濱海鹽堿地水鹽時(shí)空變化特征及對(duì)棉花光合生產(chǎn)的影響*

馮國(guó)藝 張 謙 祁 虹 雷曉鵬 王樹林 王 燕 杜海英梁青龍 林永增

(河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)部黃淮海半干旱區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，石家莊 050051)

鹽堿地廣泛分布于世界1 0 0 多個(gè)國(guó)家，據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FA O)統(tǒng)計(jì)，全世界鹽漬土總面積約為10 億hm2，約占陸地總面積的3.1%［1］。鹽堿地具有巨大的開發(fā)利用潛力，我國(guó)具有農(nóng)業(yè)利用潛力的鹽堿地約占全國(guó)耕地面積的1 0%［2］，鹽堿地的開發(fā)利用已成為解決社會(huì)用地與耕地矛盾、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。我國(guó)濱海鹽堿地具有相當(dāng)大的面積，占全國(guó)鹽堿地面積的4 0%［3-4］，該區(qū)域一般年降水量均在500 mm以上，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開發(fā)利用潛力巨大［5］。濱海鹽堿地土壤鹽堿化影響土壤的理化性質(zhì)和植物生長(zhǎng)［6］；改造治理土壤鹽堿化并合理開發(fā)利用濱海鹽堿地資源，是我國(guó)解決耕地資源銳減和保證糧食安全生產(chǎn)的重要途徑之一。

濱海鹽堿地土壤鹽分主要來(lái)自于地下水，其礦化度多少主要與海水的距離有關(guān)［7］。如何阻斷濱海鹽堿地地下潛水上升，實(shí)現(xiàn)降低土壤鹽分，從而緩解對(duì)植物的鹽堿脅迫成為濱海鹽堿地改良的有效途徑之一。眾多學(xué)者采取了許多措施對(duì)濱海鹽堿地進(jìn)行改造，并對(duì)鹽堿地改良措施影響土壤理化性質(zhì)及植物光合生產(chǎn)的作用機(jī)理進(jìn)行了深入研究［8-11］，并對(duì)不同鹽堿程度耕層的鹽分和養(yǎng)分季節(jié)性變化對(duì)產(chǎn)量的影響進(jìn)行了分析［12］。但由于濱海鹽堿地土壤鹽分空間分布受地形［13］、土壤質(zhì)地［14］和氣候環(huán)境［15］等因素的差異影響，生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)在同一地區(qū)地下水礦化度相同的情況下同一改良措施改良效果差異較大的現(xiàn)象。以往研究中濱海鹽堿地土壤水鹽空間分布變化多用來(lái)評(píng)價(jià)改良措施效果，對(duì)土壤水鹽運(yùn)移情況的研究較多集中在某一時(shí)期或部分土層，對(duì)作物生育期內(nèi)地形和土壤質(zhì)地情況對(duì)土壤水鹽空間分布變化的影響以及土壤水鹽空間分布變化對(duì)作物光合生產(chǎn)的影響關(guān)注較少，從而導(dǎo)致?lián)骋粫r(shí)期判定的土壤改良效果與作物生產(chǎn)情況不一致的情況。因此結(jié)合濱海鹽堿地氣候特點(diǎn)，結(jié)合地形和土壤質(zhì)地情況的差異，研究作物生育期內(nèi)濱海鹽堿地水鹽空間分布特征，并分析其對(duì)作物光合生產(chǎn)和產(chǎn)量影響，將為改良措施制定和判定的客觀性和全面性提供一定理論依據(jù)。

棉花耐鹽性較強(qiáng)，被公認(rèn)為是開發(fā)鹽堿地的先鋒作物［4］，而且棉花是中國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物，種植面積約占世界的15%，產(chǎn)量約占世界的25%［16］。因此，本研究選取濱海同一區(qū)域內(nèi)自然狀態(tài)下海拔和容重差異較大不同鹽堿程度的棉田，結(jié)合濱海地區(qū)棉花生產(chǎn)和氣候降水情況，分4—6月、7—8月和9—10月3個(gè)時(shí)段，對(duì)鹽堿棉田0～200 cm土層水鹽空間分布規(guī)律進(jìn)行研究，并分析其對(duì)棉花光合生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響，探討不同鹽堿程度濱海鹽堿地水鹽運(yùn)移規(guī)律及其影響因素，闡明其對(duì)棉花光合生產(chǎn)的影響機(jī)制，分析地形和容重復(fù)合效應(yīng)對(duì)其作用機(jī)理，并探討不同土壤水鹽空間分布特征下棉花光合生產(chǎn)特點(diǎn)，為濱海鹽堿地改良和利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2015—2016年在河北省國(guó)營(yíng)海興農(nóng)場(chǎng)（38°21′N，117°31′E）進(jìn)行。選取地形、海拔和土壤容重具有較大差異的4塊棉田（面積均大于3.0 hm2），各棉田土質(zhì)為濱海鹽漬土，參考前人對(duì)濱海鹽堿地的劃分方法［17］，根據(jù)4月下旬耕層（0～20 cm）含鹽量將4塊棉田劃分3種鹽堿程度，各棉田地形及地下水情況如表1所示，耕層土壤鹽分狀況如表2所示。

表1 不同鹽堿程度棉田地形水文狀況Table 1 Terrain and hydrology status of the cotton fields different in saline-alkali level

前茬作物均為棉花，一年一熟制。棉花品種為冀棉228，2015年4月21日、2016年4月23日搶墑播種，行距配置為（90+45）cm，播種時(shí)將地表5cm土層撥到膜間，并在開溝器犁出的10 cm左右深的窄溝中播種，并在寬行中間開施肥溝（15 cm左右深）施入底肥；播種時(shí)施入尿素450 kg·hm-2，過(guò)磷酸鈣750 kg·hm-2。采用寬膜覆蓋栽培，1膜2行，先點(diǎn)播后鋪膜。7月20日完成打頂，雨季追肥1次（尿素150 kg·hm-2），簡(jiǎn)化整枝，化控、病蟲害防治等田間管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)傳統(tǒng)措施。對(duì)各棉田進(jìn)行生育時(shí)期調(diào)查，將50%棉苗子葉展平的日期記為出苗期，將50%棉株現(xiàn)蕾、開花、吐絮的日期分別記為現(xiàn)蕾期、開花期和吐絮期。各棉田棉花生育進(jìn)程情況如表3所示。

表2 不同鹽堿程度棉田土壤養(yǎng)分狀況Table 2 Soil nutrient status of the cotton fields different in saline-alkali level

表3 棉花生育進(jìn)程調(diào)查Table 3 Monitoring of growing processes of the cotton

1.2 測(cè)試項(xiàng)目與方法

（1）海拔和土壤容重。用GPS對(duì)取樣棉田進(jìn)行海拔定位，每塊棉田測(cè)定10次后取平均值。將棉田0～200 cm等分為10個(gè)土層，通過(guò)環(huán)刀法測(cè)定不同層次容重；每個(gè)棉田選6個(gè)點(diǎn)測(cè)定。具體方法為：將環(huán)刀托放在已知重量的環(huán)刀上，環(huán)刀內(nèi)壁涂上少量凡士林，將環(huán)刀刃口向下垂直壓入土中，直至環(huán)刀筒中充滿樣品為止。把裝有樣品的環(huán)刀兩端立即加蓋。隨即稱重（精確至0.01克），并記錄。土壤容重計(jì)算公式為：R s=G×1 0 0/（V×(100+W)），式中，Rs為土壤容重，G為環(huán)刀內(nèi)濕樣重，V 為環(huán)刀容積；W 為樣品含水率（%）。

（2）土壤水鹽含量、pH。在棉花整個(gè)生育期（4到10月），將棉田0～200 cm等分為10個(gè)土層，每月通過(guò)取土方法對(duì)土壤中水分和鹽分進(jìn)行測(cè)定，為減小土壤中的水鹽分布隨時(shí)間的變異性對(duì)取樣的影響，每次取土在一天內(nèi)完成。取樣后稱量，105℃烘干至恒重（6～8h），干燥器內(nèi)冷卻30 min，然后稱量測(cè)定土樣的質(zhì)量含水率；將烘干土與水按1∶5配置成浸提液；利用PHS-3型pH酸度計(jì)測(cè)定pH，DDS2307型電導(dǎo)儀測(cè)定電導(dǎo)值，按照公式y(tǒng)=2.8311x+0.2932換算獲得土壤含鹽量，其中y為含鹽量（g·kg-1），x為電導(dǎo)率（ms·cm-1）。每個(gè)棉田選6個(gè)點(diǎn)測(cè)定。

（3）干物質(zhì)積累分配和產(chǎn)量。在各個(gè)棉田選取生長(zhǎng)發(fā)育具有代表性的棉株6株，分解并在105℃下殺青30 min，80℃下完全烘干后稱重；用Logistic方程y=a/（1+be-cx）對(duì)棉株光合物質(zhì)積累過(guò)程進(jìn)行模擬。

（4）測(cè)產(chǎn)。收獲前各個(gè)棉田隨機(jī)選取6個(gè)點(diǎn)，每個(gè)取樣點(diǎn)面積30 m2，調(diào)查各樣點(diǎn)全部株數(shù)和鈴數(shù)，折算出單株結(jié)鈴數(shù)和單位面積總鈴數(shù)，以實(shí)收籽棉產(chǎn)量計(jì)產(chǎn)；每個(gè)點(diǎn)隨機(jī)選取窄行相鄰2行，每行逐株調(diào)查混收10棵，風(fēng)干測(cè)定平均鈴重，并軋花后測(cè)定衣分，并據(jù)其與衣分計(jì)算皮棉產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用S P S S 1 1.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié) 果

2.1 不同鹽堿程度棉田土壤容重空間變化特征

土壤容重是最重要的土壤物理性質(zhì)之一，反映土壤入滲性能、持水能力和溶質(zhì)遷移潛力等。2015年和2016年對(duì)不同類型棉田0～200 cm土層容重測(cè)定表明，不同類型棉田土壤容重除在個(gè)別層次明顯增大外，土壤容重均自上而下存在逐漸增大趨勢(shì)；除“隔層”外，0～140 cm土層重度鹽堿A1和輕度鹽堿棉田較小且無(wú)明顯差異，重度鹽堿A2和中度鹽堿棉田較大且無(wú)明顯差異；重度鹽堿A2較A1棉田高5.2%～22.7%，中度鹽堿較輕度鹽堿棉田高7.0%～20.7%；161～200 cm各類型棉田容重?zé)o明顯差異。重度鹽堿A1棉田121～140 cm土層容重為1.58 g·cm-3，較相鄰層次高13.6%～19.5%，較其他類型棉田同層次高8.9%～16.5%；中度鹽堿棉田21～40 cm土層容重為1.49 g·cm-3，較相鄰層次高7.1%～13.2%，較其他類型棉田同層次高9.4%～33.3%；輕度鹽堿棉田141～160 cm土層容重為1.61 g·cm-3，較相鄰層次高10.7%～19.1%，較其他類型棉田同層次高10.2%～16.2%。

2.2 不同鹽堿程度棉田土壤水分時(shí)空變化特征

對(duì)不同類型棉田0 ～2 0 0 c m 土層含水率測(cè)定表明（圖1），不同類型棉田不同層次土壤含水率自上向下逐漸增大，不同月份之間，4—6月份最低，7—8月份最高。不同鹽堿棉田之間，重度鹽堿棉田土壤含水率最高。土壤含水率輕度鹽堿棉田4—6 月份0 ～8 0 c m 土層為12.6%～19.8%，與中度鹽堿棉田差異不明顯，較重度鹽堿地低11.4%～30.5%；7—8月份0～140 c m 土層為1 4.1%～2 4.5%，較中度鹽堿棉田低4.6%～15.5%，較重度鹽堿棉田低9.6%～33.7%；9—10月份0～140 cm土層為13.9%～24.4%，較中度鹽堿棉田高4.7%～12.8%，較重度鹽堿棉田低4.2%～29.8%。土壤含水率4—10月份輕度鹽堿棉田141～160 cm土層為21.6%～23.8%，較相鄰?fù)翆拥?.6%～13.6%，較相同層次不同類型棉田低2.7%～26.3%；重度鹽堿A1和A2棉田

0～200 cm土層變化規(guī)律較為一致，含水率差異不明顯。

圖1 不同鹽堿程度棉田生育期內(nèi)土壤水分垂直分布及變化Fig. 1 Vertical distribution and variation of soil moisture in the cotton field during the cotton growth period relative to soil salinealkali level

2.3 不同鹽堿程度棉田土壤鹽分時(shí)空變化特征

土壤鹽分是表征鹽堿化程度高低的重要指標(biāo)。對(duì)不同類型棉田0～200 cm土層含鹽量測(cè)定表明（圖2），不同類型棉田不同層次土壤含鹽量自上向下逐漸增大。不同月份之間，4—6月份最高，7—8月份最低。不同鹽堿棉田之間，含鹽量重度鹽堿棉田最高，各土層均不低于5.0 g·kg-1；輕度鹽堿棉田0～140 cm各土層均不高于3.0 g·kg-1；中度鹽堿棉田0～100 cm土層4—6月份在3.0～5.0 g·kg-1之間，7—8月份不高于3.0 g·kg-1，9—10月份不高于4.0 g·kg-1；輕度和中度鹽堿棉田7—8月份0～140 cm土層差異較小，4—10月份141～200 cm土層無(wú)明顯差異。各土層含鹽量4—6月份重度較輕度鹽堿棉田高47.0%～255.2%，較中度鹽堿棉田高44.4%～87.2%；7—8月份重度較輕度鹽堿棉田高46.1%～335.3%，較中度鹽堿棉田高59.5%～323.3%；9—10月份重度較輕度鹽堿棉田高58.7%～179.7%，較中度鹽堿棉田高54.7%～87.0%。0～140 cm中度較輕度鹽堿棉田4—6月份高38.5%～105.1%，9—10月份高35.3%～66.1%。重度鹽堿A1和A2棉田在4—9月份0～200 cm土層變化規(guī)律較為一致，4—6月份和9—10月份A1略高于A2，7—8月份略低于A2，土壤含鹽量差異不明顯。

圖2 不同鹽堿程度棉田生育期內(nèi)土壤鹽分垂直分布及變化Fig. 2 Vertical distribution and variation of soil salt content in the cotton field during the cotton growth period relative to soil saline-alkali level

2.4 不同鹽堿程度棉田土壤pH時(shí)空變化特征

對(duì)不同類型棉田0 ～2 0 0 c m 土層p H 測(cè)定表明（圖3），重度鹽堿棉田高于其他類型棉田；0 ～1 4 0 c m 土層輕度鹽堿棉田低于中度鹽堿棉田，其他土層無(wú)明顯差異。不同月份之間，4—6月份最高，7—8月份最低。各土層pH重度鹽堿棉田在測(cè)定時(shí)期內(nèi)均高于8.0。0～140 cm土層pH 4—6月份輕度鹽堿棉田在7.4～8.0之間，較中度鹽堿棉田低3.5%～7.6%，較重度鹽堿棉田低5.8%～11.1%；7-8月份輕度鹽堿棉田保持在7.0～7.5之間，較中度鹽堿棉田低1.4%～3.7%，較重度鹽堿棉田低12.2%～17.2%；9—10月份輕度鹽堿棉田保持在7.5～7.8之間，較中度鹽堿棉田低5.0%～7.2%，較重度鹽堿棉田低5.0%～9.9%；中度鹽堿棉田保持在8.0～8.4之間，重度鹽堿棉田保持在8.2～8.6之間。重度鹽堿A1和A2棉田在4—9月份0～140 cm土層變化規(guī)律較為一致，土壤pH差異不明顯。141～160 cm土層4—10月份輕度鹽堿棉田pH范圍在7.7～8.2之間，較重度鹽堿棉田低6.6%～14.3%，較中度鹽堿棉田低2.0%～8.4%；161～200 cm土層輕度鹽堿棉田pH范圍4—6月和9—10月在9.0～9.2之間，較重度鹽堿棉田高1.5%～3.5%，較中度鹽堿棉田高1.1%～2.9%；7—8月在8.0～8.3之間，較重度鹽堿棉田低7.5%～10.3%，較中度鹽堿棉田低1.0%～2.1%。

2.5 不同鹽堿程度棉田棉花光合物質(zhì)積累特征

對(duì)不同類型棉田棉株光合物質(zhì)積累測(cè)定并結(jié)合出苗日期表明（表4），總光合物質(zhì)積累量隨鹽堿程度降低而增高，輕度較重度鹽堿棉田增高2 2 6.3%～2 3 6.0%，較中度棉田增高43.9%～48.4%。對(duì)其積累特征分析表明，總光合物質(zhì)積累重度鹽堿棉田直線增長(zhǎng)期開始時(shí)間（6月20日左右）和結(jié)束時(shí)間（7月15日左右）早，持續(xù)時(shí)間短，最大增長(zhǎng)速率（Vmax）出現(xiàn)在7月1日左右。中度和輕度鹽堿棉田直線增長(zhǎng)期開始時(shí)間差異不大（6月25日左右），但結(jié)束時(shí)間和最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)時(shí)間差異較大，中度鹽堿棉田在8月8日左右結(jié)束，最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)在7月15日左右；輕度鹽堿棉田在8月22日左右結(jié)束，最大增長(zhǎng)速率出現(xiàn)在7月23日左右。總光合物質(zhì)積累直線增長(zhǎng)期、最大增長(zhǎng)速率和物質(zhì)積累活躍期（P）輕度較重度鹽堿棉田分別高98.7%～119.3%、51.6%～71.3%和98.7%～119.3%，較中度鹽堿棉田分別高25.1%～33.0%、16.2%～53.5%和25.1%～33.0%。

圖3 不同鹽堿程度棉田土壤pH垂直分布及變化Fig. 3 Vertical distribution and variation of soil pH in the cotton field during the cotton growth period relative to soil saline-alkali level

表4 不同鹽堿程度棉田棉花光合物質(zhì)積累特征Table 4 Characteristics of the accumulation of photosynthesizing substance in the cotton relative to soil saline-alkali level

2.6 不同鹽堿程度棉田產(chǎn)量及構(gòu)成因子

通過(guò)測(cè)產(chǎn)和產(chǎn)量實(shí)收統(tǒng)計(jì)（表5），不同類型棉田產(chǎn)量差異顯著，輕度鹽堿棉田籽棉產(chǎn)量超過(guò)了3 0 0 0 k g·h m-2水平；平均皮棉產(chǎn)量達(dá)到1 2 0 0 k g·h m-2水平，較重度鹽堿棉田高9 1.0%～1 3 0.8%，較中度鹽堿棉田高3 6.0%～4 0.7%。中度鹽堿棉田皮棉產(chǎn)量達(dá)到9 0 0 k g·h m-2以上水平，較重度鹽堿棉田高40.4%～64.0%。進(jìn)一步分析產(chǎn)量構(gòu)成因子發(fā)現(xiàn)，不同鹽堿程度棉田收獲株數(shù)和單位面積鈴數(shù)差異顯著，鹽堿程度越低，收獲株數(shù)和單位面積鈴數(shù)越多；重度和中度鹽堿棉田鈴重和衣分差異不明顯，顯著低于輕度鹽堿棉田。兩塊重度鹽堿棉田棉花產(chǎn)量及構(gòu)成因子之間無(wú)明顯差異?？梢?jiàn)，單位面積鈴數(shù)是造成重度鹽堿棉田產(chǎn)量較低的主要原因，鈴重和衣分限制中度鹽堿棉田產(chǎn)量進(jìn)一步提高。

表5 不同類型棉田產(chǎn)量及構(gòu)成因子Table 5 Yield and yield components of the cotton relative to type of the cotton field

3 討 論

3.1 地形和容重對(duì)濱海鹽堿地水鹽空間分布的影響

濱海鹽堿地土壤鹽分主要來(lái)自淺層地下水；土壤鹽分含量多少主要受地下水情況（水位及鹽分）和水鹽運(yùn)移規(guī)律的影響［4-5］。地下水位的不同是土壤貯水量和鹽分差異的主要因素［18］，土壤水鹽運(yùn)移受地形的影響。本研究表明，輕度和中度鹽堿棉田海拔較重度鹽堿棉田海拔高約1.6～1.9 m，拉大了地下水與地表的距離，使鹽分上升阻力加大。土壤水鹽運(yùn)移直接受土壤導(dǎo)水率影響［19］；研究表明土壤容重對(duì)導(dǎo)水率具有重要影響［20］，土壤水分的移動(dòng)能力、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受土壤孔隙狀況的直接影響，而土壤容重直接影響著土壤的孔隙狀況［21］。同一質(zhì)地不同容重的土壤，其孔隙度隨容重增大遞減，特別是大孔隙含量與容重更為密切相關(guān)。容重小的土壤，各種尺度孔隙均比較豐富，無(wú)論是降水對(duì)鹽分的淋溶作用還是毛細(xì)作用的鹽分表聚現(xiàn)象均很明顯，土壤導(dǎo)水率較高；隨容重增大，特大孔隙及大孔隙含量急劇下降，細(xì)小孔隙也逐漸減少，鹽分遷移較為困難，土壤導(dǎo)水率較差。本研究表明，海拔較高的輕度和中度鹽堿棉田容重差異對(duì)水鹽空間分布影響顯著。在沖積平原上的土壤內(nèi)部有不同容重的夾層層狀土，對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響巨大［22］。本研究中輕度鹽堿棉田土壤容重在140～160 cm明顯增大，較中度鹽堿棉田高12.5%，這種巨大反差容重極大地破壞了土壤的毛細(xì)作用，有效地阻礙了鹽分上行，形成一個(gè)鹽分上行“隔層”，隔層切斷了土壤毛細(xì)通道，破壞了土體的連續(xù)性，使深層土壤水分不能通過(guò)毛管作用向土表運(yùn)移，從而大大降低了土體的蒸發(fā)速率［23］。海拔較低的兩塊重度鹽堿棉田容重雖然存在明顯差異，但地下水位較低，長(zhǎng)期的毛細(xì)作用導(dǎo)致大量鹽分表聚，同時(shí)雨季降水經(jīng)常導(dǎo)致土壤空隙水分與地下水相通，引起地下水位上升，導(dǎo)致鹽分大量遷移滯留土壤，土壤水分和鹽分長(zhǎng)期保持較高數(shù)值。可見(jiàn)海拔較低是重度鹽堿脅迫形成的主要原因之一，較高的海拔高度顯著降低土壤鹽分，而棉田土壤適當(dāng)深度土層較高容重是保持土壤水鹽及pH在棉花生長(zhǎng)較為適宜范圍內(nèi)的關(guān)鍵。

濱海鹽堿地土壤周年水鹽運(yùn)移和pH受地形和土壤導(dǎo)水性顯著影響，同樣受降水情況的影響。研究表明，不同鹽堿棉田土壤水鹽和pH均表現(xiàn)為4—6月份（春夏干旱少雨季）最高，7—8月份（夏秋雨季）顯著下降，9—10月份（雨后秋季）又有所回升。由于海拔較高和土壤容重形成的“隔層”，增加了水鹽運(yùn)移上遷距離以及入滲水在隔層以上土層的停蓄時(shí)間，延緩了水分的入滲過(guò)程，促進(jìn)了離子的交換、吸附和解析等作用，是輕度鹽堿棉田的土壤水分、鹽分和pH較低的原因；海拔和土壤容重較大，水鹽上行阻力較大是中度鹽堿棉田水分、鹽分和pH降低的主要因素；而海拔較低，地下水位高，水鹽上行阻力小，導(dǎo)致重度鹽堿棉田土壤水分、鹽分和pH顯著高于其他類型棉田。進(jìn)入7—8月份，輕度鹽堿棉田由于海拔較高，容重低，土壤孔隙度較高，排水較為方便，土壤鹽分的淋洗作用進(jìn)一步降低了土壤鹽分和pH。中度鹽堿棉田土壤鹽分和pH也受降水淋洗但作用明顯降低，這是由于較高的容重遲滯了水鹽和pH下降。重度鹽堿棉田由于海拔和土壤容重較低，雖然降水淋洗降低了土壤鹽分，但是也提高了地下水位，降雨結(jié)束后鹽分很快又返回土壤，因此土壤水分、鹽分和pH長(zhǎng)時(shí)間處于一個(gè)較高水平，較高的土壤容重削弱了降水的淋洗作用，導(dǎo)致重度鹽堿棉田高容重地塊水分、鹽分和pH高于低容重地塊。進(jìn)入9—10月份，輕度鹽堿棉田土壤140～160 cm“隔層”不僅起到阻礙鹽分上升的作用，而且起到滯留水分的作用，0～140 cm土壤含水量明顯高于中度鹽堿棉田，而土壤pH增加不明顯；土壤140～160 cm“隔層”的缺失導(dǎo)致中度鹽堿棉田土壤水分明顯降低，而鹽分和pH明顯增加；重度鹽堿棉田低海拔成為土壤水分、鹽分和pH明顯高于輕度和中度鹽堿棉田的主要原因，而容重較小導(dǎo)致水鹽上行較快，低容重地塊水鹽含量和pH略高于高容重地塊。

3.2 濱海鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移對(duì)棉花光合生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響

研究表明，濱海鹽堿地土壤水鹽運(yùn)移對(duì)棉花光合生產(chǎn)和產(chǎn)量具有直接影響。濱海鹽堿地土壤4—6月份不同類型棉田棉花苗期葉片生長(zhǎng)均受到鹽堿脅迫影響，不同類型棉田鹽堿脅迫的差異主要體現(xiàn)在棉花收獲株數(shù)上，研究表明中度和重度鹽堿棉田收獲株數(shù)顯著低于輕度鹽堿棉田，其中中度鹽堿棉田為輕度鹽堿棉田的85.1%～89.8%，重度鹽堿棉田為輕度鹽堿棉田的68. 1%～74.6%，這對(duì)產(chǎn)量水平高低起到?jīng)Q定作用。同時(shí)較低鹽分和pH有利于輕度鹽堿棉田棉花葉片葉綠素含量的提高，為生育后期棉花光合生產(chǎn)和產(chǎn)量的提高奠定了基礎(chǔ)［24］；而中度和重度鹽堿棉田雖然土壤水分較高，但是由于較高的鹽分和pH等鹽堿脅迫，不僅對(duì)棉花生長(zhǎng)具有較強(qiáng)的離子傷害，而且會(huì)引起生理缺水，因此不僅葉片生長(zhǎng)受到抑制，而且妨礙了葉片葉綠素的合成［25］。進(jìn)入7—8月份（雨季）后，輕度和中度鹽堿棉田的鹽堿脅迫顯著解除，葉片迅速生長(zhǎng)，葉綠素含量也顯著增加，光合速率明顯增高［26］，表現(xiàn)出較強(qiáng)的光合生產(chǎn)能力。但是中度鹽堿棉田由于早期生長(zhǎng)受到明顯抑制，此時(shí)土壤水分較為豐沛，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)尤為明顯，開花數(shù)和鈴數(shù)明顯增加；到9—10月份（雨后秋季），土壤水分迅速下降，鹽分和pH迅速提高，受鹽堿脅迫影響，而且較高的土壤容重不利于根系發(fā)育，因此葉片迅速發(fā)黃脫落，光合速率明顯下降，棉鈴發(fā)育受到光合底物不足的影響，單鈴重和衣分顯著下降，導(dǎo)致產(chǎn)量水平較低［27］。而重度鹽堿棉田在整個(gè)生育期內(nèi)鹽堿脅迫程度較高，因此，光合能力顯著減弱，成鈴數(shù)較少，單鈴重和衣分與中度鹽堿棉田差異不大，因此產(chǎn)量水平最低。輕度鹽堿棉田苗期受到鹽堿脅迫最小，雨季不僅鹽堿脅迫得到解除，而且土壤水分適中，光合生產(chǎn)較為穩(wěn)??；而且雨后秋季鹽堿脅迫較輕，且土壤水分較高，葉片維持較長(zhǎng)的生理期，光合速率在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持在一個(gè)較高水平；因此單株成鈴數(shù)較為適中，棉鈴發(fā)育較為充分，單鈴重和衣分較高。

濱海鹽堿地不同鹽堿脅迫對(duì)棉花的影響還體現(xiàn)在光合物質(zhì)積累特征方面［28］。光合物質(zhì)積累量隨鹽堿程度降低而顯著增加；而鹽堿脅迫對(duì)光合生產(chǎn)進(jìn)程的影響是造成光合物質(zhì)積累量差異的主要原因。重度鹽堿棉田由于受鹽堿脅迫較重且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致光合生產(chǎn)與光熱資源吻合度低，光合積累速率低［29］，而且快速積累持續(xù)時(shí)間短，因此光合物質(zhì)積累量顯著降低，這是低產(chǎn)的主要原因之一；中度鹽堿棉田生育前期受鹽堿脅迫程度較輕，鹽堿脅迫在一段時(shí)期內(nèi)得到解除，但是在生育后期鹽堿脅迫再次加重，因此光合生產(chǎn)與光熱資源有一定吻合度，但后期鹽堿脅迫導(dǎo)致光合物質(zhì)快速積累期過(guò)早結(jié)束（8月8日左右），這對(duì)生殖器官生長(zhǎng)發(fā)育極為不利，導(dǎo)致棉鈴發(fā)育不充分引起減產(chǎn)。輕度鹽堿棉田生育中后期鹽堿脅迫得到解除，因此光合生產(chǎn)與光熱資源極度吻合，光合速率高，活躍期長(zhǎng)，不僅較高的光合物質(zhì)積累為高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，而且與光熱資源具有較高的吻合度，棉鈴發(fā)育充分，為提高皮棉產(chǎn)量提供了進(jìn)一步保障。

濱海鹽堿棉田地形和土壤質(zhì)地情況影響土壤水鹽運(yùn)移，土壤不同層次水鹽及pH時(shí)空分布對(duì)棉花光合生產(chǎn)和產(chǎn)量形成具有直接影響。海拔較高，1 m左右深度的土層保持合理容重，并在較深土層土壤具有較高容重，不僅使土壤具有有利于作物生長(zhǎng)的持水性，并且有效阻斷潛水上升，促進(jìn)下行重力水對(duì)土壤鹽分的淋洗，這些特征有利于顯著降低棉田鹽堿程度，提高棉花光合生產(chǎn)和產(chǎn)量；輕度鹽堿棉田地形及土壤質(zhì)地及水鹽時(shí)空分布特征為濱海鹽堿地生態(tài)改良提供了理論依據(jù)。

4 結(jié) 論

輕度鹽堿棉田的較高海拔以及土壤141～160 cm深處高容重隔層促使土壤鹽分和pH降低，土壤水分雨季較低而吐絮期較高；棉花遭受鹽堿澇害脅迫較小，光合性能較高且光合生產(chǎn)與水熱資源吻合度高，長(zhǎng)期處于物質(zhì)積累活躍期；中度鹽堿棉田棉花生育前期和后期仍有明顯鹽堿脅迫，產(chǎn)量形成期與光熱資源豐富期吻合度較差；重度鹽堿棉田海拔低，長(zhǎng)期處于高度鹽堿脅迫之下，棉花光合性能受到嚴(yán)重抑制，光合生產(chǎn)能力和產(chǎn)量水平低下。借鑒輕度鹽堿棉田情況，濱海鹽堿地改良可采用鋪墊鹽堿隔層后將地表抬高一定高度，并加強(qiáng)棉田土壤對(duì)水分的旱蓄澇排能力。