滴灌條件下水肥耦合對土壤物理性狀的影響

劉桂澤，茍思,2*，賀宇欣,2，白藝彤，李乃穩(wěn)

(1.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，四川 成都 610065； 2.四川大學(xué) 水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點試驗室，四川 成都 610065)

水肥耦合效應(yīng)是指在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤礦質(zhì)元素與水這兩個體系融為一體，相互作用，互相影響，而對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生的影響或現(xiàn)象[1]。自從Arnon提出旱地植物營養(yǎng)的基本問題是如何在水分受限制的條件下合理施用肥料、提高水分利用效率以后，水肥耦合效應(yīng)問題引起科研界的廣泛重視，隨后，國內(nèi)外科技工作者進(jìn)行了大量、多方位的試驗，取得了許多成果[2]。

滴灌是將具有一定壓力的水，過濾后經(jīng)管網(wǎng)和出水管道(滴灌帶)或滴頭以水滴的形式緩慢而均勻地滴入植物根部附近土壤的一種灌水方法，可以有效提高灌溉水的利用率[3]。自2007年第7屆微灌大會以來，滴灌技術(shù)受到廣泛重視，技術(shù)應(yīng)用日益穩(wěn)定普及，至2010年，我國滴灌面積120萬hm2[4]。然而，滴灌條件下農(nóng)田水鹽運移模式發(fā)生改變。

由于缺乏洗鹽水量，導(dǎo)致積累在土壤表層的鹽分不能及時淋洗入深層，表層土壤鹽堿化加重[5]。隨著土壤含鹽量提高，土壤容重增大，水穩(wěn)定性下降，易受流水侵蝕，導(dǎo)致土壤質(zhì)量及農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)力下降，影響可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，在成都市蒲江縣獼猴桃種植基地獼猴桃田，在滴灌條件下，采用不同水肥比例，研究土壤水穩(wěn)定性變化，旨在為滴灌條件下農(nóng)業(yè)土壤的可持續(xù)發(fā)展提供一定參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

于成都市蒲江縣復(fù)興鄉(xiāng)佳沃獼猴桃生產(chǎn)基地開展大田試驗。試驗區(qū)平均海拔534 m，年均氣溫16.3 ℃，年均降水量1 301 mm，屬北亞熱帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑，全年大于0 ℃的積溫5 998 ℃，大于10 ℃的積溫5 157 ℃，年均日照1 122 h，年均無霜期302 d，溫光條件較好。研究區(qū)大氣質(zhì)量達(dá)到國家一級標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)符合國家二級標(biāo)準(zhǔn)，土壤無污染。

土壤類型為紫土(屬砂土)，物理性砂礫含量占80%以上，顆粒粗，比表面積小，粒間大孔隙多于黏土和壤土，毛管孔隙少，總孔隙度低。土壤通氣透水性好，有機(jī)質(zhì)分解快而累積少，保水保肥性差，容易造成水肥流失，水分蒸發(fā)快，易造成土壤散熵，引起土壤干旱。土壤容重1.148 g·cm-3，含水率16.0%，水穩(wěn)定性大團(tuán)聚體平均質(zhì)量直徑(NMD)3.655 mm。

1.2 處理設(shè)計

本試驗于2016年3月20日開始，于2017年10月10日結(jié)束，歷時2 a。試驗設(shè)置2個水平的水分處理，每個水分處理下設(shè)3個水平的肥料處理，另設(shè)對照組(CK)，每組處理含2株獼猴桃。

根據(jù)當(dāng)?shù)亟邓畻l件及獼猴桃生長特性，對照組667 m2灌水定額設(shè)置為：抽梢展葉期(3月20日至4月15日)12.7 m3、開花坐果期(4月15日至5月5日)18.2 m3、膨大期(5月5日至6月25日)26.0 m3、果實成熟期(6月25日至10月10日)22.0 m3；對照組667 m2肥料施用量設(shè)置：抽梢展葉期，N 3.35 kg，P 3.36 kg，K 1.92 kg；開花坐果期，N 3.06 kg，P 3.06 kg，K 4.38 kg；膨大期，N 2.56 kg，P 1.72 kg，K 5.88 kg；果實成熟期，N 0.48 kg，P 3.81 kg，K 7.56 kg。抽梢展葉期和開花坐果期施肥分2次等量施加，膨大期施肥分3次等量施加，果實成熟期施肥分4次等量施加。水分處理水平依次為CK的80%(HW)和60%(LW)，肥料處理水平依次為CK的85%(HF)、70%(MF)和55%(LF)。

試驗過程中，采用秸稈還田和免耕措施，灌溉采用淺井灌溉。待果實成熟后，于當(dāng)年12月份采集土樣。采集土樣時，采用對角線采樣法，采取距地表0～5 cm的表土用于檢測含水率與容重，采取距地表0～10 cm的表土用于檢測土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性。距被處理植株約30 cm處進(jìn)行對稱土壤取樣，單棵植株共進(jìn)行2次取樣，單次取樣約1 kg。

1.3 土壤檢測

土壤容重采用環(huán)刀法測定，含水率采用烘干法測定，團(tuán)聚體水穩(wěn)定性采用機(jī)械濕篩法測定。試驗結(jié)果為2 a的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 水肥耦合對土壤容重的影響

由圖1和圖2可見，比照不同施肥量下的水分處理，以及不同灌水量下的施肥處理，各處理間土壤容重均無顯著差異。一般認(rèn)為，土壤容重會隨灌水量的增加而減小，但由于本試驗采用淺井灌溉，試驗場地為紫土區(qū)，地下水礦化度較高，水溫較低，這些因素加速了土壤板結(jié)[6]，所以不同水分處理下土壤容重并無顯著差異。通常，化肥的長期使用會破壞土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，加速土壤板結(jié)，提高容重，但由于本試驗同時引入了秸稈還田和免耕措施，在這兩者的綜合作用下，不同處理的試驗結(jié)果并未顯示出統(tǒng)計性差異。

圖1 不同施肥量下灌水量對土壤容重的影響

圖2 不同灌水量下施肥量對土壤容重的影響

2.2 水肥耦合對土壤含水率的影響

由圖3和圖4可見，比照不同施肥量下的水分處理，以及不同灌水量下的施肥處理，各處理間土壤含水率均無顯著差異。一般而言，土壤含水率會隨灌溉量的增加而增加，然而本試驗場地為砂土區(qū)，毛管孔隙少，總孔隙低，保水性差，水分蒸發(fā)快，受此影響，土壤含水率并沒有隨灌水量的增長而發(fā)生顯著變化。通常，當(dāng)施肥量超過某一閾值時，施肥量增加，土壤含水量下降。一定條件下，適當(dāng)增施肥料可以減少土壤表面水分的無效蒸發(fā)，促使土壤深層水分上移，從而提高土壤含水量[7]。由于本試驗場地土壤保水性較差，上述效果并未在試驗結(jié)果中得到很好的體現(xiàn)。

圖3 不同施肥量下灌水量對土壤含水率的影響

圖4 不同灌水量下施肥量對土壤含水率的影響

2.3 水肥耦合對土壤MWD的影響

由圖5可見，不同施肥量處理下，LW與HW處理的MWD并無顯著差異，但在MF與HF條件下，CK處理的MWD顯著高于HW處理。與此相似，由圖6可見，不同灌水量下，各施肥處理(LF、MF、HF)間MWD值并無顯著差異，但在HW條件下，CK的MWD顯著高于HF。研究表明，長期施肥處理對土壤團(tuán)聚體水穩(wěn)定性有一定影響[8]。周萍等[9]報道在黃泥土上施肥能顯著增加>2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，降低0.25～2 mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，令MWD值降低。這與本試驗結(jié)果有一定差異。

柱上無相同字母的表示處理間差異顯示(P<0.06)。圖6同。圖5 不同施肥量下灌水量對土壤MWD的影響

圖6 不同灌水量下施肥量對土壤MWD的影響

3 小結(jié)

本研究在成都市蒲江縣獼猴桃種植基地獼猴桃田，在滴灌條件下，初步探析了不同水肥耦合處理對土壤容重、含水率、MWD等物理性狀的影響。結(jié)果表明，在本試驗條件下，各處理對土壤容重、含水率無顯著影響；在MF與HF條件下，CK處理的MWD顯著高于HW處理；在HW條件下，CK的MWD顯著高于HF。研究結(jié)果可為指導(dǎo)當(dāng)?shù)氐喂鄺l件下獼猴桃種植基地土壤的可持續(xù)發(fā)展提供一定參考。