油葵不同灌溉模式對土壤水鹽含量的影響及經(jīng)濟(jì)效益分析

張永宏，田生昌，楊建國，樊麗琴

(1. 寧夏農(nóng)林科學(xué)院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，銀川 750002；2. 寧夏農(nóng)林科學(xué)院 銀北鹽改站，寧夏 平羅 753400)

寧夏位于西北地區(qū)東部，處于騰格里、烏蘭布和毛烏素沙漠包圍之中，3/4的面積處于干旱、半干旱地帶，氣候干燥，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，風(fēng)大沙多。銀北鹽堿地區(qū)更是水資源供應(yīng)不足，地下水位高，土壤鹽漬化嚴(yán)重，加上人為的不合理灌溉及過度施肥等因素使土壤鹽堿化問題日益加劇，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)貐^(qū)域農(nóng)業(yè)的發(fā)展[1]。

水資源短缺和灌溉引起的土地鹽漬化問題已嚴(yán)重制約黃河上中游地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。而該區(qū)域的主要作物普遍采用大水漫灌，灌溉水的利用效率僅為50%，過量灌溉已造成地下水位上升和土壤次生鹽漬化[2]，實施大面積節(jié)水灌溉作業(yè)，可調(diào)控土壤水循環(huán)，改善土壤生態(tài)環(huán)境。土壤水分和鹽分運(yùn)動是相伴進(jìn)行，不可分割。在土壤水鹽運(yùn)移方面，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的卓有成效的研究工作，試驗表明，不同地下水位、黏土夾層、砂土夾層、不同灌水量[3-5]、灌水水質(zhì)均會影響土壤剖面中的鹽分及鹽分組成，一般認(rèn)為，隨著灌水量的增加，土壤鹽分含量下降，鹽分組成中陽離子易于溶脫的順序是Mg2+>Na+>Ca2+>K+，陰離子為Cl->SO2-4>HCO-3；隨著灌水量的增加，表層土壤中HCO-3離子增加，pH 上升[6,7]。研究節(jié)水灌溉模式，分析土壤水鹽運(yùn)移與聚集特點，對揭示土壤水鹽變化規(guī)律、改良利用鹽堿地具有重要的現(xiàn)實意義。

油葵是一種重要的油料作物，具有很高的經(jīng)濟(jì)利用價值，寧夏地區(qū)種植面積約為1.69 萬hm2，總產(chǎn)量為2 810 萬kg。油葵耐旱、耐瘠薄、耐鹽堿能力較強(qiáng)，屬于低耗水作物。增加油葵種植面積，調(diào)整作物布局，形成合理的低、中、高耗水作物種植結(jié)構(gòu)和比例，對緩解寧夏引黃灌區(qū)灌水緊張具有重要作用。

為提高油葵灌溉水利用效率，促進(jìn)正常生長發(fā)育，灌溉次數(shù)應(yīng)減少[8-10]，宜在關(guān)鍵時澆水較多，一般在長枝葉時不給水，以避免瘋長，而在開花結(jié)果時，給適當(dāng)?shù)乃?，這樣就能提高產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗選擇在油葵現(xiàn)蕾期、開花期、灌漿期分別進(jìn)行灌水研究，分析了油葵不同灌溉模式對土壤鹽分含量及水分利用效率的影響，為該地區(qū)土壤改良利用、因地制宜地發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，選擇適宜的節(jié)水增產(chǎn)措施提供依據(jù)，同時為推進(jìn)引黃灌區(qū)優(yōu)勢特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014-2015年在寧夏平羅縣(105°58′～106°58′E，38°36′～39°5′N)實施，試驗點地處賀蘭山東麓洪積平原與黃河沖積平原的過渡地帶，海拔1 080 m，地勢平坦，土壤質(zhì)地為黏土，地下水埋深1.5～2.0 m，年均降水量為176 mm，年蒸發(fā)量為1 709 mm，屬干旱大陸性氣候。該區(qū)域光照資源豐富，年平均日照2 884 h，全年≥10 ℃的有效積溫為3 178 ℃。土壤以灌淤鹽化土為主，0～20 cm耕層土壤理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)14.11 g/kg，全氮0.72 g/kg, 全鹽5.43 g/kg，pH為8.33，堿解氮68.08 mg/kg，有效磷16.60 mg/kg，速效鉀125.24 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計及實施

試驗設(shè)4個處理：不灌水(CK)、灌水1次(開花期)、灌水2次(開花期、灌漿期各一次)，灌水3次(現(xiàn)蕾期、開花期、灌漿期各一次)，每次灌水量900 m3/hm2，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。灌水前后5天取0～60 cm土樣，測定土壤水分、pH、土壤鹽分、有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀。

試驗開始前采集土樣測定供試土壤基本理化性質(zhì)，包括：質(zhì)地、pH值、土壤鹽分組成、全鹽量、電導(dǎo)率、堿化度。然后劃分試驗小區(qū)，小區(qū)面積500 m2，將小區(qū)間隔離埂覆膜，埂兩側(cè)將膜嵌入田面120 cm以下(初灌水時用腳再踩嚴(yán)實)。出苗后調(diào)查各處理油葵成活率及生長情況。各處理按常規(guī)方式進(jìn)行施肥及管理、調(diào)查油葵成活率，每隔15 d調(diào)查油葵生長情況，收獲時調(diào)查油葵產(chǎn)量。

1.3 供試作物

向日葵(Helianthus annuns L.)屬于菊科向日葵屬，試驗選用品種為KWS203，是世界四大油料作物之一。它耐瘠薄、抗干旱、抗鹽堿，是荒漠地、鹽堿地的先鋒作物，其生長發(fā)育階段劃分為：出苗期、現(xiàn)蕾期、開花期、成熟期4個主要時期。

1.4 測定項目與方法

(1)物理指標(biāo)。土壤含水率：采用烘干法測定。

(2)化學(xué)指標(biāo)。① 土壤 pH值:采用 1∶1水土混合液測定；② 全鹽：采用重量法測定[11]。

(3)生理指標(biāo)。① 葉片光合速率：在油葵開花期選取代表性植株進(jìn)行測定，用LI-6400型便攜式光合作用測定儀(美國LI-COR公司生產(chǎn))，在上午10～11點測定劍葉中部的光合速率，每處理重復(fù)測定5點。② 葉綠素：在油葵開花期選取代表性植株進(jìn)行測定，用CM1000型便攜式葉綠素儀測定，在上午10～11點測定油葵葉中部的葉綠素，每處理重復(fù)測定5點。

(4)灌溉水量對油葵產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率 = 全生育期灌溉水總量/ 油葵產(chǎn)量(m3/kg)。該試驗中以此表示油葵節(jié)水的程度和范圍。

(5)數(shù)據(jù)處理。試驗數(shù)據(jù)用EXCEL軟件進(jìn)行統(tǒng)計和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理對油葵光合速率的影響

光合速率是反映油葵生長快慢的主要特征指標(biāo)之一。不同灌水處理模式對油葵的影響是，灌水2次(A2)>灌水3次(A3)>灌水1次(A1)>不灌水(CK)，“灌水2次”處理明顯有利于油葵進(jìn)行光合作用。即在開花期、灌漿期進(jìn)行灌溉有利于油葵生長發(fā)育(見表1、圖1)。

表1 不同灌水處理模式對油葵光合速率(NDVI歸一化植被指數(shù))的影響 μmol/(m2·s)

圖1 不同灌水處理模式對油葵光合速率的影響

2.2 不同灌水處理對土壤全鹽、pH的影響

圖2 不同灌水處理模式對0～20 cm土層全鹽含量的影響

由圖2可見，隨著油葵生長期的不斷推進(jìn)，0～20 cm土層的土壤鹽分含量表現(xiàn)為灌水2次(A2)<灌水3次(A3)<灌水1次(A1)<不灌水(CK)，灌水2次處理明顯降低了土壤表層鹽分含量。由圖3可見，隨著油葵生長期的不斷推進(jìn)，20～40 cm土層的土壤鹽分含量表現(xiàn)為不灌水(CK)處理顯著高于其他3個灌水處理，而這3個灌水處理之間差異并不明著。

圖3 不同灌水處理模式對20～40 cm土層全鹽含量的影響

由圖4可見，隨著油葵生長期的不斷推進(jìn)，40～60 cm土層的土壤鹽分含量表現(xiàn)為不灌水(CK)處理顯著高于其他3個灌水處理，而這3個灌水處理之間差異并不明著。

圖4 不同灌水處理模式對40～60 cm土層全鹽含量的影響

由圖5可見，隨著油葵生長的延續(xù)，0～20 cm土層的土壤pH表現(xiàn)為：灌水2次(A2)<灌水1次(A1)<灌水3次(A3)<不灌水(CK)。即灌溉2次處理模式顯著降低了0～20 cm土層的土壤pH。

圖5 不同灌水處理模式對0～20 cm土層pH的影響

2.3 不同灌水處理對土壤水分含量的影響

由圖6～8可看出，在不同灌水處理模式下，各土層土壤含水量均表現(xiàn)為灌水3次(A3)>灌水2次(A2)>灌水1次(A1)>不灌水(CK)。即隨著灌水次數(shù)的增加，0～60 cm土層土壤含水量隨之增加。

圖6 不同灌水處理模式對0～20 cm土壤含水量的影響

圖7 不同灌水處理模式對20～40 cm土壤含水量的影響

圖8 不同灌水處理模式對40～60 cm土壤含水量的影響

2.4 不同灌水處理對油葵產(chǎn)量的影響及經(jīng)濟(jì)效益分析

不同灌水處理對油葵產(chǎn)量的影響見表2。可見各處理油葵產(chǎn)量表現(xiàn)為灌水2次(A2)>灌水3次(A3)>灌水1次(A1)>不灌水(CK)。灌水2次處理顯著提高了油葵產(chǎn)量，比對照提高91%。從灌溉水量與油葵產(chǎn)量的比值可以看出灌水3次(A3)>灌水2次(A2)>灌水1次(A1)。

表2 不同灌水處理模式下油葵產(chǎn)量結(jié)果及經(jīng)濟(jì)效益比較

注：表中油葵籽單價按3.0 元/kg、旱地水費(fèi)按300 元/hm2、油葵正?？偼度氚? 800 元/hm2計算；表中同列大寫字母不同表示差異極顯著(p<0.01)，小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

從表2可以看出，灌水2次(A2)模式經(jīng)濟(jì)效益顯著高于其他3各處理，比對照提高117%，是最佳灌水處理模式。

3 結(jié) 語

寧夏引黃灌區(qū)有2 000多年的灌溉耕作歷史，但由于特殊的地理環(huán)境和氣候、土壤條件，土壤次生鹽漬 化一直是灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素。根據(jù)多年的土壤鹽漬化治理經(jīng)驗，除了有效調(diào)控土壤剖面中的鹽分分布狀況，使之不致過分集中于表土危害作物的生長外，重點要采取合理的節(jié)水灌溉和有效的培肥措施。在節(jié)水的前提下，通過科學(xué)的水鹽調(diào)控及肥鹽調(diào)控技術(shù)，淡化作物關(guān)鍵生長時期土壤耕作層的鹽分，在鹽漬化土壤改良利用過程中達(dá)到“有鹽無害”的目的。一方面通過節(jié)水灌溉措施調(diào)控用水，提高灌溉效率，減少深層滲透，防止地下水位上升；另一方面通過采取調(diào)整作物布局、平整土地、地膜秸稈覆蓋、增施有機(jī)肥、有機(jī)無機(jī)配合使用、灌溉抑鹽壓鹽、合理利用地下水、抑制表土返鹽等措施，建立與鹽漬化土地改良利用相適應(yīng)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高鹽漬化土地的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品競爭力[1,6，7,10]。

通過本項研究工作的開展，進(jìn)一步應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)，以杜絕大水漫灌造成土壤次生鹽漬化，減少地下水過量開采，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。主要結(jié)論有：

(1)從油葵生長發(fā)育及生理性狀表現(xiàn)看：各處理光合速率表現(xiàn)為灌水2次>灌水3次>灌水1次>不灌水(CK)。即“灌水2次”處理模式更有利于油葵進(jìn)行光合作用，是最佳灌溉模式。

(2)從各灌溉處理模式對土壤全鹽、pH、土壤含水量的影響看：隨著油葵生長進(jìn)程的延續(xù)，各處理0～20 cm土壤鹽分含量表現(xiàn)為灌水2次<灌水3次<灌水1次<不灌水，灌水2次處理在降低0～20 cm土壤鹽分含量方面效果最好；在20～60 cm土壤鹽分含量表現(xiàn)為不灌水處理顯著高于其他3個處理，其他3個處理之間差異不顯著。在0～20 cm土壤的pH表現(xiàn)為：灌水2次<灌水1次<灌水3次<不灌水(CK)。即灌溉2次處理模式顯著降低了0～20 cm土層的土壤pH。不同灌水次數(shù)各土層土壤含水量均表現(xiàn)為灌水3次>灌水2次>灌水1次>不灌水，即隨著灌水次數(shù)的增加0～60 cm土層土壤含水量隨之增加。

(3)從不同灌水處理對油葵產(chǎn)量的影響及經(jīng)濟(jì)效益比較看：各處理油葵產(chǎn)量表現(xiàn)為灌水2次>灌水3次>灌水1次>不灌水，即灌水2次處理顯著提高了油葵產(chǎn)量，比對照提高91%；且灌水2次處理模式經(jīng)濟(jì)效益顯著高于其他3各處理，比對照提高117%，是最佳灌水處理模式。

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