不同磁化水處理下鹽漬化土壤脫鹽效果研究

徐 莉，唐 金，陳淑英

(1.新疆大學資源與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2. 中國科學院新疆生態與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011；3. 中國科學院大學，北京 100049；4. 伊犁師范大學生物與地理科學學院，新疆 伊寧 835000；5. 伊犁哈薩克自治州林業科學研究院，新疆 伊寧 835000)

目前，全球約有7%的土地受到鹽漬化的威脅。我國是全球鹽漬化程度較高的區域之一，鹽漬化土壤總面積約為3.6×107hm2，約占全國可利用土地面積的4.88%[1]。干旱、半干旱地區受土壤成土母質含鹽、蒸降比大等因素的影響，土壤鹽漬化及次生鹽漬化普遍存在[2]，嚴重制約了干旱區綠洲農業的可持續發展。

近年來，關于磁化水的研究不斷取得進展，在浸種、灌溉、水培幼苗等方面均取得了一定成果[16]。隨著研究的深入，有研究表明不同磁化強度下磁化效果亦不相同，而且并不是磁場越大，磁化效果就會越明顯[17]，而是在一定的磁場強度范圍內，磁化水才能起到最佳效果[18-20]。目前關于磁化水滴灌鹽漬化土壤的研究以室內模擬試驗和田間小區試驗為主，研究多采用單一磁化強度或二次磁化[7,15,18-19]，然而比較不同磁化強度對土壤脫鹽效果的研究報道相對較少。因此，本文借助磁化水滴灌技術，設置1 000、2 000、3 000、3 600 mT、對照組(CK)5組不同磁化強度的對比試驗，分析不同磁化強度下土壤鹽分含量的變化特征，進一步對比分析不同強度的磁化水滴灌對鹽漬化農田土壤的脫鹽效果，旨在為節水灌溉條件下改善和利用鹽堿土的新方法提供理論依據，最終為綠洲農業的可持續發展提供相關決策依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于新疆伊犁河南岸察布查爾縣的伊犁州林科院試驗示范基地(43°44′34″N，81°10′30″E)，屬于大陸性北溫帶溫和干旱氣候，冬春季長且冬季寒冷，夏秋季短且夏季炎熱，年均氣溫7.9℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-43.2℃；年均降水量222 mm，年蒸發量1 630 mm，蒸發量為降水量的6～15倍；年平均日照時數2 846 h，≥10℃的積溫3 389.1℃，無霜期169 d；土壤類型以灰鈣土為主，局部為鹽化灰鈣土或草甸鹽土。該區由于干旱，降水少，氣溫高，地表蒸發強烈，地下水礦化度高，導致鹽分在土層上部積累，易形成鹽漬化和次生鹽漬化。土壤含鹽量為0.55%～0.8%，屬于中度鹽漬土；鹽漬化類型主要為硫酸鹽鹽漬土，氯化物鹽漬土分布較少，陽離子以Na+含量最高，Na2SO4和NaCl是主要的次生鹽漬化鹽分，pH平均值大于8.3[21]。

試驗材料為種植2 a蘋果所在地的鹽漬化土壤，占地面積1.4 hm2。試驗區土壤有機質為10.83 g·kg-1，速效氮為109.81 mg·kg-1，速效鉀為139.31 mg·kg-1，速效磷為9.49 mg·kg-1。此外，試驗區行間實行果園生草，草類種植以黑麥草和高羊茅為主，樹盤覆蓋鋸末、玉米秸稈。

1.2 試驗設計

2017年5月15日在試驗區安裝磁化器，供試磁化器為包頭市鑫達磁性材料廠生產的農灌注水磁化器，直徑為90 mm。試驗設普通水灌溉(CK)、磁化強度為1 000 mT(mT為磁感應強度單位，豪特)(T1)、磁化強度為2 000 mT(T2)、磁化強度為3 000 mT(T3)、磁化強度為3 600 mT(T4)等5組。灌水前將磁化器與主管道相連接，將磁化器置于出水樁內，2個磁化器間相互獨立，互不影響，且間距約為25 m，當滴灌水經流磁化器即被磁化，具體見圖1。磁化水處理與未磁化水處理(CK)，其他田間管理措施和大田一致。灌溉定額2 700 m3·hm-2，灌水定額均為300 m3·hm-2，灌水周期均為20 d，每次滴水6～8 h。

注：T1 ～T4磁化區分別為1 000 、2 000、3 000、3 600 mT磁化水灌溉；對照區為普通水灌溉。下同。Note：T1-T4 magnetized water irrigation plots were irrigated with magnetized water of 1 000, 2 000, 3 000 and 3 600 mT, respectively. Control plot was irrigated with ordinary water. The same below.圖1 試驗設計示意圖Fig.1 Schematic of the experiment of drip irrigation

1.3 采樣及測定方法

1.3.1 樣品采集 于2017年5月、10月分別進行野外采樣。試驗區采用滴灌方式，每隔20 d灌水1次，每次灌水6～8 h，試驗期間灌水次數為6次，實際灌水量為1 800 m3·hm-2。在試驗區隨機取樣，每行選取3～4個采樣點，每個采樣點沿一側滴灌帶方向正下方同一水平線上按不同垂直深度0～10、10～20、20～40、40～60 cm進行分層取樣，每層重復取3個樣品，混合為一個樣品。采好后放入密封袋中，在密封袋內外附上標簽，包括樣品名稱、土層深度、經緯度等。將野外采集的土壤樣品帶回實驗室，在實驗室內去除細根和石塊等雜質，自然風干，過2 mm孔篩，用于測定不同土層的土壤含鹽量、土壤可溶性鹽離子組成等。此外，在首次滴灌前一天，按上述采樣層次采集組成混合土壤樣品測定基礎鹽分含量。

1.4 數據處理與分析

其中，Z為土壤脫鹽率(%)；X1為未經磁化水滴灌前土壤鹽分初始值(g·kg-1)；X2為磁化水滴灌后土壤鹽分終值(g·kg-1)。

2 結果分析

2.1 不同磁化水處理下土壤剖面的含鹽量變化

不同磁化水處理下各土層含鹽量的變化見表1。由表1可知，未經磁化處理水灌溉的土壤鹽分變化范圍在1.605～3.682 g·kg-1之間，平均含量約為2.649 g·kg-1。從垂直方向上看，T1、T2、T3表現出0～10 cm的土壤含鹽量均低于40～60 cm，在20～40 cm處最高，且隨著土壤深度的增加呈現出先增加再降低的趨勢；T4、CK則表現出表層土壤含鹽量高于底層，且隨著土壤深度的增加呈現出逐漸降低的趨勢。經不同磁化強度的水灌溉后土壤含鹽量發生明顯變化。灌后土壤含鹽量變化范圍在0.810～3.142 g·kg-1之間，平均含鹽量為1.785 g·kg-1。與灌溉前相比，灌后被磁化的各土層含鹽量均明顯降低，且平均各土層土壤含鹽量降低了約32.83%。垂直方向上不同深度土壤含鹽量變化不一。T1處理下0～60 cm土壤含鹽量降值均較大，其中在20～40 cm降值最為明顯，下降了65%；T2在0～20 cm處土壤含鹽量明顯減少，約平均降低了62.41%；T3、T4在40～60 cm處土壤含鹽量明顯減少，分別降低了48.87%和37.95%；CK土壤含鹽量降低幅度相對較小，且明顯降幅低于磁化水滴灌處理。由此表明，磁化水滴灌能降低土壤中的鹽分含量，較普通水更易使得鹽分淋出土體。此外，與灌前未經磁化水處理相比較，隨著土層深度的增加土壤含鹽量的變化規律也發生了明顯變化，表層含量明顯低于底層，即隨土層深度的增加表現為增加趨勢，表明磁化水滴灌對表層土壤鹽分含量的淋洗效果更加明顯，能夠使土壤鹽分不斷向下運移。

表1 不同磁化水處理下土壤剖面含鹽量變化

2.2 不同磁化水處理下土壤剖面Cl-和含量變化

2.3 不同磁化水處理對土壤脫鹽率的影響

圖2 不同磁化水處理下灌前及灌后土壤剖面的含量分布Fig.2 The profile of soil Cl- and contents before and after drip irrigation under different magnetization water treatments

處理Treatment含鹽量/(g·kg-1)Soil salinity灌前Before irrigation灌后After irrigation脫鹽率/%DesalinationrateCl-含量/(g·kg-1)Cl-content灌前Before irrigation灌后After irrigation脫除率/%RemovalrateSO2-4含量/(g·kg-1)SO2-4 content灌前Before irrigation灌后After irrigation脫除率/%RemovalrateT12.614±0.8911.112±0.14757.470.026±0.010.017±0.00235.320.695±0.1970.427±0.14738.56T23.007±0.5011.865±0.53437.980.068±0.0260.013±0.00281.210.772±0.2210.510±0.21233.84T32.394±0.6471.648±0.80131.160.029±0.0030.007±0.00475.370.570±0.1790.355±0.15637.75T41.894±0.1571.344±0.20529.040.045±0.0240.016±0.01364.690.406±0.0890.139±0.08865.67CK3.335±0.3412.956±0.24711.370.060±0.0020.050±0.00415.840.867±0.1700.834±0.1573.79

3 討 論

不同磁化強度直接影響土壤的脫鹽效果，張瑞喜等[18]通過室內土柱模擬和田間小區滴灌實驗，研究表明磁化水灌溉有利于將更多的鹽分淋洗出土體，且300 mT磁處理效果最佳；李夏等[19]探究了一次磁化、二次磁化處理水灌溉對棉田土壤脫鹽效果的影響，發現二次磁化3 600～2 000 mT效果最佳；王洪波等[24]通過設置4種磁化灌水模式，對比分析了不同磁化強度處理的水灌溉對甜菜增產效果的影響程度，研究認為以二次磁化1 600～2 400 Gs處理效果最佳；在本研究結果中，通過對比4種磁化處理方式，發現T1處理土壤脫鹽率相對較高，即1 000 mT磁化處理效果最佳。由此可以看出，不同作用對象的最佳磁感應強度亦不相同，且磁場強度的大小與脫鹽效果并不成正比。此外，有研究表明磁化水的作用效果，不僅與磁感應強度、磁化時水的流速有關，而且還和它們的交互作用以及作用對象等有關[25]。因此，不同的試驗目的、試驗對象及試驗條件，其最佳磁感應強度都是存在差異的，所以對最佳磁感應強度的確定今后需要進一步深入探究，還需要不斷地進行大田試驗研究。此外，本文僅探究了不同磁化水處理對土壤脫鹽效果的影響，對磁化效果的影響因素探究較少，因此，在后續的研究中，應對磁化水滴灌后土壤的物理化學性質變化原因進行更深入地探討和研究。

磁化水處理技術具有勞動量小、操作簡便快速、投入低、效率高、無污染、無危害等特點[3,18]，具有廣闊的應用前景。因此，在干旱、半干旱地區，磁化水結合滴灌技術可以作為鹽漬化土壤改良措施的一種可選方法，對表層土壤能夠起到較好的改良效果。本文僅對比分析了不同磁化處理下土壤的脫鹽效果，雖未分析其對作物生長態勢及產量與經濟效益等方面影響，但從土壤脫鹽率來看，磁化水滴灌對改良新疆中輕度鹽漬化土壤是一種行之有效的方法。

4 結 論