不同基质下番茄根区土壤水盐分布规律试验研究

王 哲，夏 辉，袁 浩，孟 圆，赵新凯

(河北农业大学城乡建设学院，河北 保定 071000)

土壤水盐分布规律的研究一直都是农田水利、水土环境等领域的重要基础内容。土壤盐分是影响作物生长的重要因子，盐分分布与水分入渗、作物蒸腾和土壤蒸发作用都有着密切的关系[1]，而土壤水分是土壤盐分的携带者同时又为土壤水盐运动提供动力。土壤盐碱化是一个世界性难题，全球土地盐碱化呈现越来越严重的趋势[2]。因此关于土壤水盐分布规律的研究一直都是探索的热点，牛文全[3]等分析了日光温室下土壤水盐分布的变化，发现日光温室耕层土壤平均含盐量达2.74 g/kg，接近阻碍作物生长的临界点，发生了轻度次生盐渍化。张子卓[1]等的研究发现膜内土壤水分随时间推移先增大后减小，盐分随时间推移逐渐减小；膜间土壤水分、盐分均随时间推移逐渐增大。杜社妮[4]等的研究表明以番茄定植孔采用沙封孔、不封孔与土封孔相比，根际0～10 cm土层土壤水分降低了11.73%和14.80%，根际0～10 cm土层土壤盐分降低了19.11%和24.84%。番茄是目前世界上种植面积最广且最受欢迎的蔬菜作物之一，也是肉果及茄科的重要模式植物[5]，作为全世界栽培最普遍的果菜之一，研究番茄根际土壤水盐分布规律对番茄生长具有重要现实意义，同时为合理的灌溉提供科学依据，为防止土壤盐渍化提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试基质为3种(S1、S2、S3)，S1取自河北农业大学原状土，经自然风干后与沙子、蛭石按8∶1∶1体积配制，S2为购买于河北省保定市莲池区保育栽培厂的壮园育苗营养土，S3为自配基质，草炭土、珍珠岩与蛭石按3∶1∶1体积配制，表1为各基质的理化特性。供试番茄为福星高档粉果番茄，供试肥料为第五代海藻酸硝基复合水溶肥料(N+P2O5+K2O≥20%)。

表1 不同基质的理化性质

Tab.1 Physicochemical properties of different substrates

基质类型容重/(g·cm-3)pH总孔隙度/%持水孔隙度/%硝态氮/(mg·kg-1)铵态氮/(mg·kg-1)有效磷/(mg·kg-1)速效钾/(mg·kg-1)有机质/(g·kg-1)S11.037.8521.0020.0011.541.425.82134.1011.53S20.444.8066.0059.00105.65151.79120.632 422.00279.47S30.356.7175.0066.1062.937.8116.00572.00290.98

1.2 试验设计

试验于2018年8月-2019年1月于河北农业大学城乡建设学院农水实验室温室大棚内进行(38°50′N，115°28′E)。试验分为育苗箱育苗和定植后盆栽种植两部分，育苗箱育苗考虑不同基质(S1、S2、S3)和不同灌水量(W1、W2)两个因素，共6个试验处理，每个试验处理4个重复；定植后盆栽种植考虑不同基质(S1、S2、S3)、不同灌水量(W1、W2)和不同施肥量(F1、F2)3个因素，共12个试验处理，每个试验处理3个重复，两部分的各试验处理均为并排排列的方式布置。试验期间，番茄每个育苗箱W1、W2灌水总量分别为40、30 mm；每个盆W1、W2灌水总量分别为127.40、95.55 mm，施肥总量F1、F2分别为12.60、8.82 g，其中W2为W1的75%，F2为F1的70%。在番茄的全生育期内进行根区土壤水盐的定位监测，土壤水分、盐分由石家庄鼎佩科技有限公司农业环境记录仪测定，番茄栽培期间气温、空气湿度、补光等温室环境与番茄植株管理均按常规进行。

1.3 数据处理

利用Excel软件进行数据统计，采用SPSS 17.0软件对数据进行方差分析，差异显著性分析采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 育苗箱番茄根区土壤水盐分布特征

2.1.1 土壤水分分布特征

水是植物光合作用固定二氧化碳和形成糖分的原料，是使养分溶解输送到周身的溶剂，植物细胞的生长离不开水分，土壤水分状况直接影响植株的生长和根系的垂直分布，充分灌溉使水分存贮在较深土壤中，而非充分灌溉则使水分贮在表层[6]。

变异系数可以衡量组内参数的变异程度，变异系数在0%～10%为弱变异程度，10%～100%为中等变异程度，100%以上为强变异程度[7]。表2为育苗箱各基质处理土壤含水率分布状况，由表2可知，除S3处理10～20 cm土层土壤含水率到达中等变异程度以外，其余各处理各深度土壤含水率均处于弱变异程度，说明三种基质的土壤水分在垂直方向上分布相对均匀，S1基质土壤含水率随着土壤深度的增加先增加再减小，S2与S3基质土壤含水率随着土壤深度的增加而增加。图1为灌水后20 min内各基质处理土壤含水率变化情况，由图1可知，各基质高灌水量下各土层土壤含水率均比低灌水量下大，而且各基质处理土壤含水率随着时间的推移而增大，灌水后底层土壤含水率略高于表层含水率。S1基质两个处理土壤含水率变化规律具有一致性，从图中可以明显的看出20 cm土层具有较好的保水性，S2与S3基质各处理土壤含水率变化具有差异性，但总体上呈现增大的趋势。

表2 育苗箱各基质处理土壤含水率分布状况

Tab.2 Distribution of soil water content in eachsubstrate treated by nursery box

基质类型土层/cm均值/%标准误变异系数/%极小值/%极大值/%极差/%0～1026.350.656.9323.6028.755.15S110～2030.630.615.6628.9032.904.0020～3029.540.807.6927.2032.785.580～1027.290.343.4925.8828.852.97S210～2028.120.767.6624.7531.036.2820～3034.980.866.9531.0337.986.950～1015.330.315.7114.4516.682.23S310～2023.621.1113.2720.2027.707.5020～3027.500.444.4926.0529.633.58

2.1.2 土壤盐分分布特征

盐分浓度过高会造成作物减产或死亡，植物受到盐分胁迫，其所有的重要生命过程(如种子萌发出苗、幼苗生长和植株的光合作用等)几乎都会受到重大的影响，低浓度的盐分对种子萌发具有促进作用，随着盐分浓度的升高，种子发芽率、发芽指数和活力指数都减小，盐分浓度过高就会抑制种子萌发，甚至不能萌发[8]。

表3为育苗箱各基质处理土壤盐分分布状况，由表3可知，S2处理0～10 cm土层与20～30 cm土层以及S3处理10～20 cm土层土壤盐分处于中等变异程度，其余各处理各深度土壤盐分均处于弱变异程度，说明S1基质土壤盐分在垂直方向上分布相对均匀，而S2与S3基质土壤盐分在垂直方向上分布不均匀。除S2基质0～10 cm土层与10～20 cm土层土壤盐分变化平缓以外，其他处理土壤盐分均随着土壤深度的增加而增加。图2为灌水后20 min内各基质处理土壤盐分变化情况，与土壤含水率的变化情况相同，底层土壤盐分略高于表层土壤盐分，由图2可知，各基质处理土壤盐分随着时间的推移而增大，而S1、S2与S3基质灌水后各处理各深度变化规律均具有差异性，S1与S3基质土壤盐分变化具有相似性，处理S1W1由于灌水量大的缘故，导致20～30 cm土层土壤盐分较处理S1W2增加量大，上部土层盐分随水分向下部土层运动，从图中可以明显看出处理S1W1与处理S3W1土壤盐分呈线性变化。

图1 灌水后20 min内各基质处理土壤含水率变化情况Fig.1 Changes in soil moisture content of each substrate treated within 20min after irrigation

2.2 盆栽番茄根区土壤水盐分布特征

2.2.1 土壤水分分布特征

图3为定植后番茄根区土壤含水率变化规律，从三幅图可看出随着时间的推移，三种基质各处理番茄根区土壤水分含量呈现增大的趋势，同时各处理中W1处理均比W2处理含水率要高，处理S1W1F1、S1W1F2、S1W2F1、S1W2F2土壤含水率变化范围分别为8.54%～34.78%、5.04%～31.76%、6.17%～28.26%、7.23%～24.53%；处理S2W1F1、S2W1F2、S2W2F1、S2W2F2土壤含水率变化范围为8.63%～27.14%、13.14%～29.65%、8.83%～26.69%、7.65%～26.03%；处理S3W1F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2土壤含水率变化范围为4.87%～47.05%、4.81%～40.35%、7.29%～38.51%、5.01%～25.13%。综上可知，S3基质具有良好的储水作用，在番茄定植后其生育期平均含水率为23.89%，分别较S2基质与S1基质高4.01%、6.65%。

表3 育苗箱各基质处理土壤盐分分布状况

Tab.3 Distribution of soil salinity in each substrate of nursery box

基质类型土层/cm均值/(mg·kg-1)标准误变异系数极小值/(mg·kg-1)极大值/(mg·kg-1)极差/(mg·kg-1)0～1084.591.133.7779.7588.759.00S110～20110.061.092.79106.50114.508.0020～30123.781.774.05118.75130.2511.500～10119.787.3717.4095.00158.2563.25S210～20112.501.423.58105.75117.0011.2520～30176.949.4815.14133.50217.5084.000～1042.971.368.9337.7548.0010.25S310～2064.252.7812.2456.0074.0018.0020～3090.371.785.5783.2597.5014.25

图2 灌水后20 min内各基质处理土壤盐分变化情况Fig.2 Changes of soil salinity in each substrate treated within 20 min after irrigation

图3 定植后番茄根区土壤含水率变化规律Fig.3 Change of soil water content in tomato root zone after planting

表4为番茄定植后各生育期典型灌水周期内根区土壤含水率变化规律，各生育期一个灌水周期内土壤含水率均呈现先升高后下降的趋势，幼苗期灌水前处理S2W1F2土壤含水率显著高于处理S2W2F2、S3W1F1、S3W2F1、S3W2F2，灌水后中期S2W1F2土壤含水率显著高于处理S1W2F1、S3W2F2，下一次灌水前各个处理均无显著差别；开花坐果期灌水前处理S3W1F1、S3W1F2土壤含水率显著高于处理S3W2F2，灌水后中期处理S3W1F1土壤含水率显著高于处理S2W2F2、S3W1F2、S3W2F1，下一次灌水前处理S3W1F1土壤含水率显著高于S1W1F1、S1W2F2、S2W2F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2；结果期灌水前处理S3W1F1、S3W1F2土壤含水率显著高于处理S1W2F2、S2W1F1、S2W2F2、S3W2F2，灌水后中期处理S3W1F1土壤含水率显著高于处理S1W2F2，下一次灌水前处理S3W1F1土壤含水率显著高于S1W2F1、S1W2F2。

表4 番茄定植后各生育期典型灌水周期内根区土壤含水率变化规律

Tab.4 Changes of soil moisture content in root zone of typical irrigation period after tomato planting

处理幼苗期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%开花坐果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%结果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%S1W1F114.09ab19.77ab15.82a24.30abc31.96bc24.64c28.63ab32.72bc26.94bcS1W1F213.62ab19.29ab16.78a26.85ab27.21cd20.17cd21.24bc21.82cd23.62bcdS1W2F19.99ab12.03b11.76a22.46bcd22.68de18.87cd17.50bc22.84cd12.92dS1W2F210.35ab15.30ab12.95a15.14bcd23.86de17.53d13.49c19.42d13.60dS2W1F111.04ab14.18ab11.44a20.21bcd23.51de19.97cd16.29c23.12cd17.34cdS2W1F217.47a23.73a16.91a18.66bcd25.7cde18.38cd19.97bc28.47bcd25.39bcdS2W2F112.50ab16.19ab16.39a13.90cd20.94de16.57d17.32bc26.69cd19.59cdS2W2F28.94b14.79ab15.33a16.87bcd17.73e18.63cd16.19c26.03cd22.82cdS3W1F18.68b15.99ab15.05a35.29a47.05a43.59a37.65a45.47a41.35aS3W1F29.77ab17.36ab16.31a35.75a37.82b33.59b37.34a38.67ab35.97abS3W2F18.58b19.70ab14.65a22.08bcd35.29b36.00b20.59bc32.62bc27.95bcS3W2F27.94b13.54b12.39a11.19d23.74de25.13c15.37c22.27cd16.64cd

注：不同小写字母表示各处理在0.05水平差异显著，下同。

2.2.2 土壤盐分分布特征

图4为定植后番茄根区土壤盐分变化规律，从三幅图可看出，随着时间的推移，三种基质各处理番茄根区土壤盐分W1处理均比W2处理土壤盐分要高，处理S1W1F1、S1W1F2、S1W2F1、S1W2F2土壤盐分变化范围分别为37.56～1 330.67、21.72～1 003.00、40.44～353.00、26.67～232.33 mg/kg，试验结束较定植时土壤盐分别增幅2 186.88%、2 876.88%、1 328.86%、563.71%；处理S2W1F1、S2W1F2、S2W2F1、S2W2F2土壤盐分变化范围为47.11～144.83、2.83～218.00、66.33～88.70、18.33～109.83 mg/kg，试验结束较定植时土壤盐分分别增幅470.13%、246.02%、130.14%、826.67%；处理S3W1F1、S3W1F2、S3W2F1、S3W2F2土壤盐分变化范围为25.78～590.67、39.44～518.67、45.89～338.50、22.44～126.83 mg/kg，试验结束较定植时土壤盐分分别增幅2 077.17%、2 085.26%、423.90%、588.71%。综上可知，除了S2W2F2处理以外，三种基质W1处理均比W2处理土壤盐分增幅要大，同时S1与S3基质比S2基质土壤盐分累积要多，淋溶风险较大。

表5为番茄定植后各生育期典型灌水周期内根区土壤盐分变化规律，除幼苗期处理S1W2F2与S2W2F1、开花坐果期处理S1W1F1、S1W1F2、S3W1F1与S3W2F1和结果期处理S1W1F2以外，各生育期一个灌水周期内土壤盐分均呈现先升高后下降的趋势，幼苗期灌水前各处理土壤盐分无显著差别，灌水后中期处理S3W2F1土壤盐分显著高于处理S1W2F2，下一次灌水前处理S3W1F1土壤盐分显著高于处理S2W1F1；开花坐果期灌水前处理S1W1F2土壤盐分基本显著高于其他所有处理，灌水后中期处理S1W2F2、S3W2F2土壤盐分显著高于处理S2W1F1、S2W2F1与S2W2F2，下一次灌水前处理S3W1F1土壤盐分显著高于处理S1W1F1与S1W2F2以及S2各处理；结果期灌水前处理S1W1F1土壤盐分基本显著高于其他所有处理，灌水后中期与下一次灌水前处理S3W1F1土壤盐分基本显著高于其他所有处理。

图4 定植后番茄根区土壤含水率变化规律Fig.4 Change of soil water content in tomato root zone after planting

表5 番茄定植后各生育期典型灌水周期内根区土壤盐分变化规律

Tab.5 Changes of soil salinity in root zone of typical irrigation period after tomato planting

处理幼苗期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%开花坐果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%结果期灌水前/%灌水后中期/%下一次灌水前/%S1W1F177.03a128.42ab92.67abc692.30ab692.75abc733.00b1 034.00a1079.17ab736.00abS1W1F276.22a115.94ab103.32abc1 198.10a782.70ab387.00cde541.33ab554.67bc568.00abcS1W2F157.89a91.14ab84.50bc392.00b588.39abc342.17de294.17b442.50c158.67cS1W2F254.30a75.67b83.75bc123.79b1 058.88a295.19e189.17b197.83c122.67cS2W1F157.86a106.92ab53.00c162.10b251.00c233.30e111.17b255.83c138.38cS2W1F2124.00a193.78ab100.95abc127.80b271.00bc165.56e154.00b380.83c271.00cS2W2F189.44a116.75ab122.25abc94.38b201.06c134.50e95.17b206.00c146.33cS2W2F236.13a121.33ab102.08abc111.43b209.25c150.19e113.00b331.67c174.67cS3W1F157.56a171.08ab165.58a504.60b769.88ab1 125.30a656.67ab1 258.83a816.88aS3W1F266.22a166.89ab153.90ab634.00ab713.30abc645.81bcd477.50ab665.00bc519.33abcS3W2F140.89a222.13a159.75ab219.88b670.67abc677.08bc207.17b464.17c346.50bcS3W2F243.62a149.72ab125.50abc97.57b946.00a411.00cde112.67b191.17c123.17c

3 结 语

(1)对于育苗箱育苗，三种基质番茄根区的土壤水分在垂直方向上分布相对均匀，而S1基质土壤盐分在垂直方向上分布相对均匀，S2与S3基质土壤盐分在垂直方向上分布不均匀；各基质高灌水量下各土层土壤含水率与土壤盐分均比低灌水量下大，而且各基质处理土壤含水率与土壤盐分随着时间的推移而增大；灌水后底层土壤含水率与土壤盐分略高于表层。

(2)对于盆栽定植，三种基质各处理番茄根区土壤水分与土壤盐分均随着时间的推移呈现增大的趋势，同时各处理中W1处理土壤水分与土壤盐分均比W2处理含水率要高，S3基质具有良好的储水作用。番茄各生育期典型灌水周期内土壤含水率与土壤盐分基本呈现先升高后下降的趋势，同时S1与S3基质比S2基质土壤盐分累积要多，淋溶风险较大。