尹志榮, 雷金銀, 趙 營, 桂林國, 黃建成

(寧夏農(nóng)林科學院 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所, 銀川 750002)

水資源短缺是寧夏農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的主要限制因子[1]，合理的灌水量不僅會提高作物產(chǎn)量，還能提高水分利用效率。枸杞(Lyciumbarbarum)是寧夏最具潛力的地方優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性主導產(chǎn)業(yè)，已形成中寧為核心區(qū)、清水河流域和銀北灌區(qū)為兩翼的“一體兩翼”產(chǎn)業(yè)帶格局，但嚴重滯后的栽培技術(shù)成為制約枸杞產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的最大障礙。一方面農(nóng)藥、化肥使用較多，嚴重影響了枸杞品質(zhì)；另一方面，大水漫灌方式仍然存在，滴灌使用率及精量灌溉存在缺失。同時，枸杞園土壤養(yǎng)分消耗量遠高于農(nóng)田[2]，隨著種植年限的延長，土壤養(yǎng)分含量出現(xiàn)下降趨勢[3]。如何在有限水資源減少的情況下高效種植枸杞使其產(chǎn)生更多的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益，已備受眾多學者的關(guān)注。

目前對枸杞的研究較多集中在品種培育[4-7]、鹽分及干旱脅迫[8-12]、藥用價值研發(fā)等[13-15]方面，圍繞不同的水分處理方法對枸杞生長、光合及其他生理特性等方面也進行了大量研究[16-22]。鄭國保等[23]采用不同的水分梯度以習慣灌水量9 000 m3/hm2為對照，設(shè)置了2/3，1/2，1/4共4個處理，研究發(fā)現(xiàn)，2/3的處理即可保證枸杞植株的正常生長、達到高產(chǎn)，又可發(fā)揮水分生產(chǎn)潛力、實現(xiàn)節(jié)水。胥生榮等[24]為進一步明確枸杞水分運輸特性，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力，研究發(fā)現(xiàn)，枸杞耐旱特性與根系導水能力密切相關(guān)。宋仰超等[25]研究了滴灌水肥一體化條件下灌水量與施氮量耦合對枸杞生長與產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明實施一定程度的調(diào)虧灌溉與減氮施肥可以使枸杞增產(chǎn)、增收。關(guān)于不同灌溉水平對土壤養(yǎng)分的影響報道極少，有研究表明高灌溉量會導致硝態(tài)氮淋溶，引起減產(chǎn)[26]。適當施肥、控制灌溉量是防止磷素淋失的有效手段[27]。針對灌溉對枸杞園土壤水分或養(yǎng)分狀況的分析較多是單獨分析，較少涉及不同灌溉量對土壤深層水分和養(yǎng)分狀況及其對枸杞品質(zhì)產(chǎn)量影響的綜合評價。本研究采用大田滴灌控水試驗，探討不同灌水量對枸杞土壤水分和養(yǎng)分在土壤中運移的影響，為限量灌溉條件下枸杞水分、養(yǎng)分科學管理及優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2017年4—10月在寧夏農(nóng)科院園林場試驗基地進行。供試土壤為淡灰鈣土，0—40 cm耕作層土壤各項理化性質(zhì)指標見表1。試驗枸杞品種為“寧杞5號”，樹齡2 a。

表1 試驗區(qū)土壤肥力狀況及基本物理參數(shù)

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個水分處理，即常規(guī)灌水量處理W1(CK)，灌水量為5 100 m3/hm2；其他處理灌水量依次減少750 m3/hm2，分別為W2處理，灌水量為4 350 m3/hm2；W3處理，灌水量為3 600 m3/hm2；W4處理，灌水量為2 850 m3/hm2；W5處理，灌水量為2 100 m3/hm2；每個處理3次重復，共15個小區(qū)，小區(qū)面積為14 m×3 m。

灌溉方式為滴灌，沿枸杞行每一行設(shè)置一個灌水處理，每行距地面20 cm鋪設(shè)滴灌管1根，每株枸杞樹下安裝4 L/h流量的管上式滴頭1個，每根滴灌管前安裝開關(guān)，整個灌水量有首部水表控制?？紤]到枸杞萌芽期需足量底墑水，因此不同處理萌芽期的灌水量均相同，從5月份開始，按試驗方案實施灌溉。具體灌水時間及灌水量見表2。各處理灌水定額及灌水次數(shù)可根據(jù)降雨等情況進行上下浮動調(diào)節(jié)。各處理施肥量為同一水平，田間管理與當?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.3 分析項目與方法

1.3.1 產(chǎn)量及品質(zhì)測定 于枸杞果熟期在標記固定的植株上采集鮮果測定產(chǎn)量，每個處理選取5株為一組，重復3次，共15株，取其平均產(chǎn)量。同時，每組中隨機選取30粒無破損果實裝入自封袋帶回實驗室，應用滴定法進行枸杞總糖、總酸含量測定，采用分光光度法進行枸杞多糖、甜菜堿含量測定，采用折光儀法進行可溶性固形物含量測定。

1.3.2 土壤水分及養(yǎng)分測定 于試驗實施前在每個灌水處理間布設(shè)TDR探測管，每次灌水及降雨前后10 cm為一層測定0—80 cm土壤體積含水量。同時采集0—100 cm土層土樣，20 cm為一層測定土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量。堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用鉬銻抗吸光光度法測定，速效鉀采用火焰光度法測定。文中土壤水分及養(yǎng)分圖表數(shù)據(jù)為7月22日灌水前后采集，取3次重復均值。該時期為枸杞全生育期最高耗水時期，此時灌水施肥有助于保證樹體營養(yǎng)充足、促進枸杞開花結(jié)果、增加果實產(chǎn)量，分析此時段的土壤水分及養(yǎng)分變化可優(yōu)化枸杞灌水施肥策略。

表2 2017年試驗期枸杞灌水定額 m3/hm2

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理方法

采用Microsoft Excel 2007處理數(shù)據(jù)和制圖，采用DPS 7.5軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水條件下土壤水分變化特征

枸杞土壤水分變化主要集中在20—60 cm土層。由圖1可知，在20 cm土層灌水前10 d時各處理的土壤含水量分別是17.8%，15.36%，15.99%，20.3%，15.71%，灌水1 d后土壤含水量明顯增加，從灌水后1～3 d開始降低，隨后趨于平穩(wěn)。W4處理土壤含水量最高，平均為20.41%，方差分析顯示(表3)與其他處理差異極顯著(p<0.01)；W1處理變化最平穩(wěn)，灌水前后含水量僅差0.18%；W2，W3，W5處理趨勢基本一致。40 cm土層在灌水1 d后含水量也是逐漸增加，從灌水后1～3 d緩慢下降，隨時間的推移至灌水后5 d時W1，W3，W5處理繼續(xù)下降，而W2，W4處理含水量增加，并且水分下移明顯，不同處理40 cm土層含水量較20 cm土層分別增加17.17%，3.72%，15.24%，1.81%，7.40%，W1，W4處理與W2，W5處理差異極顯著(p<0.01)，與W3處理差異顯著(p<0.05)。60 cm土層土壤含水量穩(wěn)定在20.0%～26.0%，各處理隨灌水后時間的推移變化逐漸平緩，處理間差異極顯著(p<0.01)。總的來看，不同處理土壤含水量隨著深度的增加而增加，不同土層含水量隨著灌水后時間的推移呈先降低再增加的趨勢，W4，W1處理含水量最高，W3處理變化最平緩，W2，W5處理波動性變化含水量最低。原因是7月22日W4，W1處理灌水定額分別為300，225 m3/hm2，灌水后除植株吸收部分水分后土壤含水量表現(xiàn)充足，而W2處理單次灌水定額為450 m3/hm2，灌水后土壤含水量降低的原因可能是蒸發(fā)損失所致，由此可見灌水量太大或太小均會影響土壤含水量的高低，適度的灌水量有利于植物吸收及土壤蓄水。

圖1 同層次不同灌水量下土壤含水量變化

2.2 不同灌水量對土壤剖面堿解氮的影響

水分與養(yǎng)分的遷移有著密切的關(guān)系，堿解氮在土壤中具有不穩(wěn)定性，易受土壤水熱條件影響。由圖2可知，各處理剖面堿解氮變化主要集中在0—40 cm耕作層。灌水前，20 cm土層W4處理堿解氮含量最高，W1處理次之，與灌前含水量變化特征一致，其他處理隨灌水量的減少而降低。灌水后1 d，各處理20 cm土層堿解氮相比灌前有所增加，增幅分別為1.21%，16.87%，6.26%，7.85%，383.06%，W5處理增加最明顯，究其原因可能是7月中下旬枸杞長勢已經(jīng)穩(wěn)定，高灌水量容易造成養(yǎng)分向深層移動，導致淋失，而低灌水量在灌后短時間內(nèi)土壤養(yǎng)分受水分的影響在作物根層達到集聚狀態(tài)。這與史宏志等[28]研究不同灌水定額對煙株圓頂時期0—20 cm土層堿解氮含量的變化結(jié)果有相似之處。灌水后3 d，各處理的變化趨勢逐漸趨于平穩(wěn)且差異較小。灌水后5 d，W5處理堿解氮在土壤剖面波動性較大，呈“M”形趨勢，W1，W2，W3處理緩慢下降，W4處理以40 cm土層為拐點拋物線形下降。整體而言，隨著灌水量的減少，0—20 cm土層堿解氮呈先增加后降低再增加的“N”形趨勢，40—100 cm土層恰好相反，表明隨著灌水量的減少土壤中堿解氮向深層遷移的量相應減少，這就有利于降低氮素向土壤深層遷移進入地下水對水環(huán)境帶來潛在的威脅。灌水前后W1處理堿解氮20 cm土層無明顯變化，灌水后1～5 d的均值為66.3 mg/kg與灌前數(shù)值相等，40—60 cm土層逐漸減少，下移至80 cm出現(xiàn)累積；W2，W3處理除灌水后20 cm堿解氮平均增加29.35%，6.26%外，40—80 cm土層隨時間的推移而降低；W4，W5處理不同土層堿解氮在灌水后1～5 d呈“V”形趨勢，W4處理60—100 cm累積量低于灌前。方差分析表明，不同灌水量下各處理間不同土層堿解氮含量沒有顯著性差異(表3)，W2處理20 cm土層堿解氮含量最高，達71.6 mg/kg，W4，W5處理40—100 cm剖面均值最高，分別為38.8，28.9 mg/kg。

表3 不同灌水量下20-60 cm土壤含水量及有效養(yǎng)分統(tǒng)計分析情況

圖2 不同灌水量下土壤堿解氮含量變化

2.3 不同灌水量對土壤剖面有效磷的影響

由圖3可知，灌水前后各處理有效磷的變化同樣分布在40 cm以上土層，其中20 cm土層含量最富集，60—100 cm土層基本無變化。灌水前，20 cm土層有效磷隨著灌水量的減少逐漸增加，W5處理土壤有效磷含量最高，相比W1，W2，W3，W4處理依次高出4.34，1.84，1.17，1.10倍。灌水后1 d，各處理土壤有效磷明顯增加，平均增幅為1.22～6.12倍。灌水后3 d，各處理有效磷逐漸下降，至灌水后5 d時，W1處理繼續(xù)保持下降趨勢，而其他處理又出現(xiàn)增加的趨勢，增幅為2.24～3.74倍。隨著灌水量的減少，各處理0—20 cm土層有效磷呈先增加后下降再增加的“N”形趨勢，40—100 cm土層基本上先降后增。隨著灌水后時間的推移，W5處理有效磷最高，在灌后5 d，0—100 cm土層平均含量為103.1 mg/kg，其次是W2處理，而W1處理有效磷最低，平均含量僅29.9 mg/kg?？梢?，過量灌水有可能造成磷在土壤中的虧缺范圍和虧缺強度加大，相反控制灌水量可使土壤磷的擴散受到抑制，在土體中的移動性下降，積累量反而增多。這與谷秋榮等[29]的研究結(jié)果一致。方差分析表明(表3)，不同處理有效磷無顯著差異，W2，W5處理20 cm土層有效磷含量最高，分別為162.6，157.1 mg/kg，W4，W5處理40—100 cm剖面均值最高，分別為46.5，59.1 mg/kg。

2.4 不同灌水量對土壤剖面速效鉀的影響

由圖4可知，灌水對速效鉀在土壤剖面分布的影響較復雜，主要運移范圍不同于土壤堿解氮和有效磷，其隨土層的加深呈波動性變化，峰值拐點不同。灌水前，W4，W5處理0—100 cm土層速效鉀含量最高，均值達到453，431 mg/kg，較其他處理高出12.83%～38.11%。灌水后1 d，W1，W2，W3，W5處理各土層速效鉀含量均增加，只有W4處理20—60 cm土層速效鉀下降。隨著土層深度的增加W1，W2，W4處理趨勢相同，以40 cm和80 cm土層為拐點呈先減少后增加再減少的趨勢，而W3，W5處理同樣以80 cm土層為拐點先增加后減少，表明不同灌水量滴灌后土壤中的速效鉀從80 cm土層向下深度開始降低。灌水后3 d，不同處理速效鉀出現(xiàn)下降趨勢，盡管W1處理0—40 cm土層和W3處理0—20 cm土層速效鉀略有增加，但幅度較小基本與灌水后1 d持平。灌水后5 d，各處理不同土層速效鉀繼續(xù)保持下降趨勢，W4，W5處理變化平穩(wěn)、差異較小，W1處理與W3處理除20 cm土層速效鉀相差104 mg/kg外，其他土層趨勢相同，W2處理隨土層加深以80 cm為拐點緩慢增加后逐漸下降，呈拋物線形。隨著灌水后時間的推移，各處理速效鉀逐漸降低；隨著灌水量的減少，各處理以“W2”，“W4”為拐點呈先增加后降低再增加“N”形趨勢。方差分析表明(表3)，40 cm土層速效鉀含量中W2處理與W3處理差異顯著(p<0.05)，60 cm土層速效鉀含量中W2處理與W3，W4處理差異均顯著(p<0.05)。W2處理速效鉀最高，W4，W5處理速效鉀最低，與堿解氮和有效磷的變化存在差異。

圖4 不同灌水量下土壤速效鉀含量變化

2.5 不同灌水量對枸杞產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

由表4可知，不同灌水量對枸杞產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著差異。產(chǎn)量方面，W2，W5處理與W3處理差異顯著且產(chǎn)量最高，相比W1處理分別增產(chǎn)21.57%，18.6%。品質(zhì)方面，各處理間多糖質(zhì)量分數(shù)與總酸質(zhì)量分數(shù)及可溶性固形物無顯著差異，但總糖質(zhì)量分數(shù)中W4處理與W2，W3，W5處理差異顯著，W2，W5處理總糖質(zhì)量分數(shù)最高，相比W1處理分別增加6.82%，5.68%，甜菜堿含量中W1，W2處理與其他處理無顯著差異，但兩處理間差異顯著，可見調(diào)控灌水對枸杞品質(zhì)的影響程度不同，本文研究結(jié)果表明枸杞生育期內(nèi)調(diào)控灌水量可促成枸杞總糖、多糖質(zhì)量分數(shù)的提高，增加產(chǎn)量，這與蘇雪玲等[30]對寧夏南梁農(nóng)場的枸杞研究結(jié)果相一致。

表4 不同灌水量下枸杞產(chǎn)量、品質(zhì)情況

3 討 論

3.1 不同灌水量對土壤水分運移的影響

田間土壤存在很大的變異性，灌溉可以對土壤水分進行有針對性的調(diào)控[31]，一定時期的水分虧缺不會造成土壤含水量的降低[32]。郭全忠[33]研究表明，大量灌水會增加水分向土壤深層遷移，降低水分利用率，常規(guī)灌水量減少1/2的節(jié)灌處理水分向深層遷移量相對較低，水分利用率高。本研究中灌水前后各土層含水量的分布差異明顯，隨著灌水量的減少20，40，60 cm土層各處理土壤水分運移以W2，W4為拐點先減少后增加，灌水后1 d各處理土壤含水量處于飽和狀態(tài)，隨著灌溉時間的推移水分運移速度逐漸減緩，在灌后5 d時基本趨于穩(wěn)定。隨著土層的加深，各處理土壤含水量逐漸下移。有研究表明，過高的灌水量容易造成水分滲漏，嚴重干旱脅迫會造成土壤中的可利用水減少、枸杞枝葉水分虧缺[34]。本研究在7月中下旬(7月22日)按照設(shè)計灌水定額進行調(diào)控灌溉，由于各處理單次灌水定額的不同，使得水分運移分布存在差異，此時W4，W1處理灌水量適中(分別為225，300 m3/hm2)，土壤水分的運移分布均勻且充足。可見，適度控水具有調(diào)節(jié)水分分布的作用。因土壤水分運移受到氣象、作物吸水、土壤孔隙、灌水施肥模式等多方面因素的綜合影響，本試驗僅根據(jù)一次灌水前后的測定結(jié)果進行分析，整個生育期及各種影響因子的綜合影響究竟如何仍需進一步探究。

3.2 不同灌水量對土壤養(yǎng)分遷移的影響

由于枸杞的根系主要分布在40 cm土層中，肥料隨水施入土壤后的運移速率會因為根系的吸收存在較大差異，大田栽植枸杞土壤養(yǎng)分的遷移受灌水量的影響明顯。隨著灌水后時間的推移以及灌水量的減少，不同處理堿解氮含量以W2，W3處理為拐點呈先增加后降低再增加的“N”形趨勢，0—100 cm土層平均累積量先降低再增加，同時隨著土層的加深堿解氮向深層遷移的量逐漸減少，表明適度控水有利于降低氮素向土壤深層遷移而進入地下水給水環(huán)境帶來潛在的威脅。朱靖蓉等[35]研究表明灌溉明顯影響0—100 cm土壤堿解氮含量變化，0—40 cm堿解氮含量變幅最大，灌水量越大堿解氮被淋溶到下層的量就越大，這與本研究結(jié)果基本一致。另外，還有研究表明灌水控制下限能夠顯著影響不同形態(tài)磷素含量在土壤剖面中的分布，其中灌水對土壤速效磷含量的影響主要發(fā)生在0—30 cm土層[36]。本研究中不同灌水量對土壤有效磷的影響以0—20 cm土層最突出，其他土層變幅則相對較小，主要由于磷素在土壤中易被吸附固定，不易隨水向土壤深層遷移，而且灌水后土壤有效磷明顯升高，隨著灌水量的減少各處理以W2，W4為拐點呈先增加后減少再增加的“N”形趨勢，W1處理在灌后5 d有效磷含量降到最低，在土壤剖面的遷移量最小。董業(yè)雯等[37]研究表明隨著灌水量的逐漸增大，同一時期同一土層不同灌水量土壤速效磷含量呈現(xiàn)相反的趨勢，這與本結(jié)果有相似之處。就土壤速效鉀而言，有關(guān)研究表明，在不同的灌水定額下不同的土壤層次中，速效鉀含量都會發(fā)生變化，40 cm土層以下速效鉀含量受作物吸收的影響較小，而受運移的影響較大[38]。在本研究中W2處理速效鉀含量最高，表明灌水量的大小會直接帶動速效鉀的遷移，灌水量越大隨水遷移的速率越快，累積量越多。同時，不同處理速效鉀隨土層深度的增加整體呈遞增趨勢，這可能是受淋溶作用的影響而不容易在地表聚集，與灌水期堿解氮和有效磷的變化略有差異，但從秋果期最后一次采樣測試分析得出根層20 cm速效鉀隨灌水量的增加而降低，說明不同時期枸杞對養(yǎng)分的需求不同，可以通過不同水肥調(diào)控措施調(diào)節(jié)養(yǎng)分在土壤剖面的移動性，為枸杞根層創(chuàng)造合適的水、肥條件，從而為根系的生長提供有利的環(huán)境。

4 結(jié) 論

(1) 不同灌水量下枸杞土壤水分運動主要發(fā)生在0—60 cm土層。灌水后1～5 d，0—20 cm土層含水量隨著灌水量的減少而增加，而40 cm及60 cm土層含水量隨著灌水量的減少先減少后增加，當灌水量減少到一定程度時，各土層含水量均下降。W4處理土壤含水量最高，W1處理次之，W2，W5處理土壤含水量最低，產(chǎn)量和品質(zhì)的變化則相反。

(2) 不同處理堿解氮集中分布在0—40 cm耕作層，此后隨土層深度增加逐漸降低，隨灌水后時間的延長含量無明顯變化，可見在短時間內(nèi)土壤堿解氮沿著剖面隨水淋失的風險較小。

(3) 不同處理有效磷在0—20 cm土層最富集，其含量介于90 ～200 mg/kg，遠高于底層。W2，W5處理有效磷含量較高。

(4) 灌水后不同處理速效鉀隨土層深度呈波動性變化，隨枸杞生育期的延長其含量逐漸降低。W2處理速效鉀含量最高。