权丽双1,2，王振华1,2，何新林1，何建斌2
（1石河子大学水利建筑工程学院，新疆石河子832000；2现代节水灌溉兵团重点实验室，新疆石河子832000）
摘要：采用田间大田试验和室内分析与理论分析相结合的方法，基于水肥2 因素5 水平二次正交旋转组合设计的原理，采用滴灌灌水施肥方式进行大枣试验，研究滴灌大枣在不同水肥处理下的土壤养分特征。结果表明：不同水肥处理改变了土壤水肥环境，影响了土壤养分含量。在大枣生长过程中，土壤中氮素有2 个明显加速变化的过程，新梢生长期和枣果生长期；土壤速效磷表现为在枣果成熟期迅速加大；在枣果生长和成熟期，各处理土壤中速效钾的含量变化最为剧烈。综合考虑，最优水肥组合为处理D8，即灌水量和施肥量的最佳组合值为：灌水量7800 m3/hm2，施氮量和施钾量均300 kg/hm2，施磷量150 kg/hm2。
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关键词 ：滴灌大枣；水肥耦合；养分；极端干旱区
中图分类号：S275.6 文献标志码：A 论文编号：2014-0805
基金项目：水利部公益性行业专项经费项目“新疆特色经济农林作物高效用水技术集成研究与示范”(201101050)；兵团农业科技园区项目“特色林果高效节水技术研究与示范”(2013DD005)；国家星火计划项目“东疆红枣高效节水技术示范与推广”(2014GA891008)。
第一作者简介：权丽双，女，1990 年出生，吉林洮南人，硕士研究生，研究方向为绿洲农业水资源高效利用与优化配置。通信地址：832000 石河子大学水利建筑工程学院，Tel：0993-2058082，E-mail：13139939162@163.com。
通讯作者：王振华，男，1979 年出生，河南扶沟人，教授，硕士，从事干旱区节水灌溉理论与技术研究。通信地址：832000 石河子大学水利建筑工程学院，Tel：0993-2058082，E-mail：wzh2002027@163.com。
收稿日期：2014-08-14，修回日期：2014-09-26。
0 引言
中国是农业大国，但是水资源却严重不足，耕地平均摊水量只有全球平均值的3/4，而且地域和季节分布不均衡，绝大部分分布在南方，而作为重要农作物种植区的北方地区，人均占有的水资源非常少[1]。北方地区人口数量和耕地面积分别占全国的52%和70%，但水资源分配额仅占全国的24%[2]，水资源严重缺乏已经严重制约地区经济和社会的发展，因此，国家十分重视节水技术研究[1]。膜下滴灌作为一种局部、高频率的灌溉技术，具有提高土壤温度、保持作物近根区较高湿度、节水、省肥特性。这种灌溉技术在大田中的应用大大改善了国内干旱和半干旱地区农业干旱缺水、土壤肥力低下的状况[3]。水肥耦合是指水分和肥料2个因素之间的相互作用对植物生长及其利用效率的影响[4]。水肥耦合机理与技术一直是节水研究的重要方面。而土壤养分是衡量植物土壤生产性能和指导施肥操作的重要依据，其丰缺状况和供应强度直接影响植物的生长发育、产量及品质特色[5]。水分和养分既是影响旱地农业生产的主要胁迫因子，也是一对联因互补、互相作用的因子，它们既有自己特殊的作用，又互相牵制、互相制约，影响着彼此效果的发挥。王喜庆等[6]研究表明，水分能促进氮素向籽粒中转移，增加玉米的经济学产量。不灌水处理的茎叶穗轴与籽粒质量之比为1.40:1，而两者氮素含量之比为0.40:0.60；灌水后2 个比值分别变为0.94:1 和0.67:0.33[5]。杜建军等[7]研究发现，灌水能够促进有机氮的矿化。李生秀等[8-10]研究认为，干旱胁迫下施肥可促进作物根系的发育和摄取转运土壤水分的能力，扩大作物觅取水分和养分的空间，提高作物蒸腾量和水分利用效率。王巧仙等[11]以5 年生‘黄冠’梨为试材，试验表明，水肥耦合全量肥处理较其他处理明显提高了成熟期0~20、20~50 cm土层有效磷含量，全钾含量明显降低，而速效钾含量明显增加，加速了全钾向速效钾的转化。水肥耦合半量肥处理较其他处理明显提高了花期0~20、20~50 cm土层的全氮含量，也提高了成熟期0~20、20~50 cm 土层的碱解氮含量和花期的全磷含量。以上研究结果表明，水肥耦合技术不仅可以节水节肥，而且有利于作物对土壤中养分的吸收。干旱缺水、土壤肥力低下是限制哈密地区农业生产力提高的2 个因素，而目前，对于极端干旱区水肥耦合对滴灌大枣土壤养分方面的研究还比较少，因此笔者通过大田试验，对滴灌大枣在不同水肥处理下的土壤养分特征做了研究，寻求高效水肥优化方案，提高水肥利用率，以期为大枣滴灌水肥高效利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
试验于2012 年4—8 月在吐哈盆地新疆生产建设兵团十三师红星一场园林二场进行，所处地理位置为93°32′10.09″E、42°49′11.23″N，距离哈密市区大约18 km。海拔高程960 m左右，属典型大陆干旱气候，年平均降水量仅30 mm，年平均蒸发量高达3300 mm，年平均相对湿度41%，年均日照时间达3360 h，年平均气温9.9℃，>10℃的积温为4260℃，年平均风速2.8 m/s，最大冻土深度1.26 m，无霜期182 天。试验区内地下水埋深10 m以下，0~100 cm内土壤平均容重为1.50 g/cm3，田间持水率11%（质量含水率）。
1.2 试验方法
试验地大枣已栽种12年，当地种植模式为行距5 m，株距2 m。
滴灌带采用新疆大禹节水有限公司生产的单翼迷宫式滴灌带，滴灌带内径为16 mm，壁厚0.18 mm，滴头间距300 mm，滴管带布置间距为60 cm（1 行2 管），滴头设计流量3.0 L/h。利用球阀控制灌水，可保证各处理的设计灌溉量；管路通过水泵直接供水，在管路的前部安装压力表以监测管道内的水压力，通过各支管闸阀的开闭程度将管道内压力调节控制至0.10 MPa。以滴灌灌水量和施氮肥量(N:K=1:1)为自变量，运用2 因素5 水平二次正交旋转组合设计，共10 个处理，每个处理重复3 次。具体设计如表1~2。
在试验过程中，采用滴灌施肥，每次随水施肥。氮素供给采用中国石油乌鲁木齐石化公司生产的尿素（总氮≥46.4%），磷和钾素采用成都王牌化肥有限公司生产磷酸二氢钾(KH2PO4≥98%)。大枣每个处理的灌水施肥如表3。
1.3 测定项目及方法
每次在施肥前后，每隔10 cm（取到60 cm）分别取样，用来测试不同深度土层的土壤养分含量，试验中土壤养分主要测试铵态氮、硝态氮、速效磷和速效钾。使用YN-4000 型智能汉显土壤养分速测仪（河南农大迅捷测试技术有限公司）来测定土壤养分。
2 结果与分析
2.1 不同水肥组合滴灌大枣土壤氮素特征
试验研究表明，在大枣各生育阶段，不同的水肥处理，尤其是施入尿素的不同，造成最终土壤中氮素的含量差异显著（如表4~5所示）。
2.1.1 不同水肥组合滴灌大枣土壤铵态氮特征不同水
肥处理后，土壤中铵态氮含量见表4。土壤硝态氮含量变化幅度为17.62~25.70 mg/kg。在大枣整个生育阶段中，只有在大枣的新梢生长期和花期，土壤铵态氮含量发生显著变化。处理D10土壤中铵态氮的含量最高，为16.95 mg/kg，处理D2土壤中铵态氮的含量最低，为5.93 mg/kg，二者差异极显著。不同水肥条件下，全生育期内土壤中铵态氮含量表现为：D1>D4>D7>D6>D3>D9>D5>D10>D2>D8，处理D1 土壤铵态氮含量最高，为25.70 mg/kg，处理D8 土壤铵态氮含量最低，为17.62 mg/kg。
从图1 可知，在大枣的各生育阶段，各处理土壤中铵态氮含量的变化趋势基本一致，呈现“增-减-增-减”趋势。在新梢生长期（5 月9—31 日）后，大枣开始了生殖生长，各新枝条随之迅速生长，大枣吸收养分的能力加强，对氮素的需求也比较大，从而造成土壤铵态氮日变化加大；在大枣生长进入枣果生长期（6 月21 日—7月15 日）后，大枣的果粒开始快速生长，这又是大枣对养分的需求比较大的时期，因此这2 个时期是养分需求的2 个关键时期。
2.1.2 不同水肥组合滴灌大枣土壤硝态氮特征不同水
肥处理后，土壤中硝态氮含量见表5。土壤硝态氮含量变化幅度为26.65~69.33 mg/kg。在大枣整个生育阶段中，只有在大枣的新梢生长期和花期，土壤硝态氮含量发生显著变化。处理D1土壤中硝态氮的含量最高，为53.65 mg/kg，极显著高于其他处理。不同水肥条件下，全生育期内土壤中硝态氮含量表现为：D1>D7>D4>D2>D10>D9>D3>D5>D8>D6，处理D1 土壤硝态氮含量最高，为69.33 mg/kg，处理D8和D6土壤硝态氮含量最低，为34.78、26.65 mg/kg。
从图2 可知，在大枣的各生育阶段，各处理土壤中硝态氮的含量的变化趋势与铵态氮含量的变化趋势相同，都是“增-减-增-减”。因为硝态氮和铵态氮是根系从土壤中吸收氮素的2 种主要形态。
综上表明，在大枣生长过程中，各处理土壤中氮素有2 个明显加速变化的过程，对大枣植株来说，氮肥可以促使枝、叶繁茂，光合效能增强，并能加速枝、叶的生长和果实的膨大，对花芽分化、产量和品质的提高均起到重要作用。在大枣生长后期（枣果成熟期），果实开始增加糖度，这时对氮素的需求减小，土壤中氮素变化也相应地减小，即可适应控制尿素的施入量。
试验中，不同的水肥组合处理下，各处理土壤中氮素产生了显著变化，由此可见，在大枣不同的生育阶段，不同的灌水施肥处理，对土壤中氮素的含量产生了显著影响。如果氮肥施入过多，则会造成枝叶白长，出现落花落果，果实着色不好，品质也会下降；若氮施入过少，会引起大枣植株瘦弱、叶片小等发生。所以必须适时适量的供给氮肥，才能让大枣及时吸收，提高氮肥利用效率。仅以土壤氮素为追求目标，最优的水肥组合为处理D8。
2.2 不同水肥组合滴灌大枣土壤速效磷特征
试验研究（表6）表明，在大枣各生育期，不同的水肥处理，尤其是施肥磷酸二氢钾的不同，造成最终土壤中速效磷的含量差异显著。
不同水肥处理后，土壤中速效磷含量见表6。土壤速效磷含量变化幅度为52.29~96.15 mg/kg。在大枣整个生育阶段中，只有在大枣的新梢生长期和花期，土壤速效磷含量发生显著变化。处理D10土壤中速效磷的含量最高，为74.81 mg/kg，处理D9土壤中速效磷的含量最低，为35.48 mg/kg，二者差异极显著。不同水肥条件下，全生育期内土壤中速效磷含量表现为：D5>D1>D3>D4>D2>D9>D7>D6>D10>D8，处理D5 和D1 土壤速效磷含量最高，为96.15、86.78 mg/kg，处理D8土壤速效磷含量最低，为52.29 mg/kg。
图3 表明，各处理土壤中速效磷含量的变化规律基本一致，都是在枣果成熟期迅速加大。在枣果成熟期，磷素能促进果实糖分增加，因此在这个阶段各处理土壤速效磷的含量变化比较大。不同的灌水施肥组合处理，速效磷含量的变化差异比较明显。
大枣萌芽展叶后，随着枝叶生长，开花和果实膨大，对磷的吸收量逐渐增多，应及时适量的供给磷肥。其后贮藏于茎叶中的磷开始向成熟的果实移动，收获后茎、根部的磷含量增多。因为磷素很容易被土壤吸收而不易流动，所以磷肥应该深施，追肥时也应该比氮肥深施。追肥和根外追肥多在枣果生长期及浆果成熟期施用，以促进果实着色和成熟，提高枣果品质。仅以土壤速效磷为追求目标，最优的水肥组合为处理D8。
2.3 不同水肥组合滴灌大枣土壤速效钾特征
试验研究（表7）表明，在大枣各生育期，不同的水肥处理，尤其是施肥磷酸二氢钾的不同，造成最终土壤中速效钾的含量差异显著。
不同水肥处理后，土壤中速效钾含量见表7。土壤速效钾含量变化幅度为74.30~148.61 mg/kg。在大枣整个生育阶段中，只有在大枣的新梢生长至花期和大枣成熟期，土壤速效钾含量发生显著变化。在大枣的新梢生长期和花期，处理D2土壤中速效钾的含量最高，为118.31 mg/kg；在大枣枣果成熟期，处理D1土壤中速效钾的含量最高，为273.06 mg/kg，两者显著高于其他处理。不同水肥条件下，全生育期内土壤中速效钾含量表现为：D1>D10>D6>D2>D5>D9>D7>D3>D8>D4，处理D1土壤速效钾含量最高，为148.61 mg/kg，处理D8和D4土壤速效钾含量最低，为79.49、74.30 mg/kg。
图4 表明，当大枣在新梢生长期和花期时，土壤中的速效钾含量有所加大，尤其在枣果生长和成熟期，由于需要提高枣果的含糖量、风味、色泽，因而在各处理下，土壤中速效钾的含量变化更加剧烈。大枣是一种喜钾元素的植物，在其整个生育期内的生长都需要大量的钾肥，尤其是在果实成熟期更需要适当的加大钾肥的施入，从而提高果实的品质。如果钾肥施加过少，跟不上大枣的生长需要，则会影响大枣的糖分，这样不但会造成产量减少，而且还会影响枣的糖度，最终使经济利益受到严重的影响。仅以土壤速效钾为追求目标，最优的水肥组合为处理D8和D4。
3 结论
本研究表明，不同水肥处理改变了土壤水肥环境，影响了土壤养分含量。就滴灌大枣土壤养分而言，在大枣生长过程中，土壤中氮素有新梢生长期和枣果生长期2 个明显加速变化的过程，土壤速效磷表现为在枣果成熟期迅速加大，在枣果生长和成熟期各处理土壤中速效钾的含量变化最为剧烈。综合考虑，最优水肥组合为处理D8，即灌水量和施肥量的最佳组合值为：灌水量7800 m3/hm2，施氮量和施钾量均300 kg/hm2，施磷量150 kg/hm2。
4 讨论
本研究没有将枣树种植本身对土壤养分的影响作为考虑因素。而实际上随着枣树种植年限的增长，土壤养分肥力不断提高，但达到一定的种植年限后，土壤各养分含量开始急剧减少，生态系统质量下降[12]。并且枣树具有发达的根系，枣树根系不断生长交替过程中的腐殖质以及根系固氮作用归还的养分元素大部分归还至上层土壤，因此，枣树园地上层土壤有机质、全氮、速效磷含量均明显高于深层土壤。并且不同地区不同生长年限枣树园地对土壤养分的吸收能力也有所不同，必然造成土壤养分差异。
土壤酸碱性[13]与土壤的基础肥力[14]对不同水肥组合下的土壤养分试验有影响，很多研究者都对土壤养分与水、肥之间的关系进行了研究。但是基本上是以水分和施肥量为影响因素。忽视了土壤基础肥力因子以及土壤酸碱性对土壤养分含量的影响，因而得出结论缺乏共性，通用性不强，难以在不同肥力水平的田块上推广应用。下一步应当增加这方面的试验研究，为不同基础肥力的土壤提供不同的水肥管理理论与方法。
在室内研究上，因实验室材料、药品等问题，限制了物化分析的全面性、确切性。只可测出大量营养元素（氮、磷、钾）等，此外缺少了土壤微量元素等决定土壤养分高低的辅助指标。并且本研究开展年限较短，仅为1 年试验数据，要深入研究不同水肥耦合下土壤养分的变化，应做长期定位试验，并结合多阶段取样分析进行深入研究[15]。
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