不同磁化水处理下盐渍化土壤脱盐效果研究

徐 莉，唐 金，陈淑英

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2. 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆 乌鲁木齐 830011；3. 中国科学院大学，北京 100049；4. 伊犁师范大学生物与地理科学学院，新疆 伊宁 835000；5. 伊犁哈萨克自治州林业科学研究院，新疆 伊宁 835000)

目前，全球约有7%的土地受到盐渍化的威胁。我国是全球盐渍化程度较高的区域之一，盐渍化土壤总面积约为3.6×107hm2，约占全国可利用土地面积的4.88%[1]。干旱、半干旱地区受土壤成土母质含盐、蒸降比大等因素的影响，土壤盐渍化及次生盐渍化普遍存在[2]，严重制约了干旱区绿洲农业的可持续发展。

近年来，关于磁化水的研究不断取得进展，在浸种、灌溉、水培幼苗等方面均取得了一定成果[16]。随着研究的深入，有研究表明不同磁化强度下磁化效果亦不相同，而且并不是磁场越大，磁化效果就会越明显[17]，而是在一定的磁场强度范围内，磁化水才能起到最佳效果[18-20]。目前关于磁化水滴灌盐渍化土壤的研究以室内模拟试验和田间小区试验为主，研究多采用单一磁化强度或二次磁化[7,15,18-19]，然而比较不同磁化强度对土壤脱盐效果的研究报道相对较少。因此，本文借助磁化水滴灌技术，设置1 000、2 000、3 000、3 600 mT、对照组(CK)5组不同磁化强度的对比试验，分析不同磁化强度下土壤盐分含量的变化特征，进一步对比分析不同强度的磁化水滴灌对盐渍化农田土壤的脱盐效果，旨在为节水灌溉条件下改善和利用盐碱土的新方法提供理论依据，最终为绿洲农业的可持续发展提供相关决策依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于新疆伊犁河南岸察布查尔县的伊犁州林科院试验示范基地(43°44′34″N，81°10′30″E)，属于大陆性北温带温和干旱气候，冬春季长且冬季寒冷，夏秋季短且夏季炎热，年均气温7.9℃，极端最高气温39.5℃，极端最低气温-43.2℃；年均降水量222 mm，年蒸发量1 630 mm，蒸发量为降水量的6～15倍；年平均日照时数2 846 h，≥10℃的积温3 389.1℃，无霜期169 d；土壤类型以灰钙土为主，局部为盐化灰钙土或草甸盐土。该区由于干旱，降水少，气温高，地表蒸发强烈，地下水矿化度高，导致盐分在土层上部积累，易形成盐渍化和次生盐渍化。土壤含盐量为0.55%～0.8%，属于中度盐渍土；盐渍化类型主要为硫酸盐盐渍土，氯化物盐渍土分布较少，阳离子以Na+含量最高，Na2SO4和NaCl是主要的次生盐渍化盐分，pH平均值大于8.3[21]。

试验材料为种植2 a苹果所在地的盐渍化土壤，占地面积1.4 hm2。试验区土壤有机质为10.83 g·kg-1，速效氮为109.81 mg·kg-1，速效钾为139.31 mg·kg-1，速效磷为9.49 mg·kg-1。此外，试验区行间实行果园生草，草类种植以黑麦草和高羊茅为主，树盘覆盖锯末、玉米秸秆。

1.2 试验设计

2017年5月15日在试验区安装磁化器，供试磁化器为包头市鑫达磁性材料厂生产的农灌注水磁化器，直径为90 mm。试验设普通水灌溉(CK)、磁化强度为1 000 mT(mT为磁感应强度单位，豪特)(T1)、磁化强度为2 000 mT(T2)、磁化强度为3 000 mT(T3)、磁化强度为3 600 mT(T4)等5组。灌水前将磁化器与主管道相连接，将磁化器置于出水桩内，2个磁化器间相互独立，互不影响，且间距约为25 m，当滴灌水经流磁化器即被磁化，具体见图1。磁化水处理与未磁化水处理(CK)，其他田间管理措施和大田一致。灌溉定额2 700 m3·hm-2，灌水定额均为300 m3·hm-2，灌水周期均为20 d，每次滴水6～8 h。

注：T1 ～T4磁化区分别为1 000 、2 000、3 000、3 600 mT磁化水灌溉；对照区为普通水灌溉。下同。Note：T1-T4 magnetized water irrigation plots were irrigated with magnetized water of 1 000, 2 000, 3 000 and 3 600 mT, respectively. Control plot was irrigated with ordinary water. The same below.图1 试验设计示意图Fig.1 Schematic of the experiment of drip irrigation

1.3 采样及测定方法

1.3.1 样品采集 于2017年5月、10月分别进行野外采样。试验区采用滴灌方式，每隔20 d灌水1次，每次灌水6～8 h，试验期间灌水次数为6次，实际灌水量为1 800 m3·hm-2。在试验区随机取样，每行选取3～4个采样点，每个采样点沿一侧滴灌带方向正下方同一水平线上按不同垂直深度0～10、10～20、20～40、40～60 cm进行分层取样，每层重复取3个样品，混合为一个样品。采好后放入密封袋中，在密封袋内外附上标签，包括样品名称、土层深度、经纬度等。将野外采集的土壤样品带回实验室，在实验室内去除细根和石块等杂质，自然风干，过2 mm孔筛，用于测定不同土层的土壤含盐量、土壤可溶性盐离子组成等。此外，在首次滴灌前一天，按上述采样层次采集组成混合土壤样品测定基础盐分含量。

1.4 数据处理与分析

其中，Z为土壤脱盐率(%)；X1为未经磁化水滴灌前土壤盐分初始值(g·kg-1)；X2为磁化水滴灌后土壤盐分终值(g·kg-1)。

2 结果分析

2.1 不同磁化水处理下土壤剖面的含盐量变化

不同磁化水处理下各土层含盐量的变化见表1。由表1可知，未经磁化处理水灌溉的土壤盐分变化范围在1.605～3.682 g·kg-1之间，平均含量约为2.649 g·kg-1。从垂直方向上看，T1、T2、T3表现出0～10 cm的土壤含盐量均低于40～60 cm，在20～40 cm处最高，且随着土壤深度的增加呈现出先增加再降低的趋势；T4、CK则表现出表层土壤含盐量高于底层，且随着土壤深度的增加呈现出逐渐降低的趋势。经不同磁化强度的水灌溉后土壤含盐量发生明显变化。灌后土壤含盐量变化范围在0.810～3.142 g·kg-1之间，平均含盐量为1.785 g·kg-1。与灌溉前相比，灌后被磁化的各土层含盐量均明显降低，且平均各土层土壤含盐量降低了约32.83%。垂直方向上不同深度土壤含盐量变化不一。T1处理下0～60 cm土壤含盐量降值均较大，其中在20～40 cm降值最为明显，下降了65%；T2在0～20 cm处土壤含盐量明显减少，约平均降低了62.41%；T3、T4在40～60 cm处土壤含盐量明显减少，分别降低了48.87%和37.95%；CK土壤含盐量降低幅度相对较小，且明显降幅低于磁化水滴灌处理。由此表明，磁化水滴灌能降低土壤中的盐分含量，较普通水更易使得盐分淋出土体。此外，与灌前未经磁化水处理相比较，随着土层深度的增加土壤含盐量的变化规律也发生了明显变化，表层含量明显低于底层，即随土层深度的增加表现为增加趋势，表明磁化水滴灌对表层土壤盐分含量的淋洗效果更加明显，能够使土壤盐分不断向下运移。

表1 不同磁化水处理下土壤剖面含盐量变化

2.2 不同磁化水处理下土壤剖面Cl-和含量变化

2.3 不同磁化水处理对土壤脱盐率的影响

图2 不同磁化水处理下灌前及灌后土壤剖面的含量分布Fig.2 The profile of soil Cl- and contents before and after drip irrigation under different magnetization water treatments

处理Treatment含盐量/(g·kg-1)Soil salinity灌前Before irrigation灌后After irrigation脱盐率/%DesalinationrateCl-含量/(g·kg-1)Cl-content灌前Before irrigation灌后After irrigation脱除率/%RemovalrateSO2-4含量/(g·kg-1)SO2-4 content灌前Before irrigation灌后After irrigation脱除率/%RemovalrateT12.614±0.8911.112±0.14757.470.026±0.010.017±0.00235.320.695±0.1970.427±0.14738.56T23.007±0.5011.865±0.53437.980.068±0.0260.013±0.00281.210.772±0.2210.510±0.21233.84T32.394±0.6471.648±0.80131.160.029±0.0030.007±0.00475.370.570±0.1790.355±0.15637.75T41.894±0.1571.344±0.20529.040.045±0.0240.016±0.01364.690.406±0.0890.139±0.08865.67CK3.335±0.3412.956±0.24711.370.060±0.0020.050±0.00415.840.867±0.1700.834±0.1573.79

3 讨 论

不同磁化强度直接影响土壤的脱盐效果，张瑞喜等[18]通过室内土柱模拟和田间小区滴灌实验，研究表明磁化水灌溉有利于将更多的盐分淋洗出土体，且300 mT磁处理效果最佳；李夏等[19]探究了一次磁化、二次磁化处理水灌溉对棉田土壤脱盐效果的影响，发现二次磁化3 600～2 000 mT效果最佳；王洪波等[24]通过设置4种磁化灌水模式，对比分析了不同磁化强度处理的水灌溉对甜菜增产效果的影响程度，研究认为以二次磁化1 600～2 400 Gs处理效果最佳；在本研究结果中，通过对比4种磁化处理方式，发现T1处理土壤脱盐率相对较高，即1 000 mT磁化处理效果最佳。由此可以看出，不同作用对象的最佳磁感应强度亦不相同，且磁场强度的大小与脱盐效果并不成正比。此外，有研究表明磁化水的作用效果，不仅与磁感应强度、磁化时水的流速有关，而且还和它们的交互作用以及作用对象等有关[25]。因此，不同的试验目的、试验对象及试验条件，其最佳磁感应强度都是存在差异的，所以对最佳磁感应强度的确定今后需要进一步深入探究，还需要不断地进行大田试验研究。此外，本文仅探究了不同磁化水处理对土壤脱盐效果的影响，对磁化效果的影响因素探究较少，因此，在后续的研究中，应对磁化水滴灌后土壤的物理化学性质变化原因进行更深入地探讨和研究。

磁化水处理技术具有劳动量小、操作简便快速、投入低、效率高、无污染、无危害等特点[3,18]，具有广阔的应用前景。因此，在干旱、半干旱地区，磁化水结合滴灌技术可以作为盐渍化土壤改良措施的一种可选方法，对表层土壤能够起到较好的改良效果。本文仅对比分析了不同磁化处理下土壤的脱盐效果，虽未分析其对作物生长态势及产量与经济效益等方面影响，但从土壤脱盐率来看，磁化水滴灌对改良新疆中轻度盐渍化土壤是一种行之有效的方法。

4 结 论