微咸水膜下滴灌對(duì)土壤鹽分離子變化及玉米產(chǎn)量的影響

唐超超　張坤　周祥　文利軍

【摘 要】在相同灌水量和施肥量條件下，以不同礦化度的水，采用膜下滴灌施肥方式灌溉玉米，探索土壤鹽分離子的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨礦化度增高，土壤鹽分含量呈增加趨勢(shì)，但微咸水滴灌也具有脫鹽洗鹽的作用。灌溉水礦化度為2g/l，可以作為阿拉爾灌區(qū)玉米微咸水的灌溉礦化度取值。

【關(guān)鍵詞】膜下滴灌；微咸水；鹽分離子

南疆作為氣候干旱、水資源嚴(yán)重緊缺以及土壤次生鹽漬化的地區(qū)之一，已成為制約南疆糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物種植面積與產(chǎn)量持續(xù)提高的限制因素。相關(guān)研究證明微咸水膜下滴灌在改善水資源利用方面有著巨大的潛力，覆膜后由于邊界條件改變，土壤蒸發(fā)率減少，鹽分上行受到抑制，切斷了其次生鹽堿化的來源，土壤返鹽率隨之降低，同時(shí)它使用較少的水資源提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，且利于有效施放肥料和農(nóng)藥，減少了環(huán)境污染[1]。但是，相關(guān)科學(xué)問題也日漸凸顯。由于不當(dāng)?shù)奈⑾趟喔葧?huì)破壞當(dāng)?shù)赝寥浪}平衡，造成土壤鹽堿化[2]。因此，為防止因灌溉微咸水而引起的積鹽問題，密集監(jiān)測(cè)土壤鹽分的動(dòng)態(tài)與分析尤為重要[3]。本文從保證玉米產(chǎn)量及不發(fā)生土壤鹽漬化的視角出發(fā)，擬分析微咸水膜下滴灌條件下玉米產(chǎn)量及根區(qū)的土壤鹽分各離子的響應(yīng)關(guān)系。提出玉米的微咸水節(jié)水控鹽灌溉模式，為阿拉爾灌區(qū)糧食作物的微咸水灌溉技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)區(qū)基本情況

試驗(yàn)地設(shè)在塔里木大學(xué)試驗(yàn)基地，試驗(yàn)基地隸屬阿拉爾灌區(qū)。阿拉爾灌區(qū)位于塔里木河上游沖積平原，為典型的極端干旱氣候。試驗(yàn)區(qū)土樣平均初始含鹽量為0.2%，根據(jù)新疆荒勘局提出的土壤鹽化等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬于輕度鹽化鹽堿土。土樣含有多種鹽分，但以硫酸鈉和氯化鈣為主， 屬于氯化物硫酸鹽鹽土。土壤平均密度為1.40g/cm3，平均田間持水量為 21.2%；試驗(yàn)區(qū)的地下水位經(jīng)測(cè)定為2m左右，地下水中主要含有Cl-離子，還含有少量的 SO離子[4]。

2 材料與設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為新玉56號(hào)玉米單交種，商品性好，籽粒飽滿，抗逆性強(qiáng)，穩(wěn)產(chǎn)性好，果粒均勻，出籽粒高。滴灌系統(tǒng)選用新疆天業(yè)公司紊流迷宮式滴灌帶，壁厚0.2mm，設(shè)計(jì)壓力為1.0Pa，滴頭設(shè)計(jì)流量為2.1L/h。微咸水使用阿拉爾灌區(qū)排堿渠的排水與淡水配比得到，排堿渠排水礦化度范圍為6-12g/l。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年4月29日播種，采用干播濕出法。覆膜寬窄行方式種植，行距（40+60）cm，平均行距50cm。采取株距20cm播種。全生育期灌溉定額260m3/畝，滴灌施肥95公斤/畝， 全生育期共滴水12次，每隔7天滴水一次。試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)處理，3個(gè)重復(fù)，全生育期灌溉定額260m3/畝，復(fù)合肥施用量95 kg/畝，T1處理灌溉水礦化度1g/l，T2處理灌溉水礦化度2g/l，T3處理灌溉水礦化度3g/l，T4為淡水對(duì)照。

2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在玉米各生育期灌水前后采用土鉆采取土壤剖面0-10cm、10-20cm、20-40cm、40-60cm土壤，取樣點(diǎn)為滴灌帶下方（膜中和膜外側(cè)）。每個(gè)測(cè)點(diǎn)取3個(gè)樣本重復(fù)。將取出的土樣，裝鋁盒，稱濕土及盒重，再放入烘箱，105±2℃烘干8h，冷卻，稱烘干土樣質(zhì)量，繼續(xù)烘干至恒重。各離子組分測(cè)定方法[5]：取土壤溶液土水比1：5。HCO-3采用雙指示劑滴定法，SO 用 EDTA間接滴定法，Cl-用AgNO3滴定法，Ca2+、Mg2+用EDTA 絡(luò)合滴定法，Na+與K+用陰陽離子平衡計(jì)算求得。

產(chǎn)量：每小區(qū)取樣10株玉米考種測(cè)產(chǎn)。小區(qū)收獲脫粒后的籽粒風(fēng)干重折算為kg/畝。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用Excel軟件和Surfer軟件繪圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤鹽分各離子空間分布

膜下滴灌條件下土壤水分的運(yùn)動(dòng)形狀逐漸由單個(gè)橢球體向帶狀變化，“鹽隨水走，水去鹽留”土壤中的鹽分隨水分一起運(yùn)動(dòng)，不同礦化度的微咸水灌溉對(duì)鹽分離子的分布產(chǎn)生影響。圖1～圖3為收獲后各處理土壤剖面HCO 、Ca 、Mg 、K 和Na 離子的空間分布等值線圖，土壤HCO 分布情況呈現(xiàn)出膜內(nèi)向膜外遞減狀態(tài)，HCO 峰值在濕潤體內(nèi)靠近滴灌帶。微咸水灌溉較淡水灌溉土壤中HCO3-在濕潤體內(nèi)含量高，隨礦化度增加，土壤HCO 呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)，可能是由于微咸水中HCO 含量比淡水高的原因。

各處理土壤Cl-分布情況與土壤HCO3-分布情況相類似，隨礦化度增加，土壤HCO3-呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。淡水灌溉時(shí)，土壤Cl-分布由膜內(nèi)向膜外側(cè)遞減，但變化區(qū)間不大，而微咸水灌溉時(shí)，土壤Cl-分布變化波動(dòng)較大，可能是微咸水中陰陽離子含量較高所致。各處理土壤SO42-分布呈現(xiàn)土層在深度40cm以上集中，40cm以下較少。各處理SO42-分布為膜內(nèi)側(cè)大于膜外側(cè)，可能由于SO42-水化半徑較大，同時(shí)與土壤膠體吸附力較強(qiáng)[6]，不易隨水分運(yùn)動(dòng)。土壤陽離子Ca2+、Mg2+分布。各處理的Ca2+、Mg2+主要分布在濕潤體內(nèi)，微咸水處理較淡水處理濕潤體內(nèi)Ca2+、Mg2+含量略有增加，但變幅不大，Ca2+、Mg2+離子與土壤膠體的吸附能力較強(qiáng)，不容易隨水分移動(dòng)。土壤陽離子K+和 Na+主要分布在濕潤峰邊緣，這是由于土壤中K+和Na+與土壤膠體吸附能力較弱，都容易隨水移動(dòng)。微咸水灌溉后土壤濕潤體內(nèi)的K+和Na+含量高，與此同時(shí)，Ca2+、Mg2+在土壤中含量較低，在灌水淋洗過程中，土壤中K+和Na+容易被交換能力強(qiáng)的土壤Ca2+、Mg2+所交換，因此Ca2+、Mg2+在土壤表層含量較高，底層含量較低。玉米根系垂直分布主要集中在0～30cm深度土層內(nèi)，因此，分析了0～40cm土層土壤含鹽量的變化趨勢(shì)。各處理隨著生育期變化膜內(nèi)上層和膜外上層土壤含鹽量變化趨勢(shì)基本一致，總體趨勢(shì)是隨著灌溉水礦化度的增高，土壤含鹽量增加。這主要是由于微咸水自身含有鹽分，在灌溉過程中鹽分隨水分進(jìn)入土壤。膜內(nèi)土壤含鹽量變化幅度較大，膜外側(cè)土壤含鹽量在土層中變化幅度較小，呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。且膜外側(cè)較膜內(nèi)側(cè)土壤含鹽量平均增加10.18%，可能由于灌溉水的淋洗作用使土壤鹽分隨灌溉水移動(dòng)到濕潤體邊緣聚集，加之蒸發(fā)作用使沒有覆膜的膜外上層土壤含鹽量大，膜外下層土壤中鹽分隨水分向上運(yùn)動(dòng)，造成膜外下層土壤含鹽量在生育期呈降低趨勢(shì)。而受灌溉淋洗作用的影響，膜內(nèi)下層土壤含鹽量略有增加，在玉米根層不至造成鹽脅迫。

3.2 不同礦化度水灌溉對(duì)玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

在玉米成熟后，取各處理產(chǎn)量及其構(gòu)成因子平均值，如表1所示，當(dāng)灌溉水礦化度為1g/l與淡水對(duì)照相一致，產(chǎn)量沒有明顯變化。隨著灌溉水礦化度的增加，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，試驗(yàn)結(jié)果表明，灌溉水礦化度為1g/l時(shí)，與對(duì)照相比減產(chǎn)了2.8%；灌溉水礦化度為2g/l時(shí)，與對(duì)照相比減產(chǎn)了4.7%；灌溉水礦化度為3g/l時(shí)，與對(duì)照相比減產(chǎn)了13.7%，影響了玉米的產(chǎn)量。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得出，微咸水膜下滴灌條件下，采用不同礦化度水灌溉對(duì)土壤中各鹽分離子的分布影響顯著。陰離子中Cl-、HCO3-、陽離子K+和Na+容易隨水分移動(dòng)，陰離子SO42-、陽離子Ca2+、Mg2+不易隨水分運(yùn)動(dòng)，與土壤膠體吸附力較強(qiáng)。隨灌溉水礦化度增高，土壤含鹽量呈增加趨勢(shì)。但微咸水灌溉與淡水灌溉一樣也具有對(duì)土壤鹽分的淋洗作用，考慮到玉米的輕耐鹽性，以及長期微咸水灌溉對(duì)土壤積鹽的作用，應(yīng)適當(dāng)采用冬春灌洗鹽壓鹽。以保證玉米的產(chǎn)量及不發(fā)生土壤鹽漬化的視角出發(fā)，灌溉水礦化度為2g/l，可以作為阿拉爾灌區(qū)玉米微咸水的灌溉礦化度取值。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王久生，王龍，姚寶林，等.微咸水膜下滴灌條件下水鹽對(duì)棉花生長的影響研究[J].節(jié)水灌溉，2012（12）：9-15.

[2]王全九，單魚洋.微咸水灌溉與土壤水鹽調(diào)控研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015（12）：117-126.

[3]吳軍虎，陶汪海，趙偉，等.微咸水膜下滴灌不同灌水量對(duì)水鹽運(yùn)移和棉花生長的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2015（3）：272-276.

[4]馬潔，朱珠，姚寶林，等.阿拉爾灌區(qū)微咸水滴灌對(duì)土壤水鹽分布影響的試驗(yàn)研究[J].節(jié)水灌溉，2010（5）：40-42.

[5]李金剛，屈忠義，黃永平，等.微咸水膜下滴灌不同灌水下限對(duì)鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移及玉米產(chǎn)量的影響[J].水土保持學(xué)報(bào)，2017（1）：217-223.

[責(zé)任編輯：田吉捷]