滴灌條件下林草間作系統(tǒng)土壤的鹽分分布

李丹++潘旭東++蒙元永++劉增照++王鵬++吳斯佳

摘要：以新疆石河子墾區(qū)147農(nóng)場(chǎng)為例，研究滴灌條件下林草間作系統(tǒng)灌水周期與土壤鹽分分布影響變化及土層鹽分積累趨勢(shì)。結(jié)果表明，林草間作土壤鹽分含量較單作苜蓿有顯著減少，鹽分表聚削弱；滴灌土壤表層淺潤(rùn)快干，使林草間作系統(tǒng)土壤0～30 cm淺層的鹽分含量變化明顯大于深層土壤；隨滴灌淋洗，鹽分逐漸下移，土層90～140 cm出現(xiàn)較明顯的鹽分聚集，并向林草間、林根區(qū)橫向運(yùn)移；林草間作對(duì)耕作層土壤起到較好的改鹽效果，但總鹽在120～300 cm土層處于長(zhǎng)期高鹽漬化積累，這將成為農(nóng)田土壤健康安全的潛在威脅。

關(guān)鍵詞：滴灌；林草間作；土壤；鹽分含量；鹽分聚集；淋洗；運(yùn)轉(zhuǎn)；改鹽效果；鹽漬化積累

中圖分類號(hào)： S181文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2017）08-0279-03

土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的生態(tài)問題[1]，也是困擾農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要障礙因素。新疆地處干旱半干旱區(qū)，日益突出的土壤鹽漬化問題受到社會(huì)廣泛關(guān)注，而水利工程、客土改良、水旱輪作、化學(xué)改良劑等傳統(tǒng)措施[2-6]能夠不同程度減輕土壤鹽害、增加糧食產(chǎn)量、改善生態(tài)環(huán)境[7]。大面積滴灌技術(shù)在新疆農(nóng)田多年應(yīng)用雖起到節(jié)水增效的作用，但也逐步荒廢了傳統(tǒng)的排堿渠，導(dǎo)致土體系統(tǒng)鹽分無(wú)法排出，加之灌溉水自身含鹽量逐年升高，這種“有灌入鹽，無(wú)排出鹽”的水資源利用方式使得新疆農(nóng)田土壤逐步鹽化甚至棄耕。

林草間作是一種集約高效、生物改鹽的種植方式。在林草間作系統(tǒng)中，草耐鹽堿性高于作物，且可作為牧草以推動(dòng)當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)的發(fā)展，而林根系相對(duì)較深，可利用潛水、降低地下水位，從而抑制土壤鹽漬化的進(jìn)程，再加上國(guó)家退耕還林還草的惠農(nóng)政策[8]，林草間作可帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和提高農(nóng)戶林草間作的積極性。在綠橋設(shè)計(jì)中，林草間作不僅起到生物降鹽的作用，而且推動(dòng)了綠洲沖積扇緣與山地之間林業(yè)與畜牧業(yè)的“生態(tài)置換”[9]，而把綠洲扇緣帶建成以人工飼草基地為基礎(chǔ)的高精畜牧業(yè)新產(chǎn)業(yè)帶，不但可以調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，而且為發(fā)展農(nóng)林復(fù)合產(chǎn)業(yè)提供新的模式和思路。本試驗(yàn)通過對(duì)比滴灌條件下林草（苜蓿）間作與單作苜蓿各土層的鹽分含量，分析林草間作系統(tǒng)對(duì)土壤鹽分含量分布的影響，為林草間作系統(tǒng)鹽分運(yùn)動(dòng)規(guī)律提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師147農(nóng)場(chǎng)（44°23′ N、86°23′ E），地處瑪納斯河流域沖積扇緣與沖積平原交匯帶，無(wú)霜期148～187 d，年平均氣溫6.6 ℃左右，年蒸發(fā)量 1 500～2 200 mm、降水量150～200 mm；最高氣溫出現(xiàn)在7月，最低氣溫出現(xiàn)在1月；試驗(yàn)期地下水位埋深3～8 m，土壤鹽漬化較為嚴(yán)重；原始土壤類型為荒漠及鹽化灰鈣土，80～120 cm普遍含有黏土夾層，經(jīng)多年耕作已改良熟化為灌耕灰鈣土；農(nóng)田灌溉主要靠天山融水匯集的河流徑流水和地下水。

1.2林草間作設(shè)計(jì)與管理

試驗(yàn)樣地種植面積達(dá)6.67 hm2，2007年開始進(jìn)行土壤鹽漬化的生物改良措施，采用林草（苜蓿）間作模式種植，林、草分別以2、8 m的間距種植，溝植俄羅斯速生楊（林木）的灌溉采用滴灌方式，1管1行，滴頭在林根區(qū)；苜蓿采用1管4行，滴頭在行間，林草均采用常規(guī)栽培管理（圖1）。試驗(yàn)以單作苜蓿為對(duì)照，5月初開始進(jìn)行滴水，10月停水，每10 d左右灌1次水，平均滴水量在9 000 m3/hm2左右，以井水灌溉，礦化度為0.82 g/L，含鹽類型以NaCl為主。

1.3數(shù)據(jù)采集與測(cè)定內(nèi)容

試驗(yàn)測(cè)定于2014—2015年進(jìn)行，以林根區(qū)（滴頭0 cm處）、林草間（距左右滴頭各50 cm處）、草根區(qū)（滴頭0 cm處）為系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和土壤采樣區(qū)，分別在土層深度15、30、60、90、110、140、180、230、280 cm處埋設(shè)GS3土壤傳感器探頭，于灌水前1 d、灌水后3、5、7 d用CR1000數(shù)據(jù)采集器分別采集土壤水分含量、土壤溶液電導(dǎo)率數(shù)據(jù)，重復(fù)3次。將不同土壤深度的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，自然風(fēng)干，粉碎，過1 mm篩，用質(zhì)量法測(cè)定土壤總鹽含量；利用環(huán)刀取樣、烘干法測(cè)定土壤容重。

2結(jié)果與分析

2.1單作苜蓿與林草間作系統(tǒng)鹽分變化的比較

由圖2可見，單作苜蓿各不同土層的鹽分含量顯著高于林草間作；單作苜蓿10～20 cm土層的鹽分含量相對(duì)最高，平均EC值為1.554 mS/cm，土層40～80 cm的鹽分含量相對(duì)較低；40～60 cm土層的鹽分含量比0～20 cm土層減少 38.76%，鹽

分表聚特征較明顯；林草間作表層土平均EC值較低，為0142 mS/cm，而深層土（20～40 cm處）相對(duì)最高，達(dá) 0.471 mS/cm，表層土鹽分含量明顯低于深層土壤。與單作相比，林草間作對(duì)土壤鹽分分布的影響較單作明顯，林草間作一定程度上可改善土壤的鹽漬化程度。

2.2灌水前后林草間作系統(tǒng)土壤的鹽分變化

由圖3可知，林草間作系統(tǒng)中，土壤耕作層0～30 cm的鹽分橫向聚積程度為林根區(qū)>林草間>草根區(qū)；灌水前1 d，林草間90～140 cm土層的鹽分相對(duì)較重，并以此區(qū)域?yàn)橹行模妼?dǎo)率值為0.6～0.8 mS/cm）向周邊呈鹽分逐漸降低的環(huán)形擴(kuò)散（電導(dǎo)率值為0.2～0.4 mS/cm），林根區(qū)200 cm土層以下也出現(xiàn)高鹽區(qū)；通過灌水，草根區(qū)0～90 cm土層土壤的水溶液電導(dǎo)率有所下降，鹽分向林草間及林根區(qū)橫向運(yùn)移，土壤深層重鹽帶由林草間向林根區(qū)緩慢轉(zhuǎn)移，但重鹽區(qū)域始終出現(xiàn)在80～140 cm不易透水層。

由表1可見，間作系統(tǒng)鹽分的表聚現(xiàn)象不明顯，下層 90～110 cm的鹽分相對(duì)較重，是由于該區(qū)出現(xiàn)黏土夾層，透水性差，灌溉淋洗造成的鹽分易堆積，使林根系難以下扎到90 cm以下；林根系淺層橫向大量分布在40～60 cm，極易與淺根系的草（苜蓿）爭(zhēng)搶土壤水分，造成鹽分在林根系下積累；土壤深層臨近地下水位埋深，水分及鹽分含量較高，也給鹽分在土壤深層的積累提供了一定條件。

由表2可知，林草間作系統(tǒng)中林根區(qū)、林草間、草根區(qū)不同土層土壤鹽分的變異系數(shù)高低分別為0～15 cm（0.019）>15～30 cm（0.010）>60～90 cm（0.009）>30～60 cm（0.008）、0～15 cm（0.018）>15～30 cm（0.016）>30～60 cm（0.010）>30～60 cm（0.001）、15～30 cm（0.042）>0～15 cm（0.034）>60～90 cm（0.015）>30～60 cm（0.009），土壤耕作層0～30 cm的鹽分變異均明顯大于土壤下層；灌水前

1 d，林根區(qū)、草根區(qū)的變異系數(shù)平均值分別為0.015、0.039，鹽分含量變異明顯高于灌水后。

2.3林草間作系統(tǒng)不同土層的鹽分變化

由圖4可見，與林草間作原始值（林草間作初期）相比，林草間作系統(tǒng)中林根區(qū)、林草間、草根區(qū)0～120 cm土層的總鹽含量有不同程度的降低，且隨土層深度的增加趨于平緩；120～300 cm土層土壤的總鹽含量急劇增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始值，出現(xiàn)土壤鹽分“底聚”即“脫鹽”現(xiàn)象，林草間作系統(tǒng)積鹽層下移，而并非鹽漬化定義中的鹽分“表聚”現(xiàn)象，這可能與高鹽分條件下人為進(jìn)行農(nóng)田灌溉管理，使土壤鹽分重新分配有關(guān)；各層土壤平均全鹽量多為2～15 g/kg，基本處于鹽漬化程度較嚴(yán)重的狀況。由圖5可見，0～40 cm土層的總鹽含量變異程度大小為林草間>林根區(qū)>草根區(qū)；草根區(qū)40～80 cm 土層的總鹽含量變幅相對(duì)最大，其次為林草間、林根區(qū)，與電導(dǎo)率測(cè)定值規(guī)律基本一致；除草根區(qū)100～130 cm土層總鹽含量略有增大外，林根區(qū)、林草間、草根區(qū)80 cm土層以下的總鹽含量變異相差不大。

3結(jié)論

與單作苜蓿相比，林草間作可削弱并改善土壤鹽漬化程度，削減鹽分的表聚，影響鹽分在土壤中的分布；林草間作系統(tǒng)90～140cm土層的鹽分相對(duì)比較大，并以此區(qū)域?yàn)橹行模?/p>

鹽分含量呈向周邊土層環(huán)形降低；滴灌影響林草間作林草間、林根區(qū)鹽分在90～140 cm橫向運(yùn)移，但重鹽區(qū)始終保持在這個(gè)黏土夾層區(qū)域；灌水后，由于植物根系在土壤含水量較高時(shí)可延緩水鹽上行下移的效果，從而使耕作層0～30 cm的土壤鹽分含量變異大于土壤下層（30 cm以下），而對(duì)于分布較淺的草（苜蓿）根系，鹽分過于頻繁的上行下移，更容易造成次生脅迫影響生長(zhǎng)；林草的復(fù)合種植，降低了0～120 cm土層土壤的總鹽含量，達(dá)到一定的改鹽效果，且維持土壤鹽分含量處于相對(duì)平緩的變化；土層120～300 cm土壤總鹽含量急劇增加，出現(xiàn)土壤鹽分“底聚”現(xiàn)象，達(dá)到5～45 g/kg重鹽及嚴(yán)重鹽漬化水平。須強(qiáng)調(diào)的是，灌溉雖可將鹽分淋洗出根區(qū)，但鹽分會(huì)在土壤一定層面上的出現(xiàn)累積，而長(zhǎng)期的鹽分積累將成為農(nóng)田土壤健康安全的潛在威脅，是一個(gè)尤為需要關(guān)注的問題[10]。

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