灌溉水質(zhì)對土壤堿解氮分布特征的影響

李朝陽 楊玉輝 王興鵬

摘要：通過咸淡水混合灌溉的方式，探討不同灌溉水質(zhì)對紅棗根區(qū)土壤堿解氮含量空間分布特征的影響。結(jié)果表明，離滴頭（或根區(qū)）越近的地方，堿解氮總體含量越高，離滴頭越遠(yuǎn)的地方，含氮量隨之減少，導(dǎo)致大部分氮素在滴頭附近積聚；不同礦化度的微咸水灌溉后，土壤堿解氮在紅棗根區(qū)整個剖面上的總體分布趨勢為自上而下逐漸遞減；通過分析土壤堿解氮含量的變異性得出，隨著灌溉水礦化度的增大，棗樹根區(qū)土壤堿解氮含量的變異系數(shù)具有先增大后減小的趨勢，即CN0（全淡）

關(guān)鍵詞：微咸水；棗樹；堿解氮；分布特征

中圖分類號： S153.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）11-0218-04[HS）][HT9.SS]

土壤堿解氮包括無機(jī)態(tài)氮（銨態(tài)氮、硝態(tài)氮）、易水解的有機(jī)態(tài)氮（氨基酸、酰胺、易分解的蛋白質(zhì)），易被植物吸收，是反映土壤供氮能力、衡量氮素水平高低的重要指標(biāo)，在植物生長中起著重要的作用[1]。土壤堿解氮含量與土壤微生物量、后作產(chǎn)量、吸氮量存在較顯著的相關(guān)關(guān)系，不同緯度、尺度、植被類型下的土壤養(yǎng)分都會存在較強(qiáng)的空間變異特征和明顯的差異性[2-5]。在研究土壤堿解氮的過程中，確定合理的采樣點(diǎn)數(shù)量是高效獲取土壤堿解氮空間變異特征的基礎(chǔ)[6]。隨著成像技術(shù)的迅速發(fā)展，充分利用高光譜譜段數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤性質(zhì)的定量研究成為可能，欒福明等應(yīng)用高光譜反演建立了準(zhǔn)確估算土壤高光譜堿解氮含量分析模型[7-8]。土壤氮濃度顯著影響作物生長，合理的土壤氮濃度可以優(yōu)化作物生物量和氮素的累積以及提高產(chǎn)量[9]。灌溉水質(zhì)的變化也會對堿解氮含量及空間變化產(chǎn)生影響。微咸水灌溉后，土壤堿解氮含量會產(chǎn)生較為明顯的降低，礦化度越高，堿解氮的轉(zhuǎn)化率越低[10-11]。上述關(guān)于土壤堿解氮的研究為后續(xù)研究提供了有益的參考。

南疆地區(qū)淺層地下水水質(zhì)較差，其礦化度在2～10 g/L之間[11]。有關(guān)灌溉水質(zhì)對棗園土壤肥力的影響研究相對較少，致使其在南疆地區(qū)的資源化利用程度較低。因此，本研究開展了灌溉水質(zhì)對土壤堿解氮空間分布特征的影響，旨在為微咸水在南疆地區(qū)果園灌溉中的適宜性提供理論依據(jù)。

1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于南疆阿拉爾市塔里木大學(xué)節(jié)水灌溉試驗(yàn)基地（79°22′33″～81°53′45″E，40°20′～41°47′18″N），屬極端干旱荒漠氣候，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，多年平均降水量為40.1～82.5 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 976.6～2 558.9 mm，年均氣溫為10.8 ℃。土壤容重為1.49 g/cm3，屬于典型的荒漠土，土壤初始堿解氮含量為25.32 mg/kg，土壤pH值為9.61，土壤田間持水率為28%。

2材料與方法

2.1灌溉試驗(yàn)處理

試驗(yàn)選擇已具有4年樹齡的紅棗為研究對象。淺層地下水礦化度為4.85 g/L，主要成分為NaCl，渠道水礦化度為 0.81 g/L。根據(jù)試驗(yàn)需要將地下水與渠道水混合后進(jìn)行灌溉，具體的配比見表1。共設(shè)置6個灌溉處理，即全淡（CN0）、全咸（CN）、咸淡體積比1 ∶[KG-*3]1（CN1）、咸淡體積比2 ∶[KG-*3]1（CN2）、咸淡體積比3 ∶[KG-*3]1（CN3）、咸淡體積比4 ∶[KG-*3]1（CN4）。棗樹的灌溉方式為滴灌，單行布置，每株棗樹設(shè)置2個滴頭，滴頭間距30 cm，單滴頭最大流量為3.5 L/h，工作壓力為 0.1 MPa。微咸水灌水定額設(shè)為450 m3/hm2。紅棗種植株行距為1.5 m×2.0 m，每個處理為相鄰的3行棗樹，重復(fù)3次。在整個試驗(yàn)期間共施肥4次，分別于2014年、2015年5、6、7、8月隨水施肥，無機(jī)肥料分別為尿素、磷酸二銨、氯化鉀，每個生育階段施肥1次。氮肥為尿素，40%基施，60%隨水滴施，施入量為 1 050 kg/hm2，磷肥重過磷酸鈣全部基施，施入量為630 kg/hm2，硫酸鉀50%用作基施，50%隨水滴施，施入量為950 kg/hm2，每次施肥穩(wěn)定24 h后，采集土樣測定土壤堿解氮值。

2.2土壤樣品采集及分析

在距離棗樹滴灌點(diǎn)處的水平、垂直方向上分別取樣測定堿解氮含量。水平取樣間距為10、20、30 cm，垂直取樣間距為[CM（25]10、20、40、60、80 cm。土壤堿解氮含量測定采用堿解擴(kuò)[CM）]

散法[12]。

2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

運(yùn)用Matlab分析軟件，分析出堿解氮在空間上的分布情況。同時，引入堿解氮含量的平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)特征值。

3結(jié)果與分析

3.1棗樹根區(qū)土壤堿解氮的空間分布及變異性

3.1.1棗樹根區(qū)土壤堿解氮的空間分布特征

圖1至圖6分別反映不同處理（不同礦化度）土壤堿解氮的空間分布情況。距滴頭越近的地方，土壤堿解氮的總體含量越高，反之則越小。CN處理后（圖2），在水平方向上，距離滴頭20 cm處堿解氮含量高于10 cm處，這與灌溉水礦化度、土壤濕潤體有關(guān)，較高的礦化度在一定程度上影響了土壤膠體與NH+4離子的交換和吸附過程，阻滯了棗樹根系對氮素的利用，促使更多的堿解氮隨著土壤水分向低水勢的濕潤體邊緣積聚。由圖5、圖6可知，曲線的斜率在逐漸變小且趨于平緩，而堿解氮含量的變化相對穩(wěn)定。表明，微咸水的礦化度越大，土壤含固氮量越高，同時也表明棗樹根系對氮素的利用率相應(yīng)下降。[FL）]

堿解氮含量的同時，灌溉水質(zhì)也會抑制棗樹根系細(xì)胞對氮素的吸收。通過引入變異系數(shù)描述土壤堿解氮含量的變化特性，綜合反映各變量（不同礦化度）引起土壤堿解氮含量變化的差異性。

由變異系數(shù)可知，CN0處理后，棗樹根區(qū)土壤堿解氮含量的變異系數(shù)最小，反映出棗樹根系對土壤堿解氮的吸收相對穩(wěn)定。CN1、CN2、CN3處理后，棗樹根區(qū)土壤堿解氮含量的變異系數(shù)相對較大，反映出隨著灌溉水礦化度的增大，棗樹根系受到的鹽脅迫程度越大，對土壤氮的利用越困難。但是，當(dāng)采用CN4、CN處理后，棗樹根區(qū)土壤堿解氮含量的變異系數(shù)出現(xiàn)減小。當(dāng)灌溉水礦化度達(dá)到一定值后，隨著礦化度的增加，在阻滯土壤堿解氮有效分解的同時，或許能增強(qiáng)土壤氮含量，減少氮素流失。

3.2棗樹根區(qū)土壤堿解氮的垂直分布特征

體分布趨勢為自上而下逐漸遞減，消長趨勢大體相似。CN0處理后土壤堿解氮含量在棗樹根區(qū)整個剖面中的分布最穩(wěn)定，其值在50.75～66.50 mg/kg之間，變化幅度不大。CN1處理后土壤堿解氮含量累積峰值出現(xiàn)在20 cm處，其值為 104.13 mg/kg。CN2處理后土壤堿解氮含量最小值出現(xiàn)在40 cm處，其值為 42.88 mg/kg。CN3處理下土壤堿解氮含量的變異性在6個處理中最大，反映出棗樹對氮素吸收的不穩(wěn)定性，由此可得出灌溉水礦化度閾值在CN3附近。CN4處理后土壤堿解氮含量累積峰值出現(xiàn)雙峰，分別在10、40 cm處，其值分別為72.63、67.38 mg/kg。綜上，隨著灌溉水礦化度的增加，在增強(qiáng)土壤固氮能力的同時，也會導(dǎo)致棗樹根系失氮進(jìn)入土壤，而確定礦化度閾值對土壤堿解氮含量影響的研究還有待于進(jìn)一步開展。

4結(jié)論與討論

微咸水的資源化利用已成為缺水地區(qū)解決農(nóng)業(yè)灌溉用水緊張的有效途徑，通過咸淡水交替灌或混灌等方式可減輕其對土壤肥力造成的不利影響。在混灌條件下，研究微咸水滴灌對棗樹根區(qū)土壤堿解氮空間分布特征的影響，能為南疆地區(qū)微咸水灌溉條件下的果樹施肥提供理論依據(jù)。

研究表明，在不同的灌溉水礦化度處理?xiàng)l件下，離滴頭（或根區(qū)）越近的地方，堿解氮總體含量越高，離低頭越遠(yuǎn)的地方，堿解氮含量隨之減少，致使大部分氮素積聚在滴頭附近，這會對棗樹根系產(chǎn)生毒害作用，抑制棗樹的生長發(fā)育，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)引起注意[13]。灌溉水的礦化度越大，土壤中的堿解氮含量越高，棗樹根系對氮素的利用率卻會變小。不同礦化度的微咸水灌溉后，土壤堿解氮在整個剖面上的總體分布趨勢為自上而下逐漸遞減，這與劉長海等的研究[14]相吻合。通過分析土壤堿解氮含量的變異性得出，隨著灌溉水礦化度的增大，棗樹根區(qū)土壤堿解氮的變異系數(shù)具有先增大后減小的趨勢，即CN0

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