地下滴灌苜蓿种子田土壤养分及盐碱分布规律

孙群策，张树振，姜涛福，王永琪，岳海燕，彭凤君，徐婉宁，张 博

（新疆农业大学草业学院/西部干旱荒漠区草地资源与生态教育部重点实验室/新疆草地资源与生态重点实验室，乌鲁木齐 830052）

紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作为我国西北地区广泛种植的豆科牧草，因其具有产量高、品质好、适口性好等特点，有“牧草之王”之美誉[1]。但长期以来苜蓿种子生产仍采用传统的制种技术，种子单产低且不稳定，制约了草种业的产业化发展。因此，要改善苜蓿种子生产的落后现状就不可避免的要改进苜蓿制种技术和提高种子田的水肥管理水平。

地下滴灌技术被认为是最有开发潜力的节水灌溉技术之一，已在我国西北地区苜蓿生产中普遍应用[2，3]。但在多年的持续生产过程中，部分紫花苜蓿种植受到了土壤盐渍化的影响。前人研究表明在盐浓度较高的根际土壤中，植物会因受到盐胁迫减少吸水量从而造成生理干旱[4]，因此在滴灌条件下土壤养分和盐分的分布和富集是决定紫花苜蓿长势的关键所在[5，6]。自然和人为管理因素均会影响土壤盐分和养分的空间变化[7]，顾文婷等[8]的研究表明增施有机肥在增加土壤养分满足作物生长需求的同时还可以抑制土壤中盐分积累，有利于改善盐碱土壤的理化性质。因此在特定条件下分析土壤盐分和养分在迁移过程中的空间分布变化，是合理改善土壤的基础，为了区域农田土壤管理和作物生产提供更好的指导掌握土壤中盐分和养分的空间异质性是必要的[9]。

鉴于此，本研究以利用4年的地下滴灌新牧4号紫花苜蓿种子田为研究对象，探讨地下滴灌对土壤中的养分、盐碱分布的影响以及地下滴灌模式下的多年利用是否会使土壤养分和盐碱的空间分布产生异质性富集，为地下滴灌新牧4号紫花苜蓿种子田水肥管理和土壤管理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于新疆农业大学呼图壁草地农业生态试验站进行，该站地处44°2′N，86°6′E，海拔439～454 m；光热资源丰富，年太阳辐射量为5.56×102kj·cm-2，年照射时长为3 110 h，年日照百分率70%；年降水量为161.3 mm，蒸发量为2 112.7 mm，无霜期165～190 d；试验地土壤为盐化灰漠土。

1.2 试验设计

取样地为地下滴灌条件生长至第4年的苜蓿种子田，建植行距为80 cm、40 cm宽窄行。滴灌系统于紫花苜蓿建植当年铺设，供水方式为由主管（Φ75 PE管，新疆大禹节水有限公司）连接给水滴灌带，滴灌带种类为内镶贴片式，埋于地表之下15 cm，铺设间距为120 cm，每个出水滴头额定流量为1.38 L·h-1，该种子田采用常规田间管理。试验采取完全随机设计，在该试验地选取滴灌带随机一侧的水平方向0 cm、10 cm、20 cm、30 cm、40 cm设置五个取样点，在每个取样点地表下方垂直于地面距离0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm、50～60 cm的深度分别各取6个土层的土样，共设置5组重复。将取得的土样立即带回实验室测定碱解氮、速效磷、速效钾、电导率、pH值等指标。

1.3 测定项目与方法

1.3.1土壤电导率

土壤电导率的测定采用的方法为电极法，详细参考中国国家生态环境部发布的标准《土壤电导率的测定电极法》（HJ 802-2016）。

1.3.2 pH值

土壤pH的测定采用比色法。

1.3.3 碱解氮

碱解氮的测定采用碱解扩散法。

1.3.4 速效磷

速效磷的测定采用碳酸氢钠浸提法。

1.3.5 速效钾

速效钾的测定采用NH4OAc浸提—火焰分光光度法，具体实验操作详见《土壤农化分析》第三版。

1.4 数据处理

测定数据采用SPSS 26.0软件进行统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，对不同垂直深度和不同水平间距处理的养分、盐分含量进行双因素方差分析及各养分、盐分各指标的相关性分析，采用Duncan法进行数据的多重比较。制图使用origin 2021。

2 结果与分析

2.1 地下滴灌新牧4号紫花苜蓿种子田土壤养分分布规律

碱解氮分布规律如表1所示，在水平方向上，距滴灌带0～20 cm的范围内土壤碱解氮含量逐渐升高，20～40 cm逐渐下降，并且在距滴灌带水平间距20 cm处土壤碱解氮含量达到峰值，显著高于0 cm、30 cm、40 cm水平间距的土壤碱解氮含量（P＜0.05）；垂直方向上，随着土壤深度的增加，碱解氮含量呈逐渐降低趋势，并且0～30 cm浅层土壤中的碱解氮含量显著高于30～60 cm深层土壤（P＜0.05）。因此，地下滴灌模式下土壤碱解氮分布于滴灌带水平方向0～20 cm，垂直方向0～30 cm处的土壤表层。

速效磷分布规律如表1所示，在水平方向上，随距离滴灌带距离增加，速效磷含量呈先降低后增加的趋势，并在距滴灌带20 cm处降至最低，显著低于其他各间距土壤的速效磷含量（P＜0.05）。速效磷在垂直方向上的分布规律与碱解氮相似，随着深度增加速效磷含量呈逐渐降低趋势，并且0～30 cm浅层土壤的速效磷含量显著高于30～60 cm深层土壤（P＜0.05），0～40 cm各深度水平之间均存在显著差异（P＜0.05）。因此，地下滴灌模式下土壤速效磷主要分布于靠近滴灌带区域，聚集于水平方向0～10 cm，垂直方向0～30 cm的土壤表层。

速效钾分布规律如表1所示，在水平方向距滴灌带0～20 cm区域的速效钾含量逐渐升高，且水平间距0 cm、10 cm样点的土壤速效钾含量显著低于20～40 cm样点（P＜0.05）。在垂直方向上，0～30 cm浅层土壤中速效钾含量随深度增加逐渐降低，30～60 cm深层土壤中随深度增加逐渐升高。20～30 cm深度土壤中速效钾含量最低，显著低于0～10 cm表层土壤和50～60 cm深层土壤样点的速效钾含量（P＜0.05）。因此地下滴灌条件下土壤中速效钾主要分布于水平间距20～40 cm的区域、垂直方向的0～10 cm表层土壤和50～60 cm的深层土壤。

表1 各向取样点位土壤中各养分含量

2.2 地下滴灌种子田土壤盐分和pH变化规律

土壤盐分含量是影响土壤电导率的一个重要因素[10]，土壤电导率的变化规律如图1所示，在水平方向上，土壤电导率值逐渐升高，并在40 cm处达到峰值。垂直方向上，土壤电导率值呈现为在距滴灌带0～20 cm样点逐渐降低、20～40 cm样点逐渐升高、40～60 cm土壤中逐渐降低的波动趋势。土壤电导率峰值分别出现在水平间距40 cm、垂直深度30～40 cm的土壤中。

图1 土壤电导率在水平方向、垂直方向上的变化

土壤pH值变化规律如图2所示，水平方向上土壤pH值均随间距增加而增加，并在40 cm样点达到峰值，20～40 cm土壤pH值显著高于0 cm样点土壤（P＜0.05）。在垂直方向上0～30 cm浅层土壤中，pH值缓慢降低；在30～60 cm深层土壤逐渐上升。20～30 cm深度土层是pH值最低区域，显著低于40～60 cm深度土层（P＜0.05）。因此水平间距0～20 cm近滴灌带区域、深度20～30 cm区域的土壤更接近中性。

图2 土壤pH值在水平方向、垂直方向上的变化

2.3 地下滴灌土壤养分分布和盐碱含量之间关系

地下滴灌土壤养分及盐碱指标相关性分析结果如表2所示，其中土壤中电导率值与速效钾含量呈显著正相关，土壤中电导率值与速效磷含量呈显著负相关，土壤pH值与速效钾含量呈极显著正相关，土壤pH值与碱解氮、速效磷含量均呈显著负相关，碱解氮含量与速效磷含量呈极显著正相关。根据前文分析结果，地下滴灌4年淋洗下土壤盐碱移动性强于碱解氮、速效磷，且土壤中富含碱解氮、速效磷的区域盐碱程度相对较低。

表2 地下滴灌苜蓿种子田土壤中养分、盐碱各指标间相关系数

3 讨 论

充足的土壤养分是维持植物正常生长发育的重要条件，也是限制苜蓿产量及品质的重要因素[11]。本研究发现地下滴灌模式4年生苜蓿种子田中土壤碱解氮、速效磷含量均在0～30 cm土层较高。速效磷的分布与林治安等[12]报道的“速效态无机磷主要分布于0～30 cm耕层”的结果一致。速效钾分布在0～30 cm土层中逐渐降低，在30～60 cm的土层中逐渐升高，其原因为土壤中速效钾是以K+的形式存在于土壤之中，因此其在土壤中的移动性很强[13]，主要分布于土壤湿润体边缘区域，因此地下滴灌模式会使苜蓿田的速效钾主要聚集在地表及深层土壤。土壤养分最丰富的区域均在0～30 cm的地表处，这与夏皖豫等[14]滴灌对马铃薯土壤酶、养分及产量的影响结果相似。

水分运移是控制盐分积累的主要因素之一[15]。在地下滴灌条件下的苜蓿种子田中盐分均在距滴灌带一定距离范围内的土壤中呈现上升趋势，并且在土壤湿润体边缘出现盐分聚集。土壤盐分在水平方向上分布于距滴灌带30～40 cm区域，比最低区域高15.1%；在垂直方向分布于30～40 cm深度土层，相较于最低区域高出25.1%。张树振等[16]对地下滴灌苜蓿地土壤水分分布规律的研究表明在停止灌溉48 h后水分主要分布于0～30 cm深土壤中并呈现中部凸起、下部略尖的椭球状；胡和平等[17]采用SWMS-2D模型对滴灌条件下土壤湿润体运移经验方程的研究以及孟超然等[18]人对干旱区滴灌条件下农田土壤盐分变化的研究表明长期的滴灌灌溉会造成土壤盐分的重新分配而湿润体边缘会有较高的土壤盐分积累，这与本文所得结论一致。土壤酸碱度是土壤的基本性质之一，既影响土壤中养分迁移规律也是作物生长发育的重要环境组成之一[19]。本研究发现，水平方向距滴灌带20～40 cm区域土壤以及垂直方向30～60 cm的深层土壤碱性更强，并在30～60 cm深度土壤逐渐增加。这是由于样地经过连续4年利用，高pH区域受滴灌带淋洗逐渐下移，与孙杨等[20]滴灌条件对盐碱地水盐运移规律研究所报道的平作时高pH区在距离滴灌带20 cm以下深度的土层结论相似。

另外本研究发现地下滴灌条件下苜蓿种子田土壤中的养分和盐碱存在异质性分布。在地下滴灌条件下，湿润的土体较浅，连续的灌溉和蒸发的循环，使滴头下的土壤发生淋洗，因而盐分只在湿润区域边缘地带累积，而氮、磷等吸附性养分在土壤中表现出的移动性要低一些，因此土壤中可利用氮、磷元素没有因滴灌带的淋洗而像盐碱一样在深层土壤聚集。本研究的不足之处在于仅观测了第4年的数据，无法体现样地地下滴灌条件下土壤养分和盐碱的时空迁移规律。未来的研究需对地下滴灌条件下紫花苜蓿种子田的土壤养分、盐碱的空间和时间分布规律以及不同压力条件下地下滴灌对苜蓿种子田的土壤养分、盐碱分布的影响做进一步研究，为合理地进行田间水肥管理、土壤管理提供数据支撑。

4 结 论

研究表明，苜蓿种子田在经过4年的利用后，土壤养分主要分布于地表0～30 cm和水平方向距离滴灌带0～20 cm的土层中，且各养分指标均在土壤表层有所聚集。盐分主要聚集在距地表垂直距离30～40 cm的土层、水平方向上距滴灌带30～40 cm的土壤中，土壤碱性较强区域为距地表30～60 cm的土层和距滴灌带水平距离20～40 cm的土壤中，苜蓿种子田土壤养分和盐碱的空间异质性分布。