王 平 *，赵振勇，曾凡江，田长彦

（1.中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830011；2.新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站；3.中国科学院大学）

新疆和田地区光热资源丰富，具有发展设施农业的优势和潜力[1-2]，近年来，新疆南疆开始大规模在沙漠地区建造温室大棚，仅和田地区就规划了0.67 万hm2温室大棚，截至2018年，和田地区已建成并投入生产的沙漠设施农业面积达1 873.14 hm2[3]。因为温室大棚建设在绿洲外围推平的沙丘之上，栽培基质为黏粒含量低于5%的黄沙，黄沙作为栽培基质既有优点但更多表现为缺点，比如瓜类在沙土中根系发达[4-5]，有利于其根系伸展[6]，同时也存在容重高、有机质含量低、保水保肥能力差、缓冲性低、营养元素缺乏等问题，无法提供正常土壤完善的功能，因此黄沙栽培基质导致的大棚蔬菜生长营养障碍现象十分普遍，运营效益偏差[7]。在沙中添加壤土（客土）能够显著增加沙的保水保肥能力和缓冲性，具有显著的土壤改良作用[8-9]，在沙土中施用有机肥能够显著提高沙土的土壤养分含量、酶活性[10-11]及改善土壤的理化性状，促进作物生长发育[12-14]，有机肥在作物根区集中施用能够大幅提高有机肥的肥效[15-17]，并降低根区沙土的容重[18]，因此，客土和施用有机肥是沙区农业生产中常用的土壤改良和培肥方法。然而这些技术在大面积应用时，存在有机肥源及优质土壤来源有限、价格高、运输及人工费用过高而难以大面积应用的问题。以客土改良方法原理为基础，用相对较少的优质土壤在耕作层构建纯沙包覆壤土栽培畦，畦下包肥、畦上覆沙、沙上覆膜、膜下滴灌的立体结构，以期在客土法的基础上大幅减少优质土壤的用量，同时兼顾客土法带来的保水保肥性能、缓冲性能和生物学性能改良效果，以及有机肥在根系附近集中施用带来的肥效增强的效果，构建适宜于沙漠设施农业土壤质量提升的低成本高效整地方法。本研究通过在和田地区新建的沙漠蔬菜大棚中开展客土改沙整地技术试验，研究优化后的客土整地方法与常规整地方法对土壤理化性质以及黄瓜的生长和白粉病发病率的影响，为沙漠农业土壤改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验布置在和田地区和田县和谐新村，位于昆仑山北麓，塔克拉玛干沙漠南缘，属于典型内陆暖温带荒漠气候，夏季炎热，光照充足，热量丰富，昼夜温差大，多年平均降雨量34.3 mm，年潜在蒸发量2 600 mm，多年平均沙尘日数25.2 d。

1.2 试验设计

2018 年8 月至2019 年2 月，在和田地区和田县和谐新村新建沙漠设施大棚蔬菜基地进行造畦整地技术试验。大棚建在推平的沙丘上，栽培基质为流沙，粒度分析结果表明，极细沙含量为78.2%，粉沙含量9.3%，细沙含量7.4%，中沙含量5.1%。土壤有机质0.3%，碱解氮51 mg/kg，速效磷36 mg/kg，速效钾158 mg/kg。大棚内种植区跨度7 m，长60 m。

供试黄瓜品种为新津研4号。种植模式为一垄两行模式，垄宽70 cm，沟宽50 cm，在垄上距两测沟沿12 cm 处铺设滴灌带；在垄上覆盖黑色地膜，沿滴灌带下定植黄瓜苗。株距45 cm，每棚实际保苗1 700 株左右。8 月10 日黄瓜开始育苗，9 月7 日开始整地，9月12日定植黄瓜苗。

试验设3 个处理：处理1 为常规整地造畦（CK），处理2为客土法进行整地造畦，处理3为优化后的客土法进行整地造畦。每个处理小区宽7 m，长60 m，即1 个棚。每个处理重复4 次。每个处理的具体整地造畦方法结合图1说明如下：

图1 优化客土造畦后垄沟剖面结构示意图

处理1：每小区，在纯沙上均匀撒施腐熟的鸡粪4 m3、磷酸二铵15 kg、尿素10 kg和硫酸钾10 kg；用旋耕机旋耕2遍；按照1.2 m 垄距划出垄的位置，起垄，使垄高15～20 cm，垄宽70 cm，沟宽50 cm。

处理2：每小区，在纯沙上均匀撒施壤土40 m3，在纯沙土上形成壤土层，再在壤土上撒施腐熟的鸡粪4 m3、磷酸二铵15 kg、尿素10 kg 和硫酸钾10 kg；用旋耕机旋耕2 遍，使壤土、表层沙、有机肥和基肥充分混合成营养土；起垄，使垄高15～20 cm，垄宽70 cm，沟宽50 cm。

处理3：每小区，在纯沙上均匀撒施壤土20 m3，形成壤土层，再在壤土上撒施底肥，底肥为磷酸二铵15 kg、尿素10 kg 和硫酸钾10 kg；用旋耕机旋耕2遍，把壤土、底肥和表层沙充分混合成营养土；按照1.2 m 垄距划出垄的位置，在每垄中间开25 cm 深的沟，沟底施腐熟的鸡粪，每条垄施入鸡粪的量为0.08 m3，合计每小区50 条垄共计4 m3，覆土平沟；然后将垄沟处的全部营养土翻在垄处起垄，再将垄沟下的纯沙翻出覆盖在垄上，在垄上形成5 cm 厚的纯沙层，形成垄高25～30 cm，垄宽70 cm，沟宽50 cm的垄。

1.3 测定项目与方法

（1）土壤理化性状的测定：在10 月30 日，用环刀法取20～25 cm 土壤样品测定土壤容重和田间持水量，用土钻取土测定土壤pH[19]；（2）黄瓜长势的测定：在10 月30 日，每个处理随机选取连续的10 株，用卷尺测定株高，用数字卡尺测定第5～6节间的茎粗，叶面积为从下往上第6 片叶到顶部最新完全展开叶片的全部叶面积之和，单叶叶面积采用经验公式法[20]计算：叶面积=0.5×叶宽×叶长+0.25×叶宽2；（3）叶绿素SPAD 值的测定：采用SPAD -502型叶绿素计测定叶片的SPAD 值，在10 月30 日，每个处理随机选取50片长势一致的完全展开叶片，避开叶脉和有损伤的部位，测定每片叶片中部，取平均值；（4）黄瓜产量的测定：每个处理选择连续的10株，记录每次摘取黄瓜的结瓜数与产量，计算平均瓜重；（5）黄瓜白粉病病情指数的测定：在1 月10 日测定。黄瓜苗期白粉病分级标准：0 级，无症状；1级，叶片出现白粉症状不超过总叶面积的50%；2级，叶片出现白粉症状超过总叶面积的50%；3 级，叶片萎蔫或枯死，仅生长点存活；4级，植株枯死。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS15.0 软件进行统计分析，用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同整地处理对根区土壤理化性状的影响

在黄瓜生育期中（10月30日），不同整地处理对黄瓜根区土壤的测定结果表明（表1），对照处理沙土的容重较大，过高的容重会影响到根系在土壤中的生长，进而影响到蔬菜的生长。在客土法处理中，由于添加了壤土，土壤容重较对照处理显著降低。优化客土法由于根区土壤存在有机肥集中施肥带，与客土法比较显著降低了土壤容重。对照处理的pH 显著小于客土法和优化客土法处理，推测原因是由于客土法提高了土壤缓冲性能，当地灌溉水偏碱性，碳酸氢根和钠离子含量较高，土壤对碱性离子的吸附提高了土壤pH。田间持水率的测定结果表明，客土法显著提高了沙土土壤的田间持水率。沙土田间持水率低导致的保水性能差，在生产中表现为灌水渗漏、水资源利用率低和灌溉周期过短，在当地水资源不足的情况下，经常对设施农业造成灾难性后果，是制约沙漠农业的重要问题。本试验表明，通过客土法能够大幅提高沙土的保水性能。

表1 不同整地处理对根区土壤的影响

2.2 不同整地处理对黄瓜生长的影响

对黄瓜的长势测定结果表明（表2），不同整地技术对黄瓜的生长造成显著影响。客土法和优化客土法处理的黄瓜株高、茎粗、单株叶面积、SPAD值均显著高于对照处理，而客土法与优化客土法之间无显著差异。说明通过客土整地能够显著促进沙土上植物的生长。优化客土整地方法能够在大幅减少壤土用量的情况下，在黄瓜株高、茎粗、叶面积和叶色4个黄瓜生长参数获得与客土法同样的水平。以往的研究表明，用SPAD -502 chlorophyll meter 测定的叶片SPAD 值能够很好的评估黄瓜叶片叶绿素浓度[21]，本研究结果表明，客土法和优化客土法能够显著的提高黄瓜叶片叶绿素浓度，从而促进黄瓜的生长。

表2 不同整地处理对黄瓜生长的影响

2.3 不同整地处理对黄瓜白粉病病情指数的影响

试验结果表明（图2），客土整地法处理白粉病病情指数达到11.2%，优化后的客土整地法和对照处理虽然也发生了白粉病病害，但是病情指数显著低于客土整地法处理。由于和田地区冬季较为寒冷，供试的设施大棚除了日照辐射以外没有其它热源，夜间棚内气温可低至6 ℃。灌溉导致的棚内高空气湿度在低温条件下容易造成黄瓜白粉病。在本试验条件下，对照处理虽然灌水后下渗也很快，但是由于沙土理化性能及生物学性能差造成的多种障碍，导致黄瓜生长相对偏差，抗病力弱，为白粉病发病创造了条件。客土整地法由于保水能力强，灌水后空气湿度持续过大，冬季棚外气温低，无法通过放风降低湿度，为白粉病发病创造了条件。优化后的客土整地法，滴灌带滴出来的水在营养土水分已经饱和以后，能够通过营养土上层的沙土层导流渗入垄沟沙土层，从而在滴灌过程中无显著土表径流发生，垄面和沟内始终无积水。另一方面，由于沙层切断了表土毛管作用，在灌水后，沟内表层沙土能够较快形成干沙层，减少土壤水分的蒸发，从而使棚内空气湿度较客土法低。而且由于根系定植于疏松的营养土上，土壤水肥条件好，苗长的较壮实，抗病能力强，生育期内白粉病病情指数较客土整地法显著降低。

图2 不同整地处理对黄瓜白粉病病情指数的影响

2.4 不同整地处理对黄瓜产量构成的影响

试验结果表明（表3），对照处理的结瓜总数和平均瓜重均最低。客土法和优化客土法处理结瓜总数较对照显著提高，分别提高了6.0%和7.6%。客土法和优化客土法处理平均瓜重较对照显著提高，分别提高了12.5%和16.2%，最终在产量表现上客土法和优化客土法处理较对照处理显著提高，分别提高了18.6%和24.6%。客土法和优化客土法在结瓜总数、平均瓜重和产量上无显著差异。因此，与对照处理相比，客土法和优化客土法提高了黄瓜产量，最主要的原因是平均瓜重提高，结瓜总数为次要原因。

表3 不同整地处理对黄瓜产量构成的影响

3 讨论与结论

和田地区属于国家级贫困地区，在耕地有限的情况下，通过在绿洲外围沙漠地区建设设施农业来吸纳就业，提高农民收入，是当地实现脱贫目标的重要途径之一。然而黄沙作为栽培基质存在的各种障碍严重制约了当地设施农业经济效益的发挥。虽然已有很多成熟的技术用以快速提高黄沙的土壤质量，比如客土法、施用有机肥、腐植酸肥料、底层铺设防渗材料、节水滴灌措施等，但是受限于当地农民的经济投入水平，生产中亟需低成本、效果好的改沙技术。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（优化客土法），通过本研究结果表明，该方法完全实现了初始方法构想的效果，在优质土壤用量减少一半的前提下，实现了与客土法一样的促进黄瓜生长和产量的效果，而且在白粉病防控方面的表现优于客土法。除此以外，优化客土法还表现出了以下优点：（1）壤土用量较客土法大幅减少，改沙投入成本显著降低；（2）在常规沙土条件下，超过2 d 不灌水，蔬菜就明显受旱，而按照优化客土法改造后的大棚，由于土壤持水量大幅提升，6 d 不灌水也不会明显受旱，从而大幅降低了大棚水分管理难度，在沙漠农区水源不稳定的情况下，对于稳产高产具有重大意义；（3）通过沙包土和土包肥的结构，使有机肥集中在根区附近，在种苗定植根系开始下扎一定深度后就能接近有机肥，同时又不会造成有机肥与幼苗根系直接接触对幼苗根系的伤害，大幅提高了有机肥的有效性。综上所述，优化后的客土整地方法可以用于新建沙漠设施农业，快速提高土壤生产性能。