水肥耦合作用對滴灌棗園土壤鹽分的影響

朱 珠，李發永

(塔里木大學水利與建筑工程學院，新疆 阿拉爾 843300)

南疆地處暖溫帶，屬典型大陸性氣候，蒸發強烈、干旱少雨，生長季內光熱資源豐富，晝夜溫差大，無霜期長，適于作物生長[1]。近年來，南疆就堅持把建設特色林果基地作為實施優勢資源轉換戰略的一個重要內容，大力推動林果基地建設，形成南疆環塔里木盆地、東疆盆地、天山北坡特色林果基地[2]。以此為契機，南疆的紅棗業逐漸規模化和產業化，而新疆南疆的極端干旱氣候，使生態環境十分脆弱，隨著社會經濟的快速發展使水資源供需矛盾愈加突出[3]。與此同時，滴灌施肥技術也日趨成熟，水肥綜合高效利用問題成為研究熱點。而灌溉引起的土壤次生鹽漬化問題是制約干旱區農業發展的主要障礙[4]。土壤鹽分含量過高引起的土壤鹽漬化，是土壤肥力降低的重要標志之一, 也是土壤退化的重要表現形式[5]。因此，如何選擇適宜的水肥管理模式以達到高效節水、節肥及改善土壤環境是亟待解決的問題。王婧等、 張密密等[6,7]研究認為，灌溉與施肥合理配合綜合控鹽效應較單一灌溉和施肥的控鹽效應更為明顯。土壤鹽分的定量化研究是確定土壤鹽漬化程度的關鍵環節之一[8]。在描述土壤鹽分狀況時，國內外大多直接用土壤浸提液電導率來表示土壤鹽漬化程度[9-11]。本研究在前人研究基礎上，以灌水定額和施肥配比為試驗因素，開展以水控鹽、以肥控鹽為目標的水肥供施模式研究，探討水肥耦合對土壤電導率的影響規律，以期為南疆棗樹合理灌溉施肥，防治土壤鹽漬化，促進南疆水土資源和紅棗產業可持續發展，提供一定理論依據。

1 試驗區概況

試驗區位于新疆塔里木大學水利與建筑工程學院節水灌溉試驗基地，基地試驗用地2 hm2。本地區屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，極端最高氣溫35 ℃，極端最低氣溫-28 ℃。墾區太陽輻射年均133.7～146.3 千卡/cm2，年均日照2 556.3～2 991.8 h，日照率為58.69%,墾區雨量稀少，冬季少雪，地表蒸發強烈，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發量1 876.6～2 558.9 mm,無霜期達200 d以上，干旱指數為7～20[12]。土壤質地為砂壤土，屬氯化物-硫酸鹽類土壤，0～60 cm土層平均土壤容重1.38 g/cm3，土壤初始堿解氮含量34.56 mg/kg，硝態氮19.19 mg/kg，速效磷43.34 mg/kg，速效鉀28 mg/kg，土壤初始電導率153 μS/cm，田間持水率為25%，地下水埋深3 m以下。

2 材料與方法

2.1 試驗材料與種植模式

棗樹選擇試驗地現有，且生長條件一致，矮化密植種植模式下的4年樹齡駿棗為研究對象，種植株行距為1.5×0.5 m，每667 m2均定植446棵。待成熟收果后修剪，株高保持在 1～1.5 m。

2.2 灌溉施肥方式

在棗樹全生育期內采用滴灌方式進行不同灌水定額滴水試驗，采用單翼迷宮式滴灌帶，滴頭間距為 30 cm，滴頭流量 2.4 L/h。施肥方式為隨水滴施肥料。施肥主要以尿素(碳酰二胺—CON2H4)和磷酸二氫鉀(KH2PO4)為主。

2.3 試驗設計

考慮到水分和肥料的互作效應，在整個棗樹生育期內采用滴灌方式進行不同灌水定額滴水施肥試驗。全生育期灌水10次，分別為萌芽期1次，花期4次，掛果前期3次，掛果后期2次，每次每個處理灌水定額相同。滴灌施肥量16 kg/(667 m2·次)，全生育期共施肥4次，其中新梢期1次，花期2次，果實膨大期1次。施肥方式為隨水滴施，各處理施肥量相同，施肥配比不同。試驗選用灌水量和施肥配比兩因子，分別用W和F表示。灌水定額設置4個水平，施肥配比設置5個水平，組合形成水肥耦合各處理，共20個處理，每處理3個重復，每10株樹為一試驗小區，采用隨機區組布設。各處理如表1。

2.4 測定項目與方法

土壤電導率測定：在萌芽期、花期、掛果期和果實成熟期灌水前后一天，用土鉆在距離棗樹根區10 cm處取土，取土深度為0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm。用鋁盒裝土，帶入室內用烘箱105 ℃烘干。稱取土壤樣品10 g放入錐形瓶中，以土水比1∶5的比例加入去離子水50 mL，加塞蓋好，置于震蕩機充分震蕩5 min，制備完成土壤待測液，靜置半小時，用DDS-307A 型電導率儀測定浸提液電導率。

2.5 試驗數據處理方法

試驗數據使用 Excel 2007 軟件和DPS數據處理軟件進行數據處理及作圖，SPSS 20.0軟件統計分析(方差分析及LSD最小顯著性差異分析)，顯著水平P≤0.05。

表1 灌水施肥試驗處理表

3 結果與分析

3.1 相同灌水定額不同施肥配比組合土壤電導率變化

測定了各水肥處理坐果期和果實膨大期0～60 cm剖面土壤電導率值。灌水和施肥兩因子對土壤剖面鹽分平均含量及各土層的含量差異性進行了方差分析(表2～表4)。由分析可知，灌水定額對0～60 cm整體土壤剖面電導率影響未達到顯著水平；但分層來看，灌水定額對0～10 cm土層土壤電導率有顯著影響(P≤0.01)，對其他各土層電導率的影響也未達到顯著水平，說明滴灌定額對土壤表層鹽分累積影響極為顯著；但施肥配比對0～60 cm整個土壤剖面電導率有顯著影響(P≤0.05)。分層來看，對0～10 cm土層電導率值影響極為顯著(P≤0.01)、20～30 cm土層電導率影響顯著(P≤0.05)，對其他土層鹽分影響較小。

表2 棗樹根區0～60 cm土層電導率均值方差分析

表3 棗樹根區0～10 cm土層電導率均值方差分析

表4 棗樹根區20～30 cm土層電導率均值方差分析

圖1反映了在相同灌水定額，不同施肥配比組合條件下，土壤電導率平均值的變化。隨施氮肥量的增加，土壤電導率值呈現先減小后增大的趨勢，當施氮肥的比例增加為70%時，電導率值最大，因此土壤含鹽量也最高。這與Ferreria研究結果一致，認為過量施用氮肥會造成土壤次生鹽堿化，進而加重鹽分對作物生長的不利影響，鹽分和氮肥之間表現出明顯的交互作用[13]。隨著棗樹生育期的推進，土壤電導率值呈現減少趨勢，果實膨大期土壤剖面0～60 cm平均電導率值較花期減少18.06%。說明水肥耦合效應能夠有效控制土壤鹽分含量。 圖2為相同灌水定額不同施肥配比，土壤電導率垂直分布情況，由圖2可知，當灌水定額較大時，土壤電導率值在不同施肥配比組合下，各處理電導率分布差異較大。而當灌水定額很小時，各處理組合土壤電導率垂直分布情況趨于一致，在整個土壤剖面上先減少再增加。整體來看，在40 cm土壤剖面土壤電導率值顯著降低，可能是由于該區域鹽分受蒸發蒸騰影響向上遷移，受重力排水影響向下遷移，因此呈現低含鹽區域帶[14]。施用鉀肥較多時，土壤電導率在垂直分布上變化較平緩，而施用氮肥較多時，土壤電導率在垂直方向上變化劇烈。當灌水定額較大時(W1和W2)，F4(60%尿素+40%KH2PO4)處理在整個土壤剖面上土壤電導率值最小，F5(70%尿素+30%KH2PO4)處理土壤電導率值最大。由此得出，在高水條件下氮肥與鉀肥配比為6∶4時具有顯著的抑鹽效果。而當灌水定額小時(W3和W4)，采用施肥配比F3(50%尿素+50%KH2PO4)處理在整個土壤剖面上土壤電導率值最小，而當采用施肥配比F5(70%尿素+30%KH2PO4)處理時，土壤電導率值最大。由此得出，在低水條件下氮肥與鉀肥配比為5∶5時抑鹽效果顯著。這也說明水肥對土壤鹽分的累積具有一定交互作用。

圖1 不同施肥配比對土壤剖面電導率平均值的影響

圖2 不同施肥配比對土壤剖面電導率垂直分布的影響

3.2 相同施肥配比不同灌水定額組合土壤電導率變化

由圖3可知，當增加施肥配比中鉀肥施用量的比重時，隨著灌水定額的增加土壤剖面電導率呈增加的趨勢；而當增加施肥配比中氮肥施用量的比重時，隨著灌水定額的增加土壤剖面電導率呈減少的趨勢；但當采用施肥配比F5(70%尿素+30%KH2PO4)處理時，氮鉀肥的配比為7∶3，土壤剖面電導率值較其他施肥配比處理顯著增加，且在高水條件下，土壤整個剖面電導率值較其他處理增幅顯著，但能將鹽分淋洗到土層50cm處；相反，在低水條件下，土壤剖面電導率值顯著減小。

圖3 不同灌水定額對土壤剖面電導率垂直分布的影響

3.3 灌水前后土壤脫鹽效果分析

單獨進行灌溉時對土壤鹽分具有淋洗作用，本研究通過不同水肥組合處理研究發現，當灌水和施肥同時進行時，則會對土壤鹽分產生不同的影響。分析了滴灌施肥前后土壤鹽分的變化情況，研究表明，一些灌水施肥組合會導致土壤鹽分含量增高，主要可能是因為肥料中含有一定量的鹽分離子，在土壤中滯留。而一些灌水施肥組合會產生脫鹽效果，可能是淋洗起到主導作用。由圖4可知，滴灌施肥后各處理土壤電導率均有不同程度的變化。變化量為灌水前的電導率值與灌水后電導率值的差值。增加即為正，減少即為負值。電導率值變化量從9.58至-219.05 μS/cm。脫鹽率為灌水前電導率值與灌水后電導率值的差值與灌水前電導率的比值。負值表示積鹽，正值表示脫鹽。由圖4和表5可知，W4F4處理，即灌水定額5.80 m3/667 m2，施肥配比60%尿素+40%KH2PO4，土壤整個剖面脫鹽率達到31.15%；而W3F5即灌水定額8.47 m3/667 m2，施肥配比70%尿素+30%KH2PO4，土壤整個剖面積鹽率達到81.19%。因此，大部分處理滴灌后土壤鹽分呈現不同程度的增加，可能跟滴灌后表層土壤濕潤度較高，深層鹽分傾向于向土表聚集。但是高灌水定額時，隨著濕潤層的迅速下移，脫鹽逐漸占據主導。而由于不同的施肥與滴灌處理的交互作用，導致了土壤鹽分的變化情況也各不相同。總體上看，W4F4處理的節水控鹽效果較好。

圖4 不同施肥配比處理灌水前后土壤剖面電導率平均值變化

3.4 水肥互做效應對土壤電導率的影響

對花期灌水前土壤電導率值分析，灌水定額與施肥配比兩因子互做效應在各土層均呈現顯著性，如圖5所示，在土壤表層土壤電導率值最高，最高值達到677.5 μS/cm，土壤鹽分表聚現象顯著，可能是蒸騰作用、土壤水勢存在梯度差和土壤表面蒸發的以及滴灌施肥相互作用下引起土壤鹽分表聚。0～10 cm土層，當灌水定額最大，施肥配比中氮鉀肥呈7∶3比例時，土壤電導率值達到峰值。而當灌水定額小，W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈5∶5時，土壤電導率值達到最低值158.8 μS/cm。10～20 cm土層，當灌水定額W2(11.60 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈3∶7時，土壤電導率值達到峰值610 μS/cm；而當灌水定額最大， W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈4∶6時，土壤電導率值達到最低值141 μS/cm。20～30 cm土層，當灌水定額W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時，土壤電導率值達到峰值416 μS/cm；而當灌水定額 W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈4∶6時，土壤電導率值達到最低值141.3 μS/cm。30～40 cm土層，土壤電導率值顯著減少。當灌水定額W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6:4時，土壤電導率值達到峰值354 μS/cm；而當灌水定額最大， W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時，土壤電導率值達到最低值132.5 μS/cm。40～50 cm土層，當灌水定額W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈3∶7時，土壤電導率值達到峰值341 μS/cm；而當灌水定額 W2(11.60 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈4:6時，土壤電導率值達到最低值72.8 μS/cm。50～60 cm土層，當灌水定額W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時，土壤電導率值達到峰值329 μS/cm；而當灌水定額 W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮鉀肥呈6∶4時，土壤電導率值達到最低值115.4 μS/cm。

表5 灌水前后0～60 cm土壤電導率平均值變化分析 μS/cm

圖5 不同灌水施肥處理對各土層土壤電導率耦合影響

4 結 論

研究極端干旱區不同水肥措施下土壤鹽分的變化規律，不僅對分析以水調鹽與以肥調鹽作用十分必要，也對指導合理灌溉施肥和改善土壤環境具有重要的意義，同時對干旱區綠洲的田間水肥科學管理具有理論意義和實踐價值。研究結果表明：

(1)灌水定額與施肥配比均對0～10 cm土壤電導率有顯著影響(P≤0.01)，灌水定額對其他各土層電導率的影響未達到顯著水平。施肥配比因子對0～60 cm整個土壤剖面電導率平均含量有顯著影響(P≤0.05)，對20～30 cm土層電導率影響顯著(P≤0.05)，對其他土層鹽分影響較小。水肥對土壤鹽分的累積具有一定交互作用，高水條件下，氮肥與鉀肥施用配比為6∶4；低水條件下，氮肥與鉀肥配比為5∶5時抑鹽效果顯著。

(2)隨施氮肥量的增加，土壤電導率值呈現先減小后增大的趨勢，當施氮肥的比例增加為70%時，土壤電導率值最大，施用鉀肥較多時，土壤電導率在垂直分布上變化較平緩，而施用氮肥較多時，土壤電導率在垂直分布上較急劇。在施肥配比中，氮肥施用比例對土壤電導率影響權重較大。當施肥配比氮鉀比為7∶3時，土壤嚴重積鹽。

(3)在水肥共同作用下，土壤鹽分表聚現象顯著，各層土壤電導率呈現峰值與最低值的水肥組合呈現一定規律性，灌水多時，多施氮肥；灌水少時，多施鉀肥，能夠達到脫鹽作用。通過脫鹽率分析，得出W4F4處理脫鹽率較高，節水控鹽效果較好。

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