微咸水灌溉下设施黄瓜土壤-灌溉制度协同调控机制研究

Ningxia is characterized by scarce water resources, resulting in the passive utilization of saline water for crop irrigation. However, saline water often leads to rootzone soil secondary salinization and yield reduction due to crop salt stress. Therefore, this project will focus on cucumber, a crop widely planted in greenhouse but sensitive to soil secondary salinization, and hypothesize that the soil-irrigation cooperative regulation in rootzone can reduce the limitation of a single practice, complement each other's advantages and benefits the sustainable utilization of saline water resources. To test the hypothesis, alleviation of rootzone soil secondary salinization by vermicompost and reduction of salt supply by mixed irrigation of saline and fresh water will be combined to explore the comprehensive utilization of saline water in protected vegetables in Ningxia. The expected research results would be important for illuminating the potential mechanisms of the soil-irrigation cooperative regulation in rootzone and exploring the comprehensive response of soil-crop system to saline water irrigation, and would provide a scientific basis for the sustainable utilization of saline water in the safety production of greenhouse vegetables in Ningxia and other regions having similar problems.

针对宁夏淡水资源极为短缺，设施蔬菜产业发展面临的被动利用微咸水灌溉引起根层土壤次生盐渍化导致作物因盐胁迫而减产的突出问题，本项目以宁夏设施种植面积大，对土壤次生盐渍化问题敏感的黄瓜为研究对象，提出“根区土壤-灌溉制度协同调控可克服单一措施的局限性，实现优势互补，有利于微咸水资源的持久利用”这一假说。采用蚯蚓堆肥缓解根区土壤次生盐渍化与咸淡水混灌减少盐分供给相结合的方法进行研究，探索宁夏地区设施蔬菜微咸综合利用问题。预期的研究结果对阐明根区土壤-灌溉制度协同调控的潜在作用机制和揭示土壤-作物系统对微咸水灌溉的综合响应规律具有重要意义，为我区及其它存在同类问题地区可持续利用微咸水进行设施蔬菜安全生产提供科学依据。

以宁夏“被动利用微咸水灌溉”地区较为突出的设施黄瓜为研究对象，将土壤性状改良（增施可加强盐分淋洗的蚯蚓堆肥）和灌溉制度调控（采用减少盐分供给的咸淡水混灌）相结合，围绕微咸水灌溉引起土壤次生盐渍化和作物盐胁迫问题，主要研究根区土壤-灌溉制度协同调控根区环境并改善设施黄瓜生长的作用机理（土壤-作物系统响应机制），为宁夏及同类地区微咸水持续利用提供理论支撑。研究目标已全部完成，主要结论如下：（1）蚯蚓堆肥与脱硫石膏配施显著降低土壤Na浓度，其最小值为11mmol/L，其原因不光是由于脱硫石膏的交换性吸附作用降低了Na的含量，而与蚯蚓自身钙腺，促使蚯蚓堆肥能产生大量含有CaCO3的蚯蚓粪，两者共同促进并长期维持土壤团粒对Na+的解吸，有效遏制了盐分累积的进程；（2）经过4年8茬日光温室连续种植试验表明，与单一土壤处理相比，以2017~2020四年速效氮为例，2017年蚯蚓堆肥配施脱硫石膏的速效氮含量为65.78mg/kg，增幅14.73%，2020年蚯蚓堆肥配施脱硫石膏的速效氮含量为85.13 mg/kg，增幅86.16%，四年速效氮含量平均增长57.72%，其持续性的改良效果明显；而根据2020年的结果显示：蚯蚓堆肥与脱硫石膏的联合施用对重金属Cu元素含量的作用最为显著，其降幅达35.80%，且包括Cr、Hg、Ni、Pb在内的其他重金属元素含量均控制在《土壤环境质量:农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB15618-2018）规定范围内。（3）上述蚯蚓堆肥与脱硫石膏对营养元素、重金属元素的改良作用在根圈微生物方面亦有显著表现：与对照相比，蚯蚓堆肥与脱硫石膏联合施用的条件下，包括变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）在内的成为优势菌群，上述微生物参与了土壤中硝化和反硝化作用以及腐殖质的分解过程，对园艺作物的增产有着正向的推动作用。