竇 旭 史海濱 李瑞平 苗慶豐 田 峰 于丹丹

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院， 呼和浩特 010018；2.高效節(jié)水技術(shù)裝備與水土環(huán)境效應(yīng)內(nèi)蒙古工程研究中心， 呼和浩特 010018)

0 引言

水資源短缺已經(jīng)成為制約干旱區(qū)、半干旱區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境健康的關(guān)鍵因素，破解“水危機(jī)”的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效用水[1]。在干旱區(qū)，暗管排水對控制作物根區(qū)鹽分和防止土壤剖面鹽分積累起著至關(guān)重要的作用[2-4]，然而暗管排水系統(tǒng)通常為連續(xù)排水而設(shè)計(jì)，不考慮養(yǎng)分流失和對作物生產(chǎn)的影響[5]。農(nóng)田排水溝/管加快了水分運(yùn)動(dòng)，排水淋洗出鹽分的同時(shí)攜帶養(yǎng)分、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入水體[6-7]，污染環(huán)境的同時(shí)造成作物因缺少養(yǎng)分而減產(chǎn)?？刂婆潘驯徽J(rèn)定為一種可持續(xù)的管理方式，可以節(jié)省更多的土壤水分，改善水資源利用，提高灌溉水、養(yǎng)分利用效率，同時(shí)減少養(yǎng)分的流失[8]。

早在20世紀(jì)90年代，張蔚臻等[9-11]就對暗管排水中的氮素流失進(jìn)行了研究，并且對不同作物的排水模數(shù)進(jìn)行了研究，提出了控制排水的排水方式。近年來，有關(guān)控制排水的研究不斷增多。羅紈等[12]對寧夏銀南灌區(qū)稻田的控制排水過程進(jìn)行了研究，表明控制排水明顯節(jié)水和減少農(nóng)業(yè)排水非點(diǎn)源污染，可減少地下排水量50%左右。袁念念等[13-14]研究表明，分生育階段進(jìn)行控制排水可減小田間地下水位波動(dòng)，能穩(wěn)定田間氮素形態(tài)、減少氮素流失，暗管排水量隨控制排水出口埋深減小而減少，較自由暗管排水減少 61.3%～86.9%。殷國璽等[15]以控制排水氮濃度和土壤入滲量為目標(biāo)函數(shù)，探討了最優(yōu)的地表控制排水時(shí)間。國外對控制排水的研究相對較早[16-17]，也相對較多，AYARS等[5]研究表明，在干旱區(qū)控制排水的過程中維持田間水鹽平衡是研究的關(guān)鍵。LUO等[18]利用DRAINMOD-NⅡ模型，模擬了控制排水過程中硝態(tài)氮流失以及作物產(chǎn)量，表明控制排水不會對作物產(chǎn)量造成明顯影響，并且減少了氮素流失，對環(huán)境污染較小。NEGM等[8]利用DRAINMOD-DSSAT耦合模型對農(nóng)田排水中水文水質(zhì)特性及作物生長情況進(jìn)行預(yù)測研究，模型能很好地模擬與預(yù)測不同排水方式作物生長、氮素流失以及產(chǎn)量。河套灌區(qū)作為典型的鹽漬化灌區(qū)，仍然缺乏控制排水條件下綜合作物和土壤水、鹽、肥指標(biāo)的系統(tǒng)研究，無法全面了解暗管排水條件下控制排水的調(diào)控響應(yīng)。

控制排水是一種新型農(nóng)田排水管理措施，大量研究結(jié)果表明通過該措施可以減少農(nóng)田排水量，從而減少氮素流失量[19-23]，所倡導(dǎo)的理念是按需精量排水[24]。河套灌區(qū)土壤鹽漬化嚴(yán)重，造成土壤滲透性很差，一般油葵生育后期，不能進(jìn)行灌溉，否則會造成嚴(yán)重的死苗現(xiàn)象，油葵生育后期處于水分虧缺狀態(tài)，因此采用控制排水為油葵生長后期提供適宜的水分和養(yǎng)分。本研究重點(diǎn)探討河套灌區(qū)不同排水方式對油葵生長情況、光合作用以及土壤水分、鹽分、氮素運(yùn)移規(guī)律的影響，通過春季灌溉淋洗鹽分后，在生育期采用控制排水方式，以期達(dá)到最佳的水分和養(yǎng)分供應(yīng)與鹽分的控制效果，深入了解“土壤-作物”系統(tǒng)對排水方式的響應(yīng)規(guī)律，進(jìn)一步分析排水方式對作物產(chǎn)量、水肥利用效率的影響，以尋求農(nóng)田最佳排水方式，實(shí)現(xiàn)水分和肥料高效利用，保持土壤水分、鹽分、養(yǎng)分利用之間的平衡。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)田位于河套灌區(qū)下游烏拉特灌域(北緯40°45′28″、東經(jīng)108°38′16″，海拔1 018.88 m)，為暗管排水綜合試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)區(qū)地處中溫帶大陸性氣候區(qū)，氣溫多變，干燥多風(fēng)，日照充足，光能豐富，降水少，蒸發(fā)強(qiáng)，無霜期較短。試驗(yàn)區(qū)多年平均氣溫6～8℃；多年平均降雨量196～215 mm、蒸發(fā)量為2 172.5 mm、無霜期130 d、風(fēng)速2.5～3 m/s、日照時(shí)數(shù)3 230.9 h；最大凍土深度為1.2 m。試驗(yàn)區(qū)屬于典型的干旱地區(qū)。試驗(yàn)于2020年5—10月進(jìn)行，油葵生育期(5—9月)有效降雨量為227.85 mm(圖1)。

1.2 土壤性質(zhì)

利用環(huán)刀在1 m土層內(nèi)土壤剖面上取原狀土在室內(nèi)試驗(yàn)測量土壤容重、飽和(質(zhì)量)含水率、田間持水率、飽和導(dǎo)水率，共5層(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm)，各剖面取3個(gè)重復(fù)點(diǎn)。初始土壤剖面(0～100 cm)平均質(zhì)量含水率約為22.57%，電導(dǎo)率(EC1∶5)為1.27 dS/m，pH值為8.8左右，根據(jù)土壤鹽漬化等級劃分標(biāo)準(zhǔn)[25]，屬于中度鹽漬化土壤。試驗(yàn)區(qū)土壤基本物理性質(zhì)如表1所示。對土壤(0～40 cm)養(yǎng)分進(jìn)行了測定，并按照“第二次土壤普查養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)”劃分養(yǎng)分級別后的地力條件如表2所示。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤物理性質(zhì)Tab.1 Soil physical quality in experimental area

表2 土壤基礎(chǔ)地力劃分Tab.2 Division of soil basic fertility

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇田間小區(qū)進(jìn)行，設(shè)置4個(gè)處理，每個(gè)小區(qū)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，生育期控制排水深度分別為40 cm(K1)、70 cm(K2)、100 cm(K3)，春灌排水深度均為100 cm，選擇明溝排水作為對照處理(CK)。其中暗管排水試驗(yàn)區(qū)，每個(gè)小區(qū)布設(shè)2根暗管，暗管埋深100 cm，間距20 m，管徑為80 mm，坡度為0.1%。試驗(yàn)小區(qū)長40 m，寬30 m，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)間隔10 m，并在小區(qū)周圍設(shè)有保護(hù)帶，埋設(shè)1 m深聚氯乙烯塑料布隔離，防止相互干擾。對照選擇當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)明溝排水，當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)排水溝深1.5 m，間距100 m。試驗(yàn)區(qū)已在2019年進(jìn)行了激光平地和鹽堿地改良，試驗(yàn)區(qū)土壤中加入脫硫石膏(30 t/hm2)置換土壤吸附的有害鈉離子；施加細(xì)沙(沙丘沙，85.05 m3/hm2)改善土壤通透性，改變土壤性質(zhì)。暗管排水小區(qū)土壤采樣點(diǎn)位布設(shè)在距暗管0、2.5、5、10 m處，對照區(qū)土壤采樣點(diǎn)位布設(shè)在距排水溝0.4、12.5、25、50 m處。每個(gè)點(diǎn)取3次重復(fù)，每隔10 d采集1次，灌水與降雨前后加測。具體布設(shè)如圖2(圖中B為暗管間距、L為暗管長度)所示。

2020年5月20日春灌，灌水量為2 050 m3/hm2，6月1日人工施底肥播種，供試作物為油料向日葵(簡稱油葵)，品種為澳33，行距60 cm，株距20 cm，施肥量為尿素(含N 46%)130 kg/hm2，磷酸二銨(含N 18%、P2O544%)290 kg/hm2，硫酸鉀(含K2O 50%)150 kg/hm2，施肥后立即覆蓋地膜進(jìn)行人工點(diǎn)播，播種后穴口用細(xì)砂覆蓋，種植密度4.95×104株/hm2。7月18日油葵現(xiàn)蕾期灌水900 m3/hm2，追肥尿素130 kg/hm2，9月29日收獲，油葵生育期劃分為：苗期(6月10日—7月12日)、現(xiàn)蕾期(7月13日—8月4日)、開花期(8月5—26日)、成熟期(8月27日—9月28日)、收獲期(9月29日)。灌溉水為黃河水，礦化度約為0.67 g/L，灌溉水通過水泵抽取，灌水量用水表計(jì)量與控制。

1.4 數(shù)據(jù)采集與測定方法

出苗率及生育指標(biāo)：在6月上旬于試驗(yàn)田實(shí)際調(diào)查出苗率，采用手持計(jì)數(shù)器記錄每個(gè)小區(qū)中點(diǎn)籽區(qū)出苗數(shù)。收獲時(shí)計(jì)數(shù)各小區(qū)實(shí)際油葵株數(shù)。從出苗開始，對油葵株高、莖粗進(jìn)行監(jiān)測，每10 d測量1次，測量工具為卷尺和游標(biāo)卡尺。

油葵光合特性：采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400型光合儀，在油葵現(xiàn)蕾期、開花期、成熟期監(jiān)測油葵葉片光合特性，09:00—11:00監(jiān)測各小區(qū)具有代表性的植株，每棵植株的相同部位選取生長正常的向陽葉片測定葉凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導(dǎo)度Gs、胞間CO2濃度Ci，單個(gè)樣片數(shù)據(jù)記錄3～5次。

土壤鹽分、含水率與養(yǎng)分：采用土鉆采集土壤1 m深度，共6層(0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm)帶回實(shí)驗(yàn)室利用雷磁DDS-307A型電導(dǎo)率儀測定土水質(zhì)量比為1∶5的土壤浸提液電導(dǎo)率，采用干燥法測定土壤含水率。土壤養(yǎng)分主要測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用氯化鉀溶液提取-分光光度計(jì)法測定。

產(chǎn)量：油葵成熟時(shí)，在各小區(qū)非邊行選取標(biāo)準(zhǔn)樣株20株，單獨(dú)收獲考種測產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析方法

1.5.1數(shù)據(jù)計(jì)算方法

(1)出苗率及有效株占比

出苗率為單位面積出苗數(shù)占種植密度百分比，有效株占比為單位面積有效株數(shù)占種植密度百分比。

(2)葉片水分利用率

葉片水平上的水分利用率(LWUE)一般采用光合速率Pn與蒸騰速率Tr的比值來反映，計(jì)算公式為

(1)

(3)土壤儲水量

土壤儲水量計(jì)算式為

(2)

式中W——土壤儲水量，mm

γi——第i層土壤容重，g/cm3

di——第i層土壤厚度，cm

θi——第i層土壤質(zhì)量含水率，%

(4)土壤脫鹽率

脫鹽率是指試驗(yàn)小區(qū)土壤鹽分含量的減小值占初始值的比例，它可以評價(jià)淋洗和暗管協(xié)同作用下土壤層的脫鹽效果。土壤脫鹽率計(jì)算公式為

(3)

式中N——脫鹽率，%

S1——灌溉前土壤鹽分含量，dS/m

S2——灌溉后土壤鹽分含量，dS/m

(5)水分利用效率

土壤水分利用效率(WUE)計(jì)算公式為

(4)

其中

ET=P+I+G-L-D-ΔW

(5)

式中WUE——土壤水分利用效率，kg/(hm2·mm)

Y——作物籽粒產(chǎn)量，kg/hm2

ET——油葵生育期的耗水量，mm

P——降水量，mmI——灌水量，mm

G——地下水補(bǔ)給量，mm

L——深層滲漏量，mm

D——側(cè)向排水量，mm

ΔW——試驗(yàn)開始及結(jié)束時(shí)0～100 cm土壤層中土壤平均儲水量的變化量，mm

根據(jù)田間負(fù)壓計(jì)實(shí)測土壤水勢數(shù)據(jù)確定土壤水分的流向，利用達(dá)西定律計(jì)算地下水補(bǔ)給量和深層滲漏量。

(6)肥料偏生產(chǎn)力

肥料偏生產(chǎn)力是指施用某一特定肥料下的作物產(chǎn)量與施肥量的比值，計(jì)算公式為

(6)

式中PFP——肥料偏生產(chǎn)力，kg/kg

F——特定肥料純養(yǎng)分(N、P2O5、K2O)的投入量，kg/hm2

1.5.2數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel整理數(shù)據(jù)和制圖，利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，多重比較采用LSD法。用sufer 12軟件繪制土壤鹽分剖面分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 排水方式對農(nóng)田土壤水分的影響

2.1.1農(nóng)田土壤儲水量

圖3為不同排水條件下土壤1 m土層儲水量的變化過程，K1處理在油葵開花期之后的土壤儲水量均不同程度的高于其他處理，因?yàn)镵1處理在生育期排水深度為40 cm，只有少量的水分排出土體。油葵生育后期處于虧水狀態(tài)，K1處理為油葵生長后期提供了較好的水肥條件，增加了作物的蒸騰量，從而增大耗水量，縮小了油葵生長后期K1處理與其他處理之間1 m土層儲水量的差異。K1處理從油葵開花期到收獲期1 m土層平均儲水量較K2處理提高了0.01%～1.94%，較K3處理提高了1.98%～4.53%。

2.1.2農(nóng)田水分消耗過程

圖4(圖中不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同)為油葵生育期灌水后7 d的耗水量及耗水強(qiáng)度，油葵耗水量可通過水量平衡求得，灌溉后K1處理耗水量顯著大于其他處理，因?yàn)镵1處理具有較好的保水保肥效應(yīng)，在生長中后期需要消耗更多的水分為作物提供良好的生長環(huán)境，其蒸騰作用相對較大，同時(shí)根系吸水較多。K1較K2、K3、CK處理耗水量提高1.58%～6.71%、1.32%～2.56%、3.81%～8.75%。由于距離暗管(明溝)越近，水分流失相對越大，各處理距暗管(明溝)越遠(yuǎn)，耗水量越大，K3處理變化幅度最大，在暗管B/2處與0 m處相差2.91 mm，K2在距暗管B/2處與0 m處相差1.29 mm，CK處理在距明溝B/2處與0.4 m處相差2.69 mm，K1處理在距離暗管不同處理其耗水量幾乎相同。綜上，生育期控制排水深度40 cm(K1)穩(wěn)定了土壤水消耗的速率，削弱了水平方向土壤水分的消耗差異，改善了油葵生長中后期土壤水分狀況，有利于光合生理活動(dòng)的進(jìn)行。

2.2 排水方式對農(nóng)田土壤剖面鹽分的影響

圖5為不同排水方式下與暗管(明溝)不同水平距離土壤鹽分(以EC表示，單位dS/m)剖面分布圖，圖中可以反映出灌溉后土壤鹽分水平與垂直方向運(yùn)移規(guī)律，暗管排水改變了土壤水分分布規(guī)律，其鹽分也隨之改變。春灌前由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，土壤返鹽情況嚴(yán)重，鹽分呈現(xiàn)顯著的表聚型，主要積聚在0～60 cm土層范圍內(nèi)。經(jīng)過2次灌溉后，土壤脫鹽率在土體中自上而下降低。土壤平均脫鹽效果由大到小表現(xiàn)為K3、K2、K1、CK，平均脫鹽率分別為27.09%、26.05%、25.72%、18.54%。春灌的目的主要是淋洗土壤中的鹽分，暗管排水處理排水深度均為100 cm，淋洗效果較好，K1、K2、K3處理平均脫鹽率分別為49.02%、50.43%、49.70%，處理間無顯著差異，而CK處理僅為35.52%，顯著低于K1、K2、K3處理(P<0.05)。脫鹽率與距暗管(明溝)水平距離成反比，K1、K2、K3處理在暗管上部(0 m)平均土壤脫鹽率高達(dá)53.62%、53.13%、53.59%，CK處理距明溝0.4 m處土壤脫鹽率為35.48%。暗管(明溝)中間點(diǎn)的脫鹽效果最差，分別為45.46%、48.67%、46.46%、32.67%。暗管排水處理空間上具有較大差異，距離暗管遠(yuǎn)處與暗管上土壤鹽分淋洗率相差7.1～8.2個(gè)百分點(diǎn)，處理間無顯著差異。CK處理差異性相對較小，距明溝0.4 m處與明溝中間點(diǎn)相差2.8個(gè)百分點(diǎn)。春灌后鹽分由表聚型向均勻型變化，K1、K2、K3、CK處理EC分別為0.26～0.76 dS/m、0.27～0.75 dS/m、0.30～0.73 dS/m、0.36～1.05 dS/m。

生育期灌溉目的是為作物生長提供充足的水分和養(yǎng)分，滿足作物生長條件，因此對土壤鹽分淋洗效果較弱，由于灌水量較小，土壤排水也相對較少，K3處理生育期灌溉脫鹽率最大，僅為3.85%，K1處理由于生育期排水深度較小，鹽分大部分向深層土壤運(yùn)移，60～100 cm土壤鹽分增加3.34%，K2、K3、CK處理60～100 cm土層土壤脫鹽率分別為-3.34%、-2.96%、-2.59%、-3.09%。至生育后期(開花期)不同處理存在土壤返鹽情況，K1、K2、K3、CK較春灌前平均返鹽率分別為28.63%、24.20%、20.83%、22.07%。K1、K2處理返鹽程度相對較高，但其含量不影響油葵后期正常生長，作物生長后期，隨著植株不斷生長，對水分和養(yǎng)分的需求量較大，因此控制排水處理能為作物生長后期提供更適宜的水分和養(yǎng)分。

2.3 排水方式對土壤中氮素的影響

根層土壤是油葵的養(yǎng)分主要吸收層，銨態(tài)氮和硝態(tài)氮是植株重要的氮素來源[26-27]。對生育期灌溉后至收獲根層(0～40 cm)土壤中銨態(tài)氮與硝態(tài)氮進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。如圖6a所示，0～40 cm土層銨態(tài)氮質(zhì)量比在8.29～22.76 mg/kg之間，生育期灌溉之后，大量尿素被水解為銨態(tài)氮，在油葵現(xiàn)蕾期達(dá)到最大值，隨著油葵根系的吸收作用，田間土壤氨揮發(fā)以及土壤內(nèi)持續(xù)的硝化作用開始逐漸降低。K1處理在現(xiàn)蕾期銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理(P<0.05)，較K2、K3、CK處理高30.43%、45.90%、14.83%；開花期銨態(tài)氮含量由大到小依次為K1、CK、K2、K3，差異性小于成熟期；成熟期K1、K2處理銨態(tài)氮含量與CK處理無顯著差異，說明K1處理土壤中的銨態(tài)氮在開花期被油葵吸收利用量較多，導(dǎo)致成熟期各處理土壤銨態(tài)氮含量差異性減小。

圖6b為根層(0～40 cm)土壤硝態(tài)氮含量，硝態(tài)氮含量顯著高于銨態(tài)氮含量，硝態(tài)氮質(zhì)量比在22.53～54.99 mg/kg之間，灌水后尿素被迅速水解轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，進(jìn)而再通過硝化作用轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。由于硝態(tài)氮易隨水分淋失[28]，K2、K3處理將土壤中部分硝態(tài)氮淋洗出土體，土壤中的硝態(tài)氮含量較低，作物吸收利用較少，在現(xiàn)蕾期、開花期和成熟期含量均顯著低于K1處理(P<0.05)，K1處理較K2、K3、CK處理分別高13.62%～30.80%、14.33%～53.09%、7.17%～28.10%。K1處理可減小地下水位波動(dòng)，使氮素以穩(wěn)定形態(tài)存在，減少硝態(tài)氮流失，同時(shí)硝態(tài)氮保留在土體內(nèi)，土壤滲透性能相對較小，土壤中硝態(tài)氮在0～40 cm土層較多，能滿足作物充分吸收與利用。開花期硝態(tài)氮含量差異性最明顯。成熟期含量差異性明顯減小， K1處理向提高作物吸氮量、減少氮素流失與土壤殘留的方向發(fā)展，對節(jié)約水氮用量和環(huán)境保護(hù)起到積極作用。

2.4 排水方式對油葵生長的影響

2.4.1油葵出苗率及收獲有效株數(shù)

由表3可知，暗管排水方式可以提高油葵出苗率2.5～2.7個(gè)百分點(diǎn)，對保苗效果有促進(jìn)作用，因?yàn)榇汗嗪蟀倒芘潘畬ν寥赖柠}分淋洗效果較好，油葵出苗不受鹽分脅迫的影響，而明溝排水春灌脫鹽率較低，受鹽分的影響出苗率相對較低。K1處理可顯著提高收獲時(shí)對籽粒產(chǎn)量有貢獻(xiàn)的有效株占比(P<0.05)，分別較K2、K3、CK處理提高2.3、2.5、5.0個(gè)百分點(diǎn)。

表3 出苗率及有效株占比Tab.3 Seedling emergence rate and effective plant percentage

2.4.2油葵株高、莖粗

油葵株高對不同排水方式響應(yīng)不同(圖7a)，各處理油葵隨時(shí)間延后而呈現(xiàn)先增長后穩(wěn)定態(tài)勢，在出苗后30～60 d，各處理株高快速增大，K1、K2、K3、CK處理出苗后60 d較30 d株高增長率分別為280%、292.16%、290%、272.34%，其中暗管排水處理株高顯著高于明溝排水處理(P<0.05)。K2、K3、CK處理在出苗后60 d株高達(dá)到最大值，分別為195、190、175 cm，趨于穩(wěn)定并開始緩慢下降。而K1處理在出苗后80 d株高達(dá)到最大值，為205 cm。在出苗后50～100 d，K1處理株高顯著高于其他處理(P<0.05)，K1處理平均株高分別比K2、K3、CK處理高9.5、14、25.3 cm。K1處理可以增高油葵株高，且能有效延長油葵增高時(shí)間，油葵出苗50 d后能顯著增加株高5.10%～14.87%。

不同排水方式對生育階段油葵莖粗的影響如圖7b所示，莖粗變化規(guī)律與株高變化規(guī)律相似，隨著時(shí)間的增加不同處理油葵莖粗先增大后減小。出苗后到50 d，莖粗迅速增長，K1、K2、K3、CK處理莖粗增長率分別為180%、170%、160%、144.44%。其中暗管排水處理莖粗顯著高于明溝排水處理(P<0.05)。從50 d開始，K1處理莖粗顯著大于其他處理(P<0.05)，莖粗平均值分別是K2、K3、CK處理的1.06、1.10、1.21倍。綜上表明，暗管排水處理對油葵莖粗增加有積極作用，K1、K2、K3處理在油葵出苗50 d后能有效增加莖粗，其中K1處理增大幅度最大，油葵出苗50 d后能顯著增加莖粗6.29%～22.46%。

2.4.3油葵葉片光合特性

圖8對比了現(xiàn)蕾期、開花期、成熟期油葵葉片光合特性，暗管排水處理在各時(shí)期Pn、Tr、Gs均顯著大于明溝排水處理(P<0.05)，Pn、Tr、Gs分別提高了7.68%～22.02%、2.67%～7.27%、12.35%～29.67%；Ci顯著小于明溝排水處理(P<0.05)，下降了2.76%～8.18%。暗管排水處理葉片水分利用效率(LWUE)比明溝排水平均高0.34 μmol/mmol。生育期控制排水深度40 cm(K1處理)提高了開花期和成熟期的Pn、Tr、Gs(P<0.05)，分別較K2、K3處理提高了7.78%～14.16%、0.92%～3.91%、7.27%～13.75%，Ci降低了0.78%～3.31%(P<0.05)，LWUE比K2和K3處理開花期分別提高了0.18、0.29 μmol/mmol，成熟期分別提高了0.28、0.41 μmol/mmol。

2.5 排水方式對油葵產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

表4為不同處理油葵作物產(chǎn)量與水分利用效率，K1能顯著提高油葵產(chǎn)量(P<0.05)，較K2、K3、CK處理分別增加4.52%、7.69%、11.14%，同時(shí)K2處理產(chǎn)量顯著高于K3、CK處理(P<0.05)，分別較K3、CK處理高3.04%、6.34%，因?yàn)镵2、K3處理生育期灌水流失大量水分和養(yǎng)分導(dǎo)致作物減產(chǎn)，春灌明溝排水對鹽分淋洗不充分，油葵受鹽分脅迫，影響出苗以及生長，導(dǎo)致產(chǎn)量較低。從水分利用效率來看，最高的是K1處理，由大到小依次為K1、K2、K3、CK，K1處理較K2、K3、CK處理顯著增加1.16%、4.57%、10.8%。如表5所示，K1處理提高氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力7.69%～11.16%，提高了養(yǎng)分吸收量。綜上，生育期控制排水深度40 cm(K1)不僅能提高作物產(chǎn)量，還提高了水肥利用效率。

3 討論

干旱、半干旱區(qū)農(nóng)田排水的主要目的是淋洗土壤中的鹽分，利用春灌進(jìn)行壓鹽適用于油葵等播種時(shí)間較晚的作物，暗管排水具有較好的脫鹽效率，油葵出苗時(shí)不受鹽分限制，提高出苗效率。在生育期控制排水，能較好地為作物生長發(fā)育提供充足的水分和養(yǎng)分，增加作物產(chǎn)量，這與NEGM等[8]得出的結(jié)論一致。張金龍等[29]研究認(rèn)為，利用暗管淋洗鹽分具有較好的作用，經(jīng)過3次淋洗之后，脫鹽率在70.93%～73.40%之間，認(rèn)為利用大水淋洗土壤水資源浪費(fèi)較大。本文主要通過春灌和秋澆進(jìn)行鹽分淋洗，脫鹽率在52.57%～56.66%之間，明溝排水脫鹽率較小，在37.22%～38.87%之間，鹽分均向均質(zhì)型變化。脫鹽率均小于文獻(xiàn)[29]研究結(jié)果，主要原因?yàn)楸狙芯抗嗨肯鄬^小，并且脫鹽率還與土質(zhì)、離子組成等土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)，須增加淋洗周期來改良鹽漬化土壤，減少水資源浪費(fèi)。

表4 油葵產(chǎn)量及水分利用效率Tab.4 Yield and water use efficiency

表5 肥料偏生產(chǎn)力

農(nóng)田過度排水會造成田間氮素流失，造成農(nóng)田面源污染，高學(xué)睿等[30]利用DrainMOD模型很好地模擬了土壤氮素流失，表明排水及氮素的流失不僅造成了田間水肥的浪費(fèi)，同時(shí)也對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。肖夢華等[31]認(rèn)為作物生育期地表水和地下水銨態(tài)氮和硝態(tài)氮濃度在較高水平，需要采取合理的控制排水措施，避免造成肥料流失以及面源污染。有較多的學(xué)者研究表明，生育期自由排水導(dǎo)致土壤中氮素流失較多[21,30]，不僅影響作物生長，而且對環(huán)境造成較大的污染。在生育期進(jìn)行控制排水不僅能為作物提供充足的養(yǎng)分，也能減少對環(huán)境的污染。本文通過對土壤中的銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量研究表明，控制排水可以增加氮素穩(wěn)定性，減少硝態(tài)氮流失，對環(huán)境污染較小，這與袁念念等[14]研究結(jié)果一致?？刂婆潘岣吡说租浄柿掀a(chǎn)力7.69%～11.16%，有利于養(yǎng)分的吸收利用。下一步應(yīng)對控制排水條件下最佳灌水量和施肥量進(jìn)行研究，進(jìn)一步為灌區(qū)節(jié)水節(jié)肥提供科學(xué)依據(jù)。

本研究表明控制排水對油葵生育期有顯著影響，顯著增加了株高和莖粗。對油葵的光合作用也有顯著提升，提高了葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度，降低了胞間CO2濃度，控制排水對作物生長起到積極作用?？偟膩碚f，控制排水是平衡水分、鹽分、養(yǎng)分的重要技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)水肥高效利用的重要措施，在當(dāng)前水資源緊缺、井灌區(qū)地下水超采嚴(yán)重、化肥使用不合理的嚴(yán)峻形勢下，將會有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)論

(1)對于中度鹽漬化土壤和河套灌區(qū)普遍采用的暗管排水工程，暗管排水方式可以提高油葵出苗率2.5～2.7個(gè)百分點(diǎn)。生育期控制排水深度40 cm(K1)增加有效株占比2.3～5.0個(gè)百分點(diǎn)；油葵出苗50d后能顯著增加株高5.10%～14.87%、莖粗6.29%～22.46%；提高水分利用效率1.16%～10.8%；提高氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力7.69%～11.16%；增產(chǎn)4.52%～11.14%；并且有效地提高了葉片光合能力。

(2)生育期控制排水深度40 cm(K1)從油葵開花期到收獲期1 m土層平均儲水量比其他處理提高了0.01%～4.53%。春灌后生育期控制排水深度40 cm(K1)、70 cm(K2)、100 cm(K3)處理平均脫鹽率分別為49.02%、50.43%、49.70%，處理間無顯著差異，而明溝排水僅為35.52%。暗管排水處理暗管中間點(diǎn)與暗管上土壤鹽分淋洗率相差7.1～8.2個(gè)百分點(diǎn)，處理間無顯著差異。明溝排水處理差異性相對較小，距明溝0.4 m處與明溝中間點(diǎn)相差2.8個(gè)百分點(diǎn)。

(3)生育期控制排水深度40 cm(K1)在現(xiàn)蕾期銨態(tài)氮含量顯著高于其他處理(P<0.05)，較生育期控制排水深度70 cm(K2)、100 cm(K3)和CK處理高30.43%、45.90%、14.83%；開花期銨態(tài)氮含量差異性大于成熟期；成熟期K1、K2處理銨態(tài)氮含量與CK處理無顯著差異。生育期控制排水深度40 cm (K1)處理硝態(tài)氮含量較生育期控制排水深度70 cm(K2)、生育期控制排水深度100 cm(K3)、明溝排水(CK)處理分別高13.62%～30.80%、14.33%～53.09%、7.17%～28.10%。從對土壤控鹽、保肥、穩(wěn)產(chǎn)與水肥利用效率多角度綜合分析，春灌排水深度100 cm、生育期控制排水深度40 cm(K1)的控制排水方式是適宜的選擇。