“池-田”蓄引水模式改善环渤海棉田水盐运移提高棉花产量

冯国艺，祁 虹，张 谦，雷晓鹏，梁青龙，王树林，王 燕，董 明，刘 旭，杜海英，林永增

（河北省农林科学院棉花研究所/农业部黄淮海半干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室，石家庄050051）

0 引 言

盐碱地在世界多国广泛分布，面积约为109hm2，占3%以上的陆地面积[1]。盐碱地治理和改良是世界环境治理的一个重点内容，其开发利用为解决社会与农业发展中的争地矛盾提供了一个重要途径[2-3]。中国具有农业开发利用潜力的滨海盐碱地约占耕地面积的4%[4-5]，其合理开发利用成为稳定种植面积、守住安全生产红线的有力措施。中国环渤海地区一般年降水量在500 mm以上，农业生产光热水等资源较充裕，开发利用潜力巨大[6]。但是，环渤海地区气候特点是降水周年分配不均：春季初夏降水少、蒸发大，盐分大量表聚耕层；长期无降水加重干旱程度。夏季降水量大且单次降水多，导致农田内涝频发[6]，严重阻碍正常农业生产。盐碱地区植物正常生长发育受土壤盐碱化影响严重[7-9]；如何实现环渤海盐碱地盐碱旱涝的综合治理，成为高效开发利用环渤海盐碱地资源的一个重要前提。

滨海盐碱地盐碱旱涝胁迫主要表现是土壤水分无效蒸发与潜水上升，地表返盐和聚盐[10-11]，作物春秋和初夏降水缺乏；雨季农田排水不畅；以往学者多采用咸水结冰灌溉压盐、秸秆还田以及暗管排盐等单一措施抑制潜水上升，促进下行重力水的淋洗以及农田排水，抑制返盐和聚盐，减缓内涝，降低胁迫对植物的不利作用[12-15]。但单一农艺改良措施受降水、气温等气候影响显著，在不同农田中的改良效果差别较大，且土壤改良效果难以持久，盐碱旱涝胁迫容易反复。滨海地区坑塘数量及储水丰富[16]，可以利用坑塘改变滨海盐碱地盐碱旱涝状况。已有“池-田”研究表明，抬高地面可有效降低农田耕层盐分，并可利用池塘进行苦咸水养殖[17-18]，该模式下改良农田面积较小，台田春季干旱胁迫加重，池塘封闭，与周围孤立，池塘水主要来自地下水矿化度高，不具备抗旱功能；笔者所在团队在此基础上，改造扩建池塘时形成台田而且将周围农田通过排碱沟、沟渠与池塘相通，大量蓄积雨季降水，进行旱季抗旱灌溉，形成生态调控池；并独立构建小型池塘，将周围农田的浅层地下水抽提蓄积进行养殖，形成养殖池，提出“池-田”蓄引水模式[19]：即较大面积的生态调控池和面积较小的养殖池与台田、浅层地下水抽提系统以及其他增墒抑盐排碱农艺措施构成立体生态改良模式；该模式改良盐碱地土壤的同时提高农田通风和排涝条件，为提高作物光合生产能力和产量提供便利条件。

棉花具有盐碱耐受能力，常用做盐碱地改良种植的先锋作物[5]；同时棉花也是中国重要的经济作物，种植面积和产量分别占世界的1/6和1/4左右[20]；滨海盐碱地植棉对于扩大中国粮食耕地种植面积具有重要意义[5]。环渤海地区海拔较低，池塘分布广，数量多[16]，“池-田”蓄引水改进模式应用在滨海地区将越来越广泛。本文研究旨在揭示“池-田”蓄引水模式对环渤海棉田水盐运移规律及棉花光合生理及产量的影响，为高效开发利用滨海盐碱地提供科学模式和理论基础。

1 材料与方法

1.1 “池-田”蓄引水模式

2014年在河北省沧州市海兴县国营海兴农场（38°21′N，117°31′E）建成滨海盐碱地以“浅池-台田”结合蓄引水的立体生态改良模式。模式选址为重度盐碱地（4月下旬0～20 cm土层含盐量为16.0～21.0 g/kg，pH值为 8.5～8.8，砂壤土）。传统“池-田”模式中的池和田为各自独立的孤立系统，无淡水引进及地下水抽提系统，池塘水矿化度高，无灌溉功能，对周围农田地下水无明显淡化影响。“浅池-台田”结合蓄引水模式基于传统模式改进为“养殖池+生态调控池+台田+地下水抽提系统”：即较大面积的生态调控池（水面面积1.0 hm2）、面积较小的养殖池（水面面积不多于0.2 hm2）、浅层地下水抽提系统及修筑台田（如图 1所示）。具体建设方案如下：

1）生态调控池：深约3 m、长170 m、宽60 m，并通过沟渠与周围农田排碱沟及河流相连，进行雨季淡水充分蓄。

2）养殖池：深度为 1.8 m，呈三角形，三边长度分别为50、80和95 m，与生态调控池、排碱沟和浅层地下水抽提系统相连，进行地下水或淡水补充。

3）台田（A）：台面宽60 cm、长160 m；建设方案为将地面耕层（地表约20 cm土层）去除堆积到一旁，之后在地面平铺作物秸秆，压实厚度约20 cm，将挖取池塘的土堆积平铺的秸秆上，堆土抬高至约1.5 m，形成台田，台田剖面呈梯形，台田四周斜坡与地面约呈50°夹角，之后将堆积的原耕层土壤均匀平铺到台田地表。

4）浅层地下水抽提棉田（B）：距生态调控池不超过100 m范围内棉田。距生态调控池50 m处棉田（非台田）建立浅层地下水抽提系统，系统平行与生态调控池进行设置布局，间距为100 m，抽提井深度为6 m，进行日夜不间断抽提浅层地下水，保持地下水位不低于2.5 m。抽提浅层地下水矿化度低于5.0 g/L时（常为夏秋季），排入生态调控池；高于5.0 g/L时（常为冬春季），排入养殖池。

5）抑盐排涝棉田（C）：距生态调控池100～300 m内棉田，每隔40 m修建1条排碱沟，排碱沟剖面呈倒梯形，上沿宽度约4 m，沟底宽约2 m，深约2.5 m，水网系统与生态调控池相联，雨季将沟内水排入生态调控池或河流。

图1 环渤海盐碱地“池-田”蓄引水系统示意图Fig.1 Sketch of “pools and raised-beds” system for storage and diversion of water in Bohai Rim saline-alkali land

A、B和C这3类棉田同时采用增墒抑盐排涝农艺措施，具体措施如下：1月5日前，对棉花秸秆进行充分粉碎还田，粉碎后秸秆长度不超过2 cm，旋耕还田，旋耕土壤深度8～10 cm，秸秆与土壤充分混匀并镇压。1月5日－10日，对棉田进行灌溉，利用池塘水或引进河流水进行充分灌溉，0～40 cm土壤耕层含水率达到田间持水量（25.6%）的86%～91%。3月10日－3月15日，对棉田进行深翻。深翻前在棉田表层均匀撒施土壤改良剂。土壤改良剂由脱硫石膏（CaSO4.2H2O）和沸石（NaAlSi2O6·H2O）组成，质量比为 3:2，施用量为18 t/hm2。深翻30～35 cm。没有降雨条件下，1 d后利用特制的农田碎土镇压平整器进行镇压[21]，实现土壤0～5 cm表层紧实，耕层其余土壤均匀松散，无直径超过3 cm的土块；并且土地平整。播前用稀土硅钙矿物质和柠檬酸、聚马来酸按浓度2:1:1进行混匀搅拌，兑水稀释 1 000倍，40～45 ℃浸种 12 h。雨季前在棉田垂直排碱沟每隔 30 m堆 1条土带，长度为棉田宽度15～18 cm，宽度约10～12 cm，每隔10 m向排碱沟开设泄水口。

1.2 田间试验设计及过程

试验于2017－2018 年进行。2 a降水及冬灌情况如表1所示。

表1 试验田降水及冬灌情况Table 1 Precipitation and winter irrigation in experiment field

比较A、B、C这3类棉田水盐运移及棉花生长情况，并以未进行模式改良的棉田为对照（CK），揭示“池-田”蓄引水模式在改善水盐运移及棉花生长状况方面的优势。各棉田土质为滨海盐渍土，各棉田地形及 4月下旬地下水和土壤养分情况如表2所示。台田（A）棉花播种时铺设滴灌带，滴灌带（内镶式，内径16 mm，壁厚0.3 mm，贴片间隔30 cm，滴头流量为2.5 L/h）铺设在施肥沟正下方；棉花苗期和蕾期（5月和 6 月）土壤墒情进行监测，视旱情利用生态调控；池水进行膜下滴灌，灌水量约为525～690 m3/hm2。对照棉田（CK）采取传统耕作栽培模式：播前进行浅翻（深度约15 cm），播种时未进行药剂拌种，生育期内无灌溉措施，棉田内未进行任何排水设置。

表2 环渤海盐碱地“池-田”蓄引水模式棉田状况Table 2 Status of cotton fields in “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water in Bohai Rim saline-alkali land

3种棉田类型及对照棉田其余农艺操作相同，具体如下：前茬作物均为棉花，一年一熟制。2017年棉花品种为苗宝21，播种日期为4月24日、2018 年棉花品种为石抗126，播种日期为4月27日。2个品种播前发芽率均在85%以上，播种量为30 kg/hm2。抢墒播种。宽窄行为90 cm+45 cm覆膜形式，一膜两行，在45 cm之间开通施肥沟。2 条种子沟深12 cm，进行播种，覆土厚度为5 cm；施肥沟深15 cm，底施尿素180～300 kg/hm2、磷酸二铵240～300 kg/hm2、氯化钾150～225 kg/hm2，保证化肥在土壤中深度不低于 10 cm，地膜为聚乙烯材质，白色，膜厚0.008 mm，膜宽100 cm。出苗后及时定苗，留苗密度2017年为5.7万株/hm2，2018年为6.6万株/hm2。花期封顶前进行中耕和除草。7月20日完成打顶，同时对生长过旺的叶枝也摘除顶尖。花铃期视降雨和长势进行缩节胺调控1～2次，并追施1次尿素150 kg/hm2，简化整枝和病虫害防治等其他管理与当地传统措施相同。

1.3 取样方法及项目测定方法

1.3.1 取样方法

1）在棉花整个生育期（4－10月）研究水盐运移规律，A处理取样点为距生态调控池水平直线距离50 m处；B处理取样点为距浅层地下水抽提系统和生态调控池水平直线距离均为50 m处； C处理取样点设在距生态调控池水平直线距离150 m处；CK处理每隔50 m左右设置排水沟（上沿宽度约1.5 m，沟底宽约1 m，深约1 m）。

2）在棉花关键生育时期（6－10月的每个月下旬），在水盐运移取样点附近半径约 35 m内棉田进行开展光合、产量等指标测定。面积均大于0.3 hm2，各棉田土质为滨海盐渍土，取样点均位于棉田中央。

1.3.2 测定方法

1）土壤水分、盐分和pH值。

采样时，将棉田深度200 cm土壤等分为10层，每月对各个土层中水分和盐分进行取土测定，每次取土2 h内完成，每个棉田选 6个点测定。水分采用烘干法（105 ℃）测定。pH值与盐分：测定时环境温度保持在25 ℃（±1 ℃）左右。将土水按质量比1:5配置成浸提液，利用PHS-3型pH酸度计测定pH值；DDS2307型电导仪测定电导率值，按照相同地域换算公式（y=2.831 1x+0.293 2，y为盐分，g/kg；x为电导率，mS/cm）[22]换算为含盐量，g/kg。

2）群体光合速率：用 Li-820型红外线 CO2分析仪（Li-cor，USA）采用同化箱法在田间直接测定。测定用同化箱高度6月测定为1.2 m，生育期其他月份为1.5 m，箱顶部和底部各放置 1台小型风扇用于混匀气体，透明聚脂薄膜封闭形成闭路系统。测定群体光合速率时，选择晴天光强稳定在 1 200～1 400μmol/(m2·s)（09:00－11:00）时进行。每次测定时间为60 s。不同处理采用轮回测定的方法。在测定同时，测定棉花群体结构相近的地块土壤呼吸以修正群体光合和群体呼吸的测定值。

3）净光合速率测定：采用Li-6400便携式光合作用系统（Li-cor，USA），选择晴朗无云的天气09:00－11:00。打顶前选取棉花主茎倒四叶、打顶后选取棉花主茎倒二叶测定，各棉田选3 个点，各点选取标定15片叶。

5）叶面积指数：采用 LAI-2200 冠层仪（LI-Cor，USA）在清晨或傍晚无太阳光直射时测定。先将探头水平放置于冠层上方测定，后将探头水平放入群体内测定，群体内水平方向选择冠层内不同位置测量。

6）干物质积累分配：在各个生育时期内选代表性棉株分解后在105 ℃下杀青0.5 h，80 ℃烘至恒质量后称质量；用Logistic方程对光合物质积累过程进行模拟。

7）测产。各类棉田收获前随机选取3个面积为30 m2的取样点，调查收获株数和棉铃数，折算出单株结铃数和单位面积总铃数。根据各类棉田取样点实际收获的平均籽棉产量折合计算单位面积的籽棉产量，kg/hm2。

各取样点随机选取窄行相邻2行，每行混收10 棵，每取样点随机选取窄行相邻2行，每行混收10 棵，统计铃数；风干测定样本籽棉质量，根据铃数计算平均铃质量（g） ，3个取样点平均铃质量求平均，得出各类型棉田的铃质量。

对每个取样点样品籽棉质量（T）轧花后得到皮棉质量（L），计算衣分：

式中Py为衣分，%；L取样皮棉质量，g；T为取样籽棉质量，g。3个取样点衣分平均，得出各类型棉田衣分。

Up until now, many attempts have been conducted for the high output power of the GaSb based SDLs23. At present, the maximum CW output power of GaSb based SDLs emission at different wavelength has been listed in Fig. 3.

单位面积皮棉产量为籽棉产量与衣分的乘积，kg/hm2。

1.3 数据处理

试验数据统计分析软件为SPSS 22.0分析，作图软件为SigmaPlot 10.0。

2 结果与分析

2.1 “池-田”蓄引水模式棉田土壤水盐运移特征

2.1.1 土壤水分时空变化特征

2017年和2018年不同类型棉田0～200 cm土层水分变化趋势一致，故以2017年为例阐明土壤水分变化规律，见图2。不同类型棉田土壤剖面水分从土壤表层起自上向下增高，各土层最低值出现在4－6月，峰值出现在7－8月。不同类型盐碱棉田之间，CK棉田土壤水分最高，A棉田最低。棉花整个生育期4－10月之间，0～40 cm土层A和C棉田土壤含水率均低于20%，＞40～200 cm土层A棉田为16.2%～27.9%；C棉田为20.1%～34.1%；0～40 cm土层B棉田水分高于20%，0～200 cm土层B棉田土壤含水率为21.3%～29.9%，CK棉田为22.0%～34.6%。与CK对应土层相比，台田（A）土壤含水率降低13.0%～46.6%，B棉田降低1.9%～23.0%，C棉田降低0.3%～44.0%。

2.1.2 土壤盐分时空变化特征

土壤盐分是反映盐碱化程度的重要指标。对各类棉田0～200 cm土层盐分测定表明，2017年和2018年趋势一致，故以2017年为例，见图3。除7－8月C和CK棉田外，不同类型棉田不同土层自上向下均为0～40 cm逐渐减小，之后逐渐增大。不同月份之间，4－6月最高，7－8月最低。不同棉田之间，CK棉田最高，A棉田最低，但与B棉田差异较小。棉花整个生育期4－10月之间，0～80 cm各土层A棉田含盐量质量分数低于3.0 g/kg，B棉田在3.0 g/kg左右，C棉田低于5.0 g/kg，CK棉田高于5.0 g/kg；100～200 cm各土层A和B棉田其余土层均在5.0 g/kg左右。C和CK棉田含盐量均高于5.0 g/kg。与CK棉田对应土层相比，A棉田含盐量降低 35.4%～77.6%，B棉田降低42.0%～73.1%，C棉田降低21.1%～43.9%。

图2 2017年“池-田”蓄引水模式棉田土壤水分变化Fig.2 Change of soil moisture in cotton fields with “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water in Bohai Rim in 2017

图3 2017年“池-田”蓄引水模式棉田土壤盐分变化Fig.3 Change of salt content in cotton field with “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water in Bohai Rim in 2017

2.1.3 土壤pH值时空变化特征

各类棉田0～200 cm土壤pH值测定表明，2017年和2018年趋势一致，故以2017年为例，见图4。不同类型棉田不同土层自上向下0～40 cm土层先减小后增大。各土层最低值出现在7－8 月，峰值出现在9－10月。4－10月0～80 cm各土层A和B棉田均低于8.0，C棉田7－8月低于8.0，其他月份高于8.0；CK棉田各土层均高于8.0。100～200 cm各土层A棉田在7.41～8.76间，B棉田在7.49～8.76间，C棉田在7.49～9.20间，CK棉田在8.39～9.19间。与CK棉田对应土层相比，0～80 cm土层A和B棉田pH值均显著降低。

图4 2017年“池-田”蓄引水模式棉田土壤pH值变化Fig.4 Changes of soil pH values in cotton fields with “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water in Bohai Rim in 2017

2.2 “池-田”蓄引水模式下棉花产量及其构成

通过测产和籽棉实收表明（表3），环渤海“池-田”蓄引水模式棉田产量显著提高，籽棉产量A、B和C棉田分别超过了3 500、3 000和2 500 kg/hm2，较CK棉田分别提高了123.2%～164.6%、89.7%～136.5%和64.9%～96.6%。进一步分析产量构成因子发现，“池-田”蓄引水模式下各类棉田及 CK棉田之间衣分均无显著差异（P＞0.05），CK棉田收获株数、单株铃数、单铃质量均处于最低水平。A和 B棉田收获株数无显著差异（P＞0.05）；与CK棉田相比，A和B棉田收获株数提高26.1%～41.0%，A棉田单株铃数提高40.9%～44.3%、单铃质量提高18.8%～26.8%，B棉田单株铃数提高18.3%～27.1%、单铃质量提高25.1%～32.4%，C棉田收获株数提高11.3%～18.5%，较A和B棉田少0.59～1.03 万株/hm2；A～C棉田的单株铃数提高 29.0%～38.6%、单铃质量提高11.9%～17.2%（P＜0.05）。

表3 环渤海“池-田”蓄引水模式棉花产量及构成Table 3 Yield and its components of cotton in Bohai Rim with “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water

2.3 “池-田”蓄引水模式棉田棉花光合特性

2.3.1 棉花叶面积及叶绿素含量

研究表明（图5），各类棉田棉花叶面积指数和叶绿素SPAD值均先增大，出苗后120 d达到峰值之后开始下降；叶面积指数和叶绿素SPAD值差异明显。A、B和 C棉田峰值较高，其中 A和 B棉田整个花铃期（95～157 d）保持较高数值，叶绿素SPAD值保持高值更为明显；C棉田生育前后期较低，上升和下降较为剧烈；CK棉田在整个生育期内保持在较低范围：叶面积指数为0.16～2.17，叶绿素SPAD值为23.3～39.8。与CK棉田相比，棉田A、B和C的叶面积指数分别提高125.3%～356.3%、106.3%～291.1%和42.1%～190.1%，叶绿素 SPAD值分别提高 25.4%～71.2%、19.6%～49.8%和7.7%～38.8%。

图5 环渤海“池-田”蓄引水模式棉花叶面积指数和SPADFig.5 Leaf area index and SPAD of cotton in Bohai Rim with“pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water

2.3.2 棉花净光合速率及群体光合速率

各类棉田棉花冠层单叶及群体光合速率均先增大（图6），出苗120 d时达到峰值之后开始下降；A、B和C棉田峰值较高，其中A和B棉田在整个花铃期保持较高数值，C棉田生育前后期较低，上升和下降较为剧烈；CK棉田在整个生育期内保持在较低范围，单叶和群体光合速率分别为5.3～17.7和5.5～28.2μmol/(m2s)。与CK相比，A棉田单叶和群体光合速率分别高 116.1%～274.8%和27.5%～339.8%，B棉田分别高67.8%～210.0%和 20.9%～219.5%，C棉田分别高 45.6%～139.7%和18.1%～139.7%。

2.3.3 光合物质积累

对模式下各类棉田测定分析表明（表4），CK棉田总光合物质积累量小，光合物质积累直线增长期开始时间和结束时间早，持续时间短，最大增长速率（Vmax）小，且出现时间早，物质积累活跃期短。与CK相比，A棉田总光合物质积累量增高 232.8%～269.0%，B棉田增高212.2%～250.8%，C棉田增高129.6%～153.2%。A和B棉田光合物质积累直线增长期开始时间和Vmax及其出现时间无明显差异，开始时间推迟了 8～11 d，Vmax提高29.4%～53.7%，出现时间推迟了27～28 d；C棉田开始时间推迟14～16 d，Vmax提高55.3～61.8 %，出现时间推迟22～23 d。A、B和C棉田直线增长期结束时间分别推迟了 48、43～44 和 30 d，持续时间分别延长 40、32～35 和15 d，物质积累活跃期分别延长90～92、74～80和35 d。

图6 环渤海“池-田”蓄引水模式棉花单叶净光合速率和群体光合速率变化Fig.6 Changes of net and canopy apparent photosynthesis rate of cotton in Bohai Rim with “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water

表4 环渤海“池-田”蓄引水模式棉花光合物质积累特征Table 4 Photosynthetic accumulation characteristics of cotton in Bohai Rim with “pools and raised-beds” mode of storage and diversion of water

3 讨 论

3.1 环渤海“池-田”蓄引水模式棉田水盐运移规律

预计到2050年，50%以上的耕地会发生盐碱化[23]，世界上受盐度影响的土壤范围有不断扩大的趋势[24]。盐碱胁迫严重威胁着土地利用率和作物产量[25]。地下水位显著影响滨海盐碱地土壤水盐运移情况[22,26]。本研究中，改造前生态调控池地下水和台田、地下水抽提棉田距离原本为一体相通，改造后池塘蓄积水占据原来地下水位置，台田和地下水抽提棉田距生态调控池距离较近，受池塘水低矿化度扩散作用影响，浅层地下水矿化度明显下降，浅层地下水含盐量在对照棉田为7.2 g/L的情况下，台田降到6.0 g/L，地下水抽提棉田降到5.3 g/L（表2）。台田提高地面，拉大了地下水位到耕层的距离，通过延长盐分表聚距离，抑制要减少作物生长的耕层附近盐分；台田较高的海拔增强了降水、灌溉等措施的盐分淋洗作用。浅层地下水抽提棉田采用的是通过抽提地下水降低水位的方法增大地下水位到耕层的距离，起到类似台田抑制盐分表聚的作用。有研究表明，地下水位大于1.2 m后，表土相对水分降低，其原因是地下水对土壤表层补给量随地下水位增大而减少；当地下水位超过毛细管作用的临界深度时，土壤表层将形成干土层[11]。而本研究中，地下水抽提棉田地下水位明显下降，但 0～200 cm土层水分下降并不明显，其中的重要原因是其与池塘处于同一水位，地下水抽提后促使池塘水大量补充地下水抽提棉田土壤水分，不仅土壤盐分未明显上升，而且为棉花正常生长发育提供了必要的水分。地下水抽提也具有高效的雨季排涝功能，防土壤水分与地下水相连时盐分扩散到耕层附近土壤。因此台田和浅层地下水抽提棉田最为明显；棉花生育期内0～80 cm土层盐分在3.0 g/kg左右，pH值低于 8.0，完全解除了盐碱胁迫对棉花生长发育的影响。台田在节水灌溉等农艺措施的支持下，棉花光合生产优势明显，盐碱胁迫对秸秆还田等措施改善土壤有机质情况干扰较少。浅层地下水抽提棉田较高的土壤水分有利于秸秆降解、改善土壤有机质状况[13]，土壤状况的迅速改善进一步促进棉花光合生产和产量的提高。可见抬高地面和浅层地下水抽提实现了拉大地下水距耕层以及地表距离，使盐分上升阻力加大。同时地下水矿化度变化也是影响棉田土壤盐碱胁迫情况的重要因素。抑盐排涝棉田由于距生态调控池较远，浅层地下水状况没有明显改变，但是通过一定距离设置一定深度的排碱沟并与生态调控池和养殖池相连，春季返盐高峰时一部分盐分向排碱沟运移，棉田盐分显著下降，0～80 cm土层均低于5.0 g/kg；7－8月雨季时农田内排涝措施结合排碱沟形成的水网，实现了及时排涝，基本保证棉花的正常生长发育。台田地势较高，生态调控池水难以影响0～200 cm土层水分，0～40 cm土层含水率低于20%，无法满足棉花生长发育需求，因此在需水关键生育期内通过滴灌节水措施，生态调控池蓄积水源灌溉可以充分满足棉花生产用水需求。本研究条件下，抑盐排涝棉田土壤耕层盐碱胁迫明显改善，水分高于台田，土壤水分能够基本满足棉花播种及苗期的需求，在雨季盐碱胁迫进一步解除，盐碱改良效果十分明显。

滨海盐碱地土壤周年水盐运移和 pH值同样受降水情况的影响[22]。研究表明，环渤海“池-田”蓄引水模式土壤水盐和pH值均表现为峰值出现在4－6月（旱季），最低值出现在7－8月（雨季），9－10月（秋季）又上升。台田和浅层地下水抽提棉田4－6月拉大地下水至地表的运移距离，同时增加了降水的停蓄时间，延长入渗过程，促进离子交换、吸附和解析等作用[27]，这是土壤水分、盐分和pH值显著降低的较低原因。地下水抽提棉田同时利用池塘水蓄积雨季淡水的侧向运动补充棉田水分，利用池塘水淡水资源形成低矿化度地下水，在非灌溉条件下实现产量提高[28]。抑盐排涝棉田通过冬前造墒以及春季抑盐措施缓解盐碱胁迫，最大限度地实现棉花正常播种及出苗，其盐碱胁迫的最大程度解除主要体现在7－8月：降雨大量淋洗盐分并通过排碱沟排走盐分。有研究表明，通过排碱沟排盐技术，可将土壤中 45%～70%的盐分排出[29]，水平方向排水避免盐分下移在某一土层或地下水中富集现象的发生[30]。因此，排碱沟与生态调控池和养殖池联通实现快速排水，是实现本模式盐碱改良效果的必要条件之一。

3.2 “池-田”蓄引水模式棉田水盐时空分布对棉花光合特性从影响

盐胁迫迅速持久抑制光合作用，进而间接影响生长[31]。研究表明，环渤海“池-田”蓄引水模式显著影响棉花光合生产和产量。滨海盐碱地土壤 4－6月台田和地下水抽提棉田盐碱胁迫显著改善，苗期生长未受到明显影响，收获株数明显提高，而抑盐排涝棉田受到盐碱胁迫明显影响，收获株数较小。研究表明，收获株数台田和地下水抽提棉田提高26.1%～41.0%；而抑盐排涝棉田仅提高11.3%～18.5%，较台田和浅层地下水抽提棉田少 0.59～1.03 万株/hm2，这是限制抑盐排涝棉田产量进一步提高的主要因素之一。台田和浅层地下水抽提棉田较低盐分和pH值有利于叶片叶绿素含量提高，为产量提升提供了有利基础[22]；而对照棉田虽然土壤水分较高，但较高的盐分和pH对棉花产生离子伤害，并引起生理缺水，抑制叶片生长和叶绿素合成[32]。进入7—8 月（雨季）后，环渤海“池-田”蓄引水模式下各类棉田盐分和 pH值显著下降，盐碱胁迫明显解除，叶面积迅速增大，叶绿素含量显著增加，光合速率明显增高[33]，棉花表现出较强的光合生产能力和产量优势。而且台田更为优越的通风排涝条件有利于产量提高。抑盐排涝棉田营养生长增大尤为明显，开花数和铃数开始明显增加；9－10月（秋季），土壤水分迅速下降，受盐碱胁迫影响，光合速率明显下降，导致单铃质量显著下降，限制产量水平提高[34]。对照棉田在棉花整个生育期内盐碱胁迫程度较高，棉花光合能力弱，成铃数少、单铃质量显著下降，因此产量水平最低。

环渤海“池-田”蓄引水模式土壤水盐时空分布对棉花的影响还体现在光合物质积累特征方面。盐碱胁迫对光合生产进程的不同影响导致光合物质积累量差异明显[35]，随盐碱程度降低而积累量显著增加。对照棉田光合生产受盐碱胁迫重，持续时间长，与光热资源吻合度低，积累速率低[36]，快速积累持续时间短，因此积累量显著降低，导致产量水平不高；抑盐排涝棉田盐碱胁迫在一段时期内得到明显解除，因此光合生产与光热资源有一定吻合；台田和地下水抽提棉田盐碱胁迫得到解除，因此光合生产与光热资源吻合度高，积累速率高，活跃期长，为高产奠定了物质基础，而且棉铃发育充分，为皮棉产量提高提供了保障。

环渤海“池-田”蓄引水模式改变了原有的农业生态环境，打破了由气候季节性变化与地下水矿质化导致的旱涝盐碱现象，立足当地盐碱环境，开发利用降水资源，实现了盐碱地立体改良模式，实现了排涝蓄水、减盐增产、改善生态的良性循环，为改善土壤状况提供有利条件，有力地促进了棉花光合生产和产量的不断提高。

4 结 论

1）“池-田”蓄引水模式受池塘对地下水矿化度的影响以及地下水位与地表拉大距离的作用，台田和浅层地下水抽提棉田0～80 cm土层盐分在3.0 g/kg左右，pH值低于8.0，其中台田土壤水分、盐分和pH值最低；抑盐排涝棉田0～80 cm土层盐分低于5.0 g/kg，7－8月盐分更低，pH值低于8.0。

2）台田和浅层地下水抽提棉田盐碱胁迫在棉花整个生育期内得到解除，利用生态调控池蓄积水源进行灌溉或侧渗补充土壤水分，光合生产指标整个花铃期保持较高数值，光合物质积累情况较好，为实现滨海盐碱地棉花高产提供充分条件；而台田更为优越的通风排涝条件实现了产量更为显著的提高，籽棉产量台田超3 500 kg/hm2，浅层地下水抽提棉田超 3 000 kg/hm2。抑盐排涝棉田在产量形成关键期7－8月的盐碱程度显著下降，光合性能显著提高，光合生产和光热资源吻合度较高，籽棉和产量超2 500 kg/hm2。

综上，“池-田”蓄引水模式不同程度缓解环渤海盐碱地盐碱旱涝胁迫，有利于棉花光合生产，显著提高棉花产量。由于试验年限较短，农田尺度下水平方向水盐运移影响因素较多，对于蓄引水后池塘水对周围农田地下水淡化以及土壤水分补充的作用机理还有待于进行多年深入监测研究。