壓砂地土壤鹽分、土壤水分及坡向?qū)ξ鞴袭a(chǎn)量的影響

王 喜，譚軍利,2,3，馬小福，田軍倉,2,3(．寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 75002； 2．寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川，75002；3．旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川，75002：．寧夏水利廳，銀川，75002)

0 引 言

壓砂地(砂田)是根據(jù)自然環(huán)境以及各種種植要求和目的，把河洪沖擊或沉積作用以后產(chǎn)生的厚度達5～20 cm的卵石、礫、砂子的混合物或單體鋪設(shè)覆蓋在裸地表面，并與一整套特殊的耕作技術(shù)和特制的農(nóng)具進行農(nóng)田操作[1]。壓砂地起源于甘肅中部蘭州地區(qū)，廣泛分布于我國西北的甘肅、寧夏、新疆、青海等省(自治區(qū))的干旱地帶，其中寧夏壓砂地發(fā)展已有300多年歷程，中衛(wèi)環(huán)香山地區(qū)壓砂地也有50多年歷史[2,3]。壓砂耕作是經(jīng)過了長期不斷地總結(jié)和實踐形成的一種保護性耕作方式[4]。許多研究表明，壓砂地可起到明顯的保水、減蒸、增滲、抑鹽等作用，能有效地協(xié)調(diào)和改善土壤水、熱、氣、肥的狀況，促進作物的早熟、高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)[5,6]。

在寧夏中衛(wèi)環(huán)香山地區(qū)，由于特殊的氣象條件和環(huán)境造就了壓砂地西瓜獨特的品質(zhì)，使之聞名全國，壓砂西瓜也是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的產(chǎn)業(yè)，是壓砂地主要的經(jīng)濟作物[7,8]。2007年以來產(chǎn)量和產(chǎn)值連年增長，2010年總產(chǎn)量達到108萬t、總產(chǎn)值9.36億元[3]。壓砂地分布區(qū)坡地、堿灘眾多，同時西瓜的水分管理方面有補充灌溉和雨養(yǎng)之分。山坡上種植西瓜有陰坡和陽坡之分，陰坡地相對而言水分條件較好，而陽坡則較差；補充灌溉增加了土壤水分含量；而對坡地和堿灘而言，其土壤鹽分本底值就存在差異。為了研究土壤鹽分本底值、土壤水分含量及坡地坡向?qū)ξ鞴袭a(chǎn)量的影響，本文通過田間調(diào)查和取樣的方法，對比研究了鹽分本底值高和低、灌水和未灌水處理、陽坡地和陰坡地土壤水分、鹽分以及pH值的分布以及西瓜產(chǎn)量，旨在為干旱地區(qū)各種類型壓砂地西瓜生產(chǎn)力評價開發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

2014年4-8月在寧夏中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)環(huán)香山地區(qū)紅圈子村進行田間調(diào)查研究。該試驗區(qū)位于騰格里沙漠邊緣地帶，屬于干旱半干旱過渡帶氣候，植被稀疏，是全國最干旱的地方之一。降水少，蒸發(fā)強，氣候干燥：年平均降水量在220～240 mm之間，年均蒸發(fā)量達到2 200～2 500 mm，約是年降水量的9～10倍，且降水分布不均衡，春冬干旱，主要集中在夏秋兩季，多為暴雨或陣雨；冬季寒冷，夏季炎熱，晝夜溫差在12～16 ℃之間，年均氣溫為6.8 ℃，年均太陽總輻射量達到550 kJ/cm2。

1.2 研究方法

本試驗采用田間調(diào)查和取樣的研究方法，對壓砂地不同土壤鹽分本底值、土壤水分狀況以及坡向地塊的土壤剖面土壤鹽分、水分、pH值西瓜產(chǎn)量進行研究，探討鹽分含量、水分調(diào)控以及旱地坡向?qū)ξ鞴袭a(chǎn)量的影響。在本試驗區(qū)，分別選擇土壤含鹽量高和低的壓砂地，種植年限、管理方式相同，其中YG、YD分別代表選擇本底鹽分含量高和本底鹽分含量低的處理；選擇地塊相鄰且種植年限、管理方式相同，進行灌水處理和非灌水處理，其中IR和NIR分別代表灌水和未灌水處理；選擇坡向不同但種植年限、管理方式相同的雨養(yǎng)旱地壓砂地，其中YA、YI分別代表旱地陽坡和陰坡。在不同處理地塊，西瓜品種均為金城五號，補灌日期為6月中旬，采樣日期為7月15日。由于含鹽量高的壓砂地接近平川，可以用黃河水灌溉，而灌水處理處于山區(qū)，只有機井水(屬于微咸水)可以灌溉。旱地陰坡和陽坡屬于雨養(yǎng)，沒有補灌條件。

(1)調(diào)查方案。本研究在壓砂地施肥、播種時間、種植方式及年限均相同的前提下，共6個處理，3個重復(fù)(表1)。

表1 試驗編號及處理Tab.1 Teat number and treatment

(2)取樣方法。通過對每個處理采用“S”布點結(jié)合土鉆取土的方法，分別取三個點相同土層的土樣混合作為一個土壤樣品，每個處理取3個重復(fù)。采樣深度為0～20、20～40、40～60、60～80 cm。

1.3 測定項目

(1)土壤含水率：烘干法；

(2)土壤電導(dǎo)率：稱10 g土樣與50 mL蒸餾水混合，并振蕩3 min，利用雷磁DDS-307A電導(dǎo)率儀測定土壤溶液的電導(dǎo)率；

(3)土壤pH值：利用哈納HI2221臺式酸度計測定土水1∶5的土壤溶液pH值；

(4)西瓜產(chǎn)量：通過公式(1)計算測定。

(1)

式中：G為每個試驗小區(qū)的產(chǎn)量；S為每個試驗小區(qū)的種植面積；W為株行距；g為給個試驗小區(qū)的平均單瓜重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

(1)采用Microsoft Excel2010進行數(shù)據(jù)處理及繪圖；

(2)采用SPSS19軟件分別對3組對比試驗數(shù)據(jù)進行獨立樣本T-檢驗，運用統(tǒng)計分析表明差異性是否顯著。

2 結(jié)果與分析

土壤水分狀況、電導(dǎo)率和pH是診斷土壤狀況的基本指標，也是影響作物生長及產(chǎn)量的重要因子[9]。

2.1 壓砂地土壤鹽分含量對西瓜產(chǎn)量的影響

從YG與YD的整個剖面土壤水分分布看(圖1)，YG土壤水分含量隨著土層深度呈遞增變化趨勢；通過統(tǒng)計分析，YG和YD壓砂地土壤剖面上土壤水分含量存在較大差異，YG壓砂地0～40 cm土層的水分含量顯著低于YD的,而40～60 cm土層水分含量顯著高于YD的壓砂地。

圖1 YG與YD壓砂地土壤含水量分布Fig.1 Soil moisture distribution with YG and YD treatment 注：**代表P=0.05條件下顯著；***代表P=0.01條件下極顯著，以下同。

從YG與YD的土壤鹽分含量看(圖2)，YG與YD的壓砂地0～80 cm土層土壤鹽分平均含量分別為0.96和0.36 mS/cm。由于壓砂和灌水的影響，鹽分含量在土壤剖面上的分布規(guī)律基本一致，即上層鹽分含量低，下層土壤鹽分含量高。雖然兩個地塊的本底值差異較大，但上層土壤(0～40 cm)鹽分含量接近，YG 地塊40～80 cm的土層鹽分含量顯著高于YD的。與此同時，YG地塊的土壤pH值高于YD的(圖3)。

圖2 YG與YD壓砂地土壤含鹽量分布Fig. 2 Soil salt distribution with YG and YD treatment

圖3 YG與YD處理的土壤pHFig.3 Soil pH value with YG and YD treatment

從圖4可以看出，YG地塊的西瓜產(chǎn)量高于YD的50.4%。T-檢驗分析表明，YG與YD對西瓜產(chǎn)量的影響顯著(P<0.01)。造成這種現(xiàn)象的原因可能來源于：灌溉水質(zhì)方面的不同。雖然YG的壓砂地土壤鹽分含量較高，但其灌溉用水是黃河水。在黃河水淋洗作用下，上層土壤鹽分向下層土壤運移，從而提高了YG地的土壤水勢。YD的壓砂地灌溉的是機井微咸水，不僅水溫比較低，而且?guī)胪寥赖柠}分降低了土壤水勢，對作物生長造成了生理上一定的水分脅迫，抑制了西瓜的生長。

圖4 YG與YD處理的西瓜產(chǎn)量Fig.4 Watermelon yield with YG and YD treatment

2.2 壓砂地灌水處理對西瓜產(chǎn)量的影響

從IR與NIR的土壤水分分布來看(圖5)，IR的地塊0～40 cm土層土壤水分含量顯著高于NIR的地塊。但是在IR處理的40～60 cm土層土壤水分含量反而小于NIR處理的土壤水分含量，可能原因是：一方面，根系分布不同。當(dāng)土壤水分虧缺時，根會向土層深處延伸，主要依靠根系吸收和利用深土層中的貯水，來為作物的生長提供所需的水分；當(dāng)含水量較多的時候，作物的根系在土層中的分布比較淺，主要以吸收灌水為主；另一方面，灌水后西瓜長勢較未灌水處理的好，耗水量較多，這從IR的西瓜產(chǎn)量較NIR的高這一點可以看出。

圖5 IR與NIR壓砂地土壤含水量分布Fig.1 Soil moisture distribution with IR and NIR treatment

從土壤溶液電導(dǎo)率的剖面分布圖可以看出(圖6)，IR的土壤鹽分要大于NIR的，并且隨著土層深度增加土壤鹽分含量呈逐漸升高變化趨勢。但兩個處理土壤鹽分峰值出現(xiàn)的深度不同，未灌水處理土壤鹽分峰值出現(xiàn)在40 cm處，而灌水處理鹽分峰值出現(xiàn)在80 cm處；而且IR處理40～80 cm土壤鹽分峰值顯著大于NIR處理的。同時灌水處理土壤pH值高于未灌水處理(圖7)。這可能是灌微咸水以后提高了土壤pH值。

圖6 IR與NIR壓砂地土壤含鹽量分布Fig.6 Soil salt distribution with IR and NIR treatment

圖7 IR與NIR處理的土壤pHFig.7 Soil pH value with IR and NIR treatment

T-檢驗分析表明，IR處理的西瓜產(chǎn)量顯著高于NIR處理(P<0.01)，IR處理比NIR處理的西瓜產(chǎn)量高12.6%(圖8)。這主要是由于：在干旱地區(qū)，土壤水分狀況是影響作物生長的重要限制因素。在利用微咸水灌溉的過程中，雖然微咸水中含有一定的鹽分，但短時間內(nèi)微咸水帶入土壤的鹽分含量較少，不足以對作物、土壤造成明顯的影響，反而可能會刺激作物生長。當(dāng)灌溉土壤中鹽分超過臨界濃度時，產(chǎn)量則呈線性下降而被抑制；當(dāng)土壤鹽分低于作物的臨界濃度，產(chǎn)量可以達到甚至超越相同灌溉制度下淡水處理作物的產(chǎn)量[10,11]。由此可見，雖然灌溉微咸水在下層提高了土壤鹽分含量，但是也提高了西瓜產(chǎn)量。

圖8 IR與NIR處理的西瓜產(chǎn)量Fig.8 Watermelon yield with IR and NIR treatment

2.3 壓砂地坡向?qū)ξ鞴袭a(chǎn)量的影響

山地土壤普遍存在著水分、養(yǎng)分等方面的坡向分異[12]。從YA(陽坡)與YI(陰坡)的土壤水分分布看(圖9)，YI的土壤水分含量在數(shù)值上要大于YA。這主要由于干旱地區(qū)坡向不同，地表受熱不同，陽坡日照強、輻射量多、氣流強烈，有利于土壤水分蒸發(fā)，水分容易隨空氣流動擴散出去，導(dǎo)致YI的土壤水分含量高于YA。

圖9 YA與YI壓砂地土壤含水量分布Fig.9 Soil moisture distribution with YA and YI treatment

從土壤鹽分分布來看(圖10)，在壓砂旱地上土壤鹽分隨土層的深度呈增加的趨勢，且同一土層下YI土壤溶液電導(dǎo)率含量要高于YA處理。旱地陽坡與陰坡土壤電導(dǎo)率之間的差值隨著土層深度增加呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢。陽坡0～60 cm土壤pH值高于陰坡(圖11)。

圖10 YA與YI壓砂地土壤含鹽量分布Fig.10 Soil salt distribution with YA and YI treatment

圖11 YA與YI處理的土壤pHFig.11 Soil pH value with YA and YI treatment

陰坡的西瓜產(chǎn)量高于陽坡的(圖12)，但T檢驗分析表明兩者差異不顯著。這主要由于陰坡壓砂地在土壤水分含量、養(yǎng)分方面較優(yōu)，為西瓜生長提供了較好的條件。

圖12 YA與YI處理的西瓜產(chǎn)量Fig.12 Watermelon yield with YA and YI treatment

3 討論及結(jié)論

3.1 討 論

在土壤鹽分本底值較高的壓砂地上，在西瓜生育期間用黃河水灌溉，西瓜產(chǎn)量比土壤鹽分本底值低壓砂地的高。主要原因是在用黃河水灌溉過程中使上層土壤的鹽分淋洗，減少了土壤鹽分對西瓜的脅迫，從而促進了西瓜生長，提高了西瓜產(chǎn)量。在寧夏中部干旱帶，年平均降水僅有200 mm左右，水分是限制作物的生長關(guān)鍵因子[13]。砂田西瓜的根系比較發(fā)達[3]，并且根系生長與土壤水分有著密切的關(guān)系：當(dāng)土壤干旱或未灌水時，可促進根系的深扎，主要以吸收深層貯水為主；當(dāng)土壤濕潤或灌水，根系的分布比較淺，主要以吸收表層灌水為主[14,15]。許強等[3]，薛麗華等[14]，張歲岐等[15]，研究表明灌溉可促進根系的生長。在微咸水補灌一方面提高了土壤水分含量，同時增加了土壤鹽分含量[16]。壓砂地上土壤鹽分均隨著深度增加而有增大的趨勢，這表明壓砂措施促進了土壤鹽分向下層土壤運動。土壤鹽分只要不超過西瓜臨界濃度就不會對西瓜產(chǎn)生抑制。據(jù)研究表明，微咸水灌溉對滯留在土壤上層鹽分的淋洗作用比較強，比淡水灌溉更能降低含鹽土壤的含鹽量[17]。

不同坡向的壓砂地由于其接受的太陽輻射的差異，造成不同坡向壓砂地土壤含水量差異明顯，而且普遍研究也認為陰坡有利于土壤水分的保持[18]、土壤養(yǎng)分高于陽坡[19]、土壤密度低于陽坡[9]。因此，陰坡土壤環(huán)境對西瓜生長擁有較大的生長潛力。

3.2 結(jié) 語

通過田間調(diào)查及取樣的方法對不同土壤鹽分本底值、灌水處理、坡向壓砂地的土壤水鹽及產(chǎn)量進行對比分析，在本研究中得出以下幾點結(jié)論。

(1)鹽分含量高的壓砂地的西瓜產(chǎn)量要顯著高于鹽分含量低的壓砂地；灌溉處理的壓砂地西瓜產(chǎn)量要顯著高于未灌水；壓砂地旱地陰坡的西瓜產(chǎn)量在數(shù)值上高于旱地陽坡，但差異性不顯著。

(2)不同處理壓砂地土層(0～80 cm)的鹽分變化規(guī)律均為：隨著土壤深度增加其積鹽程度呈逐漸增大的趨勢，尤其是灌溉處理以后土層(40～80 cm)鹽分達到極顯著(P<0.01)。

(3)陰坡土壤含水率顯著大于陽坡(P<0.05)。

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