王东旺
石河子大学
博士电子期刊出版信息：年期：2025年第05期 网络出版时间：2025-04-16—2025-05-15
摘要：水是新疆经济社会发展的命脉,南疆绿洲农业区分布于塔克拉玛干大沙漠边缘,降雨少,蒸发强烈,属于典型的“荒漠绿洲、灌溉农业”,受土壤成土母质含盐、微咸水灌溉不合理、地下水矿化度高和蒸降比大等因素影响,土壤次生盐渍化加剧,淡水资源短缺和土壤盐碱化问题制约着新疆绿洲农业的可持续发展。因此,寻求缓解淡水资源短缺,改善土壤盐渍化成为新疆农业可持续发展的重要命题。磁化水灌溉技术作为一种新的农业灌水技术,在微咸水磁化利用和盐碱地改良领域展现出巨大的应用前景,但目前磁化微咸水的理化特性变化规律、磁化水滴灌对土壤微环境变化及作物增产的适宜指标阈值尚不清楚,磁化水灌溉在农业应用上的理论研究依旧不足。针对以上问题,本论文以南疆沙区磁化微咸水滴灌红枣为研究对象,通过土柱试验和大田试验探究了磁化强度、磁化次数和流速三种因素下微咸水理化性质变化特征规律;开展了一维土柱入渗系统下恒定磁场对不同矿化度微咸水(0.2、1、3、5 g·L-1)磁化入渗试验研究;同时设计磁化次数（1次和2次）和磁化强度(1000 GS（GS为磁感应强度单位,高斯）、2000 GS、3000 GS、4000 GS、5000 GS)2个因素进行裂区实验（其中未磁化处理作对照）,开展磁化组合因子对沙区土壤理化性质及红枣生长机制研究,以探究不同磁化因素下微咸水的理化性质变化特征,明确磁化水对土壤入渗的影响变化机理,阐明磁化微咸水滴灌对南疆沙区土壤理化性质、土壤养分、酶活性和微生物群落结构变化的影响机理,揭示磁化微咸水对南疆沙区滴灌红枣生理生长及产量品质的影响,最终得出磁化微咸水技术应用的机理特性。本文主要研究结果如下: （1）分析了磁化强度、磁化次数和流速对不同矿化度微咸水的理化性质变化特征。磁化处理提升了淡水和微咸水的电导率（EC）、p H值和溶氧量（DO）,降低了其表面张力系数（STC）和粘滞系数（v）。3000 GS磁化处理水的电导率、p H值和溶氧量提升了12.50%～25.62%、2.29%～5.64%和10.46%～13.89%;STC和v值分别降低了2.26%～3.42%和5.64%～8.36%。灌溉水磁化一次和磁化两次后其电导率和p H值显著增加（P<0.05）,而后随磁化次数的增加水溶液电导率和p H值趋于平稳;不同矿化度水溶液的溶氧量随磁化次数呈现逐渐增加的趋势;磁化一次和磁化两次处理水的表面张力系数和粘滞系数均显著降低,而后随磁化次数的增加水表面张力系数和粘滞系数趋于平稳。固定磁化强度为3000 GS时,在0.1～1 m·s-1流速范围内,磁化水电导率、p H、溶解氧、表面张力系数和粘滞系数与水流速度无显著差异。 （2）明确了磁化微咸水对土壤入渗特征的影响变化机理。磁化处理降低了水分的入渗率,延缓了湿润锋运移速度,提升了累积入渗量。相同湿润锋深度磁化处理入渗时间明显大于CK,40 cm处,0.2、1、3、5 g·L-1的磁化水入渗用时相比CK分别增加17.42%、42.16%、47.02%、39.19%,累积入渗量分别增加7.88%、8.09%、10.60%、5.38%。磁化微咸水入渗增加了土壤中上层的保水能力,且有效降低了土层土壤含盐量,脱盐效果显著;一维土柱入渗试验得出土壤剖面盐分出现下层盐分增加上层盐分降低的“L”型向下增加的趋势;相同矿化度下磁化处理土壤脱盐率、脱盐强度和淋洗效率均大于CK处理,矿化度3 g·L-1时磁化水入渗土壤脱盐强度最大;磁化水处理土壤盐分淋洗效率分别增加0.56%、2.05%、11.80%和4.70%。 （3）阐明了磁化微咸水滴灌对南疆沙区土壤理化性质和土壤养分的影响。磁化水灌溉降低了土壤容重（0.014～0.105）,增加了土壤总孔隙度（1.99%～12.83%）,改变了土壤颗粒粒径组成比例,表现为砂粒平均含量降低,粉粒含量增加,粘粒含量增加,其中粒径<0.02 mm的粘粒百分比含量改变幅度最大;磁化水灌溉土壤中上层p H值降低（1.38%～13.10%）。磁处理微咸水滴灌降低了水分运移速率,提高了土壤的持水能力,相比CK处理,磁化水灌溉土壤平均体积含水率增加9.8%～38.6%;磁化水灌溉增强了对土壤盐分的淋洗,降低了土壤的积盐率,降低了土壤钠吸附比,改变土壤盐基离子比例,磁化水灌溉对土壤中Na+、Cl-和SO42-的淋洗程度更大。磁化水灌溉耕作层土壤中总氮含量降低,总碳、铵态氮、硝态氮、有效磷和有效钾含量呈现增加趋势。 （4）分析了磁化微咸水滴灌对南疆沙区土壤酶活性和微生物群落结构的影响。磁化水灌溉提升了土壤中蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶的活性,降低了硝酸还原酶和固氮酶的活性;相比CK处理,磁化水灌溉土壤中真菌和细菌的分类单元总数分别增加30.77%～130.77%和6.32%～39.65%。磁化微咸水灌溉对土壤真菌和细菌Alpha多样性指数影响显著;磁化水灌溉下真菌的Chao1指数、Observed＿species指数和Shannon指数显著增加（P<0.05）,细菌的Chao1指数、Faith＿pd指数、Observed＿species指数和Shannon指数显著增加（P<0.05）,Goods＿coverage指数显著降低、Pielou＿e指数变化不明显;磁化水灌溉促使了土壤中真菌和细菌等微生物多样性增加,丰富了土壤中微生物群落结构。 （5）揭示磁化微咸水对南疆沙区滴灌红枣生理生长及产量品质的影响。磁化水灌溉促进了枣树新梢梢长、梢径、枣吊长度、枣吊直径及干物质的累积,增加了枣树细根的根长密度、根表面积密度和根系生物量密度。磁化水灌溉增加了枣树叶片SPAD值、Pn、Tr、Gs和LWUE,降低了枣树叶片的胞间CO2浓度。磁化水灌溉提升了枣树的座果率、果形指数、单果重和产量,相比CK处理,磁化水灌溉提升了红枣的单果重（13.96%～47.55%）和总产量（6.56%～32.39%）。磁化水灌溉提升了红枣的总糖、维生素C和可溶性固形物,降低了果实的总酸含量。综合分析表明磁化2次、磁化强度4000 GS综合得分最高,未磁化处理（CK）综合得分最低,表明当磁化强度为4000 GS,磁化次数为2次时对红枣产量品质的影响最显著。 本论文以磁化水理化性质变化及磁化水滴灌土壤入渗特征变化为切入点,全面探究了磁化微咸水的淋盐增效机理特性。分析了磁化微咸水滴灌对土壤理化性质、养分、酶活性及微生物群落的影响,明确了磁化微咸水滴灌对土壤理化特性和作物生长最优磁场强度及磁化次数,确立了磁化水灌溉下磁化因子的最优组合,系统阐明了磁化微咸水滴灌对红枣产量品质的影响。开展磁化微咸水对南疆沙区滴灌红枣水盐运移特性影响机制研究,对缓解新疆水资源紧缺矛盾,提高农业水资源利用效率、改善灌溉水水质、增加非常规水（微咸水）利用、盐碱地改良以及枣树增产、增效、品质提升具有重要的现实意义。
