吳 芳， 李玉珠*， 師尚禮， 陳 春， 賈福軍， 鄭印江

(1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院 草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室 中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心， 甘肅 蘭州 730070； 2. 甘肅省楊柳青公司， 甘肅 蘭州 730070)

我國水資源僅占世界總量的6%[1]，水資源環(huán)境的日趨惡化和水資源緊缺已成為嚴(yán)重制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。農(nóng)業(yè)是我國用水量最多的產(chǎn)業(yè)，占社會用水總量的70%以上[2]，然而灌溉水利用率平均僅為45%左右[3]。我國農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力巨大，發(fā)展節(jié)水灌溉刻不容緩。滲灌是繼噴灌、滴灌之后，又一種新型的地下節(jié)水灌溉技術(shù)，通過采用該節(jié)水技術(shù)能避免水資源浪費(fèi)，進(jìn)而最大程度的提高灌溉水的利用率，實現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。近年來滲灌技術(shù)已成功地應(yīng)用于溫室大棚內(nèi)蔬菜、瓜果、花卉，大田馬鈴薯、大豆的種植，新疆棉田種植以及城市綠地等領(lǐng)域[4-5]。卞曉東等[2]研究表明滲灌能使土壤疏松、促進(jìn)微生物的活動，加速有機(jī)質(zhì)的分解，為作物創(chuàng)造良好的生長發(fā)育條件。楊麗娟等[6]研究表明日光溫室內(nèi)，滲灌、滴灌與溝灌相比在產(chǎn)量相等或略高的前提下可節(jié)水50%～60%，水的生產(chǎn)效率提高50%～60%。也有研究表明地下滲灌對土壤pH值、養(yǎng)分和土壤質(zhì)地的垂直變化有很大影響[7-8]。然而隨著滲灌技術(shù)應(yīng)用面積的擴(kuò)大，生產(chǎn)中出現(xiàn)了表層土壤鹽分積累、灌水不均勻、滲灌管阻塞等問題[9-10]。為此，了解土壤出現(xiàn)次生鹽漬化現(xiàn)象的機(jī)理，合理確定適宜的灌水量，不僅能為解決水資源短缺提供一個有效途徑，還能改善土壤質(zhì)量，保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境[11-12]。

目前，相關(guān)報道多集中于滲灌對溫室、果園、保護(hù)地等土壤理化性質(zhì)的影響，楊洋[13]等研究發(fā)現(xiàn)在日光溫室內(nèi)，溝灌、滴灌和滲灌3種處理下土壤呼吸速率均呈先升后降的變化趨勢；高鵬[14]等研究表明滲灌能較好地保持果園表層土壤疏松，對土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)破壞程度較小；王淑紅[15]等研究指出保護(hù)地滲灌管埋深越淺，鹽分積累越多；劉洋[16]等研究表明滲灌管埋深在20～40 cm范圍內(nèi)，灌水后保護(hù)地土壤全鹽含量有明顯的表聚特征，而荒漠灌區(qū)滲灌對土壤化學(xué)性質(zhì)影響的研究還未見報道。因此，本試驗在位于西北荒漠灌區(qū)的甘肅省楊柳青公司試驗地進(jìn)行，該公司采用滲灌技術(shù)種植了一定面積的紫花苜蓿(MedicagosativaL.)，但滲灌使鹽分在表層土壤中逐漸積累形成鹽帶，從而影響了苜蓿的生長。為此，本研究選擇苜蓿品種‘艾迪娜’(M.sativaL.‘Aidina’)試驗地滲灌區(qū)土壤為研究對象，在苜蓿出苗期，進(jìn)行不同次數(shù)的滲灌，通過測定各處理區(qū)土壤的pH、水溶性鹽總量、鉀和鈉離子、水解性氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等含量，以期明確滲灌次數(shù)對苜蓿出苗期不同土層深度及管距土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，同時對西北荒漠灌區(qū)紫花苜蓿栽培進(jìn)行合理的水分管理提供理論依據(jù)與技術(shù)指導(dǎo)，防止土壤養(yǎng)分失調(diào)、次生鹽漬化嚴(yán)重，使得滲灌節(jié)水技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

研究地點位于甘肅省金昌市永昌縣的楊柳青公司試驗地，永昌縣境內(nèi)以山地、平原為主，土壤貧瘠、鹽堿地多，平均海拔1519 m。氣候?qū)贉貛Т箨懶詺夂颍昶骄鶜鉁?.8℃，平均降水量185.1 mm，無霜期134 d，平均日照2 884.2 h，日照率65%，年蒸發(fā)量2 000.6 mm。具有干旱、多風(fēng)、蒸發(fā)量大等特點。該地區(qū)引水灌溉條件好。

1.2 試驗設(shè)計

試驗地土壤肥力狀況相近，播種前施足基肥，同時施過磷酸鈣1 500 kg·hm-2、尿素150 kg·hm-2、腐殖酸銨450～600 kg·hm-2。苜蓿播種量為15 kg·hm-2，用播種機(jī)行播，播種深度1～2 cm，行距10 cm。試驗中滲灌1次(1水)、2次(2水)、3次(3水)作為處理，0次(0水)作為對照(CK)，各設(shè)3次重復(fù)，共12個小區(qū)，小區(qū)面積為666.67 m2。各小區(qū)之間用埋深 60 cm 的塑料布做防滲隔離處理，防止水分、養(yǎng)分的互滲或遷移。滲灌管選用新疆中油節(jié)水科技公司生產(chǎn)的PE軟管，設(shè)計成內(nèi)鑲式滴灌帶，間距60 cm，埋在地下15 cm處，埋設(shè)時滲灌管水平放置，出水孔向上。滲灌管與干管連接處設(shè)有閘閥，可以控制每個小區(qū)滲灌管的開閉。苜蓿播種植完當(dāng)天(4月22日)開始灌溉，每隔10 d灌1次，灌溉量均為每個小區(qū)80 m3，每次灌溉1 h，對各處理區(qū)出苗期苜蓿進(jìn)行不同次數(shù)的灌溉。

各處理區(qū)土壤為試驗材料，每個處理內(nèi)按管上(滲灌管道上方)、管近(兩滲灌管道水平位置間距1/4處)、管中(兩滲灌管道水平位置間距1/2處)設(shè)置3個采樣點，每個采樣點分別用土鉆取0～10 cm和10～20 cm的土樣，然后將每個處理3個采樣點的同一土層土樣混合，得到混合土壤樣品，裝入自封袋帶回實驗室自然風(fēng)干研磨(過1 mm和0.25 mm篩)，剔除雜物，分別進(jìn)行化學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的測定。采樣時間為牧草滲灌第2天，即2015年4月23日(0水、1水)，5月4日(2水)、15日(3水)。

1.3 測定指標(biāo)與方法[17]

土樣分析在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室進(jìn)行，土壤pH的測定用水土比2.5∶1，pH計測定；水溶性鹽含量的測定采用殘渣烘干法測定；Na+和K+的測定采用火焰光度法測定；水解性氮測定采用堿解擴(kuò)散法測定；速效磷的測定采用NaHCO3浸提鉬銻抗比色法；速效鉀的測定采用NH4OAc—火焰光度計測定；有機(jī)質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，用SPSS16.0統(tǒng)計軟件中的比較均值法對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滲灌次數(shù)對土壤pH值的影響

如圖1所示，0～10 cm土層，與CK相比，2水和3水顯著提高了不同位置的土壤pH值(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在2水管上，為8.30，比CK升高了8.21%。1水顯著降低了管中的pH值(P<0.05)，達(dá)最低值，為7.46，比CK降低2.7%。

如圖2所示，10～20 cm土層， 2水和3水顯著提高了不同位置的土壤pH值(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在3水管上，為8.39，比CK升高了8.68%。1水顯著降低了管中的pH值(P<0.05)，達(dá)最低值，為7.46，比CK降低了3.37%。

由此可知，不同土層，pH最高值均出現(xiàn)在管上，最低值均出現(xiàn)在管中。2水和3水均能顯著提高不同土層深度及位置的pH值。

圖1 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤pH的影響
Fig.1 The effect of irrigation times on soil pH of 0～10 cm
注：不同字母表示差異顯著(P<0.05)，下同
Note: Different letters indicate significant differences at the 0.05 level

圖2 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤pH的影響
Fig.2 The effect of irrigation times on soil pH of 10～20 cm

2.2 不同滲灌次數(shù)對土壤水溶性鹽總量的影響

如圖3所示，0～10 cm土層， 1水、2水和3水均降低了管上和管近的土壤水溶性鹽總量，其中3水管近的值與CK差異不顯著；1水、2水和3水均提高了管中土壤水溶性鹽總量，其中1水與3水顯著高于CK(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在1水管中，為0.430 g·kg-1，較CK增加了83.26%。

如圖4所示，10～20 cm土層， 與CK相比，2水和3水顯著降低了管上的土壤水溶性鹽總量(P<0.05)，其中3水管上最低，較CK降低了57.09%。1水顯著降低了管近的土壤水溶性鹽總量(P<0.05)，較CK降低了40.82%；1水顯著升高了管中的土壤水溶性鹽總量(P<0.05)，為0.461 g·kg-1，較CK增加了96.34%。

由此可知，在不同土層，隨著灌溉次數(shù)的增加，不同位置的土壤水溶性鹽含量變化趨勢各不相同。2水和3水均顯著降低了不同土層深度管上的土壤水溶性鹽含量(P<0.05)，1水顯著降低了不同土層深度管近的土壤水溶性鹽含量(P<0.05)，增加了不同土層深度管中的土壤水溶性鹽含量。隨著滲灌次數(shù)的增多，不同土層深度管中的鹽含量呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，最大值都出現(xiàn)在1水管中。

圖3 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤水溶性鹽的影響
Fig.3 The effect of irrigation times on soil water-soluble salt content of 0～10 cm

圖4 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤水溶性鹽的影響
Fig.4 The effect of irrigation times on soil water-soluble salt of 10～20 cm

2.3 不同滲灌次數(shù)對土壤K+、Na+含量的影響

如圖5所示，0～10 cm土層，2水管上的土壤K+含量顯著低于CK(P<0.05)，達(dá)最低值，為0.045 g·kg-1，較CK降低了29.69 %。2水和3水管近的土壤K+含量均顯著高于CK(P<0.05)，不同滲灌次數(shù)管中的土壤K+含量均顯著高于CK(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在2水管中，為0.138 g·kg-1，較CK增加了115.63%。如圖6所示，10～20 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增加，不同位置的土壤K+含量變化趨勢各不相同，管上呈先升高后降低的趨勢，管近呈升高趨勢，管中呈先降低后升高的趨勢，1水管中和3水管近的土壤K+含量顯著高于CK(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在1水管中，為0.287 g·kg-1，較CK增加了147.41%。總之，本試驗結(jié)果表明，在不同土層，土壤K+含量的最大值均出現(xiàn)在管中。

如圖7所示，0 ～10 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增多，管上、管近、管中的Na+含量均呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢，與CK相比，差異均顯著(P<0.05)。不同滲灌次數(shù)管中的Na+含量均高于CK，最高值出現(xiàn)在1水管中，為0.846 g·kg-1，較CK增加了161.11%；不同滲灌次數(shù)管上和管近的Na+含量均低于CK，最低值出現(xiàn)在2水管上，為0.016 g·kg-1，較CK降低了95.06 %。如圖8所示，10～20 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增加，土壤Na+含量在不同位置呈現(xiàn)不同趨勢，管上的Na+含量呈現(xiàn)下降趨勢(P<0.05)，均顯著低于CK，最低值為0.018 g·kg-1，較CK降低了93.36%。管近的Na+含量呈現(xiàn)上升趨勢。管中的Na+含量呈先降低后升高趨勢，均顯著高于CK(P<0.05)，1水管中出現(xiàn)最大值，為0.780 g·kg-1，較CK增加了187.82%?？傊煌翆?，不同滲灌次數(shù)，管上的Na+含量均顯著低于CK(P<0.05)，管中的Na+含量均顯著高于CK(P<0.05)，最大值都出現(xiàn)在1水管中。

圖5 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤鉀離子的影響
Fig.5 The effect of irrigation times on soil K+content of 0～10 cm

圖6 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤鉀離子的影響
Fig.6 The effect of irrigation times on soil K+contentof 10～20 cm

圖7 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤鈉離子的影響
Fig.7 The effect of irrigation times on soil Na+content of 0～10 cm

圖8 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤鈉離子的影響
Fig.8 The effect of irrigation times on soil Na+content of 10～20 cm

2.4 不同滲灌次數(shù)對土壤水解性氮含量的影響

如圖9所示，0～10 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增多，管上的土壤水解性氮含量呈下降趨勢，管近的基本沒有變化，與CK相比，差異均不顯著，管中呈先降低后升高的趨勢。3水管上的土壤水解性氮含量顯著低于CK(P<0.05)，且含量最低，為36.152 mg·kg-1，較CK降低了46.84%。不同滲灌次數(shù)管中的土壤水解性氮含量均顯著高于CK(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在1水管中，為144.621 mg·kg-1，較CK增加了112.68%。如圖10所示，10～20 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增多，土壤水解性氮含量在不同位置變化趨勢各不一樣，管上的土壤水解性氮含量呈降低趨勢，且均顯著低于CK(P<0.05)，管近的土壤水解性氮含量呈上升趨勢，管中的土壤水解性氮含量呈先降低后升高趨勢。3水管上出現(xiàn)最低值，為41.987 mg·kg-1，較CK降低了60.66%。1水管中的土壤水解性氮含量顯著高于CK(P<0.05)，且含量最高，為143.525 mg·kg-1，較CK增加了34.48%。

圖9 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤水解氮含量的影響
Fig.9 The effect of irrigation times on soil available nitrogen content of 0～10 cm

圖10 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤水解氮含量的影響
Fig.10 The effect of irrigation times on soil available nitrogen content of 10～20 cm

2.5 不同灌溉次數(shù)對土壤速效磷含量的影響

如圖11所示，0～10 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增加，不同位置的土壤速效磷含量變化均呈下降趨勢，各處理的土壤速效磷含量均顯著低于CK(P<0.05)，CK的值為3.196 mg·kg-1，最低值出現(xiàn)在3水管中，較CK降低了57.76%。如圖12所示，10～20 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增加，不同位置的土壤速效磷含量變化均呈下降趨勢，各處理的土壤速效磷含量均低于CK，CK的值為3.111 mg·kg-1，最低值出現(xiàn)在3水管近，較CK降低了52.11%。

圖11 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤速效磷含量的影響
Fig.11 The effect of irrigation times on soil available phosphorus content of 0～10 cm

圖12 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤速效磷含量的影響
Fig.12 The effect of irrigation times on soil available phosphorus content of 10～20 cm

2.6 不同灌滲溉數(shù)對土壤速效鉀含量的影響

如13圖所示，0～10 cm土層，隨著滲灌次數(shù)的增加，不同位置的土壤速效鉀含量均呈現(xiàn)上升趨勢。管中的土壤速效鉀含量均顯著高于CK(P<0.05)，最大值出現(xiàn)在3水管中，為226.357 mg·kg-1，較CK增加了44.15%。如圖14所示，10～20 cm土層，隨著灌水次數(shù)的增加，土壤速效鉀含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，最大值出現(xiàn)在2水管中，為290.990 mg·kg-1，較CK增加了43.62%。

圖13 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤速效鉀含量的影響
Fig.13 The effect of irrigation times on soil available potassium content of 0～10 cm

圖14 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤速效鉀含量的影響
Fig.14 The effect of irrigation times on soil available potassium content of 10～20 cm

2.7 不同滲灌次數(shù)對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

如圖15所示，0～10 cm土層，隨著灌水次數(shù)的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，2水管上出現(xiàn)最大值，為2.13%。與CK相比，1水和3水均顯著降低了各位置的土壤有機(jī)質(zhì)含量(P<0.05)。如圖16所示，10～20 cm土層，隨著灌水次數(shù)的增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈先升高后降低的趨勢。各位置2水的有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK(P<0.05)，各位置3水的有機(jī)質(zhì)含量均顯著低于CK(P<0.05)，說明2水能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，3水會降低土壤有機(jī)質(zhì)含量，最大值出現(xiàn)在2水管上。

圖15 0～10 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響
Fig.15 The effect of irrigation times on soil organic matter content of 0～10 cm

圖16 10～20 cm土層不同灌溉次數(shù)對土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響
Fig.16 The effect of irrigation times on soil organic matter content of 10～20 cm

3 討論

滲灌在荒漠化治理[18]、保護(hù)地栽培[19]、、鹽堿地改良[20]、城鎮(zhèn)綠化等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，原因在于這種技術(shù)不僅在機(jī)理上、技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上而且在水資源保護(hù)上都被認(rèn)為最有發(fā)展前途的節(jié)水灌溉技術(shù)[21]。這種技術(shù)是通過埋在地表下的滲灌管給作物根系直接供水，灌溉用水從滲灌管滲出，并逐漸向四周運(yùn)動，水分再分布過程改變鹽分運(yùn)移方向與速度、影響鹽分在土壤剖面的分布與積累[22]。研究表明灌溉方式對土壤中鹽分與養(yǎng)分的分布有一定的影響，滲灌的水是由下而上運(yùn)移，隨著水分源源不斷的輸送至地表積聚，0～20 cm土層酸化現(xiàn)象明顯[23-24]。也有研究表明設(shè)施土壤鹽分遷移與水分運(yùn)動密切相關(guān)，當(dāng)土壤含水量較低時，鹽分隨水分的增加而增加，但當(dāng)水分達(dá)到一定值后，鹽分開始下降[25]。本試驗結(jié)果表明，從距滲灌管水平距離來看，0～20 cm土層內(nèi)土壤pH隨距離管的位置增加而減小，但不同管距位置2水和3水的pH值顯著高于CK(P<0.05)，說明滲灌管位置與土壤pH有一定的關(guān)系， 這與宰松梅[26]等的研究結(jié)論一致。以滲灌管為中心，不同滲灌次數(shù)，不同土層深度土壤水溶性鹽含量隨距離管的距離增加而增加，且最大值都出現(xiàn)在1水管中；不同土層深度，2水的水溶性鹽含量平均值都相對低于1水和3水，表明苜蓿苗期滲灌2次，表層土壤含鹽量較少，有利于苜蓿的生長；不同滲灌次數(shù)，不同土層深度，鈉離子和鉀離子含量的最大值均出現(xiàn)在管中。這是由于本試驗在滲灌處理下表層土壤始終處于干燥狀態(tài)，水分蒸發(fā)較強(qiáng)烈，滲灌的水分在浸潤土壤的過程中，兩管道的水分同時往管中位置浸潤，使得水分匯集在管中位置，從而使得管中位置鹽分積聚較多，苜蓿種植時盡量避開管中。

土壤速效養(yǎng)分、微生物種群數(shù)量與土壤水分關(guān)系密切。滲灌能適當(dāng)調(diào)節(jié)土壤溫度，不會破壞土壤結(jié)構(gòu)，通氣狀況好，有利于微生物的活動，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的分解、合成，從而提高土壤的化學(xué)肥力[28-30]。本試驗中，不同滲灌次數(shù)，不同土層深度，管中的水解性氮含量均高于管上和管近，最大值都出現(xiàn)在1水管中；隨著滲灌次數(shù)的增多，0～10 cm土層深度不同管距的速效磷含量均呈現(xiàn)下降趨勢，速效鉀含量均呈現(xiàn)上升趨勢，不同土層深度及管位的有機(jī)質(zhì)含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，但2水能顯著提高各位置的有機(jī)質(zhì)含量。本研究只是初步探討了不同滲灌次數(shù)對西北荒漠灌區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響，對于是否存在水肥耦合效應(yīng)及其作用機(jī)制需進(jìn)一步深入研究，從而達(dá)到苜蓿高產(chǎn)的同時又不至于灌水次數(shù)過于頻繁，且能夠有效地抑制鹽分積累，保護(hù)土壤資源、經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的目的。

4 結(jié)論

不同土層深度，土壤pH隨管距的增加而減小，2水的水溶性鹽含量平均值都低于1水和3水，并且2水能顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，因此苜蓿出苗期灌水2次較適宜。