磁化微咸水对土壤水、盐分布及番茄产量的影响

郑剑超，陈烨华

（新疆生产建设兵团第十二师农业科学研究所，新疆 乌鲁木齐 830088）

我国西北干旱和半干旱地区光热资源丰富，适合大力发展设施农业，但有限的水资源是限制绿洲农业可持续发展的重要因素[1]，因此设施农业常利用地下微咸水进行灌溉。而设施农业复种指数高、肥料用量大等特点，外加长期微咸水灌溉，易导致土壤酸化、次生盐渍化、养分不平衡及养分利用率低等问题更加严重[2-3]。磁化水是指将普通水以一定流量、流速流经磁场，水体垂直切割磁力线产生电磁感应，在磁能作用下水的性能发生变化[4-5]。上世纪70年代，我国便开展了农业磁化水灌溉技术，该技术是一种新型农业物理技术，在改善蔬菜生理机能和土壤质量上应用广泛。磁化水灌溉不仅能降低盐碱土的分子势能和毛管势能，还可提高盐碱土的渗透系数、矿物质盐的溶解能力及土壤中交换性离子的释放量，减少土壤水分的蒸发与消耗，进而改善土壤理化性质，防止土壤次生盐渍化。利用这一技术，前人在大豆、水稻、小麦和玉米等作物上取得显著效果[6-9]，但在设施番茄的研究上仍存在不足，其中微咸水灌溉条件下番茄产量和土壤水盐运移规律的研究较少，本文通过研究磁化微咸水对设施番茄生长发育、产量及土壤水盐变化的影响，为磁化微咸水灌溉在设施农业上的应用提供一定科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2020年于新疆建设兵团第十四师四十七团日光温室进行试验，参试品种为“金鹏M6088”和“园艺504”。设置2种灌溉处理：（1）常规灌溉（CK），正常微咸水灌溉；（2）磁化微咸水灌溉（MBW），用内磁式磁化器（磁场强度3000Gs，管径50mm，包头鑫达磁性材料厂生产）对微咸水进行磁化处理后再灌溉。采用随机区组设计，各处理面积25m2。栽培土壤为黄沙土，灌溉微咸水矿化度在2.5～3.5g·L-1之间。行距（80＋40）cm，株距35cm。于1月14日苗龄60d左右，定植，单干整枝吊蔓栽培模式，南北向垄栽。6月15日罢园。

1.2 测定项目

1.2.1 叶绿素含量（用SPAD值表示）和氮含量

各处理随机选取10株挂牌，分别在定植时及定植后的20、50、80和110d测量其株高和叶片数。在结果盛期用叶绿素仪测各处理倒3叶的SPAD值、用TYS-3N植株养分测定仪氮测含量。

1.2.2 土壤含水率

分别在定植后的缓苗期、初花期、结果期等关键时期，于滴灌后第三天取0～30cm的混合土样，烘干法测定其含水率。

1.2.3 土壤盐分及盐离子含量

在定植前（1月10日）及收获后（6月16日），钻取0～30cm土层土样风干后过1mm和0.25mm筛，利用离子色谱仪、电感耦合等离子发射光谱、DDSJ-308A型电导率仪、梅特勒G20型电位滴定仪测定土壤总盐及CO32-、Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、Mg2+、K+、Na+等盐离子的含量。

1.2.4 Logistic模型

Logistic模型蕴藏着很多生物生态学特性信息，利用这些信息参数能较好地解析株高增长特点，并使之定量化。Logistic生长函数模型y＝k/[1＋e（a＋bt）]，式中y为株高，k为相应的理论最大值，t为定植后的天数，a、b为待定系数。分别对方程求1阶、2阶和3阶导数，可得相应生长曲线特征值：进入快速增长期时间拐点t1＝（a－1.317）/b；结束快速增长期时间拐点t2＝（a＋1.317）/b；最大生长速率Vm＝－bk/4；最大生长速率出现时间t0＝－a/b；快速增长持续时间Δt＝t2－t1；快速增长期生长特征值GT＝－bkΔt/4，GT为生物量积累已达到最大积累量的65.0%以上。

1.3 数据分析

采用Excel 2010和DPS 7.05进行数据整理和分析，Duncan新复极差法进行差异显著性检验，相关数据用平均值±标准误差表示。

2 结果分析

2.1 磁化微咸水对番茄株高动态增长模型参数特征值的影响

番茄株高增长随定植时间的推移总体呈缓增-快增-缓降的“S”型曲线变化趋势，用Logistic生长函数模型进行拟合，其拟合程度显著相关。如表1所列可知，“金鹏M6088”磁化处理相较常规灌溉进入快速增长期起始时间相同；最大生长速率出现时间早1d；结束快速增长期时间拐点早3d；最大生长速率和快速增长期生长特征值分别高7.69%和4.34%。“园艺504”磁化处理相较常规灌溉进入快速增长期起始时间和最大生长速率出现时间相同；结束快速增长期时间拐点晚1d；最大生长速率和快速增长期生长特征值分别高1.84%和3.85%。结果说明磁化水可提高番茄株高最大生长速率和快速增长期生长特征值，促进植株生长发育。

表1 株高动态增长模型参数特征值Tabble 1 Parameters characteristic value of dynamic growth model in plant height

2.2 磁化微咸水对番茄叶片生长的影响

如图1所示可知，磁化水灌溉对番茄叶片影响显著，定植时，两品种间及处理间叶片数差异均不显著；定植后，“金鹏M6088”叶片数显著高于“园艺504”；“金鹏M6088”在定植后20、50、80和110d，其磁化处理较常规灌溉叶片数分别多12.98%、4.30%、7.14%和6.56%；“园艺504”在定植后20、50、80和110d，其磁化处理较常规灌溉叶片数分别多4.59%、5.45%、11.34%和10.28%。说明磁化水灌溉可显著增加番茄叶片数，提高其生长速度。growth of tomato

图1 磁化水灌溉对番茄叶片生长的影响Figure 1 Effects of magnetized water irrigation on leaf

2.3 磁化微咸水对番茄叶片SPAD值和氮含量的影响

叶片SPAD值是衡量叶片叶绿素含量大小的数值，而叶片叶绿素含量是反映叶片生理活性的重要指标之一，与叶片光合作用密切相关。如表2所列可知，相同灌溉模式下品种间SPAD值和氮含量的差异不显著。“金鹏M6088”和“园艺504”磁化处理后的SPAD值分别比常规灌溉显著高14.43%和12.32%，磁化处理后的氮含量分别比常规灌溉显著高8.56%和6.79%。结果表明磁化水灌溉可显著提高叶片SPAD值和氮含量，增加植株光合效率，利于光合产物的积累。

表2 磁化水灌溉对番茄叶片SPAD值和氮含量的影响Table 2 Effects of magnetized water irrigation on SPAD value and nitrogen content of tomato leaves

2.4 磁化微咸水对土壤脱盐的影响

如表3所列可知，常规微咸水灌溉在番茄种植结束后全盐量增加11.76%，其中Cl-、SO42-、HCO3-、K+和Na+分别增加2.5%、21.28%、13.33%、9.38%和13.60%，Mg2+和Ca2+没有变化；而磁化水灌溉在种植结束后可降低土壤全盐量，脱盐率为31.25%，其中Cl-、SO42-、HCO3-、Ca2+、K+和Na+在磁化处理后分别降低52.35%、35.71%、19.05%、70%、73.42%和43.15%，而Mg2+没有变化。说明磁化水灌溉可有效降低长期微咸水灌溉下的土壤盐分含量，盐随水走，更多盐分可能被淋洗到耕作层以下。

表3 磁化水灌溉对土壤脱盐的影响Table 3 Effects of magnetized water irrigation on soil desalination

2.5 磁化微咸水对土壤含水率的影响

如图2所示可知，定植时两处理间差异不显著，但在定植后20、51、80和112d时，磁化水灌溉土壤含水率比常规灌溉分别增加11.03%、8.93%、11.42%和7.78%，且差异均显著。说明番茄生长发育的关键时期磁化水灌溉对土壤含水率影响显著。

2.6 磁化微咸水对番茄产量及产量构成因素的影响

如表4所列可知，磁化水灌溉对番茄产量及产量构成因素影响显著。“金鹏M6088”和“园艺504”磁化处理的单株结果数和产量比常规灌溉分别高8.48%、5.69%和18.32%、17.79%，且差异显著。其中“园艺504”磁化处理的单株结果数和产量的增加比“金鹏M6088”更为显著，说明“园艺504”对磁化水灌溉较为敏感。

表4 磁化水灌溉对番茄产量及产量构成因素的影响Table 4 Effect of magnetized water irrigation on yield and yield components of tomato

3 结论与讨论

在磁能作用下水的性能发生变化，水的缔和状态由原来较大的分子团变为体积较小的分子团和单个分子，由于其体积变小，活动更灵活，对养分和水的输送能力增强，从而促进植株的新陈代谢，更有利于植物生长发育；同时，磁化水的含氧量、渗透性、扩散能力、光吸收特性等都增大，对植物生物膜的渗透力增强，根系吸收力也相对提高[10-12]。

本研究表明，磁化水灌溉可提高番茄株高最大生长速率和快速增长期生长特征值，促进植株生长发育。

磁化水的盐分淋洗效果显著，其脱盐率达31.25%，这与郑德明等[13]、张瑞喜等[14]和卜东升等[15]的研究结果一致。土壤盐分含量显著降低，可减轻作物受到的盐害胁迫程度，在一定程度上增强作物的生理活性，同时降低土壤盐分积累，有利于作物产量的提高和设施农业可持续发展。因此，在长期微咸水灌溉下，利用磁化处理可起到事半功倍的效果。

磁化水灌溉和常规灌溉相比，土壤含水率提高，这与Surendran等[16]、Khoshravesh等[17]和王全九等[18]的研究结果一致。土壤含水率增加，可能是因为水经过磁化后，可加速土壤中矿物质晶体的形成，从而增加了土壤的渗透压；同时，磁化后连接水分子之间的氢键断裂，大分子团簇变成二聚体或单个水分子，水分子更易附着在土壤颗粒表面、更易渗透到土壤颗粒间隙中。

本研究中，“金鹏M6088”和“园艺504”磁化水灌溉产量分别提高5.69%“和17.79%，与王洪波等[19]、张佳等[20]和王渌等[21]的研究结果一致。磁化水灌溉显著降低土壤盐分，提高土壤含水率，加速对土壤养分溶解，提高作物对养分的吸收，这些因素的相互作用，对作物生长发育和产量形成起到很大的促进作用。