李金剛, 王少麗, 何平如, 高鴻永, 黃永平

(1.河海大學(xué) 水利水電學(xué)院, 南京210098; 2.中國水利水電科學(xué)研究院 水利研究所,北京 100048; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室/旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院,陜西 楊凌 712100; 4.鹽堿地改良研究院, 內(nèi)蒙古 五原 015199; 5.巴彥淖爾市水利科學(xué)研究所, 內(nèi)蒙古 臨河 015000)

義長灌域位于河套灌區(qū)巴彥淖爾盟境內(nèi)，是內(nèi)蒙古自治區(qū)重要的商品糧油和瓜果蔬菜生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)灌溉主要依賴渠引黃河水，其次為地下水。2010年黃委會對引黃河水量實行定量管理[1]，義長灌域用水矛盾凸顯，經(jīng)渠道引黃水量無法滿足傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的灌溉需要，迫切需要調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、推廣應(yīng)用節(jié)水灌溉新技術(shù)、開發(fā)利用非常規(guī)灌溉水資源，確保農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。河套灌區(qū)得天獨厚的海拔高度和光照條件，有利于番茄糖分的積累，優(yōu)良的土壤和潔凈的空氣成就了番茄的極致口感和優(yōu)異的營養(yǎng)品質(zhì)，“河套番茄”正逐步成為灌區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物，然而，日趨減少的引黃河水量威脅著灌域番茄種植業(yè)的發(fā)展，因此，開發(fā)利用非常規(guī)灌溉水資源對河套灌區(qū)番茄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

義長灌域氣候干旱少雨、蒸發(fā)強(qiáng)烈，淺層地下水受表土蒸發(fā)的濃縮作用，礦化度普遍較高，地下咸水、微咸水資源儲量豐富。據(jù)統(tǒng)計，河套灌區(qū)淺層(深度10—40 m)地下水礦化度(TDS)均值為2.54 g/L[2]，可開采量為16.6億m3，其中礦化度為2～5 g/L的地下微咸水可開采量為7.21億m3[3]。目前，國內(nèi)外針對微咸水灌溉開展了大量研究工作，已取得的研究成果表明，微咸水可以應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉，以減少淡水資源的使用，且適時適量利用微咸水不僅不會降低作物產(chǎn)量，相比旱作還會增加作物收益，另外，微咸水中某些礦質(zhì)元素還能改善作物品質(zhì)，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益[4-5]。

然而，由于微咸水本身攜帶有鹽分，并且義長灌域干旱少雨且蒸發(fā)強(qiáng)烈的氣候條件和地下水埋深較淺(年均2.1 m)，不合理的微咸水灌溉很容易導(dǎo)致土壤次生鹽堿化，威脅灌區(qū)耕地的可持續(xù)利用。國內(nèi)外針對微咸水、咸水灌溉下的土壤鹽分運移和累積規(guī)律開展了了大量試驗研究，發(fā)現(xiàn)在合理的灌溉制度和農(nóng)藝措施下，不會造成土壤環(huán)境的進(jìn)一步惡化[4-8]。灌溉水含鹽量是保證作物正常生長最基本的條件，相對于淡水灌溉，較低濃度的微咸水或咸水灌溉不僅不會降低作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，反而會在一定程度上增加作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)[6,9-12]，Abdel-Gawad 等[13]利用咸水灌溉番茄，研究發(fā)現(xiàn)相對于淡水灌溉，咸水灌溉可提高番茄的可溶性固形物含量和含糖量，但果實大小會隨鹽分質(zhì)量濃度的增大而減?。籄mnon 等[14]研究了微咸水灌溉對甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)利用電導(dǎo)率4.5 dS/m的微咸水灌溉不會影響甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，但當(dāng)微咸水電導(dǎo)率增加到7 dS/m時，甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)均下降。萬書勤等[15]連續(xù)3 a(2003—2005年)研究不同鹽分濃度的微咸水和不同土壤基質(zhì)勢控制水平對滴灌番茄的地下、地上部分生長及產(chǎn)量影響，試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)微咸水電導(dǎo)率在1.1～4.9 dS/m時，對番茄根干質(zhì)量密度、根長密度、最大葉面積指數(shù)、總?cè)~綠素含量和產(chǎn)量等都沒有明顯的影響，且不同鹽分濃度間沒有顯著的交互影響。

目前，應(yīng)用張力計控制地下一定深度的土壤基質(zhì)勢指導(dǎo)灌溉逐漸普及[16-18]，但在西北內(nèi)陸干旱地區(qū)針對番茄等作物在張力計指導(dǎo)下的微咸水單次灌水定額研究相對較少，由于義長灌域是河套灌區(qū)在氣候、土壤、地下水方面具有代表性的典型區(qū)域，本試驗擬在義長灌域以番茄為供試作物，研究在淺層地下微咸水膜下滴灌條件下，不同灌水定額對作物生長、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響及土壤鹽分的分布累積規(guī)律，以期對河套灌區(qū)微咸水滴灌番茄提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗田隸屬內(nèi)蒙古“蒙草五原鹽堿地改良研究院”(108°12′15′′E，41°3′1.2′′N)，位于河套灌區(qū)腹地，屬中溫帶大陸性氣候，多年平均降雨量176.40 mm，主要集中在7—9月，多年平均蒸發(fā)量為2 056 mm，灌域多年平均引水量14億m3，降水與蒸發(fā)是影響義長灌域地下水補(bǔ)給和排泄以及土壤鹽漬化形成的主要氣象因素。試驗區(qū)土壤分層現(xiàn)象明顯，自地表向下100 cm土體依次分布壤土(0—20 cm)、壤質(zhì)砂土(20—60 cm)和砂質(zhì)壤土(60—100 cm)，具體土壤性質(zhì)見表1。

表1 試驗區(qū)土壤類型

從圖1可以看出，番茄生育期內(nèi)試驗區(qū)地下水埋深變化幅度為2.46～3.5 m，平均埋深2.79 m，在番茄生育期內(nèi)平均礦化度為3.0 g/L；番茄生育期期內(nèi)5—9月淺層地下水礦化度在3.0 g/L左右波動，變化幅度不大。試驗用微咸水直接采用當(dāng)?shù)販\層地下水(Cl·SO4-Na型)，試驗用淡水采用引黃河水(年均礦化度0.502 g/L)。試驗用微咸水和淡水具體組成見表2。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置兩個灌溉水礦化度水平3.02 g/L(W)和0.50 g/L(D)，根據(jù)試驗區(qū)的最大日蒸發(fā)量(9.8 mm)，試驗擬定淡水膜下滴灌的灌水定額為20 mm，微咸水對應(yīng)4個單次灌水定額20，30，40，50 mm，分別對應(yīng)WH1，WH2，WH3和WH4處理，每個試驗處理設(shè)置3個重復(fù)，各試驗小區(qū)面積為360 m2(40 m×

9 m)。當(dāng)陶土頭埋設(shè)在膜內(nèi)滴頭下20 cm深處的張力計指示相應(yīng)土壤基質(zhì)勢達(dá)到-25 kPa時，立即按試驗設(shè)計的灌溉定額灌溉1次，當(dāng)番茄進(jìn)入成熟期時，停止灌溉，以防番茄果實感染臍腐病等造成減產(chǎn)。

圖1 番茄生育期內(nèi)試驗區(qū)地下水埋深和地下水礦化度水平

表2 灌溉水組分特征

供試番茄品種為金野1號，生育期歷時135 d。當(dāng)室內(nèi)番茄幼苗培育到“六葉一芯”狀態(tài)時移栽至野外試驗田。試驗于2018年4月18日進(jìn)行春耕，5月10日施入基肥、平整試驗田并起壟覆膜，壟寬90 cm，壟高10 cm，地膜采用白色聚乙烯塑料薄膜，膜寬100 cm，膜厚0.005 mm。5月13日利用黃河水進(jìn)行儲水灌溉(滴灌水量為250 mm)，5月14日破膜點穴移栽，番茄移栽的株距為30 cm，行距為40 cm，番茄種植模式為一膜一帶兩行(株距和行距同當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)黃河水地面灌溉種植模式，見圖2)。田間試驗施入的基肥為磷酸二銨(DAP:18% N,46% P,0% K)225 kg/hm2，硫酸鉀(50% K2O)45 kg/hm2，此外，番茄生育期內(nèi)隨水追施尿素(46.2% N)3次，硫酸鉀(50% K2O)1次，每次追施尿素定額為60 kg/ hm2，追施硫酸鉀定額為45 kg/hm2。自2018年8月27日開始分批采摘番茄紅熟果實，至9月25日收獲完畢。

圖2 田間試驗番茄種植模式

1.3 測定項目與方法

試驗田內(nèi)埋設(shè)時域反射儀(TDR)配合取土稱重法監(jiān)測距滴灌帶不同位置和不同土層深度的土壤水分含量，記錄各試驗處理的灌水量，分別于移栽后1周和2周統(tǒng)計各試驗處理的幼苗成活率。在每個試驗處理內(nèi)隨機(jī)選取5株番茄植株，掛牌標(biāo)記，每間隔7 d觀測記錄一次番茄植株的生長指標(biāo)(株高和莖粗)。自番茄成熟期開始統(tǒng)計主要的產(chǎn)量構(gòu)成要素(紅熟果株數(shù)、單株紅果數(shù)和單果質(zhì)量)，統(tǒng)計各試驗小區(qū)的番茄紅熟果實產(chǎn)量，按各試驗小區(qū)面積估算對應(yīng)試驗處理單位面積(1 hm2)番茄產(chǎn)量。

(1)

式中：Y為單位面積(1 hm2)番茄產(chǎn)量，1 000 kg/hm2；y為試驗小區(qū)實測番茄產(chǎn)量，1 000 kg/(360 m2)。

待番茄紅熟后，各試驗處理隨機(jī)選取3 kg左右紅熟果實檢測主要品質(zhì)要素(可溶性固形物、紅色素、總糖和總酸)，其中可溶性固形物和番茄紅色素指標(biāo)分別采用折光率法和分光光度法測定，總酸和總糖分被采用高效液相色譜法和Lane-Eynon法測定。

根據(jù)Hernández等[19]研究顯示，番茄口感風(fēng)味指標(biāo)TI越大，直接食用的口感越好。采用下式計算番茄果實口感風(fēng)味指標(biāo)：

(2)

式中：TI為番茄果實口感風(fēng)味指標(biāo)；SC為番茄果實總糖含量(%)；AC為番茄果實總酸含量(%)。

在番茄幼苗移栽前及番茄收獲后，分別在距滴灌帶0，22.5，45，75 cm處設(shè)置土樣點，各取樣點在豎直方向上距地表0—40 cm內(nèi)每10 cm取一個土樣，距地表40—100 cm內(nèi)每20 cm取一個土樣，將從田間取回的土樣經(jīng)自然風(fēng)干后碾壓過2 mm孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩，將過篩后的土樣與去離子水按土水質(zhì)量比1∶5攪拌混合，振蕩離心后，取上清液，用雷磁PHS-25臺式數(shù)顯pH計(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司，中國上海)測定相應(yīng)pH值，用雷磁DDSJ-308 A電導(dǎo)儀(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司，中國上海)測定電導(dǎo)率EC1∶5。根據(jù)試驗率定結(jié)果，土壤含鹽量(SC)與浸提液電導(dǎo)率(EC1∶5)可通過如下公式進(jìn)行換算[3]:

SC=2.7623×EC1∶5+0.0642

(3)

式中：SC為土壤含鹽量(g/kg)；EC1∶5為檢測得到的電導(dǎo)率的(mS/cm)。

膜內(nèi)各層土壤積鹽量按下式計算：

(4)

(5)

(6)

膜外各層土壤積鹽量按下式計算：

(7)

統(tǒng)計傳統(tǒng)黃河水地面灌溉及試驗各處理的單位面積(1 hm2)農(nóng)田投資/花銷(包括滴灌帶費、番茄苗費、化肥費、農(nóng)藥費、地膜費、機(jī)械作業(yè)費、田間管理費、水資源費、電費)，根據(jù)2018年番茄市場單價(1 500元/1 000 kg)計算單位面積(1 hm2)農(nóng)田總收入，根據(jù)總收入減去總投資得到凈收入，利用總投資除凈收入得到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)費用比。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用軟件Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，采用AutoCAD 2016繪制番茄種植模式圖，利用SPSS 20.0進(jìn)行番茄幼苗成活率、植株生長指標(biāo)、番茄產(chǎn)量構(gòu)成及果實品質(zhì)指標(biāo)的顯著性分析，取顯著性水平為p<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄膜下滴灌灌溉結(jié)果

單次淺層地下微咸水灌水定額不同，直接導(dǎo)致番茄根區(qū)土壤達(dá)到設(shè)定基質(zhì)勢(-25 kPa)的頻率不同，因此由張力計指導(dǎo)的灌溉定額產(chǎn)生差異，2018年番茄膜下滴灌灌溉結(jié)果見表3。從表3中可以看出，淡水灌溉處理的灌溉定額最小為240 mm，微咸水灌溉的灌溉定額均不小于280 mm，且灌水定額越大，番茄全生育期灌水總量越大。相對于DH1處理，WH1處理全生育期灌水量增加16.67%，這可能是由于番茄幼苗期需水量大，而微咸水相比淡水含有更多鹽分，相同灌水定額下，微咸水處理的土壤基質(zhì)勢變化頻率更高，張力計更容易達(dá)到試驗設(shè)定的目標(biāo)值-25 kPa，由此指導(dǎo)的灌溉頻率增大。番茄各生育期中，幼苗期相對其他生育期灌水量最大(120～150 mm)，這是因為番茄幼苗期歷時最長，幼苗期試驗田蒸發(fā)蒸騰作用相對其他生育期更強(qiáng)烈，番茄植株需水量更大。各微咸水灌溉處理在番茄生育期內(nèi)的灌水總量相差較大，隨著地下微咸水單次灌水定額從20 mm增加至50 mm，全生育期灌溉次數(shù)減少但灌溉定額增加。

表3 田間試驗各處理實際灌溉量 mm

注：“5-14—6-22”表示2018年5月14日—6月22日，其他類推。

2.2 微咸水膜下滴灌對番茄生長和產(chǎn)量的影響

2.2.1 微咸水灌水定額對番茄成活率的影響 由于番茄耐鹽性較弱[20-21]，地下微咸水中含有鹽分離子，不合理的灌溉制度會增加番茄幼苗根區(qū)土壤鹽分濃度，對幼苗產(chǎn)生鹽分脅迫，影響移栽的幼苗成活率。番茄幼苗在5月14日的移栽密度為44 444株/ hm2，試驗田移栽的番茄幼苗在移栽1～2周后的成活率見圖3。番茄移栽一周后，各試驗處理的幼苗成活率差異不顯著，約為96%。但番茄移栽兩周后，微咸水灌溉處理的幼苗成活率相對于淡水灌溉處理顯著降低約6.38%～19.15%，且隨著灌水定額的增大，番茄幼苗成活率降低。這可能是由于番茄栽培育苗的環(huán)境條件適宜，而自然環(huán)境的土壤水熱鹽等環(huán)境相對設(shè)施栽培育苗更惡劣，幼苗難以適應(yīng)，不合理的灌溉模式將導(dǎo)致部分番茄幼苗死亡[22]。番茄幼苗移栽1～2周，WH3和WH4處理的成活率顯著降低，這可能是由于番茄在幼苗階段對土壤鹽分環(huán)境敏感，第一次灌水后，WH3和WH4處理單次灌水定額大，向表層土壤帶入更多的鹽分，番茄已在一周以后開始對番茄幼苗產(chǎn)生脅迫，導(dǎo)致部分幼苗脫水死亡。另外WH1和WH2處理番茄成活率差異不顯著，類似地，WH3和WH4處理番茄成活率無顯著差異，但WH3和WH4處理相對于WH1和WH2處理成活率顯著降低約11.49%。因此，為了保證番茄種植高產(chǎn)，需要在番茄苗期采用淡水灌溉等措施確保較高的番茄幼苗成活率。

注：不同字母表示各處理間差異性顯著(p<0.05)，下圖同。

圖3 不同微咸水灌水定額對番茄成活率的影響

2.2.2 微咸水灌水定額對番茄株高和莖粗的影響 株高和莖粗是衡量番茄植株生長狀況的重要形態(tài)指標(biāo)，番茄植株的高矮和粗細(xì)狀況直接影響了番茄的光能利用。據(jù)相關(guān)研究，番茄植株在花期株高和莖粗達(dá)到生育期內(nèi)最大值[23-24]，分析試驗階段各處理番茄植株在花期末(7月1日)的生長指標(biāo)，結(jié)果見圖4。由圖4A可知，相同灌水定額(20 mm)下，微咸水灌溉處理的株高小于淡水處理；微咸水灌溉處理下，隨著單次灌水定額的增大，番茄株高先增大后減小，WH3處理株高最大。這說明相同灌水定額條件下，淡水相對于微咸水更有利于番茄植株增高，微咸水灌溉條件下，單次灌水定額對番茄的株高影響顯著，且當(dāng)單次灌水定額達(dá)到40 mm時，番茄株高最大。由圖4B可知，相同灌水定額下，微咸水處理的莖粗小于淡水灌溉處理；相同微咸水處理下，隨著單次灌水定額的增大，番茄莖粗隨之增大，這說明微咸水灌溉有利于番茄莖粗的增長，可能是試驗區(qū)淺層地下水中的部分離子促進(jìn)植株莖粗的增長。該試驗結(jié)果與翟紅梅等[23]研究結(jié)果不一致，翟紅梅等利用礦化度3.0 g/L微咸水灌溉番茄，結(jié)果表明番茄株高、莖粗和葉面積分別下降44.1%，48.0%,55.6%，造成不同的可能原因是翟紅梅等種植番茄采用的是基質(zhì)栽培方式，而本試驗是在自然條件下進(jìn)行的土壤栽培。

圖4 不同微咸水灌水定額對番茄株高和莖粗的影響

2.2.3 微咸水灌水定額對番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 相關(guān)研究表明，微咸水相對于淡水一方面向土壤中攜帶了更多的鹽分，對植株根系產(chǎn)生鹽分脅迫，不利于根系吸水，另一方面微咸水中的部分鹽分離子會對番茄的營養(yǎng)生長和生殖生長產(chǎn)生積極作用[15,25-26]。番茄產(chǎn)量及產(chǎn)量主要構(gòu)成因素見表4。微咸水膜下滴灌的番茄收獲株數(shù)相對淡水滴灌處理下降7.5%～20%。淡水灌溉處理的單株果數(shù)最少，單果均重最大，微咸水各灌溉處理的單株果數(shù)沒有顯著差異，但單果均重隨著單次灌水定額的增加先增大后減小，且當(dāng)微咸水灌水定額為30 mm時，番茄單果均重達(dá)到最大值50.75 g，這說明灌溉水中鹽分含量同時影響番茄的單株果數(shù)和單果均重，微咸水中可能含有某些微量元素能促進(jìn)番茄開花坐果，試驗區(qū)地下礦化度為3.0 g/L左右的微咸水有利于提高果實締結(jié)率，另外，淺層地下微咸水在一定灌水定額范圍內(nèi)提高番茄果實的物質(zhì)含量，但其單次灌水定額對番茄單株果數(shù)無顯著影響。WH2處理番茄產(chǎn)量最高為68 630 kg/hm2，WH1處理和WH2處理相對DH1處理產(chǎn)量分別提高6.85%，9.86%，而WH3處理和WH4處理相對DH1處理產(chǎn)量分別下降5.91%，9.19%。這說明年均礦化度3.0 g/L的地下微咸水在一定灌水定額范圍內(nèi)能增加番茄產(chǎn)量，提高單位面積農(nóng)田產(chǎn)出。該結(jié)果與Karlberg等[27]在南非用滴灌方式進(jìn)行微咸水和咸水灌溉試驗得到的結(jié)果一致，他們研究發(fā)現(xiàn)適宜灌溉制度下，微咸水和咸水灌溉番茄的產(chǎn)量均高于平均產(chǎn)量。但是，萬書勤等[15]研究發(fā)現(xiàn)鹽分濃度(1.1～4.9 dS/m)和土壤基質(zhì)勢(-50～-10 kPa)對番茄產(chǎn)量影響不顯著，這主要是因為萬書勤等在番茄緩苗階段采用淡水灌溉，而本試驗在番茄緩苗階段即采用地下微咸水灌溉，對番茄苗期的成活率影響較大。此外，微咸水灌溉處理的灌溉水分生產(chǎn)率隨著單次灌水定額的增大而減小。從提高番茄產(chǎn)量的角度考慮，本文建議試驗區(qū)淺層地下微咸水的單次灌水定額為30 mm。

表4 番茄產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)

注：不同字母表示各處理間差異性顯著(p<0.05)，下表同。

可溶性固形物、番茄紅素、總糖、總酸是評價番茄口感風(fēng)味與營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)[19,28-29]，通過對膜下滴灌各試驗處理的番茄紅熟果實進(jìn)行采樣分析，其主要品質(zhì)指標(biāo)分析結(jié)果見表5。淡水灌溉處理的番茄可溶性固形物、紅色素和總糖含量最少，但總酸含量最高，口感風(fēng)味指標(biāo)最大。淡水灌溉處理對應(yīng)番茄果實的可溶性固形物、總糖和口感風(fēng)味指標(biāo)與其他微咸水灌溉處理間無顯著性差異。淺層地下微咸水灌溉處理對應(yīng)番茄的可溶性固形物、總糖含量和口感風(fēng)味指標(biāo)之間無顯著性差異，但可溶性固形物、紅色素和總糖含量隨著單次灌水定額的增加而增加，總酸含量隨單次灌水定額的增加而減小。番茄果實的口感風(fēng)味指標(biāo)隨著微咸水灌水定額的增大先增加后減小，當(dāng)試驗條件下微咸水單次灌水定額達(dá)到30 mm時，番茄口感風(fēng)味最佳。這可能是由于微咸水中含一些微量元素有利于可溶性固性物、番茄紅色素和總糖的形成。以上研究結(jié)果與Abdel-Gawad等[13]研究咸水灌溉得到的結(jié)果相符合，Abdel-Gawad等認(rèn)為一定量的咸水灌溉可提高番茄的可溶性固形物含量。由以上分析可知，適當(dāng)提高微咸水灌水定額可以改善番茄果實的品質(zhì)。

表5 番茄主要品質(zhì)指標(biāo)

2.3 微咸水灌水定額對土壤鹽分累積規(guī)律的影響

微咸水相比淡水含有更高的鹽分含量，在滴灌過程中，灌溉水既攜帶了鹽分進(jìn)入膜內(nèi)表層土壤，又增加了表層土壤水分含量，稀釋了表層土壤溶液的鹽分濃度，隨著灌溉水入滲形成濕潤峰，膜內(nèi)土壤中鹽分隨濕潤峰運移至膜外和膜內(nèi)深層土壤。對番茄整個生育期內(nèi)的鹽分積累情況進(jìn)行的定量分析結(jié)果見圖5。番茄生育期內(nèi)膜下滴灌各試驗處理在0—100 cm土體均積鹽，淡水灌溉處理各層土壤積鹽量均小于微咸水灌溉處理，在表層30 cm土體內(nèi)，各試驗處理膜內(nèi)積鹽量均小于膜外；微咸水灌溉處理的膜內(nèi)0—80 cm土壤積鹽量隨著灌水定額增加先減小后增加，且當(dāng)微咸水灌水定額達(dá)到30 mm時，膜內(nèi)0—80 cm土壤積鹽量最少，這說明，微咸水灌溉不僅能淋洗表層土壤鹽分，還會攜帶鹽分進(jìn)入農(nóng)田，當(dāng)微咸水單次灌水定額小于30 mm時，微咸水灌溉對土壤鹽分的淋洗作用大于灌溉水本身攜帶鹽分的影響，當(dāng)微咸水單次灌水定額大于30 mm時，微咸水灌溉對土壤鹽分的淋洗作用小于灌溉水本身攜帶鹽分的影響。另外，膜外0—60 cm土壤積鹽量隨著灌水定額的增加而增大，這主要是由于膜內(nèi)表層土壤鹽分隨著濕潤峰向膜外遷移，膜外底層土壤鹽分因表土蒸發(fā)隨水分向地表遷移，均在膜外地表積聚。相對于表層土壤，膜內(nèi)、膜外80—100 cm土壤鹽分變化較遲緩。由于淡水滴灌和微咸水滴灌均會造成0—100 cm土體積鹽，為了防止土壤次生鹽堿化，需要在番茄非生育期引入黃河水補(bǔ)充灌溉，以淋洗土壤鹽分，維持農(nóng)田土壤鹽分平衡。為了減少微咸水灌溉下番茄生育期內(nèi)0—100 cm土體積鹽，本文建議試驗區(qū)淺層地下微咸水的單次灌水定額為30 mm。

本研究監(jiān)測時間較短，在后續(xù)研究中應(yīng)該考慮不同的土壤基質(zhì)勢控制水平，綜合分析試驗區(qū)淺層地下水的礦化度變化規(guī)律，設(shè)計不同輪灌/混灌制度，對各層土壤鹽分進(jìn)行長系列監(jiān)測，探究土壤鹽分與地下水位動態(tài)變化的響應(yīng)關(guān)系，為合理調(diào)控地下水位、科學(xué)制定區(qū)域“井渠結(jié)合”制度提供更加充實的理論基礎(chǔ)。

圖5 不同土層土壤積鹽量

2.4 番茄微咸水膜下滴灌經(jīng)濟(jì)效益

由于河套灌區(qū)目前主要采用傳統(tǒng)黃河水地面灌溉方式種植番茄，本文引入傳統(tǒng)黃河水地面灌溉方式與本試驗各處理進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益對比分析，結(jié)果見表6。相對于傳統(tǒng)黃河水地面灌溉，膜下滴灌的單位面積總投資均減小，而且，微咸水膜下滴灌的單位面積總投資小于淡水滴灌，這主要是因為試驗取用的淡水來自儲存的渠引黃河水，結(jié)合淡水膜下滴灌定額得到引黃河水的水資源費為600元/ hm2。凈效益分析結(jié)果表明，傳統(tǒng)黃河水地面灌溉的單位面積凈收入最高為93 610元/hm2，其次為WH2處理，WH4處理凈收入最低；相對傳統(tǒng)黃河水地面灌溉，淡水滴灌處理凈收益減少11.72%。微咸水滴灌處理對應(yīng)凈收益隨著單次灌水定額的增加先增加后減小，且當(dāng)灌水定額為30 mm時，凈收益達(dá)到最大值，WH2處理相對淡水滴灌處理凈收益增加11.73%，但相對于傳統(tǒng)黃河水地面灌溉凈收益降低1.37%。WH2處理對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)費用比最高為8.48，相對于淡水滴灌和傳統(tǒng)黃河水地面灌溉分別提高14.14%,7.36%。

從凈收益結(jié)果來看，延用傳統(tǒng)黃河水地面灌溉最佳，但WH2處理相對黃河水地面灌溉的凈收入僅減少不足2%，略次于傳統(tǒng)灌溉模式。導(dǎo)致微咸水灌溉模式凈收入小于傳統(tǒng)黃河水地面灌溉模式的主要原因是番茄幼苗移栽后，在幼苗期即采用微咸水灌溉顯著降低了番茄幼苗成活率(不足移栽密度的90%)，而傳統(tǒng)黃河水地面灌溉模糊在移栽后及時采用淡水(黃河水)進(jìn)行地面灌溉，番茄幼苗成活率約占移栽密度的95%，若能在番茄苗期采取諸如淡水灌溉等適當(dāng)措施提高番茄幼苗的成活率，生育后期采用微咸水灌溉(灌水定額為30 mm)，將顯著提高單位面積農(nóng)田番茄產(chǎn)量和凈效益。另外，采用膜下滴灌模式可以考慮適當(dāng)增加番茄種植密度，從而增加番茄產(chǎn)量。因此，制定合理的灌溉制度和實施科學(xué)的種植模式及農(nóng)藝措施，微咸水膜下滴灌番茄對應(yīng)的凈效益可以超過傳統(tǒng)黃河水地面灌溉模式。

表6 經(jīng)濟(jì)效益分析

3 結(jié) 論

(1) 番茄移栽兩周后，微咸水灌溉處理的幼苗成活率顯著降低，相對淡水滴灌下降約6.38%～19.15%，且在收獲期微咸水膜下滴灌的番茄收獲株數(shù)相對淡水滴灌下降7.5%～20%。

(2) 微咸水膜下滴灌條件下，當(dāng)單次灌水定額達(dá)到30 mm時，番茄產(chǎn)量最大，相對淡水滴灌處理提高9.86%。

(3) 微咸水灌溉對可溶性固形物、總糖和口感風(fēng)味指標(biāo)影響不顯著，總酸含量隨單次灌水定額的增加而減小，當(dāng)微咸水單次灌水定額達(dá)到30 mm時，番茄口感風(fēng)味最佳。

(4) 番茄生育期內(nèi)膜下滴灌各試驗處理在0—100 cm土體均積鹽，且當(dāng)微咸水灌水定額達(dá)到30 mm時膜內(nèi)0—80 cm土體積鹽量最少。為了防止農(nóng)田土壤次生鹽堿化，需要在番茄非生育期引黃河水補(bǔ)充灌溉以淋洗土壤鹽分。

(5) 當(dāng)微咸水單次灌水定額達(dá)到30 mm時，凈效益最高，且最高凈效益相對淡水滴灌提高11.73%，但相對傳統(tǒng)黃河水地面灌溉降低1.37%，微咸水膜下滴灌番茄需要在苗期采取有效措施提高移栽幼苗的成活率。

(6) 本試驗建議在義長灌域，結(jié)合張力計指導(dǎo)膜下滴灌(控制滴灌帶下20 cm處土壤基質(zhì)勢下限為-25 kPa)，取用當(dāng)?shù)販\層地下微咸水灌溉番茄的單次灌水定額為30 mm，番茄生育期內(nèi)累計滴灌10次，并于番茄收獲后當(dāng)年秋季或次年春季引黃河水進(jìn)行儲水灌溉以淋鹽保墑。