不同灌水處理下濱海鹽堿地土壤-玉米陽離子變化規(guī)律及相關(guān)關(guān)系研究

王航，周青云，張寶忠，尹林萍

不同灌水處理下濱海鹽堿地土壤-玉米陽離子變化規(guī)律及相關(guān)關(guān)系研究

王航1,3，周青云1,2,3*，張寶忠2，尹林萍1,2,3

（1.天津農(nóng)學院 水利工程學院，天津 300392；2.中國水利水電科學研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100083；3.中美生態(tài)農(nóng)業(yè)與水環(huán)境保護國際聯(lián)合研究中心，天津 300392）

【】探討不同灌水處理下濱海鹽堿地土壤-玉米系統(tǒng)陽離子變化規(guī)律及相關(guān)關(guān)系。采用田間試驗研究了濱海鹽堿地不同滴灌方式對根系層土壤K+、Ca2+、Na+和作物體內(nèi)K+/Na+的影響，共設(shè)計4個處理，每個處理3次重復(fù)，分別為灌水定額10 mm常規(guī)滴灌處理（LI10）、灌水定額20 mm常規(guī)滴灌處理（LI20）、灌水定額10 mm膜下滴灌處理（FI10）、灌水定額20 mm膜下滴灌處理（FI20）。分別建立作物K+/Na+、Ca2+和根系層土壤K+、Ca2+、Na+的回歸模型。灌水后膜下滴灌處理土壤Na+相對量降幅遠大于常規(guī)滴灌處理；膜下滴灌較大灌水量處理全生育期莖中K+/Na+均較大，生育前期膜下滴灌處理葉片K+/Na+均較大；常規(guī)滴灌處理相對膜下滴灌處理根系層土壤K+/Na+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)均對根系K+/Na+的影響較大；常規(guī)滴灌和膜下滴灌處理根系層土壤Ca2+的增大通過抑制根系層土壤K+/Na+的增大從而抑制根系K+/Na+的增大。在濱海鹽堿地使用滴灌技術(shù)可以有效改善土壤和玉米體內(nèi)陽離子分布，其中膜下滴灌相比常規(guī)滴灌技術(shù)更有利于提高玉米抗鹽堿性。

濱海鹽堿地；滴灌方式；土壤陽離子；玉米陽離子；回歸模型

0 引 言

【研究意義】鹽分是威脅世界各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的重要非生物環(huán)境脅迫因素。滲透期（早期/短期響應(yīng)）和離子階段（后期/長期響應(yīng)），在細胞、器官和整個植物水平都觀察到鹽分脅迫的有害影響[1]。濱海地區(qū)農(nóng)田土壤長期遭受海水和高礦化度地下水的影響，土壤鹽堿化嚴重[2]，已經(jīng)成為制約地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。

【研究進展】Na+是鹽堿化土壤的主要危害離子之一，根系層土壤Na+質(zhì)量分數(shù)的增加會降低許多植物對土壤Ca2+、K+和Mg2+的吸收，并影響植物K+/Na+的比例[3]。研究表明[4-6]，植物體內(nèi)較高的K+/Na+顯著提高作物的耐鹽性，提高作物產(chǎn)量。陽離子被土壤交換復(fù)合物吸附的強度遵循Ca2+>K+>Na+，在濕潤時期，二價陽離子更可能被固定在地表層中，鈉鹽非常易溶，并且在土壤剖面中更具流動性，鈉鹽質(zhì)量分數(shù)的變化會影響其他鹽的溶解度，從而導(dǎo)致土壤剖面陽離子組成發(fā)生變化[7]。Ca2+易與土壤膠體結(jié)合，灌水對Ca2+的淋洗程度遠小于對K+和Na+的淋洗程度，根系層土壤中殘留較多的Ca2+影響了作物對K+和Na+的吸收[8-9]，從而影響作物體內(nèi)的K+/Na+。

植物中的Na+毒性是多方面的，包括滲透脅迫[10]，對3'，5'-雙磷酸核苷酸酶、H+-ATPase酶、淀粉合成酶等重要酶的抑制[11-13]以及與K+的競爭，Na+可以在一定程度上替代K+，比如Na+可以替代液泡中K+的滲透功能[14]。在大多數(shù)陸生植物中，K+是必需的無機元素，而K+的絕大部分作用無法被Na+替代[15]。K+在植物對生物（疾病和害蟲）和非生物脅迫（如干旱、鹽分、寒冷和澇漬）的響應(yīng)中起著重要作用[16]。

【切入點】灌水后土壤中大量的K+和Na+以游離態(tài)的形式存在，Na+由于其水化半徑較大[9]，與K+相比更容易隨水分遷移，不同灌水方式下K+、Ca2+和Na+在土壤剖面的分布各不相同，土壤鹽分離子組成的差異對作物體內(nèi)鹽分離子的分布產(chǎn)生重要影響，鹽堿地中的這種差異對作物的耐鹽性提出了更高的要求。根系層土壤中K+、Ca2+和Na+的量對作物體內(nèi)K+、Ca2+和Na+的相對量產(chǎn)生重要影響[17-18]，然而很少有學者對其進行定量研究，【擬解決的關(guān)鍵問題】本文通過研究濱海鹽堿地不同灌水處理下根系層土壤和作物體內(nèi)K+、Ca2+和Na+之間的關(guān)系，建立數(shù)學關(guān)系，以期為濱海鹽堿地的治理提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間試驗于玉米生育期（2018年5—8月）進行，試驗基地位于天津市津南區(qū)葛沽鎮(zhèn)（N38°98′，E117°38′），該區(qū)地處華北平原東北部，海河流域下游，屬海積與河流沖積形成的平原區(qū)，為典型鹽堿化地區(qū)。年均降水量556.4 mm，多集中在6—8月，年均蒸發(fā)量為1 809.6 mm；年均日照時間2 659.0 h，年均無霜期206 d，地下水埋深1 m，礦化度為5 g/L，1 m土層土質(zhì)多為黏壤土。

1.2 試驗設(shè)計

試驗包括4個灌水處理，分別為灌水定額10 mm常規(guī)滴灌處理（LI10）、灌水定額20 mm常規(guī)滴灌處理（LI20）、灌水定額10 mm膜下滴灌處理（FI10）、灌水定額20 mm膜下滴灌處理（FI20），每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每個小區(qū)面積為8.3 m×9.3 m；玉米全生育期灌水量及灌溉定額如表1所示，春玉米（鄭丹958）的種植模式如圖1所示，行距為60 cm，株距為30 cm，滴灌帶間距為60 cm，滴頭間距為30 cm；灌溉方式為常規(guī)滴灌和膜下滴灌，覆膜方式為1膜2管2行半覆膜，膜寬為80 cm，滴頭布置在玉米莖稈處，滴頭流量為1.38 L/h。各處理在玉米1/2行距處取樣，取土深度為0～20 cm和20～40 cm，取0～20 cm和20～40 cm土樣離子量平均值作為根系層土壤離子量；每隔15 d左右取樣，遇到灌水則加測，在灌水后1～2 d進行取樣。玉米全生育期內(nèi)日均氣溫及參考作物蒸散量如圖2所示，陽離子成分本底值及土壤性質(zhì)如表2所示，灌溉水為淡水，其礦化度小于1 g/L。

圖1 田間試驗平面布置

圖2 玉米全生育期內(nèi)日均氣溫及參考作物蒸散量

1.3 土壤及玉米陽離子測定方法

在實驗室將土樣自然風干后過1 mm土壤篩，配制成水土比為5∶1的土壤浸提液；玉米植株取樣時間與土壤取樣時間一致，每個處理取6株長勢均勻、具有代表性的玉米植株，樣品處理干凈后，置烘箱105 ℃殺青30 min后80 ℃烘干至恒質(zhì)量，將干物質(zhì)用研磨機研磨后過50目篩，保存于密封袋內(nèi)。玉米陽離子待測液采用硝酸-高氯酸消解的方法制備。準確稱取樣品粉末0.5 g，置于250 mL錐形瓶中，加入8 mL硝酸-高氯酸（3∶1）混合液，搖勻，靜置6 h，然后放置在電熱板上加熱消解，保持微沸，持續(xù)加熱至消解液呈無色透明，冷卻后加入去離子水配制的0.5 %稀硝酸5 mL，轉(zhuǎn)入25 mL容量瓶中，用去離子水洗滌錐形瓶，洗液合并于容量瓶中，定容至容量瓶刻度，作為供試品溶液。用火焰分光光度計（FP 640）測定土壤和玉米水溶性Na+、K+質(zhì)量分數(shù)，用EDTA絡(luò)合滴定法測定土壤和玉米水溶性Ca2+、Mg2+質(zhì)量分數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

鈉吸附比（）計算式為：

采用Microsoft Excel 2019軟件對數(shù)據(jù)進行整理；運用IBM SPSS Statistics 24統(tǒng)計軟件進行相關(guān)性分析；相關(guān)圖表制作采用Microsoft Excel 2019軟件完成。

表1 玉米全生育期灌水量和灌水時間

表2 陽離子成分本底值及土壤性質(zhì)

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤陽離子量及SAR隨生育期的變化規(guī)律

不同處理土壤陽離子量及隨生育期的變化規(guī)律如圖3所示。因Mg2+平均量為0.06 g/kg，不到土壤陽離子總量的3%，對土壤性質(zhì)影響可忽略不計，故未分析土壤Mg2+量隨生育期變化規(guī)律。圖3表明，各處理全生育期均表現(xiàn)出土壤Na+質(zhì)量分數(shù)最大，其次為K+和Ca2+，全生育期根系層土壤變化趨勢和土壤Na+變化趨勢一致，生育期結(jié)束后各處理根系層土壤均顯著降低，其中FI20處理降幅最大，達到73.8%，LI10處理降幅最小，僅為40.4%。6月22日和7月6日灌水后各處理土壤K+質(zhì)量分數(shù)均不同程度減小，LI10處理土壤Na+質(zhì)量分數(shù)減小，較大的降水量進一步促進了Na+質(zhì)量分數(shù)的減小，其余處理土壤Na+質(zhì)量分數(shù)則均不同程度增大，導(dǎo)致各處理均不同程度增大，其中FI10處理和FI20處理增幅較大，由于降水的淋洗，LI10處理和LI20處理增幅不明顯。生育前期到生育中期，各處理土壤K+表現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，土壤Ca2+均表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，第1次灌水后LI10處理和FI10處理土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)增幅較大；第1次灌水后有23 mm降水，LI20處理土壤Na+、和Ca2+質(zhì)量分數(shù)均顯著減小，LI10處理土壤Na+質(zhì)量分數(shù)和則在下個日期才減小，原因可能為第1次灌水之前的降水顯著降低了LI10處理的土壤Na+質(zhì)量分數(shù)和，導(dǎo)致第1次灌水后LI10處理土壤Na+質(zhì)量分數(shù)和下降產(chǎn)生一定的滯后性。降水顯著降低了LI10處理和LI20處理根系層土壤Na+、、K+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)，其中生育中期的降水顯著降低LI10處理土壤Na+、、K+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)，生育后期的降水則顯著降低LI20處理土壤Na+、、K+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)。土壤各離子質(zhì)量分數(shù)變化不能充分反映不同灌水方式對土壤中離子組成的影響，有必要對土壤中離子的相對量進一步分析，以探究不同灌水方式對土壤性質(zhì)的影響。

圖3 不同處理土壤陽離子量及SAR隨生育期的變化規(guī)律

2.2 土壤離子相對量隨生育期的變化規(guī)律

分別計算K+、Na+和Ca2+量占陽離子總量的百分比獲得不同陽離子的相對量，根系層土壤各個陽離子的相對量反映了土壤中陽離子的組成情況，對土壤性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。土壤中K+、Na+和Ca2+量占土壤陽離子總量的97%以上，其相互作用對土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。如圖4所示，灌水后各灌溉處理土壤Na+和K+相對量隨時間呈相反的趨勢，一直延續(xù)到生育期結(jié)束；土壤Ca2+相對量則較穩(wěn)定。LI20處理和FI20處理土壤Na+相對量隨時間呈先減小后增大再減小的趨勢，其中6月22日灌水后FI20處理土壤Na+相對量降幅達到28.1%，LI20處理降幅僅為8.2%；LI10處理和FI10處理土壤Na+相對量隨時間呈先增大后減小的趨勢。生育初期各處理土壤K+和Na+相對量大致相當，生育期結(jié)束后各處理K+相對量均不同程度增加，LI20處理和FI20處理土壤K+相對量增幅最大，分別達到284.8%和207.5%，顯著提高了土壤K+/Na+，降低了土壤Na+毒性，根系層土壤逐漸由Na+性土壤轉(zhuǎn)化成K+性土壤，顯著改善了土壤性質(zhì)。生育期結(jié)束后LI20處理和FI20處理土壤K+相對量均大于Na+相對量，LI10處理和FI10處理K+相對量均小于Na+相對量。

圖4 土壤離子相對量隨生育期的變化

2.3 玉米體內(nèi)K+/Na+隨生育期的變化規(guī)律

維持植物體內(nèi)K+/Na+穩(wěn)態(tài)在植物細胞對鹽脅迫的耐受性中起關(guān)鍵作用[15-16]。如圖5所示，各處理玉米莖和葉中K+/Na+隨時間均呈逐漸減小的趨勢，且降幅逐漸減小，根中K+/Na+則均較小，維持在2～4之間；土壤中Na+的過量積累導(dǎo)致玉米根系對K+的吸收受到破壞，顯著降低根系中K+/Na+[19-20]。LI20和FI20處理玉米全生育期均表現(xiàn)出莖中K+/Na+高于葉，LI10和FI10處理生育后期莖中K+/Na+高于葉；全生育期各個處理葉中K+/Na+變幅較小但差異較大，莖中K+/Na+變幅較大且差異較大，生育前期莖中K+/Na+表現(xiàn)出FI20處理>LI20處理>LI10處理>FI10處理，生育后期莖中K+/Na+表現(xiàn)出FI20處理>FI10處理>LI20處理>LI10處理，F(xiàn)I20處理全生育期莖中K+/Na+均較大，生育后期FI10處理和LI10處理莖中K+/Na+均逐漸減小，F(xiàn)I20處理和LI20處理莖中K+/Na+均逐漸增大。葉中K+/Na+是作物耐鹽性的重要指標之一，提高生育前期葉片K+/Na+有利于提高作物耐鹽性。LI10處理生育前期葉中K+/Na+較小，生育后期葉中K+/Na+遠遠大于其他處理；FI10處理和FI20處理生育中期葉中K+/Na+變幅較小且基本相等，LI20處理和LI10處理葉中K+/Na+變幅較大且LI10處理葉中K+/Na+遠遠大于LI20處理。LI10處理和LI20處理全生育期根中K+/Na+均先增大后減小，F(xiàn)I10處理和FI20處理則均先減小后增大；FI10處理全生育期根中K+/Na+均較??；生育中期相同灌水量下，LI處理根中K+/Na+均大于FI處理。

圖5 不同灌水處理對玉米體內(nèi)K+/Na+的影響

2.4 玉米根系K+/Na+與土壤K+、Ca2+、Na+關(guān)系

作物中K+/Na+大小是耐鹽性的指標之一，不同處理創(chuàng)造不同的玉米根際環(huán)境，導(dǎo)致根系對K+和Na+的吸收程度不同，通過對LI處理和FI處理全生育期玉米根系中K+/Na+與根系層土壤中K+、Ca2+和Na+進行回歸擬合，可定量分析土壤中不同離子對玉米根系K+/Na+的影響。

根系層土壤K+/Na+反映了根系層土壤K+和Na+相對量以及土壤性質(zhì)，通過對LI處理和FI處理作物根系K+/Na+與根系層土壤K+/Na+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)進行回歸擬合，得到回歸模型為：

式（2）和式（3）的相關(guān)系數(shù)分別為0.85和0.93，其中表示根系K+/Na+，1表示根系層土壤K+/Na+，2表示根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)。由以上二式可得，不同灌水方式下土壤K+/Na+一定時，根系K+/Na+隨著土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增大而減?。籆a2+質(zhì)量分數(shù)一定時，根系K+/Na+隨著土壤K+/Na+的增大而增大；由于土壤中K+/Na+均小于1，LI處理下根系層土壤K+/Na+對根系K+/Na+的影響較大。

Ca2+是土壤質(zhì)量的重要指標，也是植物細胞質(zhì)膜和細胞內(nèi)膜系統(tǒng)的重要組成部分，根系Ca2+質(zhì)量分數(shù)在離子吸收的選擇性，特別是根中K+/Na+的選擇方面有著重要的作用[6]。為進一步探討根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)對根系K+/Na+、Ca2+質(zhì)量分數(shù)和根系層土壤K+/Na+的影響，分別建立回歸模型，見圖6。由圖6（a）可知，根系K+/Na+隨著根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增大而減小，Ca2+產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)時可提高作物的耐鹽性，然而過高的Ca2+質(zhì)量分數(shù)往往產(chǎn)生特定離子毒性[21]，通過對LI處理和FI處理根系K+/Na+和根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)進行回歸擬合，得到回歸模型如式（4）、式（5）：

式（4）和式（5）的相關(guān)系數(shù)分別為：0.97和0.92。其中，表示根系K+/Na+；表示根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)；0.1和0.5分別為LI和FI處理的Ca2+脅迫系數(shù)，脅迫系數(shù)越大，根系層土壤中Ca2+對根系K+/Na+的抑制作用越強。根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)相同時，LI處理根系中K+/Na+較大，F(xiàn)I處理則較小。LI處理受土壤蒸發(fā)和降水的影響較大，根系層土壤K+和Na+短時間內(nèi)變化程度較大，導(dǎo)致根系細胞離子吸收和運輸能力較強[22]，由于細胞中的K+對鹽脅迫具有抵抗作用，所以根系細胞對K+的吸收相對較多。

對LI處理和FI處理根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)和根系Ca2+質(zhì)量分數(shù)回歸擬合（圖6（b）），相關(guān)系數(shù)達到0.98，根系Ca2+質(zhì)量分數(shù)隨根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增大而增大；對根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)和根系層土壤K+/Na+回歸擬合（圖6（c）），相關(guān)系數(shù)為0.62，根系層土壤K+/Na+隨著根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增大先減小后增大；由式（2）和式（3）得，根系K+/Na+隨著根系層土壤K+/Na+的增大而增大，而由圖6（b）—圖6（c）可知，根系層土壤K+/Na+隨著根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增大先減小后增大，而根系K+/Na+隨著根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)的增大而逐漸減小，由此可得，根系層土壤Ca2+的增大通過抑制根系層土壤K+/Na+的增大從而抑制根系K+/Na+的增大。

圖6 根系層土壤Ca2+質(zhì)量分數(shù)對根系K+/Na+、Ca2+質(zhì)量分數(shù)和根系層土壤K+/Na+的影響

2.5 根莖葉K+/Na+相關(guān)性分析

根莖葉中K+/Na+的相關(guān)性反映了K+和Na+在不同器官遷移的相互關(guān)系，如表3所示，除LI10處理外，其余處理根莖葉K+/Na+相關(guān)性均達顯著水平（<0.05），其中莖和根之間相關(guān)性均達極顯著水平（<0.01）。各處理根和莖K+/Na+相關(guān)性大小為：LI20處理>FI20處理>FI10處理>LI10處理，灌水量越大，根和莖之間K+/Na+相關(guān)性越強。各處理莖和葉之間K+/Na+相關(guān)性大小為：FI20處理>LI10處理>FI10處理>LI20處理，F(xiàn)I處理下灌水量越大，相關(guān)性越強；LI處理下灌水量越小，相關(guān)性越強。

表3 不同處理根莖葉K+/Na+相關(guān)性分析

注 *在0.05級別（雙尾），相關(guān)性顯著；**在0.01級別（雙尾），相關(guān)性顯著。

3 討 論

Na+和K+均為單價離子，但由于其物理和化學性質(zhì)的差異導(dǎo)致灌水后其在土壤中的遷移規(guī)律不一致，Na+和K+相對量的大小是土壤性質(zhì)的重要指標[23]。灌水、降水及蒸發(fā)對土壤中Na+的影響較大，由于土壤中Na+和K+存在拮抗作用[19]，Na+的變化易導(dǎo)致K+變化，所以灌水后各處理土壤Na+和K+絕對量和相對量隨時間均呈相反的趨勢，一直延續(xù)到生育期結(jié)束。一方面Ca2+易吸附在土壤膠體顆粒表面，灌水對Ca2+的淋洗程度較小，另一方面Ca2+在不同土層之間遷移能力較弱，土層Ca2+量較為穩(wěn)定[24]。灌水后FI處理可以有效保存土壤水分，對Na+產(chǎn)生有效淋洗，灌水量越大的處理淋洗效果越好，灌水量較小時則對LI處理和FI處理根系層土壤淋洗效果差別不明顯；較豐富的降水量有利于降低LI處理根系層土壤Na+的絕對量和相對量，灌水量越大，降幅也越明顯。生育前期較大的灌水量有利于降低LI處理和FI處理根系層土壤K+/Na+，從而為作物營養(yǎng)生長階段的生長發(fā)育提供有利的土壤條件。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中一方面要關(guān)注在作物全生育期通過提高FI處理的灌水量提高根系層土壤K+的相對量，另一方面要關(guān)注種植春玉米時考慮在作物生育前期適當提高LI處理的灌水量，春玉米生育后期可適當減少灌水量。

由于Na+與K+被植物吸收時存在競爭作用[14]，玉米生長發(fā)育對K+的需求隨著生育期的進程逐漸減小，隨著Na+的不斷積累，Na+與K+競爭進入莖和葉中的能力逐漸增強。玉米植株葉片對鹽脅迫最為敏感[24]，幼嫩葉片的滲透調(diào)節(jié)能力大于成熟葉片的滲透調(diào)節(jié)能力[25-26]，葉片鹽脅迫調(diào)節(jié)機制主要是進行Na+排泄[27]，但葉片的這種負反饋調(diào)節(jié)機制是有限的，長期鹽堿土壤環(huán)境導(dǎo)致葉片對Na+的排泄受阻從而導(dǎo)致葉片中K+/Na+較小，且隨著生育期進程逐漸減小。鹽分脅迫影響作物對水分的吸收[26]，生育前期較大的灌水量改善了作物根際水分環(huán)境，促進了根中K+向莖和葉中遷移，提高莖和葉的K+/Na+；灌水量較大的處理影響莖和葉中K+/Na+的主要因素是灌水，灌水量較小的處理則是莖和葉為應(yīng)對水分和鹽堿脅迫對K+和Na+的不同需求[24]；FI處理灌水量較大時能在降水量較少的時期維持根系層土壤適宜的水分狀況，從而維持葉片較高的K+/Na+。生育后期降水量較豐富時LI處理較大的灌水量顯著改善了根系層土壤水分狀況，提高了作物葉片K+/Na+。當作物受到鹽分脅迫時，作物從葉片中排除Na+是應(yīng)對其鹽分脅迫的一種有效方式[27-29]，葉片中的鹽分一部分從葉片表面進行排泄并隨著降水被淋洗，另一部分會再循環(huán)到根系中[30]，所以根系K+/Na+和葉片K+/Na+具有顯著相關(guān)性；莖作為根葉離子運輸?shù)耐ǖ?，受灌水量的影響較大，較大的灌水量有利于作物蒸騰，從而提高作物對K+的運輸能力。莖和葉之間的離子運輸主要取決于葉片對離子的需求，F(xiàn)I處理下葉片蒸騰能力較強，較大的灌水量有利于莖葉之間K+和Na+的運輸，LI處理灌水量越小作物對水分虧缺越敏感，作物葉片通過提高K+/Na+來應(yīng)對水分虧缺和鹽分脅迫，從而對莖中的K+/Na+依賴性更強。

灌水后隨著土壤中硫酸鈣和碳酸鈣的溶解，土壤中較大的Ca2+質(zhì)量分數(shù)提高了其交換能力，進一步促進了土壤膠體上吸附的Na+釋放到土壤溶液中，根系對Na+吸收較大導(dǎo)致其K+/Na+較小；另一方面鈣鹽的低溶解度意味著它很容易在土壤溶液中沉淀，這也增加了土壤中可溶性Na+的相對比例。根系K+/Na+與土壤中K+/Na+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)密切相關(guān)，不同灌水方式創(chuàng)造不同的根際環(huán)境，根系層土壤水分鹽分的差異導(dǎo)致作物根系對K+/Na+的吸收程度不同，從而導(dǎo)致作物的耐鹽性不同。Ca2+是土壤質(zhì)量的重要指標[31-33]，但土壤中過高的Ca2+質(zhì)量分數(shù)會影響植物對土壤中K+的吸收；Ca2+是植物耐鹽性的第一道防線[11]，土壤中的Ca2+質(zhì)量分數(shù)較大時則可以促進根系細胞維持較高的Ca2+質(zhì)量分數(shù)。LI處理根系層土壤水分受氣象因素影響較大，降水和蒸發(fā)均對根系層土壤K+和Na+的組成產(chǎn)生影響，根系層土壤K+和Na+質(zhì)量分數(shù)不斷發(fā)生變化，根系對K+和Na+滲透脅迫和離子毒性的反應(yīng)更加靈敏，所以根系K+/Na+對根系層土壤中K+/Na+的反應(yīng)也較FI處理更敏感。

4 結(jié) 論

1）灌水顯著改善土壤性質(zhì)，灌水后膜下滴灌處理土壤Na+相對量降幅遠大于常規(guī)滴灌處理。

2）各灌溉處理玉米莖和葉中K+/Na+隨生育期進程均逐漸減小，根中K+/Na+較穩(wěn)定；膜下滴灌較大灌水量處理全生育期莖中K+/Na+均較大，生育前期膜下滴灌處理葉片K+/Na+均較大。

3）建立的作物根系K+/Na+與根系層土壤K+/Na+、Ca2+的回歸模型和根系Ca2+與根系層土壤K+/Na+、Ca2+的回歸模型相關(guān)系數(shù)均達0.85以上。常規(guī)滴灌處理相對膜下滴灌處理根系層土壤K+/Na+和Ca2+質(zhì)量分數(shù)均對根系K+/Na+的影響較大；常規(guī)滴灌和膜下滴灌處理根系層土壤Ca2+的增大通過抑制根系層土壤K+/Na+的增大從而抑制根系K+/Na+的增大。

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Irrigation Affects the Translocation of Cations from Soil to Maize Roots in Saline-alkaline Soil

WANG Hang1,3, ZHOU Qingyun1,2,3*, ZHANG Baozhong2, YIN Linping1,2,3

(1. College of Water Conservancy Engineering, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300392, China; 2. State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin, China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100083, China; 3. Sino-US International Joint Research Center for Ecological Agriculture and Water Environment Protection, Tianjin 300392, China)

【】Soil salinity is an abiotic stress hindering agricultural production worldwide, especially in coastal areas where the groundwater is usually shallow. The aim of this paper is to study experimentally how irrigation affects translocation of major cations from soil to the roots of maize in saline-alkaline soils.【】The experiments were conducted at a maize field in a coastal saline-alkali region. We compared four irrigation methods: conventional drip irrigation with irrigation amounts of 10 mm (LI10) and 20 mm (LI20) respectively, and mulched drip irritation with the same irrigation amounts (FI10and FI20). In each treatment, we measured the changes in K+, Ca2+and Na+in both the rhizosphere and roots, from which we derived regression models to analyze how the irrigation method and irrigation amount modulated the cations contents in soil and their translocation to the maize roots.【】Mulched drip irrigation reduced Na+content in the rhizosphere more significantly than the conventional drip irrigation. Increasing irrigation amount in the mulched drip irrigation increased K+/Na+content in the maize stem in the whole growth season, but only increased their content in the leaves at early growth stage. Conventional drip irrigation affected the relationship between the concentrations of K+/Na+and Ca2+in the rhizosphere and the K+/Na+content in the roots more than the mulched drip irrigation. The increase in Ca2+in the rhizosphere due to irrigation was likely to have made K+/Na+less mobile in soil, thereby reducing their translocation from soil to roots and benefiting the crop growth as a result.【】Drip-irrigating maize in coastal saline-alkali soil can effectively improve the translocation of cations from soil to crop roots, especially the mulched drip irrigation, thereby ameliorating salinity stress to the crop. It can thus be used as an improved irrigation technology for crop production in such regions.

coastal saline soil; drip irrigation; cation translocation; mulching; maize

1672 - 3317（2021）12 - 0036 - 08

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021114

王航, 周青云, 張寶忠, 等. 不同灌水處理下濱海鹽堿地土壤-玉米陽離子變化規(guī)律及相關(guān)關(guān)系研究[J]. 灌溉排水學報, 2021, 40(12): 36-43.

WANG Hang, ZHOU Qingyun, ZHANG Baozhong, et al.Irrigation Affects the Translocation of Cations from Soil to Maize Roots in Saline-alkaline Soil[J].Journal of Irrigation and Drainag, 2021, 40(12): 36-43.

2021-03-31

國家自然科學基金項目（51609170）；國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFC0409203）；天津市研究生科研創(chuàng)新項目（2019YJSS101）

王航（1997-），男，山西呂梁人。碩士研究生，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)研究。E-mail: 1845196651@qq.com

周青云（1980-），女，山西河津人。副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)方面的研究。E-mail: zhouqyand@126.com

責任編輯：韓 洋