潘秋艷，劉玉春，徐 倩，孫紅春，李存東，朱 浩，白彩虹(.河北農(nóng)業(yè)大學 城鄉(xiāng)建設(shè)學院，河北 保定 0700；. 河北農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，河北 保定 0700)

0 引 言

淡水資源短缺已經(jīng)成為制約華北平原經(jīng)濟發(fā)展的重要問題，微咸水和再生水應用于棉花灌溉是解決水資源短缺的有效途徑。王艷娜等[1]，李加宏等[2]進行了有關(guān)微咸水和咸水應用的實踐；王全九等[3]研究認為把握好滿足作物對水分的需求與控制鹽分危害的關(guān)系是微咸水灌溉技術(shù)的關(guān)鍵；Hipp[4]認為微咸水灌溉導致土壤鹽分累積，累積程度與灌溉水含鹽量相關(guān)；李莎等[5]研究表明灌溉水礦化度是影響作物根層含鹽量的主要因素。Paliwal等[6]研究表明再生水灌溉促進作物生長，減少施肥量。但Singh等[7]，Mapanda等[8]認為再生水應用于農(nóng)業(yè)灌溉會對人體健康和環(huán)境產(chǎn)生不利影響，再生水灌溉具有增加土壤鹽分的趨勢[9-12]。龔江等[13]研究表明在鹽分脅迫下棉花根系會產(chǎn)生相應的適應反應，根系形態(tài)發(fā)生改變。國內(nèi)外對于微咸水和再生水灌溉對土壤鹽分影響的研究較多，但有關(guān)微咸水和再生水在不同灌水量條件下對棉花土壤理化性質(zhì)和根系的影響，鮮有報道。本文主要研究不同礦化度微咸水和再生水在不同灌水量的條件下，對盆栽棉花土壤理化性質(zhì)和根系的影響，為微咸水和再生水應用于棉花灌溉提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學東校綠化區(qū)。保定市處于38°10′～40°00′ E、113°40′～116°20′ N之間，屬溫帶季風性氣候，年最霜期165～210 d。試驗占地30 m2，試驗用土壤取自試驗地0～20 cm土層，年最高氣溫27 ℃，最低氣溫-12 ℃，多年平均降水量500 mm，平均日照2 700 h，土壤初始含鹽量為0.03%，密度為1.28 g/cm3，田間持水率為0.33 cm3/cm3，有機質(zhì)含量為23.33 g/kg，速效氮為70.05 mg/kg，速效鉀為122.09 mg/kg，速效磷為15.70 mg/kg。土壤基本物理性質(zhì)經(jīng)百特激光粒度分析系統(tǒng)Ver 7.21測定，試驗土壤為砂粉土，如表1所示。

表1 土壤基本物理性質(zhì)Tab.1 Physical properties of the soil

1.2 試驗設(shè)計

試驗分別于2014年4月20日-6月25日和2014年6月26日-8月11日進行兩期，第二期試驗是第一期試驗的重復，僅微咸水的礦化度有調(diào)整，供試棉花品種為農(nóng)大棉601。試驗設(shè)置灌水水質(zhì)和灌水量2個試驗因素，灌水水質(zhì)設(shè)5個水平，分別為低、中、高礦化度的微咸水、再生水和清水，其中清水作為對照，以下分別以Q1、Q2、Q3、Q4和Q5表示。試驗用微咸水采用離子成分摩爾配比NaCl∶Na2SO4∶CaCl2∶MgCl2=4∶2∶1∶1人工配置成低、中、高三個礦化度，第一期試驗低、中、高3個礦化度分別設(shè)置為2、3、4 g/L，第二期試驗分別設(shè)置為2、4、6 g/L，再生水取自保定銀定莊污水處理廠過濾池，對照用清水取自河北農(nóng)業(yè)大學東校綠化區(qū)水井，灌溉水水質(zhì)見表2。灌水量設(shè)4個水平，分別為田間持水量的95%、85%、70%和55%，以下分別以W1、W2、W3和W4表示。試驗共20個處理，每個處理10個重復，采用完全隨機試驗設(shè)計，共計200個試驗用盆。

試驗土壤過5 mm篩，按干密度1.28 g/cm3分層均勻填裝至高17 cm、平均直徑為17.5 cm，總?cè)莘e為16 458 cm3的瓦盆，填裝深度15 cm。裝好土后，按4個灌水水平進行播前灌，2 d后每盆均勻播種20粒棉種，待棉苗長到3片真葉時定苗，每盆留長勢均勻的棉苗1株。試驗無基肥和追肥，雨天用塑料棚遮蓋，保證無雨淋。土壤含水率采用土鉆取樣烘干法測定，根據(jù)土壤含水率確定灌水定額，見表3。

1.3 試驗測定項目

試驗測定項目包括土壤鹽分、硝態(tài)氮、有機質(zhì)和棉花根系的根長、根表面積、根體積等。試驗采用土鉆分別在播種期、營養(yǎng)生長期和現(xiàn)玲期各取土1次，每次在統(tǒng)一處理不同平行中取土，取土深度0～15 cm。土樣放于實驗室通風處自然風干，研磨，過2 mm篩，采用水土比為5∶1配置土壤浸提液。土壤浸提液的鹽分使用AZ8371 Salinity meter測定，土壤浸提液的硝態(tài)氮采用上海PXSJ-226型雷磁計測定，土壤浸提液的有機質(zhì)采用TRF-2PC型土壤測試儀測定。試驗結(jié)束日每個處理選取3株長勢均勻的棉株，取出完整根部，置于60目鐵篩中沖洗，撿出所有活體根系，再用去離子水沖洗，使用EPSON V300型掃描儀把根系掃描成灰階模式的TIF圖像文件，然后用WinRhizo圖像處理系統(tǒng)處理圖像，獲取根系分布參數(shù)總根長、根體積等。

表2 灌溉水水質(zhì)指標 mg/kgTab.2 Quality of irrigation water

表3 盆栽棉花灌溉制度Tal.3 Potted plant cotton irrigation system

用AMT-300電子四合一土壤測試計測量土壤溫度，第一期試驗的土壤溫度是14～23 ℃，第二期試驗的土壤溫度是23～28 ℃。用20 cm蒸發(fā)皿測量水面蒸發(fā)量，第一期試驗的日平均蒸發(fā)量是5.35 mm，第二期試驗的日平均蒸發(fā)量是6.31 mm。

1.4 試驗數(shù)據(jù)分析方法

試驗數(shù)據(jù)處理及制圖采用Microsoft Excel 2007進行，數(shù)據(jù)顯著性分析采用Spss Statistics 17.0V 數(shù)據(jù)分析軟件LSD法進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 盆栽棉花苗期土壤鹽分動態(tài)變化情況

微咸水和再生水灌溉在滿足作物對水分需求的同時將鹽分帶入土壤，因此要防止鹽分在作物主根區(qū)的積累。為了分析微咸水和再生水灌溉對盆栽棉花苗期土壤鹽分動態(tài)變化情況的影響，將不同灌水水質(zhì)和灌水量時苗期土壤含鹽量的變化曲線繪如圖1。灌水量對土壤含鹽量沒有顯著影響。在灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時，第一期試驗結(jié)束日土壤含鹽量分別為0.103%、0.180%、0.228%、0.063%和0.045%，第二期試驗結(jié)束日土壤含鹽量分別為0.113%、0.166%、0.221%、0.075%和0.068%，微咸水和再生水處理與對照清水處理相比均增加土壤含鹽量，而且土壤含鹽量隨著微咸水礦化度的升高而增加。方差分析結(jié)果表明，灌水水質(zhì)對土壤含鹽量在p=0.05水平上影響顯著，由圖1可知，隨著灌水次數(shù)的增多，微咸水灌溉土壤含鹽量逐漸增加，出現(xiàn)表層土壤積鹽現(xiàn)象。在灌水量W1、W2、W3和W4處理時，第一期試驗土壤含鹽量分別為0.144%、0.104%、0.130%和0.116%，第二期試驗土壤含鹽量分別為0.228%、0.164%、0.238%和0.186%，第一期和第二期試驗土壤中鹽分與初始土壤鹽分相比，均出現(xiàn)土壤積鹽現(xiàn)象，方差分析結(jié)果表明，灌水量對土壤含鹽量沒有顯著影響。第一期試驗土壤含鹽量低于第二期試驗土壤含鹽量，可能是由于第二期試驗地面蒸發(fā)加強，土壤中鹽分積累隨之增加。

圖1 灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期土壤含鹽量的影響Fig.1 Effects of irrigation water quality and irrigation amount on the soil salt content of potted cotton in seeding stage

2.2 盆栽棉花苗期土壤有機質(zhì)動態(tài)變化情況

圖2給出了不同灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期土壤有機質(zhì)影響的變化情況。在灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時，6月23日土壤有機質(zhì)含量分別是0.9%、0.9%、0.9%、2.0%和1.3%，8月11日土壤有機質(zhì)含量分別為1.0%、0.6%、0.9%、1.5%和0.8%。與對照清水相比，微咸水處理使6月23日土壤有機質(zhì)含量降低30%，再生水處理使6月23日土壤有機質(zhì)含量增加54%；2和6 g/L微咸水和再生水處理使8月11日土壤有機質(zhì)含量分別增加25%、13%和88%，4 g/L微咸水處理使8月11日土壤有機質(zhì)含量降低25%?？芍偕幚碛行岣呙藁缙谕寥烙袡C質(zhì)含量，微咸水處理由于鹽分脅迫作用，抑制或緩慢增加土壤有機質(zhì)含量。方差分析結(jié)果表明，灌水水質(zhì)對土壤有機質(zhì)含量在p=0.05水平上影響顯著。在灌水量W1、W2、W3和W4處理時，6月23日土壤有機質(zhì)含量分別是1.2%、1.1%、1.4%和1.0%，8月11日土壤有機質(zhì)含量分別為0.7%、0.9%、1.1%和1.1%，方差分析結(jié)果表明，灌水量對土壤有機質(zhì)含量沒有顯著影響。

圖2 灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期土壤有機質(zhì)含量的影響Fig.2 Effects of irrigation water quality and irrigation amount on the organic content of potted cotton in seeding stage

2.3 盆栽棉花苗期土壤硝態(tài)氮動態(tài)變化情況

圖3給出了不同灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期土壤硝態(tài)氮影響的變化情況。在灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時，第一期試驗硝態(tài)氮含量分別為4.8、3.6、4.8、5.1和4.2 mg/kg，第二期試驗硝態(tài)氮含量分別為2.6、7.1、6.4、3.0和3.5 mg/kg，與對照清水處理相比，第一期試驗2和4 g/L微咸水和再生水處理土壤硝態(tài)氮含量分別增加14%、14%和21%，3 g/L微咸水處理降低14%；第二期試驗4和6 g/L微咸水處理土壤硝態(tài)氮增加102%和83%，2 g/L微咸水和再生水處理降低26%和14%。方差分析結(jié)果表明，灌水水質(zhì)對土壤硝態(tài)氮含量沒有顯著影響。在灌水量W1、W2、W3和W4處理時，第一期土壤硝態(tài)氮含量分別為4.9、3.9、5.5和3.8 mg/kg，第二期試驗土壤硝態(tài)氮含量分別為4.6、4.6、5.9和2.9 mg/kg，方差分析結(jié)果表明，灌水量對土壤硝態(tài)氮含量沒有顯著影響。

2.4 盆栽棉花苗期根系生長情況

圖4(a)和4(b)給出了灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期根系生長情況的影響。由圖4(a)可知，在灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時，第一期試驗根長分別是239、242、176、286和142 cm，第二期試驗根長分別是166、143、119、166和79 cm。與對照清水處理相比，第一期試驗2、3和4 g/L微咸水和再生水處理根長分別增加68%、70%、24%和101%，第二期試驗2、4和6 g/L微咸水和再生水處理根長增加110%、81%、51%和110%?？梢缘弥?，微咸水和再生水處理均會使根長增加，再生水處理的根長大于微咸水處理的根長，而隨著微咸水礦化度的增加，根長降低。方差分析結(jié)果表明，灌水水質(zhì)對第一期試驗的苗期根長在p=0.05水平上影響顯著，對第二期試驗苗期根長沒有顯著影響。在灌水量W1、W2、W3和W4處理時，第一期試驗根長分別為244、216、217和192 cm，隨著灌水量的減少根長降低；第二期試驗根長分別為85、123、191和140 cm，隨著灌水量的減少，根長呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。方差分析結(jié)果表明，灌水量對苗期根長沒有顯著影響。第一期和第二期試驗土壤積鹽最嚴重的灌水量分別是W1和W3，表明在一定范圍內(nèi)鹽分脅迫對棉花根系生長有顯著的促進作用。第一期試驗根長大于第二期根長，可能原因是第二期試驗棉花受到水分脅迫嚴重，根系生長活力下降，故而根長降低。灌水水質(zhì)和灌水量對苗期根體積的影響與對根長的影響規(guī)律相同。

圖3 灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期土壤硝態(tài)氮含量的影響Fig.3 Effects of irrigation water quality and irrigation amount on the NO3-N content of potted cotton in seeding stage

注：圖中不同小寫字母表示各個處理之間在p=0.05水平上差異顯著。圖4 灌水水質(zhì)和灌水量對盆栽棉花苗期根系的影響Fig.4 Effects of irrigation water quality and irrigation amount on the root system of potted cotton in seeding stage

3 結(jié) 語

不同灌水量時，微咸水和再生水處理對盆栽棉花苗期土壤理化性質(zhì)和根系生長情況的影響試驗有如下結(jié)論。

(1)微咸水和再生水處理與對照清水處理相比，土壤含鹽量分別增加145%～278%和10%～40%，微咸水處理土壤含鹽量隨著礦化度的升高而增加；對于灌水量處理，不同的灌水水平均增加土壤含鹽量。

(2) 再生水、4和6 g/L微咸水處理提高有機質(zhì)和硝態(tài)氮含量，有機質(zhì)和硝態(tài)氮最高時灌水量是W3。

(3)微咸水和再生水處理促進根系生長，而且再生水處理的根系活力大于微咸水處理的根系活力。在鹽分積累最嚴重情況下，根系生長最快，說明一定范圍的鹽分脅迫促進根系生長。

[1] 王艷娜, 侯振安, 龔 江, 等. 咸水滴灌對土壤鹽分分布、棉花生長和產(chǎn)量的影響[J]. 石河子大學學報(自然科學版), 2007,25(2):158-162.

[2] 李加宏, 俞仁培. 礦化灌溉水-土壤-作物系統(tǒng)中鹽分遷移和循環(huán)的分室模型[J]. 土壤通報, 1997,28(5):6-10.

[3] 王全九, 徐益敏, 王金棟, 等. 咸水與微咸水在農(nóng)業(yè)灌溉中的應用[J]. 灌溉排水, 2002,21(4):73-77.

[4] Hipp B W. Irrigation with saline water in south texas[C]∥ Proceedings of the International Salinity Conference. Texas Tech University, Lubbock, Texas August 16-20, 1976:345-349.

[5] 李 莎, 何新林, 王振華, 等. 微咸水灌溉對膜下滴灌棉花土壤鹽分的影響試驗[J]. 武漢大學學報(工學版), 2010,43(5):571-575.

[6] Paliwal K, Karunaichamy K S T K, Ananthanalli M. Effect of sewage water irrigation on growth performance, biomass and nutrient accumulation in Hardwickia binata under nursery conditions[J]. Bioresource Technol, 1998,66(2):105-111.

[7] Singh K P, Mohan D, Sinha S, et al. Impact assessment of treated untreated wastewater toxicants discharged by sewage treatment plants on health, agricultural, and environmental quality in the wastewater disposal area[J]. Chemosphere, 2004,55(2):227-255.

[8] Mapanda F, Mangwayana E N, Nyamangara J, et al. The effect of long-term irrigation using wastewater on heavy metal contents of soils under vegetables in Harare, Zimbabwe[J]. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2005,107(2/3):151-165.

[9] Hogg T J, Weiterman G, Tollefson L C. Effluent irrigation: the Saskatchewan perspective[J]. Canadian Water Resources Journal, 1997,22(4):445-455.

[10] Qian Y L, Mecham B. Long-term effects of recycled wastewater irrigation on soil chemical properties on golf course fairways[J]. Agron J, 2005,97(3):717-721.

[11] Neilsen G H, Stevenson D S, Fitzpatrick J J. Soil and sweet cherry responses to irrigation with water[J]. Canadian Journal of Soil Science, 1991,71(2):31-44.

[12] Chakrabatri C. Residual effect of long-term and application of domestic waste-water[J]. Environment International, 1995,1(3):333-339.

[13] 龔 江, 鮑建喜, 呂 寧, 等. 滴灌條件下不同鹽水平對棉花根系分布的影響[J]. 棉花學報, 2009,21(2):138-143.