不同覆盖方式对盐碱地花生生长发育和土壤水盐变化的影响

南镇武孟维伟刘 柱林松明王旭清

徐 杰1，刘灵艳1，张 正1，2*，万书波3*

(1.山东省农业科学院作物研究所/山东省作物遗传改良与生态生理重点实验室,山东 济南 250100;

2.山东师范大学生命科学学院,山东 济南 250000; 3.山东省农业科学院,山东 济南 250100)

黄河三角洲是土壤盐渍化发育的典型地区,因受土壤盐碱瘠薄、淡水资源匮乏等自然因素制约,黄河三角洲植物群落组成简单,生态环境脆弱,土地蒸发量较大,导致土壤表层不断积盐,盐渍化不断加重,成为制约该地区农业可持续发展的重要因素[1]。依据盐渍土水盐运动“盐随水来,盐随水去”的特点,控制土壤水分蒸发可以减轻盐分表聚,达到盐碱地改良的目的[1-4]。秸秆覆盖可以拦蓄雨水、减少地面径流和抑制地表蒸发,增加耕层土壤含水量[3-5],降低土壤的温度,增加土壤养分和微生物量[6-9],提高土壤酶活性[10],抑制盐分表聚[2,11],是一种重要的地面覆盖措施。目前盐碱地秸秆覆盖多集中于玉米、棉花等作物的研究。已有研究表明,盐碱地覆盖秸秆对促进棉花、玉米、大麦、向日葵等生长发育和产量形成作用显著[12-15],而关于花生的研究鲜见报导。

本文以无覆盖秸秆为对照,研究覆盖前茬冬小麦秸秆对盐碱地花生生长发育和土壤水、盐和温度变化的影响,以期利用秸秆覆盖技术为黄河三角洲盐碱地控碱抑盐、保苗增效提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018年7-9月在山东省农业科学院黄河三角洲现代农业试验示范基地(118°37′ E,37°18′ N)进行。该地属华北湿润大陆性季风气候,年均气温12℃,年降水量约600 mm,年蒸发量约1800 mm,全年无霜期202～210 d。供试土壤为砂壤、中度盐碱土,试验区播前0～30 cm土层土壤pH8.4、有机质10.8g/kg、全氮0.8g/kg、碱解氮34.5mg/kg、速效磷17.9 mg/kg、速效钾190.6 mg/kg、盐分2.3‰、水分16.9%。

试验设3个处理:无覆盖(T0,对照);半覆盖(T1,播种行覆盖);全覆盖(T2,小区全部覆盖)。前茬小麦收获后,用打茬机将秸秆粉碎1～2遍,粉碎长度至10 cm以下,在花生播种后直接覆盖,厚度1～2 cm,播种行覆盖宽度约20 cm;供试品种花育25号,单粒平播,行距40 cm,株距10 cm。小区面积25 m2,3次重复,9个小区,随机排列。基施复合肥(15-15-15)750 kg/hm2。2018年7月2日播种,其他田间管理措施一致。

1.2 测定项目及方法

出苗率:播种第18 d (7月19日)时,每小区选取3行3 m样段2处,调查株数,计算出苗率。

农艺性状:播种第36 d (8月6日)、54 d (8月24日)、72 d (9月11日)、90 d (9月29日)时,每小区选取代表性植株5株,考查主茎高、侧枝长、分枝数、主茎节数。

干物质及叶面积指数:考察农艺性状后,将根、茎、叶、荚果分离,105℃杀青30min,80℃烘干至恒质量,测定单株干物质。同时采用鲜样打孔称质量法[16]测算单株叶面积,计算叶面积指数。

土壤电导率(EC)及土壤温度:花生播种第1(7月2日)、18、36、54、72、90 d时,用便携式土壤原位EC计(2265FSTP,美国)每小区定位测10点0～20 cm土层电导率和温度,取其均值。

土壤相对含水量(VWC):花生播种第1、18、36、54、72、90 d时,用 便 携 式 土 壤 水 分 仪(TDR300,美国)每小区定位测10点0～20 cm土层相对含水量,取其均值。

1.3 数据处理与分析

运用Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0处理数据,采用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖方式对盐碱地花生出苗率的影响

不同覆盖方式对盐碱地花生出苗率的影响存在差异(图1)。与T0相比,T1和T2使盐碱地花生出苗率分别显著提高22.8%和29.3%,T2与T1出苗率差异不显著。覆盖秸秆时T2和T0土壤电导率差异不明显,但高于T1;而T2出苗率高于T0,且与T1无差异;可见覆盖秸秆利于盐碱地花生的出苗。

2.2 不同覆盖方式对盐碱地花生农艺性状的影响

不同覆盖方式下盐碱地花生随着生育时期的推移,主茎高、侧枝长、分枝数及主茎节数变化趋势基本一致,但在各生育时期内存在差异(图2)。不同覆盖方式下主茎高和侧枝长变化趋势表现为T2＞T1＞T0,且T2在播种第72 d、90 d时显著高于T1和T0;但分枝数和主茎节数在相同时期内差异不显著。

图1 盐碱地花生出苗率及秸秆覆盖时土壤电导率Fig.1 Peanut emergence rate and soil conductivity at the beginning of straw mulching in saline-alkali soil

图2 不同覆盖方式下盐碱地花生主茎高、侧枝长、分枝数及主茎节数Fig.2 Main stem height,lateral branch length,branches number and main stem nodes of peanut in saline-alkali land under different covering patterns

2.3 不同覆盖方式对盐碱地花生叶面积指数的影响

不同覆盖方式下盐碱地花生叶面积指数随生育时期的推移变化趋势基本一致,但不同生育时期内存在差异(图3)。在播种第36 d时,T2、T1和T0花生叶面积指数差异不显著;但在播种第54 d、72 d和90 d时,T1和T2花生叶面积指数较T0分别显著增加20.9%～24.2%和33.8%～43.1%;且T2花生叶面积指数较T1显著增加10.7%～15.1%。

2.4 不同覆盖方式对盐碱地花生干物质积累的影响

不同覆盖方式下,盐碱地花生单株干物质随生育时期的推移变化趋势基本一致,但各生育时期内存在差异(图4)。在相同生育时期内T1与T0单株干物质量差异不显著,但在播种54 d和72 d时之间产生交叉;在播种第36 d、54 d、72 d时,T2单株干物质量与T0、T1差异不显著,但第54 d、72 d时T2高于T0或T1;而在播种第90 d时T2单株干物质量较T0、T1分别增加19.0%和15.2%。

图3 不同覆盖方式下盐碱地花生叶面积指数Fig.3 Leaf area index of peanut in saline-alkali soil under different mulching patterns

图4 不同覆盖方式下盐碱地花生单株干物质积累Fig.4 Dry matter accumulation per peanut plant in saline-alkali soil under different mulching patterns

2.5 不同覆盖方式对盐碱地土壤水、盐、温变化的影响

不同覆盖方式使盐碱地花生生育时期内土壤相对含水量均呈“W”型变化趋势(图5),且T1和T2使盐碱地花生不同生育时期土壤相对含水量变化趋势基本一致。在播种第1 d时T0相对含水量与T1、T2差异不明显,而播种第18、36、54、72、90 d时土壤相对含水量均表现为T0＞T2＞T1。与播种第1 d土壤相对含水量相比,T0、T1、T2土壤相对含水量在花生播种第18、36、54、72、90 d时均分别降低,且播种第54 d时土壤相对含水量均分别高于36 d和72 d。

土壤电导率是测定土壤水溶性盐的指标。不同覆盖方式均使盐碱地花生生育时期期内土壤电导率呈“W”型下降趋势(图6),且均在花生播种54 d和90 d时出现不同程度的返盐现象;其中T2土壤电导率波动程度最大(yT2=-143.5x+1669,.499;yT1=-0.104x+1.315,RT12=0.502;yT0=-118.0x+2083但花生播种18 d后T2波动幅度最小,T0则最大。与播种第1 d土壤电导率相比,花生各生育期土壤电导率均降低;其中在播种72 d时,T2和T1较T0的降低幅度分别提高44.7%和33.4%,而在播种90 d时T2较T0和T1的返盐程度降低33.8%和63.7%。

图5 不同覆盖方式下盐碱地花生土壤相对含水量Fig.5 Relative water content of peanut soil in saline-alkali soil under different mulching methods

图6 不同覆盖方式下盐碱地花生土壤电导率Fig.6 Electrical conductivity of peanut soil in saline-alkali soil under different mulching modes

表1 不同覆盖方式下盐碱地花生土壤电导率、相对含水量、温度相关性分析Table 1 Correlation analysis of electrical conductivity, relative water content and temperature of saline-alkali peanut soil under different mulching methods

图7 不同覆盖方式下盐碱地花生土壤温度Fig.7 Peanut soil temperature in saline-alkali soil under different mulching methods

不同覆盖方式使土壤温度随花生生育时期均呈先升高后下降趋势,但差异不显著(图7)。T0、T1和T2在播种18 d后的土壤温度较大气温度降低7.2%～29.7%,且花生播种第72 d时土壤温度与大气温度温差最大,其次是播种90 d时。

2.6 不同覆盖方式下盐碱地花生水、盐、温的相关性

对不同覆盖方式下盐碱地花生播种18 d后的土壤电导率、相对含水量、温度进行相关性分析(表1)。可以看出,T0、T1和T2使盐碱地花生不同生育时期土壤电导率与相对含水量均极显著相关;而土壤电导率、相对含水量与土壤温度相关性均不显著。

3 讨论与结论

3.1 讨 论

良好的出苗率是促进作物群体发育、提高作物产量的必要条件,覆盖秸秆可以抑制耕层积盐,改善作物根系生长环境,使作物对盐分胁迫的生态适应性增强[7-8],进而提高出苗率。本研究发现,秸秆全覆盖和无覆盖在播种第1 d土壤电导率基本相同,但全覆盖使花生出苗率较无覆盖提高29.3%;而秸秆全覆盖与半覆盖差异不显著,但全覆盖播种时土壤电导率明显低于半覆盖。这说明盐碱地覆盖小麦秸秆有利于提高花生出苗率,实现保苗。秸秆全覆盖处理提高出苗率使作物群体发育得到保证,也是本试验条件下花生叶面积指数提高的主要因素;叶面积指数越高表现出作物绿色覆盖度越高[12]。可见,秸秆覆盖是增加盐碱地绿色覆盖的有效措施。秸秆全覆盖使盐碱地花生主茎高和侧枝长大于半覆盖,且半覆盖又大于无覆盖,而分枝数和主茎节数在同一生育时期内无显著差异;这说明覆盖秸秆利于盐碱地花生的生长发育,同时这也可能是导致盐碱地花生生育后期全覆盖单株干物质高于半覆盖和无覆盖的原因。张金珠[12]等也研究认为,秸秆覆盖可以促进棉花生长发育和产量形成,对盐碱土种植的棉花株高、叶面积指数和产量的促进作用显著,而对非盐碱土棉花株高、叶面积指数和产量的促进作用不明显。另有研究表明,盐渍土秸秆覆盖及其配施有机肥可以促进玉米和大麦的生长发育,并显著提高其产量[13];秸秆覆盖处理后,河套灌区向日葵表现出植株增高,叶面积指数显著增大,茎生物量显著增高[14],可使盐碱地向日葵增产达28%[15]。由此可见,本试验条件下,秸秆覆盖利于盐碱地种植作物的出苗保苗,促进生长发育;但本试验花生播种时间较晚,花生生长发育的影响机制有待进一步研究。

土壤电导率与土壤水溶性盐含量密切相关,而黄河三角洲区域盐分以水溶性盐为主,因此该地区土壤电导率值可反映其土壤盐分含量。本试验结果表明,土壤电导率与相对含水量呈“W”型下降趋势,且土壤电导率与相对含水量极显著相关,这进一步验证了盐渍土“盐随水来,盐随水去”的水盐运动特点[1-2]。前人研究表明,土壤盐渍化的根本原因是含有盐分的水在土体中运动,所以解决土壤盐渍化的关键是减少土壤水分蒸发、控制地下水位上升或降低地下水位[17]。Zhao[14]和Zhai[18]等也认为,通过减少盐的向上运动和蒸发,可以控制土壤表层或作物根区的盐分积累。而8月19日(播种49 d)前后该地区受台风影响普降暴雨,暴雨过后水分蒸发,盐分上移;这也可能是导致该时期土壤相对含水量和电导率在花生生育期内升高的原因。花生播种18 d后,全覆盖土壤电导率波动幅度最小,无覆盖最大,播种90 d时无覆盖土壤电导率增加幅度最大,返盐程度最高,全覆盖则最小,这可能是因为无覆盖地表水分蒸发较大,下层水分向上迁移,盐分随水向上迁移至地表,引起地表盐分增多,相对含水量也增加。这与Bezborodov等[19]人的研究结果基本一致,秸秆覆盖处理0～15 cm土层的盐度增幅显著低于未覆盖处理,且与覆盖处理相比,未覆盖处理的表层土壤盐分平均增加20%,处理间差异随土壤深度的增加而减小。然而盐碱地环境复杂,影响因素较多,秸秆覆盖后土壤深层次的水盐变化有待进一步研究。

3.2 结 论

不同覆盖方式使盐碱地花生出苗率、主茎高、侧枝长、分枝数、主茎节数、单株干物质、叶面积指数及土壤电导率、水分、温度产生差异,秸秆全覆盖和半覆盖花生出苗率较无覆盖分别提高29.3%和22.8%;在播种54 d后,秸秆全覆盖和半覆盖使盐碱地花生叶面积指数较无覆盖分别增加20.9%～43.1%;秸秆覆盖使土壤温度随花生生育期呈先升后降趋势,土壤相对含水量和电导率则呈“W”型下降趋势,且花生生育后期全覆盖土壤返盐程度较无覆盖和半覆盖分别降低33.8%和63.7%。本试验条件下,花生播种后覆盖前茬小麦秸秆利于提高出苗率,促进生长发育,提高叶面积指数,增加作物覆盖度,达到控碱抑盐、保苗增效的目的;且秸秆全部覆盖优于播种行覆盖。