微咸水离子组成对膜下滴灌土壤孔隙结构的影响

为探讨不同阳离子组成微咸水灌溉对膜下土壤孔隙结构的影响,开展2a田间定位试验,设置当地地下水灌溉(CK)、NaCl微咸水灌溉(T1)、KCl微咸水灌溉(T2)、CaCl_(2)微咸水灌溉(T3)、MgCl_(2)微咸水灌溉(T4)5个处理,利用CT扫描技术研究不同阳离子组成微咸水对土壤孔隙结构的影响。结果表明:与CK处理相比,随灌水次数增多,添加Na+处理的土壤大孔隙度显著降低,添加K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)处理的土壤大孔隙度显著增加,2022年添加Na+处理的大孔隙度平均降低了44.49%,添加K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)处理的土壤大孔隙度平均分别增加了5.73%、80.73%、25.75%;在2021—2022年期间,与CK相比,4种不同阳离子处理土壤孔隙成圆率均呈增加趋势,其中添加Ca^(2+)、Mg^(2+)处理增加显著,土壤孔隙成圆率平均增加区间分别为25.52%~30.94%、17.46%~23.19%;连续灌溉2a之后,添加Na+和K^(+)处理的土壤开裂程度加重,土壤稳定性变差,而添加Ca^(2+)和Mg^(2+)对改善土壤结构、提高土壤入渗性能作用明显。

微咸水离子组成对膜下滴灌土壤水盐分布和作物生长的影响

微咸水灌溉是缓解旱区农业用水危机的主要途径之一,而微咸水中的离子组成特征影响着土壤性质进而影响作物生长。【目的】探讨不同阳离子组成微咸水对土壤理化性质和作物生长的影响。【方法】于2021年4—9月,在内蒙古河套灌区,以膜下滴灌的模式种植春玉米,开展微咸水灌溉田间定位试验。以当地地下水为对照(CK),向地下水中分别添加相同物质的量浓度(20 mmol/L)、不同类型氯化盐(NaCl、KCl、CaCl_(2)、MgCl_(2)),形成相近的电导率(EC)、而不同阳离子组成微咸水处理(分别标记为T1、T2、T3、T4),研究土壤结构特性变化、水盐运移过程和作物生长响应。【结果】①与CK相比,添加Na^(+)(T1处理)后0~20 cm土层小孔隙数量和储水量显著增加,尤其在灌水较多的拔节期;而T3处理和T4处理小孔隙度比T1处理分别降低147.73%和132.01%,有利于土壤孔隙结构的发育和水分的运移,降低了表层土壤储水量。②与CK相比,T1、T2、T3处理和T4处理分别提升了作物根区0~60 cm土壤中Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)物质的量浓度,除T1处理外,T2、T3处理和T4处理对应的K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)物质的量浓度均显著高于CK。T1处理在作物根区表层土壤有明显积盐现象,其他处理无明显变化,相反T3处理和T4处理土壤盐分整体向膜外运移,T4处理更为明显。受灌溉水EC影响,根区土壤饱和浸提液电导率(ECe)均在3~4 dS/m内。③作物地上部器官离子量中K^(+)量最高,Na^(+)量最低且显著低于K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、Cl^(-)量。Na^(+)、K^(+)、Cl^(-)量均表现为叶<茎,Ca^(2+)和Mg^(2+)离子量表现为叶>茎。T1—T4处理作物产量均有所增加,其中T4处理产量最大,较CK提升17.33%。【结论】含有较多Na^(+)的微咸水灌溉提高了土壤表层小孔隙度,影响了土壤水分下渗,造成表层土壤盐分积累,而较多的K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)则减少了土壤表层小孔隙度,有利于表层盐分淋洗。微咸水灌溉下,相对于较多的Na^(+)带来显著负面效应,灌溉水中适当物质的量浓度的K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)均有助于提高作物产量。研究结果可为河套灌区地下微咸水的安全利用提供理论依据。

不同土壤基质势调控对文冠果果园滴灌土壤水盐分布的影响

为解决河西走廊地区文冠果种植中因水资源短缺和土壤盐渍化导致文冠果生长及产量不佳的问题,在滴灌条件下研究不同土壤基质势(SMP)水平对文冠果果园土壤水盐分布特征的影响,以期为该区文冠果滴灌灌溉制度的制定提供科学依据。田间试验于2021年5-9月在甘肃省张掖市(河西走廊中部地区)开展,选择幼树期(1 a生)和结果期(5 a生)文冠果果树,均以传统地面灌为对照,在滴灌条件下设置不同SMP阈值处理,其中幼树期为-10、-20、-30、-40、-50 kPa,结果期为-5、-10、-15、-20、-25 kPa。结果表明:①滴灌条件下文冠果果园土壤体积含水率随着SMP阈值的降低而减少。随着SMP阈值逐渐降低,幼树期文冠果生长季末根区土壤体积含水率分别为0.14、0.13、0.13、0.12、0.11 cm^(3)/cm^(3),结果期分别为0.21、0.20、0.17、0.16、0.12 cm^(3)/cm^(3)。②经过一个生长季的滴灌后,各处理土壤饱和泥浆提取液电导率(ECe)均显著降低。随着SMP阈值逐渐降低,幼树期文冠果生长季末土壤ECe由灌溉前的5.45 dS/m分别降低为3.69、3.85、4.23、4.61 dS/m和5.00 dS/m,结果期由灌溉前的6.96 dS/m分别降低为4.47、4.87、4.83、5.59 dS/m和5.71 dS/m。③与传统地面灌溉相比,滴灌灌溉能够有效减少文冠果根区土壤积盐,更有利于形成适宜作物生长的根区水盐环境。综合考虑文冠果耐盐性及水分利用效率,建议河西走廊地区文冠果滴灌种植时,幼树期SMP阈值控制在-30 kPa,结果期SMP阈值控制在-20 kPa。

不同离子微咸水对土壤水力特性和生菜生长的影响

为探究不同微咸水水质对土壤水力特性和作物生长的影响,在日光温室条件下,以生菜为供试作物开展2季盆栽试验.以CaSO4的饱和溶液为对照(CK),向去离子水中添加不同氯化盐形成电导率相同而阳离子组成不同的微咸水处理(分别为Na^(+)∶T_(Na);Na^(+)/K^(+)比为1∶1:T_(Na-K);K^(+)∶T_(K)),研究连续灌溉下土壤容重、持水性能、水盐运移,以及生菜生长响应,并采用van Genuchten模型对水分特征曲线相关参数进行拟合分析.结果表明:与CK相比,微咸水灌溉均增加了土壤容重,降低了土壤孔隙度;随着微咸水持续灌溉,土壤孔隙分布明显改变,微小孔隙比例增加,土壤持水能力显著提高,以处理T_(Na)最为显著.连续微咸水灌溉下,灌溉水钠吸附比、土壤结构稳定性阳离子比与土壤进气值参数存在负相关关系(R2均为0.78).土壤中盐分逐渐积累,表现为第2季生菜生长季末(播后80 d)各处理0~20 cm土壤饱和提取液电导率较第1季显著升高,其中CK显著低于其他处理(P<0.05),且表层土壤(0~10 cm)中盐分积累更为明显.生长季末土壤表层含水量较高,与盐分分布基本一致.与CK相比,处理T_(Na),T_(Na-K)和T_(K)显著降低了生菜生物量的积累(P<0.05),其中T_(Na)最低.

不同盐渍化土壤n2o排放对生物炭添加和土壤水分的响应

为探讨不同盐渍化程度土壤N_(2)O排放对生物炭添加和土壤水分的响应,开展为期30 d的室内培养试验,设置5个土壤盐渍化水平(S0、S1、S2、S3、S4:盐分添加量分别为土壤质量的0%、0.25%、0.5%、0.75%、1%)、2个生物炭添加方式(B0:不添加;B1:添加量为土壤质量的5%)和2个水分条件(W0:60%田间持水量;W1:100%田间持水量)。结果表明:土壤盐分对N_(2)O累积排放量具有显著影响,盐分含量越高则降幅越大,与S0处理相比,S1、S2、S3、S4处理N_(2)O累积排放量分别降低43.9%、66.5%、91.9%、93.2%。土壤水分对N_(2)O累积排放量具有极显著影响,水分含量越高则累积排放量越大,与W0处理相比,W1条件下各盐分处理N_(2)O累积排放量分别增加3.0%、84.8%、187.4%、729.4%、306.7%。生物炭添加对N_(2)O累积排放量存在一定影响,与B0处理相比,低水含量下,B1处理累积排放量增幅为3.4%~20.6%,高水含量增幅为46.5%~535.6%。结果显示,土壤盐渍化程度越高则N_(2)O累积排放量越低,土壤水分在N_(2)O排放中占据主导作用,土壤含水量越高则N_(2)O累积排放量增幅越大,生物炭单一因素对N_(2)O排放无显著影响,但其与盐分的交互作用对N_(2)O排放有显著影响,生物炭的添加在一定程度上会抑制N_(2)O排放。

不同阳离子组成微咸水灌溉对生菜光合和离子吸收特性的影响

为探究不同微咸水水质对土壤盐分和作物生长的影响,在日光温室条件下,以生菜为供试对象开展盆栽试验,以CaSO_(4)的饱和溶液为对照(CK),向去离子水中添加氯化盐形成不同阳离子组成的微咸水处理(Na^(+),TNa;Na^(+)/K^(+)比为1∶1,TNa-K;K^(+),TK),各处理添加盐分总摩尔量相同,研究灌溉水中不同阳离子组成对土壤盐分、阳离子含量以及生菜光合特性、离子吸收和生长的影响。结果表明:(1)微咸水灌溉下生菜生长季末(播后80天)各处理0—20 cm土壤饱和提取液电导率(ECe)较播种前和播种后50天显著升高,其中,CK处理显著低于其他处理(P<0.05)。土壤pH在不同处理和不同土层深度上差异均不显著(P>0.05)。生长季末土壤盐分阳离子大多积累在表层,与盐分分布一致。(2)与CK相比,单盐离子胁迫(TNa和TK处理)显著降低生菜净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等光合特性(P<0.05),从而降低产量,TNa处理最低;而TNa-K处理光合特性虽显著低于CK处理,但高于TNa和TK处理,说明TNa-K处理的盐分离子组成缓解了单个盐分离子对生菜生长的危害,且生菜产量较TNa和TK处理有所升高,但差异不显著(P>0.05)。(3)与CK相比,TNa和TK分别显著提高生菜叶片中Na^(+)和K^(+)含量;而TNa-K处理叶片Cl-含量虽然高于CK,但显著低于TNa和TK处理(P<0.05)。微咸水中Na^(+)、K^(+)阳离子比为1∶1的盐分组成维持了生菜植株的离子平衡,缓解了单个一价阳离子对生菜生长的盐胁效应,而对于单个离子来说,Na^(+)对生菜的毒害作用明显大于K^(+)。研究结果为微咸水灌溉管理提供科学依据。

基于电导率和结构稳定性阳离子比的微咸水灌溉水质评估方法

电导率(Electrical Conductivity,EC)和结构稳定性阳离子比(Cation Ratio of Soil Structural Stability,CROSS)是评估微咸水对土壤渗透性能影响的重要指标。虽然CROSS全面地考虑了Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)和Mg^(2+)对土壤结构稳定性的复杂影响,但CROSS的离子浓度系数在不同地区的适用性存在差异,有必要根据当地的水质条件确定基于EC和CROSS评估方法的分类标准。该研究旨在分析CROSS替代钠吸附比(Sodium Adsorption Ratio,SAR)评估水质危害的合理性以及其在河套灌区的适用性。在河套灌区不同区域采集73份地下水水样,并采用EC和SAR、EC和CROSS对其进行评估。结果表明,基于2种方法的地下水分类结果中,仅有34.25%的水样分类结果相同,并且不同的CROSS计算方法(基于阳离子相对絮凝能力(Flocculation)的CROSS_(f)、相对分散能力(Dispersion)的CROSS_(d)和优化的(Optimal)CROSS_(opt))在河套灌区的适用性也不相同。建议采用CROSS_(d)或CROSS_(opt),并结合土壤盐分和离子浓度评估河套灌区地下水水质。该评估方法更全面地考虑了地下水和土壤中的离子组成对土壤渗透性能的影响,有效避免了不合理的微咸水利用导致的土壤结构恶化等问题,可为微咸水的安全可持续利用提供理论支撑。