灌溉水质对土壤碱解氮分布特征的影响

李朝阳 杨玉辉 王兴鹏

摘要：通过咸淡水混合灌溉的方式，探讨不同灌溉水质对红枣根区土壤碱解氮含量空间分布特征的影响。结果表明，离滴头（或根区）越近的地方，碱解氮总体含量越高，离滴头越远的地方，含氮量随之减少，导致大部分氮素在滴头附近积聚；不同矿化度的微咸水灌溉后，土壤碱解氮在红枣根区整个剖面上的总体分布趋势为自上而下逐渐递减；通过分析土壤碱解氮含量的变异性得出，随着灌溉水矿化度的增大，枣树根区土壤碱解氮含量的变异系数具有先增大后减小的趋势，即CN0（全淡）

关键词：微咸水；枣树；碱解氮；分布特征

中图分类号： S153.6文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）11-0218-04[HS）][HT9.SS]

土壤碱解氮包括无机态氮（铵态氮、硝态氮）、易水解的有机态氮（氨基酸、酰胺、易分解的蛋白质），易被植物吸收，是反映土壤供氮能力、衡量氮素水平高低的重要指标，在植物生长中起着重要的作用[1]。土壤碱解氮含量与土壤微生物量、后作产量、吸氮量存在较显著的相关关系，不同纬度、尺度、植被类型下的土壤养分都会存在较强的空间变异特征和明显的差异性[2-5]。在研究土壤碱解氮的过程中，确定合理的采样点数量是高效获取土壤碱解氮空间变异特征的基础[6]。随着成像技术的迅速发展，充分利用高光谱谱段数据进行土壤性质的定量研究成为可能，栾福明等应用高光谱反演建立了准确估算土壤高光谱碱解氮含量分析模型[7-8]。土壤氮浓度显著影响作物生长，合理的土壤氮浓度可以优化作物生物量和氮素的累积以及提高产量[9]。灌溉水质的变化也会对碱解氮含量及空间变化产生影响。微咸水灌溉后，土壤碱解氮含量会产生较为明显的降低，矿化度越高，碱解氮的转化率越低[10-11]。上述关于土壤碱解氮的研究为后续研究提供了有益的参考。

南疆地区浅层地下水水质较差，其矿化度在2～10 g/L之间[11]。有关灌溉水质对枣园土壤肥力的影响研究相对较少，致使其在南疆地区的资源化利用程度较低。因此，本研究开展了灌溉水质对土壤碱解氮空间分布特征的影响，旨在为微咸水在南疆地区果园灌溉中的适宜性提供理论依据。

1试验区概况

试验地位于南疆阿拉尔市塔里木大学节水灌溉试验基地（79°22′33″～81°53′45″E，40°20′～41°47′18″N），属极端干旱荒漠气候，干旱少雨，蒸发强烈，多年平均降水量为40.1～82.5 mm，多年平均蒸发量为1 976.6～2 558.9 mm，年均气温为10.8 ℃。土壤容重为1.49 g/cm3，属于典型的荒漠土，土壤初始碱解氮含量为25.32 mg/kg，土壤pH值为9.61，土壤田间持水率为28%。

2材料与方法

2.1灌溉试验处理

试验选择已具有4年树龄的红枣为研究对象。浅层地下水矿化度为4.85 g/L，主要成分為NaCl，渠道水矿化度为 0.81 g/L。根据试验需要将地下水与渠道水混合后进行灌溉，具体的配比见表1。共设置6个灌溉处理，即全淡（CN0）、全咸（CN）、咸淡体积比1 ∶[KG-*3]1（CN1）、咸淡体积比2 ∶[KG-*3]1（CN2）、咸淡体积比3 ∶[KG-*3]1（CN3）、咸淡体积比4 ∶[KG-*3]1（CN4）。枣树的灌溉方式为滴灌，单行布置，每株枣树设置2个滴头，滴头间距30 cm，单滴头最大流量为3.5 L/h，工作压力为 0.1 MPa。微咸水灌水定额设为450 m3/hm2。红枣种植株行距为1.5 m×2.0 m，每个处理为相邻的3行枣树，重复3次。在整个试验期间共施肥4次，分别于2014年、2015年5、6、7、8月随水施肥，无机肥料分别为尿素、磷酸二铵、氯化钾，每个生育阶段施肥1次。氮肥为尿素，40%基施，60%随水滴施，施入量为 1 050 kg/hm2，磷肥重过磷酸钙全部基施，施入量为630 kg/hm2，硫酸钾50%用作基施，50%随水滴施，施入量为950 kg/hm2，每次施肥稳定24 h后，采集土样测定土壤碱解氮值。

2.2土壤样品采集及分析

在距离枣树滴灌点处的水平、垂直方向上分别取样测定碱解氮含量。水平取样间距为10、20、30 cm，垂直取样间距为[CM（25]10、20、40、60、80 cm。土壤碱解氮含量测定采用碱解扩[CM）]

散法[12]。

2.3试验数据分析方法

运用Matlab分析软件，分析出碱解氮在空间上的分布情况。同时，引入碱解氮含量的平均值、方差、标准差、变异系数等统计特征值。

3结果与分析

3.1枣树根区土壤碱解氮的空间分布及变异性

3.1.1枣树根区土壤碱解氮的空间分布特征

图1至图6分别反映不同处理（不同矿化度）土壤碱解氮的空间分布情况。距滴头越近的地方，土壤碱解氮的总体含量越高，反之则越小。CN处理后（图2），在水平方向上，距离滴头20 cm处碱解氮含量高于10 cm处，这与灌溉水矿化度、土壤湿润体有关，较高的矿化度在一定程度上影响了土壤胶体与NH+4离子的交换和吸附过程，阻滞了枣树根系对氮素的利用，促使更多的碱解氮随着土壤水分向低水势的湿润体边缘积聚。由图5、图6可知，曲线的斜率在逐渐变小且趋于平缓，而碱解氮含量的变化相对稳定。表明，微咸水的矿化度越大，土壤含固氮量越高，同时也表明枣树根系对氮素的利用率相应下降。[FL）]

碱解氮含量的同时，灌溉水质也会抑制枣树根系细胞对氮素的吸收。通过引入变异系数描述土壤碱解氮含量的变化特性，综合反映各变量（不同矿化度）引起土壤碱解氮含量变化的差异性。

由变异系数可知，CN0处理后，枣树根区土壤碱解氮含量的变异系数最小，反映出枣树根系对土壤碱解氮的吸收相对稳定。CN1、CN2、CN3处理后，枣树根区土壤碱解氮含量的变异系数相对较大，反映出随着灌溉水矿化度的增大，枣树根系受到的盐胁迫程度越大，对土壤氮的利用越困难。但是，当采用CN4、CN处理后，枣树根区土壤碱解氮含量的变异系数出现减小。当灌溉水矿化度达到一定值后，随着矿化度的增加，在阻滞土壤碱解氮有效分解的同时，或许能增强土壤氮含量，减少氮素流失。

3.2枣树根区土壤碱解氮的垂直分布特征

体分布趋势为自上而下逐渐递减，消长趋势大体相似。CN0处理后土壤碱解氮含量在枣树根区整个剖面中的分布最稳定，其值在50.75～66.50 mg/kg之间，变化幅度不大。CN1处理后土壤碱解氮含量累积峰值出现在20 cm处，其值为 104.13 mg/kg。CN2处理后土壤碱解氮含量最小值出现在40 cm处，其值为 42.88 mg/kg。CN3处理下土壤碱解氮含量的变异性在6个处理中最大，反映出枣树对氮素吸收的不稳定性，由此可得出灌溉水矿化度阈值在CN3附近。CN4处理后土壤碱解氮含量累积峰值出现双峰，分别在10、40 cm处，其值分别为72.63、67.38 mg/kg。综上，随着灌溉水矿化度的增加，在增强土壤固氮能力的同时，也会导致枣树根系失氮进入土壤，而确定矿化度阈值对土壤碱解氮含量影响的研究还有待于进一步开展。

4结论与讨论

微咸水的资源化利用已成为缺水地区解决农业灌溉用水紧张的有效途径，通过咸淡水交替灌或混灌等方式可減轻其对土壤肥力造成的不利影响。在混灌条件下，研究微咸水滴灌对枣树根区土壤碱解氮空间分布特征的影响，能为南疆地区微咸水灌溉条件下的果树施肥提供理论依据。

研究表明，在不同的灌溉水矿化度处理条件下，离滴头（或根区）越近的地方，碱解氮总体含量越高，离低头越远的地方，碱解氮含量随之减少，致使大部分氮素积聚在滴头附近，这会对枣树根系产生毒害作用，抑制枣树的生长发育，在生产实践中应引起注意[13]。灌溉水的矿化度越大，土壤中的碱解氮含量越高，枣树根系对氮素的利用率却会变小。不同矿化度的微咸水灌溉后，土壤碱解氮在整个剖面上的总体分布趋势为自上而下逐渐递减，这与刘长海等的研究[14]相吻合。通过分析土壤碱解氮含量的变异性得出，随着灌溉水矿化度的增大，枣树根区土壤碱解氮的变异系数具有先增大后减小的趋势，即CN0

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