滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

李晓彬，康跃虎,2



滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

李晓彬1，康跃虎1,2

（1. 中国科学院地理科学与资源研究所 陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101；2. 中国科学院大学 资源与环境学院，北京 100049）

滨海盐碱地是滨海地区重要的土地资源，随着滨海地区城镇化进程及生态文明建设的发展，迫切需要低成本、快速、可持续的滨海盐碱地原土植被构建技术。针对滨海盐碱地原土建植与咸水/微咸水资源的利用，该研究以月季（）为例，采用微咸水滴灌技术进行滨海盐碱地水盐调控植被构建。试验在渤海湾曹妃甸区吹沙造田形成的典型沙质滨海盐渍土上进行，设计了灌溉水电导率（ECiw）为0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5个处理，研究滴灌水盐调控对土壤盐分淋洗及月季根系生长和分布特征的影响。结果表明：在渤海湾滨海地区气候条件下，先进行淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉，随后采用<7.8 dS/m的微咸水滴灌，0～100 cm土层土壤盐分得到了有效的淋洗，尤其是根层0～40 cm土壤盐分经过一个月左右，由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m，一个低盐适生的土壤环境得到快速营造；随着ECiw的增加，0～40 cm土层土壤最终趋于稳定的盐分呈增加趋势，土壤脱盐过程可以被logistic方程描述，脱盐过程可划分为快速脱盐、缓慢脱盐和盐分趋于稳定3个阶段；94%以上的月季根系主要分布在0～20 cm的表层土壤中，随着ECiw的增加，根系生物量显著降低，根系受盐分胁迫生理干旱影响向土壤深处生长以扩大水分空间。研究认为，采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌、随后进行微咸水滴灌的方法，可以实现土壤盐分的快速淋洗并维持在较低水平，但受盐分对根系生长的影响会作用于植物地上部分生长及植物存活，因此需要结合植物耐盐性及生产目标（产量、景观）确定适宜灌溉水矿化度阈值。

灌溉；盐分；滨海盐渍土；微咸水；盐分淋洗；土壤基质势；根系

0 引 言

滨海盐渍土是盐渍土类型之一，广泛分布在中国北起辽东半岛经渤海湾、黄海、东海、台湾海峡、南海、海南岛等滨海地区，滨海盐渍土约占中国盐渍土面积的7%左右，是沿海地区扩大耕地面积的重要土地资源。滨海盐渍土不仅土壤表层积盐重，而且心底土盐分含量也很高，土壤盐分组成与海水一致，氯化钠盐占绝对优势，土壤钠吸附比很高，土壤水分饱和后，土壤颗粒膨胀、孔隙关闭、土壤板结，土壤渗透性降低，通气不良[1-4]。加上滨海地区地下水埋深浅，且浅层地下水为咸水/微咸水，淡水资源紧缺，因此，滨海盐碱地的农业开发利用与植被建设一直是一个难题。经过灌溉淋盐与排水、土壤物理和化学改良、耐盐植物种植等措施，一部分的中轻度滨海盐碱地已经得到治理。但由于地形地势不利于排水、土壤质地粘重且钠吸附比很高无法采用传统地面灌溉淋盐、淡水资源紧缺等原因，尚有大面积的尤其是重度滨海盐碱地无法直接利用。

随着中国对沿海地区进一步开发，滨海新区的规划与新建进入快速发展阶段，而这些新区土地大多以尚未开发利用的盐碱地为主，伴随着城镇化建设与人口增加，对滨海盐碱地植被景观建设提出了迫切需求[4-5]。由于滨海盐渍土以及滨海自然条件特点，目前滨海盐碱地绿化主要是采用人工客土方法，同时选用一些比较耐盐的苗木品种[6]。然而这种方法成本高，考虑到成本问题营造的客土土层比较薄，造成植物水分、养分空间小且极易受盐分胁迫，树木生长慢，多为小老头树，更重要的是客土的土壤资源来源有限，难以满足大面积的盐碱地景观绿化工程的需要，因此，滨海盐碱地原土植被景观建设技术成为迫切需要研究的内容。

灌溉淋盐与排水相结合的方法，是国内外使用历史最长、应用范围最广泛的盐碱地治理开发技术。随着现代灌溉技术的发展，滴灌技术因其小流量、长时间、高频率的灌溉特点和显著的盐分淋洗效果，被逐渐应用于盐碱地治理中[7-10]。通过选择适宜的灌水器流量、灌水器间距等参数，滴灌条件下的土壤水分以非饱和运动为主，一方面对土壤结构影响小，另一方面通过高频灌溉可以维持较高的土壤总水势弥补因盐分存在而降低的渗透势，有利于植物根系吸水[11-12]。相关研究表明，盐碱地滴灌水盐调控多年后，作物根区土壤环境随着种植年限增加逐年改善，有利于作物生长，两到三年后可达到高产田水平[13-18]。考虑到滨海地区淡水资源紧缺但有着丰富的咸水/微咸水资源，利用咸水/微咸水进行灌溉淋盐将是滨海地区盐碱地原土造林的一个重要方向。已有研究表明，滴灌也是利用咸水/微咸水的最有效的灌溉方式[19-20]，国内外采用咸水/微咸水滴灌已被应用到西红柿、茄子、黄瓜、枸杞、椰枣、柠檬等农作物和果树栽培上，且适宜的灌溉水矿化度阈值也已通过试验获得。合理的微咸水灌溉制度下不仅土壤盐分可以维持平衡，而且可以显著改善品质且不会造成产量的降低[21-27]。微咸水灌溉的同时向土壤中带入了盐分，为了防止盐分在土壤中累积，通常需要一定的水量进行盐分淋洗，但过多的淋洗水量则会产生大量的深层渗漏，造成地下水位上升和土壤次生盐渍化，并会造成高盐排水对环境的影响[28]。目前常用的确定灌水定额的方法是利用淋洗比（leaching requirement，LR）计算获得，但由于作物耐盐性受土壤质地、耕作方式、农艺措施、灌溉方式、作物品种、气候等多因素综合影响，所以同一作物的LR试验数值表现出差异性。康跃虎研究发现通过监测滴头正下方20cm深的土壤基质势，能很好的控制作物根系分布层的水分状况，并将这一灌溉方法应用到微咸水滴灌中[29]，通过控制滴头正下方20cm深度处土壤基质势维持在较高的水平，每次灌溉相同的水量，一是可以弥补因盐分存在造成的渗透势的降低，二是在土壤垂直剖面产生向下的一个水势梯度，在水势梯度作用下的土壤水分运动不断淋洗盐分。

近年来，Sun等[30]、Chen等[31]采用控制滴头正下方20 cm深度处土壤基质势阈值指导灌溉的方法，分别在天津静海和唐山曹妃甸进行盐分淋洗原土植被构建的试验，结果表明，通过淡水滴灌灌溉在淋盐初期控制滴头正下方20 cm深度处较高的土壤基质势（−5～−10 kPa），可以维持一个向下的土壤水势梯度，促进盐分淋洗，并弥补因盐分存在而降低的土壤渗透势，在根层维持较高的土壤总水势，1年以后0～90 cm土壤可由重度盐渍土变为中轻度盐渍土，筛选出的植物成活率可达到85%以上。然而利用咸水/微咸水滴灌进行盐碱地景观绿化植物栽植的研究则少有报道，且在土壤盐分和灌溉水盐分双重影响下，土壤的脱盐过程和植物生长响应需要深入研究，以期获得滨海盐碱地咸水/微咸水滴灌的苗木栽植技术。

月季（）是一种盐分敏感性植物，且是景观绿化常用的一种花卉植物，本文针对滨海盐碱地咸水/微咸水滴灌植被构建技术的需要，以月季为例，通过设置5个灌溉水矿化度处理，研究滨海盐碱地微咸水滴灌土壤脱盐过程及月季根系生长响应，以期为微咸水滴灌水盐调控盐碱地原土植被建设提供理论依据和参考。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

研究区位于河北省唐山市曹妃甸新区，濒临渤海湾，地处滦河下游，东部与乐亭县接壤，北部与滦南县相邻，南部为渤海湾。试验在中科院地理资源所曹妃甸工业区滨海盐碱地试验基地（39°03′ N，118°48′ E，海拔1.8 m）进行，研究区具有明显的暖温带半湿润季风气候，多年平均降水量554.9 mm，最大年降水量934.4 mm，最小降水量318.1 mm。降水多集中在夏季，6－9月份的降水量约占全年降水总量的74%。多年平均蒸发量1 677.0 mm，冬春季多风，寒冷干燥。

该基地土壤为吹沙造田形成，试验区土壤主要理化性质如表1所示，土壤类型为沙壤土，未经扰动的土壤原始容重为1.7～1.85 g/cm3左右，经过开挖原土铺设砾石隔离层，然后将原土回填并旋耕表层（土壤中含有牡蛎），扰动处理过后的土壤容重降低为1.3～1.7 g/cm3左右。0～100 cm 整个土层的盐分（土壤饱和泥浆提取液电导率，ECe）均大于25 dS/m，均值27.47dS/m，SAR均大于47(mmol/L)0.5，均值52.66(mmol/L)0.5，pH值在7.8～8.1之间，均值7.94，试验区土壤属于极重度盐渍土。

表1 试验区土壤特性

试验期间（3月－11月）2012－2014年的降雨量特征如表2和图1所示，2012－2014年试验期间降雨量分别为895.2、514.9和415.6 mm，呈逐年降低趋势，参考研究区多年平均降雨量为554.9 mm，表明试验经历了相对多雨、等量和少雨3种降雨特征年。5月29日－11月30日降雨量3年分别为895.2、458.9和371.5 mm，降雨频率分别为4.43、5.64和8.07天/次，呈逐年增加趋势。2012－2014年7月到9月的降雨量分别为530.0、384.9和275.2 mm，分别占3-11月总降雨量的69.9%、81.2%和61.2%。

表2 试验期间的降雨量特征

图1 试验期间的降雨量特征

1.2 试验设计

试验以盐分敏感性月季（）为研究对象，于2012年6月进行栽植。试验小区布置及土壤处理如图2所示，栽植前先对土壤进行处理，首先将盐渍土深翻100 cm，然后在底部铺设厚度为15 cm、粒径4～7 cm 的砾石，砾石上铺设厚度为5 cm、粒径为0.2～0.4 cm的沙子，在砾石隔离层的倾斜末端放置PVC管用于排除砾石层以上土壤淋洗出的盐分。随后将原土回填，整平旋耕表层。试验设计5个灌溉水电导率（ECiw）的处理，每个处理3个重复，每个重复小区规格为4.0 m×4.0 m，月季栽植株距0.5 m，行距0.6 m，每个小区栽植56株月季。栽植的月季选用营养钵扦插的均质苗，栽植时开挖直径15 cm左右的苗穴，苗穴里填入非盐渍土。

不同灌溉水电导率处理的灌溉水离子组成如表3所示，试验设计灌溉水电导率分别为0.8（K1）、3.1（K2）、4.7（K3）、6.3（K4）和7.8（K5）dS/m共计5个处理，K1属于淡水，K2-K5属于微咸水。灌溉水由试验区内的深层地下水（EC=0.4～1.2 dS/m）和浅层地下水（EC=13.8～22.4 dS/m）配置而成，由于试验区与周边较为封闭，水质变化比较稳定。表3显示随着ECiw的增加，Na离子浓度和SAR（sodium adsorption ratio）呈增加趋势，pH值由8.92降低为8.50。

图2 试验小区布置图

表3 灌溉水离子特征

1.3 灌溉与农艺管理

灌溉采用重力滴灌形式（图2），每个处理布设一套独立的重力滴灌系统，由容量2 000 L的微咸水储水桶、容量200 L的重力滴灌桶和灌溉管道及滴灌带组成，滴头间距为20 cm，滴头流量为2.7 L/h（0.1 MPa），重力滴灌桶放置在距离地面0.8 m高的土台上，该高度下滴头流量约为0.7 L/h。

月季栽植后即开始统一灌溉淡水，灌溉期间如果地面形成较大的明水，则停止灌溉，明水消失后继续进行灌溉，在短时间内通过盐分强化淋洗将土壤盐分快速淋洗到表层10 cm以下，防止栽植初期遭遇大雨时地表径流将表层盐分带入树穴中影响苗木生长。灌溉期间利用原位电导仪随机选点进行盐分监测，当表层土壤盐分均低于4 dS/m，则进入正常水盐调控阶段，此阶段在每个处理的第二个小区中间区域选择一滴头，在其正下方20 cm深度处埋设负压计（图2），先按照控制土壤基质势为低于−5 kPa时进行统一淡水灌溉缓苗处理阶段，25 d的缓苗期过后开始微咸水灌溉处理，2012年控制土壤基质势不低于−5 kPa进行灌溉，考虑到土壤盐分随时间的降低以及为使月季根系向深层生长以扩大水分养分空间进而有效利于雨水，2013－2014年土壤基质势控制分别不低于−10和−15 kPa进行灌溉。根据Sun等[30]和Chen等[31]在滨海地区的研究结果，本研究确定每次灌溉水量为6 mm（考虑到土壤持水性和植物耗水量）。盐分强化淋洗和缓苗阶段的滴灌带间距布置为30 cm，试验处理开始后滴灌带间距调整为60 cm，即每行月季1条滴灌带。每年11月，对所有处理均进行淡水冬灌，2012－2013年冬灌灌水量为24 mm，其后冬灌灌水量18 mm，每年4月，对所有处理均进行淡水春灌，2012－2013年灌水量24 mm，其后春灌灌水量18 mm。

正常水盐调控阶段灌溉时同时施肥，按照每年尿素、工业用磷酸和磷酸二氢钾的用量分别为73、60和59 kg/ha的量施肥灌溉，处理间的施肥量设计相同，灌溉时将肥料溶解到重力滴灌桶内进行施肥灌溉。每年12月将试验区月季修剪到统一高度（离地面15 cm左右），在试验的第一个冬天进行防护。其他如除草、杀虫按照月季正常绿化防护处理。

1.4 观测指标与方法

1）降雨。试验基地于2012年5月安装1套标准雨量筒测定降雨量。

2）土壤基质势。每天上午8：00和下午17：00观测负压计读数，超过设定的阈值则进行灌溉。

3）土壤容重。土壤处理完后，在试验区选择3个点，按照0～40 cm每间隔10 cm和40～100 cm每间隔20 cm取样测定容重。

4）土壤化学指标。试验开始前和开始后定期每个小区内用土钻取样，取样为水平距离滴头0、10、20、30 cm和垂直深度为0～10、>10～20、>20～30、>30～40、>40～60、>60～80、>80～100 cm的一个剖面。土样风干后碾磨过筛，制作成土壤饱和泥浆，然后用DT5-1离心机（北京时代北利离心机有限公司）离心获得饱和泥浆提取液，用 DDS-11A电导率仪测定饱和泥浆提取液的电导率（ECe），用PHS-3C酸度计测定pH，用ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪测定水样中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、SO42-，然后计算SAR值。

5）植物指标。2013年10月，在每个小区选择两株具有代表性的月季，以月季植株为中心形成一个边长30 cm的正方形，每10 cm一层取土至50 cm处，然后洗根测定根的干质量。

1.5 统计分析与数据处理

1）土壤脱盐过程描述方程

()=/(1+exp(−(−))) （1）

式中为方程曲线的折点，为方程曲线的最大值，为方程曲线的陡度。

2）根系分布系数（），表征植物根系生长特征。计算公式如下

=1−β（2）

式中为从地表向下根系的累计百分率，%；为土层深度，cm。

试验数据采用Excel 2010进行处理，用OriginPro 8.0软件作图。土壤盐分在分析数据时采用水平加权平均值法，加权平均值＝Σ（样品含量×水平距离/整个水平范围）。文中平均值均指加权平均值。

2 结果与分析

2.1 灌水量

月季试验期间灌溉情况如表4所示。月季栽植后即进行盐分强化淋洗，当表层0～10 cm土壤盐分低于4 dS/m后，开始25 d的缓苗灌溉阶段，从盐分强化淋洗到缓苗灌溉阶段的总灌水量为138 mm。缓苗过后开始微咸水灌溉，2012－2014年试验期灌溉天数分别为133、217和218 d，5个处理的灌水量分别为198～228、222～288和180～264 mm，灌溉频率分别为3.5～4.0、4.5～5.9和5.0～7.3天/次，6月－11月灌水量分别为198～228、132～168和102～138 mm。

表4 2012－2014年试验期内灌溉情况

可以看出，灌溉水量呈逐年降低趋势，灌溉频率呈逐年增加趋势，这主要是由2012－2014年土壤基质势控制阈值分别为−5、−10和−15 kPa呈逐年降低造成的。灌水量随着ECiw增加呈降低趋势，灌溉频率随着ECiw增加呈增加趋势，这可以归结于两个方面的原因，一是随着ECiw增加，月季植株长势显著减小，植物耗水减少，二是随着ECiw增加，灌溉后土壤水渗透势降低，土壤水势降低，植物根系吸水能力降低，根系吸水的减少会减弱土壤基质势的变化，使得负压计读数相比低ECiw处理达到灌溉阈值的时间更长，因而灌溉量降低。

2.2 土壤盐分变化

栽植月季之前，土壤0～40和0～100 cm剖面上的初始盐分ECe值分别高达28.33 dS/m和27.13 dS/m（表1和图3、4），且在整个剖面上盐分分布较为均匀。经过2012－2014年的滴灌水盐调控和降雨的盐分淋洗，各个处理的土壤盐分均显著降低，盐分呈现随土层深度增加而增大的向下淋洗趋势。2014年11月，0～100 cm土层的盐分均小于8 dS/m（图3）。

如图4所示，经过盐分强化淋洗和月季缓苗灌溉接近1个月的时间，2012年7月K1-K5处理0～40和0～100 cm土壤剖面的ECe平均值分别为8.67和14.69 dS/m，与初始值相比，分别降低了69.41%和46.69%，土层整个剖面尤其是0～40 cm表层的盐分显著降低。2012年10月，K1-K5处理0～40和0～100 cm剖面的ECe平均值分别为3.17和7.25 dS/m，与初始值相比，分别降低了88.81%和73.27%。随后盐分淋洗过程中，表层0～40 cm的盐分趋于稳定，0～100 cm的盐分仍在降低，至2013年11月后趋于稳定。

图3 月季种植前与2014.11灌溉结束后土壤盐分分布剖面图

图4 各处理不同取样时间0～40 cm和0～100 cm土层电导率ECe变化

如图4所示，2012年10月以后，K1-K4处理0～40 cm土壤ECe平均值均小于4 dS/m，K5处理则小于5 dS/m。K1-K4处理0～100 cm土壤ECe均值均小于6 dS/m，K5处理则小于7 dS/m。2014年11月，K1-K5的0～40 cm剖面的ECe均值分别为3.14、2.30、3.37、3.12和4.32 dS/m，0～100 cm土壤剖面对应的值分别为5.05、3.97、4.93、4.09和5.49 dS/m。在整个淋盐过程中，表层0～40 cm土层盐分表现出随着ECiw的增加而增大的趋势，但0～100 cm整个剖面的土壤盐分则没有明显变化趋势。

2.3 土壤脱盐特征

通过对0～40 cm土壤盐分动态变化分析，如图5a所示，5个处理的土壤脱盐过程随时间变化均符合logistic函数方程，即脱盐过程呈现快速脱盐、缓慢脱盐和趋于稳定3个阶段。从表5可以看出，随着ECiw的增加，表层0～40 cm土壤趋于稳定的盐分数值呈增加趋势，除了ECiw为7.8 dS/m处理的土壤盐分最终稳定在4.01 dS/m以外，其他处理均小于4 dS/m。各个处理趋于稳定所需时间和土壤盐分<4 dS/m时所需时间无显著差异，均在一个月左右的时间。

通过分析累计灌水量与脱盐率的关系，如图5b所示，5个处理的土壤脱盐过程随灌水量变化也均符合logistic函数方程。从表5可以看出，利用累计灌水量和时间两个因变量因素与脱盐率的拟合方程，获得的各个处理的表层0～40 cm土壤趋于稳定的盐分数值基本相同。随着ECiw的增加，趋于稳定盐分时所需灌水量呈先增加后降低趋势，在土壤盐分趋于稳定时整个淋盐过程降低1 dS/m所需灌水量也呈先增加后降低趋势。在渤海湾滨海地区气候条件下，采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌随后利用ECiw为0.8～7.8 dS/m的水进行滴灌水盐调控，表层0～40 cm土壤由28.33 dS/m降低到4 dS/m所需灌水量为160～220 mm左右，降低1 dS/m所需灌水量为8～20 mm左右。

图5 各处理0～40 cm土层脱盐率均值随时间和累积灌水量的变化图

表5 各处理0～40 cm土层土壤脱盐率与时间和累积灌水量拟合特性

注：Y为脱盐率；分别为淋洗时间（d）和累积灌水量（mm）。

Note:Yrepresents desalination rate;represent leaching time and accumulated irrigation water depth, respectively.

2.4 植物根系

如图6所示，随着ECiw的增加，月季根系干质量在0～50 cm整个土层和每个10 cm间隔的分层均呈降低趋势，0～50 cm整个土层上月季根系干质量由39.12 g降低到12.11 g。随着土层深度增加，月季根系分布越少，经过2012.6－2013.10大约17个月的时间，月季根系主要分布在0～20 cm的土层。K1-K5处理0～20 cm土层根系干质量分别占比94.65%、94.69%、94.07%、95.49%和97.81%。

图6 各处理0～50 cm土层干质量分布统计图

通过对根系干质量累计占比与土层深度进行拟合分析，随着ECiw增加，拟合出的根系分布系数数值呈先增加后降低（7.8 dS/m出现降低）趋势，表明了随着ECiw增加，月季根系呈现向土壤深处生长的趋势。而在7.8 dS/m出现降低，表明月季根系受到严重的盐分胁迫，已经影响到月季根系生长和分布。

图7 各处理0～50 cm土层根系干物质累计比随土层深度的变化

3 讨 论

在进行春灌之前（2013-03），2012年冬季到2013年春季时段内仍然存在淋盐现象。但是在2014年的春季（2014-03），土壤剖面出现积盐现象。这可能是由于2013年10月以后降雨量相比2012年10月后期显著减少（图1），以及2013年减少了冬灌水量造成的，因此，建议对于降雨量较少尤其是临近灌溉结束时段的年份，应该增加冬灌水量。此外，2012年冬天对月季进行了蒙盖防护布的冬季防护，而2013年以后不再进行防护，这可能是造成积盐的另外一个原因。通过蒙盖防护布措施不仅有助于植物抵抗严寒，还可以减小土层表面水分蒸发，进而有助于消减土壤盐分表聚[32]。

在整个试验阶段（2012.6－2014.11），通过盐分强化淋洗和土体整体脱盐调控，与原状土相比，K1-K5处理0～40 cm土壤剖面的ECe均值分别降低了88.93%、91.90%、88.11%、88.98%和84.74%，数值均小于5 dS/m，0～100 cm土壤剖面ECe均值分别降低了81.39%、85.36%、81.82%、84.94%和79.78%，数值均小于7 dS/m。通过对土壤脱盐过程分析表明，采用控制土壤基质势阈值进行滴灌水盐调控的盐分淋洗过程可以分为快速脱盐阶段、缓慢脱盐阶段和盐分稳定阶段。本试验在一个月左右便实现了表层0～40 cm土壤盐分由28.33 dS/m降低到4 dS/m以内，随后盐分数值趋于稳定。研究表明，通过进行短期的淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌灌溉，随后利用<7.8 dS/m的水进行滴灌水盐调控时，土壤盐分尤其是表层盐分会随着灌溉水矿化度增加而呈增加趋势，但均达到了良好的盐分淋洗效果，验证了滴灌在盐碱地淋盐方面的有效性及其在咸水/微咸水利用方面的优势[9-20]。随着ECiw的增加，0～40 cm表层土壤趋于稳定的盐分数值呈增加趋势，这主要是由于高矿化度的灌溉水进入土壤的同时带入了盐分。

从图4和图5可以看出，0～100 cm土层土壤盐分淋洗主要发生在控制土壤基质势阈值不低于−5 kPa的第一年（2012年），即栽植后滴灌水盐调控的4个月内为土壤的快速脱盐阶段，尤其是表层0～40 cm的土壤盐分在40天内（表5）便可由初始的28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m。2012年6月份栽植后到10月底试验期内降雨量接近900 mm，且在栽植后进行了短期的淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉，期间灌溉总水量138 mm，分析认为期间降雨和淡水滴灌强化淋洗和缓苗灌溉对土壤脱盐具有重要作用。随着土壤盐分的逐渐降低，表层0～40 cm土壤趋于稳定盐分数值均小于4.5 dS/m（表5），2013－2014年各处理年末的0～40 cm土壤盐分数值也均小于4.5 dS/m（图4），但本试验涉及了4.7～7.8 dS/m的灌溉水，由于冬灌均在取样后灌溉，因此年末的土壤盐分主要受生长季内的灌溉和降雨影响。研究表明除了灌溉水自身的盐分淋洗作用外，降雨对灌溉水带入的一定量的盐分进行了淋洗，由此说明降雨对微咸水灌溉后带入土壤中的盐分具有一定淋洗作用，进而表现出年末高矿化灌溉水处理的试验区表层土壤盐分小于灌溉水矿化度的现象。在渤海湾滨海地区的气候条件下，本试验0～40 cm表层土壤盐分由28.33 dS/m降低到4 dS/m所需灌水量为160～220 mm左右，从28.33 dS/m降低至趋于稳定的盐分淋洗过程中，降低1 dS/m所需灌水量为8～20 mm左右。Prichard等研究表明漫灌条件下，土壤盐分降低70%，所需灌水量为土层深度的同等单位的数值[33]，即0～40 cm土层盐分降低70%时漫灌条件下大概需要400 mm的水量，而本研究所采用滴灌的方法，相比漫灌显著节约了水资源。

从表5可以看出，趋于稳定盐分时所需灌水量和整个淋盐过程降低1dS/m所需灌水量，整体呈现降低趋势，这可能是由于随着ECiw的增加，月季的植株长势降低[34]，灌溉水造成的土壤渗透势降低，月季根系吸水减少，更多的灌溉水用于了盐分淋洗，根系吸水的减少同时减弱土壤基质势的变化，使得负压计读数达到灌溉阈值的时间更长，因而高ECiw处理的灌水量减少，随着ECiw的增加，灌溉水在土壤中的入渗性能有增加趋势[35]，促进了盐分淋洗，综合表现出灌水量减少，但淋盐效果没有降低。文中的整体降低趋势表现出了先增加在K2处理时最大，随后降低的现象，这可能是由于月季本身存在一定的耐盐阈值[3]，已有研究表明月季耐盐阈值大约在3 dS/m左右，因此在一定盐分范围内，月季植株长势不会显著减弱，试验观测中也验证了第一年K2处理的长势与K1处理之间没有显著差异，因此K2处理在增加了灌溉水带入土壤盐分的同时需要的淋洗水量增加。

根系是植物吸收水分和养分的重要器官，根系的生长与分布对植物地上部分的生长有着重要影响，研究表明试验进行17个月后，所有处理94%的月季根系分布在0～20 cm的表层，这主要是由滴灌灌溉条件下水分运动分布特征造成的，随着ECiw的增加，月季根系生长和分布受到盐分的显著影响，0～50 cm根系干物质质量显著降低，这也是造成地上部分干物质质量显著降低的一个原因，根系表现出了向深层生长的趋势，这可能是在盐分胁迫造成生理干旱影响下，促进根系下扎来扩大根系吸水的空间，但当ECiw超过一定范围时，会对根系生长产生严重影响，导致根系干物质显著降低，根系不会再表现出向深层生长的趋势。试验观测到的根系受到盐分胁迫向土壤深处生长分布现象也体现了月季应对盐分胁迫的一种机制。

4 结 论

通过控制滴头正下方20 cm深度处土壤基质势阈值前三年为−5、−10、−15 kPa指导灌溉，分为淡水滴灌盐分强化淋洗和微咸水滴灌正常水盐调控阶段进行滨海重度盐碱地月季栽植，在渤海湾滨海地区气候条件下，土壤盐分表现出快速脱盐、缓慢脱盐和趋于稳定的脱盐特征，可以用logistic曲线方程进行描述。经过一个月左右在降雨和淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉作用下，表层0～40 cm的土壤盐分可由极重度盐渍土变为轻度盐渍土，为月季生长快速营造了一个低盐环境，盐分淋洗水量相比漫灌显著减少。随后采用微咸水滴灌和冬春防护淡水灌溉处理，土壤盐分持续降低并最终维持在较低的水平，受降雨的淋洗作用，4.7～7.8 dS/m灌溉水处理的0～40 cm土层土壤盐分<4.5 dS/m即小于灌溉水的盐分。滴灌条件下，月季根系主要分布在0～20 cm土层内，随着灌溉水矿化度增加，月季根系受到盐分生理干旱胁迫，根量显著降低，根系呈现向土壤深处生长的趋势。

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Water-salt control and response of Chinese rose () root on coastal saline soil using drip irrigation with brackish water

Li Xiaobin1, Kang Yuehu1,2

(1.100101,; 2.,,100049,)

Coastal saline land is an important resource in coastal area, with the development of urbanization process and ecological civilization construction, there is an urgent need to improve the landscape to meet the demand of living environments for cities and districts. Presently the main method of vegetation rehabilitation is to replace saline soil with non-saline soil for depths of 0-100 cm. However, this method is expensive and unsustainable due to the shallow and saline groundwater, thus a technology of low cost, rapid and sustainable for re-vegetation on coastal saline land is needed. A common practice for reclaiming salt-affected soils is leaching of soils to move excess soluble salts from upper to lower soil depths or out of the root zone, while large scale of salt leaching will consume large quantities of water, and supplies of fresh water are already low in coastal regions, thus likely saline water rich in coastal regions are alternatives to freshwater resources. For the landscape construction in coastal saline land and saline/ brackish water utilization, a field experiment was conducted on the sandy saline soil formed by sea reclamation at Caofeidian District near the Bohai Gulf in 2012-2014. Five treatments of salinity levels of 0.8, 3.1, 4.7, 6.3 and 7.8dS/m of irrigation water was imposed. A gravel-sand layer was created at 100 cm depth. Tensiometers were buried at a depth of 20 cm to control the soil matric potential (SMP), keeping the SMP over – 5 kPa at first year, and over –10 kPa at second year, and over –15 kPa at third year. Chinese rose () was chosen as the representative plant. Salt leaching characters and root growth and distribution were studied. The results showed that: under the climatic condition in the coastal area of Bohai Gulf, when fresh water was applied using drip irrigation for salt enhanced leaching and seedling establishment first in a short period, and then followed drip irrigation with water salinity <7.8 dS/m, soil salinity decreased significantly in 0-100 cm soil profile, especially in 0-40 cm soil profile, soil salinity decreased from 28.33 dS/m to <4 dS/m taking one month. Irrigation water depth for soil salinity decreased from 28.33 dS/m to 4 dS/m in 0-40 cm soil profile for <7.8 dS/m irrigation water salinity were 160-220 mm, and 8-20 mm of water depth is needed for soil salinity of 1 dS/m decreasing. The soil desalting process can be described by the logistic equation, and it can be divided into three stages including rapid desalting, slow desalting and salinity stabilization. More than 94% of the roots are mainly distributed in the topsoil of 0-20 cm. The root biomass decreased significantly with irrigation water salinity increasing, and the root is affected by the physiological drought of salinity stress to expand the water space in the deep soil. More winter irrigation water depth needed when there is less rainfall after October to prevent salt accumulation in topsoil in the spring of next year. The method of drip irrigation with fresh water for salt enhanced and seedling establishment in a short-term and subsequent drip irrigation with saline/ brackish water can be used to realize the rapid salt leaching and maintain lower soil salinity, but the appropriate irrigation water salinity threshold should be determined in combination with salt tolerance of plant and the production target as root growth suffered salt stress and thus affect the growth of plant and its survival.

irrigation; salt; coastal saline soil; brackish water; salt leaching; soil matric potential; root

2018-10-11

2019-04-26

国家自然科学基金项目（51709251）；中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDJ-SSW-DQC028）；国家重点研发计划项目（2016YFC0400104，2016YFC0501305）

李晓彬，博士，助理研究员，主要从事盐碱地治理与咸水/微咸水资源安全高效利用。Email：lixbin@igsnrr.ac.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.013

S275.6; S278

A

1002-6819(2019)-11-0112-10

李晓彬，康跃虎. 滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究[J]. 农业工程学报，2019，35(11)：112－121. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.013 http://www.tcsae.org

Li Xiaobin, Kang Yaohu. Water-salt control and response of Chinese rose () root on coastal saline soil using drip irrigation with brackish water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 112－121. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.013 http://www.tcsae.org