不同秸稈還田方式對濱海鹽漬土水鹽運(yùn)動的影響

楊 東, 李新舉, 孔欣欣

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室, 山東 泰安 271018)

不同秸稈還田方式對濱海鹽漬土水鹽運(yùn)動的影響

楊 東, 李新舉, 孔欣欣

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 土肥資源高效利用國家工程實(shí)驗(yàn)室, 山東 泰安 271018)

為了探究不同秸稈還田方式對濱海鹽漬土水鹽調(diào)控機(jī)制，設(shè)置4種處理方式：秸稈覆蓋(P)，秸稈深埋(S)，秸稈覆蓋+深埋(T)，常規(guī)耕作(CK)，以CK為對照，通過大田試驗(yàn)研究不同處理下冬小麥生育期內(nèi)土壤水鹽運(yùn)動及其對冬小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：秸稈還田增加了土壤儲水量，P，S和T處理0—70 cm土層生育期儲水量均值高于CK處理8.28 mm，6.86 mm和13.76 mm；冬小麥前中期對0—30 cm土層保墑效果明顯，隨生育期的推移各處理間差異及土壤含水率均逐漸減小。秸稈還田抑制了土壤鹽分表聚，T處理可顯著降低0—50 cm土層土壤含鹽量，生育期含鹽量均值低于P，S和CK處理41.24%，32.08%和52.77%，淡化土壤耕層效果明顯；S處理對0—30 cm土層脫鹽效果優(yōu)于P處理。秸稈還田改善土壤水鹽狀況，顯著增加了冬小麥產(chǎn)量，產(chǎn)量表現(xiàn)出T>P>S>CK的順序。T處理改善土壤水鹽狀況和提高產(chǎn)量表現(xiàn)較優(yōu)，為試驗(yàn)的最佳處理方式。

秸稈還田; 土壤水分; 土壤鹽分; 冬小麥產(chǎn)量; 濱海鹽漬土

土壤鹽漬化具有很嚴(yán)重的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和危害，是全球范圍內(nèi)普遍關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題[1]。我國黃河三角洲地區(qū)鹽漬土面積大，占其總面積的70%左右[2]，鹽漬土土壤質(zhì)量較差，是該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要限制因素。秸稈還田是鹽漬土改良的重要農(nóng)藝措施之一。前人研究表明，秸稈覆蓋處理可以改善土壤水鹽狀況，提高土壤質(zhì)量[3-9]；秸稈深埋30 cm或40 cm可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤含水率，具有良好的控抑鹽效果，顯著提高作物產(chǎn)量[10-14]。目前，關(guān)于秸稈覆蓋和秸稈深埋的單一措施研究較多，但對兩者結(jié)合措施對濱海鹽漬土水鹽動態(tài)變化研究極少，缺乏不同秸稈還田方式改良效果的系統(tǒng)對比分析報(bào)道。因此本研究通過田間試驗(yàn)，研究不同的秸稈還田方式下冬小麥生育期0—70 cm土層土壤的水鹽動態(tài)變化規(guī)律，以及對冬小麥產(chǎn)量的影響，以期為推動秸稈還田改良濱海鹽漬土提供理論依據(jù)與生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2015—2016年在山東省無棣縣“渤海糧倉”試驗(yàn)示范基地(N37°56′42.93″，E117°57′43.02″)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬季風(fēng)氣候區(qū)，多年平均氣溫12.1℃，無霜期206 d，日照時(shí)數(shù)2 724.5 h。多年平均年降水量為570.1 mm，汛期降水量為436.8 mm，約占年降水量的77.8%，平均年蒸發(fā)量1 285.5 mm，年蒸發(fā)量是年降水量的2.3倍，境內(nèi)淡水資源十分匱乏。試驗(yàn)期降雨量共計(jì)104 mm(圖1)，為平水年。選擇土壤質(zhì)量均勻一致的地塊試驗(yàn)作為試驗(yàn)區(qū)，土壤為重度濱海氯化物鹽漬土，試驗(yàn)區(qū)0—70 cm土層土壤基本性質(zhì)：土壤含鹽量為8.29 g/kg，土壤pH值為8.59，土壤有機(jī)質(zhì)含量為6.23 g/kg，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為21.78 mg/kg，3.63 mg/kg和215.95 mg/kg。

圖1試驗(yàn)期間降水量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)置4種處理：秸稈覆蓋(P)，秸稈深埋(S)，秸稈覆蓋+深埋(T)，常規(guī)耕作處理(CK)，以CK作為對照，每個(gè)處理3次重復(fù)，隨機(jī)分布于試驗(yàn)區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)面積為60 m2(東西長10 m，南北寬6 m)。秸稈深埋的深度為30 cm，試驗(yàn)材料為自然風(fēng)干的小麥秸稈，根據(jù)已有資料確定秸稈還田量為1.20 kg/m2。試驗(yàn)區(qū)均使用挖掘機(jī)將30 cm表層土壤取出，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)人工均勻鋪設(shè)秸稈，然后土壤回填并平整土地，最后按試驗(yàn)設(shè)計(jì)人工在表層均勻鋪設(shè)秸稈，并蓋少量土防止秸稈被風(fēng)吹走，2015年9月15日實(shí)施完成。分別于播前(2015年9月23日)和拔節(jié)前(2016年4月2日)進(jìn)行黃河水灌溉，灌水定額均約1 500 m3/hm2。2015年10月8日種植作物，試種作物為冬小麥(山農(nóng)20)，種植標(biāo)準(zhǔn)為180 kg/hm2，僅播種時(shí)施底肥，施肥量為磷酸二銨300 kg/hm2，尿素225 kg/hm2。2016年6月12日收獲，生育期共248 d。其他田間管理方式同當(dāng)?shù)匾恢?，試?yàn)處理設(shè)計(jì)方案見表1。

表1 試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)

1.3 樣品采集與分析

采樣時(shí)間為冬小麥出苗期(2015年10月22日)，拔節(jié)期(2016年4月15日)，灌漿期(2016年5月20日)和成熟期(2016年6月12日)共4個(gè)時(shí)期。使用土鉆于冬小麥行間采用五點(diǎn)法采樣，采樣深度為0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，30—50 cm，50—70 cm共五層，采集結(jié)束后對采樣點(diǎn)進(jìn)行土壤回填。

W=H×D×B×10

式中：W為土壤貯水量(mm)；H為土層深度(cm)；D為土壤平均體積質(zhì)量(g/cm3)；B為土壤含水率(%)[15]。

烘干法測定土壤含水率；電導(dǎo)率法測定土壤含鹽量；冬小麥成熟期測定其株高，各小區(qū)隨機(jī)選取邊長為1 m的正方形樣方5塊，以選定區(qū)域產(chǎn)量計(jì)算整個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量。使用Microsoft Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)基本處理，使用SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤水分的影響

2.1.1 土壤儲水量的變化 由表2可知，不同時(shí)期秸稈還田處理70 cm土體土壤儲水量均高于CK處理，表現(xiàn)出良好的保墑效果。冬小麥播種到成熟，土壤儲水量呈遞減變化趨勢，原因與高溫和作物生長大量耗水有關(guān)。冬小麥播種期土壤含水率相對較高，秸稈還田處理可以減弱土壤蒸發(fā)強(qiáng)度，顯著提高土壤儲水量，P，S和T處理顯著高于CK處理8.54 mm，6.48 mm和14.73 mm，為冬小麥出苗和苗期生長提供良好水分條件。冬小麥拔節(jié)期和灌漿期是作物需水高峰時(shí)期，秸稈還田處理保墑儲水功能可以提高對水分的供應(yīng)能力，T處理的保墑儲水效果最佳，P處理次之，最次為S處理。拔節(jié)期P，S和T處理顯著高于CK處理14.24 mm，9.12 mm和20.36 mm，灌漿期P，S和T處理顯著高于CK處理9.89 mm，8.92 mm和15.91 mm。冬小麥成熟期，各處理土壤含水率達(dá)到生育期最低水平，不同處理間差異最小，秸稈還田處理土壤含水率略高于CK處理，但不同處理間差異均不顯著。

秸稈還田處理可以有效提高不同時(shí)期土壤儲水量，比較全生育期0—70 cm土層儲水量均值，P，S和T處理高于CK處理8.28 mm，6.86 mm和13.76 mm，與CK處理均具有顯著性差異，其中T處理對土壤儲水量的提升效最大，保墑效果最好。

表2 不同生育期70 cm土體土壤儲水量 mm

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表有顯著性差異(p<0.05)，下同。

2.1.2 土壤含水率剖面變化 不同處理在不同生育期0—70 cm土層土壤含水率剖面分布不同，在同一生育期變化趨勢基本一致(圖2)。秸稈還田對0—30 cm土層土壤含水率影響較大，冬小麥前中期保墑效果明顯。冬小麥播種期，各處理土壤含水率隨土層深度增加逐漸升高，P，S和T處理0—30 cm土層土壤含水率顯著高于CK處理8.83%，7.61%和16.64%，在50—70 cm土層含水率差異不大。冬小麥拔節(jié)期和灌漿期，30 cm深處出現(xiàn)水分高峰值，T和S處理土壤含水率顯著高于P和CK處理，原因是秸稈深埋處理破壞了上下層水分運(yùn)移通道，顯著增加了秸稈埋設(shè)上層的水分，而在50—70 cm深處則出現(xiàn)相反的趨勢，這與秸稈隔層對上層土壤的保墑儲水能力減少了水分的下移量有關(guān)。冬小麥拔節(jié)期—灌漿期，盡管該時(shí)期降雨量較大，但受高溫和作物耗水的影響，各層土壤含水率下降，其中30—50 cm深處土層含水率降低幅度較大，原因可能與作物根系的提水效果和對水分的攔截作用有關(guān)。至冬小麥成熟期，各土層土壤含水率均達(dá)到生育期最低水平，各處理之間差異均不顯著。

S處理對10—30 cm土層保墑儲水效果優(yōu)于P處理，但對0—10 cm表層土壤保墑效果較差，與其表層土壤蒸發(fā)強(qiáng)度較大有關(guān)。T處理可以有效提高作物根系主要生育層的土壤含水率，對0—30 cm的持續(xù)保墑儲水效果優(yōu)于其他處理，可以為作物生長提供良好的土壤水分條件。

圖2冬小麥不同生育期各土層土壤含水率

2.2 土壤含鹽量的變化

鹽漬土具有“鹽隨水來，鹽隨水去”的特點(diǎn)，土壤鹽分與水分有密切關(guān)系，不同處理對土壤水分影響不同，其控抑鹽效果也存在明顯差異。播前灌溉不僅保障土壤良好墑情，還具有淋溶洗鹽的效果，試驗(yàn)初期秸稈還田處理主要起到提高土壤淋洗效率和降低土壤鹽分的作用。冬小麥播種期，T處理各土層土壤含鹽量低于其他處理，土壤脫鹽效果最佳，0—10 cm，10—20 cm，20—30 cm，30—50 cm和50—70 cm土層顯著低于CK處理72.38%，70.78%，44.90%，34.77%和17.20%，土壤脫鹽幅度隨深度增加逐漸降低，含鹽量逐漸升高；P和S處理0—30 cm土層土壤含鹽量明顯降低，分別較CK處理顯著降低30.88%和49.44%；30—70 cm土層土壤含鹽量較高，P處理與CK處理差異較小，S處理土壤含鹽量則高于P和CK處理4.31%和5.56%，原因是秸稈覆蓋降低了水分的入滲效率[9]，秸稈深埋形成的隔層則破壞上下層之間水分運(yùn)移通道，均可增加水土相互作用時(shí)間，使更多可溶性鹽分溶解并下滲到深層土壤。S處理對0—30 cm土層土壤脫鹽效果優(yōu)于P處理，而T處理則明顯優(yōu)于單一處理措施。

土壤蒸發(fā)和作物生長耗水對水分的消耗，導(dǎo)致下層水分上移的同時(shí)也帶來鹽分的積累，不同處理土壤鹽分的運(yùn)移方式不同。CK處理蒸發(fā)強(qiáng)度大，土壤鹽分出現(xiàn)明顯的表聚現(xiàn)象。秸稈還田處理對土壤保墑儲水作用，有效減少高礦化度的深層水和潛水上移量進(jìn)而減少鹽分的上移量。P和S處理，30—70 cm土層土壤鹽分隨生育期的推移，呈逐漸降低后保持相對穩(wěn)定的變化趨勢，與CK處理差異不大，20—30 cm土層土壤含鹽量波動幅度較小，0—20 cm土層呈逐漸積鹽狀態(tài)。T處理各土層土壤含鹽量均呈逐漸升高趨勢，原因是該處理淋洗效率較高，導(dǎo)致深層鹽分含量高，高礦化度水分上移導(dǎo)致其整體呈積鹽狀態(tài)，但其土壤含鹽量仍低于其他處理。

由圖3可知，不同秸稈還田方式對土壤鹽分的影響程度不同。T處理可顯著降低0—50 cm土層土壤含鹽量，生育期含鹽量均值低于P，S和CK處理41.24%，32.08%和52.77%；0—10 cm和10—20 cm土層降低幅度最大且相近，含鹽量控制在2.00～3.05 g/kg，淡化土壤耕層效果明顯，有利于提高種子發(fā)芽率和耐鹽性較差的作物苗期生長，土壤耕層含鹽量均值低于P，S和CK處理50.91%，31.37%和67.95%。P和S處理可有效降低0—20 cm土壤耕層土壤含鹽量，含鹽量均值分別顯著低于CK處理34.73%和53.31%。試驗(yàn)結(jié)果表明，T處理在降低土壤含鹽量的深度和幅度大于P和S處理，S處理則優(yōu)于P處理。

秸稈還田可抑制土壤耕層積鹽。比較0—20 cm土層土壤積鹽量，T處理積鹽量最低為1.05 g/kg，其次為P處理1.23 g/kg，S處理為1.58 g/kg，CK處理積鹽量最高為1.62 g/kg，S和CK處理積鹽量高的原因是上層土壤蒸發(fā)強(qiáng)度較大導(dǎo)致鹽分在土壤耕層集聚。T處理對抑制土壤耕層積鹽效果最佳，積鹽量分別低于P，S和CK處理14.63%，33.54%和35.19%。

圖3冬小麥不同生育期各土層土壤含鹽量

2.3 對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表3可知，秸稈還田處理冬小麥的穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量較CK處理顯著增加，T處理還可顯著提高株高。冬小麥株高、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均表現(xiàn)為T>P>S>CK的順序，且T處理冬小麥各指標(biāo)均顯著高于其他處理。P處理穗粒數(shù)和產(chǎn)量均顯著高于S處理，株高和千粒重之間差異不顯著。

作物產(chǎn)量是反映土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈還田處理具有出極大地增產(chǎn)效果，P，S和T處理冬小麥產(chǎn)量顯著高于CK處理198.85%，148.62%和264.16%，其中T處理增產(chǎn)效果最明顯，較P和S處理分別增產(chǎn)25.20%和46.47%。

表3 不同處理對冬小麥產(chǎn)量的影響

3 結(jié) 論

(1) 秸稈還田可以增加土壤儲水量，為作物生長提供良好的水分條件，T處理保墑儲水效果優(yōu)于其他處理，全生育期土壤儲水量均值高于P，S和CK處理5.47 mm，6.90 mm和13.76 mm。0—30 cm土層土壤含水率增加幅度較大，全生育期含水率均值表現(xiàn)出T>S>P>CK的順序，但S處理表層土壤含水率較P處理略低；對50—70 cm土層土壤影響程度較小。隨生育期的推移，高溫和冬小麥生長耗水對土壤水分的消耗，各處理土壤含水率逐漸減小，成熟期土壤含水率明顯低于播種期。

(2) 土壤鹽分與水分密切相關(guān)，秸稈還田處理提高了淋洗效率；其對上層土壤良好的保墑儲水能力，減小了礦化度較高的下層和潛水上移，顯著減少“鹽隨水來”造成的鹽分表聚現(xiàn)象，有效抑制鹽分表聚和土壤積鹽。不同處理抑鹽效果存在差異，T處理表現(xiàn)優(yōu)于單一處理措施，在抑制土壤耕層積鹽和淡化土壤耕層方面效果顯著，P和S處理上層土壤含鹽量顯著低于CK處理，且S處理對上層土壤脫鹽效果優(yōu)于P處理，而50—70 cm土層土壤含鹽量均值與CK處理差異不大。

(3) T處理保墑抑鹽效果均優(yōu)于單一處理措施，在0—30 cm土層保持較高水分和低鹽條件，為作物生長提供良好的土壤環(huán)境，有效減弱鹽堿障礙對作物生長發(fā)育的阻礙。不同處理土壤水鹽狀況具有明顯差異，對作物產(chǎn)量也不同，秸稈還田均可顯著提高冬小麥產(chǎn)量，產(chǎn)量表現(xiàn)出T>P>S>CK的順序，T處理在提高產(chǎn)量方面表現(xiàn)出最大的促進(jìn)作用。秸稈還田具有改良濱海鹽漬土的作用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源的可持續(xù)利用，其中T處理在改善鹽漬土的水鹽狀況和產(chǎn)量提升效果最明顯，為本試驗(yàn)的最優(yōu)處理。

[1] 李建國,濮勵(lì)杰,朱明,等.土壤鹽漬化研究現(xiàn)狀及未來研究熱點(diǎn)[J].地理學(xué)報(bào),2012,67(9):1233-1245.

[2] 關(guān)元秀,劉高煥,王勁峰.基于GIS的黃河三角洲鹽堿地改良分區(qū)[J].地理學(xué)報(bào),2001,56(2):198-205.

[3] Zhao S, Li K, Zhou W, et al. Changes in soil microbial community, enzyme activities and organic matter fractions under long-term straw return in north-central China[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2016,216:82-88.

[4] 陳林,楊新國,翟德蘋,等.檸條秸稈和地膜覆蓋對土壤水分和玉米產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(2):108-116.

[5] Ye R, Doane T A, Morris J, et al. The effect of rice straw on the priming of soil organic matter and methane production in peat soils[J]. Soil Biology and Biochemistry, 2015,81:98-107.

[6] Zhao Y, Li Y, Wang J, et al. Buried straw layer plus plastic mulching reduces soil salinity and increases sunflower yield in saline soils[J]. Soil and Tillage Research, 2016,155:363-370.

[7] Bai Y, Lei W, Lu Y, et al. Effects of long-term full straw return on yield and potassium response in wheat-maize rotation[J]. Journal of Integrative Agriculture, 2015,14(12):2467-2476.

[8] 孫博,解建倉,汪妮,等.不同秸稈覆蓋量對鹽漬土蒸發(fā),水鹽變化的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2012,26(1):246-250.

[9] 王燕培,柴守璽,陳玉章,等.不同秸稈還田處理對旱地冬小麥土壤水分的影響[J].水土保持研究,2014,21(6):164-170.

[10] 趙永敢,李玉義,胡小龍,等.地膜覆蓋結(jié)合秸稈深埋對土壤水鹽動態(tài)影響的微區(qū)試驗(yàn)[J].土壤學(xué)報(bào),2013,50(6):1129-1137.

[11] 王婧,逄煥成,任天志,等.地膜覆蓋與秸稈深埋對河套灌區(qū)鹽漬土水鹽運(yùn)動的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(15):52-59.

[12] 王勝楠,鄒洪濤,張玉龍,等.秸稈集中深還田對土壤水分特性及有機(jī)碳組分的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2015,29(1):154-158.

[13] 李芙榮,楊勁松,吳亞坤,等.不同秸稈埋深對蘇北灘涂鹽漬土水鹽動態(tài)變化的影響[J].土壤,2013,45(6)：1101-1107.

[14] 閆洪亮,王勝楠,鄒洪濤,等.秸稈深還田兩年對東北半干旱區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)、pH值及微團(tuán)聚體的影響[J].水土保持研究,2013,20(4):44-48.

[15] 蔡太義,賈志寬,黃耀威,等.不同秸稈覆蓋量對春玉米田蓄水保墑及節(jié)水效益的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2011,27(1):238-243.

EffectsofDifferentStrawReturningModesontheWaterandSaltMovementintheCoastalSalineSoil

YANG Dong, LI Xinju, KONG Xinxin

(CollegeofResourcesandEnvironment,NationalEngineeringLaboratoryforEfficientUtilizationofSoilandFertilizerResources,ShandongAgriculturalUniversity,Taian,Shandong271018,China)

In order to explore the mechanism of the water and salt in the context of straw return to the coastal saline soil, field experiments were conducted under 4 treatments: straw mulching(P), straw buried (S), straw mulching and buried (T), conventional tillage (CK), to examine the water and salt movement and effects on the winter wheat yield. The results showed that straw returning increased soil water storage, the average growth stage soil storage of winter wheat in 0—70 cm soil layers of P, S and T were 8.28 mm, 6.86 mm and 13.76 mm higher than CK,respectively. increase of soil moisture in 30 cm soil layers under straw returning was apparent before the middle of winter wheat, but the difference between the treatments and the soil water content decreased with the process of the growing stage. The content of soil salinity was inhibited by straw returning, T reduced the salt content in 0—50 cm soil salinity significantly, the average soil salt increase rates were 41.24%, 32.08% and 52.77%, respectively, lower than P, S and CK, showing a significant effect of plough layer. Straw returning improved the soil water and salt, increased the yield of winter wheat significantly, showing the order of T>P>S>CK. T was the best treatment to improve the status of the soil water-salt and the yield.

straw return; soil moisture; soil salinity; winter wheat yield; coastal saline soil

S156.4

A

1005-3409(2017)06-0074-05

2016-09-25

2016-11-03

山東省自主創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)“黃河三角洲鹽堿地快速改良技術(shù)研發(fā)集成與示范”(2014ZZCX07402);山東農(nóng)業(yè)大學(xué)鹽堿地改良利用項(xiàng)目“黃河三角洲鹽漬土秸稈控鹽關(guān)鍵技術(shù)研究”(2014208)

楊東(1991—),男,山東無棣人,碩士研究生,主要從事土壤改良研究。E-mail:yangdong101991@163.com

李新舉(1965—),男,山東金鄉(xiāng)人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土地復(fù)墾和土壤改良研究。E-mail:lxj0911@126.com