膜下滴灌棉田间作盐生植物改良盐碱地效果

2014-11-12王升王全九周蓓蓓吴军虎史文娟罗小东

草业学报 2014年3期

王升，王全九，周蓓蓓，吴军虎，史文娟，罗小东

（1.西安理工大学水资源研究所，陕西西安710048；2.中国科学院水利部水土保持研究所黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室，陕西杨凌712100；3.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，湖南长沙410125）

新疆盐碱土的总面积为2.1814×107hm2，占全国盐碱土（9.913×107hm2）面积的22.01%［1］，盐碱地资源的利用、盐渍化耕地的改良，在农业生产发展中很有必要性。

在对盐碱胁迫的长期耐受性和适应过程中盐生植物形成了不同的适应策略，国内外已开展了较多盐生植物耐盐碱机理的研究［2-6］。近年来，利用生物措施改良盐碱地的研究和应用不断深入，在盐碱地中直接种植耐盐植物（或作物），进行常规灌溉管理，在植物根系和水向下运动的共同作用下，将土体盐分随根系向下推移［1，7-8］，并通过盐生植物吸收盐分。整个过程既没有经济上的大量投资，又没有严格的条件要求，也没有水资源的浪费，生物改良是最具有生态效益、经济效益的措施［9］。王文和张德罡［10］研究表明，种植白茎盐生草（Halogeton arachnoideus）1年可从0～20 cm 土层中除去盐分2.434 t／hm2，土壤p H 下降0.13～0.14；董晓霞等［11］在滨海盐渍地种植紫花苜蓿（Medicago sativa），发现0～40 cm土层脱盐率达65.5%，且使土壤肥力得到提高；王界平和田长彦［12］、梁飞等［13］研究表明施氮能显著提高盐角草（Salicornia europaea）的生物量、种子产量及全盐累积量，磷肥提高了盐角草茎秆、同化枝全盐累积量；赵可夫等［6，14］研究发现，种植碱蓬（Suaeda glauca）使0～60 cm土壤中的Na＋含量每年减少1245～1920 kg／hm2，且梁飞等［15］认为追施氮肥能够促进碱蓬对盐渍土的生物修复并降低土壤中Na＋浓度及其危害；秦嘉海等［16］、吕彪等［17］在河西走廊进行了生物改土效应的研究，表明鲁梅克斯草和碱茅草（Puccinellia distans）的脱盐改土效果均十分明显；罗延彬等［7］、任崴等［8］在北疆进行生物改良盐碱地研究，发现生物方式改良后土地的产量高于灌水洗盐后的产量，脱盐后土地利用时需考虑深根与浅根、多根与少根作物的适配轮作。

新疆膜下滴灌棉田为便于机耕在两膜棉花之间留有空地，在这部分空地上间作盐生植物，一方面能增加地表覆盖，减少表土水分蒸发［18］，防止土壤返盐；另一方面植物根系生长可改善土壤物理性状，根系分泌的有机酸还能中和土壤碱性，并可吸收滴灌后驱逐到膜间的盐分［19-20］，而目前尚无间作改良盐碱地的研究。考虑到棉花（Gossypium spp.）株高、生育期等要求，本试验选用的间作盐生植物为盐地碱蓬和盐角草，探求其对盐碱地的改良效果及对棉花产量的影响，为新疆绿洲农业的可持续发展提供参考。

1 材料与方法

试验于2012年3月至10月在新疆巴音郭楞蒙古自治州水管处国家重点灌溉试验站进行，地处N 41°35′，E 86°09′，高程在895～903 m之间。区域内光热资源丰富，多年年平均日照时数3036.2 h。多年平均降雨量为55.3～62.7 mm，多年平均蒸发量2273～2788 mm（直径20 cm蒸发皿），属暖温带大陆性荒漠气候。试验区土壤质地为砂质壤土和砂壤土，土壤肥力较低，地下水埋深在1.6 m左右，变化较小。

采用“一膜两管四行”的棉花种植模式，即滴灌管分别布置在1，2行和3，4行棉花中间，并覆盖1张地膜，膜间距为30 cm。播种日期为2012年5月1日，品种为新陆中21号。2012年5月7日，将碱蓬和盐角草的草种撒播于两膜膜间，播种后每天用喷壶浇水，直至出苗。试验中滴头流量为2.5 L／h，滴头间距为30 cm，灌溉定额为4425 m3／hm2，灌水周期为7 d。6月中旬开始滴水灌溉，分别在1，4，7，9，11水灌水前后取土测定土壤含水率与电导率值（盐角草在1水时刚刚萌发、11水时已枯萎，故盐角草小区只在4，7，9水前后取样），取土位置为宽行中间、窄行中间以及膜间，每个位置均在相邻处取一重复，取土深度为5，10，15，20，30，40，60，80，100 cm。本研究3个处理分别为：对照（CK）；间作碱蓬（Suaeda glauca，简写为SG）；间作盐角草（Salicornia europaea，简写为SE）。

测定项目及方法：土壤容重（环刀法）；土壤总孔隙度（计算法）；土壤含水量（烘干法）；全盐（电导法，土∶水＝1∶5）；Na＋、K＋含量采用原子吸收法测定；Cl－含量使用硝酸银滴定法［21］测定。

2 结果与分析

2.1 生育期内土壤平均含水量的变化特征

生育期内土壤平均含水量是指在棉花生育期内不同水平位置取样点相同土层深度处的含水量的算术平均值。图1显示了对照、碱蓬及盐角草小区生育期内土壤平均含水量，可见种植碱蓬和盐角草的小区生育期内土壤平均含水量均高于对照小区。在0～30 cm土层内，碱蓬和盐角草与对照小区的平均含水量差别较小，分别比对照小区增加21.4%和1.6%；30～100 cm土层的平均含水量，碱蓬和盐角草均显著大于对照小区，分别比对照小区增加180.6%和142.3%。0～100 cm土层内，碱蓬和盐角草小区含水量比对照小区高61.0%和34.1%。这是由于随着碱蓬和盐角草的生长，地上部分覆盖度不断增大，有效地降低了膜间土壤水分蒸发［22］，间接影响到宽行及窄行土壤的水分运移。碱蓬小区平均含水量高于盐角草小区，主要是因为碱蓬的盖度大于盐角草，碱蓬小区由于蒸发失去的水分小于盐角草小区。

图1 生育期内土壤平均含水量的变化特征Fig.1 Variation of the average soil moisture in growth period

2.2 棉花生育期内土壤盐分离子的变化特征

2.2.1 棉花生育期内土层含盐量的变化特征图2显示了对照、碱蓬及盐角草小区生育期内土壤含盐量变化。可见随着膜下滴灌的进行，各个处理的土壤含盐量均有所降低，这是灌水洗盐的结果。对照小区的盐分运移较浅，在60 cm以内；而碱蓬和盐角草小区的盐分向下淋洗较深，到达了80 cm，这是由于在植物根系和水向下运动的共同作用下，将土体盐分随根系向下推移。

对照、碱蓬和盐角草小区膜间土壤的脱盐率依次为17.15%，43.06%和30.64%，碱蓬株高0.5 m左右，冠幅达0.3 m，几乎能把膜间土壤完全覆盖住，而盐角草冠幅较小，不能完全覆盖膜间土壤，则碱蓬抑制盐分表聚及淋盐深度效果均好于盐角草，故其脱盐率也高于盐角草。

由图2可见，碱蓬、盐角草小区土层含盐量峰值分别位于60和40 cm处，是由于碱蓬、盐角草根系深度不同，故对盐分的影响深度也不同。进一步分析碱蓬和盐角草对不同深度土层盐分的影响，结果表明盐角草对土壤表层0～10 cm盐分含量影响最大，含盐量减少了78.59%，随着土层加深，影响逐渐减少，20，30，40 cm土层含盐量依次减少42.91%，33.08%和58.79%；而碱蓬对0～40 cm土层的影响都较大，依次减少70.08%，73.93%，61.72%，64.3%。通过比较说明，浅根系植物只是对土壤表层盐分含量影响较大；而深根系植物发达的垂直根系有助于改善较深耕作层的盐分。

2.2.2 棉花生育期内土层K＋／Na＋及Cl－的变化特征表1显示了40 cm土层内K＋／Na＋的变化特征，可见10 cm内K＋／Na＋均表现为增加的趋势，其中碱蓬小区增长率最大，达到539.31%；其次是盐角草小区的371.92%，对照小区增长率为311.68%。碱蓬小区的20 cm及20～40 cm土层内K＋／Na＋也表现为显著增加的趋势，分别为433.33%和150.19%。K＋／Na＋的提高，对盐碱地各种作物的生长都十分重要，因为盐碱地普遍存在K＋／Na＋过小的现象，而且40 cm土层内分布了棉花大部分根系，棉田间作碱蓬调节了K＋／Na＋，从而改善了土壤的营养状况，达到改良盐碱地的目的［23］。

表2显示了40 cm土层内Cl－含量初期与末期的变化，可见3种处理的小区10 cm土层内Cl－均呈减小趋势；10～20 cm，20～40 cm土层碱蓬小区Cl－呈显著的减小趋势，对照和盐角草小区变化较小，说明碱蓬的种植对Cl－有明显的抑制作用，能够减少对棉花的毒害。

图2 生育期内土层含盐量变化Fig.2 Variation of the average soil salinity in growth period

表1 40 cm土层内K＋／Na＋的变化特征Table 1 Variation of K＋／Na＋at the depth of 40 cm

表2 40 cm土层内Cl-的变化特征Table 2 Variation of Cl-at the depth of 40 cm

2.3 间作盐生植物对土壤物理性状的改善

土壤容重和孔隙度紧密联系，呈负相关，直接影响土壤的结构和生产能力。表3显示了生育期内土壤容重及孔隙度的变化。从表3可知，在生育期内，对照、碱蓬和盐角草小区的土壤容重均呈下降趋势，下降率分别为9.04%，20.12%和13.77%，孔隙度增加率分别为14.95%，35.54%和23.27%。这是由于随着植物的生长，其根茎增粗，侧根数量增加，使土壤容重下降，孔隙度增加，土壤水分的渗透性和通气状况改善，提高了土壤的生产力。

表3 生育期内土壤容重及孔隙度的变化Table 3 Variation of soil bulk density and porosity in growth period

2.4 间作盐生植物对棉花生长及产量的影响

图3显示了各个处理棉花株高和茎粗在生育期内的变化，各处理的株高和茎粗随生育时间的增加呈缓慢生长－快速生长－缓慢生长的大过程，6月中下旬由于气温升高、日照时间长，是棉花生长的快速期，7月进入花铃期，植株从营养生长向生殖生长转化，此时株高及茎粗又进入了缓慢生长阶段。在打顶以前，间作碱蓬和盐角草小区的棉花株高及茎粗均大于对照小区，主要是由于间作盐生植物后土壤自然含水量增加，且土壤盐分降低，适宜棉花生长。