不同灌水量對寧夏賀蘭山東麓風(fēng)沙土葡萄園土壤有效態(tài)微量元素的淋洗作用

謝 岳，王振平，董業(yè)雯，劉春艷

(寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,銀川 750021)

土壤微量元素在植物生長過程中至關(guān)重要[1]?？烧{(diào)控植物體內(nèi)多種生理代謝的關(guān)鍵過程及酶活動[2-3]。大中量元素供應(yīng)充足時，微量元素的供應(yīng)量直接影響著植物的產(chǎn)量和質(zhì)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(tài)存在且可以為植物吸收利用的部分稱為有效態(tài)微量元素[5]。微量元素的供給能力取決于土壤中有效態(tài)微量元素的含量。

土壤性質(zhì)、土壤環(huán)境等因素影響著土壤中有效態(tài)微量元素的質(zhì)量分數(shù)[6]。寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)葡萄園土質(zhì)常見于風(fēng)沙土，沙面多孔，土質(zhì)松軟，但保水持肥力差，營養(yǎng)元素時有虧缺，對生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄不利[7]。

賀蘭山東麓釀酒葡萄產(chǎn)區(qū)以黃河水和地下水灌溉為主[8]，普遍為漫灌?？杀恢参镂绽玫挠行B(tài)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(yǎng)元素流失嚴重。近年來，小水流自流微灌這一節(jié)水灌溉技術(shù)在干旱地區(qū)為提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量提供了全新的灌溉模式。目前對釀酒葡萄節(jié)水灌溉的研究主要針對葡萄的需水規(guī)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(jié)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(tài)微量元素的淋洗作用，找到合理節(jié)約的灌溉方法，從而為寧夏賀蘭山東麓葡萄產(chǎn)區(qū)節(jié)水灌溉提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏農(nóng)墾集團玉泉營農(nóng)場國家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系栽培生理與調(diào)控崗位實驗基地(38°14′25″N，106°01′43″E),該區(qū)為溫差較大的大陸性氣候，降水較少，成熟前期水熱系數(shù)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(zhì)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(nèi)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(nèi)鋪設(shè)小水流自流微灌帶，溝兩側(cè)30 cm處垂直鋪設(shè)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(yǎng)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(qū)組設(shè)計，設(shè)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(qū)面積1 m×3 m，重復(fù)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(zhuǎn)色期(7月25日)5個關(guān)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(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對土壤有效銅質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)很少，幾乎沒有變化。

在各時期w3處理有效銅質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)的影響

由圖2可以看出，每個時期各處理間無顯著差異?；蛟S由于有效鋅質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)高于其他土層。6月10日之后，0～20 cm土壤中有效鋅質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)的影響

由圖3可知，5月10日，有效錳質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)高于其他處理。在下層土壤40～80 cm中w2處理有效錳質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)略有提高，這可能是其他因素導(dǎo)致。0～20 cm土壤中，w2處理有效錳質(zhì)量分數(shù)下降19.3%，而在20～40 cm土壤中，w2處理有效錳質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)高于其他處理。60～80 cm土壤中，w4處理有效錳質(zhì)量分數(shù)最高，處理w2次之。

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

有效錳在土壤中的質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)也毫無規(guī)律。這可能是受到其他因素的影響。從結(jié)果分析中發(fā)現(xiàn)不同灌水量對有效錳淋洗的規(guī)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)大幅下降，其中w1處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)減少的最多，降低56.5%。20～40 cm土壤中有效鐵質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)有所升高，w3處理與w4處理有所降低，w3處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)顯著低于其他處理。20～40 cm土壤中各處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)最高(3.87 mg/kg)，w2處理次之。40～60 cm土壤中處理w1有效鐵質(zhì)量分數(shù)最高。60～80 cm土壤中各處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)無顯著差異。

7月1日，0～20 cm土壤中各處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)都有所下降。與6月10日相似，20～60 cm土壤中有效鐵質(zhì)量分數(shù)都有所下降，但也有可能是其他因素導(dǎo)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(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)都有所升高，60～80 cm土壤中有效鐵質(zhì)量分數(shù)都有所降低。20～40 cm土壤中w3處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)最高，w4處理次之。40～60 cm土壤中w2處理有效鐵質(zhì)量分數(shù)最高。

不同灌水量的處理對有效鐵的淋洗并沒有規(guī)律。

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

3 討 論

土壤中有效態(tài)微量元素的質(zhì)量分數(shù)可以體現(xiàn)土壤微量養(yǎng)分的供應(yīng)水平[12]。從本試驗來看，土壤中有效態(tài)微量元素銅、鋅、錳、鐵質(zhì)量分數(shù)遠低于全國平均值[13]，該地區(qū)土壤有效態(tài)微量元素屬于虧缺水平。

本研究結(jié)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(jié)果一致。因為底層土壤基本為砂土，土壤中砂礫質(zhì)量分數(shù)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(zhì)量分數(shù)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(tài)的轉(zhuǎn)化，王立仙等[15]研究發(fā)現(xiàn)灌溉能夠促進銅向交換態(tài)的轉(zhuǎn)化，而交換態(tài)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(zhì)量分數(shù)。

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(zhì)較低所致。Lukowski等[16]發(fā)現(xiàn)在有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較低的土壤中的磷酸根離子可通過沉淀反應(yīng)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(zhì)量分數(shù)太低所致。影響有效鋅質(zhì)量分數(shù)的主要因素是土壤pH，孫權(quán)等[17]的研究表明當pH>6.0時有效鋅質(zhì)量分數(shù)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(fēng)沙土葡萄園的土壤pH普遍大于8。此外土壤母質(zhì)本身含鋅量低以及土壤有機質(zhì)含量低都會影響有效鋅質(zhì)量分數(shù)。

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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(zhì)量分數(shù)。有效錳在各土層土壤中的質(zhì)量分數(shù)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(guī)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(guī)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(zhì)量分數(shù)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(yǎng)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(zhì)量分數(shù)。徐小遜等[21]的研究發(fā)現(xiàn)土壤有效鐵質(zhì)量分數(shù)與 pH 呈極顯著負相關(guān)，而王明等[22]通過對寧夏引黃灌溉區(qū)土壤pH的動態(tài)變化及影響因素的研究發(fā)現(xiàn)，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(zhì)量分數(shù)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(qū)土壤中有效態(tài)微量元素的淋洗作用提供一定的參考。但是影響有效態(tài)微量元素在土壤中遷移和質(zhì)量分數(shù)的因素很多，灌水后它們是如何共同影響有效態(tài)微量元素的，有待進一步研究。

4 結(jié) 論

灌水使得土壤中的效態(tài)微量元素銅、鋅、錳、鐵的空間分布發(fā)生變化。灌水對風(fēng)沙土中有效態(tài)微量元素銅、鋅、錳、鐵有淋洗作用，表層中的營養(yǎng)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(zhì)量分數(shù)在下層累積更多。不同的處理對有效鋅與有效鐵的淋洗規(guī)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(tài)微量元素質(zhì)量分數(shù)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(yǎng)分。

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