水肥耦合作用對(duì)滴灌棗園土壤鹽分的影響

朱 珠，李發(fā)永

(塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

南疆地處暖溫帶，屬典型大陸性氣候，蒸發(fā)強(qiáng)烈、干旱少雨，生長(zhǎng)季內(nèi)光熱資源豐富，晝夜溫差大，無(wú)霜期長(zhǎng)，適于作物生長(zhǎng)[1]。近年來(lái)，南疆就堅(jiān)持把建設(shè)特色林果基地作為實(shí)施優(yōu)勢(shì)資源轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略的一個(gè)重要內(nèi)容，大力推動(dòng)林果基地建設(shè)，形成南疆環(huán)塔里木盆地、東疆盆地、天山北坡特色林果基地[2]。以此為契機(jī)，南疆的紅棗業(yè)逐漸規(guī)?；彤a(chǎn)業(yè)化，而新疆南疆的極端干旱氣候，使生態(tài)環(huán)境十分脆弱，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使水資源供需矛盾愈加突出[3]。與此同時(shí)，滴灌施肥技術(shù)也日趨成熟，水肥綜合高效利用問(wèn)題成為研究熱點(diǎn)。而灌溉引起的土壤次生鹽漬化問(wèn)題是制約干旱區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙[4]。土壤鹽分含量過(guò)高引起的土壤鹽漬化，是土壤肥力降低的重要標(biāo)志之一, 也是土壤退化的重要表現(xiàn)形式[5]。因此，如何選擇適宜的水肥管理模式以達(dá)到高效節(jié)水、節(jié)肥及改善土壤環(huán)境是亟待解決的問(wèn)題。王婧等、 張密密等[6,7]研究認(rèn)為，灌溉與施肥合理配合綜合控鹽效應(yīng)較單一灌溉和施肥的控鹽效應(yīng)更為明顯。土壤鹽分的定量化研究是確定土壤鹽漬化程度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一[8]。在描述土壤鹽分狀況時(shí)，國(guó)內(nèi)外大多直接用土壤浸提液電導(dǎo)率來(lái)表示土壤鹽漬化程度[9-11]。本研究在前人研究基礎(chǔ)上，以灌水定額和施肥配比為試驗(yàn)因素，開(kāi)展以水控鹽、以肥控鹽為目標(biāo)的水肥供施模式研究，探討水肥耦合對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響規(guī)律，以期為南疆棗樹(shù)合理灌溉施肥，防治土壤鹽漬化，促進(jìn)南疆水土資源和紅棗產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提供一定理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院節(jié)水灌溉試驗(yàn)基地，基地試驗(yàn)用地2 hm2。本地區(qū)屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，極端最高氣溫35 ℃，極端最低氣溫-28 ℃。墾區(qū)太陽(yáng)輻射年均133.7～146.3 千卡/cm2，年均日照2 556.3～2 991.8 h，日照率為58.69%,墾區(qū)雨量稀少，冬季少雪，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm,無(wú)霜期達(dá)200 d以上，干旱指數(shù)為7～20[12]。土壤質(zhì)地為砂壤土，屬氯化物-硫酸鹽類(lèi)土壤，0～60 cm土層平均土壤容重1.38 g/cm3，土壤初始?jí)A解氮含量34.56 mg/kg，硝態(tài)氮19.19 mg/kg，速效磷43.34 mg/kg，速效鉀28 mg/kg，土壤初始電導(dǎo)率153 μS/cm，田間持水率為25%，地下水埋深3 m以下。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料與種植模式

棗樹(shù)選擇試驗(yàn)地現(xiàn)有，且生長(zhǎng)條件一致，矮化密植種植模式下的4年樹(shù)齡駿棗為研究對(duì)象，種植株行距為1.5×0.5 m，每667 m2均定植446棵。待成熟收果后修剪，株高保持在 1～1.5 m。

2.2 灌溉施肥方式

在棗樹(shù)全生育期內(nèi)采用滴灌方式進(jìn)行不同灌水定額滴水試驗(yàn)，采用單翼迷宮式滴灌帶，滴頭間距為 30 cm，滴頭流量 2.4 L/h。施肥方式為隨水滴施肥料。施肥主要以尿素(碳酰二胺—CON2H4)和磷酸二氫鉀(KH2PO4)為主。

2.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮到水分和肥料的互作效應(yīng)，在整個(gè)棗樹(shù)生育期內(nèi)采用滴灌方式進(jìn)行不同灌水定額滴水施肥試驗(yàn)。全生育期灌水10次，分別為萌芽期1次，花期4次，掛果前期3次，掛果后期2次，每次每個(gè)處理灌水定額相同。滴灌施肥量16 kg/(667 m2·次)，全生育期共施肥4次，其中新梢期1次，花期2次，果實(shí)膨大期1次。施肥方式為隨水滴施，各處理施肥量相同，施肥配比不同。試驗(yàn)選用灌水量和施肥配比兩因子，分別用W和F表示。灌水定額設(shè)置4個(gè)水平，施肥配比設(shè)置5個(gè)水平，組合形成水肥耦合各處理，共20個(gè)處理，每處理3個(gè)重復(fù)，每10株樹(shù)為一試驗(yàn)小區(qū)，采用隨機(jī)區(qū)組布設(shè)。各處理如表1。

2.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤電導(dǎo)率測(cè)定：在萌芽期、花期、掛果期和果實(shí)成熟期灌水前后一天，用土鉆在距離棗樹(shù)根區(qū)10 cm處取土，取土深度為0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm。用鋁盒裝土，帶入室內(nèi)用烘箱105 ℃烘干。稱(chēng)取土壤樣品10 g放入錐形瓶中，以土水比1∶5的比例加入去離子水50 mL，加塞蓋好，置于震蕩機(jī)充分震蕩5 min，制備完成土壤待測(cè)液，靜置半小時(shí)，用DDS-307A 型電導(dǎo)率儀測(cè)定浸提液電導(dǎo)率。

2.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用 Excel 2007 軟件和DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖，SPSS 20.0軟件統(tǒng)計(jì)分析(方差分析及LSD最小顯著性差異分析)，顯著水平P≤0.05。

表1 灌水施肥試驗(yàn)處理表

3 結(jié)果與分析

3.1 相同灌水定額不同施肥配比組合土壤電導(dǎo)率變化

測(cè)定了各水肥處理坐果期和果實(shí)膨大期0～60 cm剖面土壤電導(dǎo)率值。灌水和施肥兩因子對(duì)土壤剖面鹽分平均含量及各土層的含量差異性進(jìn)行了方差分析(表2～表4)。由分析可知，灌水定額對(duì)0～60 cm整體土壤剖面電導(dǎo)率影響未達(dá)到顯著水平；但分層來(lái)看，灌水定額對(duì)0～10 cm土層土壤電導(dǎo)率有顯著影響(P≤0.01)，對(duì)其他各土層電導(dǎo)率的影響也未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明滴灌定額對(duì)土壤表層鹽分累積影響極為顯著；但施肥配比對(duì)0～60 cm整個(gè)土壤剖面電導(dǎo)率有顯著影響(P≤0.05)。分層來(lái)看，對(duì)0～10 cm土層電導(dǎo)率值影響極為顯著(P≤0.01)、20～30 cm土層電導(dǎo)率影響顯著(P≤0.05)，對(duì)其他土層鹽分影響較小。

表2 棗樹(shù)根區(qū)0～60 cm土層電導(dǎo)率均值方差分析

表3 棗樹(shù)根區(qū)0～10 cm土層電導(dǎo)率均值方差分析

表4 棗樹(shù)根區(qū)20～30 cm土層電導(dǎo)率均值方差分析

圖1反映了在相同灌水定額，不同施肥配比組合條件下，土壤電導(dǎo)率平均值的變化。隨施氮肥量的增加，土壤電導(dǎo)率值呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)施氮肥的比例增加為70%時(shí)，電導(dǎo)率值最大，因此土壤含鹽量也最高。這與Ferreria研究結(jié)果一致，認(rèn)為過(guò)量施用氮肥會(huì)造成土壤次生鹽堿化，進(jìn)而加重鹽分對(duì)作物生長(zhǎng)的不利影響，鹽分和氮肥之間表現(xiàn)出明顯的交互作用[13]。隨著棗樹(shù)生育期的推進(jìn)，土壤電導(dǎo)率值呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，果實(shí)膨大期土壤剖面0～60 cm平均電導(dǎo)率值較花期減少18.06%。說(shuō)明水肥耦合效應(yīng)能夠有效控制土壤鹽分含量。 圖2為相同灌水定額不同施肥配比，土壤電導(dǎo)率垂直分布情況，由圖2可知，當(dāng)灌水定額較大時(shí)，土壤電導(dǎo)率值在不同施肥配比組合下，各處理電導(dǎo)率分布差異較大。而當(dāng)灌水定額很小時(shí)，各處理組合土壤電導(dǎo)率垂直分布情況趨于一致，在整個(gè)土壤剖面上先減少再增加。整體來(lái)看，在40 cm土壤剖面土壤電導(dǎo)率值顯著降低，可能是由于該區(qū)域鹽分受蒸發(fā)蒸騰影響向上遷移，受重力排水影響向下遷移，因此呈現(xiàn)低含鹽區(qū)域帶[14]。施用鉀肥較多時(shí)，土壤電導(dǎo)率在垂直分布上變化較平緩，而施用氮肥較多時(shí)，土壤電導(dǎo)率在垂直方向上變化劇烈。當(dāng)灌水定額較大時(shí)(W1和W2)，F(xiàn)4(60%尿素+40%KH2PO4)處理在整個(gè)土壤剖面上土壤電導(dǎo)率值最小，F(xiàn)5(70%尿素+30%KH2PO4)處理土壤電導(dǎo)率值最大。由此得出，在高水條件下氮肥與鉀肥配比為6∶4時(shí)具有顯著的抑鹽效果。而當(dāng)灌水定額小時(shí)(W3和W4)，采用施肥配比F3(50%尿素+50%KH2PO4)處理在整個(gè)土壤剖面上土壤電導(dǎo)率值最小，而當(dāng)采用施肥配比F5(70%尿素+30%KH2PO4)處理時(shí)，土壤電導(dǎo)率值最大。由此得出，在低水條件下氮肥與鉀肥配比為5∶5時(shí)抑鹽效果顯著。這也說(shuō)明水肥對(duì)土壤鹽分的累積具有一定交互作用。

圖1 不同施肥配比對(duì)土壤剖面電導(dǎo)率平均值的影響

圖2 不同施肥配比對(duì)土壤剖面電導(dǎo)率垂直分布的影響

3.2 相同施肥配比不同灌水定額組合土壤電導(dǎo)率變化

由圖3可知，當(dāng)增加施肥配比中鉀肥施用量的比重時(shí)，隨著灌水定額的增加土壤剖面電導(dǎo)率呈增加的趨勢(shì)；而當(dāng)增加施肥配比中氮肥施用量的比重時(shí)，隨著灌水定額的增加土壤剖面電導(dǎo)率呈減少的趨勢(shì)；但當(dāng)采用施肥配比F5(70%尿素+30%KH2PO4)處理時(shí)，氮鉀肥的配比為7∶3，土壤剖面電導(dǎo)率值較其他施肥配比處理顯著增加，且在高水條件下，土壤整個(gè)剖面電導(dǎo)率值較其他處理增幅顯著，但能將鹽分淋洗到土層50cm處；相反，在低水條件下，土壤剖面電導(dǎo)率值顯著減小。

圖3 不同灌水定額對(duì)土壤剖面電導(dǎo)率垂直分布的影響

3.3 灌水前后土壤脫鹽效果分析

單獨(dú)進(jìn)行灌溉時(shí)對(duì)土壤鹽分具有淋洗作用，本研究通過(guò)不同水肥組合處理研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灌水和施肥同時(shí)進(jìn)行時(shí)，則會(huì)對(duì)土壤鹽分產(chǎn)生不同的影響。分析了滴灌施肥前后土壤鹽分的變化情況，研究表明，一些灌水施肥組合會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分含量增高，主要可能是因?yàn)榉柿现泻幸欢康柠}分離子，在土壤中滯留。而一些灌水施肥組合會(huì)產(chǎn)生脫鹽效果，可能是淋洗起到主導(dǎo)作用。由圖4可知，滴灌施肥后各處理土壤電導(dǎo)率均有不同程度的變化。變化量為灌水前的電導(dǎo)率值與灌水后電導(dǎo)率值的差值。增加即為正，減少即為負(fù)值。電導(dǎo)率值變化量從9.58至-219.05 μS/cm。脫鹽率為灌水前電導(dǎo)率值與灌水后電導(dǎo)率值的差值與灌水前電導(dǎo)率的比值。負(fù)值表示積鹽，正值表示脫鹽。由圖4和表5可知，W4F4處理，即灌水定額5.80 m3/667 m2，施肥配比60%尿素+40%KH2PO4，土壤整個(gè)剖面脫鹽率達(dá)到31.15%；而W3F5即灌水定額8.47 m3/667 m2，施肥配比70%尿素+30%KH2PO4，土壤整個(gè)剖面積鹽率達(dá)到81.19%。因此，大部分處理滴灌后土壤鹽分呈現(xiàn)不同程度的增加，可能跟滴灌后表層土壤濕潤(rùn)度較高，深層鹽分傾向于向土表聚集。但是高灌水定額時(shí)，隨著濕潤(rùn)層的迅速下移，脫鹽逐漸占據(jù)主導(dǎo)。而由于不同的施肥與滴灌處理的交互作用，導(dǎo)致了土壤鹽分的變化情況也各不相同。總體上看，W4F4處理的節(jié)水控鹽效果較好。

圖4 不同施肥配比處理灌水前后土壤剖面電導(dǎo)率平均值變化

3.4 水肥互做效應(yīng)對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響

對(duì)花期灌水前土壤電導(dǎo)率值分析，灌水定額與施肥配比兩因子互做效應(yīng)在各土層均呈現(xiàn)顯著性，如圖5所示，在土壤表層土壤電導(dǎo)率值最高，最高值達(dá)到677.5 μS/cm，土壤鹽分表聚現(xiàn)象顯著，可能是蒸騰作用、土壤水勢(shì)存在梯度差和土壤表面蒸發(fā)的以及滴灌施肥相互作用下引起土壤鹽分表聚。0～10 cm土層，當(dāng)灌水定額最大，施肥配比中氮鉀肥呈7∶3比例時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到峰值。而當(dāng)灌水定額小，W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈5∶5時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到最低值158.8 μS/cm。10～20 cm土層，當(dāng)灌水定額W2(11.60 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈3∶7時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到峰值610 μS/cm；而當(dāng)灌水定額最大， W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈4∶6時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到最低值141 μS/cm。20～30 cm土層，當(dāng)灌水定額W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到峰值416 μS/cm；而當(dāng)灌水定額 W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈4∶6時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到最低值141.3 μS/cm。30～40 cm土層，土壤電導(dǎo)率值顯著減少。當(dāng)灌水定額W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6:4時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到峰值354 μS/cm；而當(dāng)灌水定額最大， W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到最低值132.5 μS/cm。40～50 cm土層，當(dāng)灌水定額W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈3∶7時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到峰值341 μS/cm；而當(dāng)灌水定額 W2(11.60 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈4:6時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到最低值72.8 μS/cm。50～60 cm土層，當(dāng)灌水定額W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到峰值329 μS/cm；而當(dāng)灌水定額 W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時(shí)，土壤電導(dǎo)率值達(dá)到最低值115.4 μS/cm。

表5 灌水前后0～60 cm土壤電導(dǎo)率平均值變化分析 μS/cm

圖5 不同灌水施肥處理對(duì)各土層土壤電導(dǎo)率耦合影響

4 結(jié) 論

研究極端干旱區(qū)不同水肥措施下土壤鹽分的變化規(guī)律，不僅對(duì)分析以水調(diào)鹽與以肥調(diào)鹽作用十分必要，也對(duì)指導(dǎo)合理灌溉施肥和改善土壤環(huán)境具有重要的意義，同時(shí)對(duì)干旱區(qū)綠洲的田間水肥科學(xué)管理具有理論意義和實(shí)踐價(jià)值。研究結(jié)果表明：

(1)灌水定額與施肥配比均對(duì)0～10 cm土壤電導(dǎo)率有顯著影響(P≤0.01)，灌水定額對(duì)其他各土層電導(dǎo)率的影響未達(dá)到顯著水平。施肥配比因子對(duì)0～60 cm整個(gè)土壤剖面電導(dǎo)率平均含量有顯著影響(P≤0.05)，對(duì)20～30 cm土層電導(dǎo)率影響顯著(P≤0.05)，對(duì)其他土層鹽分影響較小。水肥對(duì)土壤鹽分的累積具有一定交互作用，高水條件下，氮肥與鉀肥施用配比為6∶4；低水條件下，氮肥與鉀肥配比為5∶5時(shí)抑鹽效果顯著。

(2)隨施氮肥量的增加，土壤電導(dǎo)率值呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，當(dāng)施氮肥的比例增加為70%時(shí)，土壤電導(dǎo)率值最大，施用鉀肥較多時(shí)，土壤電導(dǎo)率在垂直分布上變化較平緩，而施用氮肥較多時(shí)，土壤電導(dǎo)率在垂直分布上較急劇。在施肥配比中，氮肥施用比例對(duì)土壤電導(dǎo)率影響權(quán)重較大。當(dāng)施肥配比氮鉀比為7∶3時(shí)，土壤嚴(yán)重積鹽。

(3)在水肥共同作用下，土壤鹽分表聚現(xiàn)象顯著，各層土壤電導(dǎo)率呈現(xiàn)峰值與最低值的水肥組合呈現(xiàn)一定規(guī)律性，灌水多時(shí)，多施氮肥；灌水少時(shí)，多施鉀肥，能夠達(dá)到脫鹽作用。通過(guò)脫鹽率分析，得出W4F4處理脫鹽率較高，節(jié)水控鹽效果較好。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉曉芳,蔣 騰.新疆發(fā)展特色林果的優(yōu)勢(shì)與途徑[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2006,24(3):88-91.

[2] 劉敬強(qiáng),王冠生.新疆特色林果業(yè)資源時(shí)空分異規(guī)律研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012,(3):22-25.

[3] 馮春林.新疆現(xiàn)代林果業(yè)建設(shè)的目標(biāo)任務(wù)和主要內(nèi)容[J].新疆林業(yè),2012,(2):8-10.

[4] 姚寶林,孫三民,孫 建,等.節(jié)水控鹽滴灌對(duì)土壤鹽分、紅棗光合及產(chǎn)量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2011,29(4):148-152.

[5] 劉國(guó)東,鄭德明,姜益娟,等.南疆果園滴灌條件下土壤鹽分的空間異質(zhì)性分析----以農(nóng)十四師224團(tuán)典型地塊為例[J].土壤通報(bào),2011,(5):1 050-1 056.

[6] 王 婧,逄煥成,任天志,等.地膜覆蓋與秸稈深埋對(duì)河套灌區(qū)鹽漬土水鹽運(yùn)動(dòng)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(15):52-59.

[7] 張密密,陳 誠(chéng),劉廣明,等.適宜肥料與改良劑改善鹽堿土壤理化特性并提高作物產(chǎn)量[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014,30(10):91-98.

[8] 田長(zhǎng)彥,周宏飛,劉國(guó)慶.21世紀(jì)新疆土壤鹽漬化調(diào)控與農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展建議[J].干旱區(qū)地理,2000,23(2):177-181.

[9] 陳 聞,吳海平,王 晶,等.舟山海島地區(qū)土壤鹽分與電導(dǎo)率的關(guān)系[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,(9):1 555-1 557.

[10] 辛明亮,何新林.土壤可溶性鹽含量與電導(dǎo)率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉, 2014,(5): 59-61.

[11] 何文壽,劉陽(yáng)春,何進(jìn)宇.寧夏不同類(lèi)型鹽漬化土壤水溶鹽含量與其電導(dǎo)率的關(guān)系[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(1):111-115.

[12] 李發(fā)永,王 龍,王興鵬,等.適宜滴灌定額提高棗棉間作中棉花產(chǎn)量和土地生產(chǎn)效率[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014,(14):105-114.

[13] T C Ferreria，M K V Carr. Response of potatoes to irrigation and nitrogen in a hot dry climate[J]. Field Crops Reseach, 2002(78):51-64.

[14] 張江輝,王全九,巨 龍,等.田間滴灌入滲與蒸發(fā)條件下土壤水鹽分布特征[J].干旱區(qū)地理,2009,32(5):684-690.