微咸水灌溉方式對(duì)設(shè)施番茄根區(qū)土壤礦質(zhì)元素及離子含量的影響

田 萍，李 娟，李建設(shè)，高艷明，任 慧，曹少娜

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021)

近年來(lái)，隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，可用于農(nóng)業(yè)的淡水資源越來(lái)越少，因此世界各國(guó)已將微咸水的開發(fā)利用作為緩解水資源的重要舉措，并把微咸水開發(fā)再利用作為彌補(bǔ)淡水資源短缺的重要途徑之一[1-2]。微咸水是指礦化度在2～5 g·L-1范圍內(nèi)的水資源[3]，我國(guó)擁有200億m3可利用微咸水，西北地區(qū)(新疆、甘肅、寧夏、陜西、青海、內(nèi)蒙部分地區(qū))地下可開采微咸水資源總量約為88.6億m3。寧夏地區(qū)可開采微咸水資源量約為6.67億m3·a-1，微咸水所占水資源總量比例為35.21%，是全國(guó)微咸水所占比例最高的個(gè)省級(jí)行政區(qū)之一[4]，所以在西北地區(qū)進(jìn)行微咸水灌溉利用的研究很有必要。

微咸水灌溉利用方式主要有3種，即直接灌溉、咸淡水混灌和咸淡水輪灌[5]。對(duì)于同一種礦化度的灌溉用水來(lái)說(shuō)，灌水方式不同，其灌水效果不同[6]。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)厮|(zhì)、土壤理化性質(zhì)以微咸水(EC=3 mS·cm-1)不同方式灌溉為處理，研究了不同生育期日光溫室番茄根區(qū)土壤礦質(zhì)元素及離子含量，闡明微咸水不同灌溉方式對(duì)設(shè)施番茄生育期土壤礦質(zhì)元素及離子含量的影響，為微咸水合理、安全利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試番茄品種為京番301，屬于無(wú)限生長(zhǎng)型，粉果，中熟品種。供試土壤為取自銀川市良田鎮(zhèn)植物園村的沙土。試驗(yàn)所用淡水(EC=1.07 mS·cm-1)為原溫室井水，微咸水(EC=3.0 mS·cm-1)是根據(jù)寧夏銀川地區(qū)微咸水的離子成分，在原溫室地下淡水的基礎(chǔ)上添加4種工業(yè)鹽(NaHCO3、MgSO4·7H2O、CaCl2、K2SO4)配制而成。試驗(yàn)地水質(zhì)及沙土理化性質(zhì)見表1。

表1 供試水質(zhì)及沙土理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年2—7月在寧夏大學(xué)農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地5號(hào)日光溫室進(jìn)行，在防滲措施與灌水定額相同條件下，共設(shè)5個(gè)處理，分別為CK：微咸水直接灌溉、T1：地下淡水灌溉、T2：混合水灌溉(微咸水：淡水=1∶1)、T3：微咸水與淡水按生育期輪灌(苗期、開花期用淡水處理，果實(shí)發(fā)育期微咸水處理)、T4：微咸水與淡水按次輪灌，每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)完全隨機(jī)排列，各處理除灌水方式不同外，其余管理措施均相同。

1.3 試驗(yàn)方法

2016年番茄移苗前在溫室中下挖栽培槽，槽長(zhǎng)6.5 m，槽寬0.6 m，深0.5 m，槽間距0.9 m，槽四周、走道及底部覆蓋2 mm厚的土工布(毛氈加一層塑料)，以防水肥漏滲并隔離病蟲害，之后向槽中填滿沙土。人工翻地，翻地前各處理均施入等量底肥，分別為生物有機(jī)肥80 t·hm-2，活力木素4 t·hm-2，尿素0.1 t·hm-2，撒可富磷酸二銨1 t·hm-2，沃夫特硫酸鉀型復(fù)合肥(總養(yǎng)分≥51%)1.1 t·hm-2，重過(guò)磷酸鈣1.3 t·hm-2。2月23日定植番茄，苗態(tài)4葉1心。番茄定植時(shí)澆透清水以促進(jìn)緩苗，緩苗后開始微咸水不同灌溉方式處理。按次輪灌用2個(gè)容積為180 L的黑色水桶儲(chǔ)水，其余4個(gè)處理各用1個(gè)水桶，桶底放入小型潛水泵，接通出水管，滴灌供液，每個(gè)小區(qū)安裝2根滴灌帶。另外，在第一穗花開花期及每穗果坐果期隨滴灌追施沃夫特大量元素水溶肥料(含：N 16%，其中硝態(tài)氮占9%，P2O56%，K2O 36%；B 0.2%、Cu、Zn、Fe、Mn各0.05%)，每次每桶追施500 g。單桿整枝，留5穗果，每穗留4-5個(gè)果實(shí)。7月6日拉秧，拉秧前5天停止灌水。

1.4 試驗(yàn)測(cè)定項(xiàng)目及方法

在坐果期、盛果期、盛果后期分別取番茄根區(qū)0～20 cm土壤樣品測(cè)定養(yǎng)分、速效微量元素及八大離子含量。其中全鹽測(cè)定用5∶1水土比震蕩浸提后用電導(dǎo)率儀進(jìn)行，全氮測(cè)定用H2SO4催化劑消煮-凱式定氮法，速效氮測(cè)定用飽和K2SO4浸提—?jiǎng)P式定氮法，全磷測(cè)定用H2SO4-HClO4消煮-鉬銻抗比色法，速效磷測(cè)定用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速鉀測(cè)定用NH4OAc浸提-火焰光度法；速效鐵、錳、鋅、銅用DTPA溶液浸提-原子吸收光譜法測(cè)定。八大離子測(cè)定均用5∶1水土比震蕩浸提，C032-、HCO3-測(cè)定用雙指示劑-中和滴定法，Cl-用硝酸銀滴定法測(cè)定，SO42-、Ca2+、Mg2+用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定，K+、Na+用火焰光度法測(cè)定[8-9]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 微咸水灌溉方式對(duì)坐果期、盛果期、盛果后期番茄根區(qū)土壤養(yǎng)分及離子含量的影響

2.1.1 對(duì)全量養(yǎng)分含量的影響 表2數(shù)據(jù)表明，根區(qū)土壤表層20 cm中全鹽、全氮含量在番茄坐果期～盛果期～盛果后期大致呈先減少后增加的趨勢(shì)，這與盛果期番茄果實(shí)量多，需肥量增大，盛果后期果實(shí)大量減少，對(duì)養(yǎng)分需求量也隨之減少有關(guān)。番茄三個(gè)生育期土壤全鹽含量均以CK最高，極顯著高于其它4個(gè)處理，說(shuō)明相對(duì)于其它灌溉制度，微咸水直接灌溉會(huì)增加土壤全鹽含量。T1和T4處理土壤全鹽含量均較低，但到盛果后期時(shí)T4處理全鹽含量顯著大于T1，這是因?yàn)殡S番茄生育期推進(jìn)微咸水灌溉次數(shù)增多導(dǎo)致土壤中鹽分離子積累造成的。坐果期、盛果后期CK處理土壤全氮含量最高，盛果期T1、T2處理土壤全氮含量最高，CK、T4處理含量最低，分析原因可能是少量微咸水灌溉可以提高土壤氮素含量，但隨著灌溉量增多，各種鹽分離子不斷累積，影響了土壤物理及化學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失調(diào)，盛果后期植株養(yǎng)分需求減少，對(duì)氮的吸收減少，全氮含量又會(huì)有所增加。三個(gè)生育期番茄根區(qū)土壤全磷含量大致呈逐漸降低的趨勢(shì)，T1處理土壤全磷含量在番茄三個(gè)生育期均最高，極顯著高于其它四個(gè)處理，說(shuō)明相比于淡水灌溉微咸水以各種方式灌溉均會(huì)降低土壤全磷含量，這是因?yàn)橐环矫妫⑾趟畢⑴c灌溉可能增加了土壤中金屬離子含量，進(jìn)而導(dǎo)致磷被土壤的膠體顆粒或金屬離子吸附而固定在土壤中；另一方面，微咸水灌溉可能降低了土壤中相關(guān)微生物活性，如氨化細(xì)菌、解有機(jī)磷和解無(wú)機(jī)磷細(xì)菌，進(jìn)而使土壤中磷含量降低[10]。

表2 番茄坐果期、盛果期、盛果后期根區(qū)土壤全量養(yǎng)分含量

注：表中大寫字母代表在0.01水平差異顯著，小寫字母代表在0.05水平差異顯著。下同。

Note: In the table, capital letters showed 0.01 level significant difference, lowercase letters showed 0.05 level significant difference. The same as below.

2.1.2 對(duì)速效養(yǎng)分含量的影響 由表3中的數(shù)據(jù)可知，番茄坐果期、盛果期、盛果后期根區(qū)土壤速磷、速鉀含量及CK、T4處理速氮含量大致均呈先降低后升高的趨勢(shì)，T1、T2、T3土壤速氮含量呈先升高后降低的趨勢(shì)。番茄三個(gè)生育期CK處理下土壤速氮含量在坐果期、盛果后期均最高，且與全氮含量變化趨勢(shì)相同，速鉀含量在盛果期、盛果后期均最高且與其它4個(gè)處理差異極顯著，這可能與微咸水灌溉帶入的K+在土壤中積累有關(guān)。T1處理三個(gè)生育期番茄根區(qū)土壤速磷含量均較高，坐果期土壤速鉀含量最高。盛果期、盛果后期T4處理速效磷、鉀含量均較低。綜合來(lái)看，淡水灌溉有利于提高土壤速效磷含量及盛果期速效氮含量，長(zhǎng)時(shí)間微咸水灌溉可以增加土壤中速效氮及速效鉀含量。

表3 番茄坐果期、盛果期、盛果后期根區(qū)土壤速效養(yǎng)分含量

2.1.3 對(duì)根區(qū)土壤離子含量的影響 由表4中的數(shù)據(jù)可以看出，番茄三個(gè)生育期土壤表層20 cm中HCO3-、SO42-、Mg2+含量均大致呈先減少后增加的趨勢(shì)，盛果期含量最低，CK處理土壤這3種離子含量在番茄三個(gè)生育期中均最大，T2、T3、T4次之，T1最小且與CK相比差異達(dá)極顯著水平。隨番茄生育期的推進(jìn)土壤中Cl-、Na+含量呈逐漸增加的趨勢(shì)，盛果后期達(dá)到最大，CK處理下土壤中這2種離子含量均高于其它處理。CK處理土壤中鈉離子含量在番茄三個(gè)生育期內(nèi)均最大，且在坐果期、盛果期時(shí)與其它4個(gè)處理差異達(dá)極顯著水平，隨生育期的推進(jìn)，T3處理土壤中鈉離子含量不斷增加，至盛果后期時(shí)僅次于CK處理。T2、T4處理鈉離子含量居中，T1處理三個(gè)生育期土壤鈉離子含量均最低，與CK差異極顯著。Ca2+、K+隨番茄生育期的推進(jìn)大致呈先升高后降低的趨勢(shì)，盛果期含量最高。坐果期、盛果期T1處理土壤Ca2+含量最高，與其它4個(gè)處理相比差異顯著，盛果后期CK處理土壤Ca2+含量最高，T2、T3、T4次之，T1最低，且極顯著小于其它4個(gè)處理，這可能是微咸水中鈣離子含量較高且根區(qū)較高的鹽分離子抑制植株吸收兩方面原因?qū)е碌?。番茄坐果期CK處理K+含量最小，T1處理含量最大，兩者差異極顯著，盛果期、盛果后期CK處理土壤K+含量最高，T1處理含量最低，兩者差異極顯著，這與CK處理土壤速效鉀含量較高相對(duì)應(yīng)。三個(gè)生育期T2、T4處理土壤鉀離子含量均比較接近，差異不顯著，T3處理土壤中K+變化趨勢(shì)與鈉離子相同，至盛果后期含量?jī)H次于CK處理，這也是微咸水長(zhǎng)期灌溉下離子在土壤中積累的結(jié)果。

表4 番茄坐果期、盛果期、盛果后期根區(qū)土壤離子含量

2.2 對(duì)番茄坐果期、盛果期、盛果后期根區(qū)土壤微量元素含量的影響

如圖1中A、B、C、D四個(gè)圖所示，番茄坐果期-盛果期-盛果后期土壤速效銅和速效錳含量大致呈降低趨勢(shì)，速效鋅和速效鐵呈上升趨勢(shì)，且從圖中可以看出三個(gè)生育期番茄根于土壤速效銅、鋅、鐵、錳含量均以T2處理最高。由圖1中A圖可知，番茄盛果期、盛果后期CK處理土壤速效銅含量?jī)H次于T2處理,二者差異不顯著，T1處理土壤速效銅含量最低，與CK、T2差異極顯著。如圖1中B圖所示，不同處理對(duì)番茄各生育期根區(qū)土壤速效鋅含量的影響與速效銅相似，三個(gè)生育期均以T2處理最高。T3處理坐果期根區(qū)土壤速效鋅含量最低，CK次之，盛果期、盛果后期CK處理含量?jī)H次于T2處理。土壤速效鐵含量如圖1中C圖所示，除T2處理外，CK處理三個(gè)生育期番茄根區(qū)土壤中速效鐵含量最高，與T2處理差異不顯著，T1處理含量最低，與T2、CK差異極顯著。各處理對(duì)土壤速效錳含量的影響與銅、鋅、鐵稍有不同，除T2處理外，T4處理下土壤速效錳含量較高，T1次之，CK處理番茄三個(gè)生育期土壤速效錳含量均最低，且與T2處理差異極顯著。由此可知，微咸水：淡水=1:1的混合水灌溉最有利于提高土壤中鐵、錳、鋅、銅的含量，微咸水整個(gè)生育期直接灌溉不利于土壤速效錳的積累，整個(gè)生育期淡水灌溉土壤中這4種微量元素含量均不高。

注：① 圖中折線為番茄各生長(zhǎng)期根區(qū)土壤速效銅、鋅、鐵、錳含量的平均值。② 圖中大寫字母代表在0.01水平差異顯著，小寫字母代表在0.05水平差異顯著，下同。

Note: ① The line in the figure showed the average content of available Cu,Zn,Fe,Mn of every growth period. ② In the table, capital letters showed 0.01 level significant difference, lowercase letters showed 0.05 level significant difference. The same as below.

圖1各處理番茄坐果期、盛果期、盛果后期根區(qū)土壤速效鐵、錳、鋅、銅的含量

Fig.1 Contents of available Cu,Zn,Fe,Mn of tomato root zone soil at three periods(fruit-set period, full bearing period, later stage of fruit bearing period) of every treatment

3 結(jié)論與討論

微咸水灌溉方式不同，番茄不同生育期根區(qū)土壤中各種礦質(zhì)元素和離子的含量也不同。微咸水灌溉一方面可以提高番茄坐果期、盛果前期、盛果后期根區(qū)土壤全鹽、速效鉀及HCO3-、SO42-、Mg2+、Na+等離子的含量，這與微咸水中含有較高濃度的礦物質(zhì)離子有關(guān)，但Na+含量的增多會(huì)導(dǎo)致土壤黏粒和團(tuán)聚體分散,使土壤對(duì)水和空氣的滲透性降低，并引起Ca2+、Mg2+的缺乏和其他營(yíng)養(yǎng)失調(diào)[11]；另一方面可以提高坐果期、盛果后期土壤全氮、速氮含量，顯著降低盛果前期土壤全氮、速氮含量及各時(shí)期土壤全磷、速效磷含量，原因可能與微咸水參與下土壤pH及微生物含量的變化有關(guān)[12]，以上兩點(diǎn)與淡水灌溉下土壤全磷、速磷、速鉀、盛果前期土壤全氮、速氮及鈣離子含量均較高相呼應(yīng)。微咸水∶淡水=1∶1的混合水灌溉還可以顯著提高番茄三個(gè)生育期根區(qū)土壤中鐵、錳、鋅、銅4種微量元素的含量，其影響機(jī)理有待進(jìn)一步探索。微咸水、淡水按生育期輪灌下三個(gè)生育期番茄根區(qū)土壤中全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分含量居中，鹽分離子含量與混合水灌溉及微咸水、淡水按次輪灌差異不顯著，但整體以按次輪灌處理土壤中鹽分離子積累最少。綜上，微咸水灌溉方式對(duì)番茄不同生育期根區(qū)土壤中礦質(zhì)元素和離子含量影響較大，根據(jù)植株生長(zhǎng)情況合理利用微咸水不但可以有效避免微咸水中高濃度鹽分離子對(duì)土壤及植株生長(zhǎng)的不良影響，而且可以提高土壤養(yǎng)分含量，進(jìn)而促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育。該試驗(yàn)表明，相比淡水灌溉而言，微咸水、淡水按次輪灌可以一定程度提高土壤中全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量，相比微咸水參與下的其它3種灌溉方式而言，該處理番茄根區(qū)土壤中鹽分積累較少。因此，微咸水、淡水按次輪灌為微咸水較為合理、安全的利用方式。

致謝：本文是在導(dǎo)師高艷明教授的課題支撐下完成的，所以首先要感謝我的導(dǎo)師為我提供的寶貴機(jī)會(huì)，其次要感謝我的合作指導(dǎo)教師李建設(shè)教授，最后感謝在試驗(yàn)過(guò)程和論文寫作過(guò)程中為我提供幫助的師姐師妹們，謝謝大家！

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