水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐、氮运移及产量的影响.pdf

2022 年 5 月 灌溉排水学报 第 41 卷 第 5 期 May 2022 Journal of Irrigation and Drainage No 5 Vol 41 34 文章编号 1672 3317 2022 05 0034 11 水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐 氮运移及产量的影响 马新超 1 2 马国财 4 王海瑞 5 张凯浩 1 2 杨鸿基 1 2 高亚宁 1 2 王旭峰 3 轩正英 1 2 1 塔里木大学 园艺与林学学院 新疆 阿拉尔 843300 2 塔里木大学 南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室 新疆 阿拉尔 843300 3 塔里木大学 机械电气化工程学院 新疆 阿拉尔 843300 4 塔里木大学 分析测试中心 新疆 阿拉尔 843300 5 塔里木大学 水利与建筑工程学院 新疆 阿拉尔 843300 摘 要 目的 探究温室砂培黄瓜在不同水氮施用下的基质剖面水盐 氮的分布运移特征及黄瓜产量的差异 方法 采用二次饱和 D 最优设计进行了砂培黄瓜水氮耦合田间试验 试验共设 7 个处理 每个处理重复 3 次 每隔 20 d 测定各 处理 4 个基质层的含水率 null 值 硝态氮量 铵态氮量 并统计了黄瓜产量 研究水氮耦合对温室砂培黄瓜基质剖面水 盐 氮运移及黄瓜产量的影响 结果 灌水水平是影响砂培基质含水率的主要因素 基质剖面上的水分分布表现出湿润 峰明显向深层运移的趋势 膜下滴灌有 抑盐压盐 的作用 避免过量灌水施氮是防止基质盐分富集的有效措施 基质 中的硝态氮和铵态氮总体上表现出易随水分迁移的特性 黄瓜根系对于铵态氮的吸收存在阈值 黄瓜产量随着灌水水平 和施氮量的增加表现出先增加后降低的趋势 符合报酬递减规律 结论 综合考虑基质剖面水盐 氮的分布运移 黄瓜 产量及水氮投入等因素 本研究推荐的水氮耦合方案是灌水上下限设置为 80 20 89 40 60 施氮量控制在 623 917 kg hm 2 能够保证黄瓜较好的生长环境 减少水分和氮素淋失风险 避免产生次生盐渍化危害 提高水肥利用效率和黄瓜 产量 可为温室砂培黄瓜水肥一体化的推广提供理论依据 关 键 词 黄瓜 砂培 含水率 硝态氮 铵态氮 产量 中图分类号 S626 5 文献标志码 A doi 10 13522 ki ggps 2021556 OSID 马新超 马国财 王海瑞 等 水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐 氮运移及产量的影响 J 灌溉排水学报 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 研究意义 随着南疆地区砂培瓜菜种植面积的 不断扩大 限制砂培技术发展的瓶颈问题日益凸显 虽然砂壤土具有取材方便和价格低廉的突出优势 但 其矿质营养元素匮乏 保水能力差 对水肥管理的技 术要求高 当地为了追求高产和高效益存在着盲目过 量灌水与施肥等现象 易出现次生盐渍化和连作障碍 等现象 同时造成了严重的资源浪费和环境污染 因 此 探究砂培黄瓜的合理水肥管理方案研究已成为目 前亟待解决的问题 研究进展 目前关于温室黄瓜 水氮耦合效应的研究已有大量报道 研究内容多集中 收稿日期 2021 11 12 基金项目 南疆重点产业支撑计划项目 2019DB001 塔里木大学研究 生创新训练项目 TDGRI202023 塔里木大学校长基金项目 TDZKYB201903 作者简介 马新超 1998 男 硕士研究生 主要从事设施农业研究 E mail mxczky 通信作者 马国财 1979 男 高级实验师 主要从事微区分析及机理 研究 E mail ying0216mx 在植株生长 产量 品质 水肥利用效率 生理响应 机制等方面 1 5 个别学者对设施栽培下土壤水肥 盐运移特性进行了研究 如梁浩等 6 构建了设施菜地 WHCNS 水氮管理模型 较好地模拟了设施菜地不 同水氮管理方案下的土壤水氮迁移转化过程 李生 平等 7 通过盆栽试验探究了黄瓜生育期内的土壤水 分动态 土壤硝态氮的分布特征 但关于砂培黄瓜基 质水氮 盐运移的研究却鲜见报道 切入点 在设 施栽培中 滴灌施肥是土壤中水分和氮素的主要来源 而土壤中的硝态氮和铵态氮 2 种无机态氮能被植物 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经济效益 降 低资源浪费和环境污染风险 拟解决的关键问题 鉴于此 本研究探究了水氮耦合对温室砂培黄瓜基质 剖面水氮 盐运移及产量的影响 以期为制定砂培黄 瓜科学的水氮调控策略和优化推广砂培黄瓜技术提 供理论依据 马新超 等 水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐 氮运移及产量的影响 35 1 材料与方法 1 1 研究区概况 试验于 2021年 3 7月在塔里木大学园艺试验站 东经 81 17 北纬 40 32 海拔 990 m 7 号节能 型日光温室内进行 供试黄瓜品种为 优胜美 黄瓜 为本地农户日常使用品种 栽培基质为建筑用砂 粗 砂 其理化性质如表 1 所示 栽培方式采用槽式栽 培法 每个栽培槽即为一个独立小区 规格为 0 5 m 2 6 m 1 3 m 2 设定株距为 0 25 m 大行距为 0 6 m 小行距为 0 3 m 进行双行栽培 每个小区定植 20 株 黄瓜 试验设置 7 个处理 每个处理重复 3 次 共计 21 个小区和 420 株黄瓜 温室东西二侧各设 1 行保 护小区 表 1 基质理化性质 Table 1 Matrix physical and chemical properties 有机质 g kg 1 体积质量 g cm 3 总孔隙度 通气孔隙度 持水孔隙度 气水比 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 速效钾 mg kg 1 硝态氮 mg kg 1 铵态氮 mg kg 1 全氮 g kg 1 全磷 g kg 1 全钾 g kg 1 6 61 8 01 38 34 0 12 3 32 1 29 0 24 0 46 1 2 试验设计 试验设置灌水水平和施氮量 2 个因素 采用二次 饱和 D 最优设计 null 2 的 6 点设计 并加设 T7 处理 作为最高码值处理 该处理只作为对照 不参与回归 分析 以保持水氮耦合方案的优良性 具体的试验设 计方案见表 2 表 2 砂培水氮耦合试验设计方案 Table 2 Design scheme of cucumber water nitrogen coupling test 处理 码值方案 码值方案所对应的实际值 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 灌水量根据下式进行计算 null nullnull f null 1 null 2 null 1 式中 null 为基质体积质量 null 为基质湿润比 null 为计划 湿润层深度 当地取 0 35 m f 为基质田间持水率 为 14 02 质量含水率 null 1 null 2 分别为水分上限和 下限 以田间持水率的百分数表示 为水分利用 系数 当地滴灌条件下取 0 9 灌水上限最大值设为 田间持水率的 100 最小值设为田间持水率的 65 灌水水平和施氮量的 0 码值所对应的实际值根 据文献 9 10 并结合本研究中的基质理化性质进行设 定 试验所用灌溉水为水厂供应的自来水 其 null 值 为 0 59 S cm 试验所用肥料分别为尿素 含纯 N 46 磷酸二氢钾 含 P 2 O 5 51 和硫酸钾 含 K 2 O 50 依据基质中的养分量及养分平衡原则 11 设定 磷 钾肥用量分别为 290 kg hm 2 和 800 kg hm 2 氮 磷 钾肥均以追肥的形式随水施入 每隔 5 d 施用 1 次 共计追施 20 次 各处理氮肥每次等量施入 前 7 次每次施入磷肥的 7 钾肥的 3 剩余磷 钾肥 每次等量施入 1 3 测定项目与方法 分别于试验开始后的第 10 30 50 70 90 天 的 21 00 使用土钻进行基质取样 每个小区按 S 型选 取 20 个取样点 以每 10 cm 为一个基质层 共计 4 个基质层 并使用同一批基质样品及时回填 使用铝盒烘干法测定基质 砂 的质量含水率 将基质放入托盘中置于通风避光处自然风干 过 1 mm 筛 按照 5 1 的水 基质比 将浸提液置于恒 温摇床上振荡 30 min 浸提液经滤纸过滤后使用电导 仪 雷磁 DDBJ 351L 进行基质的 null 测定 将部分 基质样品在试验地过 40 目网筛 放入冰盒内带回试 验室放入 20 环境中保存 称取 5 g 新鲜基质样品 置于 200 mL 三角瓶中 加入 2 mol L 氯化钾溶液 50 mL 在摇床上振荡 1 h 取出静置 过滤后使用全自 动间断化学分析仪 Smart Chem 200 进行基质的硝 态氮和铵态氮量的测定 从黄瓜结果初期至拉秧 对采收的黄瓜果实进行 称质量 统计每个小区每次采收黄瓜的单果质量和产 量 并折算成每公顷的黄瓜产量 1 4 数据处理 利用 DPS 7 05 对各项指标进行数据分析 选取 LSD 多重比较方法进行方差分析 采用 Excel 2019 和 Origin 2021 进行制图 2 结果与分析 2 1 水氮耦合对基质含水率分布的影响 图 1 为各处理基质含水率随时间和基质深度的 变化过程 由图 1 可知 整个生育期内各处理基质层 灌溉排水学报 36 的含水率随着时间增加的变化幅度不明显 含水率在 剖面上的分布都表现出其湿润峰有明显向深层移动 的趋势 除 T3处理外 其他处理 0 10 cm和 10 20 cm 的基质含水率均分布在 3 5 区间内 仅有 T3 处理 的 0 10 cm 基质层随时间波动幅度较大 各处理 20 30 cm 基质含水率均开始有明显的增加趋势 并 在 30 40 cm 基质层增加到最大 T1 T7 处理的 30 40 cm 基质层的基质平均含水率分别为 6 82 8 84 7 03 8 82 8 96 8 53 8 31 T1 处理和 T3处理的 30 40 cm含水率明显低于其他处理 可见 灌水水平是影响基质水分纵向运移的主要因素 a T1 处理 b T2处理 c T3处理 d T4 处理 e T5处理 f T6处理 g T7处理 图 1 各处理基质含水率分布 Fig 1 Moisture content distribution of each treatment matrix 2 2 水氮耦合对基质盐分分布及运移的影响 图 2 为各处理基质盐分随时间和基质深度的变 化曲线 由图 2 可知 整个生育期内 除 T5 处理和 T6 处理外 其他 4 个处理所有基质层的盐分在 10 d 和 90 d 时均分布在 91 90 143 67 S cm区间内 30 50 d和 70 d时均分布在 103 33 183 20 S cm区间内 随着时间增加表现出先增加后降低的趋势 而 T5 处 理的 0 10 cm 基质层在 90 d 时电导率达到了 140 97 S cm 明显高于前 4 个时间点 T6 处理的 10 20 cm 基质层在 90 d 时电导率达到了 129 07 S cm 明显高 于前 4 个时间点 在整个生育期内 低施氮量下的 T1 处理和 T2 处理所有基质层的电导率均分布在 91 90 154 83 S cm区间内 其他处理电导率分布在 101 10 183 20 S cm区间内 可见 增施氮肥会使基 质中的盐分增加 而在同一施氮量下 灌水水平的增 加对基质盐分的高低没有明显的影响规律 作为对照 的 T7 处理 最高码值处理 在 50 d 和 70 d 时的 0 10 cm 基质层电导率达到了 183 20 S cm 和 179 50 S cm 产生了明显的盐分表聚现象 除 T3 处理外 各处理基质电导率在不同深度的分布总体上表现出 在 0 10 cm 和 30 40 cm 内较高 10 20 cm和 20 30 cm较低 仅有 T3 处理在 10 d 时其 20 30 cm基质层 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810 基质层深度 c m 基质含水率 10d 30d 50d 70d 90d 马新超 等 水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐 氮运移及产量的影响 37 电导率为 133 47 S cm 明显高于其他 3 个基质层 可见基质盐分一部分随水向下运移 一部分由于水分 蒸发在表层基质内产生富集现象 a T1 处理 b T2处理 c T3处理 d T4 处理 e T5处理 f T6处理 g T7处理 图 2 各处理基质盐分分布 Fig 2 The salts of each treatment matrix are distributed 2 3 水氮耦合对基质硝态氮分布及运移的影响 图 3 为各处理基质硝态氮随时间和基质深度的 变化曲线 由图 3 可知 整个生育期内各处理所有基 质层的硝态氮随着时间增加表现出先增加后降低的 趋势 各处理所有基质层均在 30 d 或 50 d 时出现了 硝态氮量峰值 各处理 4 个基质层的硝态氮量达到各 自峰值时 0 40 cm基质层平均硝态氮量分别为 11 04 10 20 13 03 10 56 11 77 11 49 11 28 mg kg 可 见 T3 处理 0 40 cm基质层平均硝态氮量最高 较最 低的 T2 处理高 2 83 mg kg 增施氮肥的各处理在整 个生育期内所有基质层中的硝态氮量均明显高于低 施氮量下的 T1 处理和 T2 处理 可见 增施氮肥提高 了基质硝态氮水平 除 T3 处理外 其他处理所有基 质层在 90 d时的硝态氮量均低于 10 d时的硝态氮量 而 T3处理 0 10 cm基质层在 90 d时的硝态氮量高于 10 d 时的硝态氮量 可见 大部分处理条件下 植株 根系对硝态氮的吸收利用情况较好 T3 处理在 30 d 和 50 d 时 硝态氮量在不同深度基质层的分布表现 为随着基质层深度的增加而提高 T5 处理在 90 d 时 硝态氮量在不同深度基质层的分布也表现为随着基 质层深度的增加而提高 而其他处理硝态氮在不同深 度基质层的分布均无明显变化趋势 可见 在硝态氮 量较高的水平下具有易随水分运移的特性 本研究中 水氮处理开始后 50 d 时为黄瓜由营 养生长转为生殖生长的关键时间节点 因此选取 50 d 时测定的各基质层硝态氮量进行变异分析 其结果如 表 3 所示 在该时期 硝态氮量最高值出现在 T7 处 理的 30 40 cm 基质层 为 12 86 mg kg 最低值出现 0 10 20 30 40 80 100 120 140 160 180 200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100 120 140 160 180 200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100 120 140 160 180 200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 100120140160180200 基质层深度 c m null S cm 1 10d 30d 50d 70d 90d 灌溉排水学报 38 在 T3 处理的 0 10 cm 基质层 为 9 00 mg kg 二者 相差了 3 86 mg kg 对各处理变异系数 null 值进行 排序 得出 T5 处理 T6 处理 T1 处理 T2 处理 T7 处理 T4 处理 T3 处理 T3 处理的 null 值最大 为 0 15 T5 处理的 null 值最小 为 0 04 因此 T5 处 理基质中硝态氮分布最为均匀 从利于根系吸收硝态 氮的角度来讲 T5 处理为最优的水氮耦合方案 a T1 处理 b T2处理 c T3处理 d T4 处理 e T5处理 f T6处理 g T7处理 图 3 各处理基质硝态氮分布 Fig 3 Distribution of nitrate nitrogen in each treatment matrix 表 3 水氮处理 50 d 时基质剖面硝态氮量与变异系数 Table 3 Nitrate distribution in soil profile after 50 days of water and nitrogen treatment 处理 各基质层硝态氮量 mg kg 1 变异系数 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 水氮耦合对基质铵态氮分布及运移的影响 图 4 为各处理基质中铵态氮随时间和基质深度 的变化曲线 由图 4 可知 整个生育期内 各处理所 有基质层的铵态氮随着时间的增加总体上表现为上 升趋势 各处理所有基质层的铵态氮在 10 d 和 30 d 时均分布在 86 48 145 98 mg kg 区间内 在 50 70 d 和 90 d 时均分布在 155 08 209 86 mg kg 区间内 可 见 黄瓜根系对铵态氮的吸收存在阈值 导致在黄瓜 生育中后期时基质中的铵态氮大量积累 灌水水平和 施氮量的增加对基质中铵态氮量无明显影响 在 10 d 时 各处理基质铵态氮量在 4 个基质层中分布较为均 0 10 20 30 40 0246810121416 基质层深度 c m 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基质层深度 c m 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基质层深度 c m 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基质层深度 c m 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0 2 4 6 8 10121416 基质层深度 cm 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基质层深度 c m 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 0246810121416 基质层深度 c m 硝态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 马新超 等 水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐 氮运移及产量的影响 39 匀 均分布在 86 48 99 92 mg kg 区间内 在 30 d 时 T7 处理的铵态氮量最小值出现在 30 40 cm 基质层 在 50 d 时 T6 处理和 T7 处理的铵态氮量最小值均出 现在 30 40 cm 基质层 黄瓜生育后期各处理基质铵 态氮量在 4 个基质层中无明显分布规律 这是由于铵 态氮在砂子基质中不断积累使各基质层铵态氮量均 保持在较高水平上 a T1 处理 b T2处理 c T3处理 d T4 处理 e T5处理 f T6处理 g T7处理 图 4 各处理基质铵态氮分布 Fig 4 Distribution of ammonium nitrogen in the matrix of each treatment 对水氮处理开始后 50 d 时测定的各基质层铵态 氮量进行变异分析 结果如表 4 所示 铵态氮量最高 出现在 T3处理的 30 40 cm基质层 为 209 86 mg kg 最低的出现在 T5 处理的 0 10 cm基质层 为 155 17 mg kg 二者相差了 54 69 mg kg 对各处理 null 值进 行排序如 T1 处理 T4 处理 T2 处理 T6 处理 T3 处理 T7 处理 T5 处理 T5 处理的 null 值最大 为 0 11 T1 处理的 null 值最小 为 0 01 可见 T1 处理基质中的铵态氮分布最为均匀 最有利于植株根 系对铵态氮的吸收 表 4 水氮处理开始后 50 d 时基质剖面铵态氮分布 Table 4 Distribution of ammonium nitrogen in soil profile after 50 days of water and nitrogen treatment 处理 各基质层铵态氮量 mg kg 1 变异系数 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 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 0 10 20 30 40 80 120 160 200 240 基质层深度 c m 铵态氮量 mg kg 1 10d 30d 50d 70d 90d 灌溉排水学报 40 2 5 关键时间节点基质氮素分析 对水氮处理开始后 50 d 时的各处理硝态氮和铵 态氮变异系数进行二次多项式逐步回归分析 T7 处 理不参与回归分析 下同 剔除对基质中硝态氮和 铵态氮分布影响不显著的因子项后 绘制出函数图见 图 5 图 5 中 null 1 null 2 为灌水水平和施氮量的编码值 由图 5 可知 50 d 时各处理基质中硝态氮量的变异系 数随着灌水水平的增加表现出持续降低的趋势 随着 施氮量的增加表现出先增加后降低的趋势 在 null 1 null 2 均为 1 时 变异系数取得最小值 0 003 3 此时硝态 氮在各基质层中分布最为均匀 基质中铵态氮量的变 异系数随着灌水水平和施氮量的增加表现出持续升 高的趋势 在 null 1 null 2 均为 1 时变异系数取得最小值 0 013 4 此时铵态氮在各基质层中分布最为均匀 可 见 在水氮耦合条件下 硝态氮和铵态氮 2 种氮素形 态在基质中分布的均匀性是相反的 为了抵消二者之 间的拮抗作用 只有当灌水水平和施氮量的编码值均 适中时 植株根系在 0 40 cm基质层内才能较为均匀 的同时吸收 2 种形态的氮素 a 硝态氮变异系数函数 b 铵态氮变异系数函数 图 5 水氮处理 50 d 基质无机态氮变异系数函数 Fig 5 Function diagram of variation coefficient of inorganic nitrogen in soil profile after 50 days of water and nitrogen treatment 2 6 水氮耦合对砂培黄瓜产量的影响 水氮耦合对温室砂培黄瓜产量的影响如图 6 所 示 各处理的产量之间存在显著差异 T5 处理的产 量最高 为 107 43 t hm 2 高水低氮的 T2 处理产量最 低 为 26 34 t hm 2 二者相差了近 4 倍 低施氮量下 黄瓜产量均显著低于其他处理 当施氮量在 623 kg hm 2 以上时 才可得到较高的产量 在同一灌水水 平下 T3 处理较 T1 处理增产了 205 85 T6 处理和 T7处理与 T2处理相比分别增产了 273 55 244 09 表明过量灌水施氮会造成砂培黄瓜的减产 符合报酬 递减规律 通过回归分析得出黄瓜产量与灌水水平 null 1 和施氮量 null 2 的回归方程 砂培黄瓜产量随着灌水水平 和施氮量的增加都表现出先增加后降低的趋势 当 null 1 为 0且 null 2 为 0 563 3时 产量取得最大值 115 89 t hm 2 a 产量差异性比较 b 产量空间函数 图 6 各处理砂培黄瓜产量 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 产量 t hm 2 处理 马新超 等 水氮耦合对温室砂培黄瓜基质水盐 氮运移及产量的影响 41 3 讨 论 本研究表明 在水肥一体化条件下 灌水水平是 影响基质含水率的主要因素 这与隋娟等 12 认为土壤 含水率的变化受灌水定额的影响更为明显的结论一 致 基质含水率在土壤剖面上的分布表现出其湿润峰 有明显向深处运移的趋势 这与吴现兵等 13 所得出的 部分结论类似 后者的研究指出甘蓝苗期开始 土壤 含水率总体有较小的下降梯度 这与本研究中基质含 水率随着时间增加的变化幅度不明显的结论不一致 这是因为本试验中当含水率达到灌水下限时就及时 进行灌溉 以至于作物不同时期需水量的差异不显著 本试验从节水灌溉的角度考虑 应选择编码值较为适 中的灌水水平 即可避免湿润峰下移的同时保证植株 根系可以吸收到足够的水分 吴昌娟等 14 研究发现 盐分运移具有表聚和底迁的特点 本研究也表明基质 盐分一部分随水向下运移 一部分由于水分蒸发在表 层基质产生富集现象 尤其是作为对照的 T7 处理在 50 d 和 70 d 时 0 10 cm 基质层盐分高达 183 20 179 50 S cm 产生了明显的盐分表聚现象 这与张 鹏等 15 和包雪莲 16 的研究结果有相似之处 虽然膜下 滴灌有 抑盐压盐 的作用 但避免过量灌水施氮是 防止基质盐分富集的一种有效措施 本研究中 基质 内的硝态氮和盐分随着时间增加均表现出先增加后 降低的趋势 这是因为在水氮耦合下 硝酸根离子作 为主要的盐基离子 基质的盐分积累是各基质层硝态 氮残留所导致的 这与前人 17 18 的研究结果相似 本 试验中 增施氮肥的各处理在整个生育期内各基质层 中的硝态氮量显著高于低施氮量下的 T1 处理和 T2 处理 蔡树美等 19 研究表明 施肥量对土壤硝态氮量 影响最大 张邵武等 20 研究也表明 随着施氮量的增 加 土壤硝态氮残留量持续增加 这些都与本试验结 果相似 包雪莲 16 提出硝态氮累积与灌水量呈负相关 而与施肥量呈正相关 这与本试验中对水氮处理 50 d 时各处理硝态氮的变异系数分析结果相似 硝态氮具 有易随水分运移的特性 15 当灌水水平增加时会导致 硝态氮量在各土层中的分布不均匀 影响根系的吸收 本研究中 生育前期土壤剖面铵态氮量同样也表现出 随水迁移入渗的特征 表明水分作为介质促进无机态 氮向下迁移 此外 黄瓜根系对于铵态氮的吸收存在 阈值 导致生育中后期各处理基质中残留着大量的铵 态氮 这与吴现兵等 13 得出的结论有类似之处 整个 生育期内各处理所有基质层的铵态氮呈现出随着时 间增加的而逐渐升高的趋势 这与闫建文等 21 的研究 结论不一致 可能是本试验采用砂子作为基质 其对 氮素的分解转化作用较弱 水氮处理 50 d 时 各处 理铵态氮量的变异系数随着灌水水平和施氮量的增 加表现出持续升高的趋势 这与李若楠等 22 研究结果 类似 说明合理控制关键生育期灌水水平和施氮量 显著减缓了铵态氮向基质深层的迁移 本试验对基质 中氮素形态的研究表明 适宜的水分和施氮管理可以 调控硝态氮和铵态氮在基质中的分布 也能有效降低 基质氮素淋失的风险 本试验中 全生育期基质中铵 态氮量总体较高 硝态氮量较低 这与前人 23 24 研究 不一致 主要是由于本试验中所施氮素为尿素 其水 解作用较强而硝化作用较弱 因此在砂培作物的水肥 研究中 抑制氮素的水解作用并增强硝化作用是氮素 合理分布运移的关键 已有的相关研究 25 27 也围绕此 问题展开了讨论 这涉及土壤酶和硝化细菌群落分布 的复杂作用机理 可通过在砂子中加入生物炭或者炉 渣 菇渣 椰糠等构成复合基质改变基质理化性质来 实现 关于此结论有待进一步探究验证 砂培黄瓜产量随着灌水水平和施氮量的增加都 表现出先增加后降低的抛物线趋势 符合报酬递减规 律 这与前人 28 30 的研究结果一致 而张文东等 5 认 为 优化氮肥与常规氮肥处理之间差异不显著 与本 试验结果不一致 这可能是因为本试验所用基质为砂 子 其营养元素匮乏 满足黄瓜高产的需肥量较大所 导致的 水氮耦合条件下 中水高肥的 T5 处理产量 最高 但过量的施氮不仅会造成基质硝态氮量明显增 加 同时也会降低氮素利用效率 并可能引起土壤环 境恶化和环境污染等问题 13 因此在本试验条件下 综合考虑基质剖面水盐氮的分布运移及黄瓜产量 中 水中氮的 T4 处理为最优的水氮耦合方案 其次较优 的水氮耦合方案为 T5 处理 但 T5 处理的施氮量高达 1 250 kg hm 2 不符合低投入高产出的农业生产目标 反观在充足水分供给下适当增施氮肥的 T6 处理综合 表现也较好 本试验推荐的水氮耦合方案是灌水上下 限设置为 80 20 89 40 60 施氮量为 623 917 kg hm 2 能够保证黄瓜较好的生长环境 合理利用水 肥 减少水分及氮素淋失风险 避免产生次生盐渍化 危害黄瓜生长 提高水肥利用效率和黄瓜产量 4 结 论 1 灌水水平是影响基质含水率的主要因素 基 质含水率在土壤剖面上的分布表现出其湿润峰有明 显向深处运移的趋势 2 盐分积累是各基质层硝态氮残留所导致的 虽然膜下滴灌有 抑盐压盐 的作用 但避免过量灌 水施氮是防止盐分富集的有效措施 3 基质中的硝态氮和铵态氮 2 种无机态氮总体 上表现出易随水分运移的特性 并且黄瓜根系对于铵 灌溉排水学报 42 态氮的吸收存在阈值 在砂培的水肥管理中抑制氮素 的水解作用并增强硝化作用是氮素合理分布运移的 关键 4 砂培黄瓜产量随着灌水水平和施氮量的增加 都表现出先增加后降低的抛物线趋势 符合报酬递减 规律 5 本试验条件下 综合考虑基质剖面水盐氮的 分布运移 黄瓜产量及水氮投入等因素 推荐的水氮 耦合方案是灌水上下限设置为 80 20 89 40 60 施氮量为 623 917 kg hm 2 其能够保证作物较好的生 长环境 合理利用水肥 减少水分及氮素淋失风险 避免产生次生盐渍化危害作物生长 提高水肥利用效 率和黄瓜产量 参考文献 1 殷从焱 温室内水氮管理模式对黄瓜水肥利用效率影响的研究 D 北京 中国地质大学 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 刘学娜 水氮耦合对日光温室黄瓜生理特性及水氮利用效率的影 响 D 泰安 山东农业大学 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 陈修斌 蒋梦婷 尹鑫 等 水氮配施对绿洲温室黄瓜氮素代谢及产 量品质的影响 J 土壤与作物 2021 10 1 79 90 CHEN Xiubin JIANG Mengting YIN Xin et al Effects of water and nitrogen coupling on nitrogen metabolism and yiel