吳 芳， 李玉珠*， 師尚禮， 陳 春， 賈福軍， 鄭印江

(1. 甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院 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重制約我國經濟可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。農業(yè)是我國用水量最多的產業(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，通過采用該節(jié)水技術能避免水資源浪費，進而最大程度的提高灌溉水的利用率，實現(xiàn)良好的經濟效益和社會效益。近年來滲灌技術已成功地應用于溫室大棚內蔬菜、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域[4-5]。卞曉東等[2]研究表明滲灌能使土壤疏松、促進微生物的活動，加速有機質的分解，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，滲灌、滴灌與溝灌相比在產量相等或略高的前提下可節(jié)水50%～60%，水的生產效率提高50%～60%。也有研究表明地下滲灌對土壤pH值、養(yǎng)分和土壤質地的垂直變化有很大影響[7-8]。然而隨著滲灌技術應用面積的擴大，生產中出現(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，還能改善土壤質量，保護土壤生態(tài)環(huán)境[11-12]。

目前，相關報道多集中于滲灌對溫室、果園、保護地等土壤理化性質的影響，楊洋[13]等研究發(fā)現(xiàn)在日光溫室內，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，對土壤團粒結構破壞程度較??；王淑紅[15]等研究指出保護地滲灌管埋深越淺，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，灌水后保護地土壤全鹽含量有明顯的表聚特征，而荒漠灌區(qū)滲灌對土壤化學性質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行，該公司采用滲灌技術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，進行不同次數的滲灌，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、有機質等含量，以期明確滲灌次數對苜蓿出苗期不同土層深度及管距土壤化學性質的影響，同時對西北荒漠灌區(qū)紫花苜蓿栽培進行合理的水分管理提供理論依據與技術指導，防止土壤養(yǎng)分失調、次生鹽漬化嚴重，使得滲灌節(jié)水技術得到更廣泛的應用。

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，永昌縣境內以山地、平原為主，土壤貧瘠、鹽堿地多，平均海拔1519 m。氣候屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫4.8℃，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、蒸發(fā)量大等特點。該地區(qū)引水灌溉條件好。

1.2 試驗設計

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3次重復，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)水科技公司生產的PE軟管，設計成內鑲式滴灌帶，間距60 cm，埋在地下15 cm處，埋設時滲灌管水平放置，出水孔向上。滲灌管與干管連接處設有閘閥，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)出苗期苜蓿進行不同次數的灌溉。

各處理區(qū)土壤為試驗材料，每個處理內按管上(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干研磨(過1 mm和0.25 mm篩)，剔除雜物，分別進行化學性質指標的測定。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 測定指標與方法[17]

土樣分析在甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室進行，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；有機質的測定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定。

1.4 數據統(tǒng)計方法

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

2 結果與分析

2.1 不同滲灌次數對土壤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?，不同土層，不同滲灌次數，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 不同滲灌次數對土壤有機質含量的影響

如圖15所示，0～10 cm土層，隨著灌水次數的增加，土壤有機質含量呈現(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質含量(P<0.05)。如圖16所示，10～20 cm土層，隨著灌水次數的增加，土壤有機質含量呈先升高后降低的趨勢。各位置2水的有機質含量均顯著高于CK(P<0.05)，各位置3水的有機質含量均顯著低于CK(P<0.05)，說明2水能夠提高土壤有機質含量，3水會降低土壤有機質含量，最大值出現(xiàn)在2水管上。

圖15 0～10 cm土層不同灌溉次數對土壤有機質含量的影響
Fig.15 The effect of irrigation times on soil organic matter content of 0～10 cm

圖16 10～20 cm土層不同灌溉次數對土壤有機質含量的影響
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]、保護地栽培[19]、、鹽堿地改良[20]、城鎮(zhèn)綠化等領域有廣闊的應用前景，原因在于這種技術不僅在機理上、技術上、經濟上而且在水資源保護上都被認為最有發(fā)展前途的節(jié)水灌溉技術[21]。這種技術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，并逐漸向四周運動，水分再分布過程改變鹽分運移方向與速度、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]。也有研究表明設施土壤鹽分遷移與水分運動密切相關，當土壤含水量較低時，鹽分隨水分的增加而增加，但當水分達到一定值后，鹽分開始下降[25]。本試驗結果表明，從距滲灌管水平距離來看，0～20 cm土層內土壤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有一定的關系， 這與宰松梅[26]等的研究結論一致。以滲灌管為中心，不同滲灌次數，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，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、微生物種群數量與土壤水分關系密切。滲灌能適當調節(jié)土壤溫度，不會破壞土壤結構，通氣狀況好，有利于微生物的活動，促進有機質的分解、合成，從而提高土壤的化學肥力[28-30]。本試驗中，不同滲灌次數，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質含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，但2水能顯著提高各位置的有機質含量。本研究只是初步探討了不同滲灌次數對西北荒漠灌區(qū)土壤化學性質的影響，對于是否存在水肥耦合效應及其作用機制需進一步深入研究，從而達到苜蓿高產的同時又不至于灌水次數過于頻繁，且能夠有效地抑制鹽分積累，保護土壤資源、經濟持續(xù)發(fā)展的目的。

4 結論

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質含量，因此苜蓿出苗期灌水2次較適宜。