劉 月，楊樹青 ，劉 敏，符 鮮，劉瑞敏

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土工建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018)

0 引 言

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是我國土壤鹽漬化發(fā)育的典型地區(qū)，鹽漬土面積約占總土地面積的40%，耕地中不同程度鹽漬化土約占總耕地面積的55%[1]，嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。該區(qū)地下微咸水資源豐富，對其開發(fā)利用有利于地下水資源更新、淡水存儲和生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)[2]。水和肥是作物生長的兩大關(guān)鍵因素，同時，也是相互影響和制約的兩個因子。滴灌施肥系統(tǒng)可以根據(jù)作物的需求準(zhǔn)確地控制水肥施用制度，既能保證作物必需的養(yǎng)分，又可以提高養(yǎng)分利用效率，避免養(yǎng)分淋失[3]。枸杞屬河套灌區(qū)地方特產(chǎn)，喜水肥，較耐寒，耐鹽堿，在pH值不超過8.5的情況下均能正常生長，在河套灌區(qū)的種植面積達(dá)到1.33 萬hm2，且枸杞是我國的一味常用中藥，具有滋補肝腎、益精明目[4]、潤肺止咳、延緩衰老等功效。目前有關(guān)水氮互作對作物光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)等的研究較多，微咸水滴灌條件下水氮互作的研究也有較多報道，供試作物多為玉米、小麥、甜菜和棉花[5-8]等，而以枸杞為供試作物的研究鮮有報道。綜上，在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)研究微咸水滴灌條件下水氮互作對枸杞生長和土壤環(huán)境的影響具有一定的實際意義。

1 試驗材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2017年在內(nèi)蒙古紅衛(wèi)田間節(jié)水灌溉試驗示范園進(jìn)行，地理坐標(biāo)E108°45′～E109°36′，N40°30′～N40°40′，位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)最下游的三湖河灌域西部。研究區(qū)屬中溫帶大陸性多風(fēng)干旱氣候，多年平均降水量270 mm，多年平均蒸發(fā)量為2 383 mm，多年平均氣溫7.9 ℃，無霜期146 d，積溫(大于10 ℃)3 200 h。

研究區(qū)土壤大部分為灌淤土、鹽土，0～100 cm土壤容重為1.55 g/cm3。按美國農(nóng)業(yè)部土壤質(zhì)地三角劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)土壤質(zhì)地見表1，土壤基本性狀見表2。

表1 研究區(qū)土壤質(zhì)地

1.2 試驗設(shè)計

供試作物為枸杞，品種為寧杞1號。枸杞物候期表現(xiàn)見表3。

試驗為灌水量和施氮量的2因素試驗，灌水量和施氮量分別設(shè)置3個水平，如表4，表5。

表2 研究區(qū)土壤基本性狀

表3 枸杞物候表現(xiàn)(月-日)

灌水量為W1(2 325 m3/hm2)、W2(2 850 m3/hm2)、W3(3 375 m3/hm2)；施氮量：N1(525 kg/hm2)、N2(750 kg/hm2)、N3(975 kg/hm2)。試驗采用兩因素正交設(shè)計，共9個處理，每個處理設(shè)3次重復(fù)。試驗小區(qū)面積39 m2，每小區(qū)包含枸杞13株，枸杞種植株距1.0 m，行距3.0 m。試驗小區(qū)周邊設(shè)有保護(hù)帶，小區(qū)間采用60 cm隔水板做防滲隔離。試驗采用地下微咸水灌溉，礦化度3.84 g/L。各處理生育期內(nèi)灌溉制度如表4所示。試驗采用磷酸二銨和硝酸磷在一水前作為基肥施入，尿素作為追肥在生育期隨灌水水施入，追施時間分別為5月中下旬(施肥量為全年追肥總量的20%)；6月中旬(施肥量為全年追肥總量的30%)；7月上旬(施肥量為全年追肥總量40%)；8月上旬(施肥量為全年追肥總量的10%)。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 枸杞生長指標(biāo)的測定

枸杞生長指標(biāo)實行定株觀測，每個處理選擇長勢相近的3棵作為觀測株，觀測株在整個生長期內(nèi)不做任何修剪。主要觀測以下項目：

表4 枸杞田間試驗灌溉制度

株高：樹體萌芽前后用鋼卷尺測株高，此后，每月中旬測一次，截止果實采收結(jié)束。

地徑：樹體萌芽前修剪后用游標(biāo)卡尺測地徑，此后，每月中旬測一次，截止果實采收結(jié)束。

新枝生長速率：在植株東南西北中5個方位各選取一個新枝，每隔7 d，用鋼卷尺觀測新枝的生長量。

冠幅：樹體萌芽前修剪后用卷尺測冠幅(東西長、南北長)，此后，每月中旬測一次冠幅，截止果實采收結(jié)束。

表5 枸杞田間試驗施肥制度 kg/hm2

1.3.2 土壤環(huán)境指標(biāo)的測定

土壤水、鹽分測定取樣每15 d一次，灌水前加測，取土深度為100 cm，共分七層，0～40 cm、每10 cm為一取土層，40～100 cm每20 cm為一取土層。觀測項目包括土壤的含水率、電導(dǎo)率及pH值。土壤含水率采用烘干法測定，土壤浸提液的電導(dǎo)率使用DDS-307型電導(dǎo)率儀測定，pH值采用pH酸度計測定。

1.4 分析方法

采用EXCEL2007、SPSS19.0及Surfer12.0相結(jié)合的方法。

2 結(jié)果分析

2.1 不同水氮條件下對枸杞生長的影響

2.1.1 枸杞株高生長速率

由圖1可知，不同水氮條件下枸杞株高生長速率在全生育期呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律，即從萌芽期開始增大，在春梢生長期生長速率達(dá)到峰值，最大值為W3N2處理下的0.418 cm/d，W2N2和W2N3處理次之，分別為0.415和0.412 cm/d。春梢生長期后生長速率開始下降，春梢生長期至開花期下降速率較大，盛果期生長速率最低，說明盛果期枸杞生長緩慢。在枸杞萌芽期，W2N3處理下的枸杞株高生長速率略高于其他處理，春梢生長期W3N2和W2N2處理下的枸杞株高生長速率較大。在枸杞開花期、果實膨大期和盛果期，W2N2處理下的枸杞株高生長速率高于其他處理。不同水氮條件下，W2N2、W2N3和W3N2處理下的株高生長速率高于平均水平，且不同時期W2N2處理下高于平均值的范圍為0.011～0.021 cm/d，W2N3為0.003～0.010 cm/d，W3N2為0.004～0.011 cm/d。在各處理水平中，W2N2更利于枸杞株高生長。

圖1 不同處理對枸杞株高生長速率的影響

由表3可得，多變量結(jié)果檢驗顯示灌水量、施肥量均顯著影響枸杞株高生長速率。成對比較顯示，W1與W2、W1與W3之間存在P<0.05顯著差異，W2和W3無顯著性差異。同樣，N1與N2處理、N1與N3處理之間存在均值差值在0.05級別上的顯著差異，而N2和N3水平無顯著性差異。說明灌水和施肥不足對枸杞株高影響較大，適宜的灌水施肥與過量的灌水施肥對枸杞株高影響較小。

表6 灌水量與施肥量的成對比較

注：*.代表在P<0.05上顯著。

2.1.2 地徑生長速率

不同水氮條件下，W2和W3水平下的枸杞地徑生長速率的平均值大于W1水平。說明灌水不足影響地徑的生長。由圖2可見，在萌芽期至春梢生長期，W1水平略有下降，W2和W3水平增加，W2N2>W2N3>W3N2。春梢生長期到開花期地徑生長速率持續(xù)下降，開花期到果實膨大期增大，果實膨大期達(dá)到最大值，為W2N2處理下的0.061 8 mm/d。果實膨大期到盛果期地徑生長速率持續(xù)下降，盛果期為最低，說明盛果期枸杞生長緩慢。不同生育期內(nèi)，W2N2處理下的地徑生長速率均大于平均值，W2N2更利于枸杞地徑生長。

圖2 枸杞地徑生長速率在不同生育期的變化

2.1.3 新枝生長速率

不同水氮處理下的枸杞新枝生長速率較為一致，且枸杞新枝生長速率在生育期的變化趨勢與株高生長速率趨勢基本一致(圖3)。春梢生長期枸杞生長旺盛，達(dá)到最大值為W2N2水平下的0.573 mm/d。在不同生育期的同一灌水水平下，N2>N3>N1。說明適宜的施肥量有助于枸杞新枝生長，施肥量過多過少均不利于枸杞生長。不同處理下新枝生長速率表現(xiàn)為W2N2>W2N3>W3N2，在W2N2處理條件下，枸杞平均新枝生長速率最大，為0387mm/d，W2N2更利于枸杞新枝生長速率。

圖3 枸杞新枝生長速率在不同生育期的變化

2.1.4 冠幅生長速率

不同水氮處理下的枸杞冠幅生長速率較為一致，且不同處理下的生長速率相差較小(圖4)。與枸杞株高、地徑與新枝生長速率等指標(biāo)不同，枸杞冠幅生長速率在萌芽期最小，萌芽期到春梢生長期顯著增大，春梢生長期達(dá)到最大值，南北向與東西向的最大值均為W2N2處理，對應(yīng)數(shù)值為0.558和0.514 mm/d。南北向和東西向的冠幅生長速率在春梢生長期后逐漸下降，至盛果期冠幅生長速率較小。W2N2處理下的各生育期南北和東西方向上的最大冠幅生長速率最大。

圖4 枸杞冠幅生長速率在不同生育期的變化

2.2 不同水氮條件下對土壤理化性質(zhì)的影響

2.2.1 土壤含水率土壤剖面分布特征

由圖5可見，土壤含水率在0～20 cm呈減小趨勢，20～40 cm呈現(xiàn)增大趨勢，40 cm以下的變化規(guī)律不明顯，這是因為滴灌的水量較小，水分運移變化的土層較淺。

由圖5(a)～圖5(c)可見，W1水平時，增施氮肥使0～30 cm土層土壤含水率增加，說明水分不足時，增施氮肥土壤離子濃度會增高，肥料與植株爭用土壤水分將水分持在土壤中。由圖5(d)～圖5(f)可見，W2水平下，增加氮肥0～30、70～100 cm土層土壤含水率逐漸減小，但增施氮肥30～70 cm土層的最大土壤含水率向下面土層移動，而大于N2水平最大土壤含水率又向上層土壤移動。由圖5(g)～圖5(i)可見，W3水平下，增加氮肥0～30 cm土層土壤含水率呈減小趨勢，超過N2時含水率開始增大； 30～70 cm土層呈相反規(guī)律。

2.2.2 土壤含水率時間分布特征

由圖5(a)～圖5(c)可見，在W1水平下，土壤含水率的時間分布趨勢一致。在0～20 d，最大含水率均集中在60 cm左右的土層深度；在20～60 d，最大含水率集中在40～60 cm土層，且由于枸杞處在開花初期和果實膨大期需要從土壤中補充更多的水分，小于0～20 d的最大含水率；60 d為果實膨大期，植株需要大量水分。

在60～120 d，W1N1和W1N3的土壤含水率分布較為接近，均在80 d左右80～100 cm土層達(dá)到較大的土壤含水率，在100～120 d的50～100 cm土層達(dá)到較大含水率，且W1N1高于W1N3處理下的含水率，而表層土壤含水率較低；W1N2在100 d左右在40～70 cm土層的含水率最大。

由圖5(a)、圖5(d)和圖5(g)可見，在N1水平下，W2水平在70～100 d的土壤含水率高于W1水平的，此階段為果實膨大期，由此推斷果實膨大期枸杞需要從土壤中吸收更多的水分。而W3水平的土壤含水率并沒有明顯高于W1和W2水平的土壤灌水率，說明水分不適宜的情況下，土壤的水分可能蒸發(fā)流失并沒有發(fā)揮其高水灌溉的價值。

2.2.3 土壤電導(dǎo)率時空分布特征

土壤電導(dǎo)率能不同程度地反映土壤中的鹽分、水分、有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地結(jié)構(gòu)和孔隙率等參數(shù)的大小[9-11]。由圖6可以看出，W1水平下，各氮肥處理在0～40 cm土層內(nèi)電導(dǎo)率高于W2、W3水平下各氮肥處理的電導(dǎo)率，在0～10 cm土層內(nèi)出現(xiàn)最大值且出現(xiàn)閉合曲線，說明土壤鹽分在該土層內(nèi)發(fā)生累積。由于灌水量較小且上層蒸發(fā)強烈，鹽分主要聚集在上層土壤中，這使植株主根區(qū)鹽分較大而不利于其生長。W2水平下，各氮肥處理電導(dǎo)率在40～60 cm土層出現(xiàn)最大值，土壤鹽分的運移能夠受水分運動的影響，可以說水是鹽的溶劑又是鹽分運動的載體，常說“鹽隨水動”，W2水平的灌水量較適宜，能將大部分鹽分帶到40～60 cm土層使上層主根區(qū)呈現(xiàn)一個低鹽狀態(tài)，利于枸杞植株的生長。W3水平下，由于全生育期一直對枸杞植株灌溉較高水平的水量，水分下滲到較深土層帶走鹽分，形成了更大范圍的低鹽區(qū)，隨著灌水量的增大，各處理的土壤電導(dǎo)率峰值出現(xiàn)的土層加深，40 cm以上土層隨著灌水量的增加電導(dǎo)率減小。

圖5 土壤含水率空間變化

由圖6(a)～圖6(c)分析可知，最大電導(dǎo)率均在測量30 d(春梢生長期)之前的0～20 cm土層，在40～80 d的0～30 cm土層的電導(dǎo)率均較小。由圖6(c)、圖6(f)和圖6(i)可見，在N3水平下，隨著灌水量的增大，電導(dǎo)率出現(xiàn)大面積的較小值，其集中于第40～100 d，可能與夏季降雨淋洗土壤鹽分有關(guān)。

圖6 土壤電導(dǎo)率空間變化

3 討論與結(jié)論

王斌等[12]通過在河套灌區(qū)開展水氮互作的田間試驗得出在玉米全生育期內(nèi)，施氮量相同時，中水灌溉模式下水分對玉米株高及莖粗的促進(jìn)作用達(dá)到最大；尹光華等[13]對春小麥的水肥耦合效應(yīng)研究表明，在半干旱區(qū)水肥耦合的產(chǎn)量效應(yīng)顯著，適量水肥組合的效應(yīng)大于高水高肥和低水低肥組合。本文研究得出：①在不同灌水與施氮水平下，株高、新枝和冠幅的生長速率在春梢生長期較大，而地徑生長速率在果實膨大期較大。②綜合不同灌水與施氮水平下，W2N2水平下的株高、地徑、新枝生長速率及冠幅最優(yōu)。③通過對枸杞株高的差異性分析得出灌水和施肥不足對枸杞株高影響較大，而適宜的灌水施肥與過量的灌水施肥對枸杞株高影響較小。④土壤含水率、土壤電導(dǎo)率空間變化規(guī)律顯示，W2和W3灌水水平下，增施氮肥會使淺層土壤含水率增大，而過量施肥會出現(xiàn)相反結(jié)果。且W2水平能將大部分鹽分帶到40～60 cm土層，使上層主根區(qū)呈現(xiàn)一個低鹽狀態(tài)，利于枸杞植株的生長。⑤在利于枸杞株高、地徑、新枝、冠幅生長及為植株提供良好的土壤環(huán)境基礎(chǔ)上，本文推薦的枸杞適宜的水肥組合為W2N2。