膜下滴灌对耕地土壤质量的影响及可持续性研究

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，也是土壤养分的储存库和土壤微生物的生境，其组成和稳定性反映了土壤肥力的实质水平，影响着土壤养分含量、有机质水平和土壤微生物活性，对协调土壤肥力状况、改善土壤耕性等有着重要作用。因此，团聚体是土壤肥力的重要载体，团聚体含量常常被作为衡量土壤肥力水平的重要指标。近年来，膜下滴灌技术研究与应用趋于成熟，但是在生产实践中还缺乏系统的灌溉指标及其对土壤可持续性影响的研究。如何利用膜下滴灌技术指标维持土壤团聚体稳定，促进土壤质量提升是膜下滴灌技术研究尚待解决的理论问题。干热河谷农业区受干旱胁迫影响，土壤结构性差、土壤退化严重制，约着区域农业高效发展。因此，本研究在膜下滴灌不同灌水下限条件下探讨了土壤团聚体组成及其稳定性、土壤水热特性、有机质、pH、盐分含量的变化规律，明晰膜下滴灌对干热河谷土壤团聚体稳定性的影响机制，明确最有利于维持土壤团聚体稳定的灌溉指标，以期为干热河谷农业水分管理和土壤可持续利用提供科学理论依据。本研究以连续5年不同灌水下限RWC85%（当地常规灌溉，相对含水量为85%，I1）、RWC70%（相对含水量为70%，I2）、RWC55%（相对含水量为55%，I3）下的膜下滴灌农田土壤为研究对象，分析了灌水下限对土壤团聚体组成及其稳定性、土壤水热特性、有机质、pH、盐分含量的影响。结果表明：

（1）自然条件下，旱季0～20cm土层土壤干湿交替强度为10.06%～22.70%，20～40cm土层土壤干湿交替强度为13.85%～19.69%，雨季0～20cm土层土壤干湿交替强度为16.65%～27.85%，20～40cm土层土壤干湿交替强度为18.26%～21.84%；每年I10～20cm土层土壤经历7次干湿交替，干湿交替强度为18.24%～24.13%，20～40cm土层土壤干湿交替强度22.43%～24.85%；每年I20～20cm土层土壤经历13次干湿交替，干湿交替强度为16.56%～20.37%，20～40cm土层干湿交替强度为20.50%～22.18%；每年I30～20cm土层土壤经历13次干湿交替，干湿交替强度为15.86%～22.74%，20～40cm土层干湿交替强度为22.58%～26.45%。

（2）自然条件下，0～20cm土层年土壤日平均温度为25.23℃，I1、I2、I30～20cm土层年土壤日平均温度分别为23.15℃、23.55℃、23.16℃。I00～20cm土层土壤日均温差为7.24℃，I1、I2、I30～20cm土层年土壤日均温差分别为5.11℃、6.59℃、8.08℃。可见，不同处理的年土壤日平均温度相似，年土壤日均温差大小为I3＞I2＞I1。

（3）2019年5月作物收获后采用湿筛法分析各处理土壤团聚体组成得到，I1处理耕作层土壤＞0.25mm水稳性大团聚体含量最高，并且显著高于I2处理，I2与I3处理间差异均不显著；I1处理耕作层土壤1～2mm和0.5～1mm团聚体含量均显著高于I2和I3处理，I2和I3处理间差异均不显著，各处理间＞5mm、2～5mm和0.25～0.5mm粒径团聚体含量差异均不显著。分析各土层发现，0～20cm土层处理间变化趋势与耕层相似，20～40cm土层各处理间各粒级团聚体含量差异均不显著。这说明灌溉方式通过改变0.5～2mm团聚体含量进而影响耕作层水稳定性土壤团聚体含量，I1处理增加0.5～2mm团聚体含量进而提高耕作层水稳定性大团聚体含量，增强了耕作层土壤团聚体水稳定性。灌溉方式对耕作层团聚体组成的影响主要作用于0～20cm土层0.5～2mm粒径团聚体。

（4）I1处理耕作层土壤有机质含量显著高于I2和I3处理，比I2、I3处理分别高1.51g·kg-1、1.56g·kg-1，I2和I3处理间差异不显著。分层分析发现，I1处理0～20cm土层土壤有机质含量显著高于I2和I3处理，比I2、I3处理分别高1.63g·kg-1、1.44g·kg-1，I2和I3处理间差异不显著；I1处理20～40cm土层土壤有机质含量较高，比I2、I3处理分别高1.38g·kg-1、1.67g·kg-1，但差异不显著。土壤活性有机碳含量为0.0057～0.0064g·kg-1，活性有机质占总有机质的比例为0.08%～0.11%，灌溉处理对耕作层土壤活性有机质含量影响不显著，但I1处理明显降低了耕作土壤活性有机质的比例。由此可见，灌溉方式对耕作层土壤有机质含量的影响主要在0～20cm土层，I1处理提高土壤总有机质含量，却降低土壤活性有机质的比例，短期I1灌溉方式能提高土壤有机质，改善土壤质量，但长期不施用有机肥的情况下，土壤有机质含量特别是活性有机质含量会呈现下降趋势，最终会加速土壤退化。(www.xing528.com)

（5）I1、I2和I3处理对土壤耕作层、0～20cm、20～40cm土层土壤pH影响不显著，I1处理的土壤pH较低。I1处理耕作层土壤EC显著高于I2和I3处理，I2与I3处理间耕作层土壤EC差异不显著。I1、I2、I3处理间0～20cm、20～40cm土层土壤EC差异均不显著。灌溉处理对耕层、0～20cm土层土壤交换性盐基离子Mg2+、Ca2+、K+、Na+均没有显著影响，I320～40cm土层土壤交换性盐基离子Na+含量显著高于I1、I2处理。

（6）通过方差分析发现，灌溉方式对土壤EC、Na+、Mg2+、SEB、＞5mm团聚体、2～5mm团聚体、1～2mm团聚体、0.5～1mm团聚体、＞0.25mm团聚体有显著影响，耕作年限对土壤EC、Ca2+、K+、Na+、Mg2+、SEB、比值、＞5mm团聚体、2～5mm团聚体、0.25～0.5mm团聚体、＞0.25mm团聚体影响显著，灌溉方式与种植年限之间的交互作用对土壤pH和有机质影响显著。

（7）相关关系分析发现，pH与有机质含量极显著相关；＞0.25mm土壤团聚体总量与EC、土壤有机质、Ca2+、Mg2+、交换性盐基离子总量呈极显著的正相关关系，相关系数分别为：0.307、0.259、0.202、0.239、0.209。说明EC、土壤有机质、Ca2+、Mg2+、交换性盐基离子总量是影响干热河谷土壤团聚体稳定性的主要因素。通径分析发现，土壤因子对＞0.25mm水稳定性团聚体总量直接作用系数的大小为：Mg2+＞Ca2+＞EC＞SOC＞比值＞K+＞SEB＞Na+＞pH，其中Mg2+、Ca2+、EC、SOC、比值、K+、SEB对＞0.25mm水稳定性团聚体总量直接作用系数为正，Na+、pH对＞0.25mm水稳定性团聚体总量直接作用系数为负。Mg2+对团聚体稳定性的直接作用系数与作用系数总和为0.647，是所有影响因子中最大的；Ca2+、EC、SOC对团聚体稳定性的作用系数总和分别为0.346、0.209、0.100。Ca2+是对团聚体稳定性的直接作用系数仅次于Mg2+的重要因素。

可见，常规灌溉为土壤提供适宜的水热条件和干湿交替强度（调控农田土壤水分为18.24%～24.13%）、适当增加SOC含量和EC值、降低Na+，促进＞0.25mm水稳定性团聚体总量及其稳定性提高。在有机质含量极低的干热河谷区，有机质（有机胶结剂）对土壤团聚体的形成及稳定的作用较弱，Mg2+、Ca2+等无机胶结剂是干热河谷土壤团聚体形成及稳定的主导因子。科学施用有机肥和钙镁肥可以预防土壤酸化、改良土壤结构、调节土壤盐分，可能是预防干热河谷区连作障碍的有效方法之一。