明沟排水对盐渍化枣田土壤盐分的影响

张开祥, 马宏秀, 孟春梅, 李宗飞, 王开勇

(石河子大学 农学院, 新疆 石河子 832003)

新疆自治区是全国数量最大、种类最多的盐渍化土壤分布区，土壤盐渍化严重制约着新疆农业可持续发展，所以盐碱地的改良在新疆是一项不可忽视的重任。改良盐碱地的方法主要有物理、化学、生物和工程方法。明沟排水是根据“盐随水来，盐随水去”的水盐运移特点，挖掘深度低于地下水位的明沟，排灌相结合,即土壤水溶性盐随灌溉水下渗、侧渗进入沟渠，并由沟渠排出农田，从而使地下水位下降到临界返盐深度以下,从而最终达到脱去适量土壤水溶性盐的目的[1-3]。挖掘、维护工程简单等特点也使得明沟排水成为改良盐碱地的一项重要农业水利工程措施[4-6]。枣树在南疆广泛种植,一方面因为它有广泛的用途和较高的经济价值,另一方面是它在中度盐化土壤上比柳树、杨树、榆树和白蜡树等更能适应于盐碱荒滩的生存环境,也可起到改良盐渍化土壤的作用[7]。因此，枣树的种植对提高干旱区植物覆盖率,使生态环境向良性循环发展具有重大意义。适当的盐分、pH值胁迫有利于提高枣树的果实品质[8]，但过高的土壤盐分、pH值也会抑制枣树种子萌发、使果实的产量和品质降低，严重的会造成枣树无法正常生长，甚至死亡[9]。为此，研究明沟排水对盐渍化枣田土壤盐分分布规律的影响[10-14],明确明沟排水降盐效应，不仅可提高枣树经济效益和生态防护效应[15]，也为今后盐渍土长期改良治理措施提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区在新疆生产建设兵团第十四师二二四团七连(北纬37°20′N，东经79°17′E)，位于塔克拉玛干沙漠南缘，距和田市75 km，属于典型的暖温带干旱荒漠气候，土壤类型以风沙土为主，年平均气温12.2 ℃，年降水量33.5 mm，当地以红枣为主导产业，滴灌红枣486.67 hm2，研究区即为多年连植枣田。区域内明沟纵横交错，明沟深度5～7 m，宽度15～30 m，据枣田地势条件而定。

1.2 试验方案

1.3 研究方法

土壤水溶性性盐的浸提：采用5∶1的水土比震荡5 min浸提溶盐。

土壤水溶性盐的测定：钙和镁的测定采用EDTA滴定法；钾和钠的测定采用火焰光度法；碳酸根和碳酸氢根的测定采用双指示剂—中和滴定法；硫酸根的测定采用EDTA间接络合滴定法；氯离子的测定采用硝酸银滴定法测定；电导率值的测定采用DDS-307电导率仪测定；pH值的测定采用PHS-3C型实验室pH计测定。

1.4 统计分析

运用Excel 2010 软件统计数据；采用IBM SPSS Statistics 19在单因素方差分析的基础上，对离明沟不同距离和不同土层间土壤盐分离子含量、pH进行多重比较，以距离和深度两个因素分别对以上指标的影响进行单变量多因素方差分析；采用Origin 8.5进行绘图。

2 结果与分析

2.1 明沟排水对土壤pH值的影响

由表1可知，不同距离和深度对土壤pH值的影响极显著(p<0.01)，pH值变化范围在7.36～9.16之间。同一土层深度随距离的增加，pH值呈先减小后增加再减小，在40 m处pH值最高，10 m处pH值最低。同一距离随深度的增加，pH值先减小后增加再减小，但pH值变化幅度小于0.5个单位，变化幅度较小。

2.2 明沟排水对电导率值的影响

由表2可知，距离和深度对土壤电导率值的影响极显著，电导率值变化范围在119.6～4963.8 μS/cm之间。同一深度土层随距离的增加，电导率值呈现先减小后增大的变化趋势：在0 m处电导率值最大，之后开始逐渐减小，在40 m处电导率值达到最小，40 m以后开始逐渐增加，说明明沟排水对减少40 m内土壤盐分作用效果明显，而在40 m后明沟的排盐作用明显减弱，导致土壤盐分含量逐渐升高，说明明沟的最佳排盐距离在40 m左右。相同距离下随土层深度的增加，土壤电导率值先减小后增加，可能由于滴灌影响，盐分在0—20 cm和60—100 cm聚集。

表1 明沟排水下不同距离和土层pH值

注：小写字母表示横行同一土层距离变化之间pH值0.05水平显著性比较；大写字母表示竖列同一距离不同土层深度pH值0.05水平显著性比较。* 表示p<0.05水平上因子影响显著，** 表示p<0.01水平上因子影响极显著。下同。

表2 明沟排水下不同距离和土层电导率值

注：小写字母表示横行同一土层距离变化之间电导率值0.05水平显著性比较； 大写字母表示竖列同一距离不同土层深度电导率值0.05水平显著性比较。

2.3 明沟排水对土壤阳离子盐分分布的影响

由图1可知，不同距离对枣田土壤阳离子盐分含量影响差异极显著(p<0.01)，总体呈现0—40 m显著降低，40—100 m逐渐升高的趋势。在相同距离不同深度土层中，土壤阳离子含量总体呈现“先减后增”的趋势，在0—20 cm和60—100 cm存在盐分聚集现象。本研究测得研究区K+含量变化在11.7～232.0 mg/kg之间。随距离的增加，各个土层K+含量均表现为“先减后增”：0 m处K+含量最高，随距离的增加K+含量显著降低，40 m处达到最低，之后开始升高，说明明沟排水降低0—40 m范围内K+含量效果显著。相同距离下，土壤K+含量随土层深度的增加先降低后增加，在0—20 cm发生了K+聚集现象。由图1可知，随距离的增加，各个土层的Na+含量变化表现为“先减后增”：0 m处Na+含量最高，随距离的增加Na+含量开始显著降低，40 m处最低，40 m后Na+含量开始显著增加，说明明沟排水可以显著降低0—40 m范围内Na+含量。相同距离下，土壤Na+含量随土层深度的增加先降低后增加，在0—20 cm发生Na+聚集现象。相同土层，随距离的增加，Ca2+含量变化表现为“先增加后降低再增加”：Ca2+含量从0 m处开始显著增加，10 m处达到最高，之后随距离的增加Ca2+含量显著降低，40 m处达到最低，之后随距离的增加Ca2+含量又显著增加。Mg2+含量随距离的增加，各土层表现为“先降低后增加”趋势，表层Mg2+含量最高，之后随距离的增加Mg2+含量显著降低，40 m处达到最低，40 m后随距离的增加Mg2+含量逐渐增加。相同距离下土壤Mg2+含量随土层深度的增加逐渐降低，在土壤表层以下未发生明显的Mg2+聚集现象。

2.4 明沟排水对土壤阴离子盐分分布的影响

图1 明沟排水下不同距离和土层土壤阳离子盐分分布

图2 明沟排水下不同距离和土层土壤阴离子盐分分布

2.5 明沟排水对土壤盐基离子当量比的影响

表3 明沟排水下不同距离和土层土壤盐基离子当量比

3 讨论与结论

本研究结果表明，明沟排水可以显著降低土壤含盐量，从而改良盐碱土，此结果与前人研究结果一致[16]。研究发现距离排水明沟40 m范围内土壤含盐量明显高于40 m之外，可能是由于滴灌的原因，40 m之外的土壤盐分向排碱沟运移，盐分聚集在距离排碱沟40 m范围内；也可能是由于排碱沟大小的限制，使得明沟内的水无法及时排出重新渗入土壤，将盐分离子重新带入土壤。由图1—2可得，0—20 cm土层和40—60 cm土层容易造成盐基离子的聚集现象，本研究认为，盐基离子在0—20 cm土层聚集是由于新疆南疆地区蒸发量大及不合理灌溉，将土壤底部的盐基离子带入表层引起的，此结论与谢海霞等[17]的研究结果一致，而40—60 cm土层盐基离子的聚集与人为滴灌密不可分，滴灌的次数和一次滴灌量均影响着盐基离子的移动。因此，本研究发现，排碱沟的大小深度、灌溉量、灌溉方式及当地的水文地理环境均直接影响着明沟排水降盐效果。针对此问题，后期将继续深入研究。

[参考文献]

[1] 张建锋,张旭东,周金星,等.世界盐碱地资源及其改良利用的基本措施[J].水土保持研究,2005，13(6):32-34.

[2] 刘慧涛,谭莉梅,于淑会,等.河北滨海盐碱区暗管埋设下土壤水盐变化响应研究[J].中国生态农业学报,2012,20(12):1693-1699.

[3] 谭丹,谭芳.明沟排水条件下盐碱地改良优化配水模式[J].灌溉排水学报,2009,28(1):97-100.

[4] 王佳丽,黄贤金,钟太洋,等.盐碱地可持续利用研究综述[J].地理学报,2011,66(5):673-684.

[5] Van H J W. Drainage for salinity control[R].The Netherlands: Wageningen Agricultural University,1997:1-55.

[6] 李山,罗纨,贾忠华,等.半湿润灌区控制排水条件下降雨洗盐计算模型研究[J].水利学报,2015,46(2):127-137.

[7] 陈鑫.明沟与暗管排盐改良盐碱地技术模式比较分析[J].中国农业信息,2016(13):36-39.

[8] 徐呈祥.等渗透势干旱、盐、碱胁迫下5个枣品种及酸枣的生物学响应与抗逆性[J].中南林业科技大学学报,2012,32(12):139-146.

[9] 位杰,王合理,吴翠云,等.复合盐碱胁迫对灰枣果实内在品质的影响[J].干旱地区农业研究,2015,33(3):144-147.

[10] 王柏青,王耀辉.混合盐碱胁迫对沙枣种子萌发的影响[J].东北林业大学学报,2008,36(12):9-12.

[11] Zhu Jiankang. Plant salt tolerance[J]. Trends in Plant Science,2001,6(2):66-71.

[12] 张立华,陈沛海,李健,等.黄河三角洲柽柳植株周围土壤盐分离子的分布[J].生态学报,2016,36(18):5741-5749.

[13] 姜林,耿增超,李珊珊,等.祁连山西水林区土壤阳离子交换量及盐基离子的剖面分布[J].生态学报,2012,32(11):3368-3377.

[14] 吕殿青,王全九,王文焰,等.土壤盐分分布特征评价[J].土壤学报,2002,39(5):720-725.

[15] 王慧,解文斌,刘宁,等.基于栽植沙枣的晋北盐碱地土壤改良处理组合研究[J]. 水土保持学报,2016，30(4):281-287.

[16] 苟宇波,宋沙沙,何欣燕,等.暗沟对宁夏盐碱地土壤盐分和垂柳生长的影响[J].应用与环境生物学报,2017,23(3):548-554.

[17] 谢海霞,王开勇,龚江,等.新疆玛纳斯河流域灌溉水质对滴灌农田土壤盐分影响研究[J].节水灌溉,2012(10):1-4.

[18] 刘韬韬,熊友才,杨岩,等.玛纳斯河下游绿洲荒漠交错带土壤盐碱化特征分析[J].石河子大学学报:自然科学版,2012,30(2):186-192.