摘要
以常规漫灌为对比，分析智能滴灌水肥一体化条件下不同有机物料对土壤物理、化学性质和作物产量的影响，以期为新型智能滴灌水肥一体化技术的应用与推广以及内蒙古引黄灌区改良盐碱地和作物增产提供理论和技术支撑。2023 年 5 月在内蒙古达拉特旗盐碱地开展田间试验，分别在漫灌和滴灌下设置单施化肥（F）、化肥 + 秸秆（FS）、化肥 + 牛粪（FM）、化肥 + 高碳基肥（FH）4 种施肥处理，于 9 月采集 0 ～ 20 和 20 ～ 40 cm 土层土样，分析土壤容重、含水量、pH、电导率（EC）、颗粒有机碳（POC）、硝态氮、有效磷（AP）和速效钾 （AK），探究向日葵产量及其与土壤理化性质的关系。结果表明，相比于漫灌，滴灌显著降低了土壤容重和 EC，增加了土壤含水量、POC、AP、AK 和硝态氮含量，提高了向日葵产量。在智能滴灌条件下，0 ～ 20 cm 土层中 FS 比 F 处理的土壤容重降低 4.1%；FS、FM 和 FH 降低了 23.0% ～ 48.7% 的 EC 和 2.3% ～ 4.4% 的 pH，增加硝态氮含量 36.4% ～ 114.2%；FM 和 FH 增加了 35.0% ～ 43.3% 的 AP、11.7% ～ 14.5% 的 AK 和 23.1% ～ 26.1% 的 POC 含量。在 20 ～ 40 cm 土层中，FS、FM 和 FH 增加硝态氮含量 100.9% ～ 231.5%、AP 含量 5.8% ～ 21.8%、AK 含量 11.9% ～ 19.2% 和 POC 含量 26.7% ～ 29.1%；FM 和 FH 的作物产量增加 20.4% ～ 21.5%。相关分析表明，作物产量与土壤容重和 EC 呈极显著负相关，与含水量、AP、AK、硝态氮和 POC 呈极显著正相关。通过比较内蒙古引黄灌区重度盐碱地下不同灌溉方式和有机物料添加对土壤理化性质和作物产量的影响发现，相比于常规漫灌，采用智能滴灌水肥一体化结合牛粪和高碳基肥能降低土壤容重、pH 和 EC，增加含水量、有效磷、速效钾和硝态氮含量，提高活性碳组分含量，进而提高作物产量。
Abstract
The effects of different organic materials on soil physical and chemical properties and crop yield under the intelligent drip irrigation and fertilizer integration were analyzed as comparing with flood irrigation，in order to provide theoretical and technical support for the application and promotion of new intelligent drip irrigation technology，as well as the improvement of saline-alkali soil and crop yield in the Yellow River diversion irrigation district of Inner Mongolia．A field experiment was carried out in a typical saline-alkali land in Dalate Banner，Inner Mongolia in May 2023．Four fertilization treatments were set up under flood irrigation and drip irrigation，including chemical fertilizer（F），chemical fertilizer with straw（FS），chemical fertilizer with cow manure（FM），and chemical fertilizer with high-carbon base fertilizer （FH）．Soil samples of 0-20 and 20-40 cm soil layers were collected in September 2023．The soil properties such as soil bulk density，water content，pH，electrical conductivity（EC），particulate organic carbon（POC），nitrate nitrogen， available phosphorus（AP）and available potassium（AK）were analyzed，and the relationship between sunflower yield and soil physical and chemical properties was explored．The results showed that compared with flood irrigation，drip irrigation significantly reduced soil bulk density and EC，increased the content of soil water，POC，AP，AK and nitrate nitrogen，and improved sunflower yield．Under intelligent drip irrigation，the bulk density of FS was 4.1% lower than that of F treatment in the 0-20 cm soil layer．Furthermore，FS，FM and FH reduced the EC by 23.0%-48.7% and pH by 2.3%- 4.4%，but increased the nitrate nitrogen content by 36.4%-114.2%．FM and FH increased AP by 35.0%-43.3%，AK by 11.7%-14.5% and POC content by 23.1%-26.1%．In the 20-40 cm soil layer，FS，FM and FH increased the contents of nitrate nitrogen by 100.9%-231.5%，AP by 5.8%-21.8%，AK by 11.9%-19.2% and POC by 26.7%-29.1%．The crop yield under FM and FH was enhanced by 20.4%-21.5%．Correlation analysis showed that crop yield was negatively correlated with soil bulk density and EC，and positively correlated with soil water content，AP，AK，nitrate nitrogen and POC．In this study，the use of intelligent drip irrigation water and fertilizer integration combined with cow manure and high carbon base fertilizer could reduce soil bulk density，soil EC and pH，increase soil water content，available phosphorus， available potassium and nitrate nitrogen content，increase soil active carbon component，and then increase sunflower yield compared with conventional flood irrigation.
土壤盐碱化是全球面临的主要挑战之一。据统计，世界上超过 100 个国家有 9 亿多 hm2 耕地受到自然或人为盐渍化的影响[1]。盐碱地具有土壤 pH 高、盐分高的特点[2]。过高的盐分和钠离子会破坏土壤结构，不仅影响土壤的导水率和渗透性，还会导致有机质的损失和营养物质的匮乏，从而使土壤肥力下降[3-4]。同时，高 pH 和电导率（EC）还会对土壤微生物及相关的酶活性产生不利影响，进一步降低土壤养分，抑制了土壤中元素循环，给农作物的生长带来不利的影响[5]。因此，土壤盐渍化是制约农业生产的主要因素之一，威胁着全球粮食安全[6]。而提高盐碱地的理化性质和增加土壤固碳对实现土壤可持续生产力和保障粮食安全具有重要意义。中国盐碱地面积约为 9913 万 hm2[7]，农业开发利用潜力巨大。因此，如何改善盐碱地质量已引起人们的广泛关注。盐碱地改良措施包括灌溉工程措施、生物措施、化学措施以及其他农业改良措施。盐碱地治理可以通过大量灌水洗盐、压盐，并通过排水措施将盐分排出灌区[8]。然而，目前引黄灌区水资源短缺，当地普遍采用的大水漫灌方式会导致水肥利用效率低，不利于农业可持续发展。智能滴灌是一种集节水、节能环保、智能管理于一体的新型灌溉模式，能够通过对土壤湿度、温度等多个传感器进行实时监测，并针对不同农作物的需水情况进行智能、精确地调整灌水次数和灌水量，降低水资源消耗，解决了传统灌水方法所带来的“过灌”和“少灌”等问题，实现高效节水[9]。目前智能水肥一体化滴灌技术在盐碱地上的应用还很少。此外，有机物料添加已成为改善盐渍化土壤的重要农业措施之一[10]。前人研究表明，添加牛粪、农家肥等有机物质可提高盐渍土的 SOC 含量，降低土壤容重和盐离子，改善土壤理化性质，丰富土壤微生物群落组成，促进团聚体形成，有效提高土壤肥力和作物产量[11]。全球整合分析结果表明，盐碱地中添加有机物料降低了土壤盐分、交换性钠和 pH，提高了土壤肥力，提升了作物产量 30.4%[10]。总之，利用有机物料、滴灌等措施改良盐碱地可以减轻土壤盐分带来的限制作用，使土壤质量得到有效改善、作物产量明显提高，进而促进农业经济的发展，对改善生态环境具有重要意义。内蒙古引黄灌区位于中国西北干旱半干旱区，具有降水量小、蒸发量大的特点。自然条件以及黄河水漫灌是导致当地土壤盐碱化的主要因素。该地区在采用滴灌控盐和增施有机肥等方面已开展了较多试验，但将两者相结合能否实现盐碱地培肥控盐的研究还比较缺乏，尤其是缺乏在智能控制自动滴灌条件下的研究。因此，本研究以常规漫灌为对比，分析智能滴灌水肥一体化条件下不同有机物料对土壤物理、化学性质和作物产量的影响，以期为新型智能滴灌水肥一体化技术应用与推广，以及内蒙古引黄灌区改良盐碱地理化性质和作物增产提供理论和技术支撑。
1 材料与方法
1.1 研究区域概况
2023 年 5 月在内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗（40.39°N，110.17°E）开展大田试验。该试验区位于黄河中游南岸，属于温带大陆性气候，年均气温 6.1～7.1℃，年均日照 3000 h，多年平均降水量 200～400 mm，主要集中在 6—9 月，年蒸发量 2000～2400 mm，年平均无霜期 130～140 d。2023 年达拉特旗气温和降水量如图1所示。试验地土壤类型为壤土，土壤理化性质如表1所示。
图12023 年达拉特旗温度与降水量变化
表1不同土层土壤理化特性
1.2 试验设计
试验采用裂区设计，主区为灌溉处理，设漫灌和滴灌两种方式；副区为施肥处理，设单施化肥（F）、化肥 + 秸秆（FS）、化肥 + 牛粪（FM）、化肥 + 高碳基肥（FH）。每个处理设置 3 个重复，每个小区面积 100 m2。各有机物料在播种前撒施并旋耕，旋耕深度为 20 cm。有机物料投入量按照玉米秸秆全量还田（9000.0 kg·hm-2）投入的总有机碳量为标准，牛粪和高碳基肥的施用量分别为 8653.7 和 8183.0 kg·hm-2（表2）。漫灌分别在播种前和现蕾期各灌一次水，总灌水量为 1500 m3 ·hm-2；滴灌采用智能水肥一体化，在播种后当日进行首次灌水，黄河水经过沉砂池后进入田间滴灌带，灌水定额为 300.0 m3 ·hm-2；出苗到定苗期间，通过实时电导率仪观测 0～20 cm 土层的土壤原位电导率（ECs），当播种穴附近的 ECs 大于 4 dS·m-1 时，立即补充灌溉，每次灌水量为 60 m3 ·hm-2；定苗后，在一个灌溉单元选择有代表性的 3 个点，在滴头正下方 20 cm 深度处埋设一只负压计，当任意 2 支负压计的土壤基质势降低到设定控制阈值（-5 kPa）时进行灌溉，单次灌水量为 60 m3 ·hm-2。滴灌下总灌溉量为 1200 m3 ·hm-2。化肥为食葵专用复合肥，基肥按 N 120 kg·hm-2、P2O5 270 kg·hm-2、K2O 72 kg·hm-2 的用量随覆膜播种一体化施入田间。追肥为尿素和硫酸钾，施用量为 N 180 kg·hm-2、K2O 48 kg·hm-2，于现蕾期前（7 月）通过穴施（漫灌小区）或水肥一体化（滴灌小区）施入。供试作物为向日葵（三瑞 9 号），于 5 月底采用宽窄行种植，宽行为 100 cm，窄行为 40 cm，株距为 50 cm。其他田间管理措施均保持一致。
表2有机物料养分含量与施用量
1.3 样品采集与测定
土样采集时间为 2023 年 9 月。使用随机采样法分别用环刀和土钻采集 0～20、20～40 cm 土层土样。每个小区采集两个平行混合，每个处理共 3 个重复。土钻采集的土样过 2 mm 筛后风干，用于土壤基础理化性质测定。
土壤容重采取环刀法测定；土壤含水量采取烘干法测定；土壤 pH 和电导率（EC）分别采用酸度计和电导率仪（土水比 1∶5）测定；土壤有效磷（AP）采取分光光度计测定；土壤速效钾 （AK）采取火焰光度测定；土壤硝态氮使用流动分析仪测定；颗粒有机碳（POC）采用超声波破碎结合湿筛法（0.053 mm 筛）进行土壤分组，并通过 CNS 元素分析仪测定[12-13]。测定前土样需经过 0.5 mol·L-1 的盐酸酸化去除碳酸盐，并用去离子水洗至 pH 为中性，烘干研磨过 0.15 mm 筛后上机测定。
1.4 POC 计算方法
式中：Masssoil 为总土质量；MassPOM 为 >0.053 mm 土壤组分（POM）的质量；OCPOM 为 POM 的有机碳含量。
1.5 数据统计与分析
采用双因素方差（Two-way ANOVA）分析各土层下灌溉和施肥处理及其交互作用对土壤容重、含水量、pH、EC、POC、硝态氮、AP、AK 以及向日葵产量的影响。单因素方差分析各灌溉方式下不同施肥处理对土壤理化性质和向日葵产量的影响，平均值比较采用最小显著差异法（LSD），P<0.05 为差异显著。以上分析均采用 SPSS 21.0 处理完成。利用 Rstudio 的“plspm”包进行偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析灌溉方式与施肥处理、土壤理化性质和产量之间的关系，根据解释变异（R2）和拟合优度（Goodness of fit）来评价 PLS-PM 的可靠性。绘图和相关性分析使用 Origin 2021 完成。
2 结果与分析
2.1 不同灌溉方式与有机物料添加对土壤容重和含水量的影响
与漫灌相比，滴灌显著降低了 0～20 和 20～40 cm 土层的土壤容重 2.1%～6.7%（P<0.05； 图2）。在 0～20 cm 土层，相比于 F，漫灌和滴灌条件下 FS 的土壤容重分别显著降低 6.6% 和 4.1%，在 20～40 cm 土层中，漫灌下 FS 比 F 处理的容重显著降低 6.3%。
土壤含水量随着土层深度的增加呈现递增的趋势（图3a、b）。同时，0～20 cm 土层中滴灌处理的土壤含水量比漫灌高 10.4%，20～40 cm 中滴灌比漫灌高 5.4%。在 0～20 cm 土层中，与 F 处理相比，FS 处理显著增加了漫灌和滴灌下土壤含水量 18.6% 和 5.9%；FM 和 FH 的土壤含水量增加了 18.6% 和 16.7%（ 图3a）。在 20～40 cm 土层中， FS 也增加了漫灌和滴灌下含水量，增幅分别为 33.1% 和 11.1%；FH 提高了漫灌土壤含水量 16.6% （图3b）。
图2不同灌溉与施肥处理对土壤容重的影响
注：图中误差线为标准误差；不同小写字母代表同一灌溉方式下不同施肥处理间差异显著（P<0.05）。下同。
图30～40 cm 土层不同灌溉与施肥处理对含水量、pH 和电导率的影响
注：图中 a、c、e 为 0~20 cm 土层性状，b、d、f 为 20~40 cm 土层性状。图4 同。
2.2 不同灌溉方式与有机物料添加对土壤 pH 和电导率的影响
整体上看，pH 在土壤表层低于土壤下层（图3c、d）。两种灌溉方式的 pH 在 0～20 和 20～40 cm 土层下没有差异。在漫灌条件下，与 F 相比， 0～20 cm 土层中 FS 的 pH 显著降低 1.8%；20～40 cm 土层下 FS 和 FH 的 pH 显著降低 4.1% 和 2.4%； 在滴灌条件下，0～20 cm 土层下 FS、FM 和 FH 的 pH 均显著降低 3.5%、4.4% 和 2.3%。
土壤 EC 值随着土壤深度的增加而降低（图3e、 f）。灌溉方式显著改变了 0～40 cm 中 EC 值，在 0～20 和 20～40 cm 土层均表现为滴灌低于漫灌 （降幅为 20.8%～23.4%）。具体来讲，在漫灌条件下，0～20 cm 土层中 FS、FM、FH 的 EC 比 F 处理分别降低 19.7%、8.3%、9.5%；在 20～40 cm 土层中，FS 比 F 显著降低 15.8%。在滴灌条件下，相比于F 处理，FS、FM 和 FH 显著降低了 0～20 cm 土层的 EC，降幅分别为 25.5%、48.7% 和 23.0%；FM 显著降低 20～40 cm 土层的 EC 值，降幅为 25.9%。
2.3 不同灌溉方式与有机物料添加对土壤速效养分的影响
与漫灌相比，滴灌的硝态氮含量在 0～20 和 20～40 cm 土层中分别提高了 20.8% 和 83.4% （图4a、b）。在 0～20 cm 土层中，与 F 相比，漫灌下 FM 和 FH 的硝态氮含量显著增加 31.0% 和 31.7%，滴灌下 FS、FM、FH 分别显著增加 41.7%、 114.2%、36.4%；在 20～40 cm 土层中，FM 和 FH 的硝态氮含量显著增加 231.5% 和 100.9%。
与漫灌相比，滴灌显著增加了 0～20 和 20～40 cm 中 5.7%～15.3% AP 含量（图4c、d）。在 0～20 cm 土层中，与 F 相比，FM 和 FH 显著增加了滴灌下 AP 含量，增幅分别为 35.0% 和 43.3%。在 20～40 cm 土层中，FM 和 FH 显著增加了漫灌下 AP 含量，增幅分别为 17.6% 和 21.9%；FS、FM 和 FH 显著增加了滴灌下 AP 含量，增幅为 5.8%～21.8%。
0～20 和 20～40 cm 土层中，滴灌的 AK 含量比漫灌高 9.2%～18.9%（图4e、f）。在 0～20 cm 土层中，与 F 相比，漫灌下 FH 的 AK 含量显著增加 13.4%，滴灌下 FM 和 FH 的 AK 含量分别显著增加了 11.7% 和 14.5%。在 20～40 cm 土层中， FS 和 FM 显著增加了 AK 含量，在漫灌下增幅为 10.9%～11.0%，滴灌下增幅为 11.9%～19.2%。
图40～40 cm 土层不同灌溉与施肥处理对土壤硝态氮、有效磷和速效钾的影响
2.4 不同灌溉方式与有机物料添加对土壤有机碳组分的影响
总体来看，滴灌下 >0.053 mm 粒径的土壤组分（POM）相对含量显著高于漫灌（表3）。漫灌下，与 F 相比，FS、FM、FH 处理均显著提高了 0～20 和 20～40 cm 土层中 POM 含量，增幅分别为 14.1%～33.4% 和 16.7%～36.0%。滴灌下，与 F 相比，FM 显著提高 0～20 cm 土层中 POM 含量 23.9%。
相比于漫灌，滴灌显著增加了 0～20 和 20～40 cm 土层中 POC 含量，增幅分别为 51.6% 和 59.8%（ 图5a、b）。在 0～20 cm 土层中，与 F 相比，漫灌下 FS、FM、FH 的 POC 含量分别显著增加了 19.3%、31.0%、36.5%；滴灌下 FM、FH 的 POC 含量分别显著增加了 23.1%、26.1%。在 20～40 cm 土层中，与 F 相比，漫灌下 FS 和 FM 分别显著增加了 POC 含量 31.7% 和 17.9%；滴灌下 FM 和 FH 的 POC 含量分别显著增加了 26.7% 和 29.1%。
表3不同粒径土壤组分的质量百分含量
注：表中不同小写字母代表同一灌溉方式下不同施肥处理间差异显著（P<0.05）。
图50～40 cm 土层不同灌溉与施肥处理对颗粒有机碳的影响
2.5 不同灌溉方式与有机物料添加对向日葵产量的影响
整体上看，向日葵产量在滴灌条件下显著高于漫灌条件（图6）。在漫灌下，与 F 相比，FS、 FM 和 FH 的产量分别显著增加 15.8%、10.8% 和 23.3%。滴灌条件下，FM、FH 的产量比 F 处理分别显著提高 20.4% 和 21.5%。
图6不同灌溉与施肥处理对产量的影响
2.6 土壤理化性质与作物产量的关系
将容重、含水量、pH、EC、AP、AK、硝态氮和 POC 与产量进行相关性分析（图7）发现，向日葵产量与土壤含水量（r=0.74，P<0.01）、AP 含量（r=0.57，P<0.01）、AK 含量（r=0.90，P<0.01）、硝态氮（r=0.59，P<0.01）和 POC（r=0.90，P<0.01） 呈极显著正相关，而与容重（r=-0.73，P<0.01）和 EC（r=-0.75，P<0.01）呈极显著负相关。从分析结果来看，容重、EC、含水量、AP、AK、硝态氮和 POC 是影响向日葵产量的主要因素。
偏最小二乘路径模型结果显示，土壤理化性质可以解释不同灌溉方式和有机物料添加下向日葵产量 90.0% 的变化。硝态氮对产量呈正向影响（通径系数 =0.35，P<0.01），速效钾对产量有正向影响（通径系数 =0.36，P<0.05）。灌溉方式对产量的总效应为 0.48，有机物料添加对产量的总效应为 0.38（图8）。
图7不同灌溉与施肥处理下土壤理化性质与产量影响的相关性
注：* 表示在 P ≤ 0.05 水平下显著相关，** 表示在 P ≤ 0.01 水平下极显著相关。
图8土壤理化特性对作物产量影响的偏最小二乘路径模型
注：* 表示在 P ≤ 0.05 水平下显著相关，** 表示在 P ≤ 0.01 水平下极显著相关，*** 表示在 P ≤ 0.001 水平下极显著相关。
3 讨论
3.1 盐碱地土壤理化性质对不同灌溉和有机物料添加的响应
盐碱地具有物理结构差、透水透气不良的特点。改变灌溉方式和添加有机物料有利于改善土壤结构和通透性[14-16]。土壤容重是衡量土壤结构和评价土壤质量的重要参数[17]。本研究发现，相比于漫灌，滴灌能够降低 0～40 cm 土层的土壤容重 （图2）。滴灌是一种精准灌溉方式，它使水分缓慢渗透到土壤中，避免了漫灌时对土壤的冲刷，不容易破坏土壤团聚结构；同时滴灌下适宜的水分有利于作物根系生长和改善土壤通气性，因此降低了土壤容重[18]。同时，在漫灌和滴灌条件下，添加秸秆均显著降低了土壤容重（图2）。杨学振等[19]研究发现，秸秆还田显著降低了 0～30 cm 土层土壤容重和紧实度，增加了土壤孔隙度，改善了土壤物理性状。玉米秸秆进入土壤后首先会导致土壤孔隙增大，使得土壤疏松；更重要的是秸秆中富含纤维素、半纤维素等有机物质，这些物质在土壤中分解后会增加土壤的有机质含量，进而改善土壤结构，促进土壤团聚体的形成[15]。土壤结构的变化还会影响土壤含水量。本研究发现，滴灌显著增加了土壤含水量（图3a、b）。这是因为漫灌下强烈的地表蒸发可以使表层土壤水分快速损失。然而，智能滴灌可以通过监测土壤基质势来控制是否进行滴灌，这种方式能够保持比较适宜的土壤含水量。同时滴灌的水分通过铺设在地下的滴灌带渗入作物根部的土壤，这种少量多次的灌水方式既能促进水分被根系吸收，改善根区的土壤，又能减少地表水分的无效蒸发，有利于保持土壤含水量[20-23]。此外，有机物料添加提高了 0～40 cm 土层中土壤含水量，其中添加秸秆效果最佳（图3a、b）。本试验中，粉碎的秸秆均匀撒施在地表，部分秸秆通过旋耕机带入地下约 20 cm 深。覆盖在地表的秸秆可以有效减少土壤水分蒸发，而进入土壤中的秸秆由于其对水分的粘附力较强，提高了土壤的持水能力[24]。同时，秸秆还田一方面增加土壤毛管孔隙度，部分水分通过秸秆中的大孔隙入渗，促进表层土壤水分向更深层移动[22，25]；另一方面土壤中掺混的秸秆阻碍了土壤水分向上运移。总之，添加秸秆具有抑制水分上行蒸发和下行流失的作用，进而提高了土壤含水量[26]。综上所述，考虑到内蒙古引黄灌区水资源短缺的现状，智能滴灌结合添加秸秆是改善盐碱地土壤容重和土壤含水量的有效措施。
土壤 pH 和 EC 是衡量土壤盐碱程度与改良效果的重要指标。本研究发现添加有机物料降低土壤 pH，漫灌下添加秸秆和滴灌下添加秸秆、牛粪、高碳基肥均降低了 0～20 cm 土层中 pH（图3c、d），这可能是有机物料的分解与矿化过程中释放出腐植酸等酸性物质，进而降低了土壤 pH[27]。全球整合分析表明，添加有机物料对 pH 的效应为-3.7%，对 EC 和盐分的效应分别为-11.8% 和 31.9%[10]。本研究也发现，滴灌和有机物料添加显著降低了土壤 EC（图3e、f）。具体来讲，滴灌的 EC 比漫灌下低 20.8%～23.4%。这主要归因于滴灌有利于盐分的淋洗和减少蒸发，导致了 EC 的降低[28]。Li 等[29]在滨海盐碱地使用智能滴灌进行盐分淋洗显著降低了碱化度和 EC，提高农田持水量，说明了智能滴灌在滨海盐碱地改良的可行性。同时，有机物料添加下 EC 值在 0～20 cm 土层中显著降低，在漫灌下降幅为 8.3%～19.7%，在滴灌下降幅为 23.0%～48.7%（图3e）。相关性分析发现 EC 与土壤容重呈正相关，与含水量呈负相关 （图7）。由此推测，添加有机物料通过降低土壤容重和增加土壤含水量，从而抑制了土壤返盐。综上所述，滴灌和添加有机物料能够改善土壤水分条件，降低土壤容重和盐分。
土壤速效养分是反映土壤肥力的重要指标。已有研究表明，添加有机物料可以增加作物可利用土壤养分，本研究也发现，添加有机物料增加了土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量（图4），这一结果与前人研究结果一致[30-31]。有机物料添加为微生物提供了丰富的碳源，增加了土壤微生物的活性和多样性，进一步促进了土壤氮矿化速率；同时，有机肥不仅对硝态氮有较强的吸附作用，而且提高了土壤氨氧化细菌的丰度和活性，促进了铵态氮向硝态氮转化，进而提高硝态氮[32-33]。此外，有机物料添加对微生物活性的刺激在土壤磷和钾的释放上具有重要作用；而且，有机物料能够增加阳离子交换量，从而增强土壤中养分的吸附和保留能力，扩大有效养分的可用性[30，34]。一项整合分析发现，施加有机肥对盐碱地中 AP 含量增加 81.27%，AK 含量增加 19.65%[35]。同时，相关性分析和偏最小二乘路径模型分析结果均表明，硝态氮和速效钾与土壤含水量呈正相关（图7和 8）。由此可以推断，滴灌处理下较高的含水量有利于速效养分的释放和保留，而漫灌可能导致养分的淋失。综上所述，滴灌和有机物料添加能够增加土壤速效养分，有利于盐碱地土壤肥力的提升。
POC 是土壤有机碳的活性组分，在土壤碳循环中起着至关重要的作用。POC 主要由部分分解的植物材料组成，容易被微生物分解利用，对环境和农田管理措施变化比较敏感[12，36]。在本研究中，添加秸秆、牛粪和高碳基肥增加了 POC 含量（图5a、 b），表明短期内添加有机物料增加了土壤中活性有机碳组分。Chen 等[37]通过整合分析发现，有机物料添加增加了 POC 含量（42.4%），且 POC 的变化受有机物料添加量、年平均降水和有机物料类型的影响最大。土壤中添加有机物料能促进根系的生长和分泌，增强土壤团聚性，促进 POC 积累[38-39]。本研究也发现，添加有机物料增加了 >0.053 mm 土壤组分，说明土壤团聚性的改善。综上所述，滴灌和有机物料添加通过提高土壤含水量促进了活性有机碳的积累。
3.2 盐碱地作物产量对不同灌溉和有机物料添加的响应
提高盐碱地作物产量对保障粮食安全具有重要意义。本研究发现，智能滴灌水肥一体化能够增加向日葵产量（图6），这与滴灌保障了向日葵出苗率有密切关系。Li 等[40]利用土壤基质势控制滴灌的水盐调控技术改良中国东北沿海地区和西部内陆区盐碱地，两到三年后土壤环境得到改善，作物产量逐渐接近当地农田水平。Du 等[8]通过全球整合分析也证明了滴灌可以控制盐碱地的盐分，提高作物产量。这主要有以下几方面的原因：首先滴灌可以通过水分点源入渗和降低表面蒸发来抑制盐分的向上运动，降低了盐分对作物的胁迫[41]；其次，滴灌通过保持土壤中适宜的含水量为作物生长提供了较好的生长环境[42]；同时，由于滴灌只湿润作物周围的土壤，减少了杂草与作物争夺养分的干扰[43]；最后，滴灌通过对土壤结构的改善和水盐调控促进了土壤有机碳的增加，为作物生长提供了养分，有利于作物增产[8]。本研究偏最小二乘路径模型结果也证明了这一点，灌溉对作物产量的总效应达到 0.48（图8）。
有机物料添加在盐碱地固碳和提高生产力等方面发挥着重要作用[10]。本研究结果显示，添加有机物料增加了向日葵产量，增幅为 10.8%～23.3% （图6），说明有机物料的添加可以实现盐碱地作物增产效果。温馨[44]研究发现内蒙古河套灌区轻度盐渍化农田中施入羊粪和牛粪显著增加了地上部生物量和作物产量，但施用生物炭导致了减产，这可能与有机物料类型和施用量有关。一项全球整合分析发现盐碱地中添加有机物料通过减少土壤障碍显著提高了作物产量 30.4%，具有增加固碳和提高产量的协同效应[10]。相关分析表明，作物产量与土壤含水量、AP、AK、硝态氮和 POC 含量呈正相关，而与容重和 EC 呈负相关关系（图7）。偏最小二乘路径分析也表明添加有机物料通过增加土壤含水量提高了硝态氮和速效钾，进而增加了作物产量，总效应为 0.38（图8）。总之，盐碱地下智能滴灌和有机物料添加能够通过改善土壤理化性质来提升作物产量。
4 结论
本研究通过比较内蒙古引黄灌区重度盐碱地下不同灌溉方式和有机物料添加对土壤理化性质及作物产量的影响发现，相比于常规漫灌，采用智能滴灌水肥一体化方式降低了土壤容重和 EC，增加了土壤含水量；添加有机物料整体上增加了土壤含水量，提高了硝态氮、AP、AK 和 POC 含量，促进了作物产量提升。总之，在智能滴灌水肥一体化技术下添加牛粪和高碳基肥的综合技术模式对于盐碱地改良培肥、作物增产的促进作用上均有较好的效果。