不同滴灌方式对玉米田土壤总盐分及离子分布特征的影响

李丹丹，张瑞富，杨恒山，赵培军，邰继承，葛选良，李媛媛，徐 晓

（1.内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028043；2.乌兰察布市农林科学研究所，内蒙古 乌兰察布 012000）

西辽河平原灌区地处世界玉米生产“黄金带”，玉米种植面积大，单产水平高，是内蒙古自治区重要的商品玉米生产基地［1-2］，也是我国为数不多的井灌玉米高产区之一［3］。受天然降水少、地表水资源缺乏的影响，该地区玉米生产主要依靠地下水，由于传统漫灌方式沿用，水资源利用效率低，玉米高产与水资源高效的矛盾日渐突出，发展节水灌溉是该地区玉米生产的必由之路。滴灌是节水灌溉的典范，农业生产上根据作物生长发育对水分的需求，进行适时、适量灌溉，灌溉水仅分布在作物根系周围，有效降低了灌溉水的多余消耗，节水效果明显。膜下滴灌由于具有明显的节水增温效应，在北方地区得到大面积的推广应用，但由于少量多次灌溉单次灌溉量相对较少，水分在纵深方向上下移的距离较短，土壤盐分下移深度较浅，在棵间蒸发的作用下，浅层土壤盐分会发生重新分布，引起土壤的次生盐渍化［4］。有研究表明，膜下滴灌条件下，棵间蒸发使土壤盐分上移至膜间地表积盐，导致土壤表层盐分含量明显升高［5］。受灌溉水运移分布以及离子运移速率的影响，土壤盐分离子组成也会发生相应改变。土壤盐分中若某一种离子浓度过高，会对作物种子的萌发和幼苗生长带来较大影响，危害程度比多种盐分同时存在时更大［6］。可见，滴灌在水分高效利用的前提下，必须对土壤盐分次生盐渍化以及盐分离子的变化予以足够关注。

浅埋滴灌技术是本项目团队在膜下滴灌的基础上研发的节水灌溉新技术，以覆土替代覆膜，滴灌带浅埋于地表（埋深3～5 cm），在发挥节水灌溉优势的同时也可避免残膜的环境污染，具有较大的应用价值。西辽河平原灌区多盐碱土，浅埋滴灌条件下，土壤次生盐渍化的发生风险可能会进一步增加［7-8］。因此，选择膜下滴灌和浅埋滴灌2种滴灌方式，比较研究2种滴灌方式下土壤总盐和盐分离子的变化，以期为构建西辽河平原灌区玉米浅埋滴灌高产高效节水灌溉制度提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况 试验于2020年在通辽市科尔沁区农牧业高新科技示范园区进行，试验点海拔182 m，东经43°37′，北纬122°19′，为温带大陆性季风气候，多年平均降雨量380 mm左右，多年平均蒸发量为1 800 mm，年均日照时数3 000 h，作物生长期（4—9月）日照时数为1 650 h，年平均气温6.8℃。试验地区土壤为轻度盐碱土，0～60 cm土层平均土壤含盐量为1.53 g·kg-1，土壤容重为1.39 g·cm-3。

1.2 试验设计 采用大区对比试验，设置浅埋滴灌和膜下滴灌2个处理，3次重复，每小区面积为720 m2（7.2 m×100 m），供试品种为农华101，各处理采用大小垄（小垄行距40 cm，大垄行距80 cm）种植方式，种植密度为7.5万株·hm-2，滴灌带为内镶片式，相邻滴头间距离为30 cm，滴头流量为2.7 L·h-1。膜下滴灌处理采用幅宽为1.2 m、厚度为0.08 mm聚乙烯农用透明膜。各处理底施氮（N）35 kg·hm-2，磷（P2O5）90 kg·hm-2，钾（K2O）45 kg·hm-2；结合灌溉追施氮（N）240 kg·hm-2，其中，拔节期追施72 kg·hm-2，大喇叭口期追施144 kg·hm-2，吐丝期追施24 kg·hm-2，每次追施前先滴清水约1 h，追肥完毕后继续滴清水至相应灌水量。各处理灌溉频次6次，次灌量分别为550、350、350、800、550、550 m3·hm-2，分别在播种后、拔节期、大喇叭口期、吐丝期、吐丝后10 d、吐丝后20 d进行。各处理于2020年5月3日播种，10月1日收获，全生育期148 d。

1.3 测定项目与分析 在灌溉前（5月3日）和收获后（10月3日）取土。采用九宫格取土器（每格10×10 cm，厚度10 cm）进行土壤样品采集，将九宫格取土器紧贴滴灌带，放在两滴头中间，垂直压入土壤，从每个方格中心位置取出规定重量土壤样品，每10 cm一层，共6层，每层从各方格中取出相同重量的土壤样品，混合均匀备用。采用残渣烘干法测定含盐量（1∶5土液比），采用火焰光度计法测定Na+、K+含量，用原子吸收分光光度法测定Ca2+、Mg2+含量，采用硫酸钡比浊法测定SO42-含量，采用硝酸银滴定法测定Cl-含量，采用双指示剂-中和滴定法测定CO32-和HCO3-含量。

1.4 数据统计与分析 采用Microsoft Excel 2016进行数据处理，DPSV10.0软件进行差异显著性（LSD）分析。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌方式对土壤总盐分的影响 0～10、10～20 cm土层土壤总盐分2种滴灌方式均表现为收获后显著高于灌溉前，收获后2种滴灌方式间均表现为浅埋滴灌显著高于膜下滴灌。这也说明，2种滴灌方式都容易引起盐分在土壤表层聚集，其中，以浅埋滴灌表现得尤为明显。20～30 cm土层收获后滴灌方式间差异不显著。30～40、40～50 cm土层收获后处理间差异不显著，但均显著高于灌溉前。50～60 cm土层2种滴灌方式均表现为收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间表现为膜下滴灌显著高于浅埋滴灌。见表1。

表1 不同滴灌方式对0～60 cm土层土壤总盐分的影响Tab.1 Effects of different irrigation methods on the soil total salinity content in 0～60 cm soil layer mg·kg-1

2.2 不同滴灌方式对土壤阳离子含量的影响 不同滴灌方式对0～60 cm土层土壤阳离子含量的影响见表2。2种滴灌方式土壤Ca2+含量0～10 cm土层收获后与灌溉前差异不显著，收获后滴灌方式间差异亦不显著；10～20 cm土层收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式之间表现为浅埋滴灌高于膜下滴灌，处理间差异达到了显著水平；20～30、30～40 cm土层收获后与灌溉前差异均不显著，收获后滴灌方式间差异亦不显著；40～50 cm土层收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式之间差异不显著；50～60 cm土层收获后与灌溉前的差异均不显著，但收获后滴灌方式之间表现为膜下滴灌显著高于浅埋滴灌。Na+含量0～10 cm土层收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式之间的差异不显著；10～20、20～30 cm土层收获后与灌溉前的差异均不显著，收获后滴灌方式间的差异亦不显著；30 cm以下土层膜下滴灌和浅埋滴灌方式下收获后与灌溉前差异均不显著，收获后浅埋滴灌与膜下滴灌之间的差异亦不显著。K+含量0～10 cm土层膜下滴灌收获后与灌溉前差异不明显，浅埋滴灌收获后与灌溉前的差异达到了显著水平，收获后滴灌方式之间表现为浅埋滴灌高于膜下滴灌，二者之间的差异达到了显著水平；10～20、20～30 cm土层膜下滴灌和浅埋滴灌收获后均显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间均表现为浅埋滴灌显著高于膜下滴灌；30～40 cm土层收获后均显著高于灌溉前，收获后浅埋滴灌显著低于膜下滴灌；40～50 cm土层2种滴灌方式收获后均显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间差异不显著；50～60 cm土层收获后均显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间表现为膜下滴灌显著高于浅埋滴灌。Mg2+含量40 cm以上土层2种滴灌方式收获后与灌溉前的差异均不显著，收获后滴灌方式间差异亦不显著；40～50 cm土层收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间表现为膜下滴灌高于浅埋滴灌，处理间差异达到了显著水平；50～60 cm土层膜下滴灌收获后显著高于灌溉前，浅埋滴灌收获后与灌溉前差异不显著，收获后滴灌方式间膜下滴灌显著高于浅埋滴灌。

表2 不同滴灌方式对0～60 cm土层土壤阳离子含量的影响Tab.2 Effects of different drip irrigation methods on soil cations content in 0～60 cm soil layer mg·kg-1

续表2

2.3 不同滴灌方式对土壤阴离子含量的影响 不同滴灌方式对0～60 cm土层土壤阴离子含量的影响见表3。2种滴灌方式土壤Cl-含量0～10 cm土层收获后均显著低于灌溉前，收获后滴灌方式间浅埋滴灌显著高于膜下滴灌；10～20、20～30 cm土层收获后与灌溉前的差异均不显著，收获后滴灌方式间的差异亦不显著；30～40 cm土层膜下滴灌收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间差异不显著；40～50、50～60 cm土层收获后与灌溉前差异不显著。HCO3-含量0～10 cm土层收获后与灌溉前的差异不显著，收获后灌溉方式间差异亦不显著；10～20 cm土层收获后与灌溉前差异不显著，收获后滴灌方式间差异达到了显著水平；30 cm以下土层收获后与灌溉前的差异均不显著，收获后灌溉方式间差异亦不显著。SO42-含量0～10 cm土层收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间的差异不显著；10～20 cm土层收获后均显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间表现为浅埋滴灌高于膜下滴灌，处理间差异达到了显著水平；20～30 cm土层膜下滴灌表现为灌溉前显著高于收获后，浅埋滴灌灌溉前与收获后的差异不显著，收获后滴灌方式间差异不显著；30～40、40～50 cm收获后显著高于灌溉前，收获后滴灌方式间的差异不显著；50～60 cm土层收获后与灌溉前的差异不显著，收获后滴灌方式间的差异亦不显著。

表3 不同滴灌方式对0～60 cm土层土壤阴离子含量的影响Tab.3 Effects of different drip irrigation methods on soil anions content in 0～60 cm soil layer mg·kg-1

3 讨论与结论

不同滴灌方式由于滴灌设施及配置方式不同也会影响到土壤盐分的运移和分布［9-11］。节水滴灌条件下，土壤盐分以滴头为中心向深层土壤呈“放射状”路径运移，棵间蒸发是促使土壤盐分发生重新分布的主要动力［12-13］，在棵间蒸发的作用下，膜外浅层土壤盐分会垂直上移至地表积盐，膜内浅层土壤盐分受地膜阻隔，表现出向膜边和膜外裸露带迁移积累特征，而深层土壤盐分变化较为稳定［14］，增加灌溉定额有利于增加脱盐深度，但也容易造成膜间地表盐分的累积［14-15］。本研究膜下滴灌土壤盐分变化规律与前人研究结论基本一致，而在浅埋滴灌条件下，由于地表无膜阻隔，棵间蒸发更为强烈，土壤盐分会垂直上移至地表积盐，且表现出表层土壤盐分含量更高的特点。

盐碱土对作物生长的危害不仅来自于耕层土壤较高的盐分浓度，也来自于盐分离子的组成差异［16］。土壤中若某一种盐分离子的含量过高，其对作物的危害程度比多种盐分离子同时存在时更大［6，17］。受灌溉水运移路径及离子运移速率的影响，在灌溉过程中土壤盐分离子组成也会发生改变。本研究结果表明，2种滴灌方式下，0～10 cm土层Na+含量收获后均显著高于灌溉前，滴灌方式间以浅埋滴灌表现较为明显；K+含量浅埋滴灌收获后与灌溉前的差异达到了显著水平，这也说明，滴灌条件下表层土壤阳离子含量Na+、K+含量较高，滴灌方式间浅埋滴灌较膜下滴灌更为明显。阴离子中SO42-含量且受滴灌方式的影响较大，20 cm以上土层2种滴灌方式收获后较灌溉前均有明显增加，滴灌方式间以浅埋滴灌表现得最为明显。0～10 cm土层Cl-含量收获后显著低于灌溉前，说明Cl-更容易被淋洗至深层土壤，这可能和Cl-移动速率较快有关。HCO3-移动速率较慢，2种滴灌方式下表层土壤离子含量变化不大。从阴离子的变化来看，表层土壤以SO42-、HCO3-含量较高，滴灌方式间以浅埋滴灌表现得更为明显。因此，在浅埋滴灌条件下表层土壤的总盐度增加，而盐分离子组成仍以Na+、K+、SO42-、HCO3-为主，盐渍土壤类型没有发生改变。