膜下滴灌间作盐生植物棉田水盐运移特征及脱盐效果

何子建，史文娟，杨军强



膜下滴灌间作盐生植物棉田水盐运移特征及脱盐效果

何子建，史文娟※，杨军强

（西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，西安 710048）

盐生植物改良盐碱地作为改良盐碱地最有效的方法之一，具有成本低，效率高，环境友好等特点，有良好的应用前景。该文包括2个研究目标：1）研究间作不同盐生植物的膜下滴灌棉田水盐运移特性；2）研究不同地下水埋深条件下盐生植物的盐碱地改良效果。针对第1个研究目标，设置了3种（孜然、碱蓬、苜蓿）间作盐生植物，进行大田试验，分析地下水埋深相似条件下间作不同盐生植物时土壤水盐分布状况；针对第2个研究目标，设置了4种地下水埋深（1.5、2.0、2.5、3.0 m），进行均衡场试验，研究不同地下水埋深条件下间作盐生植物时地下水的补给比例和土壤脱盐效果。结果表明：1）膜下滴灌棉田间作盐生植物能明显提高棉花生育期膜间和膜内0～30 cm土层平均含水率，且碱蓬效果最明显；间作条件下苜蓿、碱蓬、孜然、对照0～100 cm土层平均脱盐率依次为55.97%、-18.77%、-21.43%、-307.52%，即苜蓿的总脱盐率效果最好；间作盐生植物能在一定程度上抑制0～100 cm土层钠离子和氯离子的聚集，同时增加棉花产量和提高其水分利用效率，且碱蓬对抑制盐离子累积的效果最好；2）间作条件下，地下水埋深越浅，0～100 cm土层平均含水率越高，膜内膜间的含水率差异越小，土壤的脱盐率越低。与未间作相比，间作种植有效的提高了土壤脱盐率，增加了棉花产量、提高了地下水补给比例和水分利用效率。可见，膜下滴灌棉田间作盐生植物不仅可以有效降低土壤含盐量，增加其含水率，还可以增加棉花产量和提高其水分利用效率，且间作碱蓬和苜蓿的节水、脱盐、增产效果较好，这为膜下滴灌土壤盐碱地改良提供了有效的理论支撑。

土壤水分；含盐量；间作；棉田；膜下滴灌；水盐运移

0 引 言

膜下滴灌作为一种先进的节水灌溉技术，具有节水、节肥、增产、抑盐等优点。自1996年新疆建设兵团农八师对盐碱地膜下滴灌实践取得较好的效果后，膜下滴灌技术就此在新疆大规模应用推广开来。据新疆统计局和农业厅数据，截止到2015年，新疆膜下滴灌面积已超过200万hm2。随着膜下滴灌技术在新疆地区的大规模推广和应用，膜下滴灌条件下的土壤水盐运移问题也日益受到学者的关注。研究表明，膜下滴灌条件下盐分会随着水分的运动向湿润锋边缘迁移，在三维土壤中重新分布[1-2]，并在土壤剖面产生一个明显的积盐区和脱盐区，膜间盐分强烈聚积[3-4]；李明思[5]则认为盐碱地膜下滴灌时其盐分呈环状分布，膜间的盐分高于膜内；苏里坦等[6]通过对土壤盐分再分布的研究认为灌溉结束后，土壤盐分呈下层向上层，膜内向膜间的双向迁移趋势。由于膜下滴灌只是调节土壤盐分的再分布，土壤盐分总量并没有减少，在短时期内，灌水的淋洗作用能保证作物能正常生长发育[7-10]。但随着膜下滴灌应用时间的延长，强烈的蒸发和植物的蒸腾作用下，膜下滴灌土壤的盐分总量还有所增加[11-14]。牟洪臣等[15]通过对膜下滴灌不同种植年限的棉田盐分累积情况进行研究，发现随着种植年限的增加，各层土壤盐分也相应增加。刘洪亮等[16]通过实测年积盐速率计算，认为膜下滴灌轻度盐渍化耕地达到重度次生盐渍化水平(总盐量20～30 g/kg)需要40～70 a，达到中度次生盐渍化水平(总盐量10～20 g/kg)仅需要15～40 a。因此，长期采用膜下滴灌技术将面临次生盐碱化加重的潜在生态风险，需要进一步研究减小土壤次生盐碱化风险的有效措施。

目前，新疆地区盐碱地改良主要是以水利措施、物理措施和化学措施为主[17-18]。水利措施和物理措施虽然见效快，但由于水资源的紧缺和不便于普及推广而受到一定限制，化学措施虽然效果较好，但其成本相对较高，并易引入新的离子造成二次污染，有一定的环境负效应[19]。生物措施作为成本低，效率高的环境友好型改良措施具有较大的潜力[20-21]。已有研究表明，盐生植物对盐分具有明显的吸收积累作用[22-23]，对盐碱地具有明显改良作用[24-27]。Shaygan等[28]通过评估盐生植物对盐碱地修复能力认为，盐生植物可用来改良盐碱地，提供稳定的植被覆盖条件，有助于生态连续性。Egamberdieva等[29]利用甘草修复盐渍土发现其能提高土壤氮素含量，增加土壤有机质，刺激土壤生物活性，提高土壤持水能力。张丽珍[30]在大同盆地盐碱滩地上进行的种植试验表明，种植柠条能有效减少土壤含盐量，显著增加土壤养分含量。Xiao等[31]研究发现种植柽柳、苇状羊茅、油葵能有效降低土壤全盐含量，改善土壤肥力水平，增加土壤微生物含量。林学政等[32]研究表明碱蓬对滨海盐碱有明显脱盐效果，能有效改善滨海盐碱地的生态环境。膜下滴灌棉田盐分易在膜间累积，结合新疆地区覆膜特点，将大田经济作物与盐生植物间作种植，充分发挥生物改良盐碱地的优势，有助于解决膜下滴灌次生盐碱化问题，同时提高了土地利用效率和经济效益。王升等[33]对膜间间作盐生植物土壤的水盐动态进行了初步研究，但对间作条件改良盐碱地的研究仍较少。因此，不同条件下间作模式改良盐碱地的效果以及适宜盐生植物等都是需要进一步研究的问题。

地下水位是盐碱地土壤水盐调控的重要指标，同时也是影响地下水向上补给的主要因素。本文对考虑地下水埋深条件下膜下滴灌棉田间作不同盐生植物的土壤水盐运移及脱盐效果进行了研究，探求不同条件下适宜的盐生植物，为膜下滴灌技术的可持续应用提供一种新的思路。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处水利部重点灌溉试验站（41°36′N，86°12′E）。区域内光热资源丰富。多晴少雨，蒸发强，风沙较多。年平均降水量53.3～62.7 mm，年潜在蒸发量2 273～2 788 mm，年平均风速在2.0 m/s以上。昼夜温差较大，年平均气温11.48 ℃，≥10 ℃积温3 870～4 300 ℃，无霜期175～200 d，属暖温带大陆性荒漠气候。

1.2 试验方法与设计

1.2.1 大田试验

在棉花生长期（2015年4月—2015年9月）内，大田的地下水位较为稳定（埋深2.8～3.3 m），故视为同一地下水埋深条件下间作不同盐生植物的处理。共设4处理，分别为棉花间作苜蓿、间作碱蓬和间作孜然以及无间作（对照），每组重复3次。4组处理灌溉制度相同，灌溉水为当地渠水，其矿化度约为1 g/L；棉花生育期内地下水埋深约3 m，其矿化度约为3.0 g/L。试验小区面积为7 m×7 m，土质以砂壤土为主，其中黏粒占1.82%，粉粒占9.61%，砂粒占88.57%。土壤容重为1.75 g/cm3，其pH值为8.1。土壤为强盐渍土[34]，初始含盐量为7.29 g/kg，Na+、Cl-、SO42-、Ca2+以及HCO3-的初始质量分数分别为0.03、0.06、1.93、0.04和1.07 g/kg。

间作植物中，苜蓿品种为紫花苜蓿，种植密度为1.5 g/m2，碱蓬品种为盐地碱蓬，种植密度为15 g/m2，孜然品种为新疆孜然王，种植密度为1.5 g/m2。棉花品种为九华棉，大田种植模式为1膜2管4行（图1a），棉花株距均为10 cm。灌水方式均为膜下滴灌，滴头流量2.2 L/h，滴头间距为30 cm，灌溉定额为5 250 m3/hm2，灌溉制度如表1所示。化肥均随水施加，第1次灌水和最后1次灌水不施肥，其余11次灌水均等量施加化肥，尿素总施量为670.2 kg/hm2（氮为308 kg/hm2）。硫酸钾总施量为241.5 kg/hm2（钾为96.6 kg/hm2）。磷酸一铵总施量为377.4 kg/hm2（磷为98.1 kg/hm2）。棉花于2015年4月23日播种，4月27日左右出苗，同时于2015年4月27日对生物改良处理的膜间进行撒播盐生植物种子并覆膜以保证种子萌发对水分的需求，待盐生植物长出2片子叶后将膜去掉，并用洒壶给膜间盐生植物叶片洒少量水以防止叶片被正午的太阳光线灼伤，直到盐生植物长出2～3对叶片后停止喷洒。试验中间苗、除虫、除草、打顶等农艺操作均一致。

图1 棉花种植模式示意图

表1 2015年大田试验棉花灌溉制度

1.2.2 均衡场试验

土壤质地和容重与大田试验地相同，试验分间作与未间作碱蓬2种模式，且二者均设置4个地下水埋深（1.5、2.0、2.5和3.0 m），共计8种处理，每种处理2个重复。水位由马氏瓶控制，地下水水源和灌水水源均为当地井水，矿化度为3 g/L，均衡场地上种植部分为长方形土箱，其尺寸为1.5 m×1.0 m。均衡场试验膜下滴灌布置为1膜1管2行（图1b），灌溉、施肥及其他措施均同大田试验。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土样采集及测定

试验土样的采集在灌水第1～2天后进行，取土时间依棉花生育期进行，分别在棉花播种后（5月4日），棉花苗期（6月6日）、蕾期（7月3日）、花铃期（8月3日）、吐絮期（9月12日）各取土1次，且在停止灌水后取得最后1次。各处理每次取土位置分别为沿垂直膜间方向的膜间中间、宽行中间和窄行滴头下方（见图1），取土深度为0、10、20、30、40、60、80、100 cm。

土壤质量含水率采用烘干称质量法（105 ℃，8 h以上）测定。

土壤含盐量采用DDS-307型电导率仪（上海仪电科学仪器）测定，即将烘干土样磨细过2 mm筛，按土水比 1∶5制取土壤浸提液，根据测定的电导率与含盐量的率定关系计算土壤含盐量，具体关系式为=3.946 EC（2=0.99，<0.05），EC为电导率值，mS/cm，为含盐量，g/kg。

土壤中可溶性Na+和Cl-含量按土水比1∶5的比例制取土壤浸提液，利用PXSJ-216型离子分析仪（上海雷磁）测得。

1.3.2 棉花耗水量、产量、地下水补给量等指标确定

棉花耗水量采用水量平衡原理测定：

ET=P++RSI±Δ（1）

式中ET为作物实际耗水量（mm）；P为降水量（mm）；为灌水量（mm）；为地下水补给量（mm）；为地表径流量（mm）；SI为深层渗漏量（mm）；Δ为土层土壤储水量的变化（mm）。试验所在地年际降雨量稀少（试验期降雨量为38.55 mm），基本可以忽略。参考往年研究成果[35-36]，地下水埋深为3 m时，地下水补给量较小（未间作与间作条件下，其补给比例约为2%和5%），且为膜下滴灌的灌水方式，基本上不产生深层渗漏和地表径流，即深层渗漏和地表径流可以忽略；因此，大田条件下可简化为

ET=±Δ（2）

均衡场地下水补给量采用马氏瓶测定，测定时段为2015年5月4日—9月12日，每天08:00和20:00读取马氏瓶水位值。

均衡场条件下简化为

ET=+±Δ（3）

均衡场地下水补给比例为

=/ET（4）

式中为地下水补给比例；为地下水补给量（mm）；ET为作物实际耗水量（mm）。

均衡场棉花籽棉产量通过实际收获产量获得，大田小区棉花籽棉产量通过实测平均铃质量和总铃数获得。水分利用效率通过产量与耗水量的比值计算获得。

生育期末脱盐率计算方法为：

= (-)/（5）

式中为脱盐率，为土壤初始含盐量，为生育期末土壤含盐量。

间作处理相对于无间作处理的相对脱盐率为

R= (D-D)/D（6）

式中R为相对脱盐率，R>0为相对脱盐，R<0为相对积盐，R越大，脱盐效果越好。D处理组为脱盐率，D为未间作组脱盐率。

数据分析采用SPSS 12软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 基于大田试验的间作盐生植物下土壤剖面水盐动态变化

2.1.1 各处理土壤剖面含水率分布特征

水分和盐分是影响作物生长的重要因素，其在土壤剖面的分布会因灌溉和间作盐生植物而发生变化[35-36]。不同处理生育期膜间和膜内土壤剖面平均含水率（膜内土壤含水率为整个生育期内膜内宽行和窄行含水率取算术平均）分布如图2所示。

图2 棉花间作不同盐生植物膜内膜间土层平均含水率

图2a表明各处理膜间0～30 cm土层含水率均随深度增加而增加，且同一深度土层含水率呈显著性差异（<0.05），大小依次为碱蓬>苜蓿>孜然>对照；各处理30～100 cm土层含水率则差异较大，间作孜然的含水率大于无间作的对照组，间作苜蓿的含水率基本小于对照组，间作碱蓬的含水率在80～100 cm土层深度小于对照组，这可能是由于盐生植物的耗水特性不同，间作盐生植物一方面增加了膜间的植被覆盖，减少了水分蒸发，但另一方面盐生植物生长过程中也会消耗一定水分，且不同盐生植物消耗水量不同，因此造成了间作不同盐生植物膜间含水率之间的差异。图2b显示，各处理膜内0～30 cm土层，碱蓬组含水率最大，孜然组、苜蓿组和对照组含水率大小基本相同；30～100 cm土层膜内含水率则与膜间变化一致。由此可见，与对照组相比，间作盐生植物能一定程度上增加棉花生育期主根系层（0～30 cm）土壤平均含水率。

图3为0～40 cm土层生育期水分变化情况，膜内膜间含水率变化均随生育期变化呈波浪形，单波峰和波谷。生育期内，间作碱蓬处理与其他处理组膜间土壤含水率差异显著（<0.05）。而对于膜内含水率（图3b），除碱蓬处理组明显高于其他处理组外（<0.05），其他处理组之间的水分差异并不大（>0.05）。

图3 0～40 cm土层生育期水分变化情况

2.1.2 不同处理土壤盐分动态

图4为间作不同盐生植物的棉花生育期末膜间和膜内土壤含盐量剖面分布情况。由图4a可见，膜间各处理表层0～60 cm土壤盐分有聚集现象，不同处理盐分聚集程度不同，且均呈显著性差异（<0.05），盐分含量从低到高依次为苜蓿、碱蓬、孜然和对照。对照组和孜然间作组盐分聚集最为明显，对照组和孜然组盐分最大值分别出现在土层20和40 cm深度处，分别为11.1和12.5 g/kg。碱蓬和苜蓿含盐量最大值出现在0 cm处，分别为6.1、5.6 g/kg，且含盐量随深度的增加而降低。从图4b可见，膜下滴灌对膜内盐分具有明显的淋洗效果，灌水淋洗作用下，不同间作处理的盐分分布变化趋势基本一致，但盐分含量有显著差异（<0.05），含盐量依次为对照>孜然>碱蓬>苜蓿，这与含水量情况稍有不同。间作盐生植物能有效降低膜内和膜间土壤盐分的累积区间和含量，且对膜间盐分的影响略大于膜内，且碱蓬和苜蓿的脱盐效果较好。

图4 生育期末膜间和膜内土层含盐量

图5为0～100 cm膜内膜间土层生育期盐分变化情况，在初始含量差异和气温等影响下，生育期前期和后期变化情况有一定差异，不同处理间在前期与后期的差异程度也不同。对于膜间土层生育期盐分变化而言（图5a），在灌水作用下，前期盐分含量呈下降趋势，后期含盐量大幅上升，无间作处理增幅最明显，苜蓿处理组增幅最小。图5b为膜内土层生育期盐分变化情况，除无间作处理组在前期盐分增加，间作处理组盐分含量均呈下降趋势，孜然处理组下降幅度最大，这与其初始含量较高有关。生育后期苜蓿组无明显增幅，其他处理组均盐分含量均有一定程度的增加无间作处理组增幅最为明显。

图5 0～100 cm土层生育期盐分变化情况

2.1.3 100 cm土层脱盐效果

为进一步探求间作不同盐生植物的脱盐情况，对膜内和膜间盐分含量做统计分析，其结果如表2所示。

表2 不同间作处理0～100 cm土层脱盐率

注：不同小写字母表示处理间差异显著<0.05，下同。

Note: Different letters indicate significant different among treatments<0.05, same as below.

表2显示，苜蓿、碱蓬、孜然、对照组膜间脱盐率依次为20.63%、-48.79%、-49.69%、-266.67%，即除苜蓿外，其它处理的土壤盐分均呈累积状态。经统计分析，各处理的宽窄行脱盐率均呈显著性差异（<0.05，见表2），宽行从大到小依次为苜蓿>孜然>碱蓬>对照，窄行从大到小依次为苜蓿>碱蓬>孜然>对照，苜蓿、碱蓬、孜然、对照平均脱盐率依次为55.97%、-18.77%、-21.43%、-307.52%。与对照相比（表2相对脱盐率），各处理不同位置相对脱盐率均大于0，即各处理组相对于对照组均呈脱盐状态。此外，不同位置，土壤脱盐率差异较大，窄行脱盐率最高，宽行其次，膜间脱盐率最低，盐分聚集最严重。这是由于宽行和窄行均有灌水的淋洗作用，而窄行距离滴灌带更近，灌水的淋洗效果也更为显著。

2.1.4 100 cm土层内生育期Na+和Cl-平均含量变化情况

土壤中NaCl含量高于0.4%时会对棉花的生长发育会产生不利影响[37]。图6为Na+和Cl-生育期膜间和膜内土层离子平均含量（膜内土壤离子含量为整个生育期内膜内宽行和窄行含量取算术平均）随深度变化情况。在0～30 cm内，对照组Cl-呈先增大后减小的变化趋势，间作处理则随深度增加一直呈下降趋势。间作不同盐生植物的下降幅度不同，碱蓬组在0～30 cm土层平均含量较低，Cl-去除效果最好。各处理在30 cm处达到近似值，30～100 cm各处理的Cl-变化基本一致，其变化趋于平稳。

Na+生育期土层平均含量变化则与Cl-变化相似，对照组Na+平均含量呈先增大再减小的变化趋势，间作条件下土层Na+平均含均随土层深度的增加而降低，不同处理的下降幅度不同。0～60 cm内，碱蓬组的Na+含量最低，对照组的含量最高。60～100 cm土层各处理Na+平均含量变化趋势存在一定差异，但变幅较小，差异不大。根据前述，苜蓿对总盐量的去除率大于碱蓬。可见，不同盐生植物的脱盐效果与Na+和Cl-的变化并不同步，即总盐量降低并不意味着Na+和Cl-的含量也会相应降低，说明不同盐生植物对各盐离子的吸收利用程度不同，如何选择适宜的盐生植物，提高其对作物生长发育影响较大的盐离子的去除效果也是今后需要进一步研究的问题。

图6 0～100 cm土层Na+和Cl-随深度变化

表3为0～100 cm生育期前后Na+和Cl-变化情况。与各处理棉花生育初期的Na+含量相比，生育期末苜蓿组、对照组、孜然组和碱蓬组的Na+含量增长率分别为152.2%、157.4%、116.6%和27.8%，经统计分析可知，除苜蓿处理外，其他各处理与对照相比，均呈显著水平。Cl-在0～100 cm土层变化情况与Na+不同，经过生育期的灌水淋洗和盐生植物的吸收，土层中Cl-含量均有所减小，减少率从大到小依次为碱蓬、苜蓿、孜然和对照，其中碱蓬组的减小率是对照组的2.3倍（<0.05）。可见，间盐生植物能够有效改善0～100 cm土层Na+和Cl-的累积分布情况，减少其对作物的毒害，在3种盐生植物中，碱蓬的效果最好，对Na+和Cl-有明显的抑制和脱盐效果。由于Na+易被土壤胶体吸附，不容易被淋洗[38]，因此在整个生育期处于累积状态。

表3 0～100 cm土层生育期前后Na+和Cl-变化情况

2.1.5 间作不同盐生植物棉花的耗水量、产量和水分利用效率

不同间作处理耗水量、产量及水分利用效率如表4所示。表4表明，灌水量一定条件下，孜然组耗水量最大，苜蓿组其次，对照组耗水量最小，即间作盐生植物的处理耗水量均大于对照组，说明盐生植物在生长过程中也消耗了一定土壤水分，从而增加了间作系统整体耗水量。从产量情况来看，其大小顺序依次为苜蓿>碱蓬>孜然>对照，其水分利用效率表现为苜蓿>碱蓬>对照>孜然，且呈显著差异（<0.05）。说明膜下滴灌棉田间作盐生植物不仅可以有效降低土壤含盐量，增加土壤含水率，还可以增加棉花产量和提高其水分利用效率，且间作碱蓬和苜蓿的脱盐、增产效果较好。

表4 不同处理棉花产量和水分利用效率

2.2 不同地下水埋深条件下间作碱蓬对土壤水盐动态的影响

2.2.1不同地下水位埋深时土壤含水率剖面分布特征

图7为间作碱蓬条件下不同地下水埋深时整个生育期土壤平均含水率变化情况，平均含水率是指在棉花生育期内不同水平位置取样点同一土层深度处的含水率算术平均值。

图7 间作条件下不同地下水位下土壤含水率分布

图7a和图7b分别为地下水埋深为1.5、2.0、2.5和3.0 m时膜间膜内平均含水率变化情况。埋深为1.5 m时，膜内和膜间含水率差异较小，含水率大小随深度变化基本一致；埋深为3 m时，膜内和膜间含水率差异较大，且不同土层深度，其差异程度不同，0～40 cm土层膜内膜间含水率差异较大，膜内含水率明显高于膜间，40～100 cm的含水率则差异较小。当地下水埋深越浅时，地下水向上补给作用越大，间作的盐生植物长势更好，对膜间土表的覆盖度更高，膜间土壤含水率也越高，而较高的含水率又反馈于盐生植物的生长发育，形成一个良性的相互反馈过程。图7c为间作条件下不同地下水埋深整个土层平均含水率。可以看出，地下水埋深越浅，其向上补给量也会就越大，其土壤含水率也就会相对越大。通过计算0～100 cm土层生育期始末土壤平均含水率变化可知，地下水埋深为1.5、2.0、2.5、3.0 m时，减小率依次为16.5%、6.6%、4.8%、3.5%，即地下水埋深越浅，其生育期始末含水率减小率越大，且减小率也越大，与地下水埋深为3.0 m相比，地下水埋深为1.5和2.0 m时含水率均呈显著差异（<0.05）。

2.2.2 全生育期土层平均含盐量变化情况

图8为间作条件下不同地下水埋深各土层深度膜内膜间平均含盐量变化情况。由图可见，土壤含盐量随深度增加先减小后增大，盐分变化在0～40 cm土层内较为活跃，不同处理盐分含量差异较大；40～100 cm盐分含量变幅逐渐变小，不同地下水埋深处理盐分差异也逐渐减小。在0～ 100 cm土层内，膜内和膜间平均盐分随深度的变化趋势基本一致。同一深度土层，地下水埋深越小，平均含盐量越大，不同地下水埋深条件下的膜内、膜间盐分含量的差异也越大。

图8 不同地下水埋深条件下间作棉田平均含盐量分布

2.2.3 间作和未间作条件下各处理产量、水分利用效率、脱盐率及地下水补给比例

表5为间作与未间作碱蓬条件下各处理产量、水分利用效率、脱盐率和地下水补给情况。

表5 间作与未间作碱蓬不同埋深地下水补给量及补给比例

由表5可以看出，地下水埋深越浅，地下水向上的补给量和补给比例也越大。同一地下水埋深时，间作条件下地下水补给量、补给比例和产量均大于未间作处理，以地下水埋深2 m的处理为例，间作和未间作条件下的地下水补给量分别占其总耗水量的19.4%和16.7%，间作的地下水补给量比未间作处理增加了19.5%，产量增加了12.1%。说明棉田间作盐生植物后增加了产量和农田系统整体的耗水量和地下水的补给比例（见表5）。从盐分累积状况来看，间作与未间作的盐分累积差异较大，未间作条件下，土层盐分呈累积状态，地下水埋深越大，积盐率越小。间作条件下，土层呈脱盐状态，地下水埋深越浅，脱盐率越低。

可见，间作不仅能有效增加棉花产量和水分利用效率、抑制土壤盐分累积，而且可以有效调控地下水补给与返盐量之间的关系，即在一定程度上改变地下水补给比例越大、其返盐率越大[39]这一传统的定量关系，从而促进作物生长、提高其水分利用效率。

3 讨 论

盐生植物能有效地改良盐碱地，这已经得到大量研究成果的证实，但其种植模式主要以单作为主且其研究目标仅以除盐为主[20]。间作条件下，盐生植物在除盐脱盐的同时，与主要作物棉花也在进行着水肥的竞争，从而有可能会影响棉花的生长发育以及产量，而本研究结果证实，适宜地间作盐生植物不仅能有效地降低土壤含盐量，还可以增加土壤含水率，提高棉花的产量和水分利用效率，同时增加浅层地下水的补给比例。由于盐生植物碱蓬和苜蓿均属于真盐型植物，他们可以吸收利用土壤中的盐分；同时，盐生植物均非常耐旱，在其生长发育期间仅消耗少量水分，因此可以通过“生物泵”的作用降低土壤中的盐分[26-28]。此外，盐生植物还可以有效地改善土壤物理性质，使其容重下降，孔隙度提高，盐分的淋洗作用更强[40]。碱蓬和苜蓿等盐生植物还增加土壤有机质和耐盐性较低的微生物含量，提高土壤中N、P、K含量[41]。由此可见，在膜下滴灌棉田间作真盐型盐生植物时，棉花产量的提高不仅与含盐量下降有关，应该还与土壤结构、养分的改善有关。在地下水埋深较浅条件下，盐生植物降低土壤盐分的同时，还可以增加地下水的补给比例，起到生物排水和节约淡水的作用。

4 结 论

1）膜间间作盐生植物能有效提高膜下滴灌棉花根系层（0～30 cm）土壤的平均含水率，且膜间的含水率增幅较膜内明显；各处理中，间作碱蓬的效果最为明显。

2）同一地下水埋深条件下，间作盐生植物能有效降低土壤膜间和膜内的含盐量，4种处理（依次为苜蓿、碱蓬、孜然和对照）的土壤平均脱盐率依次为55.97%、-18.77%、-21.43%、-307.52%。不同位置，土壤脱盐率差异较大，其中窄行脱盐率最高，宽行其次，膜间脱盐率最低；不同埋深条件下，埋深越浅，间作处理的脱盐率越低。间作盐生植物能抑制钠离子和氯离子的聚集，降低生育期土层平均含量，其中碱蓬效果最好。

3）不同地下水埋深条件下，间作盐生植物的处理棉花产量均有不同程度提高，随地下水埋深的增加，其产量逐渐降低。同一地下水埋深时，与未间作相比，间作处理增加地下水补给量和补给比例，降低了返盐率，提高了作物产量和水分利用效率，为进一步有效利用地下微咸水、减少地表水灌溉量提供了依据。

[1] 王全九，王文焰，吕殿青，等. 膜下滴灌盐碱地水盐运移特征研究[J]. 农业工程学报，2000，16(4)：54－57.Wang Quanjiu, Wang Wenyan, LüDianqing, et al. Water and salt transport features for salt-effected soil through drip irrigation under film[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2000, 16(4): 54－57. (in Chinese with English abstract)

[2] 吕殿青，王文焰，王全九. 滴灌条件下土壤水盐运移特性的研究[J]. 灌溉排水学报，2000，19(1)：107－112. LüDianqing, Wang Wenyan, Wang Quanjiu. Study on water and salt transport in soil under drip irrigation [J]. Irrigation & Drainage, 2000, 19(1): 107－112. (in Chinese with English abstract)

[3] 王全九，王文焰，汪志荣，等. 盐碱地膜下滴灌技术参数的确定[J]. 农业工程学报，2001，17(2)：47－50. Wang Quanjiu, Wang Wenyan, Wang Zhirong, et al. Determination of technique parameters for saline-alkali Soil through drip irrigation under film[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2001, 17(2): 47－50. (in Chinese with English abstract)

[4] 刘新永，田长彦. 棉花膜下滴灌盐分动态及平衡研究[J]. 水土保持学报，2005，19(6)：82－85. Liu Xinyong, Tian Changyan. Study on dynamic and balance of salt for cotton under plastic mulch in south Xinjiang[J]. Journal of Soil Water Conservation, 2005, 19(6): 82－85. (in Chinese with English abstract)

[5] 李明思. 膜下滴灌灌水技术参数对土壤水热盐动态和作物水分利用的影响[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2006. Li Mingsi. Effects of Irrigation Parameters on the Soil Moisture, Heat, Solute Dynamics, and Crop Water Use under Drip Irrigation with Plastic Film Mulch[D]. Yangling: Northwest A&F University, 2006. (in Chinese with English abstract)

[6] 苏里坦，阿不都·沙拉木，宋郁东. 膜下滴灌水量对土壤水盐运移及再分布的影响[J]. 干旱区研究，2011，28(1)：79－84. Su Litan, ShalamuA, SongYudong. Effects of drip irrigation volume on soil water-salt transfer and itsredistribution[J]. Arid Zone Research, 2011, 28(1): 79－84. (in Chinese with English abstract)

[7] Benson DA, Wheatcraft S W, Meerschaert M M. Application of a fractional advection-dispersionequation[J]. Water Res­ourc­es Research, 2000, 36(6): 1403－1412.

[8] 张鹏，赵新风，张涛，等. 滴灌对干旱区绿洲防护林土壤盐分的淋洗作用[J]. 农业工程学报，2011，27(5): 25－30. Zhang Peng, Zhao Xinfeng, Zhang Tao, et al. Leaching salinity effect of drip irrigation on soil of oasis shelter forests in arid area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(5): 25－30. (in Chinese with English abstract)

[9] 谭军利，康跃虎，焦艳平，等. 滴灌条件下种植年限对大田土壤盐分及pH值的影响[J]. 农业工程学报，2009，25(9)：43－50. Tan Junli, Kang Yuehu, Jiao Yanping, et al. Effects of cropping years on soil salinity and pH value in fields under drip irrigation condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2009, 25(9): 43－50. (in Chinese with English abstract)

[10] 虎胆·吐马尔白，弋鹏飞，王一民，等. 干旱区膜下滴灌棉田土壤盐分运移及累积特征研究[J]. 干旱地区业研究，2011，29(5)：144－150. Hudan Tumaerbai, Yi Pengfei, Wang Yiming, et al. Research on transport and accumulation characteristics of soil salinity of cotton field under film mulched drip irrigation in arid areas[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2011, 29(5): 144－150. (in Chinese with English abstract)

[11] 李朝阳，郑旭荣，王振华，等. 滴灌年限对土壤盐分分布及棉花的影响[J]. 节水灌溉，2012(8): 39－42. Li Zhaoyang, Zheng Xurong, Wang Zhenhua, et al. Influence of drip irrigation years on soil salinity distribution and cotton[J]. Water Saving Irrigation, 2012(8): 39－42. (in Chinese with English abstract)

[12] Zhang Jianbing, Yang Jingsong, Yao Rongjiang, et al. The effects of farmyard manure and mulch on soil physical properties in a reclaimed coastal tidal flat salt-affected Soil[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2014, 13(8): 1782－1790.

[13] 殷波，柳延涛. 膜下长期滴灌土壤盐分空间分布特征与累积效应[J]. 干旱地区农业研究，2009，27(6)：228－231. Yin Bo, Liu Yantao. Spatial distribution and accumulation pattern of soil salinity with long term drip irrigation under plastic mulching[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(6): 228－231. (in Chinese with English abstract)

[14] 弋鹏飞，虎胆·吐马尔白，吴争光，等. 棉田膜下滴灌年限对土壤盐分累积的影响研究[J]. 水土保持研究，2010，17(5)：118－122. Yi Pengfei, Hudan Tumaerbai, Wu Zhengguang, et al. Research on soil salt accumulation influence by the years of covered cotton under drip irrigation[J]. Research of Soil & Water Conservation, 2010, 17(5): 118－122. (in Chinese with English abstract)

[15] 牟洪臣，虎胆·吐马尔白，苏里坦，等. 干旱地区棉田膜下滴灌盐分运移规律[J]. 农业工程报，2011，27(7)：18－22. Mu Hongchen, Hudan Tumaerbai, Su Litan, et al. Salt transfer law for cotton field with drip irrigation under mulchin arid region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(7): 18－22. (in Chinese with English abstract)

[16] 刘洪亮，褚贵新，赵风梅，等. 北疆棉区长期膜下滴灌棉田土壤盐分时空变化与次生盐渍化趋势分析[J]. 中国土壤与肥料，2010，28(4)：12－17. Liu Hongliang, Chu Guixin, Zhao Fengmei, et al. Study on the variation and trend analysis of soil secondary salinization of cotton field under long-term drip irrigation condition in northern Xinjiang[J]. Soil & Fertilizer Sciences in China, 2010, 28(4): 12－17. (in Chinese with English abstract)

[17] 张克强，白成云，马宏斌，等. 大同盆地金沙滩盐碱地综合治理技术开发研究[J]. 农业工程学报，2005，21(增刊)：136－141. Zhang Keqiang, Bai Chengyun, Ma Hongbin, et al. Combined methods for comprehensive improvement of saline-alkali soil in Datong Basin[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(Suppl): 136－141. (in Chinese with English abstract)

[18] Al-Omoush A K M. Wheat response to phosphogypsum and mycorrhizal fungi in alkaline soil[J]. Journal of Plant Nutrition, 2006, 25(4): 873－883.

[19] 胡明芳，田长彦，赵振勇，等. 新疆盐碱地成因及改良措施研究进展[J]. 西北农林科技大学学报，2012，40(10)：111－117. Hu Mingfang, Tian Changyan, Zhao Zhenyong, et al. Salinization causes and research progress of technologies improving saline-alkali soil in Xinjiang[J]. Journal of Northwest A & F University, 2012, 40(10): 111－117. (in Chinese with English abstract)

[20] 祁通，孙九胜，刘易，等. 滴灌条件下不同盐生植物对盐渍化土壤的脱盐效果研究[J]. 新疆农业科学，2011，48(12)：2309－2314. Qi Tong, Sun Jiusheng, Liu Yi, et al. Effects of different halophyte plants on soil desalination under drip irrigation conditions[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2011, 48(12): 2309－2314. (in Chinese with English abstract)

[21] Alam A, Sharma V. Potential of glycophytes and halophytes in phytoremediation of salt and metal contaminated soils: A review[J]. Current Environmental Engineering, 2017. 4(1): 53－65.

[22] Fountoulakis M S, Sabathianakis G, Kritsotakis I，et al. Halophytes as vertical-flow constructed wetland vegetation for domestic wastewater treatment[J]. Science of the Total Environment, 2017, 583: 432－439.

[23] Bhuiyan M S I, Raman A, Hodgkins D, et al. Influence of high levels of Na+and Cl−on ion concentration, growth, and photosynthetic performance of three salt-tolerant plants[J]. Flora-Morphology Distribution Functional Ecology of Plants, 2017, 228: 1－9.

[24] 任崴，罗廷彬，王宝军，等. 新疆生物改良盐碱地效益研究[J]. 干旱地区农业研究，2004，22(4)：211－214. Ren Wei, Luo Tingbin, Wang Baojun, et al. Biological improvement of saline and alkaline land in Xinjiang[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2004, 22(4): 211－214. (in Chinese with English abstract)

[25] 单奇华，张建锋，阮伟建，等. 滨海盐碱地土壤质量指标对生态改良的响应[J]. 生态学报, 2011, 31(20): 6072－6079. Shan Qihua, Zhang Jianfeng, Ruan Weijian, et al. Response of soil quality indicators to comprehensive amelioration measures in coastal salt-affected land[J]. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(20): 6072－6079. (in Chinese with English abstract)

[26] Zhao Kefu, Fan Hai, Jiang Xingyu, et al. Improvement and utilization of saline soil by planting halophytes[J]. Chinese Journal of Applied & Environmental Biology, 2002, 8(1): 31－35.

[27] Hasanuzzaman M, Nahar K, Alam M M, et al. Potential use of halophytes to remediate saline soils. [J]. Biomed Research International, 2015, 2014(2014): 1－12.

[28] Shaygan M, Mulligan D, Baumgartl T. The potential of remediation of soils affected by salt using halophytes[J]. EGU General Assembly Conference Abstracts, 2017, 19: 18594.

[29] Egamberdieva D, Mamedov N A. Potential use of licorice in phytore mediation of salt affected soils[M]. Plants, Pollutants and Remediation. Netherlands: Springer, 2015: 309－318.

[30] 张丽珍，牛伟，牛宇，等. 柠条对盐碱地植被组成及土壤特性的影响[J]. 生态学报，2009，29(9): 4693－4699. Zhang Lizhen, Niu Wei, Niu Yu, et al. Impact of caragana Fabr. plantation on plant community and soil properities of saline-alkali wasteland[J]. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(9): 4693－4699. (in Chinese with English abstract)

[31] Xiao Kebiao，Wu Pute，Lei Jinyin，et al. Bio-reclamation of different halophytes on saline-alkali soil[J]. Journal of Agro- Environment Science, 2012, 31(12): 2433－2440.

[32] 林学政，沈继红，刘克斋，等. 种植盐地碱蓬修复滨海盐渍土效果的研究[J]. 海洋科学进展，2005，23(1)：65－69. Lin Xuezheng, Shen Jihong, Liu Kezhai, et al. Study on remediation effects of Suaeda salsa L. planting on coastal saline soil[J]. Advances in Marine Science, 2005, 23(1): 65－69. (in Chinese with English abstract)

[33] 王升，王全九，周蓓蓓，等. 膜下滴灌棉田间作盐生植物改良盐碱地效果[J]. 草业学报，2014，23(3)：362－367. Wang Sheng, Wang Quanjiu, Zhou Beibei, et al. Effect of interplanting halophyte in cotton fields with drip irrigation under film to improve saline-alkali soil[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(3): 362－367. (in Chinese with English abstract)

[34] 王遵亲，祝寿泉，俞仁培，等. 中国盐渍土[M]. 北京：科学出版社，1994.

[35] 杨军强. 旱区盐碱地膜下滴灌棉田土壤水盐运移特性及生物改良机理研究[D]. 西安：西安理工大学，2016. Yang Junqiang. Research on Soil Water and Salt Movement Characteristics and Mechainsm of Biological Improvement to Saline-alkali Soil of Cotton Field with Drip Irrigation Under Film in Arid[D]. Xi'an:Xi'an University of Technology, 2016. (in Chinese with English abstract)

[36] 徐飞. 微咸水灌溉对地下水补给和土壤水盐运移的影响研究[D]. 西安：西安理工大学，2014. Xu Fei. Study on the Effects of Underground Water Recharges and Soil Water and Salt Movement Under Brackish Water Irrigation[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2014. (in Chinese with English abstract)

[37] 叶武威. 棉花对NaCl的抗性及其机理[D]. 安阳：中国农业科学院棉花研究所，2001. Ye Wuwei.Resistance and Its Mechanism of NaCl Stress on G.hirsutumL[D]. Anyang: Cotton Research Institute of CAAS, 2001. (in Chinese with English abstract)

[38] 赵耕毛，刘兆普，陈铭达，等. 海水灌溉滨海盐渍土的水盐运动模拟研究[J]. 中国农业科学，2003，36(6)：676－680. Zhao Gengmao, Liu Zhaopu, Chen Mingda, et al. Study on salinity situation of seashore saline soil under seawater irrigation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2003, 36(6): 676－680. (in Chinese with English abstract)

[39] 王水献，周金龙，董新光. 地下水浅埋区土壤水盐试验分析[J]. 新疆农业大学学报，2004，27(3)：52－56. Wang Shuixian, Zhou Jinlong, Dong Xinguang. Experimental analysis on the soil water and salt dynamic variation in shallow groundwater areas[J]. Journal of Xinjiang Agricultural University, 2004,27(3): 52－56. (in Chinese with English abstract)

[40] 胡发成. 种植苜蓿改良培肥地力的研究初报[J]. 草业科学，2005，22(8)：47－49. Hu Facheng. Initial research report on soil fertility improve­ment by planting Medicagosativa[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2005, 22(8): 47－49. (in Chinese with English abstract)

[41] 秦嘉海，吕彪，赵芸晨.河西走廊盐土资源及耐盐牧草改土培肥效应的研究[J]. 土壤，2004，36(1)：71－75. Qin Jiahai, Lü Biao, Zhao Yunchen.Solonchak resources and soil building effect of salt-tolerant forage grasses[J]. Soils, 2004, 36(1): 71－75. (in Chinese with English abstract)

何子建，史文娟，杨军强.膜下滴灌间作盐生植物棉田水盐运移特征及脱盐效果[J]. 农业工程学报，2017，33(23)：×129－138. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.017 http://www.tcsae.org

He Zijian, Shi Wenjuan, Yang Junqiang.Water and salt transport and desalination effect of halophytes intercropped cotton field with drip irrigation under film[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(23): 129－138. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.017 http://www.tcsae.org

Water and salt transport and desalination effect of halophytes intercropped cotton field with drip irrigation under film

He Zijian, Shi Wenjuan※, Yang Junqiang

(710048,)

Improvement of saline-alkali soil by halophyte is one of the most effective methods, which has good application prospect such as low cost, high efficiency and environment friendliness. Large amounts of saline-alkali soils and severe drought significantly restricts sustainable development of irrigated agriculture in the Xinjiang region. However, long-term application of the irrigation method will face the potential risk of salinization. Thus, the paper’s aim was to explore the characteristics of water and salt transport in field soil and halophytes’s desalinization effect in saline-alkali soil under the intercropped cotton systems under the drip irrigation with film. The experiment was carried in field and water balance spot. In the field experiment, the groundwater depth was not adjusted and 3 kinds of halophytes (alfalfa, Suaeda and cumin) were used. The treatment without halophytes was considered as the control. In the water balance spot experiment, the Suaeda was intercropped with cotton and 4 kinds of groundwater depths (1.5, 2.0, 2.5 and 3.0 m) were designed. The soil moisture, salinity, sodium and chloride ion content, cotton yield and groundwater recharge were determined. The results showed that halophytes intercropped with cotton could significantly increase the average soil moisture at 0-30 cm depth between the film and inside film during the growth stage of cotton in field, and the treatment with intercropping Suaeda was the most effective. The average soil desalinization rate of intercropping alfalfa, Suaeda, cumin and the treatment of no intercropping in soil at 0-100 cm depth was 55.97%,-18.77%,-21.43% and-307.52%, respectively. The treatment with intercropping alfalfa was the most effective to remove salt from soil. The desalination rate in the narrow rows was the highest and that between the film was the lowest; Intercropping halophytes could decrease the content of sodium ions and chloride ions to a certain extent in soil at 0-100 cm depth, and increase the cotton seed yield and water use efficiency. Among the treatments, intercropping alfalfa was the best for decreasing sodium ions and chloride ions content of the field soil. The trial of water balance spot showed that the smaller the groundwater depth was, the higher the average soil moisture was, and the smaller the moisture difference inside film and between films in soil at 100 cm depth under intercropping conditions was. Compared with no intercropping, the intercropping treatments could effectively reduce soil salinity, increase the soil moisture, increase the cotton yield and improve the water use efficiency. In addition, the intercropping treatments increased the groundwater recharge ratio. Among all the treatments, the intercropping Suaeda and alfalfa had the best effect. We suggested to improve saline soil by intercropping Suaeda with cotton under the drip irrigation with film since the intercropping Suaeda with cotton had the better inhibition effect for sodium ion accumulation than the intercropping alfalfa treatment. These results will provide the support for saline alkali soil improvement with drip irrigation under film and the sustainable application for the irrigation method in saline alkali soil and arid region.

soil moisture; salinity; intercropping; cotton field; drip irrigation under film; water and salt transport

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.23.017

S152

A

1002-6819(2017)-23-0129-10

2017-05-12

2017-11-11

国家自然科学基金资助项目（51379173）；陕西省教育厅重点实验室科研计划项目（16JS085）

何子建，湖北咸宁人，主要从事农业水土资源与生态环境方面研究。Email：2460845224@qq.com

史文娟，陕西武功人，教授，博士生导师，主要从事农业水土资源高效利用研究。Email：shiwj@xaut.edu.cn