微生物菌肥对盐碱地不同作物节水效应研究_郭鹏程.pdf
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1、收稿日期:20221106基金项目:国家重点研发计划项目(2021YFC3201302);中国博士后科学基金资助项目(2021M701374);黄河设计院自主研究开发项目(2021KY024)作者简介:郭鹏程(1981),男,河南浚县人,正高级工程师,主要从事生态修复与水资源保护研究工作通信作者:轩晓博(1979),男,陕西兴平人,高级工程师,研究方向为农业水土资源开发与保护E-mail:xbxuan 126com【节水灌溉】微生物菌肥对盐碱地不同作物节水效应研究郭鹏程1,2,轩晓博1,2,封硕1,鲍珊珊2,裴向阳2(1黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 450003;2水利部黄河流域
2、水治理与水安全重点实验室(筹),河南 郑州 450003)摘要:为探究微生物菌肥对盐碱地农业节水的影响作用,在黄河上游的河套灌区开展田间小区试验,选取向日葵和玉米作为典型作物,采用有底测坑装置控制地下水水位,分期精确调控灌水量。通过设置不同节水梯度,研究了施用微生物菌肥对土壤含水率、土壤孔隙度、土壤容重、作物产量的影响。结果表明:在施用微生物菌肥、生长期灌溉水量较常规节约 10%的情况下,土壤的含水率均有所提升,变化幅度为 10%16%,土壤孔隙度和容重变化不明显,土壤保水性有所增强,向日葵增产率达 25%,玉米增产率达284%,农作物品质变化不明显。关键词:河套灌区;盐碱地;微生物菌肥;节水
3、中图分类号:Q93996文献标志码:Adoi:103969/jissn10001379202307023引用格式:郭鹏程,轩晓博,封硕,等微生物菌肥对盐碱地不同作物节水效应研究 J 人民黄河,2023,45(7):125129esearch on Water-Saving Effect of Micro-Organism Agents on Different Crops in Saline-Alkali LandGUO Pengcheng1,2,XUAN Xiaobo1,2,FENG Shuo1,BAO Shanshan2,PEI Xiangyang2(1Yellow iver Engine
4、ering Consulting Co,Ltd,Zhengzhou 450003,China;2Key Laboratory of Water Managementand Water Security for Yellow iver Basin,Ministry of Water esources(Under Construction),Zhengzhou 450003,China)Abstract:In order to explore the effect of microbial inoculants on agricultural water saving in saline alka
5、li land,a field plot experiment wascarried out in Hetao irrigation area on the upper reaches of the Yellow iver Sunflower and corn were selected as typical crops,and a bot-tomed pit measuring device was used to control the groundwater level and accurately regulate the irrigation volume by stages By
6、setting differ-ent water-saving gradients,the effects of microbial fertilizer on soil moisture content,soil porosity,soil bulk density and crop yield were stud-ied The results show that after the application of microbial fertilizer,when the irrigation water in the growth period is saved by 10%com-pa
7、red with the conventional irrigation,the soil moisture content is increased,with a change range of 10%16%The changes of soil porosityand bulk density are not obvious and waterretaining of the soil is enhanced The yield increase rate of sunflower is 25%,the growth rate ofcorn is 284%and the change of
8、 crop quality is not obviousKey words:Hetao irrigation area;saline-alkali land;microbial fertilizer;water-saving黄河流域水资源自然禀赋条件较差,水资源短缺是流域最大的矛盾。黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略提出,把水资源作为最大的刚性约束,全面实施深度节水控水行动,坚持节水优先,落实以水定城、以水定地、以水定人、以水定产举措。统计数据显示,2020 年黄河流域农业用水占比高达 653%1。大规模的农业用水,伴随着较低的用水效率,已成为当前黄河流域农业灌溉面临的最大困境和挑战,也
9、进一步加剧了黄河流域的水资源短缺状况。因此,在黄河流域强化农业节水增效、发展高效节水农业,已成为水资源管理十分迫切的要求。河套灌区位于我国西北内陆,地处黄河上游段,属我国三大灌区之一。河套灌区是黄河流域的用水大户,对黄河的依赖程度高,属于没有黄河便没有农业的地区。灌区年引黄水量约 50 亿 m3,占黄河过境水量的 1/7。由于灌区地势低,处于断陷盆地,长期灌排不配套,地下水矿化度高、含盐量大,加之气候干旱,蒸腾作用大,盐分于地表聚集,导致土壤积盐23,使河套灌区成为内蒙古盐渍化土壤主要分布区之一,也是我国西北最主要的农耕区与生态脆弱区。目前河套灌区耕地盐碱化面积 394 万 hm2,占耕地面积
10、的 686%,以中重度盐碱化为主4。灌区引黄水主要用途:一部分用于秋浇春灌,压洗耕作层土壤盐分,为农业生产创造良好的土壤条件,这部分用水量相对较大;另一部分,用于农作物的正常生长期耗水。近些年河套灌区针对521第 45 卷第 7 期人民黄河Vol45,No72023 年 7 月YELLOWIVEJul,2023节水开展了大量的工作,实施了一大批节水工程,虽然取得了较为显著的成效,但仍存在许多“瓶颈”问题。与其他区域不同的是,河套灌区土壤盐碱化的问题长期存在,为了保障国家粮食安全,降低盐碱土对农业生产的影响,普遍采用大水压盐的方式来改善耕作条件,这可从近几年该地区用水量居高不下、实际引黄水量超过
11、额定分配指标得到佐证。节水与抑盐之间的矛盾始终存在,土壤盐碱化是灌区节水的主要限制性因素,节水工作遇到了前所未有的挑战。因此,需另辟蹊径,从根本上解决问题,“节水先治土,治土先盐碱”逐渐成为该地区破解节水难题的基本共识。从 20 世纪至今,全球的专家学者对改良盐碱土壤的措施和机制研究取得了显著的成果,其中部分措施方案例如微生物菌剂在实际应用中已经起到了良好的效果并得到推广5。采用微生物技术治理盐碱化土地,通过有益微生物活化土壤中被固化的养分,改善土壤团粒结构,不仅可以增强土壤的保水性,降低灌溉用水量,还可减少化肥施用量,同步实现节水、抑盐、减污等多重目标。为深入研究微生物技术在河套灌区农业节水
12、中的实际应用效果,本课题组在灌区开展 3 期(3 a)田间试验,验证该技术推广的可行性和有效性,以期为河套灌区农业节水开辟新的途径,有力助推黄河流域生态保护和农业高质量发展。1试验内容11试验区概述试验区(东经 10724、北纬4046)位于河套灌区中部曙光试验站,土壤属于轻度盐碱土,试验小区土壤容重143180 g/cm3;土壤耕作层(040 cm)有机质含量为8031129 g/kg、全氮含量为059075 g/kg、全磷含量为017043 g/kg、全钾含量为 11861872 g/kg、全盐含量为 075282g/kg、pH 值为 759845。试验区共有 6 组样地测坑,测坑设有遮雨
13、棚,试验田不接受自然降水,如图 1 所示。每组测坑面积 2 m33 m=66 m2,测坑地下室装有地下水位控制和土壤溶液提取装置,装有 6 套玛利奥托瓶,采用当地地下水补充瓶中水分,根据研究需要精确调控地下水埋深,准确测量每日地下水补给量。本研究所有试验地下水埋深控制在 15 m。图 1试验区标准测坑装置12材料与方法作物选择当地盐碱地适生作物向日葵(品种SH363)、玉米(品种西蒙 568);试验所需常规肥料为磷酸二铵、硫酸钾、尿素,微生物菌肥选用 ETS。土壤理化指标和养分状况于向日葵和玉米播种前、收获后各测定 1 次;采用水泵、水表定量控制灌溉水量并记录灌溉的时间等。每个生育期测定作物株
14、高、茎粗、叶面积;向日葵分为地上(秆径)和地下(根系)2部分分别收取样品,称量各部分鲜重。植物样品在105 杀青30 min 后75 烘至恒重,称其干重。记录作物收获株数,籽粒自然晾干后称重,从而折算出产量。13试验设计本次试验常规化肥施用量以当地往年经验为标准(磷酸二铵 300 kg/hm2、硫酸钾 150 kg/hm2、尿素405 kg/hm2),微生物菌肥用量按前期试验最佳施用量设定(见表 1、表 2),向日葵和玉米分别设置 3 种不同节水处理试验。其中:向日葵试验组分别记为节水 10%(CT1)和节水20%(CT2),固体微生物菌肥于播前一次性施入,液体微生物菌剂分2 次随水施入(第
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