張開祥,馬宏秀,孟春梅,王開勇
(新疆石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 石河子 832003)
中國是鹽堿化土壤較為嚴重的國家之一,在我國干旱半干旱地區(qū),鹽堿土達3 500 萬hm2[1],土壤鹽堿化已經(jīng)成為制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。作為農(nóng)業(yè)大省之一的新疆鹽堿土面積占其耕地的30.12%[2],是我國鹽堿化土壤分布面積最廣、土壤鹽害最為嚴重的地區(qū)。鹽堿地的形成是由地形、氣候和人為灌溉等共同作用的結(jié)果,其導(dǎo)致土壤中的鹽分表聚并積累[3,4]。因此,分析新疆土壤鹽分的遷移規(guī)律,對于有效治理土壤鹽漬化具有極其重要的意義。
本研究于2015年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團224團進行,224團位于塔克拉瑪干大沙漠南緣、和田地區(qū)皮山縣與墨玉縣交界處。屬極度干旱的暖溫帶大陸性氣候,降水稀少,蒸發(fā)強烈,空氣干燥,光熱資源充足,根據(jù)和田市氣象局資料,該區(qū)域太陽總輻射量為5 780.87~6 341.79 MJ/m2,年平均氣溫11.6 ℃,年均降水量35 mm,年均蒸發(fā)量2 480 mm,全年日照時間2 470~2 795 h,年≥10 ℃活動積溫4 046~4 344 ℃,年無霜期170~200 d,晝夜溫差較大;224團是以紅棗為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的團場,截至2015年10月共種植紅棗1.22 萬hm2。
為研究井排措施對鹽漬化棗田土壤鹽分的影響,于2015年在224團三連的棗田中采用對角線取樣法,在距離豎井0、10、30、60、100、150 m處,分別取0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm土層深度的土壤。土樣裝入自封袋帶回實驗室經(jīng)自然風(fēng)干后去除植物殘體和石塊,將風(fēng)干土樣過1 mm篩孔,裝袋備用。
采用5∶1的水土比浸提土壤水溶鹽,震蕩5 min,過濾,待測。
土壤水溶性鹽離子含量的測定方法:鈣和鎂的測定----EDTA滴定法;鉀和鈉的測定----火焰光度法;碳酸根和碳酸氫根的測定----雙指示劑-中和滴定法;硫酸根的測定----EDTA間接絡(luò)合滴定法;氯離子的測定----離子計測定;電導(dǎo)率值的測定----DDS-307電導(dǎo)率儀測定;pH值的測定----PHS-3C型實驗室pH計測定。
鈉吸附比的計算公式:
(1)
式中:SAR鈉吸附比,mmol/L;PNa+、PCa2+、PMg2+為離子濃度,mmol/L。
運用 Excel 2010 軟件統(tǒng)計數(shù)據(jù);采用IBM SPSS Statistics 19在單因素方差分析的基礎(chǔ)上,對離豎井不同距離和不同土層間土壤電導(dǎo)率值、pH進行多重比較,以距離和深度兩個因素分別對以上指標的影響進行單變量多因素方差分析;采用Origin 8.5和SigmaPlot 12.5制圖。
土壤pH值是土壤重要的基本性質(zhì)之一,適中的土壤pH值是作物正常生長的基礎(chǔ)。表1為井排措施對棗田不同土層深度及不同距離土壤pH值的影響。由表1可知,豎井排鹽措施下,研究區(qū)的土壤pH值介于7.17~8.76之間。同一土層深度下,隨著距離的增加,土壤pH值整體呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢,在0 m處pH值最大,在60 m處最?。煌痪嚯x,隨著土層深度的增加,土壤pH值先降低后增大,在40~60 cm土層土壤pH值最低。由此可得,豎井排鹽顯著影響0~60 m范圍內(nèi)土壤pH值。
表1 井排措施下棗田土壤pH值變化值
注: 用小寫字母表示橫行同一土層深度不同距離,pH值0.05水平顯著性比較,用大寫字母表示豎列同一距離不同土層深度,pH值0.05水平顯著性比較。*表示P<0.05顯著性水平,**表示P<0.01顯著性水平,下同。
土壤電導(dǎo)率值可以反映土壤質(zhì)量和物理信息,它的大小直接影響著作物的正常生長。表2為井排措施對棗田不同土層深度及不同距離土壤電導(dǎo)率值的影響。由表2可知,在井排措施下,研究區(qū)土壤電導(dǎo)率值介于470~7 055 μS/cm范圍內(nèi)。同一土層深度,隨著距離的增加,土壤電導(dǎo)率值呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢,在距離0 m處土壤電導(dǎo)率值最大,然后開始降低,在60 m處達到最低,之后隨著距離的增加,電導(dǎo)率值顯著增加,由此表明,豎井排鹽可以顯著降低60 m范圍內(nèi)土壤電導(dǎo)率。在同一距離下,隨著土層深度的增加,土壤電導(dǎo)率值呈現(xiàn)“先降后增再降”的趨勢,在0~20和40~60 cm土層土壤電導(dǎo)率值較大,說明該土層出現(xiàn)鹽分的聚集現(xiàn)象。
表2 井排措施下棗田土壤電導(dǎo)率值變化表 μS/cm
圖1為井排措施下土壤陽離子遷移變化圖。由圖1可知,豎井排鹽顯著影響棗田土壤陽離子含量。同一土層深度,在0 m處4種陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)的含量均最高,隨著距離的增加離子含量逐漸減少,在60 m處達到最低,之后開始升高,表明豎井排鹽的最佳距離是60 m。同一距離,隨著土層深度的增加,土壤陽離子含量呈現(xiàn)降低的趨勢,在0~20 cm土層出現(xiàn)鹽分的聚集現(xiàn)象。
圖1 井排措施下土壤陽離子遷移變化圖(單位:mg/kg)
本文研究得出研究區(qū)K+含量變化介于34.8~627.0 mg/kg之間,Na+含量介于442.0~5 409.0 mg/kg之間,Ca2+含量介于67.0~1 620.0 mg/kg之間,Mg2+含量介于6.1~1 012.6 mg/kg之間。隨距離的增加,K+和Ca2+含量均表現(xiàn)為“先減少后增加”:0 m處離子含量較高,之后隨距離的增加離子含量顯著降低,在60 m處達到最低,之后開始升高。而Na+和Mg2+隨著距離的增加呈現(xiàn)先增后減再增的趨勢,在0~10 m處離子含量最高,之后隨距離的增加離子含量顯著降低,60 m處達到最低,之后開始升高。說明豎井排水降低60 m范圍內(nèi)4種陽離子含量效果顯著。相同距離下,土壤K+、Na+和Ca2+含量隨土層深度的增加先降低后增加,在0~20和80~100 cm土層發(fā)生了鹽基離子聚集現(xiàn)象,而土壤Mg2+含量隨土層深度的增加逐漸降低,在土壤表層以下未發(fā)生明顯的Mg2+聚集現(xiàn)象。
圖2 井排措施下土壤陰離子遷移變化圖(單位:mg/kg)
圖3 井排措施下土壤鹽基離子當量比變化圖
圖4為井排措施對不同距離土壤鈉吸附比值的變化趨勢圖。由圖4可知,在0~20和80~100 cm土層中,隨著距離的增加,土壤SAR值表現(xiàn)出先升高后降低再升高的趨勢,在0 m處土壤SAR值較小,然后隨著距離的增加,土壤SAR值升高,在10~30 m之間達到最大,之后開始降低,在60 m處達到最小,60 m之后開始迅速升高;在其余土層,隨著距離的增加,土壤SAR值表現(xiàn)為先降低后升高再降低再升高的趨勢,在距離豎井60 m處達到最低。由此說明,土壤Na+的遷移速率大于Ca2+和Mg2+導(dǎo)致距離豎井60 m處土壤Na+含量降低,從而減輕對作物的鹽害;在同一距離下,隨著土層深度的增加,土壤SAR值變化規(guī)律不明顯。
圖4 井排措施下土壤鈉吸附比(SAR)變化圖
(1)井深為40 m的豎井通過排水可以有效改良距離其60 m范圍內(nèi)鹽漬化土壤。此外,在該井排措施下,鹽基離子在0~20和80~100 cm土層出現(xiàn)聚集現(xiàn)象。
(2)井排措施可以降低土壤中的Na+和Cl-含量,土壤鹽分類型由NaCl型轉(zhuǎn)化為Na2SO4型和CaCl2型,從而降低土壤的鹽害。