不同灌水量對寧夏賀蘭山東麓風沙土葡萄園土壤有效態微量元素的淋洗作用

謝 岳，王振平，董業雯，劉春艷

(寧夏大學 農學院,銀川 750021)

土壤微量元素在植物生長過程中至關重要[1]。可調控植物體內多種生理代謝的關鍵過程及酶活動[2-3]。大中量元素供應充足時，微量元素的供應量直接影響著植物的產量和質量[4]。植物無法吸收利用土壤中所有的微量元素，那些以相對活動態存在且可以為植物吸收利用的部分稱為有效態微量元素[5]。微量元素的供給能力取決于土壤中有效態微量元素的含量。

土壤性質、土壤環境等因素影響著土壤中有效態微量元素的質量分數[6]。寧夏賀蘭山東麓產區葡萄園土質常見于風沙土，沙面多孔，土質松軟，但保水持肥力差，營養元素時有虧缺，對生產優質釀酒葡萄不利[7]。

賀蘭山東麓釀酒葡萄產區以黃河水和地下水灌溉為主[8]，普遍為漫灌。可被植物吸收利用的有效態微量元素易隨水淋失，這種灌溉方式對水分利用率低，土壤營養元素流失嚴重。近年來，小水流自流微灌這一節水灌溉技術在干旱地區為提高作物產量和質量提供了全新的灌溉模式。目前對釀酒葡萄節水灌溉的研究主要針對葡萄的需水規律和水分脅迫方面[9]，對土壤微量元素的研究則主要是空間分布特征，以及特定土壤演變對微量元素的影響等方面[10]。而節水灌溉對土壤中銅、鋅、錳、鐵等微量元素的影響鮮有研究。因此，本試驗旨在通過研究不同灌水量對土壤有效態微量元素的淋洗作用，找到合理節約的灌溉方法，從而為寧夏賀蘭山東麓葡萄產區節水灌溉提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏農墾集團玉泉營農場國家葡萄產業技術體系栽培生理與調控崗位實驗基地(38°14′25″N，106°01′43″E),該區為溫差較大的大陸性氣候，降水較少，成熟前期水熱系數為0.63，試驗期間降水量及溫度見表1。土壤屬低肥力水平，8.0

表1 試驗期間降水量及溫度Table 1 Precipitation and temperature during experiment

表2 土壤基本理化性質Table 2 Basic physicochemical property of soil

1.2 試驗材料

供試材料為種植7 a‘美樂’(Merlot)葡萄園內0～80 cm土壤。

1.3 試驗方法

葡萄定植株行距0.8 m×3 m，行間開溝縱深0.4 m×0.2 m，溝內鋪設小水流自流微灌帶，溝兩側30 cm處垂直鋪設深度為60 cm的塑料薄膜，以消除干擾。試驗處理前各行間進行1次改良霍格蘭營養液灌溉處理(施用量為0.18 m3)。試驗采取單因素多水平隨機區組設計，設置177 m3/667m2(w1)、211 m3/667m2(w2)、244 m3/667m2(w3)和277 m3/667m2(w4)4個灌水定額處理，小區面積1 m×3 m，重復3次。在釀酒葡萄的萌芽期(5月10日)、開花期(5月25日)、幼果期(6月10日)、果實膨大期(7月1日)、轉色期(7月25日)5個關鍵時期采用小水流自流微灌方式分別灌溉1～2次，其中萌芽期與果實膨大期需水較多，灌溉2次。其余時期灌溉1次。具體見表3。

表3 灌水定額 Table 3 Irrigating water quota m3/667m2

1.4 樣品采集

灌水后7 d使用荷蘭取土器，按照五點取樣法分別鉆取土壤深度為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土層土樣，將每層土樣混勻后采用四分法進行取樣。

1.5 測定項目與方法

土壤有效銅、鋅、錳、鐵采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法測定[11]。

1.6 數據分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行數據處理及分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌水量對土壤有效銅質量分數的影響

由圖1可知，5月10日，0～20 cm土壤中w1處理有效銅質量分數明顯高于其他處理，20～40 cm土壤中w3、w4處理較高，其余各處理間無顯著差異。土壤中的有效銅主要分布在表層土壤中，40～80 cm土壤中較低。

5月25日，各處理均使有效銅向下層淋洗。w1、w2處理間有效銅質量分數無顯著差異。在20～40 cm土壤中，w3處理顯著高于其他處理，達到1.02 mg/kg。而在底層土壤40～80 cm中w1、w2、w3處理間無顯著差異，但均顯著低于w4處理。說明w4處理將有效銅淋洗到更深層的土壤中。

6月10日，與5月25日相比較，有效銅被淋洗到20～40 cm的多，且各處理分別增加45.9%、75.3%、26.5%、47.7%。w2處理與w3處理在20～40 cm土壤中顯著高于其他處理。40～60 cm土壤各處理無顯著性。

7月1日與6月10日相比較，40～60 cm土壤各處理有效銅質量分數都略有下降，而60～80 cm各處理都略有升高。整個下層土壤40～80 cm總量幾乎沒有變化。說明灌水并沒有使上層土壤中的有效銅大量淋洗到下層土壤中。在20～40 cm土壤中w3處理顯著高于其他處理。

7月25日，各處理有效銅質量分數在20～40 cm土壤中都達到整個時期的最大值，w1處理最高，w3次之。各處理在40～60土壤中也達到最大值，w4處理明顯高于其他處理。而在60～80 cm土壤中各處理均有所降低。

灌水使表層土壤中的有效銅淋洗到下層土壤中。容易被淋洗到20～40 cm土壤中，不易被淋洗到深層土壤中，土層越深越不易淋洗。淋洗到60～80 cm土壤的有效銅質量分數很少，幾乎沒有變化。

在各時期w3處理有效銅質量分數在20～40 cm土壤中都比較高，在5月25日和7月1日，w3處理都為最高，并與w1、w4處理存在顯著差異。說明w3處理將有效銅淋洗到20～40 cm土壤中的效果最佳。在40～60 cm土壤中w4處理一直較高，w4處理更易將有效銅淋洗到40～60 cm土壤中。

不同小寫字母表示 LSD檢驗差異顯著(P<0.05)，下同 Different lowercase letters indicate significant difference under LSD in the table (P<0.05)，the same below

2.2 不同灌水量對土壤有效鋅質量分數的影響

由圖2可以看出，每個時期各處理間無顯著差異。或許由于有效鋅質量分數太低，所以不同灌水量對其幾乎無影響，也可能是其他因素，有待進一步討論。

5月10日與5月25日表層土壤0～20 cm中有效鋅質量分數高于其他土層。6月10日之后，0～20 cm土壤中有效鋅質量分數逐漸降低，說明表層土壤中有效鋅被淋洗到下層。5月10日到7月1日隨著灌水，下層土壤20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm中有效鋅都有所增加，并且各土層土壤中有效鋅分布比較均勻。

圖2 不同灌水量下土壤有效鋅質量分數Fig.2 Available zinc mass fraction in soil under different irrigation amounts

2.3 不同灌水量對土壤有效錳質量分數的影響

由圖3可知，5月10日，有效錳質量分數在40～60 cm土壤中分布最多，0～20 cm次之。在0～20 cm土壤中w2處理與w4處理顯著高于其他處理，達到2.7 mg/kg。在20～40 cm土壤中w1處理最高。在下層40～80 cm土壤中各處理有效錳質量分數為w2>w4>w3>w1。

5月25日整體來看，相比較5月10日，0～20 cm土壤中有效錳質量分數有所降低，而20～40 cm、60～80 cm土壤中都有所升高，說明灌水將有效錳向下淋洗。在0～20 cm土壤中w3處理量最高，且與其他處理相比，w3處理的有效錳質量分數較5月10日反而提高27%。而在其他土層中，w3處理的有效錳質量分數都有所提高，分別增加78.6%、6.00%、43.3%。在20～40 cm土壤中增加量最大，說明w3處理更易將有效錳淋洗到次層土壤中。但是在各土層土壤中有效錳質量分數都有所提高，有可能是受到其他因素的影響，還有待進一步討論。此外其他處理較5月10日趨勢沒有大的變化。

6月10日，相比較5月25日，整體趨勢0～20 cm土壤有效錳有所下降，其他土層土壤質量分數變化不大。而在0～20 cm土壤中w2處理反而升高，顯著高于其他處理。在20～40 cm土壤中w3處理有效錳質量分數高于其他處理。在下層土壤40～80 cm中w2處理有效錳質量分數仍最高。

7月1日，相比較6月10日，整體趨勢各土層土壤中有效錳質量分數略有提高，這可能是其他因素導致。0～20 cm土壤中，w2處理有效錳質量分數下降19.3%，而在20～40 cm土壤中，w2處理有效錳質量分數升高23.3%。有效錳被淋洗到次層。在40～60 cm土壤中w2處理有效錳質量分數高于其他處理。60～80 cm土壤中，w4處理有效錳質量分數最高，處理w2次之。

7月25日，0～20 cm土壤，w2處理有效錳質量分數顯著高于其他處理。20～40 cm土壤，w3處理有效錳質量分數顯著高于其他處理。在60～80 cm土壤，w2處理有效錳質量分數最高。

有效錳在土壤中的質量分數波動很大，尤其在表層土壤中忽高忽低，有的處理下有效錳質量分數也毫無規律。這可能是受到其他因素的影響。從結果分析中發現不同灌水量對有效錳淋洗的規律，w3處理更容易將有效錳淋洗到20～40 cm土壤。而w2處理有效錳的質量分數在下層40～80 cm比較高，說明w2處理更易將有效錳淋洗到下層土壤中。

圖3 不同灌水量下土壤有效錳質量分數Fig.3 Available manganese mass fraction in soil under different irrigation amounts

2.4 不同灌水量對土壤有效鐵質量分數的影響

由圖4可知，5月10日，0～20 cm土壤中w1、w3處理有效鐵質量分數顯著高于其他處理。其他土層土壤中各處理間無顯著性差異。有效鐵主要分布在表層0～20 cm土壤中，60～80 cm最少。

5月25日，相比5月10日，表層0～20 cm土壤中有效鐵質量分數大幅下降，其中w1處理有效鐵質量分數減少的最多，降低56.5%。20～40 cm土壤中有效鐵質量分數有所升高，下層40～80 cm土壤中變化不大。說明灌水主要將表層土壤中有效鐵淋洗到次層20～40 cm土壤中。在20～40 cm土壤中w2處理有效鐵質量分數最高(4.54 mg/kg)，w4處理次之。在40～60 cm土壤中w3處理最高，w4處理次之。

6月10日，0～20 cm土壤中w1處理與w2處理較5月25日有效鐵質量分數有所升高，w3處理與w4處理有所降低，w3處理有效鐵質量分數顯著低于其他處理。20～40 cm土壤中各處理有效鐵質量分數都有所下降。40～60 cm土壤中除w1處理略有升高外，其他處理都略有降低。底層60～80 cm土壤中有效鐵質量分數幾乎沒有變化。說明有效鐵并沒有被淋洗到下層積累。在20～40 cm土壤中w3處理有效鐵質量分數最高(3.87 mg/kg)，w2處理次之。40～60 cm土壤中處理w1有效鐵質量分數最高。60～80 cm土壤中各處理有效鐵質量分數無顯著差異。

7月1日，0～20 cm土壤中各處理有效鐵質量分數都有所下降。與6月10日相似，20～60 cm土壤中有效鐵質量分數都有所下降，但也有可能是其他因素導致，還需進一步討論。在20～40 cm與40～60 cm土壤中w4處理的有效鐵質量分數都為最高，分別為3.26 mg/kg和3.02 mg/kg。

7月25日，與7月1日相比較，0～20 cm土壤中有效鐵質量分數都有所升高，60～80 cm土壤中有效鐵質量分數都有所降低。20～40 cm土壤中w3處理有效鐵質量分數最高，w4處理次之。40～60 cm土壤中w2處理有效鐵質量分數最高。

不同灌水量的處理對有效鐵的淋洗并沒有規律。

圖4 不同灌水量下土壤有效鐵質量分數Fig.4 Available ferrum mass fraction in soil under different irrigation amounts

3 討 論

土壤中有效態微量元素的質量分數可以體現土壤微量養分的供應水平[12]。從本試驗來看，土壤中有效態微量元素銅、鋅、錳、鐵質量分數遠低于全國平均值[13]，該地區土壤有效態微量元素屬于虧缺水平。

本研究結果顯示，灌水會使表層土壤中的有效銅被淋洗到下層土壤中，容易被淋洗到20～40 cm土壤中，不易被淋洗到深層土壤中，土層越深越不易淋洗。這與王銳[14]研究的結果一致。因為底層土壤基本為砂土，土壤中砂礫質量分數高，淋溶作用較弱。244 m3/667m2的灌水將有效銅淋洗到20～40 cm土壤中的質量分數最多。277 m3/667m2灌水更易將有效銅淋洗到40～60 cm土壤中。就是說相對較大的灌水量會將有效銅淋洗到下層土壤中較多。同時灌水也會影響土壤中銅形態的轉化，王立仙等[15]研究發現灌溉能夠促進銅向交換態的轉化，而交換態銅是有效銅的重要組成部分。所以也可能是較多的灌水量使得下層的灌水量也較多，增加了有效銅的質量分數。

灌水將表層土壤中的有效鋅淋洗到下層中，但是淋洗效果并不明顯。這可能是因為土壤中含有磷酸根離子較多并且土壤有機質較低所致。Lukowski等[16]發現在有機質質量分數較低的土壤中的磷酸根離子可通過沉淀反應明顯降低有效鋅在土層中的遷移行為。而不同灌水量對有效鋅的淋洗無顯著性差異。這有可能是因為有效鋅質量分數太低所致。影響有效鋅質量分數的主要因素是土壤pH，孫權等[17]的研究表明當pH>6.0時有效鋅質量分數隨pH升高而降低。Curtin等[18]研究認為pH增加1個單位，土壤溶液中鋅離子濃度降低4～10倍。而寧夏賀蘭山東麓風沙土葡萄園的土壤pH普遍大于8。此外土壤母質本身含鋅量低以及土壤有機質含量低都會影響有效鋅質量分數。

有研究表明有效錳在土壤中的移動性很差[19]。但是通過試驗發現灌水會對有效錳進行淋洗。主要將表層土壤中的有效錳從表層向下淋洗。也有可能由其他原因所致，王擎運等[20]研究發現鉀離子對土壤中的有效錳具有一定的活化能力，可通過競爭機制提高其在土壤中的遷移能力，在灌溉的淋溶作用下降低了其在表層土壤中的質量分數。有效錳在各土層土壤中的質量分數波動很大，但是整體來看不同灌水量對有效錳的淋洗是有規律可循的，244 m3/667m2灌水更容易將有效錳淋洗到20～40 cm土壤，而211 m3/667m2的灌水更易將有效錳淋洗到下層土壤中。

灌水主要將表層土壤中的有效鐵向下淋洗，但是在其他土層中淋洗規律并不明顯。隨著葡萄生長，尤其在幼果期和果實膨大期，0～60 cm土層的有效鐵質量分數都降低了，這有可能是因為葡萄根系對其吸收所致。因為在幼果期到果實膨大期，葡萄根系會大量吸收養分，而10～60 cm土壤中分布著大量葡萄根系。灌水會增加土壤的含水量，這也會影響有效鐵的質量分數。徐小遜等[21]的研究發現土壤有效鐵質量分數與 pH 呈極顯著負相關，而王明等[22]通過對寧夏引黃灌溉區土壤pH的動態變化及影響因素的研究發現，土壤pH 一般隨土壤含水量增加有升高的趨勢。所以，含水量高的土壤中有效鐵的質量分數低。對于有效鐵的淋洗，各灌水量處理間并無顯著差異。

通過本試驗的研究，旨在為不同灌水對寧夏賀蘭東麓地區土壤中有效態微量元素的淋洗作用提供一定的參考。但是影響有效態微量元素在土壤中遷移和質量分數的因素很多，灌水后它們是如何共同影響有效態微量元素的，有待進一步研究。

4 結 論

灌水使得土壤中的效態微量元素銅、鋅、錳、鐵的空間分布發生變化。灌水對風沙土中有效態微量元素銅、鋅、錳、鐵有淋洗作用，表層中的營養元素會被淋洗到深層土壤中，土層越深，淋洗效果越差。

灌水量為244 m3/667m2處理的土壤中有效銅和有效錳被淋洗到20～40 cm土層較多，277 m3/667m2的處理更易將有效銅淋洗到深層土壤中，而244 m3/667m2的處理使得有效錳質量分數在下層累積更多。不同的處理對有效鋅與有效鐵的淋洗規律不明顯。因此綜合來看小水流自流微灌帶的灌水量為244 m3/667m2的處理使得有效態微量元素質量分數在20～40 cm土層較多，而10～60 cm的土壤中分布著大部分葡萄根系，植物根系可最大程度的吸收養分。

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