微咸水灌溉方式对设施番茄根区土壤矿质元素及离子含量的影响

田 萍，李 娟，李建设，高艳明，任 慧，曹少娜

(宁夏大学农学院， 宁夏 银川 750021)

近年来，随着人口的增加和经济的快速发展，可用于农业的淡水资源越来越少，因此世界各国已将微咸水的开发利用作为缓解水资源的重要举措，并把微咸水开发再利用作为弥补淡水资源短缺的重要途径之一[1-2]。微咸水是指矿化度在2～5 g·L-1范围内的水资源[3]，我国拥有200亿m3可利用微咸水，西北地区(新疆、甘肃、宁夏、陕西、青海、内蒙部分地区)地下可开采微咸水资源总量约为88.6亿m3。宁夏地区可开采微咸水资源量约为6.67亿m3·a-1，微咸水所占水资源总量比例为35.21%，是全国微咸水所占比例最高的个省级行政区之一[4]，所以在西北地区进行微咸水灌溉利用的研究很有必要。

微咸水灌溉利用方式主要有3种，即直接灌溉、咸淡水混灌和咸淡水轮灌[5]。对于同一种矿化度的灌溉用水来说，灌水方式不同，其灌水效果不同[6]。本文在前人研究的基础上，结合当地水质、土壤理化性质以微咸水(EC=3 mS·cm-1)不同方式灌溉为处理，研究了不同生育期日光温室番茄根区土壤矿质元素及离子含量，阐明微咸水不同灌溉方式对设施番茄生育期土壤矿质元素及离子含量的影响，为微咸水合理、安全利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为京番301，属于无限生长型，粉果，中熟品种。供试土壤为取自银川市良田镇植物园村的沙土。试验所用淡水(EC=1.07 mS·cm-1)为原温室井水，微咸水(EC=3.0 mS·cm-1)是根据宁夏银川地区微咸水的离子成分，在原温室地下淡水的基础上添加4种工业盐(NaHCO3、MgSO4·7H2O、CaCl2、K2SO4)配制而成。试验地水质及沙土理化性质见表1。

表1 供试水质及沙土理化性质

1.2 试验设计

试验于2016年2—7月在宁夏大学农科实训基地5号日光温室进行，在防渗措施与灌水定额相同条件下，共设5个处理，分别为CK：微咸水直接灌溉、T1：地下淡水灌溉、T2：混合水灌溉(微咸水：淡水=1∶1)、T3：微咸水与淡水按生育期轮灌(苗期、开花期用淡水处理，果实发育期微咸水处理)、T4：微咸水与淡水按次轮灌，每个处理3次重复，共15个小区，小区完全随机排列，各处理除灌水方式不同外，其余管理措施均相同。

1.3 试验方法

2016年番茄移苗前在温室中下挖栽培槽，槽长6.5 m，槽宽0.6 m，深0.5 m，槽间距0.9 m，槽四周、走道及底部覆盖2 mm厚的土工布(毛毡加一层塑料)，以防水肥漏渗并隔离病虫害，之后向槽中填满沙土。人工翻地，翻地前各处理均施入等量底肥，分别为生物有机肥80 t·hm-2，活力木素4 t·hm-2，尿素0.1 t·hm-2，撒可富磷酸二铵1 t·hm-2，沃夫特硫酸钾型复合肥(总养分≥51%)1.1 t·hm-2，重过磷酸钙1.3 t·hm-2。2月23日定植番茄，苗态4叶1心。番茄定植时浇透清水以促进缓苗，缓苗后开始微咸水不同灌溉方式处理。按次轮灌用2个容积为180 L的黑色水桶储水，其余4个处理各用1个水桶，桶底放入小型潜水泵，接通出水管，滴灌供液，每个小区安装2根滴灌带。另外，在第一穗花开花期及每穗果坐果期随滴灌追施沃夫特大量元素水溶肥料(含：N 16%，其中硝态氮占9%，P2O56%，K2O 36%；B 0.2%、Cu、Zn、Fe、Mn各0.05%)，每次每桶追施500 g。单杆整枝，留5穗果，每穗留4-5个果实。7月6日拉秧，拉秧前5天停止灌水。

1.4 试验测定项目及方法

在坐果期、盛果期、盛果后期分别取番茄根区0～20 cm土壤样品测定养分、速效微量元素及八大离子含量。其中全盐测定用5∶1水土比震荡浸提后用电导率仪进行，全氮测定用H2SO4催化剂消煮-凯式定氮法，速效氮测定用饱和K2SO4浸提—凯式定氮法，全磷测定用H2SO4-HClO4消煮-钼锑抗比色法，速效磷测定用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速钾测定用NH4OAc浸提-火焰光度法；速效铁、锰、锌、铜用DTPA溶液浸提-原子吸收光谱法测定。八大离子测定均用5∶1水土比震荡浸提，C032-、HCO3-测定用双指示剂-中和滴定法，Cl-用硝酸银滴定法测定，SO42-、Ca2+、Mg2+用EDTA络合滴定法测定，K+、Na+用火焰光度法测定[8-9]。

2 试验结果与分析

2.1 微咸水灌溉方式对坐果期、盛果期、盛果后期番茄根区土壤养分及离子含量的影响

2.1.1 对全量养分含量的影响 表2数据表明，根区土壤表层20 cm中全盐、全氮含量在番茄坐果期～盛果期～盛果后期大致呈先减少后增加的趋势，这与盛果期番茄果实量多，需肥量增大，盛果后期果实大量减少，对养分需求量也随之减少有关。番茄三个生育期土壤全盐含量均以CK最高，极显著高于其它4个处理，说明相对于其它灌溉制度，微咸水直接灌溉会增加土壤全盐含量。T1和T4处理土壤全盐含量均较低，但到盛果后期时T4处理全盐含量显著大于T1，这是因为随番茄生育期推进微咸水灌溉次数增多导致土壤中盐分离子积累造成的。坐果期、盛果后期CK处理土壤全氮含量最高，盛果期T1、T2处理土壤全氮含量最高，CK、T4处理含量最低，分析原因可能是少量微咸水灌溉可以提高土壤氮素含量，但随着灌溉量增多，各种盐分离子不断累积，影响了土壤物理及化学性质，进而导致土壤养分失调，盛果后期植株养分需求减少，对氮的吸收减少，全氮含量又会有所增加。三个生育期番茄根区土壤全磷含量大致呈逐渐降低的趋势，T1处理土壤全磷含量在番茄三个生育期均最高，极显著高于其它四个处理，说明相比于淡水灌溉微咸水以各种方式灌溉均会降低土壤全磷含量，这是因为一方面，微咸水参与灌溉可能增加了土壤中金属离子含量，进而导致磷被土壤的胶体颗粒或金属离子吸附而固定在土壤中；另一方面，微咸水灌溉可能降低了土壤中相关微生物活性，如氨化细菌、解有机磷和解无机磷细菌，进而使土壤中磷含量降低[10]。

表2 番茄坐果期、盛果期、盛果后期根区土壤全量养分含量

注：表中大写字母代表在0.01水平差异显著，小写字母代表在0.05水平差异显著。下同。

Note: In the table, capital letters showed 0.01 level significant difference, lowercase letters showed 0.05 level significant difference. The same as below.

2.1.2 对速效养分含量的影响 由表3中的数据可知，番茄坐果期、盛果期、盛果后期根区土壤速磷、速钾含量及CK、T4处理速氮含量大致均呈先降低后升高的趋势，T1、T2、T3土壤速氮含量呈先升高后降低的趋势。番茄三个生育期CK处理下土壤速氮含量在坐果期、盛果后期均最高，且与全氮含量变化趋势相同，速钾含量在盛果期、盛果后期均最高且与其它4个处理差异极显著，这可能与微咸水灌溉带入的K+在土壤中积累有关。T1处理三个生育期番茄根区土壤速磷含量均较高，坐果期土壤速钾含量最高。盛果期、盛果后期T4处理速效磷、钾含量均较低。综合来看，淡水灌溉有利于提高土壤速效磷含量及盛果期速效氮含量，长时间微咸水灌溉可以增加土壤中速效氮及速效钾含量。

表3 番茄坐果期、盛果期、盛果后期根区土壤速效养分含量

2.1.3 对根区土壤离子含量的影响 由表4中的数据可以看出，番茄三个生育期土壤表层20 cm中HCO3-、SO42-、Mg2+含量均大致呈先减少后增加的趋势，盛果期含量最低，CK处理土壤这3种离子含量在番茄三个生育期中均最大，T2、T3、T4次之，T1最小且与CK相比差异达极显著水平。随番茄生育期的推进土壤中Cl-、Na+含量呈逐渐增加的趋势，盛果后期达到最大，CK处理下土壤中这2种离子含量均高于其它处理。CK处理土壤中钠离子含量在番茄三个生育期内均最大，且在坐果期、盛果期时与其它4个处理差异达极显著水平，随生育期的推进，T3处理土壤中钠离子含量不断增加，至盛果后期时仅次于CK处理。T2、T4处理钠离子含量居中，T1处理三个生育期土壤钠离子含量均最低，与CK差异极显著。Ca2+、K+随番茄生育期的推进大致呈先升高后降低的趋势，盛果期含量最高。坐果期、盛果期T1处理土壤Ca2+含量最高，与其它4个处理相比差异显著，盛果后期CK处理土壤Ca2+含量最高，T2、T3、T4次之，T1最低，且极显著小于其它4个处理，这可能是微咸水中钙离子含量较高且根区较高的盐分离子抑制植株吸收两方面原因导致的。番茄坐果期CK处理K+含量最小，T1处理含量最大，两者差异极显著，盛果期、盛果后期CK处理土壤K+含量最高，T1处理含量最低，两者差异极显著，这与CK处理土壤速效钾含量较高相对应。三个生育期T2、T4处理土壤钾离子含量均比较接近，差异不显著，T3处理土壤中K+变化趋势与钠离子相同，至盛果后期含量仅次于CK处理，这也是微咸水长期灌溉下离子在土壤中积累的结果。

表4 番茄坐果期、盛果期、盛果后期根区土壤离子含量

2.2 对番茄坐果期、盛果期、盛果后期根区土壤微量元素含量的影响

如图1中A、B、C、D四个图所示，番茄坐果期-盛果期-盛果后期土壤速效铜和速效锰含量大致呈降低趋势，速效锌和速效铁呈上升趋势，且从图中可以看出三个生育期番茄根于土壤速效铜、锌、铁、锰含量均以T2处理最高。由图1中A图可知，番茄盛果期、盛果后期CK处理土壤速效铜含量仅次于T2处理,二者差异不显著，T1处理土壤速效铜含量最低，与CK、T2差异极显著。如图1中B图所示，不同处理对番茄各生育期根区土壤速效锌含量的影响与速效铜相似，三个生育期均以T2处理最高。T3处理坐果期根区土壤速效锌含量最低，CK次之，盛果期、盛果后期CK处理含量仅次于T2处理。土壤速效铁含量如图1中C图所示，除T2处理外，CK处理三个生育期番茄根区土壤中速效铁含量最高，与T2处理差异不显著，T1处理含量最低，与T2、CK差异极显著。各处理对土壤速效锰含量的影响与铜、锌、铁稍有不同，除T2处理外，T4处理下土壤速效锰含量较高，T1次之，CK处理番茄三个生育期土壤速效锰含量均最低，且与T2处理差异极显著。由此可知，微咸水：淡水=1:1的混合水灌溉最有利于提高土壤中铁、锰、锌、铜的含量，微咸水整个生育期直接灌溉不利于土壤速效锰的积累，整个生育期淡水灌溉土壤中这4种微量元素含量均不高。

注：① 图中折线为番茄各生长期根区土壤速效铜、锌、铁、锰含量的平均值。② 图中大写字母代表在0.01水平差异显著，小写字母代表在0.05水平差异显著，下同。

Note: ① The line in the figure showed the average content of available Cu,Zn,Fe,Mn of every growth period. ② In the table, capital letters showed 0.01 level significant difference, lowercase letters showed 0.05 level significant difference. The same as below.

图1各处理番茄坐果期、盛果期、盛果后期根区土壤速效铁、锰、锌、铜的含量

Fig.1 Contents of available Cu,Zn,Fe,Mn of tomato root zone soil at three periods(fruit-set period, full bearing period, later stage of fruit bearing period) of every treatment

3 结论与讨论

微咸水灌溉方式不同，番茄不同生育期根区土壤中各种矿质元素和离子的含量也不同。微咸水灌溉一方面可以提高番茄坐果期、盛果前期、盛果后期根区土壤全盐、速效钾及HCO3-、SO42-、Mg2+、Na+等离子的含量，这与微咸水中含有较高浓度的矿物质离子有关，但Na+含量的增多会导致土壤黏粒和团聚体分散,使土壤对水和空气的渗透性降低，并引起Ca2+、Mg2+的缺乏和其他营养失调[11]；另一方面可以提高坐果期、盛果后期土壤全氮、速氮含量，显著降低盛果前期土壤全氮、速氮含量及各时期土壤全磷、速效磷含量，原因可能与微咸水参与下土壤pH及微生物含量的变化有关[12]，以上两点与淡水灌溉下土壤全磷、速磷、速钾、盛果前期土壤全氮、速氮及钙离子含量均较高相呼应。微咸水∶淡水=1∶1的混合水灌溉还可以显著提高番茄三个生育期根区土壤中铁、锰、锌、铜4种微量元素的含量，其影响机理有待进一步探索。微咸水、淡水按生育期轮灌下三个生育期番茄根区土壤中全量养分、速效养分含量居中，盐分离子含量与混合水灌溉及微咸水、淡水按次轮灌差异不显著，但整体以按次轮灌处理土壤中盐分离子积累最少。综上，微咸水灌溉方式对番茄不同生育期根区土壤中矿质元素和离子含量影响较大，根据植株生长情况合理利用微咸水不但可以有效避免微咸水中高浓度盐分离子对土壤及植株生长的不良影响，而且可以提高土壤养分含量，进而促进植株生长发育。该试验表明，相比淡水灌溉而言，微咸水、淡水按次轮灌可以一定程度提高土壤中全量养分和速效养分含量，相比微咸水参与下的其它3种灌溉方式而言，该处理番茄根区土壤中盐分积累较少。因此，微咸水、淡水按次轮灌为微咸水较为合理、安全的利用方式。

致谢：本文是在导师高艳明教授的课题支撑下完成的，所以首先要感谢我的导师为我提供的宝贵机会，其次要感谢我的合作指导教师李建设教授，最后感谢在试验过程和论文写作过程中为我提供帮助的师姐师妹们，谢谢大家！

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