王 平 *，趙振勇，曾凡江，田長(zhǎng)彥

（1.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆策勒荒漠草地生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站；3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）

新疆和田地區(qū)光熱資源豐富，具有發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)的優(yōu)勢(shì)和潛力[1-2]，近年來(lái)，新疆南疆開(kāi)始大規(guī)模在沙漠地區(qū)建造溫室大棚，僅和田地區(qū)就規(guī)劃了0.67 萬(wàn)hm2溫室大棚，截至2018年，和田地區(qū)已建成并投入生產(chǎn)的沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)面積達(dá)1 873.14 hm2[3]。因?yàn)闇厥掖笈锝ㄔO(shè)在綠洲外圍推平的沙丘之上，栽培基質(zhì)為黏粒含量低于5%的黃沙，黃沙作為栽培基質(zhì)既有優(yōu)點(diǎn)但更多表現(xiàn)為缺點(diǎn)，比如瓜類(lèi)在沙土中根系發(fā)達(dá)[4-5]，有利于其根系伸展[6]，同時(shí)也存在容重高、有機(jī)質(zhì)含量低、保水保肥能力差、緩沖性低、營(yíng)養(yǎng)元素缺乏等問(wèn)題，無(wú)法提供正常土壤完善的功能，因此黃沙栽培基質(zhì)導(dǎo)致的大棚蔬菜生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)障礙現(xiàn)象十分普遍，運(yùn)營(yíng)效益偏差[7]。在沙中添加壤土（客土）能夠顯著增加沙的保水保肥能力和緩沖性，具有顯著的土壤改良作用[8-9]，在沙土中施用有機(jī)肥能夠顯著提高沙土的土壤養(yǎng)分含量、酶活性[10-11]及改善土壤的理化性狀，促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育[12-14]，有機(jī)肥在作物根區(qū)集中施用能夠大幅提高有機(jī)肥的肥效[15-17]，并降低根區(qū)沙土的容重[18]，因此，客土和施用有機(jī)肥是沙區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的土壤改良和培肥方法。然而這些技術(shù)在大面積應(yīng)用時(shí)，存在有機(jī)肥源及優(yōu)質(zhì)土壤來(lái)源有限、價(jià)格高、運(yùn)輸及人工費(fèi)用過(guò)高而難以大面積應(yīng)用的問(wèn)題。以客土改良方法原理為基礎(chǔ)，用相對(duì)較少的優(yōu)質(zhì)土壤在耕作層構(gòu)建純沙包覆壤土栽培畦，畦下包肥、畦上覆沙、沙上覆膜、膜下滴灌的立體結(jié)構(gòu)，以期在客土法的基礎(chǔ)上大幅減少優(yōu)質(zhì)土壤的用量，同時(shí)兼顧客土法帶來(lái)的保水保肥性能、緩沖性能和生物學(xué)性能改良效果，以及有機(jī)肥在根系附近集中施用帶來(lái)的肥效增強(qiáng)的效果，構(gòu)建適宜于沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)土壤質(zhì)量提升的低成本高效整地方法。本研究通過(guò)在和田地區(qū)新建的沙漠蔬菜大棚中開(kāi)展客土改沙整地技術(shù)試驗(yàn)，研究?jī)?yōu)化后的客土整地方法與常規(guī)整地方法對(duì)土壤理化性質(zhì)以及黃瓜的生長(zhǎng)和白粉病發(fā)病率的影響，為沙漠農(nóng)業(yè)土壤改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)布置在和田地區(qū)和田縣和諧新村，位于昆侖山北麓，塔克拉瑪干沙漠南緣，屬于典型內(nèi)陸暖溫帶荒漠氣候，夏季炎熱，光照充足，熱量豐富，晝夜溫差大，多年平均降雨量34.3 mm，年潛在蒸發(fā)量2 600 mm，多年平均沙塵日數(shù)25.2 d。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018 年8 月至2019 年2 月，在和田地區(qū)和田縣和諧新村新建沙漠設(shè)施大棚蔬菜基地進(jìn)行造畦整地技術(shù)試驗(yàn)。大棚建在推平的沙丘上，栽培基質(zhì)為流沙，粒度分析結(jié)果表明，極細(xì)沙含量為78.2%，粉沙含量9.3%，細(xì)沙含量7.4%，中沙含量5.1%。土壤有機(jī)質(zhì)0.3%，堿解氮51 mg/kg，速效磷36 mg/kg，速效鉀158 mg/kg。大棚內(nèi)種植區(qū)跨度7 m，長(zhǎng)60 m。

供試黃瓜品種為新津研4號(hào)。種植模式為一壟兩行模式，壟寬70 cm，溝寬50 cm，在壟上距兩測(cè)溝沿12 cm 處鋪設(shè)滴灌帶；在壟上覆蓋黑色地膜，沿滴灌帶下定植黃瓜苗。株距45 cm，每棚實(shí)際保苗1 700 株左右。8 月10 日黃瓜開(kāi)始育苗，9 月7 日開(kāi)始整地，9月12日定植黃瓜苗。

試驗(yàn)設(shè)3 個(gè)處理：處理1 為常規(guī)整地造畦（CK），處理2為客土法進(jìn)行整地造畦，處理3為優(yōu)化后的客土法進(jìn)行整地造畦。每個(gè)處理小區(qū)寬7 m，長(zhǎng)60 m，即1 個(gè)棚。每個(gè)處理重復(fù)4 次。每個(gè)處理的具體整地造畦方法結(jié)合圖1說(shuō)明如下：

圖1 優(yōu)化客土造畦后壟溝剖面結(jié)構(gòu)示意圖

處理1：每小區(qū)，在純沙上均勻撒施腐熟的雞糞4 m3、磷酸二銨15 kg、尿素10 kg和硫酸鉀10 kg；用旋耕機(jī)旋耕2遍；按照1.2 m 壟距劃出壟的位置，起壟，使壟高15～20 cm，壟寬70 cm，溝寬50 cm。

處理2：每小區(qū)，在純沙上均勻撒施壤土40 m3，在純沙土上形成壤土層，再在壤土上撒施腐熟的雞糞4 m3、磷酸二銨15 kg、尿素10 kg 和硫酸鉀10 kg；用旋耕機(jī)旋耕2 遍，使壤土、表層沙、有機(jī)肥和基肥充分混合成營(yíng)養(yǎng)土；起壟，使壟高15～20 cm，壟寬70 cm，溝寬50 cm。

處理3：每小區(qū)，在純沙上均勻撒施壤土20 m3，形成壤土層，再在壤土上撒施底肥，底肥為磷酸二銨15 kg、尿素10 kg 和硫酸鉀10 kg；用旋耕機(jī)旋耕2遍，把壤土、底肥和表層沙充分混合成營(yíng)養(yǎng)土；按照1.2 m 壟距劃出壟的位置，在每壟中間開(kāi)25 cm 深的溝，溝底施腐熟的雞糞，每條壟施入雞糞的量為0.08 m3，合計(jì)每小區(qū)50 條壟共計(jì)4 m3，覆土平溝；然后將壟溝處的全部營(yíng)養(yǎng)土翻在壟處起壟，再將壟溝下的純沙翻出覆蓋在壟上，在壟上形成5 cm 厚的純沙層，形成壟高25～30 cm，壟寬70 cm，溝寬50 cm的壟。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）土壤理化性狀的測(cè)定：在10 月30 日，用環(huán)刀法取20～25 cm 土壤樣品測(cè)定土壤容重和田間持水量，用土鉆取土測(cè)定土壤pH[19]；（2）黃瓜長(zhǎng)勢(shì)的測(cè)定：在10 月30 日，每個(gè)處理隨機(jī)選取連續(xù)的10 株，用卷尺測(cè)定株高，用數(shù)字卡尺測(cè)定第5～6節(jié)間的莖粗，葉面積為從下往上第6 片葉到頂部最新完全展開(kāi)葉片的全部葉面積之和，單葉葉面積采用經(jīng)驗(yàn)公式法[20]計(jì)算：葉面積=0.5×葉寬×葉長(zhǎng)+0.25×葉寬2；（3）葉綠素SPAD 值的測(cè)定：采用SPAD -502型葉綠素計(jì)測(cè)定葉片的SPAD 值，在10 月30 日，每個(gè)處理隨機(jī)選取50片長(zhǎng)勢(shì)一致的完全展開(kāi)葉片，避開(kāi)葉脈和有損傷的部位，測(cè)定每片葉片中部，取平均值；（4）黃瓜產(chǎn)量的測(cè)定：每個(gè)處理選擇連續(xù)的10株，記錄每次摘取黃瓜的結(jié)瓜數(shù)與產(chǎn)量，計(jì)算平均瓜重；（5）黃瓜白粉病病情指數(shù)的測(cè)定：在1 月10 日測(cè)定。黃瓜苗期白粉病分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0 級(jí)，無(wú)癥狀；1級(jí)，葉片出現(xiàn)白粉癥狀不超過(guò)總?cè)~面積的50%；2級(jí)，葉片出現(xiàn)白粉癥狀超過(guò)總?cè)~面積的50%；3 級(jí)，葉片萎蔫或枯死，僅生長(zhǎng)點(diǎn)存活；4級(jí)，植株枯死。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS15.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同整地處理對(duì)根區(qū)土壤理化性狀的影響

在黃瓜生育期中（10月30日），不同整地處理對(duì)黃瓜根區(qū)土壤的測(cè)定結(jié)果表明（表1），對(duì)照處理沙土的容重較大，過(guò)高的容重會(huì)影響到根系在土壤中的生長(zhǎng)，進(jìn)而影響到蔬菜的生長(zhǎng)。在客土法處理中，由于添加了壤土，土壤容重較對(duì)照處理顯著降低。優(yōu)化客土法由于根區(qū)土壤存在有機(jī)肥集中施肥帶，與客土法比較顯著降低了土壤容重。對(duì)照處理的pH 顯著小于客土法和優(yōu)化客土法處理，推測(cè)原因是由于客土法提高了土壤緩沖性能，當(dāng)?shù)毓喔人珘A性，碳酸氫根和鈉離子含量較高，土壤對(duì)堿性離子的吸附提高了土壤pH。田間持水率的測(cè)定結(jié)果表明，客土法顯著提高了沙土土壤的田間持水率。沙土田間持水率低導(dǎo)致的保水性能差，在生產(chǎn)中表現(xiàn)為灌水滲漏、水資源利用率低和灌溉周期過(guò)短，在當(dāng)?shù)厮Y源不足的情況下，經(jīng)常對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)造成災(zāi)難性后果，是制約沙漠農(nóng)業(yè)的重要問(wèn)題。本試驗(yàn)表明，通過(guò)客土法能夠大幅提高沙土的保水性能。

表1 不同整地處理對(duì)根區(qū)土壤的影響

2.2 不同整地處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響

對(duì)黃瓜的長(zhǎng)勢(shì)測(cè)定結(jié)果表明（表2），不同整地技術(shù)對(duì)黃瓜的生長(zhǎng)造成顯著影響?？屯练ê蛢?yōu)化客土法處理的黃瓜株高、莖粗、單株葉面積、SPAD值均顯著高于對(duì)照處理，而客土法與優(yōu)化客土法之間無(wú)顯著差異。說(shuō)明通過(guò)客土整地能夠顯著促進(jìn)沙土上植物的生長(zhǎng)。優(yōu)化客土整地方法能夠在大幅減少壤土用量的情況下，在黃瓜株高、莖粗、葉面積和葉色4個(gè)黃瓜生長(zhǎng)參數(shù)獲得與客土法同樣的水平。以往的研究表明，用SPAD -502 chlorophyll meter 測(cè)定的葉片SPAD 值能夠很好的評(píng)估黃瓜葉片葉綠素濃度[21]，本研究結(jié)果表明，客土法和優(yōu)化客土法能夠顯著的提高黃瓜葉片葉綠素濃度，從而促進(jìn)黃瓜的生長(zhǎng)。

表2 不同整地處理對(duì)黃瓜生長(zhǎng)的影響

2.3 不同整地處理對(duì)黃瓜白粉病病情指數(shù)的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明（圖2），客土整地法處理白粉病病情指數(shù)達(dá)到11.2%，優(yōu)化后的客土整地法和對(duì)照處理雖然也發(fā)生了白粉病病害，但是病情指數(shù)顯著低于客土整地法處理。由于和田地區(qū)冬季較為寒冷，供試的設(shè)施大棚除了日照輻射以外沒(méi)有其它熱源，夜間棚內(nèi)氣溫可低至6 ℃。灌溉導(dǎo)致的棚內(nèi)高空氣濕度在低溫條件下容易造成黃瓜白粉病。在本試驗(yàn)條件下，對(duì)照處理雖然灌水后下滲也很快，但是由于沙土理化性能及生物學(xué)性能差造成的多種障礙，導(dǎo)致黃瓜生長(zhǎng)相對(duì)偏差，抗病力弱，為白粉病發(fā)病創(chuàng)造了條件?？屯琳胤ㄓ捎诒Ｋ芰?qiáng)，灌水后空氣濕度持續(xù)過(guò)大，冬季棚外氣溫低，無(wú)法通過(guò)放風(fēng)降低濕度，為白粉病發(fā)病創(chuàng)造了條件。優(yōu)化后的客土整地法，滴灌帶滴出來(lái)的水在營(yíng)養(yǎng)土水分已經(jīng)飽和以后，能夠通過(guò)營(yíng)養(yǎng)土上層的沙土層導(dǎo)流滲入壟溝沙土層，從而在滴灌過(guò)程中無(wú)顯著土表徑流發(fā)生，壟面和溝內(nèi)始終無(wú)積水。另一方面，由于沙層切斷了表土毛管作用，在灌水后，溝內(nèi)表層沙土能夠較快形成干沙層，減少土壤水分的蒸發(fā)，從而使棚內(nèi)空氣濕度較客土法低。而且由于根系定植于疏松的營(yíng)養(yǎng)土上，土壤水肥條件好，苗長(zhǎng)的較壯實(shí)，抗病能力強(qiáng)，生育期內(nèi)白粉病病情指數(shù)較客土整地法顯著降低。

圖2 不同整地處理對(duì)黃瓜白粉病病情指數(shù)的影響

2.4 不同整地處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量構(gòu)成的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明（表3），對(duì)照處理的結(jié)瓜總數(shù)和平均瓜重均最低?？屯练ê蛢?yōu)化客土法處理結(jié)瓜總數(shù)較對(duì)照顯著提高，分別提高了6.0%和7.6%?？屯练ê蛢?yōu)化客土法處理平均瓜重較對(duì)照顯著提高，分別提高了12.5%和16.2%，最終在產(chǎn)量表現(xiàn)上客土法和優(yōu)化客土法處理較對(duì)照處理顯著提高，分別提高了18.6%和24.6%?？屯练ê蛢?yōu)化客土法在結(jié)瓜總數(shù)、平均瓜重和產(chǎn)量上無(wú)顯著差異。因此，與對(duì)照處理相比，客土法和優(yōu)化客土法提高了黃瓜產(chǎn)量，最主要的原因是平均瓜重提高，結(jié)瓜總數(shù)為次要原因。

表3 不同整地處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量構(gòu)成的影響

3 討論與結(jié)論

和田地區(qū)屬于國(guó)家級(jí)貧困地區(qū)，在耕地有限的情況下，通過(guò)在綠洲外圍沙漠地區(qū)建設(shè)設(shè)施農(nóng)業(yè)來(lái)吸納就業(yè)，提高農(nóng)民收入，是當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)脫貧目標(biāo)的重要途徑之一。然而黃沙作為栽培基質(zhì)存在的各種障礙嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。雖然已有很多成熟的技術(shù)用以快速提高黃沙的土壤質(zhì)量，比如客土法、施用有機(jī)肥、腐植酸肥料、底層鋪設(shè)防滲材料、節(jié)水滴灌措施等，但是受限于當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟(jì)投入水平，生產(chǎn)中亟需低成本、效果好的改沙技術(shù)。基于此需求提出的沙包土、土包肥、膜下滴灌的造畦整地方法（優(yōu)化客土法），通過(guò)本研究結(jié)果表明，該方法完全實(shí)現(xiàn)了初始方法構(gòu)想的效果，在優(yōu)質(zhì)土壤用量減少一半的前提下，實(shí)現(xiàn)了與客土法一樣的促進(jìn)黃瓜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的效果，而且在白粉病防控方面的表現(xiàn)優(yōu)于客土法。除此以外，優(yōu)化客土法還表現(xiàn)出了以下優(yōu)點(diǎn)：（1）壤土用量較客土法大幅減少，改沙投入成本顯著降低；（2）在常規(guī)沙土條件下，超過(guò)2 d 不灌水，蔬菜就明顯受旱，而按照優(yōu)化客土法改造后的大棚，由于土壤持水量大幅提升，6 d 不灌水也不會(huì)明顯受旱，從而大幅降低了大棚水分管理難度，在沙漠農(nóng)區(qū)水源不穩(wěn)定的情況下，對(duì)于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重大意義；（3）通過(guò)沙包土和土包肥的結(jié)構(gòu)，使有機(jī)肥集中在根區(qū)附近，在種苗定植根系開(kāi)始下扎一定深度后就能接近有機(jī)肥，同時(shí)又不會(huì)造成有機(jī)肥與幼苗根系直接接觸對(duì)幼苗根系的傷害，大幅提高了有機(jī)肥的有效性。綜上所述，優(yōu)化后的客土整地方法可以用于新建沙漠設(shè)施農(nóng)業(yè)，快速提高土壤生產(chǎn)性能。