膜下滴灌棉田間作鹽生植物改良鹽堿地效果

王升，王全九，周蓓蓓，吳軍虎，史文娟，羅小東

（1.西安理工大學水資源研究所，陜西 西安710048；2.中國科學院水利部水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西 楊凌712100；3.中國科學院亞熱帶農業生態研究所 亞熱帶農業生態過程重點實驗室，湖南 長沙410125）

新疆鹽堿土的總面積為2.1814×107hm2，占全國鹽堿土（9.913×107hm2）面積的22.01%［1］，鹽堿地資源的利用、鹽漬化耕地的改良，在農業生產發展中很有必要性。

在對鹽堿脅迫的長期耐受性和適應過程中鹽生植物形成了不同的適應策略，國內外已開展了較多鹽生植物耐鹽堿機理的研究［2-6］。近年來，利用生物措施改良鹽堿地的研究和應用不斷深入，在鹽堿地中直接種植耐鹽植物（或作物），進行常規灌溉管理，在植物根系和水向下運動的共同作用下，將土體鹽分隨根系向下推移［1，7-8］，并通過鹽生植物吸收鹽分。整個過程既沒有經濟上的大量投資，又沒有嚴格的條件要求，也沒有水資源的浪費，生物改良是最具有生態效益、經濟效益的措施［9］。王文和張德罡［10］研究表明，種植白莖鹽生草（Halogeton arachnoideus）1年可從0～20 cm 土層中除去鹽分2.434 t／hm2，土壤p H 下降0.13～0.14；董曉霞等［11］在濱海鹽漬地種植紫花苜蓿（Medicago sativa），發現0～40 cm土層脫鹽率達65.5%，且使土壤肥力得到提高；王界平和田長彥［12］、梁飛等［13］研究表明施氮能顯著提高鹽角草（Salicornia europaea）的生物量、種子產量及全鹽累積量，磷肥提高了鹽角草莖稈、同化枝全鹽累積量；趙可夫等［6，14］研究發現，種植堿蓬（Suaeda glauca）使0～60 cm土壤中的Na＋含量每年減少1245～1920 kg／hm2，且梁飛等［15］認為追施氮肥能夠促進堿蓬對鹽漬土的生物修復并降低土壤中Na＋濃度及其危害；秦嘉海等［16］、呂彪等［17］在河西走廊進行了生物改土效應的研究，表明魯梅克斯草和堿茅草（Puccinellia distans）的脫鹽改土效果均十分明顯；羅延彬等［7］、任崴等［8］在北疆進行生物改良鹽堿地研究，發現生物方式改良后土地的產量高于灌水洗鹽后的產量，脫鹽后土地利用時需考慮深根與淺根、多根與少根作物的適配輪作。

新疆膜下滴灌棉田為便于機耕在兩膜棉花之間留有空地，在這部分空地上間作鹽生植物，一方面能增加地表覆蓋，減少表土水分蒸發［18］，防止土壤返鹽；另一方面植物根系生長可改善土壤物理性狀，根系分泌的有機酸還能中和土壤堿性，并可吸收滴灌后驅逐到膜間的鹽分［19-20］，而目前尚無間作改良鹽堿地的研究。考慮到棉花（Gossypium spp.）株高、生育期等要求，本試驗選用的間作鹽生植物為鹽地堿蓬和鹽角草，探求其對鹽堿地的改良效果及對棉花產量的影響，為新疆綠洲農業的可持續發展提供參考。

1 材料與方法

試驗于2012年3月至10月在新疆巴音郭楞蒙古自治州水管處國家重點灌溉試驗站進行，地處N 41°35′，E 86°09′，高程在895～903 m之間。區域內光熱資源豐富，多年年平均日照時數3036.2 h。多年平均降雨量為55.3～62.7 mm，多年平均蒸發量2273～2788 mm（直徑20 cm蒸發皿），屬暖溫帶大陸性荒漠氣候。試驗區土壤質地為砂質壤土和砂壤土，土壤肥力較低，地下水埋深在1.6 m左右，變化較小。

采用“一膜兩管四行”的棉花種植模式，即滴灌管分別布置在1，2行和3，4行棉花中間，并覆蓋1張地膜，膜間距為30 cm。播種日期為2012年5月1日，品種為新陸中21號。2012年5月7日，將堿蓬和鹽角草的草種撒播于兩膜膜間，播種后每天用噴壺澆水，直至出苗。試驗中滴頭流量為2.5 L／h，滴頭間距為30 cm，灌溉定額為4425 m3／hm2，灌水周期為7 d。6月中旬開始滴水灌溉，分別在1，4，7，9，11水灌水前后取土測定土壤含水率與電導率值（鹽角草在1水時剛剛萌發、11水時已枯萎，故鹽角草小區只在4，7，9水前后取樣），取土位置為寬行中間、窄行中間以及膜間，每個位置均在相鄰處取一重復，取土深度為5，10，15，20，30，40，60，80，100 cm。本研究3個處理分別為：對照（CK）；間作堿蓬（Suaeda glauca，簡寫為SG）；間作鹽角草（Salicornia europaea，簡寫為SE）。

測定項目及方法：土壤容重（環刀法）；土壤總孔隙度（計算法）；土壤含水量（烘干法）；全鹽（電導法，土∶水＝1∶5）；Na＋、K＋含量采用原子吸收法測定；Cl－含量使用硝酸銀滴定法［21］測定。

2 結果與分析

2.1 生育期內土壤平均含水量的變化特征

生育期內土壤平均含水量是指在棉花生育期內不同水平位置取樣點相同土層深度處的含水量的算術平均值。圖1顯示了對照、堿蓬及鹽角草小區生育期內土壤平均含水量，可見種植堿蓬和鹽角草的小區生育期內土壤平均含水量均高于對照小區。在0～30 cm土層內，堿蓬和鹽角草與對照小區的平均含水量差別較小，分別比對照小區增加21.4%和1.6%；30～100 cm土層的平均含水量，堿蓬和鹽角草均顯著大于對照小區，分別比對照小區增加180.6%和142.3%。0～100 cm土層內，堿蓬和鹽角草小區含水量比對照小區高61.0%和34.1%。這是由于隨著堿蓬和鹽角草的生長，地上部分覆蓋度不斷增大，有效地降低了膜間土壤水分蒸發［22］，間接影響到寬行及窄行土壤的水分運移。堿蓬小區平均含水量高于鹽角草小區，主要是因為堿蓬的蓋度大于鹽角草，堿蓬小區由于蒸發失去的水分小于鹽角草小區。

圖1 生育期內土壤平均含水量的變化特征Fig.1 Variation of the average soil moisture in growth period

2.2 棉花生育期內土壤鹽分離子的變化特征

2.2.1 棉花生育期內土層含鹽量的變化特征 圖2顯示了對照、堿蓬及鹽角草小區生育期內土壤含鹽量變化。可見隨著膜下滴灌的進行，各個處理的土壤含鹽量均有所降低，這是灌水洗鹽的結果。對照小區的鹽分運移較淺，在60 cm以內；而堿蓬和鹽角草小區的鹽分向下淋洗較深，到達了80 cm，這是由于在植物根系和水向下運動的共同作用下，將土體鹽分隨根系向下推移。

對照、堿蓬和鹽角草小區膜間土壤的脫鹽率依次為17.15%，43.06%和30.64%，堿蓬株高0.5 m左右，冠幅達0.3 m，幾乎能把膜間土壤完全覆蓋住，而鹽角草冠幅較小，不能完全覆蓋膜間土壤，則堿蓬抑制鹽分表聚及淋鹽深度效果均好于鹽角草，故其脫鹽率也高于鹽角草。

由圖2可見，堿蓬、鹽角草小區土層含鹽量峰值分別位于60和40 cm處，是由于堿蓬、鹽角草根系深度不同，故對鹽分的影響深度也不同。進一步分析堿蓬和鹽角草對不同深度土層鹽分的影響，結果表明鹽角草對土壤表層0～10 cm鹽分含量影響最大，含鹽量減少了78.59%，隨著土層加深，影響逐漸減少，20，30，40 cm土層含鹽量依次減少42.91%，33.08%和58.79%；而堿蓬對0～40 cm土層的影響都較大，依次減少70.08%，73.93%，61.72%，64.3%。通過比較說明，淺根系植物只是對土壤表層鹽分含量影響較大；而深根系植物發達的垂直根系有助于改善較深耕作層的鹽分。

2.2.2 棉花生育期內土層K＋／Na＋及Cl－的變化特征 表1顯示了40 cm土層內K＋／Na＋的變化特征，可見10 cm內K＋／Na＋均表現為增加的趨勢，其中堿蓬小區增長率最大，達到539.31%；其次是鹽角草小區的371.92%，對照小區增長率為311.68%。堿蓬小區的20 cm及20～40 cm土層內K＋／Na＋也表現為顯著增加的趨勢，分別為433.33%和150.19%。K＋／Na＋的提高，對鹽堿地各種作物的生長都十分重要，因為鹽堿地普遍存在K＋／Na＋過小的現象，而且40 cm土層內分布了棉花大部分根系，棉田間作堿蓬調節了K＋／Na＋，從而改善了土壤的營養狀況，達到改良鹽堿地的目的［23］。

表2顯示了40 cm土層內Cl－含量初期與末期的變化，可見3種處理的小區10 cm土層內Cl－均呈減小趨勢；10～20 cm，20～40 cm土層堿蓬小區Cl－呈顯著的減小趨勢，對照和鹽角草小區變化較小，說明堿蓬的種植對Cl－有明顯的抑制作用，能夠減少對棉花的毒害。

圖2 生育期內土層含鹽量變化Fig.2 Variation of the average soil salinity in growth period

表1 40 cm土層內K＋／Na＋的變化特征Table 1 Variation of K＋／Na＋at the depth of 40 cm

表2 40 cm土層內Cl-的變化特征Table 2 Variation of Cl-at the depth of 40 cm

2.3 間作鹽生植物對土壤物理性狀的改善

土壤容重和孔隙度緊密聯系，呈負相關，直接影響土壤的結構和生產能力。表3顯示了生育期內土壤容重及孔隙度的變化。從表3可知，在生育期內，對照、堿蓬和鹽角草小區的土壤容重均呈下降趨勢，下降率分別為9.04%，20.12%和13.77%，孔隙度增加率分別為14.95%，35.54%和23.27%。這是由于隨著植物的生長，其根莖增粗，側根數量增加，使土壤容重下降，孔隙度增加，土壤水分的滲透性和通氣狀況改善，提高了土壤的生產力。

表3 生育期內土壤容重及孔隙度的變化Table 3 Variation of soil bulk density and porosity in growth period

2.4 間作鹽生植物對棉花生長及產量的影響

圖3顯示了各個處理棉花株高和莖粗在生育期內的變化，各處理的株高和莖粗隨生育時間的增加呈緩慢生長－快速生長－緩慢生長的大過程，6月中下旬由于氣溫升高、日照時間長，是棉花生長的快速期，7月進入花鈴期，植株從營養生長向生殖生長轉化，此時株高及莖粗又進入了緩慢生長階段。在打頂以前，間作堿蓬和鹽角草小區的棉花株高及莖粗均大于對照小區，主要是由于間作鹽生植物后土壤自然含水量增加，且土壤鹽分降低，適宜棉花生長。

圖3 棉花株高和莖粗在生育期內的變化Fig.3 Variation of plant height and stem diameter in growth period

表4顯示了各處理最終棉花的產量。可見，間作鹽生植物后，棉花的單鈴重無顯著差異，但每hm2鈴數較對照小區有較大的提高，堿蓬和鹽角草小區分別比對照增加了12.54%和7.31%；棉花產量較對照提高，間作堿蓬和鹽角草小區棉花的產量較對照增加了15.95%和2.57%。

表4 各處理最終棉花的產量Table 4 Cotton yield of each treatment

3 結論

1）間作堿蓬和鹽角草后，棉田生育期內土壤平均含水量均高于對照小區，在100 cm土層內，堿蓬和鹽角草小區含水量比對照小區大61.0%和34.1%。堿蓬小區平均含水量高于鹽角草小區，主要是因為堿蓬的蓋度大于鹽角草，堿蓬小區由于蒸發失去的水分小于鹽角草小區。

2）間作鹽生植物可以顯著地提高土壤脫鹽率，間作堿蓬和鹽角草小區脫鹽率分別為43.06%和30.64%，高于對照小區的17.15%；且間作提高了K＋／Na＋，降低了對作物有毒害作用的Cl－含量。

3）由于鹽生植物根系的作用，使土壤容重下降，孔隙度增加，土壤水分的滲透性和通氣狀況改善，提高了土壤的生產力。

棉田間作鹽生植物后，增加了土壤自然含水量，吸收鹽分從而顯著降低了土壤含鹽量和毒害離子的量，并改善了土壤的物理性狀，使得棉花產量最終得到提高。可見在不增加耗水的條件下，棉田間作鹽生植物是一種有效的改良鹽堿地措施。