微咸水膜下滴灌對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，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茐漠?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)測土壤鹽分的動態(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 試驗區(qū)基本情況

試驗地設(shè)在塔里木大學(xué)試驗基地，試驗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%；試驗區(qū)的地下水位經(jīng)測定為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

2.1 試驗材料

供試玉米品種為新玉56號玉米單交種，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)計壓力為1.0Pa，滴頭設(shè)計流量為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 試驗設(shè)計

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。試驗設(shè)計4個處理，3個重復(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為淡水對照。

2.3 測定項目與方法

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)）。每個測點(diǎn)取3個樣本重復(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+用陰陽離子平衡計算求得。

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

試驗數(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)動形狀逐漸由單個橢球體向帶狀變化，“鹽隨水走，水去鹽留”土壤中的鹽分隨水分一起運(yùn)動，不同礦化度的微咸水灌溉對鹽分離子的分布產(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，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。淡水灌溉時，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，土壤Cl-分布變化波動較大，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，同時與土壤膠體吸附力較強(qiáng)[6]，不易隨水分運(yùn)動。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。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。微咸水灌溉后土壤濕潤體內(nèi)的K+和Na+含量高，與此同時，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。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基本一致，總體趨勢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。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，造成膜外下層土壤含鹽量在生育期呈降低趨勢。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，試驗結(jié)果表明，灌溉水礦化度為1g/l時，與對照相比減產(chǎn)了2.8%；灌溉水礦化度為2g/l時，與對照相比減產(chǎn)了4.7%；灌溉水礦化度為3g/l時，與對照相比減產(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，陰離子SO42-、陽離子Ca2+、Mg2+不易隨水分運(yùn)動，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。但微咸水灌溉與淡水灌溉一樣也具有對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，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水鹽運(yùn)移和棉花生長的影響[J].水土保持學(xué)報，2015（3）：272-276.

[4]馬潔，朱珠，姚寶林，等.阿拉爾灌區(qū)微咸水滴灌對土壤水鹽分布影響的試驗研究[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，2017（1）：217-223.

[責(zé)任編輯：田吉捷]