水肥耦合作用对滴灌枣园土壤盐分的影响

朱 珠，李发永

(塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300)

南疆地处暖温带，属典型大陆性气候，蒸发强烈、干旱少雨，生长季内光热资源丰富，昼夜温差大，无霜期长，适于作物生长[1]。近年来，南疆就坚持把建设特色林果基地作为实施优势资源转换战略的一个重要内容，大力推动林果基地建设，形成南疆环塔里木盆地、东疆盆地、天山北坡特色林果基地[2]。以此为契机，南疆的红枣业逐渐规模化和产业化，而新疆南疆的极端干旱气候，使生态环境十分脆弱，随着社会经济的快速发展使水资源供需矛盾愈加突出[3]。与此同时，滴灌施肥技术也日趋成熟，水肥综合高效利用问题成为研究热点。而灌溉引起的土壤次生盐渍化问题是制约干旱区农业发展的主要障碍[4]。土壤盐分含量过高引起的土壤盐渍化，是土壤肥力降低的重要标志之一, 也是土壤退化的重要表现形式[5]。因此，如何选择适宜的水肥管理模式以达到高效节水、节肥及改善土壤环境是亟待解决的问题。王婧等、 张密密等[6,7]研究认为，灌溉与施肥合理配合综合控盐效应较单一灌溉和施肥的控盐效应更为明显。土壤盐分的定量化研究是确定土壤盐渍化程度的关键环节之一[8]。在描述土壤盐分状况时，国内外大多直接用土壤浸提液电导率来表示土壤盐渍化程度[9-11]。本研究在前人研究基础上，以灌水定额和施肥配比为试验因素，开展以水控盐、以肥控盐为目标的水肥供施模式研究，探讨水肥耦合对土壤电导率的影响规律，以期为南疆枣树合理灌溉施肥，防治土壤盐渍化，促进南疆水土资源和红枣产业可持续发展，提供一定理论依据。

1 试验区概况

试验区位于新疆塔里木大学水利与建筑工程学院节水灌溉试验基地，基地试验用地2 hm2。本地区属于暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，极端最高气温35 ℃，极端最低气温-28 ℃。垦区太阳辐射年均133.7～146.3 千卡/cm2，年均日照2 556.3～2 991.8 h，日照率为58.69%,垦区雨量稀少，冬季少雪，地表蒸发强烈，年均降水量为40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 876.6～2 558.9 mm,无霜期达200 d以上，干旱指数为7～20[12]。土壤质地为砂壤土，属氯化物-硫酸盐类土壤，0～60 cm土层平均土壤容重1.38 g/cm3，土壤初始碱解氮含量34.56 mg/kg，硝态氮19.19 mg/kg，速效磷43.34 mg/kg，速效钾28 mg/kg，土壤初始电导率153 μS/cm，田间持水率为25%，地下水埋深3 m以下。

2 材料与方法

2.1 试验材料与种植模式

枣树选择试验地现有，且生长条件一致，矮化密植种植模式下的4年树龄骏枣为研究对象，种植株行距为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

在枣树全生育期内采用滴灌方式进行不同灌水定额滴水试验，采用单翼迷宫式滴灌带，滴头间距为 30 cm，滴头流量 2.4 L/h。施肥方式为随水滴施肥料。施肥主要以尿素(碳酰二胺—CON2H4)和磷酸二氢钾(KH2PO4)为主。

2.3 试验设计

考虑到水分和肥料的互作效应，在整个枣树生育期内采用滴灌方式进行不同灌水定额滴水施肥试验。全生育期灌水10次，分别为萌芽期1次，花期4次，挂果前期3次，挂果后期2次，每次每个处理灌水定额相同。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，果实膨大期1次。施肥方式为随水滴施，各处理施肥量相同，施肥配比不同。试验选用灌水量和施肥配比两因子，分别用W和F表示。灌水定额设置4个水平，施肥配比设置5个水平，组合形成水肥耦合各处理，共20个处理，每处理3个重复，每10株树为一试验小区，采用随机区组布设。各处理如表1。

2.4 测定项目与方法

土壤电导率测定：在萌芽期、花期、挂果期和果实成熟期灌水前后一天，用土钻在距离枣树根区10 cm处取土，取土深度为0～10、10～20、20～30、30～40、40～50、50～60 cm。用铝盒装土，带入室内用烘箱105 ℃烘干。称取土壤样品10 g放入锥形瓶中，以土水比1∶5的比例加入去离子水50 mL，加塞盖好，置于震荡机充分震荡5 min，制备完成土壤待测液，静置半小时，用DDS-307A 型电导率仪测定浸提液电导率。

2.5 试验数据处理方法

试验数据使用 Excel 2007 软件和DPS数据处理软件进行数据处理及作图，SPSS 20.0软件统计分析(方差分析及LSD最小显著性差异分析)，显著水平P≤0.05。

表1 灌水施肥试验处理表

3 结果与分析

3.1 相同灌水定额不同施肥配比组合土壤电导率变化

测定了各水肥处理坐果期和果实膨大期0～60 cm剖面土壤电导率值。灌水和施肥两因子对土壤剖面盐分平均含量及各土层的含量差异性进行了方差分析(表2～表4)。由分析可知，灌水定额对0～60 cm整体土壤剖面电导率影响未达到显著水平；但分层来看，灌水定额对0～10 cm土层土壤电导率有显著影响(P≤0.01)，对其他各土层电导率的影响也未达到显著水平，说明滴灌定额对土壤表层盐分累积影响极为显著；但施肥配比对0～60 cm整个土壤剖面电导率有显著影响(P≤0.05)。分层来看，对0～10 cm土层电导率值影响极为显著(P≤0.01)、20～30 cm土层电导率影响显著(P≤0.05)，对其他土层盐分影响较小。

表2 枣树根区0～60 cm土层电导率均值方差分析

表3 枣树根区0～10 cm土层电导率均值方差分析

表4 枣树根区20～30 cm土层电导率均值方差分析

图1反映了在相同灌水定额，不同施肥配比组合条件下，土壤电导率平均值的变化。随施氮肥量的增加，土壤电导率值呈现先减小后增大的趋势，当施氮肥的比例增加为70%时，电导率值最大，因此土壤含盐量也最高。这与Ferreria研究结果一致，认为过量施用氮肥会造成土壤次生盐碱化，进而加重盐分对作物生长的不利影响，盐分和氮肥之间表现出明显的交互作用[13]。随着枣树生育期的推进，土壤电导率值呈现减少趋势，果实膨大期土壤剖面0～60 cm平均电导率值较花期减少18.06%。说明水肥耦合效应能够有效控制土壤盐分含量。 图2为相同灌水定额不同施肥配比，土壤电导率垂直分布情况，由图2可知，当灌水定额较大时，土壤电导率值在不同施肥配比组合下，各处理电导率分布差异较大。而当灌水定额很小时，各处理组合土壤电导率垂直分布情况趋于一致，在整个土壤剖面上先减少再增加。整体来看，在40 cm土壤剖面土壤电导率值显著降低，可能是由于该区域盐分受蒸发蒸腾影响向上迁移，受重力排水影响向下迁移，因此呈现低含盐区域带[14]。施用钾肥较多时，土壤电导率在垂直分布上变化较平缓，而施用氮肥较多时，土壤电导率在垂直方向上变化剧烈。当灌水定额较大时(W1和W2)，F4(60%尿素+40%KH2PO4)处理在整个土壤剖面上土壤电导率值最小，F5(70%尿素+30%KH2PO4)处理土壤电导率值最大。由此得出，在高水条件下氮肥与钾肥配比为6∶4时具有显著的抑盐效果。而当灌水定额小时(W3和W4)，采用施肥配比F3(50%尿素+50%KH2PO4)处理在整个土壤剖面上土壤电导率值最小，而当采用施肥配比F5(70%尿素+30%KH2PO4)处理时，土壤电导率值最大。由此得出，在低水条件下氮肥与钾肥配比为5∶5时抑盐效果显著。这也说明水肥对土壤盐分的累积具有一定交互作用。

图1 不同施肥配比对土壤剖面电导率平均值的影响

图2 不同施肥配比对土壤剖面电导率垂直分布的影响

3.2 相同施肥配比不同灌水定额组合土壤电导率变化

由图3可知，当增加施肥配比中钾肥施用量的比重时，随着灌水定额的增加土壤剖面电导率呈增加的趋势；而当增加施肥配比中氮肥施用量的比重时，随着灌水定额的增加土壤剖面电导率呈减少的趋势；但当采用施肥配比F5(70%尿素+30%KH2PO4)处理时，氮钾肥的配比为7∶3，土壤剖面电导率值较其他施肥配比处理显著增加，且在高水条件下，土壤整个剖面电导率值较其他处理增幅显著，但能将盐分淋洗到土层50cm处；相反，在低水条件下，土壤剖面电导率值显著减小。

图3 不同灌水定额对土壤剖面电导率垂直分布的影响

3.3 灌水前后土壤脱盐效果分析

单独进行灌溉时对土壤盐分具有淋洗作用，本研究通过不同水肥组合处理研究发现，当灌水和施肥同时进行时，则会对土壤盐分产生不同的影响。分析了滴灌施肥前后土壤盐分的变化情况，研究表明，一些灌水施肥组合会导致土壤盐分含量增高，主要可能是因为肥料中含有一定量的盐分离子，在土壤中滞留。而一些灌水施肥组合会产生脱盐效果，可能是淋洗起到主导作用。由图4可知，滴灌施肥后各处理土壤电导率均有不同程度的变化。变化量为灌水前的电导率值与灌水后电导率值的差值。增加即为正，减少即为负值。电导率值变化量从9.58至-219.05 μS/cm。脱盐率为灌水前电导率值与灌水后电导率值的差值与灌水前电导率的比值。负值表示积盐，正值表示脱盐。由图4和表5可知，W4F4处理，即灌水定额5.80 m3/667 m2，施肥配比60%尿素+40%KH2PO4，土壤整个剖面脱盐率达到31.15%；而W3F5即灌水定额8.47 m3/667 m2，施肥配比70%尿素+30%KH2PO4，土壤整个剖面积盐率达到81.19%。因此，大部分处理滴灌后土壤盐分呈现不同程度的增加，可能跟滴灌后表层土壤湿润度较高，深层盐分倾向于向土表聚集。但是高灌水定额时，随着湿润层的迅速下移，脱盐逐渐占据主导。而由于不同的施肥与滴灌处理的交互作用，导致了土壤盐分的变化情况也各不相同。总体上看，W4F4处理的节水控盐效果较好。

图4 不同施肥配比处理灌水前后土壤剖面电导率平均值变化

3.4 水肥互做效应对土壤电导率的影响

对花期灌水前土壤电导率值分析，灌水定额与施肥配比两因子互做效应在各土层均呈现显著性，如图5所示，在土壤表层土壤电导率值最高，最高值达到677.5 μS/cm，土壤盐分表聚现象显著，可能是蒸腾作用、土壤水势存在梯度差和土壤表面蒸发的以及滴灌施肥相互作用下引起土壤盐分表聚。0～10 cm土层，当灌水定额最大，施肥配比中氮钾肥呈7∶3比例时，土壤电导率值达到峰值。而当灌水定额小，W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈5∶5时，土壤电导率值达到最低值158.8 μS/cm。10～20 cm土层，当灌水定额W2(11.60 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈3∶7时，土壤电导率值达到峰值610 μS/cm；而当灌水定额最大， W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈4∶6时，土壤电导率值达到最低值141 μS/cm。20～30 cm土层，当灌水定额W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈6∶4时，土壤电导率值达到峰值416 μS/cm；而当灌水定额 W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈4∶6时，土壤电导率值达到最低值141.3 μS/cm。30～40 cm土层，土壤电导率值显著减少。当灌水定额W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈6:4时，土壤电导率值达到峰值354 μS/cm；而当灌水定额最大， W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈6∶4时，土壤电导率值达到最低值132.5 μS/cm。40～50 cm土层，当灌水定额W1(14.27 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈3∶7时，土壤电导率值达到峰值341 μS/cm；而当灌水定额 W2(11.60 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈4:6时，土壤电导率值达到最低值72.8 μS/cm。50～60 cm土层，当灌水定额W4(5.80 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈6∶4时，土壤电导率值达到峰值329 μS/cm；而当灌水定额 W3(8.47 m3/667 m2)，施肥配比中氮钾肥呈6∶4时，土壤电导率值达到最低值115.4 μS/cm。

表5 灌水前后0～60 cm土壤电导率平均值变化分析 μS/cm

图5 不同灌水施肥处理对各土层土壤电导率耦合影响

4 结 论

研究极端干旱区不同水肥措施下土壤盐分的变化规律，不仅对分析以水调盐与以肥调盐作用十分必要，也对指导合理灌溉施肥和改善土壤环境具有重要的意义，同时对干旱区绿洲的田间水肥科学管理具有理论意义和实践价值。研究结果表明：

(1)灌水定额与施肥配比均对0～10 cm土壤电导率有显著影响(P≤0.01)，灌水定额对其他各土层电导率的影响未达到显著水平。施肥配比因子对0～60 cm整个土壤剖面电导率平均含量有显著影响(P≤0.05)，对20～30 cm土层电导率影响显著(P≤0.05)，对其他土层盐分影响较小。水肥对土壤盐分的累积具有一定交互作用，高水条件下，氮肥与钾肥施用配比为6∶4；低水条件下，氮肥与钾肥配比为5∶5时抑盐效果显著。

(2)随施氮肥量的增加，土壤电导率值呈现先减小后增大的趋势，当施氮肥的比例增加为70%时，土壤电导率值最大，施用钾肥较多时，土壤电导率在垂直分布上变化较平缓，而施用氮肥较多时，土壤电导率在垂直分布上较急剧。在施肥配比中，氮肥施用比例对土壤电导率影响权重较大。当施肥配比氮钾比为7∶3时，土壤严重积盐。

(3)在水肥共同作用下，土壤盐分表聚现象显著，各层土壤电导率呈现峰值与最低值的水肥组合呈现一定规律性，灌水多时，多施氮肥；灌水少时，多施钾肥，能够达到脱盐作用。通过脱盐率分析，得出W4F4处理脱盐率较高，节水控盐效果较好。

参考文献：

[1] 刘晓芳,蒋 腾.新疆发展特色林果的优势与途径[J].经济林研究,2006,24(3):88-91.

[2] 刘敬强,王冠生.新疆特色林果业资源时空分异规律研究[J].干旱地区农业研究，2012,(3):22-25.

[3] 冯春林.新疆现代林果业建设的目标任务和主要内容[J].新疆林业,2012,(2):8-10.

[4] 姚宝林,孙三民,孙 建,等.节水控盐滴灌对土壤盐分、红枣光合及产量的影响[J].干旱地区农业研究,2011,29(4):148-152.

[5] 刘国东,郑德明,姜益娟,等.南疆果园滴灌条件下土壤盐分的空间异质性分析----以农十四师224团典型地块为例[J].土壤通报,2011,(5):1 050-1 056.

[6] 王 婧,逄焕成,任天志,等.地膜覆盖与秸秆深埋对河套灌区盐渍土水盐运动的影响[J].农业工程学报,2012,28(15):52-59.

[7] 张密密,陈 诚,刘广明,等.适宜肥料与改良剂改善盐碱土壤理化特性并提高作物产量[J].农业工程学报, 2014,30(10):91-98.

[8] 田长彦,周宏飞,刘国庆.21世纪新疆土壤盐渍化调控与农业持续发展建议[J].干旱区地理,2000,23(2):177-181.

[9] 陈 闻,吴海平,王 晶,等.舟山海岛地区土壤盐分与电导率的关系[J].浙江农业科学,2016,(9):1 555-1 557.

[10] 辛明亮,何新林.土壤可溶性盐含量与电导率的关系实验研究[J].节水灌溉, 2014,(5): 59-61.

[11] 何文寿,刘阳春,何进宇.宁夏不同类型盐渍化土壤水溶盐含量与其电导率的关系[J].干旱地区农业研究,2010,28(1):111-115.

[12] 李发永,王 龙,王兴鹏,等.适宜滴灌定额提高枣棉间作中棉花产量和土地生产效率[J].农业工程学报, 2014,(14):105-114.

[13] T C Ferreria，M K V Carr. Response of potatoes to irrigation and nitrogen in a hot dry climate[J]. Field Crops Reseach, 2002(78):51-64.

[14] 张江辉,王全九,巨 龙,等.田间滴灌入渗与蒸发条件下土壤水盐分布特征[J].干旱区地理,2009,32(5):684-690.