不同滴灌方式對(duì)玉米田土壤總鹽分及離子分布特征的影響

李丹丹，張瑞富，楊恒山，趙培軍，邰繼承，葛選良，李媛媛，徐 曉

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.烏蘭察布市農(nóng)林科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

西遼河平原灌區(qū)地處世界玉米生產(chǎn)“黃金帶”，玉米種植面積大，單產(chǎn)水平高，是內(nèi)蒙古自治區(qū)重要的商品玉米生產(chǎn)基地［1-2］，也是我國(guó)為數(shù)不多的井灌玉米高產(chǎn)區(qū)之一［3］。受天然降水少、地表水資源缺乏的影響，該地區(qū)玉米生產(chǎn)主要依靠地下水，由于傳統(tǒng)漫灌方式沿用，水資源利用效率低，玉米高產(chǎn)與水資源高效的矛盾日漸突出，發(fā)展節(jié)水灌溉是該地區(qū)玉米生產(chǎn)的必由之路。滴灌是節(jié)水灌溉的典范，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)水分的需求，進(jìn)行適時(shí)、適量灌溉，灌溉水僅分布在作物根系周圍，有效降低了灌溉水的多余消耗，節(jié)水效果明顯。膜下滴灌由于具有明顯的節(jié)水增溫效應(yīng)，在北方地區(qū)得到大面積的推廣應(yīng)用，但由于少量多次灌溉單次灌溉量相對(duì)較少，水分在縱深方向上下移的距離較短，土壤鹽分下移深度較淺，在棵間蒸發(fā)的作用下，淺層土壤鹽分會(huì)發(fā)生重新分布，引起土壤的次生鹽漬化［4］。有研究表明，膜下滴灌條件下，棵間蒸發(fā)使土壤鹽分上移至膜間地表積鹽，導(dǎo)致土壤表層鹽分含量明顯升高［5］。受灌溉水運(yùn)移分布以及離子運(yùn)移速率的影響，土壤鹽分離子組成也會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。土壤鹽分中若某一種離子濃度過(guò)高，會(huì)對(duì)作物種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)帶來(lái)較大影響，危害程度比多種鹽分同時(shí)存在時(shí)更大［6］。可見(jiàn)，滴灌在水分高效利用的前提下，必須對(duì)土壤鹽分次生鹽漬化以及鹽分離子的變化予以足夠關(guān)注。

淺埋滴灌技術(shù)是本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在膜下滴灌的基礎(chǔ)上研發(fā)的節(jié)水灌溉新技術(shù)，以覆土替代覆膜，滴灌帶淺埋于地表（埋深3～5 cm），在發(fā)揮節(jié)水灌溉優(yōu)勢(shì)的同時(shí)也可避免殘膜的環(huán)境污染，具有較大的應(yīng)用價(jià)值。西遼河平原灌區(qū)多鹽堿土，淺埋滴灌條件下，土壤次生鹽漬化的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)進(jìn)一步增加［7-8］。因此，選擇膜下滴灌和淺埋滴灌2種滴灌方式，比較研究2種滴灌方式下土壤總鹽和鹽分離子的變化，以期為構(gòu)建西遼河平原灌區(qū)玉米淺埋滴灌高產(chǎn)高效節(jié)水灌溉制度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)于2020年在通遼市科爾沁區(qū)農(nóng)牧業(yè)高新科技示范園區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)點(diǎn)海拔182 m，東經(jīng)43°37′，北緯122°19′，為溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均降雨量380 mm左右，多年平均蒸發(fā)量為1 800 mm，年均日照時(shí)數(shù)3 000 h，作物生長(zhǎng)期（4—9月）日照時(shí)數(shù)為1 650 h，年平均氣溫6.8℃。試驗(yàn)地區(qū)土壤為輕度鹽堿土，0～60 cm土層平均土壤含鹽量為1.53 g·kg-1，土壤容重為1.39 g·cm-3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，設(shè)置淺埋滴灌和膜下滴灌2個(gè)處理，3次重復(fù)，每小區(qū)面積為720 m2（7.2 m×100 m），供試品種為農(nóng)華101，各處理采用大小壟（小壟行距40 cm，大壟行距80 cm）種植方式，種植密度為7.5萬(wàn)株·hm-2，滴灌帶為內(nèi)鑲片式，相鄰滴頭間距離為30 cm，滴頭流量為2.7 L·h-1。膜下滴灌處理采用幅寬為1.2 m、厚度為0.08 mm聚乙烯農(nóng)用透明膜。各處理底施氮（N）35 kg·hm-2，磷（P2O5）90 kg·hm-2，鉀（K2O）45 kg·hm-2；結(jié)合灌溉追施氮（N）240 kg·hm-2，其中，拔節(jié)期追施72 kg·hm-2，大喇叭口期追施144 kg·hm-2，吐絲期追施24 kg·hm-2，每次追施前先滴清水約1 h，追肥完畢后繼續(xù)滴清水至相應(yīng)灌水量。各處理灌溉頻次6次，次灌量分別為550、350、350、800、550、550 m3·hm-2，分別在播種后、拔節(jié)期、大喇叭口期、吐絲期、吐絲后10 d、吐絲后20 d進(jìn)行。各處理于2020年5月3日播種，10月1日收獲，全生育期148 d。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與分析 在灌溉前（5月3日）和收獲后（10月3日）取土。采用九宮格取土器（每格10×10 cm，厚度10 cm）進(jìn)行土壤樣品采集，將九宮格取土器緊貼滴灌帶，放在兩滴頭中間，垂直壓入土壤，從每個(gè)方格中心位置取出規(guī)定重量土壤樣品，每10 cm一層，共6層，每層從各方格中取出相同重量的土壤樣品，混合均勻備用。采用殘?jiān)娓煞y(cè)定含鹽量（1∶5土液比），采用火焰光度計(jì)法測(cè)定Na+、K+含量，用原子吸收分光光度法測(cè)定Ca2+、Mg2+含量，采用硫酸鋇比濁法測(cè)定SO42-含量，采用硝酸銀滴定法測(cè)定Cl-含量，采用雙指示劑-中和滴定法測(cè)定CO32-和HCO3-含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPSV10.0軟件進(jìn)行差異顯著性（LSD）分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌方式對(duì)土壤總鹽分的影響 0～10、10～20 cm土層土壤總鹽分2種滴灌方式均表現(xiàn)為收獲后顯著高于灌溉前，收獲后2種滴灌方式間均表現(xiàn)為淺埋滴灌顯著高于膜下滴灌。這也說(shuō)明，2種滴灌方式都容易引起鹽分在土壤表層聚集，其中，以淺埋滴灌表現(xiàn)得尤為明顯。20～30 cm土層收獲后滴灌方式間差異不顯著。30～40、40～50 cm土層收獲后處理間差異不顯著，但均顯著高于灌溉前。50～60 cm土層2種滴灌方式均表現(xiàn)為收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間表現(xiàn)為膜下滴灌顯著高于淺埋滴灌。見(jiàn)表1。

表1 不同滴灌方式對(duì)0～60 cm土層土壤總鹽分的影響Tab.1 Effects of different irrigation methods on the soil total salinity content in 0～60 cm soil layer mg·kg-1

2.2 不同滴灌方式對(duì)土壤陽(yáng)離子含量的影響 不同滴灌方式對(duì)0～60 cm土層土壤陽(yáng)離子含量的影響見(jiàn)表2。2種滴灌方式土壤Ca2+含量0～10 cm土層收獲后與灌溉前差異不顯著，收獲后滴灌方式間差異亦不顯著；10～20 cm土層收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式之間表現(xiàn)為淺埋滴灌高于膜下滴灌，處理間差異達(dá)到了顯著水平；20～30、30～40 cm土層收獲后與灌溉前差異均不顯著，收獲后滴灌方式間差異亦不顯著；40～50 cm土層收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式之間差異不顯著；50～60 cm土層收獲后與灌溉前的差異均不顯著，但收獲后滴灌方式之間表現(xiàn)為膜下滴灌顯著高于淺埋滴灌。Na+含量0～10 cm土層收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式之間的差異不顯著；10～20、20～30 cm土層收獲后與灌溉前的差異均不顯著，收獲后滴灌方式間的差異亦不顯著；30 cm以下土層膜下滴灌和淺埋滴灌方式下收獲后與灌溉前差異均不顯著，收獲后淺埋滴灌與膜下滴灌之間的差異亦不顯著。K+含量0～10 cm土層膜下滴灌收獲后與灌溉前差異不明顯，淺埋滴灌收獲后與灌溉前的差異達(dá)到了顯著水平，收獲后滴灌方式之間表現(xiàn)為淺埋滴灌高于膜下滴灌，二者之間的差異達(dá)到了顯著水平；10～20、20～30 cm土層膜下滴灌和淺埋滴灌收獲后均顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間均表現(xiàn)為淺埋滴灌顯著高于膜下滴灌；30～40 cm土層收獲后均顯著高于灌溉前，收獲后淺埋滴灌顯著低于膜下滴灌；40～50 cm土層2種滴灌方式收獲后均顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間差異不顯著；50～60 cm土層收獲后均顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間表現(xiàn)為膜下滴灌顯著高于淺埋滴灌。Mg2+含量40 cm以上土層2種滴灌方式收獲后與灌溉前的差異均不顯著，收獲后滴灌方式間差異亦不顯著；40～50 cm土層收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間表現(xiàn)為膜下滴灌高于淺埋滴灌，處理間差異達(dá)到了顯著水平；50～60 cm土層膜下滴灌收獲后顯著高于灌溉前，淺埋滴灌收獲后與灌溉前差異不顯著，收獲后滴灌方式間膜下滴灌顯著高于淺埋滴灌。

表2 不同滴灌方式對(duì)0～60 cm土層土壤陽(yáng)離子含量的影響Tab.2 Effects of different drip irrigation methods on soil cations content in 0～60 cm soil layer mg·kg-1

續(xù)表2

2.3 不同滴灌方式對(duì)土壤陰離子含量的影響 不同滴灌方式對(duì)0～60 cm土層土壤陰離子含量的影響見(jiàn)表3。2種滴灌方式土壤Cl-含量0～10 cm土層收獲后均顯著低于灌溉前，收獲后滴灌方式間淺埋滴灌顯著高于膜下滴灌；10～20、20～30 cm土層收獲后與灌溉前的差異均不顯著，收獲后滴灌方式間的差異亦不顯著；30～40 cm土層膜下滴灌收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間差異不顯著；40～50、50～60 cm土層收獲后與灌溉前差異不顯著。HCO3-含量0～10 cm土層收獲后與灌溉前的差異不顯著，收獲后灌溉方式間差異亦不顯著；10～20 cm土層收獲后與灌溉前差異不顯著，收獲后滴灌方式間差異達(dá)到了顯著水平；30 cm以下土層收獲后與灌溉前的差異均不顯著，收獲后灌溉方式間差異亦不顯著。SO42-含量0～10 cm土層收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間的差異不顯著；10～20 cm土層收獲后均顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間表現(xiàn)為淺埋滴灌高于膜下滴灌，處理間差異達(dá)到了顯著水平；20～30 cm土層膜下滴灌表現(xiàn)為灌溉前顯著高于收獲后，淺埋滴灌灌溉前與收獲后的差異不顯著，收獲后滴灌方式間差異不顯著；30～40、40～50 cm收獲后顯著高于灌溉前，收獲后滴灌方式間的差異不顯著；50～60 cm土層收獲后與灌溉前的差異不顯著，收獲后滴灌方式間的差異亦不顯著。

表3 不同滴灌方式對(duì)0～60 cm土層土壤陰離子含量的影響Tab.3 Effects of different drip irrigation methods on soil anions content in 0～60 cm soil layer mg·kg-1

3 討論與結(jié)論

不同滴灌方式由于滴灌設(shè)施及配置方式不同也會(huì)影響到土壤鹽分的運(yùn)移和分布［9-11］。節(jié)水滴灌條件下，土壤鹽分以滴頭為中心向深層土壤呈“放射狀”路徑運(yùn)移，棵間蒸發(fā)是促使土壤鹽分發(fā)生重新分布的主要?jiǎng)恿Γ?2-13］，在棵間蒸發(fā)的作用下，膜外淺層土壤鹽分會(huì)垂直上移至地表積鹽，膜內(nèi)淺層土壤鹽分受地膜阻隔，表現(xiàn)出向膜邊和膜外裸露帶遷移積累特征，而深層土壤鹽分變化較為穩(wěn)定［14］，增加灌溉定額有利于增加脫鹽深度，但也容易造成膜間地表鹽分的累積［14-15］。本研究膜下滴灌土壤鹽分變化規(guī)律與前人研究結(jié)論基本一致，而在淺埋滴灌條件下，由于地表無(wú)膜阻隔，棵間蒸發(fā)更為強(qiáng)烈，土壤鹽分會(huì)垂直上移至地表積鹽，且表現(xiàn)出表層土壤鹽分含量更高的特點(diǎn)。

鹽堿土對(duì)作物生長(zhǎng)的危害不僅來(lái)自于耕層土壤較高的鹽分濃度，也來(lái)自于鹽分離子的組成差異［16］。土壤中若某一種鹽分離子的含量過(guò)高，其對(duì)作物的危害程度比多種鹽分離子同時(shí)存在時(shí)更大［6，17］。受灌溉水運(yùn)移路徑及離子運(yùn)移速率的影響，在灌溉過(guò)程中土壤鹽分離子組成也會(huì)發(fā)生改變。本研究結(jié)果表明，2種滴灌方式下，0～10 cm土層Na+含量收獲后均顯著高于灌溉前，滴灌方式間以淺埋滴灌表現(xiàn)較為明顯；K+含量淺埋滴灌收獲后與灌溉前的差異達(dá)到了顯著水平，這也說(shuō)明，滴灌條件下表層土壤陽(yáng)離子含量Na+、K+含量較高，滴灌方式間淺埋滴灌較膜下滴灌更為明顯。陰離子中SO42-含量且受滴灌方式的影響較大，20 cm以上土層2種滴灌方式收獲后較灌溉前均有明顯增加，滴灌方式間以淺埋滴灌表現(xiàn)得最為明顯。0～10 cm土層Cl-含量收獲后顯著低于灌溉前，說(shuō)明Cl-更容易被淋洗至深層土壤，這可能和Cl-移動(dòng)速率較快有關(guān)。HCO3-移動(dòng)速率較慢，2種滴灌方式下表層土壤離子含量變化不大。從陰離子的變化來(lái)看，表層土壤以SO42-、HCO3-含量較高，滴灌方式間以淺埋滴灌表現(xiàn)得更為明顯。因此，在淺埋滴灌條件下表層土壤的總鹽度增加，而鹽分離子組成仍以Na+、K+、SO42-、HCO3-為主，鹽漬土壤類型沒(méi)有發(fā)生改變。