摘要 以天津市主要綠化種植樹種海棠、國槐種植過程中傳統(tǒng)漫灌、滴灌及粘土寶根灌3種灌溉管理技術為研究對象，從土壤物理、化學性質的角度對滴灌和粘土寶根灌2種新型節(jié)水灌溉模式做出綜合評價。經(jīng)過長期不同灌溉管理的試驗研究發(fā)現(xiàn)：在海棠種植過程中滴灌處理相較于傳統(tǒng)的漫灌處理對土壤的含水量、容重、pH具有積極的影響，滴灌處理相較于漫灌處理土壤有機碳、氨態(tài)氮及硝態(tài)氮的含量更高。在國槐種植的過程中，粘土寶根灌處理雖然降低土壤的pH，但其極大程度上提高了土壤的氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量；此外，從土壤理化性質的角度來看在海棠種植過程中滴灌可以良好地取代傳統(tǒng)漫灌；粘土寶根灌管理方式是國槐種植中可行的灌溉管理方式。

關鍵詞 園林；綠化；節(jié)水；灌溉；土壤

中圖分類號 S 275 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）22-0157-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.033

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Different Water-Saving Irrigation Modes of Greening on Soil Physicochemical Properties in Tianjin City

HE Jiu-bo，QI Li-wei，SONG Yuan-chao et al

（Tianjin Meijingyuan Ecological Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300392）

Abstract The present study examined the effects of three irrigation management techniques， namely traditional diffuse irrigation， drip irrigation and clay root irrigation， on the physical and chemical properties of soil during the planting of two common greening species in Tianjin： Fraxinus chinensis and Sophora japonica Linn..Following a year of experimental study of different irrigation management techniques， it was found that drip irrigation had a positive effect on soil water content， bulk weight and pH value compared with traditional diffuse irrigation in Fraxinus chinensis planting.Furthermore， the content of organic carbon， ammonia nitrogen and nitrate nitrogen was higher in the soil in drip irrigation compared with diffuse irrigation.In the case of Sophora japonica Linn.planting， the application of clay bourgon irrigation resulted in a reduction in soil pH， while simultaneously increasing the concentration of ammoniacal and nitrate nitrogen.The results of our study indicate that drip irrigation can be an effective alternative to traditional flood irrigation in Fraxinus chinensis planting， particularly in terms of soil physicochemical properties.Furthermore， our findings suggest that clay root irrigation may be a viable irrigation management method in Sophora japonica Linn.planting.

Key words Gardens;Greening;Water conservation;Irrigation;Soil

土壤中水分和養(yǎng)分的分布不僅和土壤的性質、狀態(tài)息息相關，同時也是影響農(nóng)作物生長和農(nóng)產(chǎn)品質量的重要因素^［1］。傳統(tǒng)的灌溉方式在耗費大量水資源推高成本的同時也可能造成土壤中養(yǎng)分的大量快速流失^［2］。因此，在我國園林業(yè)快速發(fā)展和水資源限制的共同背景下，科學的灌溉方式是水資源高效利用，土壤水分、養(yǎng)分合理分布的共同需要，同時也是促進我國園林業(yè)發(fā)展的關鍵性技術之一^［3］。節(jié)水灌溉是在水資源有限的環(huán)境中，通過整合先進的科學工程技術、適當?shù)霓r(nóng)業(yè)設施技術以提高水資源利用效率為目的的管理方法^［4-5］。這不僅能節(jié)省水資源，還能改善土壤理化性質，使土壤生態(tài)得到保護。

長期以來我國圍繞節(jié)水灌溉技術開展了大量的相關研究：王寧等^［5］做了節(jié)水灌溉在土地整治項目中的應用研究，趙建云等^［6］研究了節(jié)水灌溉自動化技術發(fā)展及趨勢，樸順玉等^［7］探究了農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉問題以及應該采取的對策，徐慧麗等^［8］探討了農(nóng)田水利工程中的節(jié)水措施，劉曉虎等^［9］研究了節(jié)水灌溉工程建設及運營管理方式。目前針對我國北方地區(qū)適宜并且具有大面積推廣條件的節(jié)水灌溉技術包括滴灌和粘土寶根灌等技術，但是目前評價其節(jié)水灌溉技術的研究較少。因此，該研究以天津市為研究地點，以漫灌、滴灌、粘土寶根灌3種不同灌溉管理方式下海棠和國槐2種喬木為研究對象，分析其土壤物理性質和化學指標，以期從土壤物理、化學性質角度對不同節(jié)水灌溉管理方式做出科學評價。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究在天津市靜海區(qū)梁頭種苗基地開展，該基地位于天津市靜海區(qū)西5 km，靜文公路北側，東鄰靜海鎮(zhèn)和雙塘鎮(zhèn)，西接王口鎮(zhèn)，南至陳官屯鎮(zhèn)、子牙鎮(zhèn)。研究區(qū)共占地300 hm2，是天津市綠化樹種的重要輸送基地。研究區(qū)屬暖溫帶季風性大陸氣候，年平均氣溫11.9 ℃，年降水938.8 mm，年日照時數(shù)2 699 h。

1.2 試驗設計

分別以樹齡均為5年的國槐和海棠作為研究對象。在海棠種植中設置傳統(tǒng)漫灌和滴灌2種不同的灌溉管理方式作為試驗處理；國槐種植過程中則采用傳統(tǒng)漫灌、滴灌及粘土寶根灌3種不同的灌溉管理方式作為試驗處理。

不同節(jié)水灌溉管理方式的灌溉水量通過以下方法進行確定：以傳統(tǒng)漫灌為對照，采用土壤水分實時動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)開展多樣點調查，通過研究不同土壤深度、不同節(jié)水技術的土壤水分動態(tài)，明確現(xiàn)有節(jié)水技術下植物的最佳需水量，以該需水量為基準。該研究將傳統(tǒng)漫灌的需水量假定為100%，將滴灌和粘土寶根灌處理的需水量相應分別設置為傳統(tǒng)漫灌的50%和60%（表1）。

1.2.1 傳統(tǒng)灌溉。

傳統(tǒng)漫灌技術為該研究的對照處理，是指灌水時任其在地面漫流，借重力作用浸潤土壤，是一種比較粗放的灌水方法。灌水的均勻性差，水量浪費較大。

1.2.2 滴灌。滴灌是指利用塑料管道將水通過直徑約5 mm毛管上的孔口或滴頭送到作物根部進行局部灌溉。在不破壞土壤現(xiàn)有結構的同時，能夠保持土壤中的水、肥、氣、熱均能適宜于植物的生長并保證其良好狀況。最大的特點是省水能力比較強，是當今農(nóng)業(yè)、園林綠化學科方面較為推崇的節(jié)水技術。

1.2.3 粘土寶根灌。

粘土寶根灌管理技術是一項具有國家專利的創(chuàng)新型節(jié)水管理技術。其內(nèi)部配備了一套復雜的集水系統(tǒng)，以透氣軟管為載體，內(nèi)部填充輕型無機基質，實現(xiàn)黏土區(qū)域喬木根部的豎向埋置應用。在水分流經(jīng)植物根部土壤的過程中，粘土寶能夠有效地減緩水流的下滲速度，為植物根部提供充足的吸收時間。隨后，其內(nèi)置的集水系統(tǒng)將進一步發(fā)揮作用，將未能被植物根部直接吸收的水分儲存于系統(tǒng)之中。通過一系列精巧的系統(tǒng)與結構之間的樞紐和運輸機制，粘土寶根灌管理技術能夠實現(xiàn)水分的二次吸收，從而最大限度地提高水分的利用效率。

1.3 土壤理化性質指標測定

土壤含水量采用烘干法 （drying method） 進行測定，在測量前對所有土壤樣品使用電子稱重儀進行稱重，隨后將約5 g土壤樣品在DHC電熱烘箱105～110 ℃下烘6 h再次對其重量進行稱重，土壤樣品所失去的水分質量與烘干土壤質量之間的比值即為土壤含水量；土壤容重采用環(huán)刀法測定；pH采用2.5∶1水土比玻璃電極法測定，利用便攜式pH儀（HQ30D; Hach， Loveland， CO， USA）測量；采用EM38設備（Geonics Ltd.， Canada）電磁感應原理測定電導率；土壤有機碳采用重鉻酸鉀-外加熱法測定；采用氯化鉀萃取法測定土壤氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的含量^［10］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Excel對土壤的物理化學性質進行總結運算，并使用SPSS26.0進行單因素方差分析（one-way ANOVA）及處理間Duncan比較以及獨立樣本t檢驗，顯著性水平均為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式下土壤物理性質

2.1.1 不同灌溉方式對土壤含水量的影響。

不同灌溉方式對土壤含水量影響的研究結果表明，不同的灌溉管理方式對海棠和國槐土壤中的土壤含水量具有顯著的影響。具體表現(xiàn)為：與傳統(tǒng)漫灌對照相比，滴灌處理下海棠的土壤含水量均高于漫灌，分別高了14.1%（0～<10 cm）、14.9%（10～<20 cm）、21.6%（20～30 cm）。滴灌在0～<10、10～<20及20～30 cm 3個土層下均顯著提高了海棠種植土壤的土壤含水量（P<0.05）；在國槐的種植中，與其他2種灌溉方式相比，漫灌的土壤含水量最低。滴灌和粘土寶根灌處理下土壤的含水量也均在0～<10、10～<20及20～30 cm 3個土層下顯著高于漫灌對照處理（P<0.05）（圖1）。

2.1.2 不同灌溉方式對土壤容重的影響。

通過對不同灌溉管理方式下土壤的容重分析發(fā)現(xiàn)，在海棠種植的土壤中，漫灌處理下的土壤容重隨土壤深度的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，滴灌處理下0～<10、10～<20及20～30 cm土層的土壤容重均高于漫灌對照處理，但是僅在10～<20 cm土層下具有顯著性（P<0.05）；在國槐種植的土壤中，傳統(tǒng)漫灌與滴灌處理下土壤容重隨土層的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，在粘土寶根灌處理下是先減少后增加，并且對比3種灌溉方式0～<10、10～<20及20～30 cm土層下的土壤容重均不具有顯著性差異（P>0.05）（圖2）。

2.1.3 不同灌溉方式對土壤pH的影響。

通過對不同灌溉管理方式下土壤pH的分析發(fā)現(xiàn)，在海棠種植的土壤中，傳統(tǒng)漫灌與滴灌處理下的土壤pH均隨土壤深度的增加而增加，滴灌處理下0～<10、10～<20及20～30 cm土層的土壤pH均高于漫灌對照處理，但是僅在0～<10、20～30 cm土層下具有顯著性（P<0.05）；在國槐種植的土壤中，傳統(tǒng)漫灌和滴灌處理下的土壤pH均高于粘土寶根灌處理，而粘土寶根灌處理下的土壤pH隨土壤深度的增加呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，不同灌溉方式在0～<10、20～30 cm土層下的土壤pH均具有顯著性差異（P<0.05）（圖3）。

2.1.4 不同灌溉方式對土壤電導率的影響。

通過對不同灌溉管理方式下土壤電導率的分析發(fā)現(xiàn)，在海棠種植的土壤中滴灌處理下0～<10、10～<20及20～30土層的土壤電導率均高于漫灌對照處理，但是僅在20～30 cm土層下具有顯著性（P<0.05）；在國槐種植的土壤中，0～<10 cm土層下3種灌溉方式下土壤的電導率呈現(xiàn)出漫灌對照和粘土寶根灌處理高于滴灌處理的特征，但是不具有顯著性差異（P>0.05）。10～<20和20～30 cm土層下，漫灌處理和粘土寶根灌處理的土壤電導率顯著高于滴灌處理（P<0.05），同時漫灌和粘土寶根灌處理間并不具有顯著性差異（P>0.05）（圖4）。

2.2 不同灌溉方式對土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 不同灌溉方式對土壤有機碳的影響。

對不同灌溉管理方式下海棠和國槐種植土壤的有機碳進行分析發(fā)現(xiàn)，在海棠種植中，土壤有機碳含量在傳統(tǒng)漫灌和滴灌處理中均隨土壤深度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢，滴灌處理顯著提高了20～30 cm 土層下土壤的有機碳含量（P<0.05）；在國槐種植過程中，粘土寶根灌處理下土壤有機碳含量隨土壤深度的增加而下降，0～<10 cm和10～<20 cm土層下3種灌溉處理下土壤有機碳的含量不具有顯著性差異（P>0.05），而在20～30 cm土層中滴灌處理下土壤有機碳的含量顯著高于漫灌和粘土寶根灌處理（P<0.05）（圖5）。

2.2.2 不同灌溉方式對土壤氨態(tài)氮的影響。

對不同灌溉管理方式下海棠和國槐種植土壤的氨態(tài)氮進行分析發(fā)現(xiàn)，在海棠種植中滴灌處理顯著提高了0～<10 cm土層的土壤氨態(tài)氮含量（P<0.05），而在其余2個土層中并不具備有顯著性差異（P>0.05）；滴灌處理下的土壤氨態(tài)氮含量隨土壤深度的增加而下降。在國槐種植中，0～<10 cm、10～<20 cm土層下漫灌處理和粘土寶根灌處理的土壤氨態(tài)氮含量均高于滴灌處理（P<0.05）；而在20～30 cm土層中滴灌處理和粘土寶根灌處理的土壤氨態(tài)氮含量則顯著高于漫灌對照處理（P<0.05），粘土寶根灌處理下的土壤氨態(tài)氮含量隨土壤深度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢（圖6）。

2.2.3 不同灌溉方式對土壤硝態(tài)氮的影響。

通過分析不同灌溉管理方式下不同樹種種植土壤的硝態(tài)氮含量情況發(fā)現(xiàn)，海棠種植過程中，0～<10 cm土層中滴灌處理相較于漫灌對照處理可以顯著提高土壤的硝態(tài)氮含量（P<0.05）；在國槐的種植過程中，不同的灌溉方式在不同的土層下呈現(xiàn)出了不一致的結果，具體為：0～<10 cm土層中3種灌溉管理方式下土壤中的硝態(tài)氮含量不具有顯著性差異（P>0.05）；在10～<20 cm中漫灌處理和粘土寶根灌處理下土壤的硝態(tài)氮含量顯著高于滴灌處理（P<0.05）；在20～30 cm土層中粘土寶根灌處理下土壤的硝態(tài)氮含量顯著高于漫灌處理和滴灌處理（P<0.05）（圖7）。

3 討論與結論

園林綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，傳統(tǒng)漫灌大量的水資源需求同我國北方地區(qū)水資源的匱乏的矛盾已經(jīng)成為阻礙我國園林綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一^［11］。因此節(jié)水型灌溉管理技術應運而生，然而節(jié)水型灌溉技術是否能在園林綠化產(chǎn)業(yè)實際過程中良好的替代傳統(tǒng)的漫灌灌溉管理方式仍未有一個確定的結論^［12］。該研究以我國北方水資源限制嚴重的天津市為研究對象，在園林綠化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際流程中探究滴灌、粘土寶根灌2種節(jié)水灌溉管理模式對海棠、國槐2種樹木種植過程中對其土壤理化性質的影響，從而從土壤理化性質的角度對新型節(jié)水灌溉管理方式做出科學評價。

灌溉方式的不同會直接對土壤理化性質產(chǎn)生影響，進而影響植被的生長和健康情況。土壤的物理性質可以綜合反映土壤的結構和環(huán)境，其很大程度上會影響植被的生長^［13］。土壤含水量是指土壤中的水分含量，其對植物的生長至關重要^［14］。土壤的容重是衡量土壤緊密程度的指標，其可以良好地反映土壤的通氣性及水分滲透的能力^［15］。在該項研究中海棠種植中滴灌處理的土壤含水量和10～<20 cm土層土壤容重均顯著增加，國槐種植中滴灌和粘土寶根灌處理的土壤含水量均增加，說明滴灌和粘土寶根灌的灌溉管理模式不僅可以增加土壤對植物根系的支撐，并有利于土壤中水分和養(yǎng)分的保持。土壤的pH和電導率是分別反映土壤酸堿度和鹽堿度的參數(shù)，其與植物的生長息息相關^［16-17］。該項研究發(fā)現(xiàn)在海棠種植過程中滴灌處理能提高土壤的pH，這可能是由于滴灌處理可以有效避免漫灌處理導致大量水分流失帶來的土壤酸化問題；而在國槐的種植中，粘土寶根灌處理下土壤的pH顯著低于漫灌和滴灌處理，這可能是由于粘土寶自身成分配比導致的。

土壤中有機碳含量、氨態(tài)氮含量及硝態(tài)氮含量是植物生長過程必需的營養(yǎng)元素之一，土壤中這些養(yǎng)分的含量直接與植物的生長情況息息相關^［18］。該研究通過分析海棠和國槐種植過程中3種不同的灌溉管理方式對其土壤養(yǎng)分影響情況發(fā)現(xiàn)：海棠種植中滴灌處理增加了土壤中的有機碳、氨態(tài)氮及硝態(tài)氮（0～10 cm土層）含量，這可能是滴灌處理較小的水分投入降低了過多土壤養(yǎng)分隨水淋溶過程導致的。在國槐的種植中不同的灌溉管理方式對0～20 cm土層土壤的有機碳含量的影響不大，不同的灌溉管理方式很大程度上影響了土壤的氨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量。其具體體現(xiàn)為粘土寶根灌處理下土壤的氨態(tài)氮含量和硝態(tài)含量高于其他2種處理，這可能是由于氨態(tài)氮和硝態(tài)氮高度溶于水，而粘土寶根灌處理對水分的高效利用降低了氨態(tài)氮和硝態(tài)氮的淋溶過程。

該項研究從土壤物理化學性質方面系統(tǒng)的評估了滴灌和粘土寶根灌管理方式相較于傳統(tǒng)漫灌在海棠和國槐種植

中的作用。研究結果表明，在海棠種植過程中滴灌在節(jié)省水

分的同時對土壤物理化學性質具有積極的影響，能良好代替?zhèn)鹘y(tǒng)漫灌；在國槐種植過程中，粘土寶根灌可以最大程度的有利于土壤的物理性質和養(yǎng)分情況，可以作為國槐種植的有效灌溉管理方式。

參考文獻

［1］

World Water Council.World water vision 2025［M］.London：Earthscan Publications Ltd， 2000.

［2］ MARGAT J，F(xiàn)RENKEN K，F(xiàn)AURS J M.Key water resources statistics in Aquastat： FAO’S global information system on water and agriculture ［R］.Vienna：IWG-Env， International Work Session on Water Statistics，2005.

［3］ 徐冰.淺談我國水資源現(xiàn)狀與節(jié)水灌溉應對措施［J］.農(nóng)家科技，2016（5）：406.

［4］ 蘭向民，張玉梅.中國節(jié)水灌溉工程對經(jīng)濟和環(huán)境的影響［J/OL］.中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2024-05-20［2024-05-22］.https：//link.cnki.net/urlid/11.3513.s.20240516.1848.027.

［5］ 王寧.節(jié)水灌溉在土地整治項目中的應用研究［J］.農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2016（6）：28-29.

［6］ 趙建云.節(jié)水灌溉自動化技術發(fā)展及趨勢［J］.農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2016（3）：54.

［7］ 樸順玉.淺談農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉問題及應采取的對策［J］.吉林蔬菜，2016（Z1）：53-54.

［8］ 徐慧麗.農(nóng)田水利工程高效節(jié)水灌溉發(fā)展思路探索［J］.江西農(nóng)業(yè)，2016（15）：83.

［9］ 劉曉虎，韓非.淺談節(jié)水灌溉工程建設及運行管理［J］.內(nèi)蒙古水利，2015（6）：63-64.

［10］ 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.3版.北京：北京：中國農(nóng)業(yè)出版社， 2000.

［11］ 陳志愷.21世紀中國水資源持續(xù)開發(fā)利用問題［J］.中國工程科學，2000，2（3）：7-11.

［12］ 李鵬，曹華，詹偉，等.滴灌節(jié)水技術應用機理及熱點研究進展［J］.節(jié)水灌溉，2024（2）：62-68，75.

［13］ 張琨.再生水灌溉對土壤性質的影響研究進展［J］.南方農(nóng)業(yè)，2023，17（23）：61-67.

［14］ 楊婷，陳曉冰，許昊，等.辣椒根系影響下的農(nóng)地土壤水分空間運動分異特征［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2023，39（13）：141-150.

［15］ 張青青，張桂蓮，伍海兵，等.上海市林地土壤有機碳分布特征及其與土壤理化性質的關系［J］.浙江農(nóng)林大學學報，2019，36（6）：1087-1095.

［16］ 葉鈺，徐澤，陽冬秀，等.耕地土壤pH值和有機質含量空間分布特征及影響因素：以長沙縣為例［J］.湖南農(nóng)業(yè)科學，2024（3）：37-40.

［17］ 李海飛，徐國鋒，閆震，等.常規(guī)管理模式下蘋果園土壤電導率與pH值的分布特征研究［J］.中國果樹，2022（11）：52-56.

［18］ 宋海星，申斯樂，閆石，等.硝態(tài)氮與氨態(tài)氮對大豆幼苗生長及氮素積累的影響［J］.大豆科學，1997，16（2）：178-180.