鈔錦龍，郝小梅，胡 磊，陶 軍，張鵬飛，趙德一

(1.太原師范學院地理科學學院，山西 晉中 030619；2.北京師范大學地理科學學部，北京 100875)>

0 引 言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，人們對于反季節(jié)、可持續(xù)供應新鮮蔬菜水果的需求不斷擴大[1]。因此，設施農業(yè)在農業(yè)產業(yè)結構不斷調整的過程中發(fā)展成了漸受歡迎的農業(yè)種植模式。不僅實現(xiàn)了蔬菜水果的反季節(jié)供給，同時極大地增加了農民收入，緩解了就業(yè)壓力[2,3]。但是在設施農業(yè)生產過程中，由于高度集約化種植再加上設施栽培具有高溫、高濕且無雨水淋溶等特點，使得設施土壤出現(xiàn)一系列問題[4,5]。其中土壤次生鹽漬化是設施土壤最為常見也是最為嚴重的土壤問題[6]，土壤鹽漬化大大降低了作物根系的吸收作用，影響作物對養(yǎng)分的吸收[7]。隨著年份的增長造成土壤板結、作物質量和產量下降，甚至對作物產生毒害[8,9]。

太谷縣作為黃河一級支流——汾河流域重要的農業(yè)大縣，農業(yè)發(fā)展歷史悠久，近年來設施農業(yè)發(fā)展迅速，現(xiàn)已成為所臨周邊城市甚至省外重要的水果蔬菜供應基地。2016年，山西省政府通過《山西農谷建設初設方案》，山西“農谷”建設上升為省級戰(zhàn)略，要求把太谷建設成一個以創(chuàng)新驅動、轉型升級為核心，吸引力、創(chuàng)新力和競爭力較強的現(xiàn)代農業(yè)樣板區(qū)、示范區(qū)[15]。因此，太谷縣設施農業(yè)發(fā)展在山西“農谷”建設道路中面臨很大的機遇。在前期對太谷縣設施農業(yè)調研過程中發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)大棚種植比例較大，2018年太谷縣大棚面積達到4 443 萬m2[16]，抽取地下水灌溉成為大棚種植的唯一灌溉水源，且灌溉方式普遍采用滴灌、溝灌這兩種灌溉方式。根據(jù)前期對大棚種植農戶的走訪、調查，發(fā)現(xiàn)當?shù)剞r戶對大棚灌溉返鹽以及土壤鹽分狀況及危害了解甚少。這一現(xiàn)象不僅會造成灌溉水的浪費，同時也會促使鹽堿的表聚，不利于區(qū)域農業(yè)生產的可持續(xù)發(fā)展。因此，對研究區(qū)現(xiàn)有大棚不同灌溉方式下土壤次生鹽漬化研究對當?shù)剞r業(yè)生產具有現(xiàn)實的指導意義。為了提升本研究的科學性，所選大棚包括了區(qū)域主要棚齡類型，即近兩年剛修建好的2年棚齡大棚，還有10年棚齡大棚以及20年棚齡大棚。本研究旨在探究太谷縣大棚農業(yè)在現(xiàn)有滴灌和溝灌兩種灌溉方式下，土壤0～1 m不同深度鹽分狀況及土壤八大離子的再分配狀況，為完善區(qū)域農業(yè)水鹽運動規(guī)律提供更為詳細的參考，同時也可為山西“農谷”建設的可持續(xù)發(fā)展提出切實可行的建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

太谷縣位于山西省晉中盆地中部，地處“七區(qū)二十三帶”農業(yè)戰(zhàn)略格局中的汾渭平原主產區(qū)、太原都市農業(yè)多功能示范區(qū)的核心示范區(qū)。距省會太原市 60 km，經(jīng)度范圍為112°28′E～ 113°01′ E，緯度范圍為 37°12′ N～ 37°32′ N，面積為1 050 km2，山地、丘陵、平川分別占總面積的62.8%、20.2% 和17%，區(qū)內土壤以褐土為主。年平均氣溫 9.8 ℃，日照時數(shù)2 592 h，無霜期175～180 d，年降雨量463 mm，晝夜溫差大。設施農業(yè)作為太谷縣重要特色產業(yè)之一，已經(jīng)經(jīng)歷了20多年的發(fā)展。到2015年，設施蔬菜產量達到85 萬t，產值達到10 億元。所研究大棚均為竹木—復合棚架結構為主的TGL1028型大棚，面積為1 000 m2；所研究大田土壤均為玉米種植區(qū)。

1.2 樣品采集

本研究選取太谷縣不同灌溉方式下設施大棚作為研究對象，使用原狀土樣采集器采集0～0.1、0.1～0.2、…、0.9～1 m 10個不同深度的土壤，按對角線采樣法采集新鮮土壤。采樣時間為2019年3月，當季主要作物有黃瓜、西葫蘆、茄子、番茄、草莓，施肥方式主要是底施和追施，所施化肥主要有活力酶、黃腐酸鉀、有機肥、三銨、鉀肥等。同時采用同樣的采樣方法采集大田土壤作為對照，大田所種植植物為玉米，不進行灌溉，且采集時大田處于休耕狀態(tài)。本次采集共獲得設施大棚土壤樣品180個，大田土壤樣品50個。采集到的土壤裝入聚乙烯塑料袋，標記密封，帶回實驗室。風干后研磨過 1 mm 篩，用于測定土壤鹽分含量。

1.3 測定方法

土壤全鹽量采用殘渣烘干—質量法測定；重碳酸根離子、碳酸根采用雙指示劑滴定法；氯離子采用硝酸銀滴定法；硫酸根、鈣離子、鎂離子采用EDTA滴定法；鉀離子、鈉離子采用火焰光度計法；電導率(EC)采用電導儀測定法(水土比5∶1)測定。

1.4 土壤質量評價方法

為了解太谷地區(qū)灌溉方式對設施土壤次生鹽漬化的影響程度，以大田土壤作為參考值，采用土壤相對質量評價法進行分析。具體計算公式如下：

(1)

(2)

1.5 數(shù)據(jù)處理

本研究中所有數(shù)據(jù)均為研究樣本所測數(shù)據(jù)的算術平均值，數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003和SPSS 22.0，作圖均采用Origin 8.0完成。

2 結果與分析

2.1 設施大棚與大田土壤鹽分含量

據(jù)表1可知，設施土壤全鹽量以及電導率均大于大田土壤，說明設施農業(yè)種植造成大棚土壤鹽分含量增加。其中，大田土壤全鹽范圍為0.54～1.30 g/kg，電導率范圍為0.13～0.30 mS/cm，土壤中鹽分含量小，并未出現(xiàn)土壤次生鹽漬化現(xiàn)象；大棚土壤全鹽量范圍為0.99～12.61 g/kg，電導率范圍達到0.20～3.54 mS/cm。說明太谷地區(qū)大棚種植造成大棚土壤鹽分含量大大增加，根據(jù)土壤鹽分分級標準[17,18]，已經(jīng)出現(xiàn)較為嚴重的土壤鹽漬化現(xiàn)象，不利于作物的培育與生長。

表1 大田與設施菜地土壤鹽分含量狀況Tab.1 Soil salinity in field and vegetable fields

2.2 不同灌溉條件下設施土壤剖面鹽分含量變化特征

據(jù)圖1可知，與大田土壤全鹽量相比設施大棚土壤不論是采取滴灌還是溝灌灌溉方式全鹽量都有所增長。其中，滴灌土壤全鹽量增長量少且變化趨勢與大田土壤鹽分保持一致。滴灌條件下全鹽量范圍為0～2 g/kg，在0～1 m深度范圍內全鹽量波動幅度小且各深度變化范圍也較小。說明滴灌條件下灌溉水量及鹽分與作物根系吸收可基本達到動態(tài)平衡，鹽分在土體內沒有形成集聚[19]。盡管隨著種植年份的增長，鹽分含量也有了一定增長，但增長幅度很小。而采用溝灌灌溉方式的土壤鹽分較大田土壤鹽分有很大的變化，全鹽量大大增加且在0～0.2 m之間存在明顯的表聚現(xiàn)象，全鹽量范圍為1～10 g/kg，最大值大于10 g/kg，這與溝灌灌溉特點有直接關系。溝灌灌溉方式會使得大量水分在短時間內進入耕作層土壤，這一水分供給遠大于作物的吸收能力，使得大量剩余水分在土壤表層(0～0.2 m)聚積[20]。在設施農業(yè)高溫、高濕環(huán)境的作用下，水分蒸發(fā)使得大量鹽分在土壤表層聚集。表層土壤鹽分的大量增加使得土壤養(yǎng)分不能有效供給深層土壤從而對作物生長形成障礙[9]，隨著種植年限的增加不利于設施農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 不同灌溉條件下設施菜地土壤鹽分狀況Fig.1 Soil salinity in protected vegetable fields under different irrigation conditions

2.3 不同灌溉條件下設施土壤鹽基離子變化特點

圖2 不同灌溉條件下設施土壤鹽基離子變化特征Fig.2 Characteristics of salt ions in facility soil under different irrigation conditions

2.4 不同灌溉條件下設施土壤鹽漬化特征指標相對質量指數(shù)

大棚土壤鹽分含量變化特征指標相對質量指數(shù)如表2所示。根據(jù)實地調研，太谷地區(qū)設施農業(yè)種植大棚土壤每年育苗前均進行0.4 m的深翻耕作，因此對設施土壤0 ～ 0.4 m之間進行相對質量指數(shù)分析，了解大棚種植造成的土壤鹽分指標增長率范圍。根據(jù)相對質量指數(shù)分析結果，在所選質量指標中采用溝灌的設施土壤整體大于滴灌設施土壤，且各指標相對質量指數(shù)整體呈現(xiàn)出隨著深度的增加不斷減小的趨勢；具體表現(xiàn)為溝灌較滴灌相比造成土壤中鹽分離子在土壤耕層增長加快，尤其是Cl-和K+，而這兩個離子是許多化肥含量較多的鹽分離子，說明溝灌灌溉的大量水分會造成化肥中的鹽分離子在土壤耕層積累。相反，滴灌相較于溝灌水分下滲深度淺，不會造成耕作層土壤鹽基離子的垂向顯著遷移，尤其是因蒸發(fā)而導致的上升遷移，持續(xù)而穩(wěn)定的灌溉使得滴灌條件下土壤鹽分離子得到有效壓制，減緩土壤鹽分離子在耕作層的集聚。

表2 0～0.4 m大棚土壤次生鹽漬化特征相對質量指數(shù)Tab.2 Relative quality index of soil secondary salinization in greenhouse

3 討 論

現(xiàn)有研究表明，滴灌是有效的節(jié)水灌溉措施[7]。在本研究中可以得出，滴灌灌溉條件下，不僅可以大大緩解大棚土壤表層中鹽分含量的集聚，而且在土壤深層與大田土壤相比也沒有造成鹽分含量大幅度的增加，因此有效減緩了大棚土壤次生鹽漬化現(xiàn)象的發(fā)生。對于太谷地區(qū)水資源相對缺乏以及急需改善大棚土壤質量的情況下，滴灌灌溉是大棚種植未來可以加大推廣的灌溉方式。而對于不同作物在不同灌溉條件下大棚土壤中鹽分含量狀況以及灌溉水自身對于鹽漬化影響的探究，還需要做進一步的深入研究。因此，現(xiàn)已對不同灌溉條件下大棚土壤進行了采樣，并且擴大了大棚棚齡的選擇年份，爭取盡可能控制變量得出灌溉方式對大棚土壤次生鹽漬化的影響。

4 結 論

(1)大棚土壤深度0～1 m范圍內，全鹽量呈現(xiàn)出隨著深度的增加不斷下降的趨勢。其中滴灌條件下土壤全鹽量范圍為0～2 g/kg，沒有出現(xiàn)土壤次生鹽漬化現(xiàn)象；而溝灌土壤全鹽量范圍為1～10 g/kg，土壤次生鹽漬化較嚴重且在土壤表層(0～0.2 m)呈現(xiàn)明顯的表聚現(xiàn)象。滴灌灌溉方式可以有效緩解大棚土壤鹽分聚集現(xiàn)象。

(3)對0～0.4 m之間大棚土壤進行相對質量指數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)相對質量指數(shù)整體呈現(xiàn)出隨著深度的增加不斷減小的趨勢且溝灌大于滴灌土壤。其中溝灌土壤K+表層相對質量指數(shù)最高，達到18.66；其次為Cl-，為12.14。最小值出現(xiàn)在滴灌土壤Cl-中，為0.79。