微咸水灌溉對冬棗根區(qū)土壤水鹽動態(tài)及效益的影響

王天宇，王金童，徐征和，龐桂斌，劉精凱

(1.濟南大學資源與環(huán)境學院，濟南 250022; 2. 山東水利工程總公司，濟南 250022)

在干旱、半干旱區(qū)域建立微咸水節(jié)水灌溉模式已有很長的歷史，現(xiàn)代節(jié)水灌溉模式利用滴灌與微噴灌，替代大水漫灌，使得微咸水灌溉成為可能[1]。同時，在微咸水水質(zhì)、微咸水灌溉土質(zhì)以及田間管理等方面，國內(nèi)外也已做了大量工作。在國外，Ahmed C B, Magdich S, Rouina B B等人對微咸水灌溉橄欖進行研究發(fā)現(xiàn)，使用滴灌系統(tǒng)有助于防止產(chǎn)生土壤鹽漬化風險[2]；Pal B, Singh C, Singh H研究發(fā)現(xiàn)，在美國的西南部采用溝灌和微灌方式進行微咸水灌溉，可以促進其小麥的經(jīng)濟生長[3]；Eggleton M, Zegada-Lizarazu W, Ephrath J等人在以色列利用咸水淡化后的微咸水以滴灌的方式灌溉農(nóng)田，實踐表明微咸水很適合輕和中等質(zhì)地土壤[4]。我國對于微咸水灌溉的研究也為解決淡水資源稀缺地區(qū)的灌溉問題提供了方向。楊樹青在內(nèi)蒙河套地區(qū)的微咸水灌溉實驗，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過秋澆灌溉后，土壤積鹽大幅減少[5]；張文關(guān)于咸水灌溉棉花的研究表明了微咸水處理灌溉棉花可提高其產(chǎn)量[6]；馬文軍所研究的微咸水灌溉對冬小麥和夏玉米的影響，也說明了使用微咸水對農(nóng)作物進行灌溉是可行的[7]。

以上研究多是針對微咸水灌溉農(nóng)作物的研究，而對于果樹，尤其是對抗堿性較強的冬棗樹研究較少，本文便是基于果樹林間試驗，探討微咸水灌溉條件下的水鹽動態(tài)，以及對冬棗品質(zhì)、產(chǎn)量影響的問題。

1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于沾化區(qū)下洼鎮(zhèn)張王莊村周邊的冬棗種植園，當?shù)貙Χ瑮棶a(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分重視，冬棗產(chǎn)業(yè)現(xiàn)已成為當?shù)亟?jīng)濟作物產(chǎn)業(yè)的最大支柱。該區(qū)土壤表層質(zhì)地以壤土、沙壤土為主，雖然土壤肥力高，但含鹽量也較高，局部地區(qū)超過10 g/kg，當?shù)赝寥利}漬化程度中度以上。試驗區(qū)春季降水極少，每年的5月份和6月份本地區(qū)氣溫回升較快，白天氣溫高，蒸發(fā)量較大，5月份和6月份的月蒸發(fā)量一般皆能超過260 mm，而這兩個月份的月降雨量一般不足50 mm。因此，春季成為了沾化地區(qū)干旱的多發(fā)季節(jié)，雨季一般于6月下旬或7月上旬才開始，8月中、下旬結(jié)束，汛期達兩個月，一般6-9月降水總量為480 mm左右。根據(jù)2000-2015年沾化地區(qū)多年降雨量與蒸發(fā)量的觀測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進一步完善總結(jié)得出月平均降雨蒸發(fā)量(見圖1)。

圖1 月平均降雨-蒸發(fā)量

2 試驗方案及測試方法

冬棗滴灌與微噴灌采用的是含鹽量不超過3.0 g/L的微咸水來進行灌溉，在冬棗樹的主要生長期(花期、花果發(fā)育期、萌芽-展葉、花序出現(xiàn)、始花-盛花、末花、硬核、成熟、落葉-休眠)4-10月，對冬棗樹進行灌溉。按P=50%平水年，預(yù)先制定灌水方案(見表1)，由于滴灌比微噴灌溉節(jié)水，因此方案中微噴灌溉的灌水量比滴灌灌水量設(shè)置略高。方案設(shè)置中，主要考慮能夠維持冬棗正常生長的需水量，較少考慮冬棗產(chǎn)量最大化的灌水量和能夠改良鹽漬土的用水量。

表1 試驗區(qū)冬棗灌水方案 m3/hm2

微咸水灌溉過程中，分別采集在2014和2015年冬棗生長期(4-10月)滴灌、微噴灌條件下的田間土樣。采集的田間土樣主要的測試指標有土壤含水率、可溶性鹽離子(鉀、鈣、鈉、鎂、硫酸根、氯離子等)。

微咸水滴灌條件下田間土樣采集方案(見圖2)：距離滴灌出水口20 cm和40 cm處分別作為1號和2號采樣點，每個采樣點需重復(fù)3次。微咸水微噴灌條件下田間土樣采集方案(見圖3)：在微噴灌噴射范圍內(nèi)，將微噴灌噴射半徑均分4份，距微噴灌噴水口1/4處、1/2處、和3/4處的噴射半徑上分別作為1號、2號和3號采樣點，每個采樣點需重復(fù)3次。選擇具有代表性的田間地塊，平整地面后，從地面向下取土樣，每間隔20 cm取一個樣，土層分為：0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，土層深度取到1 m。土樣采集和預(yù)處理后，對微咸水灌溉條件下采集的土樣進行檢測。土壤含水率采用烘干法進行檢測?？扇苄喳}陽離子(如鉀、鈣、鈉、鎂)主要采用空氣-乙炔火焰原子吸收法測定，可溶性鹽陰離子(如硫酸根、氯離子)主要采用離子色譜法測定。

圖2 滴灌土樣采集點

圖3 微噴灌土樣采集點

冬棗效益的評判指標主要有產(chǎn)量、單果重、果核重、可食率、含水量、糖度等。單果重和果核重主要用于研究冬棗的可食率，冬棗單果重較大，果核較小的，可食率高。含水量、糖度是冬棗品質(zhì)研究中的主要指標。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤水分分布特征

取0～20、20～40、40～60 cm 3個土壤深度監(jiān)測值的平均值作為表層土壤的含水率，微咸水灌溉條件下田間土壤含水率數(shù)據(jù)顯示： 4月份表層土壤含水率滴灌維持在17.8%，微噴灌維持在18.4%；6月份由于蒸發(fā)量的增大，田間土壤表層含水率滴灌下降至12.9%，微噴灌含水率下降至13.7%；8月份通過降雨及灌溉，土壤含水率滴灌上升至20.5%，微噴灌上升至20.3%，田間土壤水分充足；10月份土壤含水率較8月份略有下降，滴灌保持在20.4%，微噴灌保持在19.1%，田間土壤水分能夠保證冬棗正常生長。經(jīng)過一個冬棗生長周期，采用微咸水灌溉，表層土壤(0～60 cm)的含水率滴灌平均上升2.6%，微噴灌含水率平均上升0.7%。滴灌與微噴灌全土壤深度0～100 cm含水率對比見圖4。

對比兩種灌溉模式可以發(fā)現(xiàn)，微咸水滴灌模式在較少灌溉定額下，能更好地保持表層土壤的含水率，有助于冬棗的生長。同時，經(jīng)過一個冬棗生長周期，土壤含水率滴灌高于微噴灌，這對冬棗休眠期的土壤保墑可以起到更好的作用。

圖4 滴灌、微噴灌田間土壤含水率實測值

3.2 土壤全鹽分布特征

分別取滴灌1號和2號采樣點、微噴灌1號、2號和3號采樣點測得數(shù)據(jù)的平均值，作為其各自影響范圍內(nèi)的土壤全鹽含量值。

4月份土壤全鹽觀測數(shù)據(jù)整理結(jié)果[圖5(a)]：微咸水滴溉前，采集冬棗研究區(qū)土樣進行鹽分檢測的結(jié)果作為背景值。滴灌與微噴灌土壤在0～20 cm深度處的鹽分含量最高均達4.2 g/kg以上；隨著土層深度加深至60 cm處，土壤鹽分逐漸降低，土壤40～60 cm處土壤含鹽量最低，在2 g/kg左右；80～100 cm鹽分含量維持在3.5 g/kg。滴灌與微噴灌所選研究區(qū)域土壤全鹽含量背景值差距不大。

圖5 土壤全鹽觀測數(shù)據(jù)

6月份土壤全鹽觀測數(shù)據(jù)整理結(jié)果[圖5(b)]：經(jīng)過兩次微咸水灌溉，滴灌與微噴灌6月份較4月份土壤鹽分含量整體均有向下運移的趨勢，含量略有下降。土層深度0～20 cm處，滴灌土壤含鹽量下降至4.0 g/kg，微噴灌土壤含鹽量下降至3.6 g/kg。在土層深度20～100 cm下的全鹽含量下降程度比較，滴灌均高于微噴灌，在土層深度范圍20～40、40～60、60～80和80～100 cm下的全鹽含量，滴灌分別為3.1，2.1，2.8，3.0 g/kg，均分別低于微噴灌模式下的3.3，2.2，3.1，3.2 g/kg。

8月份土壤全鹽觀測數(shù)據(jù)整理結(jié)果[圖5(c)]：土壤鹽分隨水分的淋洗進一步運移，8月份較4月份、6月份土壤鹽分含量整體有進一步向下運移的趨勢，含量下降。通過對比6-8月土壤全鹽含量，我們發(fā)現(xiàn)滴灌在各個深度的全鹽含量下降程度均高于微噴灌，土層深度在0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm范圍下，滴灌的全鹽含量分別為1.9，2.1，2.1，2.4，2.6 g/kg，這均低于微噴灌模式下的2.0，2.2，2.3，2.5，2.6g/kg。

10月份土壤全鹽觀測數(shù)據(jù)整理結(jié)果[圖5(d)]：10月份較8月份土壤鹽分含量整體有向上運移的趨勢，表層土壤鹽分含量繼續(xù)回升。10月份表層土壤鹽分含量仍低于4月份、6月份。通過對比8-10月土壤全鹽含量，我們發(fā)現(xiàn)滴灌在各個深度的全鹽含量上升程度均低于微噴灌。土層深度在0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm范圍下，使用滴灌模式下全鹽含量分別為2.6、2.6、2.4、3.36、3.1 g/kg，同樣均低于微噴灌模式下的2.9、2.6、2.8、3.6、3.2 g/kg。

總結(jié)來看，在冬棗的各個生長期，滴灌在較少灌水定額的情況下，對土壤鹽分的控制有更好的效果，更有利于減輕土壤鹽漬化。

4 根區(qū)土壤鹽分的盈虧狀況

經(jīng)過微咸水滴灌，在土壤深度范圍為0～20 cm下，10月份較4月份全鹽含量由平均4.23 g/kg下降至平均2.595 g/kg，下降了1.635 g/kg，平均虧損約在38.6%；在土壤深度為20～40 cm下，全鹽含量由平均3.78 g/kg下降至平均2.59 g/kg，下降了1.19 g/kg，平均虧損約在31.5%；表層土壤在0～60 cm處，鹽漬化程度有所降低,含鹽量平均下降0.815 g/kg；而在60～100 cm土壤全鹽含量則平均上升0.132 5 g/kg，維持在3. 24 g/kg左右，略有積累。

經(jīng)過微咸水微噴灌，在土壤深度0～20 cm處，10月份較4月份全鹽含量由平均4.22 g/kg下降至平均2.877 g/kg，下降了1.343 g/kg，平均虧損約在31.8%；在土壤深度20～40 cm處，全鹽含量由平均3.88 g/kg下降至平均2.58 g/kg，下降了1.3 g/kg，平均虧損約在33.5%，表層土壤0～60 cm鹽漬化程度有所降低，含鹽量平均下降0.648 g/kg；60～100 cm土壤全鹽含量則平均上升0.403 g/kg，維持在3.38 g/kg左右，略有積累。4月至10月土壤盈虧情況見表2。

表2 微噴灌土壤全鹽含量盈虧狀況 g/kg

通過整個冬棗生長周期來看，兩種微咸水灌溉方式都可以有效地減輕表層土壤的鹽漬化程度，滴灌效果更加明顯。同時，相較微噴灌，滴灌對于深層土壤的含鹽量也可起到較好的控制作用，因此滴灌對減輕根區(qū)土壤鹽漬化有著更好的效果。

5 產(chǎn)量和品質(zhì)

本次冬棗微咸水滴灌與微咸水微噴灌模式下的效應(yīng)研究，選用同一片棗林，樹齡相近的棗樹(5～6 a)，冬棗樹的品種(沾化二代)相同，冬棗樹施肥、打藥，棗樹整形修剪，棗樹花果管理等條件相同或相近。

在含鹽量不超過3.0 g/L的微咸水滴灌和微咸水微噴灌條件下灌溉冬棗，平均每棵棗樹生產(chǎn)冬棗均達30 kg左右。因此使用微咸水滴灌或者微咸水微噴灌都能夠保障冬棗生長期土壤田間水分的充足，維持土壤較好的墑情，保障了冬棗產(chǎn)量。兩種灌溉模式下的冬棗糖度含量均在27%以上，單果重19 g以上，可食率達97%，冬棗含水量達72%，保障了冬棗質(zhì)量。微咸水滴灌與微噴灌條件下生產(chǎn)的冬棗品質(zhì)比較情況見表3，可以看出，滴灌模式灌水定額低于微噴灌，但是其冬棗品質(zhì)與微噴灌相比并無太大差距。

表3 2015年研究區(qū)冬棗與沾化市售冬棗品質(zhì)比較

6 結(jié)果與討論

(1)對比兩種灌溉模式，微咸水滴灌模式在更少灌溉定額的條件下，能更好地保持表層土壤的含水率，減輕土壤鹽漬化程度，利于冬棗的生長，可以保障冬棗效益，同時也能對冬棗休眠期的土壤保墑起到更好的作用。因此，微咸水滴灌模式更加適合冬棗種植。

(2)土壤40～80 cm層的全鹽含量經(jīng)過一個微咸水灌溉期，滴灌與微噴灌模式下的土壤鹽分均有所上 升，經(jīng)過多年積累，是否會對深層土壤鹽含量產(chǎn)生影響，還需進一步監(jiān)測觀察。

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