磁化微咸水對(duì)土壤水、鹽分布及番茄產(chǎn)量的影響

鄭劍超，陳燁華

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十二師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，新疆 烏魯木齊 830088）

我國西北干旱和半干旱地區(qū)光熱資源豐富，適合大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，但有限的水資源是限制綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]，因此設(shè)施農(nóng)業(yè)常利用地下微咸水進(jìn)行灌溉。而設(shè)施農(nóng)業(yè)復(fù)種指數(shù)高、肥料用量大等特點(diǎn)，外加長期微咸水灌溉，易導(dǎo)致土壤酸化、次生鹽漬化、養(yǎng)分不平衡及養(yǎng)分利用率低等問題更加嚴(yán)重[2-3]。磁化水是指將普通水以一定流量、流速流經(jīng)磁場(chǎng)，水體垂直切割磁力線產(chǎn)生電磁感應(yīng)，在磁能作用下水的性能發(fā)生變化[4-5]。上世紀(jì)70年代，我國便開展了農(nóng)業(yè)磁化水灌溉技術(shù)，該技術(shù)是一種新型農(nóng)業(yè)物理技術(shù)，在改善蔬菜生理機(jī)能和土壤質(zhì)量上應(yīng)用廣泛。磁化水灌溉不僅能降低鹽堿土的分子勢(shì)能和毛管勢(shì)能，還可提高鹽堿土的滲透系數(shù)、礦物質(zhì)鹽的溶解能力及土壤中交換性離子的釋放量，減少土壤水分的蒸發(fā)與消耗，進(jìn)而改善土壤理化性質(zhì)，防止土壤次生鹽漬化。利用這一技術(shù)，前人在大豆、水稻、小麥和玉米等作物上取得顯著效果[6-9]，但在設(shè)施番茄的研究上仍存在不足，其中微咸水灌溉條件下番茄產(chǎn)量和土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究較少，本文通過研究磁化微咸水對(duì)設(shè)施番茄生長發(fā)育、產(chǎn)量及土壤水鹽變化的影響，為磁化微咸水灌溉在設(shè)施農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用提供一定科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年于新疆建設(shè)兵團(tuán)第十四師四十七團(tuán)日光溫室進(jìn)行試驗(yàn)，參試品種為“金鵬M6088”和“園藝504”。設(shè)置2種灌溉處理：（1）常規(guī)灌溉（CK），正常微咸水灌溉；（2）磁化微咸水灌溉（MBW），用內(nèi)磁式磁化器（磁場(chǎng)強(qiáng)度3000Gs，管徑50mm，包頭鑫達(dá)磁性材料廠生產(chǎn)）對(duì)微咸水進(jìn)行磁化處理后再灌溉。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，各處理面積25m2。栽培土壤為黃沙土，灌溉微咸水礦化度在2.5～3.5g·L-1之間。行距（80＋40）cm，株距35cm。于1月14日苗齡60d左右，定植，單干整枝吊蔓栽培模式，南北向壟栽。6月15日罷園。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

1.2.1 葉綠素含量（用SPAD值表示）和氮含量

各處理隨機(jī)選取10株掛牌，分別在定植時(shí)及定植后的20、50、80和110d測(cè)量其株高和葉片數(shù)。在結(jié)果盛期用葉綠素儀測(cè)各處理倒3葉的SPAD值、用TYS-3N植株養(yǎng)分測(cè)定儀氮測(cè)含量。

1.2.2 土壤含水率

分別在定植后的緩苗期、初花期、結(jié)果期等關(guān)鍵時(shí)期，于滴灌后第三天取0～30cm的混合土樣，烘干法測(cè)定其含水率。

1.2.3 土壤鹽分及鹽離子含量

在定植前（1月10日）及收獲后（6月16日），鉆取0～30cm土層土樣風(fēng)干后過1mm和0.25mm篩，利用離子色譜儀、電感耦合等離子發(fā)射光譜、DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀、梅特勒G20型電位滴定儀測(cè)定土壤總鹽及CO32-、Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+等鹽離子的含量。

1.2.4 Logistic模型

Logistic模型蘊(yùn)藏著很多生物生態(tài)學(xué)特性信息，利用這些信息參數(shù)能較好地解析株高增長特點(diǎn)，并使之定量化。Logistic生長函數(shù)模型y＝k/[1＋e（a＋bt）]，式中y為株高，k為相應(yīng)的理論最大值，t為定植后的天數(shù)，a、b為待定系數(shù)。分別對(duì)方程求1階、2階和3階導(dǎo)數(shù)，可得相應(yīng)生長曲線特征值：進(jìn)入快速增長期時(shí)間拐點(diǎn)t1＝（a－1.317）/b；結(jié)束快速增長期時(shí)間拐點(diǎn)t2＝（a＋1.317）/b；最大生長速率Vm＝－bk/4；最大生長速率出現(xiàn)時(shí)間t0＝－a/b；快速增長持續(xù)時(shí)間Δt＝t2－t1；快速增長期生長特征值GT＝－bkΔt/4，GT為生物量積累已達(dá)到最大積累量的65.0%以上。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，相關(guān)數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。

2 結(jié)果分析

2.1 磁化微咸水對(duì)番茄株高動(dòng)態(tài)增長模型參數(shù)特征值的影響

番茄株高增長隨定植時(shí)間的推移總體呈緩增-快增-緩降的“S”型曲線變化趨勢(shì)，用Logistic生長函數(shù)模型進(jìn)行擬合，其擬合程度顯著相關(guān)。如表1所列可知，“金鵬M6088”磁化處理相較常規(guī)灌溉進(jìn)入快速增長期起始時(shí)間相同；最大生長速率出現(xiàn)時(shí)間早1d；結(jié)束快速增長期時(shí)間拐點(diǎn)早3d；最大生長速率和快速增長期生長特征值分別高7.69%和4.34%。“園藝504”磁化處理相較常規(guī)灌溉進(jìn)入快速增長期起始時(shí)間和最大生長速率出現(xiàn)時(shí)間相同；結(jié)束快速增長期時(shí)間拐點(diǎn)晚1d；最大生長速率和快速增長期生長特征值分別高1.84%和3.85%。結(jié)果說明磁化水可提高番茄株高最大生長速率和快速增長期生長特征值，促進(jìn)植株生長發(fā)育。

表1 株高動(dòng)態(tài)增長模型參數(shù)特征值Tabble 1 Parameters characteristic value of dynamic growth model in plant height

2.2 磁化微咸水對(duì)番茄葉片生長的影響

如圖1所示可知，磁化水灌溉對(duì)番茄葉片影響顯著，定植時(shí)，兩品種間及處理間葉片數(shù)差異均不顯著；定植后，“金鵬M6088”葉片數(shù)顯著高于“園藝504”；“金鵬M6088”在定植后20、50、80和110d，其磁化處理較常規(guī)灌溉葉片數(shù)分別多12.98%、4.30%、7.14%和6.56%；“園藝504”在定植后20、50、80和110d，其磁化處理較常規(guī)灌溉葉片數(shù)分別多4.59%、5.45%、11.34%和10.28%。說明磁化水灌溉可顯著增加番茄葉片數(shù)，提高其生長速度。growth of tomato

圖1 磁化水灌溉對(duì)番茄葉片生長的影響Figure 1 Effects of magnetized water irrigation on leaf

2.3 磁化微咸水對(duì)番茄葉片SPAD值和氮含量的影響

葉片SPAD值是衡量葉片葉綠素含量大小的數(shù)值，而葉片葉綠素含量是反映葉片生理活性的重要指標(biāo)之一，與葉片光合作用密切相關(guān)。如表2所列可知，相同灌溉模式下品種間SPAD值和氮含量的差異不顯著?！敖瘗iM6088”和“園藝504”磁化處理后的SPAD值分別比常規(guī)灌溉顯著高14.43%和12.32%，磁化處理后的氮含量分別比常規(guī)灌溉顯著高8.56%和6.79%。結(jié)果表明磁化水灌溉可顯著提高葉片SPAD值和氮含量，增加植株光合效率，利于光合產(chǎn)物的積累。

表2 磁化水灌溉對(duì)番茄葉片SPAD值和氮含量的影響Table 2 Effects of magnetized water irrigation on SPAD value and nitrogen content of tomato leaves

2.4 磁化微咸水對(duì)土壤脫鹽的影響

如表3所列可知，常規(guī)微咸水灌溉在番茄種植結(jié)束后全鹽量增加11.76%，其中Cl-、SO42-、HCO3-、K+和Na+分別增加2.5%、21.28%、13.33%、9.38%和13.60%，Mg2+和Ca2+沒有變化；而磁化水灌溉在種植結(jié)束后可降低土壤全鹽量，脫鹽率為31.25%，其中Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、K+和Na+在磁化處理后分別降低52.35%、35.71%、19.05%、70%、73.42%和43.15%，而Mg2+沒有變化。說明磁化水灌溉可有效降低長期微咸水灌溉下的土壤鹽分含量，鹽隨水走，更多鹽分可能被淋洗到耕作層以下。

表3 磁化水灌溉對(duì)土壤脫鹽的影響Table 3 Effects of magnetized water irrigation on soil desalination

2.5 磁化微咸水對(duì)土壤含水率的影響

如圖2所示可知，定植時(shí)兩處理間差異不顯著，但在定植后20、51、80和112d時(shí)，磁化水灌溉土壤含水率比常規(guī)灌溉分別增加11.03%、8.93%、11.42%和7.78%，且差異均顯著。說明番茄生長發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期磁化水灌溉對(duì)土壤含水率影響顯著。

2.6 磁化微咸水對(duì)番茄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

如表4所列可知，磁化水灌溉對(duì)番茄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著?！敖瘗iM6088”和“園藝504”磁化處理的單株結(jié)果數(shù)和產(chǎn)量比常規(guī)灌溉分別高8.48%、5.69%和18.32%、17.79%，且差異顯著。其中“園藝504”磁化處理的單株結(jié)果數(shù)和產(chǎn)量的增加比“金鵬M6088”更為顯著，說明“園藝504”對(duì)磁化水灌溉較為敏感。

表4 磁化水灌溉對(duì)番茄產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effect of magnetized water irrigation on yield and yield components of tomato

3 結(jié)論與討論

在磁能作用下水的性能發(fā)生變化，水的締和狀態(tài)由原來較大的分子團(tuán)變?yōu)轶w積較小的分子團(tuán)和單個(gè)分子，由于其體積變小，活動(dòng)更靈活，對(duì)養(yǎng)分和水的輸送能力增強(qiáng)，從而促進(jìn)植株的新陳代謝，更有利于植物生長發(fā)育；同時(shí)，磁化水的含氧量、滲透性、擴(kuò)散能力、光吸收特性等都增大，對(duì)植物生物膜的滲透力增強(qiáng)，根系吸收力也相對(duì)提高[10-12]。

本研究表明，磁化水灌溉可提高番茄株高最大生長速率和快速增長期生長特征值，促進(jìn)植株生長發(fā)育。

磁化水的鹽分淋洗效果顯著，其脫鹽率達(dá)31.25%，這與鄭德明等[13]、張瑞喜等[14]和卜東升等[15]的研究結(jié)果一致。土壤鹽分含量顯著降低，可減輕作物受到的鹽害脅迫程度，在一定程度上增強(qiáng)作物的生理活性，同時(shí)降低土壤鹽分積累，有利于作物產(chǎn)量的提高和設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，在長期微咸水灌溉下，利用磁化處理可起到事半功倍的效果。

磁化水灌溉和常規(guī)灌溉相比，土壤含水率提高，這與Surendran等[16]、Khoshravesh等[17]和王全九等[18]的研究結(jié)果一致。土壤含水率增加，可能是因?yàn)樗?jīng)過磁化后，可加速土壤中礦物質(zhì)晶體的形成，從而增加了土壤的滲透壓；同時(shí)，磁化后連接水分子之間的氫鍵斷裂，大分子團(tuán)簇變成二聚體或單個(gè)水分子，水分子更易附著在土壤顆粒表面、更易滲透到土壤顆粒間隙中。

本研究中，“金鵬M6088”和“園藝504”磁化水灌溉產(chǎn)量分別提高5.69%“和17.79%，與王洪波等[19]、張佳等[20]和王淥等[21]的研究結(jié)果一致。磁化水灌溉顯著降低土壤鹽分，提高土壤含水率，加速對(duì)土壤養(yǎng)分溶解，提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，這些因素的相互作用，對(duì)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成起到很大的促進(jìn)作用。