微潤管埋深與間距對日光溫室番茄土壤水鹽運(yùn)移的影響

牛文全，呂 望，古 君，梁博惠，郭麗麗，官雅輝

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微潤管埋深與間距對日光溫室番茄土壤水鹽運(yùn)移的影響

牛文全1,2,3，呂 望2,4，古 君3，梁博惠2，郭麗麗2，官雅輝1

（1. 中科院水利部水土保持研究所，楊凌712100；2. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，楊凌712100； 3. 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，楊凌712100；4. 黃河水利科學(xué)研究院，鄭州 450003）

為探求微潤灌溉對于日光溫室次生鹽漬化土壤的影響，設(shè)置3種毛管埋深（10、20和30 cm）和3種毛管間距不同的布置（1管2行、2管2行、3管2行，2行指番茄行），以膜下滴灌（CK）為對照，分析日光溫室土壤水鹽分布的變化。結(jié)果表明，日光溫室耕層土壤（0～20 cm）平均含鹽量達(dá)2.745 g/kg，接近阻礙作物生長的臨界點(diǎn)（2.75 g/kg），發(fā)生了輕度次生鹽漬化。與CK比較，微潤灌溉具有較高的脫鹽效果，0～60 cm土層平均相對脫鹽率較CK提高了32.49%，0～30 cm主根區(qū)較CK提高了76.30%（<0.05）。可用冪函數(shù)較好地描述微潤灌溉日光溫室番茄主根區(qū)土壤鹽分隨定植后天數(shù)的動態(tài)變化過程。微潤管埋深是影響土壤水鹽分布的重要因素，在微潤管埋深處土壤形成一個高水低鹽區(qū)，毛管淺埋有利于主根區(qū)土壤（0～30 cm）鹽分的淋洗，深埋有利于次根區(qū)土壤（>30~60 cm）鹽分的淋洗，埋深30 cm，1管2行組合番茄生育末期土壤含鹽量有升高趨勢，可能會加劇土壤次生鹽漬化。結(jié)合日光溫室鹽分累積及番茄根系分布特征，埋深10 cm，3管2行為輕度次生鹽漬化土壤適宜的應(yīng)用模式（該組合綜合脫鹽效果最好，0～60 cm土層平均相對脫鹽率為22.27%，主根區(qū)相對脫鹽率為29.86%，比CK提高1倍以上）。該研究為微潤灌溉在日光溫室的應(yīng)用提供參考。

含鹽量；土壤水分；溫室；微潤灌溉；埋深；毛管間距；土壤次生鹽漬化

0 引 言

日光溫室是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，已成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)[1]。日光溫室長期處于封閉狀態(tài)，相較于露天土地，溫度高、濕度大，水分蒸發(fā)量大，加之缺少降雨的淋洗，易產(chǎn)生土壤板結(jié)、酸化和次生鹽漬化等一系列問題[2-4]，嚴(yán)重影響土地生產(chǎn)力和可持續(xù)發(fā)展。土壤次生鹽漬化已成為日光溫室栽培中最為突出的問題[5]，隨著種植年限的增長，耕作層鹽分逐年累積[6-7]，嚴(yán)重制約設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

合理輪作[8]、客土置換[9]、增施有機(jī)肥[9]、暗管排水[11]等是目前緩解和治理溫室土壤次生鹽漬化的主要措施。土壤鹽分一般伴隨著土壤水分的運(yùn)動而遷移，灌水洗鹽是解決鹽分累積問題最常見的方式[12]。已就通過調(diào)控灌水量、灌水頻率和水質(zhì)等抑制干旱區(qū)土壤鹽漬化發(fā)展開展了大量研究[13-19]。日光溫室的空氣溫度、濕度、通氣條件以及土壤鹽分離子的組成均與露天環(huán)境有較大差異[20]，且日光溫室采用較高的灌水量和施肥量以獲取較高的產(chǎn)量等更易導(dǎo)致土壤次生鹽漬化的發(fā)生，因此調(diào)控日光溫室土壤鹽漬化的方式與露天有所不同。劉濤等[20]研究認(rèn)為在10 d灌1次水既能保持設(shè)施土壤剖面水量平衡，又可達(dá)到淋洗土壤鹽分的效果；杜磊等[21]試驗(yàn)表明在辣椒苗期和現(xiàn)蕾期采用中頻適量灌水，生育后期采用高頻少量灌水有利于鹽分的淋洗；李衛(wèi)等[22]土柱灌水試驗(yàn)表明，15～20 d灌1次水，有利于抑制設(shè)施土壤返鹽，從防治土壤次生鹽漬化的角度，設(shè)施土壤灌溉應(yīng)該加大灌水量，然而灌水量過高時，但會使水分利用效率低下、導(dǎo)致鹽分進(jìn)入地下水體，對水體產(chǎn)生污染[23]。以上這些溫室灌水洗鹽的研究多集中于傳統(tǒng)的澆灌（漫灌）方式，采用大面積灌水洗鹽，而實(shí)際上只要淡化作物根區(qū)土壤鹽分便可保證作物正產(chǎn)生長。

微潤灌溉作為連續(xù)灌溉方式，在土壤中形成以微潤管為中心的近似圓柱狀的濕潤體，并隨通水時間的延長，濕潤體不斷向周圍擴(kuò)大[24]，基于“鹽隨水動”的理論，可持續(xù)淡化植物根系層的鹽分，較之滴灌、畦灌更有利于降低土壤鹽分，促進(jìn)作物生長，達(dá)到節(jié)水抑鹽的效果[25]。但微潤管上部土壤在蒸發(fā)作用下，有鹽分累積的可能，宜確定合理的微潤灌溉技術(shù)參數(shù)，抑制表層土壤鹽分累積趨勢。薛萬來[26]通過室內(nèi)土箱模擬研究了入滲水礦化度、壓力水頭以及入滲水量對土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的影響，土壤濕潤體特征直接影響鹽分的運(yùn)移與分布[27]，張子卓等[28]認(rèn)為微潤管埋深15 cm土壤脫鹽效果較好，但關(guān)于微潤管埋深與間距組合對日光溫室土壤水鹽運(yùn)移的研究還較少。為此，本研究研究不同的微潤管埋深和間距（通過不同的微潤管間距來實(shí)現(xiàn)不同的灌水量）對日光溫室番茄種植下土壤水鹽運(yùn)移的影響，旨在為合理設(shè)計(jì)和應(yīng)用微潤灌溉技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

2015年10月—2016年4月，在陜西省楊凌農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)西北部的大寨鎮(zhèn)（108°02￠E，34°17￠N）日光溫室（長108 m，寬8 m，脊高3.8 m，建筑面積 864 m2）內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。當(dāng)?shù)睾０?20 m左右，年平均氣溫13 ℃，屬暖溫帶半濕潤氣候帶，年均降水量550～ 650 mm，主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量1 400 mm，年均日照時數(shù)2 163.8 h，全年無霜期210 d。

日光溫室東西走向建造，北邊為土墻，南邊和頂部為塑料透光材料，沒有安裝專門的溫度和濕度控制設(shè)備，主要依靠日照和排風(fēng)調(diào)節(jié)溫濕度。作物沿南北方向種植，凈種植面積594 m2，種植年限5 a。土壤為粉砂質(zhì)壤土，田間體積持水率為32.96%，干容重為1.39 g/cm3，土壤孔隙度為49.38%。試驗(yàn)前，采用“S”型隨機(jī)取樣方法，測定不同土層深度的初始含水率、含鹽量、電導(dǎo)率及pH值，結(jié)果見表1。試驗(yàn)區(qū)地下水位大于20 m，可忽略地下水補(bǔ)給作用，因此土壤水分變化主要考慮灌溉、植株蒸騰。

表1 試驗(yàn)前日光溫室不同土層深度的平均初始含水率、含鹽量、電導(dǎo)率及pH值

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程

試驗(yàn)用微潤管（深圳市微潤灌溉技術(shù)有限公司）為白色PE軟管，管徑16 mm，壁厚1 mm，管壁上分布有大量孔徑為10～900 nm的微孔，單條毛管鋪設(shè)長度為5.5 m，埋深為10、20和30 cm時，微潤管平均流量分別為81.85、77.45和74.33 mL/(m·h)。供試作物為番茄（海地）?？紤]微潤管埋深和間距2個因素，根據(jù)番茄主要根系的分布范圍和需水量情況，并結(jié)合前期試驗(yàn)結(jié)果[28]，埋深設(shè)置3個水平：10 cm（D10）、20 cm（D20）和30 cm（D30）；設(shè)置3個間距不同的管道布設(shè)水平：1管2行（P1）、2管2行（P2）和3管2行（P3），其中2行代指番茄行，二者采取完全組合設(shè)計(jì)。

微潤灌溉屬于微灌技術(shù)范疇。日光溫室最常用的灌溉方式為滴灌，為了與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際對比，選膜下滴灌為對照組（CK）。滴灌帶（甘肅大禹節(jié)水集團(tuán)股份有限公司）為內(nèi)鑲式扁平滴灌，管徑16 mm，壁厚0.3 mm，滴頭間距30 cm，滴頭流量為2.8 L/h。地膜（江蘇靖江市新豐塑料廠）為白色透光高壓低密度聚乙烯薄膜，膜厚0.014 mm，鋪設(shè)在番茄種植壟上，寬約1.5 m。對照毛管按照1管2行方式布置，滴灌毛管鋪設(shè)于地膜下方的番茄種植行中間。膜下滴灌的灌水下限為75%田間持水量（θ），上限90%θ。微潤灌溉由日光溫室內(nèi)的水箱連續(xù)供水，水頭在1.2~1.7 m之間。

本研究共10個處理，每個處理重復(fù)3次，共計(jì)30個小區(qū)，相鄰小區(qū)之間留有100 cm寬的操作行，以避免小區(qū)之間的水分相互滲透，試驗(yàn)地兩端均設(shè)置有保護(hù)行。采取當(dāng)?shù)氐湫偷臏蠅鸥材しN植模式，種植小區(qū)長5.5 m，寬1.5 m，壟寬50 cm，壟高15 cm，2壟中心距離1.5 m，1壟種植2行番茄，番茄株距30 cm，行距30 cm，每個小區(qū)種植36株，種植密度為4.37株/m2。于2015年10月1日移栽，統(tǒng)一在緩苗12 d后開始試驗(yàn)處理，將番茄劃分為苗期、開花坐果期、結(jié)果盛期和結(jié)果末期4個生育階段。種植前施用有機(jī)肥125 kg，磷肥25 kg，復(fù)合肥37.5 kg，試驗(yàn)過程中沒有施加肥料。2015年10月—2016年4月，日光溫室內(nèi)最高溫度38.7 ℃，最低溫度12.5 ℃，平均溫度23.3 ℃。不同處理的總灌水量見表2。

表2 不同處理平均總灌水量

1.3 測定指標(biāo)及方法

土壤含水率與含鹽量均從番茄移栽定植12 d后開始測定。土壤含水率：每隔5 d，利用時域反射儀TDR（Spectrum公司，美國）測量（總深度60 cm，間隔10 cm），直至生育期末，探管（TRIME管）埋設(shè)于2行番茄壟中間，每個小區(qū)埋設(shè)1根TRIME管。

土壤含鹽量：試驗(yàn)開始和結(jié)束前，分別在緊挨大棚的南邊露天苗木（紅葉李）地打土鉆取樣1次，測定0～60 cm深度范圍的土壤含鹽量分布情況。大棚內(nèi)每隔30 d，在番茄根區(qū)附近采用土鉆（總深度60 cm，按0～10、>10~20、>20~30、>30~40和>40～60 cm分層）取土，風(fēng)干、研磨、過篩（1 mm）后，按照水（去離子水）土比5∶1的質(zhì)量比進(jìn)行震蕩、離心、過濾，取其清液得到待測土壤的浸提液。由前期所取土樣的電導(dǎo)率與含鹽量之間的標(biāo)定關(guān)系計(jì)算，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀（意大利哈納多參數(shù)分析儀Hi-4522）測定；全鹽含量采用離子加合法（Na+、K+—火焰光度計(jì)法，Ca2+、Mg2+—原子吸收分光光度法；Cl-—AgNO3滴定法；SO42-—EDTA間接滴定法；NO3-—酚二磺酸比色法；CO32-、HCO3-—雙指示劑中和滴定法）[2]。

根據(jù)前期實(shí)測土壤含鹽量與對應(yīng)的土壤浸提液電導(dǎo)率，擬合得到標(biāo)定關(guān)系式為

=0.007EC5:1-0.533 (=29，R=0.997，<0.05) （1）

式中為土壤含鹽量，g/kg；EC5:1為土壤浸提液電導(dǎo)率，S/cm。

土壤含鹽量與定植天數(shù)按照如下公式擬合：

=·t（2）

式中為定植后天數(shù)，d；，分別為擬合參數(shù)。

在番茄移栽前進(jìn)行了翻耕，移栽后用傳統(tǒng)的溝灌方式進(jìn)行灌水緩苗，造成了土壤鹽分的擾動和重分布，又不同灌溉處理在緩苗12 d后開始實(shí)施，故采用定植后12 d的土壤含鹽量作為計(jì)算相對脫鹽率的初始值，洗鹽效果用下式計(jì)算：

S=(190d-12d)/12d×100% （3）

式中S為相對脫鹽率，%；12d為定植后12 d土壤含鹽量，g/kg；190d為定植后190 d土壤含鹽量，g/kg。當(dāng)S>0，表示積鹽；S<0，表示脫鹽。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel2010軟件進(jìn)行整理，用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和函數(shù)方程擬合，利用OriginPro2015軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 日光溫室與露天土壤含鹽量對比

日光溫室與臨近的露天土壤剖面含鹽量分布情況見圖1。露天土壤在0～60 cm土層深度中各層含鹽量無顯著性差異（>0.05），分布相對均一，各剖面鹽分含量均較低，平均含鹽量僅為0.61 g/kg。日光溫室土壤0～60 cm土層深度中平均含鹽量為1.81 g/kg，是露天土壤的2.95倍，各土層的含鹽量分別是露天土壤的5.04倍、3.28倍、2.36倍、2.01倍和1.72倍（<0.05），且越靠近地表這種差異性越大。溫室中0～20 cm土壤鹽分積聚最為嚴(yán)重，占整個60 cm土層深度全鹽量的60%以上，說明溫室土壤鹽分隨著水分的蒸發(fā)在表層土壤聚積嚴(yán)重。相關(guān)研究表明[8]，土壤EC超過500S/cm（按本試驗(yàn)所得到的電導(dǎo)率與含鹽量之間的標(biāo)定關(guān)系轉(zhuǎn)化計(jì)算，即土壤全鹽量超過2.75 g/kg）是阻礙設(shè)施作物生長的警戒線（對于番茄，生育受阻時的土壤EC值在400～700S/cm），土壤鹽分超過2.0～5.0 g/kg時，將會影響一般植物的正常吸水[2]。試驗(yàn)溫室種植5 a番茄耕層土壤（0～20 cm）含鹽量均值達(dá)到2.745 g/kg，已經(jīng)接近該臨界點(diǎn)，發(fā)生了輕度的次生鹽漬化現(xiàn)象，因此應(yīng)引起重視，有必要采取相應(yīng)措施以降低土壤鹽分含量，以保障作物的正常生長。

注：不同小寫字母表示同一類土壤不同土層深度含鹽量差異顯著（P<0.05）。

2.2 微潤管埋深與間距對溫室土壤水分的影響

番茄根系主要集中在0～30 cm土層范圍[29]，將該層稱之為番茄主根區(qū)，將>30～60 cm土層稱為次根區(qū)。主要分析了主根區(qū)和次根區(qū)土壤水分的動態(tài)變化（圖2）。由圖2a～圖2c可知，膜下滴灌條件下（CK），番茄主根區(qū)土壤含水率呈較大的鋸齒狀波動變化，生育期前段土壤水分變幅較大，結(jié)果末期逐漸趨于穩(wěn)定，全生育期平均含水率為26.39%。微潤灌溉下，不同處理土壤水分隨時間的變化趨勢較一致。從番茄苗定植開始，土壤含水率逐漸升高，基本在定植45 d左右達(dá)到最大，然后隨著番茄耗水量增加而開始緩慢降低。CK處理的土壤含水率每個灌水間隔之間劇烈變化，而微潤灌溉土壤水分變化較為平穩(wěn)，變化范圍基本保持在70%～90%田間持水量之間。與CK對比，毛管鋪設(shè)間距為P3處理的灌水量基本相同，但番茄全生育期最大土壤含水率高于CK。相同微潤管間距下，埋深為10、20和30 cm的微潤灌溉土壤含水率分別在番茄定植后41、51和56 d之前迅速增加。定植41～56 d之后，微潤灌溉土壤含水率呈較為穩(wěn)定的微波狀變化狀態(tài)。隨著微潤管埋深的增加，土壤水分達(dá)到峰值的時間逐漸滯后，可能由于微潤管埋深越大，水分運(yùn)移至上層土壤的時間越久，且微潤管埋深越大，微潤管的流量越小[30]，埋深10、20和30 cm的平均出流量為81.85、77.45和74.33 mL/(m·h)。當(dāng)微潤管埋深相同時，土壤含水率隨微潤管間距增加而增加。當(dāng)微潤管間距相同時，埋深10 cm的土壤含水率高于埋深20和30 cm：微潤管間距為P1、P2、P3時，分別高4.56%和5.94%，3.91%和4.68%，1.81%和3.81%（<0.05）。整個生育期中，P1D30處理平均土壤含水率最低，P3D10處理平均含水率最高，比P1D30處理高20.60%（<0.05）。由圖2d～圖2f可知，番茄次根區(qū)土壤含水率低于主根區(qū)，且次根區(qū)土壤含水率隨時間變化幅度較小，如P1D10處理，其主根區(qū)土壤含水率在22.36%～27.42%之間，而次根在19.99%～23.55%之間。與主根區(qū)相反，隨微潤管埋深的增加，平均土壤含水率增大，埋深30 cm含水率最高（圖2f）。當(dāng)毛管間距為P1、P2和P3時，埋深30 cm的土壤含水率分別比埋深20和10 cm高3.62%和6.33%，2.85%和6.55%，3.11%和5.57%（<0.05）。微潤灌土壤含水率隨時間的變化幅度大于CK。整體上，微潤灌番茄主根區(qū)土壤含水率變化較次根區(qū)劇烈，可能由于主根區(qū)土壤水分被根系吸收利用程度隨番茄生育期的推進(jìn)差異逐漸增大，而次根區(qū)土壤水分被番茄所吸收利用的較少，不同處理之間的差異也較小。

注：P及D含義同表2。下同。

將番茄全生育期土壤含水率取平均值，分析垂直方向土壤水分及變異系數(shù)的變化情況，見表3。不同處理對番茄根區(qū)垂向土壤含水率影響顯著（<0.05）。番茄主根區(qū)（0～30 cm土層），CK的土壤含水率CV值大于10%，明顯高于微潤灌溉，這是由于滴灌屬于間歇性灌溉，微潤灌屬于連續(xù)性灌溉，土壤水分分布比滴灌在時間和空間上都均勻，與張珂萌等[31]Hydrus-2D模擬結(jié)果基本一致。毛管埋深相同時，CV值隨微潤管間距的增加而降低，毛管間距為P3的最低，說明3管2行微潤灌溉土壤水分分布最均勻。毛管埋深為10 cm，主根區(qū)土壤CV值最小（3.62%），埋深20 cm次之（4.11%），30 cm最大（4.51%）。方差分析結(jié)果表明，微潤管埋深和間距對不同土層土壤含水率影響均為極顯著水平（<0.01），且間距影響大于埋深的影響，而二者交互作用對土壤含水率的影響不顯著（＞0.05）。

表3 不同處理番茄根區(qū)土壤垂向含水率及變異系數(shù)

注：SWC為土壤體積含水率，CV為變異系數(shù)。同列平均值±標(biāo)準(zhǔn)差后不同小寫字母表示顯著差異（<0.05）。*和**，<0.05和<0.01。ns為差異不顯著（>0.05）。

Note: SWC is soil moisture, CV is coefficient of variation. Mean ± SD followed by different lowercase letters in the same column mean significant difference (<0.05). * and **，<0.05 and<0.01. ns means>0.05.

2.3 微潤管埋深與間距對溫室土壤鹽分的影響

2.3.1 番茄根區(qū)土壤鹽分動態(tài)變化

與水分類似，分別測定番茄主根區(qū)（0～30 cm）和次根區(qū)（＞30～60 cm）土壤鹽分動態(tài)變化（圖3）。由圖3a～圖3c可知，CK處理番茄主根區(qū)土壤含鹽量隨時間呈反復(fù)“降-升”波動的下降趨勢。微潤灌溉土壤含鹽量隨時間呈逐漸降低趨勢，且均在定植45 d之前土壤含鹽量下降最快，該時段內(nèi)土壤水分增加最快，土壤鹽分下降也最快。定植45 d后，土壤含鹽量下降速率減緩。土壤含鹽量隨微潤管間距的增加而減小，如埋深為10 cm時，毛管間距為P3的土壤含鹽量分別較P1和P2平均減小了6.62%和3.32%（<0.05）。土壤含鹽量隨微潤管埋深的增加而增加，毛管間距分別為P1、P2和P3時，埋深10 cm土壤平均含鹽量最低，分別比D20和D30低0.25%和7.60%，1.58%和5.31%，1.93%和3.59%（<0.05）。生育期末，P3D10處理土壤含鹽量最低。埋深30 cm時，土壤含鹽量較埋深10和20 cm隨時間下降緩慢，P1D30處理在生育末期含鹽量略有升高之趨勢，可能會引發(fā)次生鹽漬化。番茄主根區(qū)含鹽量與定植時間符合冪函數(shù)關(guān)系，采用式（2）擬合的決定系數(shù)均在0.90以上，參數(shù)擬合結(jié)果見表4。表明冪函數(shù)能夠較好地描述微潤灌溉番茄主根區(qū)土壤鹽分的動態(tài)變化過程。

表4 微潤灌溉下番茄主根區(qū)土壤含鹽量隨時間的變化關(guān)系

圖3 不同處理番茄根區(qū)土壤鹽分動態(tài)變化

由圖3d~圖3f可知，在全生育期，CK的番茄次根區(qū)土壤含鹽量呈下降趨勢。微潤灌溉番茄次根區(qū)土壤含鹽量隨時間的變化受毛管埋深與毛管間距的影響，埋深10或者20 cm時，毛管間距為P1或者P2時，土壤含鹽量隨時間呈逐漸增加趨勢，即次根區(qū)土壤處于積鹽狀態(tài)，毛管間距為P3的土壤含鹽量則呈降低趨勢，即次根區(qū)土壤處于脫鹽狀態(tài)。這是毛管間距為P3的次根區(qū)土層土壤含水率高于P1和P2（圖2d～圖2f），土壤鹽分隨水分遷移到更深層的土壤。埋深30 cm時，次根區(qū)土壤含鹽量隨灌水時間增加而逐漸降低。次根區(qū)土壤含鹽量隨微潤管間距的增加而降低，隨微潤管埋深的增加而減小，埋深30 cm含鹽量最低。在本試驗(yàn)條件及土壤類型（塿土）下，微潤管埋的越深，越有利于深層土壤鹽分的淋洗。2.3.2 不同處理番茄生育末期土壤含鹽量及脫鹽率

生育期末不同處理的含鹽量與脫鹽率分別見圖4。由圖4可知，番茄生育期末，CK處理主根區(qū)（0～30 cm）土壤含鹽量較高，基本保持在1.5 g/kg以上，>30～40 cm土壤含鹽量快速下降到1.3 g/kg左右，>40～60 cm土壤含鹽量基本保持穩(wěn)定；而微潤灌溉下表層土壤含鹽量小于深層含鹽量，在微潤管埋深處（10、20和30 cm）形成一個低鹽區(qū)，如圖4a中深度為10 cm的土壤含鹽量最小，圖4b和圖4c中深度為20和30 cm的土壤含鹽量最小。番茄主根區(qū)（0～30 cm）微潤灌的土壤含鹽低于CK。次根區(qū)（>40～60 cm）埋深為D10的微潤灌含鹽量高于CK，而D20和D30的含鹽量，隨毛管間距的增大，從小于CK逐漸變化為大于CK。對土壤主根區(qū)相對脫鹽率方差分析結(jié)果表明，微潤管埋深和間距均對番茄生育末期的相對脫鹽率有顯著性影響（<0.05），二者交互作用對相對脫鹽率影響不顯著（>0.05）。

圖4 生育末期各土層含鹽量（SS）及相對脫鹽率（RD）

從圖4可以看出，微潤灌溉0～60 cm土層的脫鹽率效果高于CK，平均脫鹽率較CK提高32.49%（<0.05）。3管2行淋鹽、脫鹽效果最好，在0～30 cm土層，均表現(xiàn)為脫鹽狀態(tài)，微潤灌溉主根區(qū)（0～30 cm）土壤相對脫鹽率比CK高76.30%（<0.05）。離微潤管越近脫鹽率越高，鹽分淋洗越充分，離微潤管越遠(yuǎn)，土壤脫鹽率越低。埋深10 cm或者20 cm，毛管布置間距為P1或者P2時，40～60 cm土層呈積鹽狀態(tài)。這是由于微潤管的濕潤體體積隨毛管間距增加而減小，毛管間距越大洗鹽深度越小。生育末期，P3D10處理0～30 cm土層平均脫鹽率最高，為29.86%，比CK高100.27%（<0.05）；P3D30處理＞30～60 cm土層平均脫鹽率最高，為23.24%（<0.05）。說明淺埋密管方式，有利于番茄主根區(qū)土壤鹽分的淋洗，可抑制日光溫室土壤次生鹽漬化的產(chǎn)生，為番茄生長創(chuàng)造適宜的環(huán)境。0～60 cm土層內(nèi)，P3D30處理的平均脫鹽率最高，為24.13%，P3D20處理（22.96%）和P3D10處理（22.27%）次之。

綜上，P3D10處理0～60 cm土層相對脫鹽率比P3D30處理低7.71%（<0.05），但主根區(qū)土壤脫鹽效果最好，考慮番茄根系分布特征以及實(shí)際種植中挖溝、埋管及填土的工作量，建議埋深10 cm、3管2行為最優(yōu)處理。

2.4 不同處理番茄經(jīng)濟(jì)成本分析

表5為不同處理單個日光溫室番茄的投入與收入成本，其他投入為犁地、移栽幼苗、挖溝填埋微潤管等的人工費(fèi)，其中毛收入按照折算的單個日光溫室（面積為7′108 m2）的番茄總產(chǎn)量與平均銷售價格（4.72元/kg）的乘積，凈收入為毛收入與投入總成本的差值，凈利潤率為凈收入與投入總成本的比值。

表5 單個日光溫室番茄投入與收入成本

從表5可看出雖然微潤灌溉管道成本平均是膜下滴灌的6.38倍，但由于其具有較好的節(jié)水（表5中水電費(fèi)）、脫鹽及增產(chǎn)效果，在肥料及農(nóng)藥、番茄幼苗、其他投入等一樣的前提下，微潤灌溉下番茄的凈收入顯著高于膜下滴灌處理，平均凈收入較CK提高了54.93%。番茄的凈利潤率隨著微潤管間距減小而降低，隨微潤管埋深的減小而增加，這是因?yàn)槲櫣茕佋O(shè)越密集，管道成本投資隨著增加，而淺埋脫鹽效果較好，產(chǎn)量較高，所造成的凈利潤率的差異。在本試驗(yàn)中，凈收入最高的是埋深10 cm、2管2行組合，3管2行組合次之。綜合來看，微潤灌溉處理下埋深10 cm處理下番茄的總產(chǎn)量和凈收益較高，其中P1D10處理的凈利潤率最高。由上文水鹽運(yùn)動分析可知埋深10 cm番茄主根區(qū)土壤水分較高，脫鹽效果最好，為番茄的生長創(chuàng)造了適宜的水鹽環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)了產(chǎn)量的形成，最終取得了較好的收益。從表5還可看出，埋深30 cm，1管2行處理下，番茄的總產(chǎn)量及凈收益均最低，這與前文鹽分的分析相印證，該處理下鹽分淋洗最差，至番茄生育末期鹽分呈現(xiàn)出了升高的趨勢，抑制了番茄的生長發(fā)育，導(dǎo)致了總產(chǎn)量的降低。

3 討 論

合理的灌溉是保證作物正常生長的關(guān)鍵，灌溉水量直接影響土壤中水分和鹽分狀況。趙波等[16]研究表明土壤水分和鹽分的影響深度隨著冬灌灌水定額的增加而加深，滴灌下灌水定額3 000 m3/hm2較為適宜，可將鹽分淋洗至300 cm處。王增麗等[18]試驗(yàn)表明春玉米灌水定額為420 m3/hm2，灌溉定額為4 200 m3/hm2時，可達(dá)到節(jié)水、壓鹽、增產(chǎn)的最優(yōu)效益。胡宏昌等[32]認(rèn)為在膜下滴灌條件下非生育期375 mm的淋洗量可有效控制土壤鹽分。本研究結(jié)果表明，土壤脫鹽和積鹽與灌水量即微潤管的間距有很大關(guān)系。微潤管間距越小，土壤含水率越高，含鹽量越低，相對脫鹽率越高。3管2行淋鹽、脫鹽效果最好，在0～30 cm土層，均表現(xiàn)為脫鹽狀態(tài)，平均脫鹽率較CK提高了76.30%，這充分證實(shí)了小流量連續(xù)灌溉的優(yōu)勢，可持續(xù)淡化作物根區(qū)的鹽分，避免了間歇灌溉過程中，蒸發(fā)和鹽分淋洗同時存在，土壤呈反復(fù)的“脫鹽-返鹽-積鹽”狀態(tài)[26]。埋深10和20 cm時，1管2行和2管2行，在＞30～60 cm土層有積鹽現(xiàn)象，且1管2行積鹽程度要高于2管2行，說明單管時濕潤體范圍小而淺，淋鹽深度較小，鹽分在次根區(qū)土層累積，這與汪昌樹等的結(jié)論一致[33]。毛管間距為P3的出流量大，大約為233.63 mL/(m·h)，土壤剖面含水率較高（表3），0～60 cm土層全呈脫鹽狀態(tài)，且該地區(qū)的地下水位在50 m以下[34]，不足以造成地下水源的污染，但在地下水位埋藏較淺的鹽漬化地區(qū)應(yīng)慎重考慮。

微潤管埋深影響著土壤水分的空間分布，進(jìn)而影響到土壤鹽分的淋洗情況。本試驗(yàn)中，在微潤管埋深處存在一個低鹽區(qū)，這與薛萬來[26]土箱試驗(yàn)結(jié)果一致。淺埋毛管有利于主根區(qū)（0～30 cm）土壤鹽分的淋洗，埋深10 cm淋鹽效果最好，由前文水分可知，埋深10 cm表層土壤的含水率最高，基于鹽隨水動，該處理鹽分淡化效果最好。深埋毛管有利于次根區(qū)（30～60 cm）土壤鹽分的淋洗。埋深30 cm，1管2行微潤灌溉的番茄生育末期，土壤含鹽量有增加的趨勢，長期采用這種微潤灌溉模式會產(chǎn)生土壤次生鹽漬化。王淑紅等[35]認(rèn)為滲灌管埋深越深，表層水溶性鹽分累積越少，這與本研究結(jié)論剛好相反?？赡苁怯捎谕跏缂t選擇的滲灌屬于間歇性灌 溉[36]，流量較微潤灌大，在灌水間歇期，埋深越淺，蒸發(fā)作用越強(qiáng)，水去鹽留，造成表層積鹽，而埋深越大，蒸發(fā)作用越弱，表層鹽分累積越少。而微潤灌溉為持續(xù)小流量濕潤土體，將一直淡化土壤鹽分，并將鹽分運(yùn)移至膜外的裸地[28]，因而淺埋時在主根區(qū)不存在鹽分的表層累積問題，反而有利于對主根區(qū)鹽分的持續(xù)淋洗。

微潤管埋深和間距對土壤水分有顯著性影響，而二者交互作用不顯著。埋深主要影響微潤管濕潤土壤的總體深度，而間距主要影響微潤管濕潤土壤的范圍和相對位置，即不同深度的平均土壤含水量。微潤管為小流量灌溉，埋深和間距沒有對土壤含水率產(chǎn)生影響的相互作用，故兩者的交互作用不顯著。由于土壤中鹽隨水動，微潤管埋深與間距對土壤脫鹽率均有顯著影響，而二者交互對相對脫鹽率的影響不顯著。

本試驗(yàn)是輕度鹽漬化的日光溫室土壤，取得的結(jié)論與蒸發(fā)較為強(qiáng)烈的露天大田土壤不同。另外，本研究僅分析了秋冬茬番茄根部附近垂直方向的水鹽分布，而春夏茬與秋冬茬棚內(nèi)溫濕度、蒸發(fā)等均有較大差異，結(jié)果還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

研究微潤管埋深和不同間距的布置對日光溫室秋冬茬番茄土壤水鹽運(yùn)移的影響，結(jié)論如下：

1）試驗(yàn)區(qū)日光溫室土壤含鹽量顯著高于露天大田土壤，耕層土壤（0～20 cm）平均含鹽量達(dá)2.745 g/kg，接近阻礙作物生長的臨界點(diǎn)（2.75 g/kg），存在輕度的次生鹽漬化。

2）微潤灌溉的脫鹽效果優(yōu)于CK。微潤灌溉的0～ 60 cm土層平均脫鹽率較CK提高了32.49%，主根區(qū)（0～30 cm）較CK提高了76.30%。

3）微潤管間距越小，土壤含水率越高，相對脫鹽率越高；微潤管埋深處土壤形成一個高水低鹽區(qū)，微潤管淺埋有利于主根區(qū)土壤鹽分的淋洗，深埋有利于次根區(qū)土壤鹽分的淋洗。

4）結(jié)合日光溫室鹽分累積的特征與番茄根系的分布情況，淺埋密管方式有利于抑制番茄主根區(qū)土壤鹽分累積。微潤管埋深10 cm、3管2行模式的綜合脫鹽效果最好，0～60 cm土層平均相對脫鹽率為22.27%，主根區(qū)相對脫鹽率高達(dá)29.86%，比CK提高1倍以上（<0.05）。

5）日光溫室采用微潤灌溉時，為防止土壤次生鹽漬化的發(fā)展，建議輕度次生鹽漬化土壤微潤管的間距為3管2行，埋深為10 cm。

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牛文全，呂 望，古 君，梁博惠，郭麗麗，官雅輝. 微潤管埋深與間距對日光溫室番茄土壤水鹽運(yùn)移的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33(19)：131－140. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.017 http://www.tcsae.org

Niu Wenquan, Lü Wang, Gu Jun, Liang Bohui, Guo Lili, Guan Yahui. Effects of moistube depth and spacing on soil water and salt transports of tomato in solar greenhouse[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(19): 131－140. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.017 http://www.tcsae.org

Effects of moistube depth and spacing on soil water and salt transports of tomato in solar greenhouse

Niu Wenquan1,2,3, Lü Wang2,4, Gu Jun3, Liang Bohui2, Guo Lili2, Guan Yahui1

(1.712100,; 2.712100,; 3.712100,;4.450003,

Soil secondary salinization has become the most prominent problem in solar greenhouse cultivation. The utilization method of moistube irrigation, a underground irrigation technology with semi-permeable membrane as the core material to supply slow and continuous water flow to crop root zone in soils should be considered to avoid the secondary salinization. In order to explore the effect of moistube irrigation on secondary salinization soil in solar greenhouse, a field experiment was carried out from October 2015 through April 2016 in a 108-m by 8-m solar greenhouse (E108°02′, N34°17′) in Yangling Agricultural Hi-tech Industries Demonstration Zone, Shaanxi Province, China. A total of 3 soil depths (10, 20, 30 cm) and 3 moistube layouts with different spacing (1 tube with 2 lines, 2 tube with 2 lines, 3 tube with 2 lines, the 2 lines refer to the line of tomatoes) were set up to study the changes of soil water and salt distribution in solar greenhouse. Meanwhile, the mulched drip irrigation was used as control in order to analyze the difference of moistube irrigation from the conventional irrigation method. The open field soil nearby the greenhouse was sampled to investigate the soil salinization degree caused by the greenhouse cultivation. The results showed that the soil salinity in solar greenhouse was significantly higher than that in open field, the average salinity of the cultivated layer (0-20 cm) reached 2.745 g/kg after 5 years of tomato cultivation, which was close to the critical point (2.75 g/kg) of crop growth. The mild soil salinization had been occurred in the tested solar greenhouse soil. Under the CK condition, the soil moisture largely fluctuated in the main root zone. The fluctuation was big but stable at the end of the stage. The soil moisture changed in a similar trend for all the moistube irrigation treatments. The soil moisture increased until 45 days of planting and then decreased slowly. The coefficient of variation in the 0-30 cm depth was larger than 10% for the CK treatment, which was obviously higher than the moistube irrigation. Among all the moistube irrigation treatments, the 3 tubes with 2 lines had the more even soil moisture distribution and the coefficient of variation at the depth of 10 cm was smallest (3.62%). Both the buried depth and moistube layout significantly (<0.05) affected the soil moistube but they didn’t show significant interactive effect (>0.05). Compared with the CK treatment, moistube irrigation had a high degree of desalination. The average relative desalinization rate of the moistube irrigation was 32.49% at 0-60 cm soil layer and 76.30% in the main root zone (0-30 cm) (<0.05) higher than that of CK. The buried depth of moistube was an important factor affecting the distribution of soil water and salt, a high water and low salinity zone appeared in the soil layer at the moisture buried depth. It was beneficial to the soil salt leaching in the main root zone (0-30 cm) under shallow buried conditions, and in the minor root zone under deep conditions. The soil salinity was increased at the late growth stage of tomato for the treatment of 30 cm buried depth and 1 tubes with 2 lines, which could exacerbate soil secondary salinization. Considering the characteristics of salt accumulation and tomato root distribution in solar greenhouse, we suggested that 10 cm depth and 3 tube with 2 lines were the best for moistube irrigation with the average relative desalinization rate of 0-60 cm soil layer of 22.27% and the relative desalinization rate of 29.86% in the tomato main root zone. This study can provide valuable information for the application of moistube irrigation in solar greenhouse.

salinity; soil moisture; greenhouse; moistube irrigation; buried depth; moistube spacing; soil secondary salinization

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.017

S152+.7

A

1002-6819(2017)-19-0131-10

2017-01-14

2017-08-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51679205）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2016YFC0400202）

牛文全，男，甘肅甘谷人，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事灌溉理論與節(jié)水技術(shù)研究。楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所，712100。Email：nwq@nwafu.edu.cn