微咸水灌溉对冬枣根区土壤水盐动态及效益的影响

王天宇，王金童，徐征和，庞桂斌，刘精凯

(1.济南大学资源与环境学院，济南 250022; 2. 山东水利工程总公司，济南 250022)

在干旱、半干旱区域建立微咸水节水灌溉模式已有很长的历史，现代节水灌溉模式利用滴灌与微喷灌，替代大水漫灌，使得微咸水灌溉成为可能[1]。同时，在微咸水水质、微咸水灌溉土质以及田间管理等方面，国内外也已做了大量工作。在国外，Ahmed C B, Magdich S, Rouina B B等人对微咸水灌溉橄榄进行研究发现，使用滴灌系统有助于防止产生土壤盐渍化风险[2]；Pal B, Singh C, Singh H研究发现，在美国的西南部采用沟灌和微灌方式进行微咸水灌溉，可以促进其小麦的经济生长[3]；Eggleton M, Zegada-Lizarazu W, Ephrath J等人在以色列利用咸水淡化后的微咸水以滴灌的方式灌溉农田，实践表明微咸水很适合轻和中等质地土壤[4]。我国对于微咸水灌溉的研究也为解决淡水资源稀缺地区的灌溉问题提供了方向。杨树青在内蒙河套地区的微咸水灌溉实验，发现经过秋浇灌溉后，土壤积盐大幅减少[5]；张文关于咸水灌溉棉花的研究表明了微咸水处理灌溉棉花可提高其产量[6]；马文军所研究的微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米的影响，也说明了使用微咸水对农作物进行灌溉是可行的[7]。

以上研究多是针对微咸水灌溉农作物的研究，而对于果树，尤其是对抗碱性较强的冬枣树研究较少，本文便是基于果树林间试验，探讨微咸水灌溉条件下的水盐动态，以及对冬枣品质、产量影响的问题。

1 试验区概况

试验区位于沾化区下洼镇张王庄村周边的冬枣种植园，当地对冬枣产业的发展十分重视，冬枣产业现已成为当地经济作物产业的最大支柱。该区土壤表层质地以壤土、沙壤土为主，虽然土壤肥力高，但含盐量也较高，局部地区超过10 g/kg，当地土壤盐渍化程度中度以上。试验区春季降水极少，每年的5月份和6月份本地区气温回升较快，白天气温高，蒸发量较大，5月份和6月份的月蒸发量一般皆能超过260 mm，而这两个月份的月降雨量一般不足50 mm。因此，春季成为了沾化地区干旱的多发季节，雨季一般于6月下旬或7月上旬才开始，8月中、下旬结束，汛期达两个月，一般6-9月降水总量为480 mm左右。根据2000-2015年沾化地区多年降雨量与蒸发量的观测数据，并对数据进一步完善总结得出月平均降雨蒸发量(见图1)。

图1 月平均降雨-蒸发量

2 试验方案及测试方法

冬枣滴灌与微喷灌采用的是含盐量不超过3.0 g/L的微咸水来进行灌溉，在冬枣树的主要生长期(花期、花果发育期、萌芽-展叶、花序出现、始花-盛花、末花、硬核、成熟、落叶-休眠)4-10月，对冬枣树进行灌溉。按P=50%平水年，预先制定灌水方案(见表1)，由于滴灌比微喷灌溉节水，因此方案中微喷灌溉的灌水量比滴灌灌水量设置略高。方案设置中，主要考虑能够维持冬枣正常生长的需水量，较少考虑冬枣产量最大化的灌水量和能够改良盐渍土的用水量。

表1 试验区冬枣灌水方案 m3/hm2

微咸水灌溉过程中，分别采集在2014和2015年冬枣生长期(4-10月)滴灌、微喷灌条件下的田间土样。采集的田间土样主要的测试指标有土壤含水率、可溶性盐离子(钾、钙、钠、镁、硫酸根、氯离子等)。

微咸水滴灌条件下田间土样采集方案(见图2)：距离滴灌出水口20 cm和40 cm处分别作为1号和2号采样点，每个采样点需重复3次。微咸水微喷灌条件下田间土样采集方案(见图3)：在微喷灌喷射范围内，将微喷灌喷射半径均分4份，距微喷灌喷水口1/4处、1/2处、和3/4处的喷射半径上分别作为1号、2号和3号采样点，每个采样点需重复3次。选择具有代表性的田间地块，平整地面后，从地面向下取土样，每间隔20 cm取一个样，土层分为：0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，土层深度取到1 m。土样采集和预处理后，对微咸水灌溉条件下采集的土样进行检测。土壤含水率采用烘干法进行检测。可溶性盐阳离子(如钾、钙、钠、镁)主要采用空气-乙炔火焰原子吸收法测定，可溶性盐阴离子(如硫酸根、氯离子)主要采用离子色谱法测定。

图2 滴灌土样采集点

图3 微喷灌土样采集点

冬枣效益的评判指标主要有产量、单果重、果核重、可食率、含水量、糖度等。单果重和果核重主要用于研究冬枣的可食率，冬枣单果重较大，果核较小的，可食率高。含水量、糖度是冬枣品质研究中的主要指标。

3 结果与分析

3.1 土壤水分分布特征

取0～20、20～40、40～60 cm 3个土壤深度监测值的平均值作为表层土壤的含水率，微咸水灌溉条件下田间土壤含水率数据显示： 4月份表层土壤含水率滴灌维持在17.8%，微喷灌维持在18.4%；6月份由于蒸发量的增大，田间土壤表层含水率滴灌下降至12.9%，微喷灌含水率下降至13.7%；8月份通过降雨及灌溉，土壤含水率滴灌上升至20.5%，微喷灌上升至20.3%，田间土壤水分充足；10月份土壤含水率较8月份略有下降，滴灌保持在20.4%，微喷灌保持在19.1%，田间土壤水分能够保证冬枣正常生长。经过一个冬枣生长周期，采用微咸水灌溉，表层土壤(0～60 cm)的含水率滴灌平均上升2.6%，微喷灌含水率平均上升0.7%。滴灌与微喷灌全土壤深度0～100 cm含水率对比见图4。

对比两种灌溉模式可以发现，微咸水滴灌模式在较少灌溉定额下，能更好地保持表层土壤的含水率，有助于冬枣的生长。同时，经过一个冬枣生长周期，土壤含水率滴灌高于微喷灌，这对冬枣休眠期的土壤保墒可以起到更好的作用。

图4 滴灌、微喷灌田间土壤含水率实测值

3.2 土壤全盐分布特征

分别取滴灌1号和2号采样点、微喷灌1号、2号和3号采样点测得数据的平均值，作为其各自影响范围内的土壤全盐含量值。

4月份土壤全盐观测数据整理结果[图5(a)]：微咸水滴溉前，采集冬枣研究区土样进行盐分检测的结果作为背景值。滴灌与微喷灌土壤在0～20 cm深度处的盐分含量最高均达4.2 g/kg以上；随着土层深度加深至60 cm处，土壤盐分逐渐降低，土壤40～60 cm处土壤含盐量最低，在2 g/kg左右；80～100 cm盐分含量维持在3.5 g/kg。滴灌与微喷灌所选研究区域土壤全盐含量背景值差距不大。

图5 土壤全盐观测数据

6月份土壤全盐观测数据整理结果[图5(b)]：经过两次微咸水灌溉，滴灌与微喷灌6月份较4月份土壤盐分含量整体均有向下运移的趋势，含量略有下降。土层深度0～20 cm处，滴灌土壤含盐量下降至4.0 g/kg，微喷灌土壤含盐量下降至3.6 g/kg。在土层深度20～100 cm下的全盐含量下降程度比较，滴灌均高于微喷灌，在土层深度范围20～40、40～60、60～80和80～100 cm下的全盐含量，滴灌分别为3.1，2.1，2.8，3.0 g/kg，均分别低于微喷灌模式下的3.3，2.2，3.1，3.2 g/kg。

8月份土壤全盐观测数据整理结果[图5(c)]：土壤盐分随水分的淋洗进一步运移，8月份较4月份、6月份土壤盐分含量整体有进一步向下运移的趋势，含量下降。通过对比6-8月土壤全盐含量，我们发现滴灌在各个深度的全盐含量下降程度均高于微喷灌，土层深度在0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm范围下，滴灌的全盐含量分别为1.9，2.1，2.1，2.4，2.6 g/kg，这均低于微喷灌模式下的2.0，2.2，2.3，2.5，2.6g/kg。

10月份土壤全盐观测数据整理结果[图5(d)]：10月份较8月份土壤盐分含量整体有向上运移的趋势，表层土壤盐分含量继续回升。10月份表层土壤盐分含量仍低于4月份、6月份。通过对比8-10月土壤全盐含量，我们发现滴灌在各个深度的全盐含量上升程度均低于微喷灌。土层深度在0～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm范围下，使用滴灌模式下全盐含量分别为2.6、2.6、2.4、3.36、3.1 g/kg，同样均低于微喷灌模式下的2.9、2.6、2.8、3.6、3.2 g/kg。

总结来看，在冬枣的各个生长期，滴灌在较少灌水定额的情况下，对土壤盐分的控制有更好的效果，更有利于减轻土壤盐渍化。

4 根区土壤盐分的盈亏状况

经过微咸水滴灌，在土壤深度范围为0～20 cm下，10月份较4月份全盐含量由平均4.23 g/kg下降至平均2.595 g/kg，下降了1.635 g/kg，平均亏损约在38.6%；在土壤深度为20～40 cm下，全盐含量由平均3.78 g/kg下降至平均2.59 g/kg，下降了1.19 g/kg，平均亏损约在31.5%；表层土壤在0～60 cm处，盐渍化程度有所降低,含盐量平均下降0.815 g/kg；而在60～100 cm土壤全盐含量则平均上升0.132 5 g/kg，维持在3. 24 g/kg左右，略有积累。

经过微咸水微喷灌，在土壤深度0～20 cm处，10月份较4月份全盐含量由平均4.22 g/kg下降至平均2.877 g/kg，下降了1.343 g/kg，平均亏损约在31.8%；在土壤深度20～40 cm处，全盐含量由平均3.88 g/kg下降至平均2.58 g/kg，下降了1.3 g/kg，平均亏损约在33.5%，表层土壤0～60 cm盐渍化程度有所降低，含盐量平均下降0.648 g/kg；60～100 cm土壤全盐含量则平均上升0.403 g/kg，维持在3.38 g/kg左右，略有积累。4月至10月土壤盈亏情况见表2。

表2 微喷灌土壤全盐含量盈亏状况 g/kg

通过整个冬枣生长周期来看，两种微咸水灌溉方式都可以有效地减轻表层土壤的盐渍化程度，滴灌效果更加明显。同时，相较微喷灌，滴灌对于深层土壤的含盐量也可起到较好的控制作用，因此滴灌对减轻根区土壤盐渍化有着更好的效果。

5 产量和品质

本次冬枣微咸水滴灌与微咸水微喷灌模式下的效应研究，选用同一片枣林，树龄相近的枣树(5～6 a)，冬枣树的品种(沾化二代)相同，冬枣树施肥、打药，枣树整形修剪，枣树花果管理等条件相同或相近。

在含盐量不超过3.0 g/L的微咸水滴灌和微咸水微喷灌条件下灌溉冬枣，平均每棵枣树生产冬枣均达30 kg左右。因此使用微咸水滴灌或者微咸水微喷灌都能够保障冬枣生长期土壤田间水分的充足，维持土壤较好的墒情，保障了冬枣产量。两种灌溉模式下的冬枣糖度含量均在27%以上，单果重19 g以上，可食率达97%，冬枣含水量达72%，保障了冬枣质量。微咸水滴灌与微喷灌条件下生产的冬枣品质比较情况见表3，可以看出，滴灌模式灌水定额低于微喷灌，但是其冬枣品质与微喷灌相比并无太大差距。

表3 2015年研究区冬枣与沾化市售冬枣品质比较

6 结果与讨论

(1)对比两种灌溉模式，微咸水滴灌模式在更少灌溉定额的条件下，能更好地保持表层土壤的含水率，减轻土壤盐渍化程度，利于冬枣的生长，可以保障冬枣效益，同时也能对冬枣休眠期的土壤保墒起到更好的作用。因此，微咸水滴灌模式更加适合冬枣种植。

(2)土壤40～80 cm层的全盐含量经过一个微咸水灌溉期，滴灌与微喷灌模式下的土壤盐分均有所上 升，经过多年积累，是否会对深层土壤盐含量产生影响，还需进一步监测观察。

[1] 陈书飞，何新林，汪宗飞，等.微咸水滴灌研究进展 [J]. 节水灌溉，2010,(2)：6-9.

[2] Ahmed C B, Magdich S, Rouina B B, et al. Saline water irrigation effects on soil salinity distribution and some physiological responses of field grown Chemlali olive [J]. Journal of Environmental Management, 2012,113(1):538-544.

[3] Pal B, Singh C, Singh H. Barley yield under saline water cultivation[J]. Plant and Soil, 1984,81(2):221-228.

[4] Eggleton M, Zegada-Lizarazu W, Ephrath J, et al. The effect of brackish water irrigation on the above-and below-ground development of pollarded Acacia saligna shrubs in an arid environment[J]. Blood, 1995,48(4):553-62.

[5] 杨树青，丁雪华，贾锦风，等. 盐渍化土壤环境下微咸水利用模式探讨[J]. 水利学报, 2011,42(4):490-498.

[6] 张 文，周广威，闵 伟，等. 长期咸水滴灌对棉花产量、土壤理化性质和N2O排放的影响[J]. 农业环境科学学报, 2014,(8):1 583-1 590.

[7] 马文军，程琴娟，李良涛，等. 微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响[J]. 农业工程学报,2010,26(1):73-79.