微咸水膜下滴灌对土壤盐分离子分布和番茄产量的影响

李金刚，屈忠义，孙贯芳,，高鸿永，苏世雄

(1.内蒙古农业大学 水利与土木建筑工程学院，呼和浩特 010018；2.盐碱地改良研究院，内蒙古 五原 015199)

0 引 言

淡水资源供需矛盾日益突出，开源节流是解决我国水资源危机的一项重要措施。虽然我国许多地区淡水资源贫乏，但微咸水资源丰富。科学合理地开发利用微咸水，可以缓解部分地区水资源短缺的矛盾。微咸水相比淡水含有较多的盐分，若灌溉管理措施不当，不但会阻碍作物的正常生长从而降低作物产量，还会造成盐分在土壤中积累，使得土壤渗透性和可耕性降低，导致土壤次生盐渍化[1]。滴灌具有高频率、小流量的特点，是利用微咸水的最佳灌水方式，土壤盐分在滴灌的淋洗作用下随着水分运动到湿润峰附近，可以缓解土壤环境的恶化，保证作物根系正常吸水和呼吸。利用微咸水膜下滴灌的关键在于根据微咸水覆膜滴灌条件下土壤水盐运移规律制定合理的灌溉制度。近年来国内外学者就微咸水灌溉技术进行了大量的研究工作[2-7]，王丹等[8]研究了不同矿化度微咸水滴灌条件下不同土壤盐分离子分布特征，结果表明，Ca2+、Mg2+与SO2-4易于被灌溉水分淋洗，主要分布在湿润体外围,而HCO-3、Na+与Cl-主要分布在湿润体内部；王若水等[9]在新疆利用土壤基质势控制灌溉，研究了滴灌不同灌溉制度对盐碱地土壤盐分离子分布的影响，结果表明，Na+与 Cl-容易被淋洗，SO2-4与HCO-3的淋洗效果主要受离子浓度影响，Mg2+与Ca2+不易随水移动。目前，微咸水覆膜滴灌条件下土壤盐分离子运移规律和作物生育期内全盐量变化规律的研究较少。本文着重探讨微咸水覆膜滴灌条件下不同灌水定额对土壤盐分离子分布的影响及生育期内膜内、膜外土壤全盐量的变化。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

微咸水膜下滴灌番茄试验在蒙草抗旱五原盐碱地改良研究所内进行，具体位于内蒙古西部五原县隆兴昌镇八里桥，地处巴彦淖尔市东北部，河套平原东端，位于东经108°18′，北纬40°46′。试验区地形平缓属于中温带大陆性气候，昼夜温差大，日照充足，积温较多，雨热同期，雨水集中，多年平均日照时数3 205 h，平均气温6.1 ℃，无霜期平均125 d/a，年平均降水量170 mm，年最大蒸发量2 500 mm，主导风向为东北风。土壤偏碱性，地下水位埋深在1.75～3.1 m，分布的地下水矿化度约为3.0 g/L，pH为8.03。地下微咸水盐分离子成分见表1，试验地盐分离子成分本底值见表2。

表1 地下微咸水成分 mg/L

表2 试验地盐分离子成分Tab.2 Salt ions of the test field

1.2 试验设计及布置

(1)试验设计。试验在未开垦过的盐碱荒地上进行，种植作物为番茄，品种为金野1号。试验于2015年5月29日移栽番茄，设置3个灌水处理(FD、FX20和FX25)，当膜内滴头下20 cm深处的土壤基质势下限达到-20 kPa时，分别灌淡水30 mm，微咸水30 mm和微咸水37.5 mm，每个处理重复3次，随机布置。番茄移栽后的当天进行第一次灌溉，所有小区均使用淡水灌溉，灌水定额55 mm，用于淋洗盐渍土中过多的盐分并以提供良好的土壤底墒。番茄生育期内各处理累积灌水量分别为：205、225和220 mm。试验期间各处理施肥均相同。

(2)试验布置。试验为垄作覆膜滴灌，垄长30 m，每个小区8垄，小区面积293.48 m2，每垄种植2行番茄且居中布置1条滴灌带，滴灌带直径16 mm，滴头间距30 cm,出水量1.38 L/h，番茄行距0.5 m，株距0.3 m，种植示意图见图1。

图1 番茄种植示意图(单位：cm)Fig.1 Sketch map of tomato plant

1.3 试验观测项目与方法

在番茄生育期内，间隔30 d左右用土钻在各处理小区内取土样，取样位置在距滴灌带水平垂直距离分别为0、17.5、35和60 cm，深度分别为0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80和80～100cm。将从田间取回的土样自然风干后碾压过2 mm孔径标准筛，将过筛后的土样与去离子水按1∶5的比例搅拌混合，用雷磁 DDSJ-308A电导率仪和酸度计分别测定上清液电导率和pH，取其土壤溶液浸提液测定HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、Na+和K+，具体测定方法见文献[10]。对试验数据分析后采用Origin软件和Surfer软件绘图，对产量构成采用Spss软件进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 不同盐分离子在土壤剖面上的分布特征

膜下滴灌土壤水分运动近似服从点源入渗特点，随着灌水时间的延长，湿润体形状逐渐由单个的椭球体向平行于滴灌带的带状过渡[11]。土壤中的盐分随水分一起运动，灌水定额对土壤中盐分离子的分布产生影响。图2分别为番茄收后9月20日不同处理土壤剖面HCO-3、Cl-、SO2-4、Ca2+、Mg2+、K+和Na+离子分布等值线图。

(1)阴离子HCO-3分布。试验各处理HCO-3主要分布在湿润体内，湿润体外HCO-3含量较少，HCO-3峰值在湿润体内，靠近滴灌带。相同灌水定额下，微咸水处理HCO-3在湿润体内含量高，矿化度相同灌溉定额越大，HCO-3在湿润体内含量越低。这可能是由于微咸水中HCO-3含量比淡水高，且HCO-3在土壤中含量较高，容易随水分移动。

(2)阴离子Cl-分布。试验各处理Cl-主要分布在湿润体内，湿润体外Cl-含量相对较少，Cl-向垄边表层聚集。相同灌水定额下，微咸水处理Cl-在湿润体内含量高，灌溉水质相同灌溉定额越大，Cl-在湿润体内含量越低。这可能是由于土壤中Cl-含量较大，Cl-与土壤胶体的吸附力较弱，具备很强的随水分迁移能力[12]，微咸水中Cl-含量比淡水大所致。

图2 不同处理土壤剖面离子分布等值线图Fig.2 Contour map salt ions distribution of soil profile in different treatments

(3)阴离子SO2-4分布。试验各处理SO2-4主要分布在湿润体外，湿润体内SO2-4含量较少，SO2-4峰值出现在地表距滴灌带35 cm处。相同灌溉定额下，微咸水处理SO2-4含量的变化范围越大，同种水质的灌溉水灌溉，灌溉定额越大，SO2-4在湿润体外含量变化不大。这是由于SO2-4水化半径较大，与土壤胶体的吸附力较强，不易随水分运动，但长时间的滴灌淋洗后，SO2-4也会缓慢随水分移动。

(4)阳离子Ca2+与Mg2+分布。各处理的Ca2+与Mg2+主要分布在湿润体内，相比淡水处理微咸水处理湿润体内Ca2+与Mg2+含量略有增加，但变幅不大，随着灌水定额的增大，湿润体内Ca2+与Mg2+含量增加，这是由于Ca2+与Mg2+与土壤胶体间的吸附能力较强，不容易随水分移动，另外微咸水与淡水中Ca2+与Mg2+含量相差不大，灌水定额越大，带入土壤中Ca2+越多。

(5)阳离子K+和Na+分布。K+和Na+与土壤胶体吸附能力均较弱，都容易随水移动，主要分布在各处理的湿润峰边缘[13,14]，相同灌溉定额下，微咸水处理湿润体内Na+和K+含量高，相同矿化度的灌溉水灌溉，灌溉定额越大Na+和K+在湿润体内含量越高。

K+和Na+在土壤中含量较高，Ca2+和Mg2+在土壤中含量较低，在灌水淋洗过程中，Na+和K+容易被交换能力强的Ca2+和Mg2+所交换，所以Ca2+和Mg2+在土壤表层含量较高，底层含量较低。

2.2 番茄生育期内土壤剖面全盐量变化

番茄根系垂向主要集中在0～50 cm深度土层内[15]，膜内、膜外分0～50和50～100 cm上下两层分析，图3为番茄生育期不同处理膜内上层、膜外上层、膜内下层和膜外下层土壤剖面的全盐量变化图。

各处理膜内上层和膜外上层土壤全盐量变化基本一致。膜内上层FD处理全盐量最少，FX20处理全盐量最大，FX25处理变化幅度最大。膜外上层FD处理全盐量最少，FX25处理全盐量最大，FX25处理变化幅度最大。各处理膜内下层土壤全盐量随着生育期延长，均呈上升趋势，FD处理全盐量最少，FX25处理全盐量最大，FX25处理变化幅度最大。各处理膜外下层土壤全盐量随着生育期延长，均呈下降趋势，各处理全盐量相差不大，FX25处理变化幅度最小。

这主要是由于相比淡水，微咸水中本身含有盐分，在灌溉过程中盐分随水分进入土壤，相同水质灌溉定额越大，对土壤盐分淋洗越充分，盐分向湿润体边缘聚集，膜外上层土壤含盐量越大。膜内下层土壤受到上层淋洗作用的影响，全盐量均略有增加，由于受表土蒸发的影响，膜外下层土壤中盐分随水分向上运动，造成膜外下层土壤全盐量在生育期呈降低的趋势。

2.3 不同灌水定额对番茄产量的影响

从表3可以看出，各处理对应单果质量、单株坐果数、单株果质量、产量差异性均显著。FX25处理的单果质量最大，为50.3 g/个，比FX20处理单果质量增加25.75%，FD处理的单果质量最小，为38.09 g/个，比FX20处理单果质量减少4.78%，单株坐果数方面，FX20处理最少，为16.8个，FX25处理和FD处理相差不大。每公顷产量上处理FX25最好，对比FX20处理增幅为39.92%，FX20处理产量与FD处理相比降低了6.95%。

图3 土壤剖面全盐量变化图(2015年)Fig.3 Contour map salt ions distribution of soil profile in different treatments t

处理单果质量/g单株坐果数/个单株果质量/g产量/(kg·hm-2)FD38.09a18.4b702.86b27917.60aFX2040.0a16.8a674.4a25977.88aFX2550.3b18.6b934.88c36348b

3 结 语

通过以上分析发现，微咸水覆膜滴灌条件下，不同灌水定额对土壤中盐分离子的分布影响显著。其中HCO-3、Cl-、Na+和K+容易随水分移动，当灌水定额为37.5 mm时，淋洗效果最好。SO2-4、Ca2+和Mg2+与土壤胶体吸附力较强，不易随水分运动，淋洗效果并不明显。受表土蒸发的影响，膜外上层土壤全盐量变化幅度最大，在生育期内随时间延长而增加，膜外下层土壤全盐量在生育期内随时间的延长而减小。膜内上层和下层土壤全盐量受灌溉水淋洗的影响，变化较大。为避免微咸水灌溉后引起的盐碱危害，应在生育期结束后秋季或来年春季汇水洗盐。微咸水中含有盐分，相同灌水定额下对盐分的淋洗程度不如淡水，利用微咸水灌溉时需要考虑到淋滤洗盐作用，相比淡水灌溉的灌水定额要大1/4左右。

本文的结论是依据一年的试验结果得出的,灌水定额设置处理较少，带有一定的局限性,还需要继续试验进一步验证和完善本文结论。

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