不同灌水量对宁夏贺兰山东麓风沙土葡萄园土壤有效态微量元素的淋洗作用

谢 岳，王振平，董业雯，刘春艳

(宁夏大学 农学院,银川 750021)

土壤微量元素在植物生长过程中至关重要[1]。可调控植物体内多种生理代谢的关键过程及酶活动[2-3]。大中量元素供应充足时，微量元素的供应量直接影响着植物的产量和质量[4]。植物无法吸收利用土壤中所有的微量元素，那些以相对活动态存在且可以为植物吸收利用的部分称为有效态微量元素[5]。微量元素的供给能力取决于土壤中有效态微量元素的含量。

土壤性质、土壤环境等因素影响着土壤中有效态微量元素的质量分数[6]。宁夏贺兰山东麓产区葡萄园土质常见于风沙土，沙面多孔，土质松软，但保水持肥力差，营养元素时有亏缺，对生产优质酿酒葡萄不利[7]。

贺兰山东麓酿酒葡萄产区以黄河水和地下水灌溉为主[8]，普遍为漫灌。可被植物吸收利用的有效态微量元素易随水淋失，这种灌溉方式对水分利用率低，土壤营养元素流失严重。近年来，小水流自流微灌这一节水灌溉技术在干旱地区为提高作物产量和质量提供了全新的灌溉模式。目前对酿酒葡萄节水灌溉的研究主要针对葡萄的需水规律和水分胁迫方面[9]，对土壤微量元素的研究则主要是空间分布特征，以及特定土壤演变对微量元素的影响等方面[10]。而节水灌溉对土壤中铜、锌、锰、铁等微量元素的影响鲜有研究。因此，本试验旨在通过研究不同灌水量对土壤有效态微量元素的淋洗作用，找到合理节约的灌溉方法，从而为宁夏贺兰山东麓葡萄产区节水灌溉提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏农垦集团玉泉营农场国家葡萄产业技术体系栽培生理与调控岗位实验基地(38°14′25″N，106°01′43″E),该区为温差较大的大陆性气候，降水较少，成熟前期水热系数为0.63，试验期间降水量及温度见表1。土壤属低肥力水平，8.0

表1 试验期间降水量及温度Table 1 Precipitation and temperature during experiment

表2 土壤基本理化性质Table 2 Basic physicochemical property of soil

1.2 试验材料

供试材料为种植7 a‘美乐’(Merlot)葡萄园内0～80 cm土壤。

1.3 试验方法

葡萄定植株行距0.8 m×3 m，行间开沟纵深0.4 m×0.2 m，沟内铺设小水流自流微灌带，沟两侧30 cm处垂直铺设深度为60 cm的塑料薄膜，以消除干扰。试验处理前各行间进行1次改良霍格兰营养液灌溉处理(施用量为0.18 m3)。试验采取单因素多水平随机区组设计，设置177 m3/667m2(w1)、211 m3/667m2(w2)、244 m3/667m2(w3)和277 m3/667m2(w4)4个灌水定额处理，小区面积1 m×3 m，重复3次。在酿酒葡萄的萌芽期(5月10日)、开花期(5月25日)、幼果期(6月10日)、果实膨大期(7月1日)、转色期(7月25日)5个关键时期采用小水流自流微灌方式分别灌溉1～2次，其中萌芽期与果实膨大期需水较多，灌溉2次。其余时期灌溉1次。具体见表3。

表3 灌水定额 Table 3 Irrigating water quota m3/667m2

1.4 样品采集

灌水后7 d使用荷兰取土器，按照五点取样法分别钻取土壤深度为0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土层土样，将每层土样混匀后采用四分法进行取样。

1.5 测定项目与方法

土壤有效铜、锌、锰、铁采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法测定[11]。

1.6 数据分析

采用Excel 2007和SPSS 17.0软件进行数据处理及分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌水量对土壤有效铜质量分数的影响

由图1可知，5月10日，0～20 cm土壤中w1处理有效铜质量分数明显高于其他处理，20～40 cm土壤中w3、w4处理较高，其余各处理间无显著差异。土壤中的有效铜主要分布在表层土壤中，40～80 cm土壤中较低。

5月25日，各处理均使有效铜向下层淋洗。w1、w2处理间有效铜质量分数无显著差异。在20～40 cm土壤中，w3处理显著高于其他处理，达到1.02 mg/kg。而在底层土壤40～80 cm中w1、w2、w3处理间无显著差异，但均显著低于w4处理。说明w4处理将有效铜淋洗到更深层的土壤中。

6月10日，与5月25日相比较，有效铜被淋洗到20～40 cm的多，且各处理分别增加45.9%、75.3%、26.5%、47.7%。w2处理与w3处理在20～40 cm土壤中显著高于其他处理。40～60 cm土壤各处理无显著性。

7月1日与6月10日相比较，40～60 cm土壤各处理有效铜质量分数都略有下降，而60～80 cm各处理都略有升高。整个下层土壤40～80 cm总量几乎没有变化。说明灌水并没有使上层土壤中的有效铜大量淋洗到下层土壤中。在20～40 cm土壤中w3处理显著高于其他处理。

7月25日，各处理有效铜质量分数在20～40 cm土壤中都达到整个时期的最大值，w1处理最高，w3次之。各处理在40～60土壤中也达到最大值，w4处理明显高于其他处理。而在60～80 cm土壤中各处理均有所降低。

灌水使表层土壤中的有效铜淋洗到下层土壤中。容易被淋洗到20～40 cm土壤中，不易被淋洗到深层土壤中，土层越深越不易淋洗。淋洗到60～80 cm土壤的有效铜质量分数很少，几乎没有变化。

在各时期w3处理有效铜质量分数在20～40 cm土壤中都比较高，在5月25日和7月1日，w3处理都为最高，并与w1、w4处理存在显著差异。说明w3处理将有效铜淋洗到20～40 cm土壤中的效果最佳。在40～60 cm土壤中w4处理一直较高，w4处理更易将有效铜淋洗到40～60 cm土壤中。

不同小写字母表示 LSD检验差异显著(P<0.05)，下同 Different lowercase letters indicate significant difference under LSD in the table (P<0.05)，the same below

2.2 不同灌水量对土壤有效锌质量分数的影响

由图2可以看出，每个时期各处理间无显著差异。或许由于有效锌质量分数太低，所以不同灌水量对其几乎无影响，也可能是其他因素，有待进一步讨论。

5月10日与5月25日表层土壤0～20 cm中有效锌质量分数高于其他土层。6月10日之后，0～20 cm土壤中有效锌质量分数逐渐降低，说明表层土壤中有效锌被淋洗到下层。5月10日到7月1日随着灌水，下层土壤20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm中有效锌都有所增加，并且各土层土壤中有效锌分布比较均匀。

图2 不同灌水量下土壤有效锌质量分数Fig.2 Available zinc mass fraction in soil under different irrigation amounts

2.3 不同灌水量对土壤有效锰质量分数的影响

由图3可知，5月10日，有效锰质量分数在40～60 cm土壤中分布最多，0～20 cm次之。在0～20 cm土壤中w2处理与w4处理显著高于其他处理，达到2.7 mg/kg。在20～40 cm土壤中w1处理最高。在下层40～80 cm土壤中各处理有效锰质量分数为w2>w4>w3>w1。

5月25日整体来看，相比较5月10日，0～20 cm土壤中有效锰质量分数有所降低，而20～40 cm、60～80 cm土壤中都有所升高，说明灌水将有效锰向下淋洗。在0～20 cm土壤中w3处理量最高，且与其他处理相比，w3处理的有效锰质量分数较5月10日反而提高27%。而在其他土层中，w3处理的有效锰质量分数都有所提高，分别增加78.6%、6.00%、43.3%。在20～40 cm土壤中增加量最大，说明w3处理更易将有效锰淋洗到次层土壤中。但是在各土层土壤中有效锰质量分数都有所提高，有可能是受到其他因素的影响，还有待进一步讨论。此外其他处理较5月10日趋势没有大的变化。

6月10日，相比较5月25日，整体趋势0～20 cm土壤有效锰有所下降，其他土层土壤质量分数变化不大。而在0～20 cm土壤中w2处理反而升高，显著高于其他处理。在20～40 cm土壤中w3处理有效锰质量分数高于其他处理。在下层土壤40～80 cm中w2处理有效锰质量分数仍最高。

7月1日，相比较6月10日，整体趋势各土层土壤中有效锰质量分数略有提高，这可能是其他因素导致。0～20 cm土壤中，w2处理有效锰质量分数下降19.3%，而在20～40 cm土壤中，w2处理有效锰质量分数升高23.3%。有效锰被淋洗到次层。在40～60 cm土壤中w2处理有效锰质量分数高于其他处理。60～80 cm土壤中，w4处理有效锰质量分数最高，处理w2次之。

7月25日，0～20 cm土壤，w2处理有效锰质量分数显著高于其他处理。20～40 cm土壤，w3处理有效锰质量分数显著高于其他处理。在60～80 cm土壤，w2处理有效锰质量分数最高。

有效锰在土壤中的质量分数波动很大，尤其在表层土壤中忽高忽低，有的处理下有效锰质量分数也毫无规律。这可能是受到其他因素的影响。从结果分析中发现不同灌水量对有效锰淋洗的规律，w3处理更容易将有效锰淋洗到20～40 cm土壤。而w2处理有效锰的质量分数在下层40～80 cm比较高，说明w2处理更易将有效锰淋洗到下层土壤中。

图3 不同灌水量下土壤有效锰质量分数Fig.3 Available manganese mass fraction in soil under different irrigation amounts

2.4 不同灌水量对土壤有效铁质量分数的影响

由图4可知，5月10日，0～20 cm土壤中w1、w3处理有效铁质量分数显著高于其他处理。其他土层土壤中各处理间无显著性差异。有效铁主要分布在表层0～20 cm土壤中，60～80 cm最少。

5月25日，相比5月10日，表层0～20 cm土壤中有效铁质量分数大幅下降，其中w1处理有效铁质量分数减少的最多，降低56.5%。20～40 cm土壤中有效铁质量分数有所升高，下层40～80 cm土壤中变化不大。说明灌水主要将表层土壤中有效铁淋洗到次层20～40 cm土壤中。在20～40 cm土壤中w2处理有效铁质量分数最高(4.54 mg/kg)，w4处理次之。在40～60 cm土壤中w3处理最高，w4处理次之。

6月10日，0～20 cm土壤中w1处理与w2处理较5月25日有效铁质量分数有所升高，w3处理与w4处理有所降低，w3处理有效铁质量分数显著低于其他处理。20～40 cm土壤中各处理有效铁质量分数都有所下降。40～60 cm土壤中除w1处理略有升高外，其他处理都略有降低。底层60～80 cm土壤中有效铁质量分数几乎没有变化。说明有效铁并没有被淋洗到下层积累。在20～40 cm土壤中w3处理有效铁质量分数最高(3.87 mg/kg)，w2处理次之。40～60 cm土壤中处理w1有效铁质量分数最高。60～80 cm土壤中各处理有效铁质量分数无显著差异。

7月1日，0～20 cm土壤中各处理有效铁质量分数都有所下降。与6月10日相似，20～60 cm土壤中有效铁质量分数都有所下降，但也有可能是其他因素导致，还需进一步讨论。在20～40 cm与40～60 cm土壤中w4处理的有效铁质量分数都为最高，分别为3.26 mg/kg和3.02 mg/kg。

7月25日，与7月1日相比较，0～20 cm土壤中有效铁质量分数都有所升高，60～80 cm土壤中有效铁质量分数都有所降低。20～40 cm土壤中w3处理有效铁质量分数最高，w4处理次之。40～60 cm土壤中w2处理有效铁质量分数最高。

不同灌水量的处理对有效铁的淋洗并没有规律。

图4 不同灌水量下土壤有效铁质量分数Fig.4 Available ferrum mass fraction in soil under different irrigation amounts

3 讨 论

土壤中有效态微量元素的质量分数可以体现土壤微量养分的供应水平[12]。从本试验来看，土壤中有效态微量元素铜、锌、锰、铁质量分数远低于全国平均值[13]，该地区土壤有效态微量元素属于亏缺水平。

本研究结果显示，灌水会使表层土壤中的有效铜被淋洗到下层土壤中，容易被淋洗到20～40 cm土壤中，不易被淋洗到深层土壤中，土层越深越不易淋洗。这与王锐[14]研究的结果一致。因为底层土壤基本为砂土，土壤中砂砾质量分数高，淋溶作用较弱。244 m3/667m2的灌水将有效铜淋洗到20～40 cm土壤中的质量分数最多。277 m3/667m2灌水更易将有效铜淋洗到40～60 cm土壤中。就是说相对较大的灌水量会将有效铜淋洗到下层土壤中较多。同时灌水也会影响土壤中铜形态的转化，王立仙等[15]研究发现灌溉能够促进铜向交换态的转化，而交换态铜是有效铜的重要组成部分。所以也可能是较多的灌水量使得下层的灌水量也较多，增加了有效铜的质量分数。

灌水将表层土壤中的有效锌淋洗到下层中，但是淋洗效果并不明显。这可能是因为土壤中含有磷酸根离子较多并且土壤有机质较低所致。Lukowski等[16]发现在有机质质量分数较低的土壤中的磷酸根离子可通过沉淀反应明显降低有效锌在土层中的迁移行为。而不同灌水量对有效锌的淋洗无显著性差异。这有可能是因为有效锌质量分数太低所致。影响有效锌质量分数的主要因素是土壤pH，孙权等[17]的研究表明当pH>6.0时有效锌质量分数随pH升高而降低。Curtin等[18]研究认为pH增加1个单位，土壤溶液中锌离子浓度降低4～10倍。而宁夏贺兰山东麓风沙土葡萄园的土壤pH普遍大于8。此外土壤母质本身含锌量低以及土壤有机质含量低都会影响有效锌质量分数。

有研究表明有效锰在土壤中的移动性很差[19]。但是通过试验发现灌水会对有效锰进行淋洗。主要将表层土壤中的有效锰从表层向下淋洗。也有可能由其他原因所致，王擎运等[20]研究发现钾离子对土壤中的有效锰具有一定的活化能力，可通过竞争机制提高其在土壤中的迁移能力，在灌溉的淋溶作用下降低了其在表层土壤中的质量分数。有效锰在各土层土壤中的质量分数波动很大，但是整体来看不同灌水量对有效锰的淋洗是有规律可循的，244 m3/667m2灌水更容易将有效锰淋洗到20～40 cm土壤，而211 m3/667m2的灌水更易将有效锰淋洗到下层土壤中。

灌水主要将表层土壤中的有效铁向下淋洗，但是在其他土层中淋洗规律并不明显。随着葡萄生长，尤其在幼果期和果实膨大期，0～60 cm土层的有效铁质量分数都降低了，这有可能是因为葡萄根系对其吸收所致。因为在幼果期到果实膨大期，葡萄根系会大量吸收养分，而10～60 cm土壤中分布着大量葡萄根系。灌水会增加土壤的含水量，这也会影响有效铁的质量分数。徐小逊等[21]的研究发现土壤有效铁质量分数与 pH 呈极显著负相关，而王明等[22]通过对宁夏引黄灌溉区土壤pH的动态变化及影响因素的研究发现，土壤pH 一般随土壤含水量增加有升高的趋势。所以，含水量高的土壤中有效铁的质量分数低。对于有效铁的淋洗，各灌水量处理间并无显著差异。

通过本试验的研究，旨在为不同灌水对宁夏贺兰东麓地区土壤中有效态微量元素的淋洗作用提供一定的参考。但是影响有效态微量元素在土壤中迁移和质量分数的因素很多，灌水后它们是如何共同影响有效态微量元素的，有待进一步研究。

4 结 论

灌水使得土壤中的效态微量元素铜、锌、锰、铁的空间分布发生变化。灌水对风沙土中有效态微量元素铜、锌、锰、铁有淋洗作用，表层中的营养元素会被淋洗到深层土壤中，土层越深，淋洗效果越差。

灌水量为244 m3/667m2处理的土壤中有效铜和有效锰被淋洗到20～40 cm土层较多，277 m3/667m2的处理更易将有效铜淋洗到深层土壤中，而244 m3/667m2的处理使得有效锰质量分数在下层累积更多。不同的处理对有效锌与有效铁的淋洗规律不明显。因此综合来看小水流自流微灌带的灌水量为244 m3/667m2的处理使得有效态微量元素质量分数在20～40 cm土层较多，而10～60 cm的土壤中分布着大部分葡萄根系，植物根系可最大程度的吸收养分。

参考文献Reference：

[1] 李莲芳,曾希柏,白玲玉.不同农业利用方式下土壤铜和锌的累积[J].生态学报,2008(9):4372-4380.

LI L F,ZENG X B,BAI L Y.Accumulation of copper and zinc in soils under different agricultural and natural field[J].ActaEcologicaSinica,2008(9):4392-4380.

[2] 董国涛,张爱娟,罗格平,等.三工河流域绿洲土壤微量元素有效含量特征分析[J].土壤,2009,41(5):726-732.

DONG G T,ZHANG A J,LUO G P.etal.Study on contents of available trace elements in oasis soil of Sangong River Watershed[J].Soils,2009,41(5):726-732.

[3] 张正仁,宋长铣.微量元素在植物生命活动中的作用[J].南京大学学报(自然科学版),1991(3):530-539.

ZHANG ZH R,SONG CH X.The action of micronutrients played in plant life[J].JournalofNanjingUniversity(NaturalSciencesEdition),1991(3):530-539.

[4] 魏明宝,魏丽芳,胡 波,等.长期施肥对土壤微量元素的影响进展研究[J].安徽农业科学,2010,38(22):11951-11953,12018.

WEI M B,WEI L F,HU B,etal.Advances on the effects of long-term fertilization of microelements in soil[J].JournalofAnhuiAgriculturalSciences,2010,38(22):11951-11953,12018.

[5] 陈 超,杨 丰,刘洪来,等.贵州喀斯特地区草地开垦对土壤微量元素的影响与评价[J].农业工程学报,2013,29(7):230-237.

CHEN CH,YANG F,LIU H L,etal.Effects and evaluation of soil trace elements after grassland converted into cropland in Guizhou karst area[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2013,29(7):230-237.

[6] 廖 琴,南忠仁,王胜利,等.黑河流域中部土壤微量元素有效态含量的空间变异及丰缺评价[J].干旱区资源与环境,2012,26(2):108-113.

LIAO Q,NAN ZH R,WANG SH L,etal.Spatial variability and abundance evaluation of available microelements in the middle reaches of Heihe River[J].JournalofAridLandResourcesandEnvironment,2012,26(2):108-113.

[7] 王银川,汪泽鹏,刘效义.宁夏贺兰山东麓气候条件及品种区划[J].宁夏科技,2002(1):36-47.

WANG Y CH,WANG Z P,LIU X Y.Climatic conditions and varieties division in eastern foot of Helan Mountain in Ningxia[J].NingxiaScienceandTechnology,2002(1):36-47.

[8] 王建国,杨林章,单艳红,等.长期施肥条件下水稻土磷素分布特征及对水环境的污染风险[J].生态与农村环境学报,2006,22(3):88-92.

WANG J G,YANG L ZH,SHAN Y H,etal.Phosphorus distribution in paddy soil and its pollution risk to water body in long-term experiments[J].JournalofEcologyandRuralEnvironment,2006,22(3):88-92.

[9] 马奇梅,张 芮,成自勇,等.不同生育期亏缺灌溉对酿酒葡萄生长及耗水特性的影响[J].灌溉排水学报,2017,36(4):21-25,71.

MA Q M,ZHANG R,CHENG Z Y,etal.Impact of water deficits in different growing stages on growth and water consumption of grape[J].JournalofIrrigationandDrainage,2017,36(4):21-25,71.

[10] 刘 强,杨 东.不同土壤类型有效微量元素的空间特征—以张掖市临泽县为例[J].水土保持研究,2017,24(6):205-208,215.

LIU Q,YANG D.Study on the contents of available trace elements in different soils-a case study in Linze area Zhangye city[J].ResearchofSoilandWaterConservation,2017,24(6):205-208,215.

[11] 聂国朝.原子吸收法测定茶叶、茶树叶和土壤中微量元素[J].微量元素与健康研究,2003(6):32-34.

NIE G ZH.The determination of microelements in tealeaf,tea plant leaf and soil by AAS[J].StudiesofTraceElementsandHealth,2003(6):32-34.

[12] 赵 营.宁夏引黄灌区不同类型农田氮素累积与淋洗特征研究[D].北京:中国农业科学院,2012.

ZHAO Y.Study on the characteristics of N accumulation and leaching in different farmlands in the Yellow River Irrigation Region of Ningxia[D].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences Dissertation,2012.

[13] 刑光熹, 朱建国.土壤微量元素和稀土元素化学[M].北京:科学出版社, 2003:1-72.

XING G X,ZHU J G.Chemistry of Microelements and Rare Earth Elements in Soil[M].Beijing:Science Press,2003:1-72.

[14] 王 锐.贺兰山东麓土壤特征及其与酿酒葡萄生长品质关系研究[D].陕西杨凌:西北农林科技大学,2016.

WANG R.Relationship between soil quality with grape growth and composition at the eastern foot of Helan mountain wine production regions[D].Yangling Shaanxi:Northwest A&F University,2016.

[15] 王立仙,马文丽,杨广怀,等.铜在土壤中的淋溶迁移特征研究[J].水土保持学报,2007(4):21-24.

WANG L X,MA W L,YANG G H,etal.Study about movement of copper in soil[J].JournalofSoilandWaterConservation,2007(4):21-24.

[16] LUKOWSKI A,WIATER J.The influence of mineral fertilization on heavy metal fraction contents in soil.Part Ⅱ:Copper and nickel[J].PolishJournalofEnvironmentalStudies,2009,18(4):645-650.

[17] 孙 权,张学英,王振平,等.宁夏贺兰山东麓葡萄基地土壤微量元素分布状况[J].中外葡萄与葡萄酒,2008(2):4-8.

SUN Q,ZHANG X Y,WANG ZH P,etal.Trace elements distribution in the soil profile of wine grape base at the eastern foot of Helan mountain of Ningxia[J].Sino-OverseasGrapevine&Wine,2008(2):4-8.

[18] CURTIN D,SMILLIE GW.Soil solution composition as affected by liming and incubation.[J].SoilScienceSocietyofAmericaJournal,1983, 47(4):701-707.

[19] CATERINA GIACOMETTI,LUCIANO CAVANI,GUIDO BALDONI,etal.Microplate-scale fluorometric soil enzyme assays as tools to assess soil quality in a long-term agricultural field experiment[J].AppliedSoilEcology, 2014, 75(2):80-85.

[20] 王擎运,张佳宝,赵炳梓,等.不同施肥方式对典型壤质潮土中微量元素积累及其有效性的影响[J].土壤学报,2012,49(6):1104-1113.

WANG ZH Y,ZHANG J B,ZHAO B ZH,etal.Influence of different long-term fertilization practices on accumulation and availability of micronutrients in typical loamy fluvo-aquic soil[J].ActaPedologicaSinica,2012,49(6):1104-1113.

[21] 徐小逊,张世熔,余妮娜,等.沱江中游土壤有效铁空间分布及其影响因素分析[J].西南农业学报,2012,25(3):977-981.

XU X X,ZHANG SH R,YU N N,etal.Soil available iron spatial distribution and influencing factors analysis based on GIS in middle reaches of Tuojiang[J].SouthwestChinaJournalofAgriculturalSciences,2012,49(6):1104-1113.

[22] 王 明,张晴雯,杨正礼,等.宁夏引黄灌区干湿交替过程中土壤pH的动态变化及影响因素[J].核农学报,2014,28(4):720-726.

WANG M,ZHANG Q W,YANG ZH L,etal.Soil pH changes in the paddy field during the drying and rewetting cycles in the Ningxia irrigation area of the Yellow River basin[J].JournalofNuclearAgriculturalSciences,2014,28(4):720-726.