生草栽培对南疆枣园土壤水盐运移的影响*

马晓燕，席琳乔，韩 路，王海珍

（1 塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔843300）

（2 塔里木大学动物科学学院）

果园清耕是以往我国普遍盛行的传统耕作管理措施，具有防虫害、田间管理操作简单等特点，但多年来研究发现，长期清耕会导致土壤蓄水、抑蒸、保墒、抗蚀效果降低，土壤板结、肥力下降、盐分表聚，而且造成冬春季土壤裸露，易发生风沙扬尘等一系列问题[1]，严重影响林果产业提质增效和可持续发展。果园生草是近年来发展较快的针对清耕果园土壤产生潜在负面危害而采取的现代化果园管理模式。众多研究表明，果园生草覆盖可减少土壤水分蒸发损失，改良土壤理化性状，增进团粒结构的形成，提高土壤养分含量、土壤酶活和抑蒸保墒能力，降低土壤pH 值和抑制盐分表聚，同时可减少环境污染、抑制大气扬尘以及有效防治病虫害[1-8]。生草制已成为世界上许多国家和地区广泛采用的果园土壤管理调控技术之一。在西北干旱地区，水资源短缺和土壤盐渍化是限制农田资源高效利用和导致农业生产力水平低下的直接影响因素。因此，如何有效调控土壤结构、培肥地力和抑盐降盐并合理利用有限灌溉水源，以满足林果业持续发展，最大限度地提高水资源利用率和降低土壤盐碱危害，是促进干旱区林果业提质增效需重点解决的问题。

南疆土壤母质属第四纪冲积物，含有石膏、石灰、硫酸钠、氯化钠等盐类，是土壤和地下水含盐的地质基础。该区气候干旱、蒸发强烈且降雨稀少，加上农业生产常用大水漫灌的方式进行灌溉，土壤中的水盐运移相对频繁，土壤盐碱化现象十分普遍。土壤含盐量过高，引起土壤理化性质发生改变，导致作物生长不良。根据盐随水来、盐随水去的原理，只要能控制土壤水分蒸发就可以减缓盐分表聚，进而降低土壤盐害对作物的影响[7]。当前盐碱地的治理措施主要有生物、工程、农业和化学措施，其中生物措施（秸秆、生草覆盖等）是一种理想的盐碱地改良措施。前人研究表明，土壤盐渍化的主要原因是土壤中盐分表聚，秸秆覆盖不仅能减少土壤水分损失，还能抑制盐分表聚、减缓土壤盐渍化及影响土壤盐分的分布[5-9]。生草覆盖能显著提高果园土壤含水量、孔隙度、持水能力，降低土壤容重和pH 值[5-9]。牧草发达的根系可以形成稳定的团粒结构，减少由下而上的盐碱运动，降低耕层土壤含盐量与抑制盐分表聚[7-10]，最终达到改良盐碱地的目的。目前就不同生草草种、生草模式对果园土壤理化性质的影响已经展开了较多研究[1-6,9,11]，但对生草栽培下南疆枣园土壤水盐动态影响的研究较少，对土壤水盐迁移的变化规律尚不清楚。为此，本试验以南疆阿拉尔垦区种植3 年牧草的枣园土壤为试材，以清耕为对照，研究不同生草栽培下土壤水盐的运移特征，探明生草栽培果园土壤水盐时空分布与变化规律及其对盐碱土的改良效应，为南疆果园生草改良盐碱土壤、培肥地力技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在塔里木大学园艺试验站进行，该站位于塔克拉玛干沙漠北缘、塔里木河干流上游的阿拉尔垦区（北纬40°35′，东经80°50′；海拔1 006 m），属典型暖温带大陆性干燥气候和典型灌溉农业。区内光热资源丰富，平均年日照时数2 900 h，年平均气温10.7 ℃，年最高气温40.6 ℃，年最低气温-23.0 ℃，≥10 ℃年活动积温4 113 ℃，无霜期220 d，平均年降水量48.5 mm，平均年蒸发量＞1 988.4 mm。风沙灾害频繁，春、夏季多大风天气，是该地区风沙危害的主要季节。

试验枣园为10 年生‘骏枣’园，面积0.27 hm2，栽植行株距为2 m×1 m，东西走向，灌溉采用漫灌方式。枣树为盛产期，生长健壮，树势中等，无病虫害。试验前枣园土壤采取清耕措施，处理前0～20 cm 土壤有机质含量为11.75 g/kg，碱解氮含量33.48 mg/kg，速效磷含量15.32 mg/kg，速效钾含量87.33 mg/kg，土壤含盐量1.86 g/kg。试验区地势平坦，土质等自然条件和栽培管理方式基本一致。试验草种为早熟禾（Poa annuaL.）和三叶草（Trifolium repensL.）。

1.2 试验设计

2016 年开始试验，采用随机区组试验设计，设置3 个处理，分别为早熟禾（I，PA）、三叶草（II，SH）、清耕（III，CK），4 月上中旬在枣树行间条播早熟禾与三叶草，播种量分别为22.5、15 kg/hm2，以清耕枣园为对照，3 次重复，共9 个小区，小区面积300 m2。清耕处理是人工将果园杂草除净，无任何覆盖。生长季不使用除草剂，生草区每年刈割2 次，覆盖于行间或树盘。试验期间不同处理的土壤、灌溉、枣树修剪、病虫防治等管理措施相同。

1.3 土样采集与分析方法

土壤样品于2018 年4 月开始测定，每月中旬（灌溉后10 d）在各处理小区按5 点取样法取样，用土钻取0～100 cm 土样，每20 cm 1 层，各层土样用铝盒封装，带回实验室采用烘干法测定土壤含水量；剩余土样各层分别混合均匀后采用四分法分取土样0.5 kg 作为1 个样品，共315 份土样，剔除植物残根等杂物后用塑料袋装好，带回实验室风干。土壤总盐含量采用蒸馏水浸提，水土比为5∶1，水浴蒸干法测定。

数据统计分析采用SAS 6.12 软件处理，用Duncan’s 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 生草栽培对枣园土壤水分空间分布的影响

2.1.1 土壤含水量的月变化

由图1 可知，生长季（4—10 月）各处理枣园不同深度土壤含水量的变化趋势一致，均呈“M”形波动。但变化幅度不同，清耕0～40 cm 土壤含水量变幅均明显高于生草栽培，其40～100 cm 的变幅大于早熟禾、小于三叶草。

图1 枣园不同深度土壤含水量的月变化

生草栽培下不同深度土壤含水量均高于清耕处理，0～40 cm 表现明显，生草栽培0～40 cm 土壤含水量与清耕处理差异达极显著水平，60～100 cm 则差异显著（图2）。早熟禾、三叶草栽培0～40 cm 土壤含水量分别比清耕处理增加了36.76%、39.41%，40～100 cm 则分别增加了 18.21%、23.20%。表明干旱区果园生草栽培能明显抑制土壤水分蒸发，保持土壤水分，在抑蒸保墒方面三叶草优于早熟禾。

图2 生草栽培对土壤含水量的影响

2.1.2 土壤含水量的垂直分布

由图3 可知，总体上各层土壤含水量从地表向地下深层呈增加趋势，深层土壤含水量高于浅层。从各季节来看，秋季相同土层的含水量最低，春季含水量最高。但生草栽培与清耕处理存在差异，春季生草栽培20～40 cm 土壤含水量下降，早熟禾栽培在夏季、秋季20～60 cm 均有所降低，三叶草栽培在春季、秋季20～40 cm 土壤含水量下降。生草栽培春季、夏季、秋季各层土壤含水量大多高于清耕处理，尤其是夏季、秋季显著减少0～40 cm 深度土壤水分蒸发，同时也提高了深层土壤水分。夏季、秋季生草栽培0～40 cm 深度土壤含水量分别比清耕处理增加了32.90%、72.77%；生长季生草栽培0～40、40～100 cm 深度土壤含水量分别比清耕处理增加了38.09%、20.71%。表明生草栽培对土壤含水量的垂直分布产生了明显的影响，其能显著减少上层土壤水分蒸发，并减缓下层土壤水分上移，起到蓄水保墒的作用。

图3 生草栽培对土壤含水量垂直变化的影响

2.2 生草栽培对枣园土壤盐分空间分布的影响

2.2.1 土壤含盐量的月变化

水分是土壤盐分迁移的重要载体，土壤盐分随着土壤水分的运动而迁移。由图4 可知，生长季（4—10 月）各处理枣园不同深度的土壤含盐量变化趋势相似，均呈倒“M”形上下波动。但不同处理变幅不同，早熟禾栽培0～20 cm 深度变幅最大（0.452 g/kg），8、10 月土壤含盐量较高；三叶草栽培20～40 cm 深度变幅最大（0.449 g/kg），清耕处理则0～20 cm 深度变幅最大（0.417 g/kg），二者4、10 月土壤含盐量较高；各处理上层土壤含盐量及其变幅均高于下层。清耕处理不同深度的土壤含盐量均高于生草栽培，0～40 cm 表现明显；各处理土壤盐分向上迁移主要发生在0～40 cm 范围内，而清耕处理盐分向上迁移量明显高于生草栽培，平均增加39.95%。

图4 不同处理枣园土壤盐分含量的月变化

早熟禾、三叶草栽培0～40 cm 深度土壤含盐量分别比清耕处理降低30.71%、26.40%，且生草栽培0～40 cm 土壤含盐量与清耕处理差异达极显著水平，40～100 cm 则差异显著（图5）。表明干旱区生草栽培能影响土壤盐分的迁移，抑制土壤返盐，降低耕层盐分含量。

图5 生草栽培对枣园土壤盐分含量的影响

2.2.2 土壤含盐量的垂直分布

在蒸发作用下，底层土壤盐分可随水分向上迁移，使各土层盐分不断累积，不同措施的控盐抑盐效果差异明显。由图6 可知，各处理土壤含盐量均随着土层深度的增加而逐渐降低，70 cm 以下开始上升，其中0～20 cm 深度土壤含盐量最高。生草栽培盐分在土表聚集性逐渐减弱，生长季早熟禾、三叶草栽培0～20 cm 深度土壤含盐量分别比清耕处理降低31.07%、27.57%，生草栽培与清耕处理差异达极显著水平。随土层深度增加，清耕处理与生草栽培土壤含盐量差异减小，80 cm 以下则无显著差异。

图6 生草覆盖对枣园土壤垂向盐分含量的影响

不同季节来看，各处理春季表层土壤含盐量较高，其次为秋季；早熟禾栽培秋季土壤含盐量最高（1.235 g/kg），三叶草栽培春季最高（1.335 g/kg）。春季清耕处理各土层深度（除20～40 cm）土壤含盐量与生草栽培差异均达极显著水平，夏季0～40 cm 深度差异也达极显著水平，秋季各土层深度间差异减小。可见，生草栽培能明显抑制上层土壤（0～40 cm）盐分聚集，达到抑盐降盐的效果。从2 种牧草的抑盐效果来看，生长季早熟禾栽培各土层深度土壤含盐量平均值均低于三叶草栽培，二者0～40、40～100 cm 深度土壤含盐量无显著差异（图5），平均分别比清耕处理降低9.41%、5.84%，表明早熟禾的抑盐降盐效果优于三叶草。

3 讨论与结论

果园生草栽培具有蓄水保墒、培肥地力、改善土壤结构、降低土壤pH 值、抑制返盐、加快土壤物质循环、优化果园生态系统环境等功能[1,4,11-13]。但也有研究认为生草与果树存在严重的争水现象[14]。本研究中，生长季生草栽培能减缓土壤水分蒸发，降低变幅，提高1 m 土层的含水量，尤其0～40 cm深度土壤含水量极显著高于清耕处理，平均增加38.09%，40～100 cm 则平均增加20.71%，这与寇建村等[12]的研究结果相似。生草栽培模式下，一方面，地表覆盖对果园土壤热量收支具有缓冲作用，降低地温[15]并减少土壤表面蒸发；另一方面，由于土壤中留下大量残体，腐烂后增加了有机质，形成团粒结构和增加土壤孔隙度，提高土壤的入渗性能和持水储水能力，使土壤含水量明显增加。不同季节土壤含水量变化不同，相同土层春季含水量最高、秋季最低，这是由于春季气温低与牧草生长量较小，蒸散发较小，而秋季气温高与牧草生长旺盛，蒸散发大所致。生长季牧草叶片蒸发加大，根系消耗耕层土壤水分，使20～60 cm 土壤水分降低；但垂直方向上各层土壤含水量均明显高于清耕，且土壤含水量减小的趋势逐渐减缓，表明果园生草栽培能使水分从土壤下层向上层移动，显示出良好的提墒作用，可供给果树根系分布层的水分，促进果树根系发育和生长。

生长季三叶草栽培各层土壤含水量均高于早熟禾，各层土壤水分变幅也较小，表明三叶草栽培土壤蓄水保墒效果优于早熟禾，这与李会科等[1]、赵政阳等[14]的研究结果相似。这是因为2 种生草种类不同，对土壤改良效果不同所致[1,5,12-13]。早熟禾为须根系，没有明显的主根，须根集中分布在耕作层[16]、吸收上层土壤水分用于新陈代谢（如蒸腾），从而消耗一定的耕层土壤水分。三叶草为直根系的豆科固氮牧草，具有明显的主根和粗细不等的侧根，根系分布深且穿插能力强，利于吸收深层土壤水分而发挥提水效应；同时，根系固氮作用增加土壤氮素进而促进地上、地下生长，地上部生物量及覆盖度高，从而减少土壤水分蒸发。前人研究指出，果园覆盖条件下土壤水分损失为清耕的1/3，每年可减少灌溉1～2 次[15]。因此，生草栽培能减小土壤水分蒸发损失，降低土壤水分变异程度，起到增加土壤含水量和蓄水保墒的作用。

在干旱区，土壤强烈蒸发引起土壤表层与深层之间较大的水力梯度，促使深层土壤水分携带盐分向土壤表层迁移，因而地表强烈蒸发引起土壤水分散失及潜水上升是造成地表返盐、聚盐的重要原因[17]。在农业生产中，常采用地表覆盖模式来减少地面蒸发和影响盐分迁移过程，抑制盐分表聚[7-10]。研究结果显示，3 种处理方式下上层土壤含盐量及各层盐分变幅均高于下层，尤其清耕高于生草栽培。这是因为在干旱区蒸发强烈，土壤剖面会形成水势梯度，促使下层盐分随土壤水分向上迁移，导致上层土壤盐分累积所引起；同时清耕无地表覆盖，土壤水分强烈蒸发而使盐分留存于土壤上层，造成清耕0～40 cm 土壤含盐量比生草模式高39.95%，这与吴玉森等[2]研究结果一致。王海娟等[7]指出土壤水分和盐分的运移具有较为明显的规律，土壤水分累积蒸发量和累积含盐量高度相关，即生草栽培下抑制土壤水分蒸发、影响土壤盐分迁移而降低耕层盐分含量。究其原因，一方面是因为生草栽培能有效降低土壤容重，增大总孔隙度、大孔隙度[18]，减缓水分上移、蒸发，提高土壤含水量及盐分淋洗效果；另一方面，土壤中根系、植物残体增加，改善土壤结构，减弱潜水上升，从而有效阻止盐分上移；同时促进下行重力水运移到下层土层中，提高了淋洗脱盐效果。垂直方向上来看，土壤盐分含量随土层深度增加而逐渐降低，70 cm 以下开始升高；土壤盐分向上迁移主要发生在0～40 cm范围内。早熟禾、三叶草0～20 cm 深度土壤含盐量分别比清耕降低31.07%、27.57%；20～40 cm 则分别低30.27%、25.07%，表明早熟禾在降低耕层土壤盐分和抑盐降盐效果方面优于三叶草。这是因为三叶草为直根系深根牧草，生长季根系吸收深层土壤水分并向上层迁移，随土壤水分蒸散造成盐分滞留于上层土壤中；而早熟禾为须根系浅根牧草，根系主要吸收中上层土壤水分，减弱深层水分上移而降低耕层土壤含盐量。因此，禾本科、豆科牧草生物生态学特性不同，对干旱区果园土壤水盐运移的影响存在明显差异。为发挥人工生草降盐保墒的作用，应充分利用禾本科与豆科（深根与浅根）牧草的生态优势，建议南疆果园人工生草以禾本科、豆科混播较好。