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(cāng),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(dá)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(jìn)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(guó)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(guò)了長(zhǎng)期不斷地總結(jié)和實(shí)踐形成的一種保護(hù)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(jìn)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(dú)特的品質(zhì)，使之聞名全國(guó)，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(jì)作物[7,8]。2007年以來(lái)產(chǎn)量和產(chǎn)值連年增長(zhǎng)，2010年總產(chǎn)量達(dá)到108萬(wàn)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(shí)西瓜的水分管理方面有補(bǔ)充灌溉和雨養(yǎng)之分。山坡上種植西瓜有陰坡和陽(yáng)坡之分，陰坡地相對(duì)而言水分條件較好，而陽(yáng)坡則較差；補(bǔ)充灌溉增加了土壤水分含量；而對(duì)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(guò)田間調(diào)查和取樣的方法，對(duì)比研究了鹽分本底值高和低、灌水和未灌水處理、陽(yáng)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(píng)價(jià)開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)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(jìn)行田間調(diào)查研究。該試驗(yàn)區(qū)位于騰格里沙漠邊緣地帶，屬于干旱半干旱過(guò)渡帶氣候，植被稀疏，是全國(guó)最干旱的地方之一。降水少，蒸發(fā)強(qiáng)，氣候干燥：年平均降水量在220～240 mm之間，年均蒸發(fā)量達(dá)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(yáng)總輻射量達(dá)到550 kJ/cm2。

1.2 研究方法

本試驗(yàn)采用田間調(diào)查和取樣的研究方法，對(duì)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(jìn)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(yàn)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(jìn)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(yáng)坡和陰坡。在不同處理地塊，西瓜品種均為金城五號(hào)，補(bǔ)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(jī)井水(屬于微咸水)可以灌溉。旱地陰坡和陽(yáng)坡屬于雨養(yǎng)，沒(méi)有補(bǔ)灌條件。

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

表1 試驗(yàn)編號(hào)及處理Tab.1 Teat number and treatment

(2)取樣方法。通過(guò)對(duì)每個(gè)處理采用“S”布點(diǎn)結(jié)合土鉆取土的方法，分別取三個(gè)點(diǎn)相同土層的土樣混合作為一個(gè)土壤樣品，每個(gè)處理取3個(gè)重復(fù)。采樣深度為0～20、20～40、40～60、60～80 cm。

1.3 測(cè)定項(xiàng)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(cè)定土壤溶液的電導(dǎo)率；

(3)土壤pH值：利用哈納HI2221臺(tái)式酸度計(jì)測(cè)定土水1∶5的土壤溶液pH值；

(4)西瓜產(chǎn)量：通過(guò)公式(1)計(jì)算測(cè)定。

(1)

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

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

(2)采用SPSS19軟件分別對(duì)3組對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立樣本T-檢驗(yàn)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)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(biāo)，也是影響作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的重要因子[9]。

2.1 壓砂地土壤鹽分含量對(duì)西瓜產(chǎn)量的影響

從YG與YD的整個(gè)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(shì)；通過(guò)統(tǒng)計(jì)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(gè)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(shí)，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(yàn)分析表明，YG與YD對(duì)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(lái)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(yùn)移，從而提高了YG地的土壤水勢(shì)。YD的壓砂地灌溉的是機(jī)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(shì)，對(duì)作物生長(zhǎng)造成了生理上一定的水分脅迫，抑制了西瓜的生長(zhǎng)。

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(duì)西瓜產(chǎn)量的影響

從IR與NIR的土壤水分分布來(lái)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(shí)，根會(huì)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(lái)為作物的生長(zhǎng)提供所需的水分；當(dāng)含水量較多的時(shí)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(zhǎng)勢(shì)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(diǎn)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(shì)。但兩個(gè)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(shí)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(yàn)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(zhǎng)的重要限制因素。在利用微咸水灌溉的過(guò)程中，雖然微咸水中含有一定的鹽分，但短時(shí)間內(nèi)微咸水帶入土壤的鹽分含量較少，不足以對(duì)作物、土壤造成明顯的影響，反而可能會(huì)刺激作物生長(zhǎng)。當(dāng)灌溉土壤中鹽分超過(guò)臨界濃度時(shí)，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(dá)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(jiàn)，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(yáng)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(yáng)坡日照強(qiáng)、輻射量多、氣流強(qiáng)烈，有利于土壤水分蒸發(fā)，水分容易隨空氣流動(dòng)擴(kuò)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(lái)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(shì)，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(yáng)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(shì)。陽(yáng)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(yáng)坡的(圖12)，但T檢驗(yàn)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(zhǎng)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(guò)程中使上層土壤的鹽分淋洗，減少了土壤鹽分對(duì)西瓜的脅迫，從而促進(jìn)了西瓜生長(zhǎng)，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(zhǎng)關(guān)鍵因子[13]。砂田西瓜的根系比較發(fā)達(dá)[3]，并且根系生長(zhǎng)與土壤水分有著密切的關(guān)系：當(dāng)土壤干旱或未灌水時(shí)，可促進(jìn)根系的深扎，主要以吸收深層貯水為主；當(dāng)土壤濕潤(rùn)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(qiáng)等[3]，薛麗華等[14]，張歲岐等[15]，研究表明灌溉可促進(jìn)根系的生長(zhǎng)。在微咸水補(bǔ)灌一方面提高了土壤水分含量，同時(shí)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(shì)，這表明壓砂措施促進(jìn)了土壤鹽分向下層土壤運(yùn)動(dòng)。土壤鹽分只要不超過(guò)西瓜臨界濃度就不會(huì)對(duì)西瓜產(chǎn)生抑制。據(jù)研究表明，微咸水灌溉對(duì)滯留在土壤上層鹽分的淋洗作用比較強(qiáng)，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(yáng)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(rèn)為陰坡有利于土壤水分的保持[18]、土壤養(yǎng)分高于陽(yáng)坡[19]、土壤密度低于陽(yáng)坡[9]。因此，陰坡土壤環(huán)境對(duì)西瓜生長(zhǎng)擁有較大的生長(zhǎng)潛力。

3.2 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)田間調(diào)查及取樣的方法對(duì)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(jìn)行對(duì)比分析，在本研究中得出以下幾點(diǎn)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(yáng)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(shì)，尤其是灌溉處理以后土層(40～80 cm)鹽分達(dá)到極顯著(P<0.01)。

(3)陰坡土壤含水率顯著大于陽(yáng)坡(P<0.05)。

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