龟裂碱土重度盐碱地滴灌土壤水盐调控机制与农业利用方法研究

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本研究选择宁夏平原的一种重度盐碱化土壤——龟裂碱土为研究对象,该土壤是一种碱化度高、结构极差的碱化土壤,在中国西北地区有大面积的分布。研究区内0-40cm土壤平均SAR为38.88(mmol/L)05,pH普遍在9.5以上,饱和导水率极低(Ks<0.1 mm d-1),几乎无植被覆盖。深翻之后起垄(宽1 m,高0.5 m,间距3m),垄上铺设滴灌带,在种植枸杞的滴头下方设置沙穴(深0.2 m,地面直径0.2 m)。沙穴的主要作用在于增加灌溉水的入渗面积,将供水速率降至更加接近该土壤的饱和导水率,同时暂时储存未入渗的水分,延长入渗时间。移栽枸杞幼苗之后,垄上覆膜。共设置5个水分处理,分别控制滴头下方20 cm深度处土壤水基质势下限为:-5 kPa(S1)、-10 kPa(S2)、-15 kPa(S3)、-20 kPa(S4)和-25 kPa(S5)。通过连续3年的田间试验,系统研究了滴灌水盐调控对土壤水分、盐分运移特性、土壤养分状况、生物学性质等土壤环境质量的影响,以及枸杞生长和产量的响应。主要取得以下结果:  (1)当控制土壤水基质势下限为-25 kPa以上时,在滴头下形成一个相对湿润的区域,且根区平均含水量不断增加,湿润区域在横向和纵向上不断扩展,种植3年之后0-100 cm深度的土壤剖面内的含水量均达到19%以上。说明在滴灌、沙穴等多种措施综合的水盐调控条件下,土壤入渗性能得到显著改善。土壤水基质势控制下限越高,湿润区域的面积越大。  (2)随着土壤水分的运动,滴头下方形成一个低盐(ECe<4dSm-1)、低pH(pH<8.6)区域,并且此区域面积逐年增大。根区土壤SAR在种植第1年大幅降低,由种植前的30(mmol/L)05以上降至10(mmol/L)05以下,之后2年变化趋势减缓。土壤ECe和SAR的表现说明,一旦上层土壤水分入渗问题在滴灌和沙穴的共同作用下得到解决,土壤盐分特性随之发生变化,下层土壤的入渗性能将不再是限制其利用的关键因素。较高的土壤水基质势水平有利于土壤低盐环境的形成,且处理差异逐年增大。  (3)随着种植年限的增加,土壤全量和速效养分含量均逐渐增加。种植3年的根区土壤全氮和有机质含量分别为0.50 g kg-1和7.57 g kg-1,比未种植的土壤分别增加63.9%和16.3%。土壤pH的降低激活了原有的无效态磷,土壤速效磷含量显著增加。滴灌种植之后,根区土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性显著增强,且酶活性变异与更多的土壤性质显著相关,可预测性变好。土壤微生物菌落数量显著增加,其中细菌的增加倍数最大。距滴头20 cm的范围内的土壤呼吸强度显著增强。  (4)枸杞茎粗、株高和冠幅逐年增加,但处理之间差异不显著。种植3年之后,S1处理成活率最低,仅57%,S3最高,达81%。枸杞产量逐年增加,3年之后,S3和S4处理产量最高,达900 kg ha-1,接近当地良田水平。随种植年限的增加,适宜枸杞生长的土壤水基质势水平降低。  (5)基于以上结果,提出龟裂碱土水盐调控和农业利用方法,即在滴头下方设置沙穴,并在种植枸杞的前2年,控制土壤水基质势下限为-10 kPa,从第3年开始改为-20 kPa,来指导滴灌灌溉。此方法可以实现土壤水分的入渗和各种理化性质的改良,进而利用龟裂碱土重度盐碱地。
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