滴灌对滨海盐碱地盐地碱蓬速生及土壤改良的影响

刘璐瑶，张金龙，张 凯，贾 林，窦莉洋，聂阿秀

（1.天津泰达盐碱地绿化研究中心有限公司，天津 300457；2.天津泰达绿化科技集团有限公司，天津 300457）

伴随沿海城市经济的快速发展及土地资源紧缺，填海造陆成为了解决这一问题的重要措施［1-3］。填海造陆是将海湾淤泥经吹填与自然疏干后形成的高黏性、高盐度的沉积土地，因其土壤母质含盐量高、物理性质差，加之我国北方沿海地区地下水埋深浅、矿化度高，低降雨高蒸发的气象因素，导致吹填区形成了大面积的重度盐碱地［4-7］。在土壤高含盐量的盐分胁迫作用下一般植物很难存活，因此吹填区变为大面积裸露地，裸露地的存在不仅影响城市美观并且每年向大气排放大量风蚀盐尘，对大气污染极为严重，选择合理措施对裸露地进行覆盖，以降低风蚀盐尘的排放量对环境保护是十分重要的［8-10］。

对于裸露地进行覆盖方式主要有防尘网与植物种植措施，植物种植措施因其效果较好、绿色环保被广泛推崇。在重盐碱裸露地运用植物种植措施，其高盐环境下适生植物的选择是十分重要的［11-13］。众多学者对耐盐植物进行了深入研究，发现盐地碱蓬作为真盐生植物其耐盐性极高［14］。张立宾、徐化凌等［15］通过盆栽和田间耐盐试验表明种植碱蓬能够有效地降低土壤表层含盐量，增加土壤有机质含量，提高土壤中N、P、K 的含量；杨策、陈环宇［16］等通过滨海盐碱地碱蓬群落土壤调查与室内土柱种植试验，确定了盐地碱蓬的降盐作用不仅为植株吸收作用，更重要的是通过盐地碱蓬的生长改善了土壤结构、加速了土壤水分入渗、促进了土壤盐分的淋洗；李劲松、郭凯［17］等人通过研究干旱和盐碱胁迫对盐地碱蓬种子萌发的影响，证明了盐地碱蓬具有很强的抗盐性，并且抗盐能力明显高于抗旱、抗碱能力；李洪山、申玉香［18］研究了土壤盐胁迫与盖土深度耦合对盐地碱蓬发芽、出苗的影响，表明含盐量与盖土深度越大出苗率越低。众多学者的研究都表明盐地碱蓬具有极高的耐盐性并可改良盐碱地，为重盐碱裸露地适生植物（盐地碱蓬）的选择奠定了坚实的基础。

高耐盐性盐生植物（盐地碱蓬）的选取为重盐碱裸露地植物覆盖提供了植物基础，但因盐地碱蓬发芽率随盐胁迫作用增强呈线性下降规律，故还需解决其发芽期低盐适生环境的问题［19，20］。滴灌技术作为重要的节水灌溉方式，可在短时间内调控较小区域内的土壤水盐分布，形成小范围脱盐区，可为盐地碱蓬发芽期创造适生环境［21-23］。因此，本研究以重盐碱裸露地植物快速覆盖为出发点，通过盆栽试验深入探究了滴灌对重盐碱裸露地碱蓬生长的影响，以及滴灌和碱蓬生长协同作用下盐碱土改良的效果，为我国滨海裸露地的快速覆盖和重盐碱地的治理奠定了理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取天津滨海新区由吹填海泥形成的重盐碱裸露地，取样坐标北纬39°8′26″，东经117°47′16″，其地理位置如图1所示。采集0～20 cm 土层作为试验土壤，土壤经晾干粉碎后过1 mm 筛备用，试验土壤物理性质如表1所示。供试种子为黑色盐地碱蓬（下文中以“碱蓬”代指）种子，选取颗粒饱满种子若干，放置于4 ℃冰箱保存备用。

表1 土壤取样地土壤物理性质Tab.1 Physical properties of soil samples

1.2 试验设计与方法

研究采用盆栽试验进行，试验盆截面直径30 cm，高30 cm，侧边壁无孔，底部带有渗水孔。将筛分后土壤分层装填至试验盆内，装填共分四层，每层5 cm，每层装填完成后进行振捣压实，保证其容重为1.43 g/cm3，装填完成后上表面铺设大颗粒土块薄层，防止大风扬尘产生。碱蓬种植于试验盆四分之三扇形区域，预留四分之一扇形面积插入滴灌器，种植时进行均匀挖坑点播，每个坑内种植碱蓬10 粒，单盆共计种植碱蓬种子120粒，其中内圈（以滴灌点为圆心、半径10 cm 的圆为滴灌内圈）50粒，外圈（半径10～15 cm组成的圆环为滴灌外圈）70粒。滴灌设备采用简易自动滴管器。试验共设置6 组处理，每组3 次重复，控制变量为所处环境与滴灌次数，室外环境包括大气降雨，室内环境无大气降雨，单次滴灌用水量均为200 mL，滴灌时间统一为上午9点，室外环境下，如计划滴灌日期遇降雨导致土壤湿润时取消本次滴灌，并从新开始计算时间间隔。试验具体处理情况如表2所示。种植与采样点位平面位置如图2所示，试验流程如图3所示。

表2 试验处理情况Tab.2 Test plan

试验开展周期为2020年5月18日至2020年9月1日，试验过程中定期记录用水量与碱蓬生长情况，试验期间日降雨量由中国气象数据网按照逐小时观测资料加和计算，试验过程中碱蓬滴灌用水量与降雨量如图4所示。9月1日完成植物采集工作，植物采集仅采集地表以上部分，测量单盆植株数量、最高株盐地碱蓬株高以及总湿重量。9月2日完成土样采集工作，土样按照每5 cm 一层进行采样，采样点为内圈中心点与距离中心点10 cm 位置。土壤质量含水率采用烘干法测得；土壤含盐量由电导率法测得数据按照式（1）计算获得；土壤有机质含量采用重铬酸钾外加热法由式（2）、（3）计算获得［24］。

式中：S为土壤含盐量，g/kg；EC为土壤电导率，mS/cm。

式中：Wom为有机质含量，g/kg；Wco为有机碳含量，g/kg；0.800 0为重铬酸钾标准溶液浓度，mol/L；5.0 为重铬酸钾标准溶液体积，mL；V0为空白标定用去硫酸亚铁溶液体积，mL；V为滴定土样用去硫酸亚铁溶液体积，mL；m为烘干土样质量，g；0.003 为1/4 碳原子的摩尔质量g/mmoL；1.1 为氧化矫正系数；1.724 为换算系数。

2 结果与分析

2.1 盐地碱蓬生长状况

2.1.1 盐地碱蓬存活数量

统计各花盆内、外圈盐地碱蓬的生长数量，相同处理3次重复相加求平均值后作出碱蓬生长数量变化曲线，如图5所示。由图5可以看出不同处理条件下碱蓬存活数量情况明显不同，室外环境下碱蓬最终总存活数量排序为S1＞S2=S3＞CK，S2与S3处理最终碱蓬数量相等是因为在7月27日至8月15日降雨相对集中导致S3处理外圈碱蓬部分发芽所致；室外环境下内圈排序为S1＞S2＞S3＞CK，说明内圈碱蓬生长数量与滴灌用水量呈现正相关；外圈排序为S1＞S3＞S2=CK，并且S2、S3、CK 在整个试验期内外圈碱蓬生长数量最大值为5，说明外圈碱蓬受滴灌影响较小，靠大气降雨维持碱蓬生长存活，且存活率很低。室内环境下碱蓬存活数量S4＞S5，S5处理下碱蓬只有6月4日存活数达到最高4 个，在6月11日以后存活数都为0，表明S5处理下因水分补给不足导致发芽碱蓬死亡、其余种子难以发芽，S4处理下碱蓬存活数量较高，并且全部都在内圈。

2.1.2 盐地碱蓬株高与湿重量

试验结束后，剪切收集地表以上盐地碱蓬，测得每盆碱蓬总湿重量与最高碱蓬的株高，相同处理3次重复相加求平均值，总湿重量与株高各处理平均值结果如图6所示。由图6可知株高排序为S1＞S2＞S3＞CK＞S4＞S5，湿重排序为S1＞S2＞S3＞CK＞S4＞S5，株高与湿重排序一致是因为株高越高的处理下碱蓬整体生长状况越好，整体湿重也就越大，在室外环境下株高与滴灌累积水量成正比，S5因为碱蓬最终生长数量为零故无株高与湿重数据。对比碱蓬存活数量，室外条件下S1、S2、S3、CK碱蓬存活数量越多其株高与湿重越大，S2与S3处理虽然存活数量相同，但S2的总湿重量大于S3，其原因为S3处理条件下的一些碱蓬为7月27日至8月15日集中降雨导致外圈种子发芽所致，其碱蓬生长较小，湿重较小。S3与CK株高与湿重差距不大是因为S3处理下滴灌次数较少、补水量较少。

2.2 土壤水盐分布特征

2.2.1 土壤水分分布特征

试验结束后将各处理3组重复的质量含水率测量值进行加和平均得到平均质量含水率，平均质量含水率曲线如图7所示，由图可知，室外环境下土壤整体含水率排序为CK＞S3＞S2＞S1，含水率由表层至底层逐渐升高，同深度中心点含水率与距中心点10 cm 含水率基本相同，其原因为大气降雨量远大于滴灌水量，土壤近似均匀淋洗所致，结合碱蓬生长情况可以发现碱蓬生长越好土壤含水率越低；室内环境下土壤整体含水率S4＞S5，S4处理下表层含水率中心点略高于距离中心10 cm 位置，是因为在滴灌条件下表层水分横向运移困难所致。在试验过程中发现S4处理情况下土壤可以持续保持土壤湿润。而S5处理情况下内圈土壤呈现湿润-干燥周期性的变化，在干燥时土壤结块形成一个类似半球的整体，内圈植物因含水率较低而死亡，而外圈植物得不到滴灌水分补给难以发芽。

2.2.2 土壤盐分分布特征

试验结束后取中心点与距离中心点10 cm 位置处土壤，每5 cm一层进行取样，测得土壤含盐量，将各处理3组重复的土壤含盐量测量值进行加和平均得到平均含盐量，各处理平均土壤含盐量如图8所示（图中-1 表示中心点位置，-2 表示距离中心点10 cm 位置）。由图8中的右下角小图可知，在室外降雨环境下土壤含盐量均下降到1.5 g/kg 以下，土壤含盐量随深度增加而增加，中心点与距离中心点10 cm 位置处土壤含盐量相差不大，其原因为滴灌水量远小于大气降雨量，其滴灌对盐分分布的影响可以忽略。由图8可知，仅滴灌的S4、S5处理，在滴灌作用下中心点的盐分都有显著降低，S5处理因其滴灌水量较少导致10～20 cm 内土层内含盐量基本没有变化，盐分更多的是在0～10 cm进行迁移，在滴灌处理时距离中心点10 cm位置0～5 cm土壤含盐量增加明显，说明在滴灌处理下，随水分的扩散将中心点的盐分携带至远离中心点的区域。分析S4、S5含盐量变化情况，滴灌情况下距离滴灌中心点10 cm 位置含盐量随深度呈现先减小后增大的变化规律。

2.3 土壤pH分布特征

试验结束后取中心点与距离中心点10 cm 位置处土壤，每5 cm 一层进行取样，测得土壤pH 值，将各处理3 组重复的土壤pH 测量值进行加和平均得到平均pH 值，平均pH 值如图9所示（图中-1 表示中心点位置，-2 表示距离中心点10 cm 位置）。由图9可知，所有处理下土壤pH 值相比初始值均有增加，CK、S1、S2、S3处理下土壤pH 值增量远大于S4、S5处理，表明较大淋洗水量会导致土壤pH 值升高。室外环境降雨淋洗过后pH 值呈现由表层到底层先增加后减小的变化规律。

2.4 土壤有机质情况

试验结束后检测0～10 cm 与10～20 cm 土壤有机质含量，将各处理3组重复的有机质含量进行加和平均得到有机质含量平均值，有机质含量平均值如图10 所示，由图可以看出有机质含量10～20 cm 土壤高于0～10 cm 土壤，其原因为降雨与滴灌过程中有机质随水分下渗导致。CK、S1、S2、S3处理下0～20 cm有机质含量均高于初始值，原因为碱蓬生长导致0～20 cm 土壤层有机质含量增加。S4、S5处理下0～10 cm 有机质含量低于初始值，而10～20 cm 有机质含量高于初始值，其原因为滴灌作用下0～10 cm 有机质随水分下渗至10～20 cm 所致。S4处理下0～10 cm 土壤有机质含量低于S5处理，10～20 cm 土壤有机质含量高于S5处理，其原因为S4处理滴灌水量多于S5处理所致，且S4处理碱蓬生长量很小，所产生的有机质不足以弥补淋洗缺失量。

3 讨 论

由滴灌过程记录可知S1、S2、S3、S4、S5处理的滴灌累积水量分别为2 200、1 200、400、5 800、3 000 mL，结合盐地碱蓬生长过程可以看出在室外环境下S1与S2处理下滴灌主要集中在盐地碱蓬的发芽期，生长期S1与S2处理下的滴灌次数仅为4 次与1次，为生长期缺水时补充水分，S3处理下因仅有2次滴灌导致其盐地碱蓬的株高与总湿重量与CK接近。在室内环境下，S5处理下滴灌水量不能支撑碱蓬发芽期存活，S4处理下滴灌水量虽然可以支撑内圈碱蓬发芽期生长，但不能支撑其生长期碱蓬的快速生长。

通过综合分析盐地碱蓬生长状况、土壤水盐分布特征、土壤pH 值与土壤有机质情况，可以发现滴灌次数越多，碱蓬在试验周期内存活的数量越多、试验完成时碱蓬湿重量越大，最高株碱蓬株高越高、土壤含水率越低、土壤pH 升高、土壤有机质增加。植物生长状况表明适宜的滴灌次数不仅可以创造碱蓬生长的微环境，并且可以提高碱蓬的存活率、碱蓬的株高与湿重量，与邢英英［25］等对滴灌施肥条件下番茄产量的研究结果相符。含水率结果表明碱蓬的生长可以改善土壤结构，增加土壤渗透率，使水分更容易下渗，使土壤持水量下降，与王升［26］等人对盐生植物根系作用的研究结果相符。含盐量结果表明在室外环境下土壤淋洗主要是以大气降雨为主，滴灌仅在发芽期创造了碱蓬的适生微环境，并保证了碱蓬缺水期的水分补给。土壤pH 值结果表明土壤在淋洗脱盐过程中会发生碱化现象，这与王艳、殷仪华［27，28］等人对海盐土脱盐过程研究的结果相一致，其原因为各离子迁移能力不同，在淋洗过程中导致土壤盐分化学类型由Na-Cl 向HCO3-Ca 转化，Ca2+离子淋失速度优先于HCO3-离子，致使盐碱土淋洗在一定时期会出现碱化现象，随着淋洗量持续增加土壤脱盐同时脱碱［29］。

试验结果可以看出，在大气降雨密集的夏季，自然降雨量在不产生径流的条件下可以将20 cm 土壤的含盐量由28.23 g/kg 淋洗至1.5 g/kg 以下。但自然条件下大量降雨形成地表径流，使土壤含盐量淋洗效率远低于试验结果，因此建议在重盐碱裸露地治理时分块起田埂以防止产生地表径流。盐地碱蓬发芽的5、6月份由于之前冬、春季节盐分向表层的积累使土壤含盐量升高，如等8、9月份大气降雨淋洗至盐地碱蓬可以发芽的含盐量时，其环境温度又会抑制盐地碱蓬发芽生长，因此确定合适的滴灌补水时期才可保证碱蓬在5、6月份具有适宜的生长环境，并且可以保证其生长初期的水分补给，与余帮强、陈丽君［30，31］等提出的适宜滴灌补水情况植物生长情况才能最好的研究结论相符。

4 结 论

（1）进行滨海重盐碱裸露地植物覆盖时，滴灌可为盐地碱蓬的发芽创造适生环境，前期滴灌保证了盐地碱蓬发芽期的正常生长，雨季来临后盐地碱蓬快速生长。后期滴灌的补给可以增加盐地碱蓬生长的湿重量，但过多的水分补给会造成水资源的浪费，株高与总湿重量试验结果表明S2处理下盐地碱蓬已经具有较高的株高与总湿重量，利用S2的处理条件既可以节约水资源也可以实现裸露地的快速覆盖。

（2）滨海重盐碱裸露地盐地碱蓬的种植不仅可以改善土壤结构，提高土壤孔隙率，增加土壤渗透率，提高土壤淋洗效率，还可以增加土壤有机质的含量，使重盐碱裸露地在自然淋洗与盐地碱蓬生长下形成良性循环，达到盐碱地持续改良的目的。

（3）滨海重盐碱裸露地土壤淋洗在一定时期内会导致土壤pH值升高，并且在这一时期内pH升高值与淋洗水量为正相关。在盐碱地淋洗过程中应注意土壤pH 值变化情况，避免因淋洗不充分导致土壤碱化时期的出现。□