薄膜和底部黏土防渗优于全塑料薄膜防渗，混灌优于轮灌，灌水定额大的优于灌水定额小的。

叶片蒸腾速率日变化与光合速率日变化趋势基本一致，呈现“双峰”趋势。蒸腾速率在9∶00-11∶00，逐渐增大，在11∶00达到峰值，处理1、处理2、处理3和处理4的峰值分别为4.16、3.15、3.80和2.52 mmol/(m2·s)，处理1峰值最大，比处理2、处理3和处理4分别增加32.1%、9.5%和65.1%；随后在11∶00-13∶00蒸腾速率呈下降趋势，在13∶00达到最低，这是由于随着温度升高，叶面蒸发量变大，导致叶面气孔关闭，阻碍了蒸腾作用，同时土壤含水率的下降也制约了蒸腾作用[2]。

气孔导度的日变化呈现“凸折线”规律。呈现先增大后减 小趋势，在11∶00达到峰值，处理1、处理2、处理3和处理4的峰值分别为0.23、0.38、0.37和0.21 mol/(m2·s)，处理2和处理3的峰值大致相同。从图3(c)可以看出，处理3两侧塑料薄膜+底部黏土防渗处理、1∶1混合水和灌水定额[180 m3/hm2(3-5月)、240 m3/hm2(6月)]的气孔导度最大。在土壤含水量不足时，土壤的供水能力不能满足黄瓜蒸腾的需要，引起气孔关闭，导致黄瓜的气孔导度变小[2]。

图3 不同处理下光合特性的日变化Fig.3 The diurnal variation of photosynthesis under different processing characteristics

胞间CO2摩尔分数日变化呈现“凹折线”规律，在11∶00出现“谷值”。处理1、处理2、处理3和处理4胞间CO2摩尔分数“谷值”分别为285.0、275.0、286.0和299.0 μmol/mol。4种处理胞间CO2摩尔分数的“谷值”大致相同，从图3(d)可以看出，处理3的胞间CO2摩尔分数值最大。

2.3 不同处理对黄瓜全生育期光合特性的影响

由图4可以看出，不同处理黄瓜的日平均光合速率随生育期推进呈“凸抛物线”变化趋势，在幼苗期由于叶面积指数小，叶绿素含量少，因此光合速率不高，在结果前期光合速率达到最大值，随后开始减弱，到结果后期光合速率降到最低。4种处理全生育期光合速率比较：处理3>处理2>处理1>处理4。 结果前期处理1、处理2、处理3和处理4日平均光合速率的大小分别为30.12、31.23、32.70和29.60 μmol/(m2·s)。

图4 不同处理下光合特性的阶段变化Fig.4 The Phase variation of photosynthesis under different processing characteristics

各处理日平均蒸腾速率随生育时间推进呈现先降低后升高最降低的“折线”趋势，结果前期达到极小值而在结果中期达到最大值。各处理日平均蒸腾速率比较：处理2>处理1>处理3>处理4。结果中期日平均蒸腾速率大小分别为13.60、14.32、10.30和10.89 mmol/(m2·s)。

各处理日平均气孔导度随生育时间变化，幼苗期日平均气孔导度最大，结果前期达到极小值，结果中期增大，到结果后期又降低。各处理日平均气孔导度比较：处理2>处理3>处理1>处理4。

不同处理日平均胞间CO2摩尔分数随生育期的延长而呈下降的变化趋势。幼苗期和结果前期由于光合速率强，利用CO2效率高，因此日平均胞间CO2摩尔分数大，从结果中期开始，日平均胞间CO2摩尔分数随着光合速率降低而降低。

2.4 黄瓜产量结果及分析

黄瓜每公顷产数见图5。

图5 黄瓜每公顷产数Fig.5 Cucumber number per ha

从图5中可以看到,各处理的产量表现为处理3>处理1>处理2>处理4,且处理3的产量比处理1高出14.55%,比处理2高出26.25%,比处理4高出46.23%。通过极差分析(见表5)。

通过极差分析，主要因素是灌水方式，其次是灌水定额，而防渗措施影响较小，得到的最优组合是A2B1C2,产量为4.435 7 万kg/hm2。

表5 黄瓜产量指标极差分析Tab.5 Cucumber yield index analysis

2.5 黄瓜品质指数分析

采用综合平衡直观分析法，对黄瓜的品质进行极差分析，结果见表6。

由表6可知，可溶性糖影响因素表现为C>A>B；可溶性固形物含量影响因素表现为C=B>A；总酸影响因素表现为B>A=C；还原型Vc影响因素表现为C>A>B，对黄瓜品质的主要影响因素为灌水定额，得到对黄瓜品质最有利的组合是A2B1C2。

3 结 语

(1)从黄瓜根区含水率分析来看，微咸水灌溉导致土壤盐分下渗聚积在黄瓜根部区域，引起黄瓜根区土壤溶液渗透势下降，从而引起作物吸水困难，发生水分胁迫，盐胁迫下会抑制黄瓜幼苗根系生长从而影响黄瓜整个生育期的生理性状和光合作用，导致作物产量下降。防渗处理有利于保持沙土温室水分，四周塑料薄膜+底部黏土防渗优于全塑料薄膜防渗。

(2)在灌水定额、灌溉方式相同的情况下，虽然全塑料薄膜防渗保水效果强于四周塑料薄膜+底部黏土防渗，但是四周塑料薄膜+底部黏土防渗透气性好，土壤呼吸作用强，在高温时 可以及时调节土壤温度更有利于黄瓜根部呼吸和生长，增加其光合作用，光合速率表现为处理3>处理2>处理4>处理1。黄瓜产量表现为处理3>处理1>处理2>处理4。黄瓜品质以处理3为最佳。

表6 黄瓜品质指数分析表Tab.6 Cucumber quality index analysis

(3)综合考虑黄瓜生理指标、产量和品质，四周塑料薄膜+底部黏土防渗、混灌、灌水定额180 m3/hm2(3-5月)、240 m3/hm2(6月)(3-4月灌水周期为2 d，5-6月灌水周期为1 d)为最优组合。

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