鹽漬化條件下棉花成苗及水鹽分析

忠智博,何 帥,張萬(wàn)恒,周建偉,鄭國(guó)玉,馬軍勇,程 鴻,石 聰,張 欣

(1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)田水利與土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北綠洲節(jié)水農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832000;2.石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意義】新疆屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候,農(nóng)田次生鹽漬化現(xiàn)象頻發(fā)[1],干旱和鹽脅迫同時(shí)存在比單一脅迫造成更多作物產(chǎn)量損失[2]。棉花作為主要耐鹽堿作物,可以在部分鹽堿地種植,雖然在高堿低鹽土和低堿高鹽土都會(huì)抑制棉花出苗,但是高堿低鹽土抑制作用較小,鹽分對(duì)棉花出苗的抑制作用更強(qiáng)[3]。而長(zhǎng)期膜下滴灌技術(shù)可以有效降低棉花根區(qū)土壤鹽分,提高棉花出苗率和產(chǎn)量[4-5]。而棉花苗期土壤臨界電導(dǎo)率和可容忍電導(dǎo)率分別為6.8和22.11 dS/m,棉花苗期耐鹽性較其他生育時(shí)期明顯偏低[6-7]。研究鹽漬化條件下棉花成苗及水鹽運(yùn)移規(guī)律,對(duì)指導(dǎo)鹽漬化條件下棉花種植技術(shù)有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】在塔里木盆地綠洲區(qū),認(rèn)為0～20和0～40 cm土層土壤含鹽量影響棉花產(chǎn)量的閾值分別為0.494 4%和0.442 8%[8]。位于阿拉爾灌區(qū)的土壤含鹽量達(dá)到0.42%和0.33%可作為0～20 cm土層和0～40 cm土層影響產(chǎn)量的閾值[9]。當(dāng)土壤全鹽含量達(dá)到0.4%時(shí),對(duì)棉花生長(zhǎng)的抑制作用顯著增強(qiáng)[10],在極限耐鹽度達(dá)到0.6%時(shí),棉花根系生長(zhǎng)受到抑制[11],鹽脅迫在低濃度以抑制地上部生長(zhǎng)為主,當(dāng)濃度達(dá)到一定程度時(shí)才會(huì)累及根系生長(zhǎng)[12]。適宜的棉花出苗土壤電導(dǎo)率值為0～1.267 mS/cm[13]。當(dāng)以出苗率達(dá)到80%、60%、30%為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),0～20 cm土層土壤含鹽量的適宜值、臨界值和極限值分別為2.28、4.09和6.81 g/kg[14]。【本研究切入點(diǎn)】前人研究結(jié)果存在差異,且棉田次生鹽漬化仍不斷發(fā)生,棉花種植受到影響。棉花苗期作為耐鹽關(guān)鍵期,在不同品種棉花的耐鹽性和土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律等仍需研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究棉花苗期不同鹽化土壤條件下水鹽運(yùn)移規(guī)律,分析不同棉花品種成苗規(guī)律與土壤鹽度之間的相關(guān)關(guān)系,為新疆鹽漬土種植棉花提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2021年4～6月在新疆農(nóng)墾科學(xué)院華宇農(nóng)業(yè)園進(jìn)行,該試驗(yàn)點(diǎn)位于新疆石河子市。研究選擇在溫棚內(nèi)盆栽試驗(yàn)。土壤取自南疆小海子灌區(qū),在自然晾干后碾碎過2 mm篩,并裝入70 cm×40 cm×50 cm的方盆,按160 kg/盆裝土,土壤平均體積質(zhì)量為1.48 g/cm3,平均田間質(zhì)量持水率為18.27%。表1

表1 不同鹽分土壤pH值及N、P、K含量

試驗(yàn)于2021年4月開始采集準(zhǔn)備試驗(yàn)土壤,6月7日播種,播種深度2～3 cm,每穴3粒,每盆12穴。灌溉方式為滴灌,選取16 mm PE管與耐特菲姆壓力補(bǔ)償PCJ滴頭人工組裝使用,滴頭流量2.0 L/h,出苗水灌至100%田間持水量,其他農(nóng)藝措施與大田相同。

選取棉花品種塔河2號(hào)、新陸中56號(hào)、新陸中87號(hào)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用完全區(qū)組盆栽試驗(yàn),根據(jù)《新疆灌區(qū)土壤鹽漬化及改良治理模式》全國(guó)土壤鹽漬化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比表[15],設(shè)置輕鹽化土(含鹽量3 g/kg)、中鹽化土(含鹽量5 g/kg)、鹽土(含鹽量15 g/kg),共9個(gè)處理,每個(gè)處理15次重復(fù),共計(jì)135個(gè)盆栽。表2

表2 全國(guó)土壤鹽漬化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比(0～20 cm)

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

于6月22日,分層取0～20和20～40 cm的混合土樣,分別測(cè)定土壤含水率、電導(dǎo)率、總鹽和pH值,并計(jì)算得出土壤含鹽量與電導(dǎo)率的關(guān)系。圖1

圖1 總鹽與電導(dǎo)率換算關(guān)系

7月30日,每個(gè)品種選取15盆統(tǒng)計(jì)成苗數(shù),并對(duì)應(yīng)測(cè)定0～20 cm土層土壤含鹽量。由于S3處理未出苗,僅對(duì)S1和S2土壤進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2010和SPSS25.0統(tǒng)計(jì)分析,對(duì)不同指標(biāo)先得出各重復(fù)測(cè)定值,再利用不同重復(fù)的值進(jìn)行方差分析,如果顯著差異(P<0.05),則進(jìn)行Duncan比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期土壤含水量分布規(guī)律

研究表明,S1處理0～40 cm土層含水率范圍在14.54%～15.72%,S2處理0～40 cm土層含水率范圍在12.45%～15.14%,S3處理0～40 cm土層含水率范圍在18.05%～18.68%,S3處理的土壤含水率明顯受影響,水分運(yùn)移的總量減少。圖2

圖2 不同土層深度的含水率分布

2.2 苗期土壤含鹽量分布規(guī)律

研究表明,S1處理0～40 cm土層含鹽量分布范圍在2.27～3.89 g/kg,S2處理0～40 cm土層含鹽量分布范圍在5.05～7.20 g/kg,S3處理0～40 cm土層含鹽量分布范圍在15.99～18.48 g/kg,S1、S2、S3處理的土壤含鹽量在0～20 cm土層都高于20～40 cm土層,而20～40 cm土層鹽分僅在S1處理時(shí)低于初始含鹽量3 g/kg,S2、S3處理的土壤含鹽量都高于初始含鹽量5和15 g/kg,這表明鹽分在灌水一段時(shí)間后向土壤表層積聚。同時(shí)也發(fā)現(xiàn),0～20 cm土層鹽分甚至遠(yuǎn)高于初始值,S3處理顯著,土壤母質(zhì)鹽分含量對(duì)返鹽速率有顯著影響。圖3

圖3 不同土層深度的總鹽分布

2.3 苗期土壤pH值變化規(guī)律

研究表明,S1處理0～40 cm土層pH值范圍在8.09～8.11,S2處理0～40cm土層pH值范圍在8.09～8.15,S3處理0～40 cm土層pH值范圍在8.20～8.29。其中,0～20 cm土層不同鹽度處理的pH值差異顯著(P<0.05),表現(xiàn)為S3> S2> S1,而在20～40 cm土層僅S3處理顯著較高,S1和S2處理差異不顯著。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn),S1、S2處理的土壤pH值在0～40 cm土層內(nèi)能低于或保持在初始值,而S3處理的土壤pH值在0～20 cm土層高于初始值,但差異不大。土壤pH值受土壤母質(zhì)影響較大,采取灌水措施一段時(shí)間內(nèi),土壤pH值基本保持穩(wěn)定。圖4

圖4 不同土層深度的pH變化

2.4 成苗數(shù)與土壤含鹽量響應(yīng)關(guān)系

研究表明,塔河2號(hào)、新陸中56號(hào)和新陸中87號(hào)棉花在土壤含鹽量分別達(dá)到6.94、7.04和7.09 g/kg時(shí),成苗數(shù)為0。3個(gè)棉花品種的耐鹽性差異并不顯著。圖5

圖5 成苗數(shù)與土壤含鹽量響應(yīng)關(guān)系

3 討 論

3.1種子細(xì)胞膜透性受到破壞,種子的活力降低[16]。鹽堿地領(lǐng)域的研究態(tài)勢(shì)正在增長(zhǎng)[17]。當(dāng)前需要探明水鹽運(yùn)移與氣候條件、作物生長(zhǎng)發(fā)育之間的關(guān)系,研究作物適應(yīng)鹽漬環(huán)境的生理生態(tài)機(jī)制[18]。試驗(yàn)則是選取鹽漬化環(huán)境,用以探究棉花成苗機(jī)制以及苗期水鹽運(yùn)移規(guī)律,通過苗期末調(diào)查成苗數(shù)和對(duì)應(yīng)土壤含鹽量確定棉花苗期耐鹽性,得出7 g/kg左右的土壤含鹽量極大的抑制棉苗生長(zhǎng)甚至發(fā)芽出土,而這個(gè)值明顯低于以往研究得出的極限值,是因?yàn)閰⒄罩笜?biāo)不同,以往研究以產(chǎn)量下降比例或出苗率確定棉花苗期耐鹽閾值,并且灌水措施和氣候溫度也是關(guān)鍵的影響因素。

3.2試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),灌水一段時(shí)間后,土壤0～20 cm土層的鹽分顯著高于20～40 cm土層,并且隨著土壤初始含鹽量的增加,表層鹽分積累的趨勢(shì)也是不同的。與以往研究相似,分析原因,低鹽土通過周期性的灌水可以有效壓鹽,隨著土壤含鹽量增加,土壤返鹽速率也在不斷增大,或可采取增加灌水定額或灌水次數(shù)來(lái)降低根區(qū)鹽分。試驗(yàn)得出,初始值為15 g/kg的土壤,其土壤含水率明顯高于其他鹽土,較高的土壤含鹽量促使土壤滲透性減弱,導(dǎo)致一次灌水過程不會(huì)直接滲入土壤,而是在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)減慢入滲速度甚至停止入滲。

3.3有效地控制根區(qū)土壤鹽分,使其保持在一個(gè)較低鹽度的環(huán)境中[19]是解決鹽漬土作物種植的關(guān)鍵方法。而合適的灌溉定額則是降低土壤鹽分的關(guān)鍵因素,應(yīng)考慮土壤持水能力和作物最大日蒸發(fā)量[20],在鹽化程度較高的土壤中種植作物還要考慮土壤滲透性,從而進(jìn)一步確定灌水定額。

4 結(jié) 論

塔河2號(hào)、新陸中56號(hào)和新陸中87號(hào)棉花在土壤含鹽量分別達(dá)到6.94、7.04和7.09 g/kg時(shí),成苗數(shù)為0,可作為棉花苗期耐鹽極限值。當(dāng)土壤鹽分達(dá)到耐鹽極限值時(shí),土壤滲透性減弱,返鹽加重,嚴(yán)重影響棉花成苗。棉花苗期對(duì)土壤鹽度響應(yīng)顯著,鹽漬土種植棉花應(yīng)以鹽定水,及時(shí)調(diào)控土壤鹽分含量。