馬新超，馬國財，王海瑞，張凱浩，楊鴻基，高亞寧，王旭峰，軒正英

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(xué) 園藝與林學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué) 南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，新疆 阿拉爾 843300；3.塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；4.塔里木大學(xué)分析測試中心，新疆 阿拉爾 843300；5.塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

【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(shè)計進行了砂培黃瓜水氮耦合田間試驗，試驗共設(shè)7個處理，每個處理重復(fù)3次，每隔20 d測定各處理4個基質(zhì)層的含水率、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?！窘Y(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?！窘Y(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(shè)置為80.20%～89.40%、60%，施氮量控制在623～917 kg/hm2，能夠保證黃瓜較好的生長環(huán)境、減少水分和氮素淋失風(fēng)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)。

黃瓜；砂培；含水率；硝態(tài)氮；銨態(tài)氮；產(chǎn)量

0 引言

【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(shù)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(shù)要求高，當(dāng)?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?！狙芯窟M展】目前關(guān)于溫室黃瓜水氮耦合效應(yīng)的研究已有大量報道，研究內(nèi)容多集中在植株生長、產(chǎn)量、品質(zhì)、水肥利用效率、生理響應(yīng)機制等方面[1-5]；個別學(xué)者對設(shè)施栽培下土壤水肥、鹽運移特性進行了研究；如梁浩等[6]構(gòu)建了設(shè)施菜地WHCNS水氮管理模型，較好地模擬了設(shè)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(guān)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(shè)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(fēng)險?！緮M解決的關(guān)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(xué)的水氮調(diào)控策略和優(yōu)化推廣砂培黃瓜技術(shù)提供理論依據(jù)。

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(xué)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 m2，設(shè)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(shè)置7個處理，每個處理重復(fù)3次，共計21個小區(qū)和420株黃瓜，溫室東西二側(cè)各設(shè)1行保護小區(qū)。

表1 基質(zhì)理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置灌水水平和施氮量2個因素，采用二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計（=2的6點設(shè)計），并加設(shè)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(shè)計方案見表2。

表2 砂培水氮耦合試驗設(shè)計方案

灌水量根據(jù)下式進行計算：

式中：為基質(zhì)體積質(zhì)量；為基質(zhì)濕潤比；為計劃濕潤層深度，當(dāng)?shù)厝?.35 m；f為基質(zhì)田間持水率，為14.02%（質(zhì)量含水率）；1、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(dāng)?shù)氐喂鄺l件下取0.9。灌水上限最大值設(shè)為田間持水率的100%，最小值設(shè)為田間持水率的65%。

灌水水平和施氮量的0碼值所對應(yīng)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(shè)定，試驗所用灌溉水為水廠供應(yīng)的自來水，其值為0.59 μS/cm，試驗所用肥料分別為尿素（含純N 46%）、磷酸二氫鉀（含P2O551%）和硫酸鉀（含K2O 50%），依據(jù)基質(zhì)中的養(yǎng)分量及養(yǎng)分平衡原則[11]設(shè)定磷、鉀肥用量分別為290 kg/hm2和800 kg/hm2，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(fēng)避光處自然風(fēng)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(dǎo)儀（雷磁DDBJ-351L）進行基質(zhì)的測定；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(xué)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(biāo)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?？梢姡嗨绞怯绊懟|(zhì)水分縱向運移的主要因素。

圖1 各處理基質(zhì)含水率分布

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 μS/cm區(qū)間內(nèi)，30、50 d和70 d時均分布在103.33～183.20 μS/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(dǎo)率達到了140.97 μS/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(dǎo)率達到了129.07 μS/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(dǎo)率均分布在91.90～154.83 μS/cm區(qū)間內(nèi)，其他處理電導(dǎo)率分布在101.10～183.20 μS/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(dǎo)率達到了183.20 μS/cm和179.50 μS/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(dǎo)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)層電導(dǎo)率為133.47 μS/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。

圖2 各處理基質(zhì)鹽分分布

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(guān)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)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)（）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處理的值最大，為0.15，T5處理的值最小，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。

圖3 各處理基質(zhì)硝態(tài)氮分布

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)

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(dǎo)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。

圖4 各處理基質(zhì)銨態(tài)氮分布

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處理的值最大，為0.11，T1處理的值最小，為0.01?？梢?，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

2.5 關(guān)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1、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1、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?；|(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1、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?？梢?，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(dāng)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。

圖5 水氮處理50 d基質(zhì)無機態(tài)氮變異系數(shù)函數(shù)

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/hm2，高水低氮的T2處理產(chǎn)量最低，為26.34 t/hm2，二者相差了近4倍；低施氮量下，黃瓜產(chǎn)量均顯著低于其他處理，當(dāng)施氮量在623 kg/hm2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1和施氮量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(dāng)1為0且2為0.563 3時，產(chǎn)量取得最大值115.89 t/hm2。

圖6 各處理砂培黃瓜產(chǎn)量

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?；|(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(dāng)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(yīng)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 μS/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(dǎo)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(guān)而與施肥量呈正相關(guān)，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(dāng)灌水水平增加時會導(dǎo)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(dǎo)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(guān)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(fēng)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(guān)鍵，已有的相關(guān)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(fù)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(gòu)成復(fù)合基質(zhì)改變基質(zhì)理化性質(zhì)來實現(xiàn)，關(guān)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(dǎo)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/hm2，不符合低投入高產(chǎn)出的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)目標(biāo)，反觀在充足水分供給下適當(dāng)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(shè)置為80.20%～89.40%、60%，施氮量為623～917 kg/hm2，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(fēng)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(dǎo)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(guān)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(shè)置為80.20%～89.40%、60%，施氮量為623～917 kg/hm2，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(fēng)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。

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The Effects of Water-nitrogen Coupling on Transport of Water,Salt and Nitrogen in Matrix-cultured Greenhouse Cucumber

MA Xinchao1,2, MA Guocai4*, WANG Hairui5, ZHANG Kaihao1,2,YANG Hongji1,2, GAO Yaning1,2, WANG Xufeng3, XUAN Zhengying1,2

(1.College of Horticulture and Forestry, Tarim University, Aral 843300, China; 2. National and Local Joint Engineering Laboratory for Efficient and High Quality Cultivation and Deep Processing Technology of Southern Xinjiang Characteristic Fruit Trees, Tarim University, Aral 843300, China;3. School of Mechanical Electrification Engineering Tarim University, Aral 843300, China;4.Center for Analysis and Testing, Tarim University, Aral 843300, China;5.School of Hydraulic Engineering and Civil Engineering Tarim University, Aral 843300, China)

【Background and Objective】Matrix-culture has been increasingly used in vegetable production, but continuous irrigation and fertilization could result in salinization and degradation of the matrix. The purpose of this paper is to experimentally study the impact of different combinations of irrigation and nitrogen (N) fertilization on water, salt and nitrogen dynamics in sandy matrix of cucumber, as well as its consequence for cucumber yield.【Method】The experiment was conducted in a greenhouse and consisted of seven treatments which were designed using the secondary saturated D-optimal design methods. Each treatment had three replicates. All treatments were drip-irrigated. During the experiment, we measured the moisture content,, nitrate and ammonium contents at four layers in the matrix after each 20 days, as well as cucumber yield in each treatment.【Result】The irrigation amount controlled water movement in the matrix, and the irrigation water moved downwards in most treatments. Mulching the matrix surface with a membrane can suppress the detrimental effect of salt to some extent, but avoiding excessive irrigation and N application is the best way to reduce salt accumulation in the matrix. Water flow took nitrate and ammonium to move with it in the matrix, and there was a threshold for ammonium below which the cucumber roots were unable to take up. The cucumber yield increased with irrigation and nitrogen fertilization parabolically: increasing first and then declining after the irrigation or fertilization exceeded a threshold.【Conclusion】On average, in terms of moisture content, the optimal water-nitrogen coupling is to set the upper and low soil moisture content in the matrix for irrigation at 80.20%～89.40% and 60%, respectively, N application at 623～917 kg/hm2. These not only ensure sufficient water and N to the crop, but also reduce the risk of water and N leaching and secondary salinization of the matrix.

cucumber; sand matrix; moisture content; nitrate nitrogen; ammonium nitrogen; yield

1672 - 3317（2022）05 - 0034 - 11

S626.5

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021556

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(xué)報, 2022, 41(5): 34-44.

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2021-11-12

南疆重點產(chǎn)業(yè)支撐計劃項目（2019DB001）；塔里木大學(xué)研究生創(chuàng)新訓(xùn)練項目（TDGRI202023）；塔里木大學(xué)校長基金項目（TDZKYB201903）

馬新超（1998-），男。碩士研究生，主要從事設(shè)施農(nóng)業(yè)研究。E-mail:mxczky@163.com

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@163.com

責(zé)任編輯：韓 洋