覆膜滴灌對大棚作物根區(qū)土壤微環(huán)境及作物生長的影響.pdf

1、“土壤—根系—微生物及酶”根區(qū)土壤微環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，各因素相互作用共同決定了土壤與地面植株之間的物質(zhì)交換和能量流動(dòng)，最終影響作物的生長發(fā)育與產(chǎn)量。在一定的肥力、氣候、土壤基質(zhì)條件下，特別是在干旱、半干旱缺水地區(qū)的大棚作物種植中，灌溉方式對土壤根區(qū)微環(huán)境變化具有不可忽視的影響，因此，研究不同覆膜滴灌模式條件下土壤微環(huán)境的變化過程，可揭示根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”的作用機(jī)理，為大棚作物合理配置灌溉技術(shù)與管理模式提供理論基礎(chǔ)。

2、>　　本研究以大棚甜瓜和番茄根區(qū)土壤為對象，設(shè)置了不同的覆膜滴灌布設(shè)方式（覆膜方式、滴灌毛管密度、灌水下限）和滴灌供水方式（地上滴灌、地下滴灌、交替滴灌）等控制措施，應(yīng)用高通量測序技術(shù)和傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)相結(jié)合的方法，研究了根區(qū)土壤微生物、細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，以及根區(qū)土壤微生物、土壤酶、作物根系三者交互作用對根區(qū)土壤水熱環(huán)境變化的響應(yīng)，分析了根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”動(dòng)態(tài)變化對土壤氮、磷等養(yǎng)分活化和吸收、作物生長、光合產(chǎn)物分配、產(chǎn)量和品質(zhì)、土

3、壤溫室氣體排放等的影響，探討了大棚覆膜滴灌影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的土壤內(nèi)在機(jī)理，主要取得以下結(jié)論:
　　(1)半膜覆蓋可以提高土壤養(yǎng)分活性，促進(jìn)作物生長，提高產(chǎn)量。半膜覆蓋顯著促進(jìn)作物全生育期內(nèi)根區(qū)土壤細(xì)菌、放線菌增長，保持較高根系活力，顯著提高土壤酶活性，地上植株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別比無膜覆蓋顯著提高12.45％和7.57％，根鮮質(zhì)量分別比無膜和全膜覆蓋顯著高22.77％和10.83％，根冠比分別比無膜和全膜覆蓋顯著提高14.36％和

4、16.92％。半膜覆蓋有利于光合產(chǎn)物向果實(shí)分配，植株重比分別比無膜和全膜覆蓋降低11.03％和8.34％，果實(shí)重比分別比無膜和全膜覆蓋提高4.79％和3.31％，氮肥偏生產(chǎn)力比無膜和全膜覆蓋顯著提高22.64％和7.4％，甜瓜產(chǎn)量分別比無膜和全膜覆蓋高29.26％和7.99％。
　　(2)灌水量下限顯著影響光合產(chǎn)物分配。60％F(Field capacity，F(xiàn))根區(qū)土壤處在一定的干旱脅迫下，使光合產(chǎn)物更有利于向根系和植株分配，根

5、重比分別比70％F和80％F顯著增加13.74％和9.5％，植株重比比70％F顯著增加13.92％，果實(shí)重比比70％F顯著減少5.18％，氮肥偏生產(chǎn)力分別比70％F和80％F顯著降低18.42％和16.45％;80％F根區(qū)土壤較高的土壤含水率使光合產(chǎn)物更多向植株分配，80％F植株重比比70％F顯著增加13.12％;70％F根區(qū)土壤適中的土壤含水率，促進(jìn)土壤養(yǎng)分活化利用，土壤全氮和有機(jī)質(zhì)消耗比80％F顯著增加151.8％和9.7％，使光合

6、產(chǎn)物更多分配到果實(shí)，果實(shí)重比比80％F顯著增加4.96％，甜瓜產(chǎn)量分別比60％和80％F顯著高22.58％和2.42％。
　　(3)毛管密度過大限制產(chǎn)量提升。3管4行毛管布設(shè)顯著提高了甜瓜生育期根區(qū)土壤脲酶活性，促進(jìn)根系生長，根冠比分別比1管2行和1管1行高17.75％和48.72％，光合產(chǎn)物更多向果實(shí)分配，果實(shí)重比比1管1行顯著增加14.20％，甜瓜產(chǎn)量分別比1管2行和1管1行高3.37％和8.56％;1管2行毛管布設(shè)的開花坐果

7、期根區(qū)土壤脲酶活性比3管4行顯著高17.14％，果實(shí)膨大期和成熟期的根區(qū)土壤磷酸酶比3管4行分別高31.99％和15.06％，根冠比僅次于3管4行，也促進(jìn)了光合產(chǎn)物向果實(shí)分配，果實(shí)重比比1管1行顯著增加12.29％，甜瓜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力與3管4行無顯著差異;1管1行毛管布設(shè)的根面積和根體積顯著低于3管4行，根系活力劣于1管2行，甜瓜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力最低。
　　(4)適宜灌水下限的交替滴灌促進(jìn)根系生長，優(yōu)化土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、促進(jìn)

8、土壤養(yǎng)分吸收，顯著提高產(chǎn)量。60％F交替滴灌的根長、根面積和根分叉數(shù)分別為地面滴灌的1.41、1.33和2.26倍，根系活力顯著提高45.81％;70％F交替滴灌根長、根面積和根分叉數(shù)分別為地面滴灌的1.27、1.29和2.86倍，根系活力顯著提高48.60％。根系活力、根分叉數(shù)的提高顯著增加了氮磷代謝等相關(guān)細(xì)菌豐度，優(yōu)化了土壤細(xì)菌群落組成，促進(jìn)土壤氮磷等養(yǎng)分活化和吸收，60％F、70％F交替滴灌的土壤速效氮分別是地面滴灌的2.19、1

9、.91倍，土壤速效磷分別是地面滴灌的1.65、2.91倍，番茄根系全氮含量分別是地面滴灌的1.07、1.14倍，根系全磷含量分別是地面滴灌1.94、1.59倍，莖中全氮含量分別是地面滴灌的1.21、1.12倍，莖中全磷含量分別是地面滴灌的1.75、2.84倍，番茄單株產(chǎn)量分別比地面滴灌高12.77％、24.23％。
　　(5)適中毛管埋深的地下滴灌改善土壤孔隙度，促進(jìn)根系生長，提高土壤氮磷代謝、干物質(zhì)累積和產(chǎn)量。毛管埋深20 cm

10、地下滴灌0-40 cm土層內(nèi)土壤孔隙度顯著增加，毛管埋深30 cm的0-10 cm土壤孔隙度顯著增加。土壤結(jié)構(gòu)的改善，促進(jìn)了作物根系生長，毛管埋深20 cm的根長、根面積比地面滴灌顯著高43.21％、20.82％，根分叉數(shù)為地面滴灌的2.76倍;毛管埋深30 cm的根長比地面滴灌顯著高46.10％，根分叉數(shù)為地面滴灌的2.22倍。根系生長提高土壤養(yǎng)分吸收利用，毛管埋深20 cm、30 cm的土壤速效氮分別是地面滴灌的2.28、1.54倍

11、，土壤速效磷分別是地面滴灌的1.49、1.38倍，番茄根系全氮含量分別是地面滴灌的1.18、1.19倍，根系全磷含量分別是地面滴灌的1.47、1.20倍，莖中全氮含量分別是地面的1.11、1.03倍，莖中全磷含量分別是地面滴灌的1.66、1.07倍。土壤養(yǎng)分吸收的增加最終影響植株干物質(zhì)累積、光合產(chǎn)物分配和產(chǎn)量提高，毛管埋深20cm的番茄莖干重、產(chǎn)量比地面滴灌顯著高11.13％、22.35％。毛管埋深30 cm的番茄干物質(zhì)量、莖干重、葉干

12、重、產(chǎn)量分別比地面滴灌顯著高50.73％、92.67％、57.54％和19.53％。
　　(6)適宜覆膜滴灌提高水分利用效率和改善果實(shí)品質(zhì)。全膜和半膜覆蓋處理的水分利用效率（IWUE）分別比無膜高57.21％和56.41％，3管4行處理的IWUE分別比1管1行和1管2行高3.54％和0.80％;半膜覆蓋處理的甜瓜糖酸比分別為全膜和無膜覆蓋的1.72和1.74倍，80％F處理的甜瓜糖酸比分別為60％F和70％F的1.61和2.08倍

13、，1管2行處理的甜瓜糖酸比分別為1管1行和3管4行的1.57和1.5倍。70％F交替滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著提高17.05％，番茄果實(shí)有機(jī)酸顯著降低43.75％、糖酸比為其1.97倍。60％F交替滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著提高19.54％，番茄果實(shí)可溶性糖、可溶性固形物、可溶性蛋白、番茄紅素、糖酸比分別是地面滴灌的2.06、1.26、1.61、1.4、3.2倍。毛管埋深20 cm地下滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著高35.91％

14、，番茄果實(shí)可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量及糖酸比分別顯著提高10.86％、32.34％、35.66％、33.97％、53.01％。
　　不同的覆膜方式、毛管布設(shè)密度、灌水量下限、滴灌供水方式（常規(guī)地面滴灌、地下滴灌、交替滴灌）顯著改變了根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”，進(jìn)而顯著影響了作物生長。綜合考慮土壤水分利用效率、土壤養(yǎng)分有效性、作物植株生長、果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)等因素，大棚種植覆膜滴灌設(shè)置中，半膜覆蓋、1管2行毛管