鹽堿地枸杞間作不同作物的土壤水鹽變化及鹽平衡

張玉龍， 姜同軒， 楊 濤， 張鳳華

(石河子大學(xué) 新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆 石河子 832003)

中國鹽堿土壤分布廣，面積大。新疆是中國干旱、鹽堿化土壤面積分布較廣，土壤積鹽較重的地區(qū)[1]，鹽堿土總面積為2.18×107hm2，占全國鹽堿土(9.91×107hm2)面積的22.01%[2]。對鹽漬土的開墾及鹽漬化耕地的改良一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[3]。目前，新疆地區(qū)鹽堿地改良主要應(yīng)用于水利措施、物理措施和化學(xué)措施[4-5]。水利措施和物理措施雖然成效快，但工程量大，成本高，不具有長久性，而且受水資源的限制，不易推廣；化學(xué)措施雖然效果較好，但若使用不當(dāng)，易對環(huán)境造成二次污染[1]，且施用改良劑后需要大量的水沖洗，應(yīng)用起來較困難且經(jīng)濟成本昂貴。生物措施作為成本低，效率高，還有助于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)性的改良措施，在鹽堿改良具有較大的潛力[6-7]。

已有相關(guān)研究報道，鹽生植物對土壤鹽分具有明顯的吸收積累作用[8-9]，對鹽堿地具有明顯改良作用[10-12]。季洪亮[13]通過濱海鹽堿地生態(tài)修復(fù)效果評價認為，種植鹽生植物可以改良鹽堿地，且對鹽堿地生態(tài)修復(fù)影響效果顯著。Egamberdieva等[14]利用甘草修復(fù)鹽漬土發(fā)現(xiàn)其能提高土壤氮素含量，增加土壤有機質(zhì)，刺激土壤生物活性，提高土壤持水能力。呂昕培等[15]在內(nèi)蒙古科爾沁草原上進行不同植物生境土壤鹽分特征研究表明，經(jīng)堿蓬改良后的土壤，其pH，電導(dǎo)率，Na+和Ca2+含量均有顯著的降低，對鹽堿地的改良十分有效。肖克飚等[16]研究發(fā)現(xiàn)種植檉柳、葦狀羊茅、油葵能有效降低土壤全鹽含量，改善土壤肥力水平，增加土壤微生物含量。林學(xué)政等[17]研究表明堿蓬對濱海鹽堿有明顯脫鹽效果，能有效改善濱海鹽堿地的生態(tài)環(huán)境。王靜[18]研究發(fā)現(xiàn)種植不同牧草可以降低土壤鹽分，提高土壤持水性和土壤肥力。枸杞雖然作為鹽堿地改良的先鋒物種，但生長較慢，覆蓋面積小，枸杞間作不同作物種植，充分發(fā)揮生物改良鹽堿地的優(yōu)勢，有助于解決鹽堿地改良問題，同時提高土壤利用率和經(jīng)濟效益。王升等[19]，何子建等[20]研究指出膜下滴灌棉田間作鹽生植物不僅可以有效降低土壤含鹽量，增加其含水率，還可以增加棉花產(chǎn)量和提高其水分利用效率。基于此，本文擬通過對鹽堿地枸杞間作苜蓿、油菜、堿蓬模式下土壤水鹽變化及鹽平衡分析，研究鹽堿地枸杞不同間作模式下土壤水鹽變化規(guī)律及土壤脫鹽效果，以期為鹽堿地改良和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗選取新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣境內(nèi)安集海墾區(qū)中心腹地下野地鎮(zhèn)，地理位置處于東經(jīng)85°27′，北緯44°40′，海拔345 m。地處北溫帶干旱地區(qū)，屬典型大陸性氣候，夏季炎熱，冬季寒冷，光熱資源豐富，年積溫高，晝夜溫差大，年平均氣溫6.56 ℃，年均降水量141.8 mm，年均蒸發(fā)量1 826.2 mm，歷年無霜期平均162 d。該區(qū)域鹽堿化現(xiàn)象嚴重，鹽分含量在18.3～24.7 g/kg，土壤質(zhì)地多系鹽堿土、沙壤土；土壤鹽分分布有明顯的表聚性，鹽分類型主要以氯化物鹽，硫酸鹽—氯化物型為主，有少量的蘇打鹽土。

1.2 試驗設(shè)計與樣品采集

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置4個處理：枸杞間作苜蓿、枸杞間作油菜、枸杞間作堿蓬、黑果枸杞單作(對照)，3次重復(fù)，共12個試驗小區(qū)，小區(qū)面積5 m×10 m。供試苜蓿為紫花苜蓿，油菜為甘藍型油菜，堿蓬為堿地堿蓬，黑果枸杞為新疆黑果枸杞。試驗土樣的采集時間分別于2018年4月14號、6月3號、7月3號、7月25號，各處理每次取樣的位置分別為間作苜蓿行間、間作油菜行間、間作堿蓬行間及枸杞單作行間(對照)，對各小區(qū)0—20，20—40，40—60，60—80，80—100 cm土壤樣品采集，每個小區(qū)3個樣點，相同取樣深度混合土樣采用“四分法”，保留1 kg。土壤樣品帶回實驗室，置于通風(fēng)、陰涼、干燥的室內(nèi)風(fēng)干，分別過1 mm和0.25 mm篩孔以供進行含水率和鹽分的測定，以及2018年4月14號、7月25號土壤中Na+和Cl-的含量的測定。

1.3 分析方法

水分含量測定土樣在105～110 ℃的烘箱中烘至恒重；鹽分含量測定采用殘渣烘干—質(zhì)量法；Na+含量測定采用火焰光度法；Cl-含量測定采用離子色譜儀。

1.4 數(shù)據(jù)分析與制圖

采用Microsoft Office Excel 2007進行數(shù)據(jù)分析，采用SPSS 17.0.1軟件進行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同間作模式下土壤含水率的變化

本研究采用土壤平均含水率，指在各處理不同時間點同水平位置取樣點相同土層深度處的含水率的算術(shù)平均值。圖1顯示鹽堿地枸杞不同間作模式在生長期內(nèi)土壤平均含水率，在0—100 cm土層，枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬土壤平均含水率均隨土層深度增加而增加，且高于對照。各處理0—60 cm土層含水率大小呈現(xiàn)出：間作苜蓿>間作油菜>間作堿蓬>對照，依次為13.67%，13.02%，12.22%，11.86%，且同一深度土層含水率呈顯著性差異(p<0.05)；各處理60—100 cm土層含水率大小呈現(xiàn)出：間作油菜>對照>間作堿蓬>間作苜蓿，依次為18.47%，18.34%，18.23%，17.87%。

圖1 枸杞間作模式下土壤平均含水率的變化特征

2.2 土壤平均含鹽量分布

圖2為間作耐鹽植物不同時間內(nèi)土壤平均含鹽量剖面分布情況，各個處理下土壤鹽分分布變化趨勢不一，各處理間差異顯著(p<0.05)，在0—100 cm土壤含鹽量呈現(xiàn)出對照>間作堿蓬>間作油菜>間作苜蓿，依次為27.29，25.83，23.20，22.60 g/kg，這與含水量情況稍有不同。各處理在0—40 cm土層中土壤鹽分含量下降較為顯著，其中間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬比對照分別下降6.91，5.82，2.21 g/kg；在40—100 cm土層中鹽分含量，間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬比對照分別下降3.20，2.93，0.95 g/kg。間作耐鹽植物能有效降土壤鹽分的含量，且間作苜蓿與間作油菜的效果相對較好。

圖2 枸杞間作模式下土壤鹽分變化特征

2.3 不同間作模式下土壤鹽平衡分析

為了進一步說明鹽堿地枸杞不同間作模式下的脫鹽情況，對各處理進行鹽平衡分析。表1表明鹽堿地枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬、對照脫鹽率依次為40.38%，26.52%，9.00%，-60.66%，即除對照外，其他處理的土壤鹽分均呈脫鹽狀態(tài)。與對照相比，各處理相對脫鹽率均大于0，即各處理相對于對照均呈脫鹽狀態(tài)，依次為間作苜蓿>間作油菜>間作堿蓬。

表1 0-60 cm土層脫鹽效果

注：同列序號后小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。下同。

2.4 間作模式下土壤Na+和Cl-含量變化

圖3表明各處理土壤Na+含量變化情況，枸杞不同間作模式下土壤中Na+含量隨土層加深而增加，且各土層均顯著低于對照；而對照在整個土層中則表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢。在0—100 cm土層中，枸杞不同間作模式土壤Na+含量較對照呈顯著下降，下降幅度為間作油菜>間作苜蓿>間作堿蓬，依次下降為2.22,1.70,0.94 g/kg。枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬在0—20,20—40 cm土層中Na+含量較對照下降幅度較大，依次下降為3.29,4.85,2.50 g/kg和1.75,3.03,0.90g/kg；在40—100 cm土層中Na+含量較對照下降依次為1.15,1.08,0.43 g/kg；枸杞間作耐鹽植物對0—40cm土層Na+含量有明顯降低作用。

注：不同小寫字母表示同一植被不同土層處理差異顯著(p<0.05)，不同大寫字母表示同一土層不同植被差異顯著(p<0.05)。下同。

圖3 枸杞間作模式下各土層Na+含量變化特征

由圖4可知，0—100 cm 土層中，不同處理土壤Cl-含量呈現(xiàn)隨土層加深而增加的趨勢，且各土層均與對照差異顯著；而對照在整個土層中則表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢，這與Na+含量變化一致。枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬以及對照在0—100 cm土層中Cl-含量差異顯著，總體表現(xiàn)為對照>間作苜蓿>間作油菜>間作堿蓬，含量依次為5.15,3.87,3.09,2.72 g/kg。枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬在0—20,20—40 cm土層中Cl-含量相比較對照下降幅度較大，依次下降為3.62,5.31,4.95 g/kg和2.05,3.35,3.24 g/kg；各處理土壤中Cl-含量在40—100 cm各土層中Cl-含量變化趨勢不一。

圖4 枸杞間作模式下各土層Cl-含量變化特征

土壤中 NaCl 含量過高時會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響。表2為0—100 cm土層枸杞間作種植前后Na+和Cl-變化情況。枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬以及單作枸杞與種植前相比，土壤中Na+含量分別下降24.24%,34.60%,8.94%和-8.86%，均呈顯著水平。Cl-在0—100 cm 土層變化情況與Na+不同，土層中Cl-含量均有所減小，下降率從大到小依次為間作堿蓬>間作油菜>間作苜蓿>對照，其中堿蓬的下降率是對照的1.5倍。可見，間作耐鹽植物能夠有效改善0—100 cm 土層 Na+和Cl-的累積分布情況，減少其對作物的毒害。

表2 0-100 cm土層Na+和Cl-變化情況

3 討 論

土壤鹽漬化問題已經(jīng)嚴重威脅干旱區(qū)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，如何改良和利用鹽堿地是當(dāng)前面臨的一個難題；種植耐鹽植物雖然能有效改良鹽堿地[21]，但其經(jīng)濟價值較低。本文通過對鹽堿地枸杞間作不同作物的研究，表明鹽堿地枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬、和黑果枸杞單作能有效增加土壤含水率；這與祁通等[22]，董積忠等[23]研究結(jié)果一致。間作耐鹽植物生長至旺盛基本可將行間土壤表面完全覆蓋，不僅降雨時可以增加表層土壤洗鹽，晴天時也可以很好地充當(dāng)水汽蒸發(fā)的屏障，減少水分的蒸發(fā)，而之后植株自然成熟時葉片自然脫落至地面也可以起到一定的覆蓋作用，進而減緩鹽分的表聚現(xiàn)象。

在趙振勇等[28]人研究中，種植鹽生植物能有效的從土壤中吸收并帶走土壤中鹽分，從而改良土壤結(jié)構(gòu)，改善農(nóng)田小氣候，解決土壤鹽漬化問題。本研究表明，在0—100 cm土層各處理土壤中Na+含量依次為間作油菜>間作苜蓿>間作堿蓬>對照；土壤中Cl-為間作堿蓬>間作油菜>間作苜蓿>對照；各處理Na+，Cl-含量較對照均有不同程度的下降，減少了對作物離子毒害作用。土壤中Na+，Cl-含量的下降，與各作物的生理特性相關(guān)，鹽脅迫下各作物代謝物對土壤鹽堿的影響[29]，以及不同作物下土壤微生物對土壤鹽分鰲合、吞噬的作用不同[30]，也會造成土壤中鹽分差異，這都需要對相關(guān)機理進行更深入的研究。

4 結(jié) 論

(1) 枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬均可以減少地面蒸發(fā)量，增加土壤含水率；其中，在0—60 cm土層含水率呈現(xiàn)間作苜蓿>間作油菜>間作堿蓬>對照，依次為13.67%,13.02%,12.22%,11.86%。

(2) 枸杞不同間作模式均有效抑制鹽分的垂向運移，降低鹽分在作物根系層的積累程度；0—20 cm土層，間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬土壤中Na+和Cl-含量比對照分別降低了3.29，4.85，2.50 g/kg和3.62，5.31，4.95 g/kg。

(3) 除對照外，枸杞間作苜蓿、間作油菜、間作堿蓬均呈脫鹽狀態(tài)，脫鹽效果為間作苜蓿>間作油菜>間作堿蓬>對照，脫鹽率依次為40.38%，26.52%，9.00%，-60.66%。