根系调控对设施西葫芦产量、品质及土壤氮磷淋溶损失的影响

来源:用户上传      作者:张英鹏 孙明 李彦 薄录吉 井永苹 高新昊

　　 摘要：针对目前设施大棚蔬菜品质差、氮磷淋溶损失严重的问题，设置裂区试验，在种植密度相同的条件下，以行距（每畦三行和四行）作为主区因素，以种植位置（平行位和错位种植）作為副区因素，研究不同种植布局改变根系分布对设施西葫芦产量、品质及土壤氮磷损失的影响。结果表明，四行的西葫芦产量要高于三行的，四行错位是最佳处理，其次是四行平行位;而三行错位处理的西葫芦V[HT6"]C[HT5"SS]含量高，硝酸盐含量低，氮磷钾吸收量也较高。盛果期各土层的硝态氮含量都很高，随着土层深入，错位处理的土壤硝态氮下降明显，而平行位处理呈波动变化，具有较大的淋溶风险，在相同种植密度条件下氮淋溶量均高于错位处理的，说明根系交错分布能够增强西葫芦根系对氮的吸收，减少其淋溶损失;而磷的淋溶量整体偏低，相同种植密度下平行位和错位种植处理间差异较小。因此，在相同种植密度下，将设施西葫芦四行平行种植改为三行错位种植，能够提高果实产量和品质，减少氮淋失，提高经济效益。
　　关键词：根系调控;西葫芦;产量;品质;氮磷淋溶;设施大棚
　　中图分类号：S642.601：S359  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）11-0090-05
　　Effects of Different Root Regulation on Yield and Quality of
　　Summer Squash and Soil Nitrogen and Phosphorus
　　Leaching Loss in Greenhouse
　　Zhang Yingpeng1，2，3，4， Sun Ming1，2，3， Li Yan1，2，3，4， Bo Luji1，2，3，4，
　　Jing Yongping1，2，3，4， Gao Xinhao2，4，5
　　（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;
　　2.Key Laboratory of Agro-Environment in Huanghe-Huaihe-Haihe Plain，
　　Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;
　　3. Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Control and Prevention， Jinan 250100， China;
　　4. Shandong Environmental Fertilizer Engineering Technology Research Center， Jinan 250100， China;
　　5. Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China）
　　Abstract In order to solve the problems of poor quality of greenhouse vegetables and serious leaching loss of nitrogen and phosphorus， the split plot experiment was set with summer squash as test material to study the effects of different planting layout （three rows or four rows per border） and root distribution （parallel or dislocation planting） on yield， quality and soil nitrogen and phosphorus loss under the same planting density. The results showed that the yield of summer squash under four-row treatment was higher than that under three-row treatment， and the best was under the treatment of four rows and alternating cultivation， followed by that under four rows and parallel position cultivation. Under the treatment of three rows and alternating cultivation， summer squash had higher VC content， lower nitrate content and higher absorption of nitrogen， phosphorus and potassium. The content of nitrate nitrogen in each soil layer was high at full fruiting stage. With the depth increase of soil layer， the soil nitrate nitrogen decreased significantly under alternating cultivation， while that under the parallel treatment showed fluctuation change with greater leaching risk. Under the same planting density， the amount of nitrogen leaching was higher under the parallel treatment than that under alternating treatment. It indicated that the staggered distribution of root system could enhance the absorption of nitrogen and reduce its leaching loss. The leaching loss of phosphorus was lower，and there was little difference between parallel planting and alternating planting under the same planting density. Therefore， when the installation of four-row parallel planting of summer squash was changed to three-row alternating planting， the yield and quality of summer squash increased， and the nitrogen leaching loss decresed and the economic benefits increased. 　　Keywords Root Regulation; Summer Squash; Yield; Quality; Nitrogen and phosphorus leaching losses; Greenhouse
　　西葫芦属于葫芦科，为一年生草本植物[1，2]，原产北美洲南部，19世纪中叶中国开始从欧洲引入栽培，目前西葫芦已是我国保护地设施栽培的主要蔬菜作物[3，4]。但西葫芦种植对化肥、农药、植物生长调节剂等依赖性高，生产易受污染[4]。我国温室栽培系统中，往往存在盲目过量施肥的问题，不仅造成资源浪费，破坏土壤-植物的养分供需平衡，影响蔬菜品质，而且氮、磷淋溶也给环境带来巨大风险[5]。有科研人员通过合理降低设施西葫芦的肥料和灌水用量，在保证产量的同时降低土壤硝态氮的淋溶风险，取得了一定的效果[6，7]。但由于农民的施肥和灌水习惯已经形成，短期内较难改变，因此，如何在农民易于接受的条件下减少氮磷流失是当前我们研究的重点。
　　目前有关西葫芦的研究主要集中于不同肥料配比[8]、补光时长[9]以及水分、光照[10]、基质[11]、种植密度[12，13]等对其产量、品质的影响，涉及土壤养分损失的研究还很少。西葫芦根系强大[14]，传统的平行位种植限制了根系的伸展及其对养分的吸收，而通过改变种植布局调控西葫芦地下根系分布，可以提高其对养分的吸收，降低土壤养分损失[15]。本研究参照当地种植习惯，通过相同种植密度下设置不同种植方式改变地下根系分布，研究种植布局改变对西葫芦产量、品质及氮磷养分淋溶损失的影响，以期为设施西葫芦的科学合理种植管理提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验设计
　　试验于2018—2019年在山东省淄博市临淄区皇城镇史王庄村进行，西葫芦品种为绿盛，供试土壤理化性状见表1。以鸭粪、复合肥（N-P2O5-K2O养分含量15-15-10）、菌肥和少量微量元素肥料作为基肥，合计氮磷钾用量分别为N 1 590 kg/hm2、P2O5 1 950 kg/hm2、K2O 945 kg/hm2;定苗后开始追施大量元素水溶肥（N-P2O5-K2O养分含量20-20-20），追肥10次，合计氮磷钾用量分别为N 1 050 kg/hm2、P2O5 1 050 kg/hm2、K2O 1 050 kg/hm2。
　　采用裂区试验设计，主区设置3行/畦（畦宽1.6 m，垄距0.53 m）、4行/畦（畦宽1.6 m，垄距0.40 m）;副区设置平行位、错位两种位置方式，通过调整株距使每畦的西葫株数保持一致;3次重复。畦长13.5 m，一畦面积21.6 m2。10月6日施肥整地，10月19日定植西葫芦。
　　1.2 测定指标及方法
　　在西葫芦盛果期采集不同土层土壤测定硝态氮含量，采集果实样品测定维生素C（V[HT6]C）、硝酸盐及氮磷钾养分含量，同时测定秧的氮磷钾养分含量;每个小区都安装淋溶液收集装置，每个月采集淋溶液测定氮磷含量。
　　土壤硝态氮测定：鲜土用1 mol/L KCl浸提，收集滤液，利用全自动间断化学分析仪（Smartchem 200）测定硝态氮含量。植株样品氮磷钾含量测定：样品采用浓硫酸-双氧水消煮后，用半微量凯氏定氮法测定样品中氮含量，钒钼黄比色法测定全磷含量，火焰光度计法测定全钾含量[16]。果实中硝酸盐和V[HT6]C含量测定参照文献[17]，分别采用水杨酸法和二氯靛酚钠滴定法测定。
　　1.3 数据处理与统计分析
　　试验数据采用DPS 2000 软件[18]进行统计分析，Duncan’s新复极差法进行多重比较，显著性水平为0.05。
　　2 结果与分析
　　2.1 相同种植密度下不同根系布局对西葫芦产量的影响
　　由图1可知，在种植密度相同的条件下，一畦种植四行西葫芦的产量要高于一畦种植三行的，平行和错位种植条件下分别增产3.59%和4.17%，但两者间差异不显著。当种植行数相同时，平行種植与错位种植的西葫产量几乎没有差异。
　　2.2 不同根系布局对盛果期土壤硝态氮含量的影响
　　由图2可知，西葫芦盛果期随着土层深度的加深，三行错位和四行错位种植的土壤硝态氮明显下降，而四行平行和三行平行种植的硝态氮含量波动变化。四行平行种植处理在40 cm处出现峰值，之后快速下降，70 cm处降至最低后又有所回升;而三行平行处理先大幅降低，40 cm处最低，之后又升高至60 cm处出现峰值，但仍显著低于20 cm土层的硝态氮含量。
　　2.3 不同根系布局对设施西葫芦养分吸收及土壤养分淋溶损失的影响
　　不同根系布局对西葫芦养分吸收及氮磷淋溶损失具有一定影响，进而影响西葫芦果实品质。由表2可知，三行错位种植的西葫芦V[HT6]C含量最高，显著高于三行平行种植，但与四行平行及错位种植的差异不显著;而且三行错位种植的西葫芦硝酸盐含量最低，品质最好，其次为四行平行种植处理。氮磷钾养分吸收总量也是三行错位种植处理的最高，其次是四行错位处理。在相同种植行数条件下，错位种植的氮淋溶量要低于平行种植的，四行和三行种植的分别降低7.96%和4.58%;而磷的淋溶量较低，相同行数平行和错位种植的差异达到显著水平，其中，三行平行处理的磷淋溶量最高，显著高于其他处理，但也仅为3.11 kg/hm2;四行平行处理的最低，为2.18 kg/hm2。
　　3 讨论与结论
　　适宜的种植密度是作物实现高产的必要条件。 雷逢进等[13]研究报道在最适源库比下西葫芦的产量最高。本研究从相同种植密度下不同行数、不同种植位置进行研究，结果表明四行种植的西葫芦产量要高于三行种植的，而错位种植的产量略高于平行种植的产量，但差异均不显著，说明在一定的畦宽条件下，四行种植的西葫芦源库比可能更接近最适值，因此，若只考虑产量因素，四行错位种植最佳，其次是四行平行种植。本试验方法仅从垄距和种植位置上进行调整，不会给西葫芦生产增加额外的难度，农民易于接受。 　　本研究发现在西葫芦盛果期各土层的硝态氮含量都很高，随着土层的深入，错位种植的土壤硝态氮下降明显，而平行种植的土壤硝态氮波动变化，具有较大的淋溶风险。这也与农民管理习惯有关，随着盛果期到来，西葫芦产量增长明显，农户灌水施肥的频率加快，导致表层土积累的硝态氮随水向下迁移显著。
　　V[HT6]C是许多园艺作物的重要营养品质指标之一[19]，而硝酸盐含量则是影响蔬菜安全品质的一个重要指标[20]。三行错位种植的西葫芦V[HT6]C含量最高，硝酸盐含量最低，品质表现最好，其次为四行平行位处理;同时错位种植的氮磷钾养分吸收总量明显高于平行位种植的，且三行错位种植的最高，说明种植位置的改变能够调控根系对养分的吸收及其在营养与生殖器官中的分布与转化[21]，进而影响西葫芦品质。同时，错位种植的西葫芦吸收的氮磷养分要明显高于对应的平行种植的，而三行错位种植的则要明显高于四行错位种植的，这与氮或磷的局部供应在很大程度上能够刺激植物根系增生，并因此提高植物对氮、磷的吸收有关[21]。另外，错位种植有利于西葫芦根系向下延伸，减少氮磷淋失，也是其氮磷吸收量高的重要原因[22]。
　　在本研究中，相同种植行数时，错位种植的氮淋溶损失较低，说明通过调整种植位置，使西葫芦根系交错分布，能够降低土壤硝态氮向下层淋溶的风险[23]。有研究表明，土壤有效磷能够随水发生垂直迁移，但一年的降雨强度仅能使山东三大土类的磷向下迁移15 cm左右，迁移较慢，因此磷的淋溶量整体偏低[24]，这与本研究结果一致。
　　综上所述，在相同种植密度下，改设施西葫芦四行平行种植模式为三行错位种植模式，能够调控根系生长及其对养分的吸收，提高西葫芦果实的产量和品质，同时降低氮的淋失，具有较好的经济和环境效益，有利于设施蔬菜的可持续发展。
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