不同秸稈覆蓋量對(duì)重度鹽堿土壤含鹽量及水分變化的影響

李小牛

(山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

0 引言

土壤鹽漬化嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，秸稈覆蓋作為目前最常用的鹽漬土壤改良手段，其控鹽的原理，是降低光照輻射，抑制棵間蒸發(fā)，減少地表徑流，增加雨水滲入，延長雨水在表層土體中的停滯時(shí)間，使可溶性鹽得到有效的溶解，從而提高淋鹽效果。孫博等認(rèn)為可以抑制鹽漬化土壤可溶性鹽分的表聚作用[1]。殷志剛指出秸稈覆蓋可抑制表層土壤溶液鹽分累積[2]。

山西是我國土壤鹽漬化發(fā)育的典型地區(qū)，開展秸稈覆蓋的相關(guān)研究，目前主要集中在覆蓋后的農(nóng)田環(huán)境及作物的增產(chǎn)增收的效應(yīng)上，未對(duì)山西地區(qū)的最優(yōu)覆蓋方式進(jìn)行研究，以及對(duì)脫鹽指標(biāo)的定量計(jì)算研究較少。

通過田間試驗(yàn)，開展不同秸稈覆蓋量下，重度鹽堿地土壤鹽分、水分運(yùn)移規(guī)律的研究，分析不同時(shí)期變化規(guī)律，提出重度鹽堿地種植玉米最優(yōu)的秸稈覆蓋量，為重度鹽堿地的玉米種植，提供更優(yōu)的秸稈覆蓋量數(shù)據(jù)，積累更多的研究資料。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)選址于山西太原市小店區(qū)張花營村，位于晉中盆地北部。該實(shí)驗(yàn)區(qū)海拔高度765 m，屬于汾河流域灌區(qū)。實(shí)驗(yàn)區(qū)域地下水位較高，埋深主要集中在0.5～2.3 m之間，此外，地下水的總硬度較大，主要集中在175～610 mg/L之間。試驗(yàn)小區(qū)土壤機(jī)械組成成分，沙粒（0.05～2 mm）占38.5%，粉(沙)粒（0.002～0.05 mm）占48.3%，黏粒（小于0.002 mm）占13.2%。0～20 cm土壤層含鹽量為6.12 g/kg，屬于重度鹽堿土壤（重度鹽堿土壤含鹽量大于6g/kg[3]）。試驗(yàn)區(qū)土壤成分，有機(jī)質(zhì)含量為5.2 g/kg，鉀含量為20.1 g/kg，氮含量為0.2 g/kg，磷含量為0.8 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 供試材料

以“農(nóng)大308”玉米為試驗(yàn)農(nóng)作物。玉米生育階段的區(qū)分，主要是由農(nóng)作物自身的遺傳因子所決定。此外，對(duì)農(nóng)作物生長發(fā)育影響的因子，還包括降雨量、光照強(qiáng)度、灌水定額、灌水時(shí)間等。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)玉米全生育期為148 d。2015年4月2號(hào)，以140 mm灌溉定額進(jìn)行灌水保墑，5月1號(hào)玉米播種并鋪設(shè)滴灌帶，5月20號(hào)進(jìn)行小區(qū)秸稈覆蓋。分別在5月29號(hào)、6月26號(hào)和7月10號(hào)使用滴灌設(shè)備，進(jìn)行滴水灌溉，灌水定額95 mm。9月26號(hào)玉米收獲。

本試驗(yàn)秸稈覆蓋試驗(yàn)布置。粉碎的玉米秸稈覆蓋量分別為1.2 kg·m-2（F1.2）、0.9 kg·m-2（F0.9）、0.6 kg·m-2（F0.6）、0.3 kg·m-2（F0.3）、未覆蓋（CK）。4個(gè)處理組，1個(gè)對(duì)照組，玉米秸稈粉碎長度3～5 cm，玉米出苗后進(jìn)行覆蓋，3次重復(fù)，共計(jì)13個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)為5 m×10 m的地塊，玉米株間距為40 cm。每個(gè)小區(qū)四周留1 m的隔離區(qū)，小區(qū)隨機(jī)排列。對(duì)作物覆蓋前、生長期、開花期、成熟后4次數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3 試驗(yàn)測試指標(biāo)與方法

1.3.1 測試指標(biāo)

在對(duì)應(yīng)試驗(yàn)田用土鉆分別采集2.5 cm，7.5 cm，12.5 cm，17.5 cm，30 cm，50 cm，70 cm，90 cm處取土樣。測定不同土壤層鹽分含量及2.5 cm，7.5 cm，12.5 cm，17.5 cm土層的含水率。

1.3.2 測定方法

土樣通過烤箱烘干測定含水率，取其平均值為表層土壤含水率。其次，將烘干的土樣進(jìn)行研磨，然后用孔徑為1mm土壤篩過篩后，按水土質(zhì)量5∶1的比例混合，然后用DDS-307電導(dǎo)率儀測定樣本的電導(dǎo)率值然后再轉(zhuǎn)換成為土壤含鹽率。轉(zhuǎn)換公式為[4]：

式中：y——土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù),g/100g。

l——25℃時(shí)1∶5土壤水浸出液的電導(dǎo)率，ms·cm-1。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS及Excel軟件進(jìn)行制圖及數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈覆蓋量對(duì)重度鹽堿地含鹽量影響的剖面圖

重度鹽堿地農(nóng)作物生長發(fā)育4個(gè)關(guān)鍵期土壤剖面鹽分分布如圖1所示。

圖1 重度鹽堿化土壤作物關(guān)鍵生育期土壤剖面鹽分分布

從圖1可知，土壤鹽分聚集和土壤含鹽量變化幅度較大主要集中土壤表層0—20 cm，在0.23%—0.95%范圍之間，鹽分表現(xiàn)出高度聚集現(xiàn)象，當(dāng)土壤深度達(dá)到30 cm以下時(shí)，土壤含鹽量趨于穩(wěn)定且變化幅度相對(duì)較??；5月20日，不同處理相同土層與對(duì)照組含鹽量基本相同，7月7日、8月17日、9月25日，通過秸稈覆蓋處理的土壤含鹽量，明顯小于對(duì)照組含鹽量，其中脫鹽效果最為明顯的是F1.2和F0.9。其中9月25日，土層含鹽量整體偏大，主要是因?yàn)?月份降雨次數(shù)增多，雨量偏大，雖然降雨對(duì)土壤鹽分有淋洗作用，但是短時(shí)間的連續(xù)降雨促使地下水位快速抬升，且該時(shí)間段氣溫較高，潛水層蒸發(fā)量大，造成該層土壤集鹽過程明顯。此外，該時(shí)間段玉米處于已成熟階段，含鹽量的變化對(duì)其植株的生長影響較前期作用較小，所以后期計(jì)算未對(duì)該時(shí)段進(jìn)行具體分析。

2.2 不同生育期土壤脫鹽效果研究

玉米根系活動(dòng)層主要是土壤表層20 cm內(nèi)，0—20 cm內(nèi)的土壤含鹽量對(duì)農(nóng)作物的生長發(fā)育有著重要的影響。因此，本研究主要針對(duì)影響植株生長關(guān)鍵的0—20 cm土層進(jìn)行分析。

設(shè)定脫鹽評(píng)價(jià)指標(biāo)公式[4]：

式中：a——脫鹽評(píng)價(jià)指標(biāo)，%；

b1——后期土層平均積鹽量，g·（100 g）-1；

b2——前期土層平均積鹽量，g·（100 g）-1。

設(shè)定土層平均積鹽量：

式中：b——土層平均積鹽量，g·（100 g）-1；

bmax——土層最大積鹽量，g·（100 g）-1；

bmin——土層最小積鹽量，g·（100 g）-1。

當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)a＜0時(shí)土壤處于脫鹽狀態(tài)，a≥0時(shí)土壤處于積鹽狀態(tài)。依據(jù)圖1中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表1。

表1 不同時(shí)期與5月20日比較結(jié)果

從上述數(shù)據(jù)可以看出，利用玉米秸稈覆蓋可以有效抑制土壤鹽分表面聚集，同一土壤層脫鹽量，秸稈覆蓋處理顯著高于CK，而且隨著秸稈覆蓋量的增加，相比CK脫鹽量的幅度增大。原因一是秸稈的覆蓋減少地表徑流，增加雨水滲入，延長雨水在土體中的停滯時(shí)間，使可溶性鹽得到有效的溶解，從而提高淋鹽效果，降低土壤含鹽量；其次是通過秸稈覆蓋抑制棵間無效蒸發(fā)，降低鹽漬化土壤可溶性鹽分的表聚作用。當(dāng)秸稈覆蓋量達(dá)到F1.2與F0.9時(shí)，脫鹽效果基本一致，表明當(dāng)覆蓋量達(dá)到F0.9時(shí)，再增加秸稈覆蓋量，脫鹽效果不再改善。因此，秸稈覆蓋量為F0.9抑制表層土壤鹽分聚集效果最佳。

2.3 表層土壤水分運(yùn)移規(guī)律研究

土壤鹽分伴隨土壤水分的移動(dòng)而運(yùn)移，因此對(duì)土壤水分運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行研究。玉米主要生長發(fā)育期內(nèi)0—20 cm土壤表層含水率如表2所示。在播種前進(jìn)行灌水保墑，使的表層土壤在秸稈覆蓋前保持較高的含水率。

表2 0—20 cm土壤層體積含水率

從上表的數(shù)據(jù)分析可以得出，由于秸稈覆蓋降低太陽光對(duì)表層土壤的輻射強(qiáng)度，抑制表層土壤水分無效蒸發(fā)，使的處理組含水率高于對(duì)照組含水率，但就玉米整個(gè)生長發(fā)育期土壤表層的含水率呈現(xiàn)下降的趨勢。5月20日，秸稈覆蓋前，對(duì)照組與處理組的含水率基本相同；7月7日含水率最高的F1.2和F0.9，比對(duì)照組含水率高出7%；8月17日含水率最高的F1.2，比對(duì)照組含水率高出13%；9月25日含水率最高的F1.2和F0.9比對(duì)照組含水率高出17%，所以秸稈覆蓋對(duì)土壤表層保水效果越來越明顯。從數(shù)據(jù)中也分析得出當(dāng)秸稈覆蓋量達(dá)到F0.9于F1.2時(shí)，含水率基本相同，從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，認(rèn)為F0.9在保水效果方面為最佳的秸稈覆蓋量。

3 結(jié)論與討論

通過重度鹽堿地不同覆蓋量對(duì)鹽分運(yùn)移規(guī)律影響的研究，可以得出以下結(jié)論：

土壤鹽分聚集和土壤含鹽量變化幅度較大層，主要集中在0-20 cm的土壤表層，鹽分表現(xiàn)出高度聚集現(xiàn)象，且隨著覆蓋時(shí)間的增長土壤含鹽量變化幅度也越大。當(dāng)土壤深度達(dá)到30 cm以下時(shí)，土壤含鹽量趨于穩(wěn)定且變化幅度相對(duì)較小。

進(jìn)行秸稈覆蓋處理的脫鹽效果，明顯好于未進(jìn)行秸稈覆蓋處理區(qū)。同一土壤層脫鹽量隨著秸稈覆蓋量的增加，相比CK脫鹽量的幅度增大。秸稈覆蓋量達(dá)到F1.2與F0.9時(shí)，脫鹽效果基本一致。表明此時(shí)再增加秸稈覆蓋量，脫鹽效果不再改善。這說明通過秸稈覆蓋可以起到降低光照輻射強(qiáng)度，有效抑制植株棵間蒸發(fā)，降低可溶性鹽分表聚的作用。此外，一定范圍內(nèi)，秸稈覆蓋量與土壤脫鹽效果呈正相關(guān)，當(dāng)覆蓋量達(dá)到F0.9時(shí)脫鹽效果較佳。

秸稈覆蓋降低太陽光對(duì)表層土壤的輻射強(qiáng)度，抑制表層土壤水分無效蒸發(fā)，具有蓄水保墑作用。當(dāng)秸稈覆蓋量達(dá)到F0.9于F1.2時(shí)，表層土壤含水率基本一致，因此從蓄水保墑角度認(rèn)為F0.9位最佳的秸稈覆蓋量。

該田間試驗(yàn)進(jìn)行了短時(shí)間初步的研究，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的得出以當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件為基礎(chǔ)。因此，如果要全面了解不同秸稈覆蓋條件下，重度鹽堿地的鹽分運(yùn)移規(guī)律還需要在不同區(qū)域、不同氣候條件下進(jìn)行多年試驗(yàn)研究。