2.1 不同灌水条件下土壤水分变化特征
枸杞土壤水分变化主要集中在20—60 cm土层。由图1可知,在20 cm土层灌水前10 d时各处理的土壤含水量分别是17.8%,15.36%,15.99%,20.3%,15.71%,灌水1 d后土壤含水量明显增加,从灌水后1~3 d开始降低,随后趋于平稳。W4处理土壤含水量最高,平均为20.41%,方差分析显示(表3)与其他处理差异极显著(p<0.01); W1处理变化最平稳,灌水前后含水量仅差0.18%; W2,W3,W5处理趋势基本一致。40 cm土层在灌水1 d后含水量也是逐渐增加,从灌水后1~3 d缓慢下降,随时间的推移至灌水后5 d时W1,W3,W5处理继续下降,而W2,W4处理含水量增加,并且水分下移明显,不同处理40 cm土层含水量较20 cm土层分别增加17.17%,3.72%,15.24%,1.81%,7.40%,W1,W4处理与W2,W5处理差异极显著(p<0.01),与W3处理差异显著(p<0.05)。60 cm土层土壤含水量稳定在20.0%~26.0%,各处理随灌水后时间的推移变化逐渐平缓,处理间差异极显著(p<0.01)。总的来看,不同处理土壤含水量随着深度的增加而增加,不同土层含水量随着灌水后时间的推移呈先降低再增加的趋势,W4,W1处理含水量最高,W3处理变化最平缓,W2,W5处理波动性变化含水量最低。原因是7月22日W4,W1处理灌水定额分别为300,225 m3/hm2,灌水后除植株吸收部分水分后土壤含水量表现充足,而W2处理单次灌水定额为450 m3/hm2,灌水后土壤含水量降低的原因可能是蒸发损失所致,由此可见灌水量太大或太小均会影响土壤含水量的高低,适度的灌水量有利于植物吸收及土壤蓄水。
2.2 不同灌水量对土壤剖面碱解氮的影响
水分与养分的迁移有着密切的关系,碱解氮在土壤中具有不稳定性,易受土壤水热条件影响。由图2可知,各处理剖面碱解氮变化主要集中在0—40 cm耕作层。灌水前,20 cm土层W4处理碱解氮含量最高,W1处理次之,与灌前含水量变化特征一致,其他处理随灌水量的减少而降低。灌水后1 d,各处理20 cm土层碱解氮相比灌前有所增加,增幅分别为1.21%,16.87%,6.26%,7.85%,383.06%,W5处理增加最明显,究其原因可能是7月中下旬枸杞长势已经稳定,高灌水量容易造成养分向深层移动,导致淋失,而低灌水量在灌后短时间内土壤养分受水分的影响在作物根层达到集聚状态。这与史宏志等[28]研究不同灌水定额对烟株圆顶时期0—20 cm土层碱解氮含量的变化结果有相似之处。灌水后3 d,各处理的变化趋势逐渐趋于平稳且差异较小。灌水后5 d,W5处理碱解氮在土壤剖面波动性较大,呈“M”形趋势,W1,W2,W3处理缓慢下降,W4处理以40 cm土层为拐点抛物线形下降。整体而言,随着灌水量的减少,0—20 cm土层碱解氮呈先增加后降低再增加的“N”形趋势,40—100 cm土层恰好相反,表明随着灌水量的减少土壤中碱解氮向深层迁移的量相应减少,这就有利于降低氮素向土壤深层迁移进入地下水对水环境带来潜在的威胁。灌水前后W1处理碱解氮20 cm土层无明显变化,灌水后1~5 d的均值为66.3 mg/kg与灌前数值相等,40—60 cm土层逐渐减少,下移至80 cm出现累积; W2,W3处理除灌水后20 cm碱解氮平均增加29.35%,6.26%外,40—80 cm土层随时间的推移而降低; W4,W5处理不同土层碱解氮在灌水后1~5 d呈“V”形趋势,W4处理60—100 cm累积量低于灌前。方差分析表明,不同灌水量下各处理间不同土层碱解氮含量没有显著性差异(表3),W2处理20 cm土层碱解氮含量最高,达71.6 mg/kg,W4,W5处理40—100 cm剖面均值最高,分别为38.8,28.9 mg/kg。
表3 不同灌水量下20-60 cm土壤含水量及有效养分统计分析情况
2.3 不同灌水量对土壤剖面有效磷的影响
由图3可知,灌水前后各处理有效磷的变化同样分布在40 cm以上土层,其中20 cm土层含量最富集,60—100 cm土层基本无变化。灌水前,20 cm土层有效磷随着灌水量的减少逐渐增加,W5处理土壤有效磷含量最高,相比W1,W2,W3,W4处理依次高出4.34,1.84,1.17,1.10倍。灌水后1 d,各处理土壤有效磷明显增加,平均增幅为1.22~6.12倍。灌水后3 d,各处理有效磷逐渐下降,至灌水后5 d时,W1处理继续保持下降趋势,而其他处理又出现增加的趋势,增幅为2.24~3.74倍。随着灌水量的减少,各处理0—20 cm土层有效磷呈先增加后下降再增加的“N”形趋势,40—100 cm土层基本上先降后增。随着灌水后时间的推移,W5处理有效磷最高,在灌后5 d,0—100 cm土层平均含量为103.1 mg/kg,其次是W2处理,而W1处理有效磷最低,平均含量仅29.9 mg/kg。可见,过量灌水有可能造成磷在土壤中的亏缺范围和亏缺强度加大,相反控制灌水量可使土壤磷的扩散受到抑制,在土体中的移动性下降,积累量反而增多。这与谷秋荣等[29]的研究结果一致。方差分析表明(表3),不同处理有效磷无显著差异,W2,W5处理20 cm土层有效磷含量最高,分别为162.6,157.1 mg/kg,W4,W5处理40—100 cm剖面均值最高,分别为46.5,59.1 mg/kg。
2.4 不同灌水量对土壤剖面速效钾的影响
由图4可知,灌水对速效钾在土壤剖面分布的影响较复杂,主要运移范围不同于土壤碱解氮和有效磷,其随土层的加深呈波动性变化,峰值拐点不同。灌水前,W4,W5处理0—100 cm土层速效钾含量最高,均值达到453,431 mg/kg,较其他处理高出12.83%~38.11%。灌水后1 d,W1,W2,W3,W5处理各土层速效钾含量均增加,只有W4处理20—60 cm土层速效钾下降。随着土层深度的增加W1,W2,W4处理趋势相同,以40 cm和80 cm土层为拐点呈先减少后增加再减少的趋势,而W3,W5处理同样以80 cm土层为拐点先增加后减少,表明不同灌水量滴灌后土壤中的速效钾从80 cm土层向下深度开始降低。灌水后3 d,不同处理速效钾出现下降趋势,尽管W1处理0—40 cm土层和W3处理0—20 cm土层速效钾略有增加,但幅度较小基本与灌水后1 d持平。灌水后5 d,各处理不同土层速效钾继续保持下降趋势,W4,W5处理变化平稳、差异较小,W1处理与W3处理除20 cm土层速效钾相差104 mg/kg外,其他土层趋势相同,W2处理随土层加深以80 cm为拐点缓慢增加后逐渐下降,呈抛物线形。随着灌水后时间的推移,各处理速效钾逐渐降低; 随着灌水量的减少,各处理以“W2”,“W4”为拐点呈先增加后降低再增加“N”形趋势。方差分析表明(表3),40 cm土层速效钾含量中W2处理与W3处理差异显著(p<0.05),60 cm土层速效钾含量中W2处理与W3,W4处理差异均显著(p<0.05)。W2处理速效钾最高,W4,W5处理速效钾最低,与碱解氮和有效磷的变化存在差异。
2.5 不同灌水量对枸杞产量及品质的影响
由表4可知,不同灌水量对枸杞产量和品质有显著差异。产量方面,W2,W5处理与W3处理差异显著且产量最高,相比W1处理分别增产21.57%,18.6%。品质方面,各处理间多糖质量分数与总酸质量分数及可溶性固形物无显著差异,但总糖质量分数中W4处理与W2,W3,W5处理差异显著,W2,W5处理总糖质量分数最高,相比W1处理分别增加6.82%,5.68%,甜菜碱含量中W1,W2处理与其他处理无显著差异,但两处理间差异显著,可见调控灌水对枸杞品质的影响程度不同,本文研究结果表明枸杞生育期内调控灌水量可促成枸杞总糖、多糖质量分数的提高,增加产量,这与苏雪玲等[30]对宁夏南梁农场的枸杞研究结果相一致。