徐 莉，唐 金，陳淑英

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2. 中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011；3. 中國科學院大學，北京 100049；4. 伊犁師范大學生物與地理科學學院，新疆 伊寧 835000；5. 伊犁哈薩克自治州林業(yè)科學研究院，新疆 伊寧 835000)

目前，全球約有7%的土地受到鹽漬化的威脅。我國是全球鹽漬化程度較高的區(qū)域之一，鹽漬化土壤總面積約為3.6×107hm2，約占全國可利用土地面積的4.88%[1]。干旱、半干旱地區(qū)受土壤成土母質(zhì)含鹽、蒸降比大等因素的影響，土壤鹽漬化及次生鹽漬化普遍存在[2]，嚴重制約了干旱區(qū)綠洲農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

近年來，關于磁化水的研究不斷取得進展，在浸種、灌溉、水培幼苗等方面均取得了一定成果[16]。隨著研究的深入，有研究表明不同磁化強度下磁化效果亦不相同，而且并不是磁場越大，磁化效果就會越明顯[17]，而是在一定的磁場強度范圍內(nèi)，磁化水才能起到最佳效果[18-20]。目前關于磁化水滴灌鹽漬化土壤的研究以室內(nèi)模擬試驗和田間小區(qū)試驗為主，研究多采用單一磁化強度或二次磁化[7,15,18-19]，然而比較不同磁化強度對土壤脫鹽效果的研究報道相對較少。因此，本文借助磁化水滴灌技術，設置1 000、2 000、3 000、3 600 mT、對照組(CK)5組不同磁化強度的對比試驗，分析不同磁化強度下土壤鹽分含量的變化特征，進一步對比分析不同強度的磁化水滴灌對鹽漬化農(nóng)田土壤的脫鹽效果，旨在為節(jié)水灌溉條件下改善和利用鹽堿土的新方法提供理論依據(jù)，最終為綠洲農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供相關決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于新疆伊犁河南岸察布查爾縣的伊犁州林科院試驗示范基地(43°44′34″N，81°10′30″E)，屬于大陸性北溫帶溫和干旱氣候，冬春季長且冬季寒冷，夏秋季短且夏季炎熱，年均氣溫7.9℃，極端最高氣溫39.5℃，極端最低氣溫-43.2℃；年均降水量222 mm，年蒸發(fā)量1 630 mm，蒸發(fā)量為降水量的6～15倍；年平均日照時數(shù)2 846 h，≥10℃的積溫3 389.1℃，無霜期169 d；土壤類型以灰鈣土為主，局部為鹽化灰鈣土或草甸鹽土。該區(qū)由于干旱，降水少，氣溫高，地表蒸發(fā)強烈，地下水礦化度高，導致鹽分在土層上部積累，易形成鹽漬化和次生鹽漬化。土壤含鹽量為0.55%～0.8%，屬于中度鹽漬土；鹽漬化類型主要為硫酸鹽鹽漬土，氯化物鹽漬土分布較少，陽離子以Na+含量最高，Na2SO4和NaCl是主要的次生鹽漬化鹽分，pH平均值大于8.3[21]。

試驗材料為種植2 a蘋果所在地的鹽漬化土壤，占地面積1.4 hm2。試驗區(qū)土壤有機質(zhì)為10.83 g·kg-1，速效氮為109.81 mg·kg-1，速效鉀為139.31 mg·kg-1，速效磷為9.49 mg·kg-1。此外，試驗區(qū)行間實行果園生草，草類種植以黑麥草和高羊茅為主，樹盤覆蓋鋸末、玉米秸稈。

1.2 試驗設計

2017年5月15日在試驗區(qū)安裝磁化器，供試磁化器為包頭市鑫達磁性材料廠生產(chǎn)的農(nóng)灌注水磁化器，直徑為90 mm。試驗設普通水灌溉(CK)、磁化強度為1 000 mT(mT為磁感應強度單位，豪特)(T1)、磁化強度為2 000 mT(T2)、磁化強度為3 000 mT(T3)、磁化強度為3 600 mT(T4)等5組。灌水前將磁化器與主管道相連接，將磁化器置于出水樁內(nèi)，2個磁化器間相互獨立，互不影響，且間距約為25 m，當?shù)喂嗨?jīng)流磁化器即被磁化，具體見圖1。磁化水處理與未磁化水處理(CK)，其他田間管理措施和大田一致。灌溉定額2 700 m3·hm-2，灌水定額均為300 m3·hm-2，灌水周期均為20 d，每次滴水6～8 h。

注：T1 ～T4磁化區(qū)分別為1 000 、2 000、3 000、3 600 mT磁化水灌溉；對照區(qū)為普通水灌溉。下同。Note：T1-T4 magnetized water irrigation plots were irrigated with magnetized water of 1 000, 2 000, 3 000 and 3 600 mT, respectively. Control plot was irrigated with ordinary water. The same below.圖1 試驗設計示意圖Fig.1 Schematic of the experiment of drip irrigation

1.3 采樣及測定方法

1.3.1 樣品采集 于2017年5月、10月分別進行野外采樣。試驗區(qū)采用滴灌方式，每隔20 d灌水1次，每次灌水6～8 h，試驗期間灌水次數(shù)為6次，實際灌水量為1 800 m3·hm-2。在試驗區(qū)隨機取樣，每行選取3～4個采樣點，每個采樣點沿一側滴灌帶方向正下方同一水平線上按不同垂直深度0～10、10～20、20～40、40～60 cm進行分層取樣，每層重復取3個樣品，混合為一個樣品。采好后放入密封袋中，在密封袋內(nèi)外附上標簽，包括樣品名稱、土層深度、經(jīng)緯度等。將野外采集的土壤樣品帶回實驗室，在實驗室內(nèi)去除細根和石塊等雜質(zhì)，自然風干，過2 mm孔篩，用于測定不同土層的土壤含鹽量、土壤可溶性鹽離子組成等。此外，在首次滴灌前一天，按上述采樣層次采集組成混合土壤樣品測定基礎鹽分含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

其中，Z為土壤脫鹽率(%)；X1為未經(jīng)磁化水滴灌前土壤鹽分初始值(g·kg-1)；X2為磁化水滴灌后土壤鹽分終值(g·kg-1)。

2 結果分析

2.1 不同磁化水處理下土壤剖面的含鹽量變化

不同磁化水處理下各土層含鹽量的變化見表1。由表1可知，未經(jīng)磁化處理水灌溉的土壤鹽分變化范圍在1.605～3.682 g·kg-1之間，平均含量約為2.649 g·kg-1。從垂直方向上看，T1、T2、T3表現(xiàn)出0～10 cm的土壤含鹽量均低于40～60 cm，在20～40 cm處最高，且隨著土壤深度的增加呈現(xiàn)出先增加再降低的趨勢；T4、CK則表現(xiàn)出表層土壤含鹽量高于底層，且隨著土壤深度的增加呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。經(jīng)不同磁化強度的水灌溉后土壤含鹽量發(fā)生明顯變化。灌后土壤含鹽量變化范圍在0.810～3.142 g·kg-1之間，平均含鹽量為1.785 g·kg-1。與灌溉前相比，灌后被磁化的各土層含鹽量均明顯降低，且平均各土層土壤含鹽量降低了約32.83%。垂直方向上不同深度土壤含鹽量變化不一。T1處理下0～60 cm土壤含鹽量降值均較大，其中在20～40 cm降值最為明顯，下降了65%；T2在0～20 cm處土壤含鹽量明顯減少，約平均降低了62.41%；T3、T4在40～60 cm處土壤含鹽量明顯減少，分別降低了48.87%和37.95%；CK土壤含鹽量降低幅度相對較小，且明顯降幅低于磁化水滴灌處理。由此表明，磁化水滴灌能降低土壤中的鹽分含量，較普通水更易使得鹽分淋出土體。此外，與灌前未經(jīng)磁化水處理相比較，隨著土層深度的增加土壤含鹽量的變化規(guī)律也發(fā)生了明顯變化，表層含量明顯低于底層，即隨土層深度的增加表現(xiàn)為增加趨勢，表明磁化水滴灌對表層土壤鹽分含量的淋洗效果更加明顯，能夠使土壤鹽分不斷向下運移。

表1 不同磁化水處理下土壤剖面含鹽量變化

2.2 不同磁化水處理下土壤剖面Cl-和含量變化

2.3 不同磁化水處理對土壤脫鹽率的影響

圖2 不同磁化水處理下灌前及灌后土壤剖面的含量分布Fig.2 The profile of soil Cl- and contents before and after drip irrigation under different magnetization water treatments

處理Treatment含鹽量/(g·kg-1)Soil salinity灌前Before irrigation灌后After irrigation脫鹽率/%DesalinationrateCl-含量/(g·kg-1)Cl-content灌前Before irrigation灌后After irrigation脫除率/%RemovalrateSO2-4含量/(g·kg-1)SO2-4 content灌前Before irrigation灌后After irrigation脫除率/%RemovalrateT12.614±0.8911.112±0.14757.470.026±0.010.017±0.00235.320.695±0.1970.427±0.14738.56T23.007±0.5011.865±0.53437.980.068±0.0260.013±0.00281.210.772±0.2210.510±0.21233.84T32.394±0.6471.648±0.80131.160.029±0.0030.007±0.00475.370.570±0.1790.355±0.15637.75T41.894±0.1571.344±0.20529.040.045±0.0240.016±0.01364.690.406±0.0890.139±0.08865.67CK3.335±0.3412.956±0.24711.370.060±0.0020.050±0.00415.840.867±0.1700.834±0.1573.79

3 討 論

不同磁化強度直接影響土壤的脫鹽效果，張瑞喜等[18]通過室內(nèi)土柱模擬和田間小區(qū)滴灌實驗，研究表明磁化水灌溉有利于將更多的鹽分淋洗出土體，且300 mT磁處理效果最佳；李夏等[19]探究了一次磁化、二次磁化處理水灌溉對棉田土壤脫鹽效果的影響，發(fā)現(xiàn)二次磁化3 600～2 000 mT效果最佳；王洪波等[24]通過設置4種磁化灌水模式，對比分析了不同磁化強度處理的水灌溉對甜菜增產(chǎn)效果的影響程度，研究認為以二次磁化1 600～2 400 Gs處理效果最佳；在本研究結果中，通過對比4種磁化處理方式，發(fā)現(xiàn)T1處理土壤脫鹽率相對較高，即1 000 mT磁化處理效果最佳。由此可以看出，不同作用對象的最佳磁感應強度亦不相同，且磁場強度的大小與脫鹽效果并不成正比。此外，有研究表明磁化水的作用效果，不僅與磁感應強度、磁化時水的流速有關，而且還和它們的交互作用以及作用對象等有關[25]。因此，不同的試驗目的、試驗對象及試驗條件，其最佳磁感應強度都是存在差異的，所以對最佳磁感應強度的確定今后需要進一步深入探究，還需要不斷地進行大田試驗研究。此外，本文僅探究了不同磁化水處理對土壤脫鹽效果的影響，對磁化效果的影響因素探究較少，因此，在后續(xù)的研究中，應對磁化水滴灌后土壤的物理化學性質(zhì)變化原因進行更深入地探討和研究。

磁化水處理技術具有勞動量小、操作簡便快速、投入低、效率高、無污染、無危害等特點[3,18]，具有廣闊的應用前景。因此，在干旱、半干旱地區(qū)，磁化水結合滴灌技術可以作為鹽漬化土壤改良措施的一種可選方法，對表層土壤能夠起到較好的改良效果。本文僅對比分析了不同磁化處理下土壤的脫鹽效果，雖未分析其對作物生長態(tài)勢及產(chǎn)量與經(jīng)濟效益等方面影響，但從土壤脫鹽率來看，磁化水滴灌對改良新疆中輕度鹽漬化土壤是一種行之有效的方法。

4 結 論