冬季咸水結(jié)冰灌溉對河套重鹽堿地改良效果研究*

郭 凱, 劉小京, 封曉輝, 巨兆強, 陳環(huán)宇, 田 宇, 李勁松, 李偉柳, 李 靜

冬季咸水結(jié)冰灌溉對河套重鹽堿地改良效果研究*

郭 凱1,2, 劉小京1,2**, 封曉輝1,2, 巨兆強1,2, 陳環(huán)宇1,2, 田 宇1,2, 李勁松1,2, 李偉柳1,2, 李 靜1,2

(1. 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點實驗室 石家莊 050022; 2. 中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049)

采用田間大區(qū)試驗, 連續(xù)3年在河套重鹽堿區(qū)開展了冬季咸水結(jié)冰灌溉試驗研究, 設(shè)置冬季咸水結(jié)冰灌溉(FSWI)和無灌溉對照(CK)兩個處理, 其中FSWI處理的灌水量為180 mm, 礦化度為6.79~7.97 g?L–1, 種植作物為青貯玉米, 以分析不同處理下土壤水鹽和鈉吸附比(SAR)的周年動態(tài)以及對作物生長的影響, 探究冬季咸水結(jié)冰灌溉對河套重鹽堿地的改良效果。結(jié)果表明: 與CK相比, FSWI處理顯著改變了春季土壤水鹽和SAR動態(tài)。0~20 cm土層, 春季FSWI處理的土壤含水量顯著高于CK處理, 玉米苗期, FSWI處理的土壤含水量平均為24.3%, 顯著高于CK的21.6%; FSWI處理的春季土壤含鹽量和SAR顯著低于CK處理, 其中, FSWI處理的土壤含鹽量由灌溉前的33.86 g?kg–1降低至玉米苗期的5 g?kg–1以下, 而CK處理土壤含鹽量逐漸升高至玉米苗期的34.2 g?kg–1; FSWI處理土壤SAR由灌溉前的21.9降低至玉米苗期的9.86, CK土壤SAR則逐漸升高至玉米苗期的25.00。后續(xù)地膜覆蓋和夏季降雨使FSWI處理的土壤含水量維持在23.0%以上, 土壤含鹽量保持在5 g?kg–1以下, 土壤SAR保持在9左右。20~40 cm土層與0~20 cm土層的土壤水鹽和SAR變化趨勢與表層一致, 但沒有表層變化劇烈。此外, 隨著灌溉年限的延長, 同時期土壤含鹽量和SAR呈逐年降低的趨勢。FSWI處理玉米出苗率在70%以上, 干物質(zhì)產(chǎn)量為9~12 t?hm–2, 而CK處理由于土壤含水量較低(<21.0%), 并且土壤含鹽量和SAR均較高, 造成玉米出苗率極低, 進而導(dǎo)致絕收。因此冬季咸水結(jié)冰灌溉改變了土壤水鹽動態(tài)過程, 變春季積鹽為脫鹽, 顯著降低了土壤SAR, 并補充了土壤水分, 保證了飼用玉米的正常種植和生長, 這為該地區(qū)鹽堿地改良和飼料作物種植提供了技術(shù)支持。

河套重鹽堿地; 咸水結(jié)冰灌溉; 水鹽動態(tài); 淋洗脫鹽; 作物生長

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是我國最大的自流灌區(qū), 同時也是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一[1]。灌區(qū)總面積為1679.31 km2, 灌溉面積876 km2[2], 其中80%灌溉依賴于黃河引水[3]。由于灌溉不當(dāng), 且灌排工程不配套, 造成排水不暢, 導(dǎo)致灌區(qū)地下水位抬升, 并超過了臨界水位[4]。同時受降雨稀少、蒸發(fā)強烈等氣候條件影響, 灌區(qū)土壤普遍面臨著鹽漬化問題。據(jù)統(tǒng)計, 灌區(qū)一半以上灌溉面積的土地受到了不同程度鹽漬化的影響, 制約了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[5-6]。此外, 隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展, 農(nóng)業(yè)灌溉引水量逐年減少,淡水資源不足問題日益凸顯, 在淡水資源約束下, 尋找可替代的水資源是目前該地區(qū)鹽堿地利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要途徑[7-8]。而灌區(qū)豐富的地下咸水資源既是土壤鹽堿化的主要誘因之一, 也是亟待開發(fā)利用的水資源。如何合理開發(fā)和利用地下水資源, 對河套灌區(qū)鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要意義。

咸水灌溉一直是鹽堿地利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要研究內(nèi)容之一[9]。大量研究表明, 干旱條件下, 咸水灌溉能夠顯著稀釋土壤溶液濃度, 提高土壤含水量, 減少因干旱而導(dǎo)致作物減產(chǎn), 大幅提高作物產(chǎn)量[10-11]。且咸水灌溉過程中, 咸水中的離子與土壤的離子交換吸附作用可顯著增強土壤顆粒凝聚, 促進土壤大孔隙的形成, 有利于水分入滲和鹽分的淋洗[12-13]。此外, 咸水灌溉能夠調(diào)控地下水位、擴大地下庫容、促進降雨入滲和地下咸水淡化[4,14]。而作物對鹽分脅迫的適應(yīng)性具有階段性特征, 其中作物在苗期對鹽分的耐受性最為敏感, 而這一時期又是作物需水的關(guān)鍵期[15], 因此, 灌溉咸水的礦化度不宜過高, 否則會導(dǎo)致土壤剖面的鹽分累積, 造成作物減產(chǎn)。據(jù)研究, 利用小于3 g?L–1的咸水進行灌溉時, 可以保證作物穩(wěn)產(chǎn), 且能夠保持土壤鹽分的平衡, 而當(dāng)高于此值時, 作物產(chǎn)量則隨著灌溉咸水礦化度的升高而大幅降低[16-17]。而在河套重鹽堿區(qū)地下水礦化度普遍偏高而不能直接利用, 如何改變高礦化度咸水利用方式, 創(chuàng)建適宜作物生長的低鹽根層土壤環(huán)境, 是該地區(qū)亟待解決的問題。

對于高礦化度咸水的利用, 近年來, 我們在環(huán)渤海重鹽堿地區(qū)開展了冬季咸水結(jié)冰灌溉改良鹽堿地技術(shù)的研究[18-19], 該技術(shù)充分利用區(qū)域氣候特點, 依據(jù)咸水結(jié)冰凍融咸淡水分離的原理, 在冬季利用當(dāng)?shù)馗叩V化度咸水灌溉鹽堿地, 并迅速在地表形成咸水冰層, 春季咸水冰融化時高礦化度咸水先融化入滲, 之后融化的低礦化度咸水和淡水再入滲, 使土壤表層脫鹽[20]。室內(nèi)和田間試驗結(jié)果均表明, 利用15 g?L–1的咸水進行結(jié)冰灌溉時, 對土壤表層鹽分的淋洗效果顯著, 結(jié)合春季抑鹽措施和后續(xù)降雨, 能夠保證作物整個生育期的正常生長, 且能夠獲得穩(wěn)定的產(chǎn)量[21-23]。在河套灌區(qū), 同樣有豐富的地下咸水資源和自然的冷資源[24], 但降雨量低于環(huán)渤海地區(qū), 冬季利用咸水結(jié)冰灌溉的方式能否在該區(qū)取得預(yù)期的鹽分淋洗效果仍需進一步探討。此外, 近年來隨著該地區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整, 飼料作物種植面積不斷擴大, 開展基于冬季咸水結(jié)冰灌溉下飼料作物耐鹽種植對該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也具有重要意義。

因此本研究針對上述問題, 結(jié)合耐鹽飼料作物種植, 在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)開展冬季咸水結(jié)冰灌溉下的土壤水鹽動態(tài)過程和改良效果研究, 以建立重鹽堿地飼料作物耐鹽種植技術(shù)模式, 為冬季咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)的本土化利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗設(shè)在內(nèi)蒙古烏拉特前旗東廣益站的河套灌區(qū)鹽堿地改良試驗區(qū)(108°82′E, 41°03′N), 試驗區(qū)地處干旱、半干旱地帶, 屬典型的大陸性氣候特征, 冬季嚴(yán)寒少雪, 夏季高溫干熱, 降水稀少, 蒸發(fā)強烈。年平均降雨量為130~210 mm, 多集中在7—9月份。年平均蒸發(fā)量2068 mm, 約為年降雨量的10倍[25]。年平均氣溫7.2 ℃, 1月平均氣溫–11.8 ℃。試驗地緊鄰烏梁素海, 地下水位淺, 為0.4~1.8 m, 地下水礦化度7.9 g?L–1。土壤質(zhì)地為黏質(zhì)土壤, 表層土壤容重為1.45 g?cm–3; 土壤含鹽量極高, 表層土壤鹽分高于25 g?kg–1。除部分鹽生植物如鹽角草()、鹽地堿蓬()、蘆葦()外, 大部分植物均不能生長。此外, 該地區(qū)土壤為以硫酸鈉為主的硫酸鹽土, 硫酸根離子和鈉離子占總鹽分的60%以上(表1)。

表1 試驗區(qū)土壤化學(xué)特性

1.2 試驗設(shè)計和田間管理

1.3 數(shù)據(jù)獲取

為研究不同處理下土壤水分、鹽分、鈉吸附比(SAR)變化動態(tài)以及對作物生長的影響, 2017—2019年, 分別于灌水前(2016-12-20、2017-12-12、2018-12-15)、融水入滲后(2017-03-20、2018-04-25、2019-04-22)及玉米苗期(2017-06-01、2018-05-31、2019-06-04)、生長期(2017-08-10、2018-08-03、2019-08-08)和收獲期(2017-10-10、2018-10-14、2019-10-09), 對每個處理大區(qū)土壤進行取樣, 每20 cm一層, 取土深度為40 cm, 每個處理5個重復(fù)。每個大區(qū)劃分為5個重復(fù)調(diào)查小區(qū), 面積為4 m×4 m, 在每個調(diào)查小區(qū), 在作物苗期調(diào)查玉米的出苗率和穴有苗率, 玉米灌漿期調(diào)查株高, 收獲期調(diào)查玉米生物量。

式中: 各離子單位為mmol?L–1[26]。

1.4 統(tǒng)計分析

本文所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2016對土壤水鹽數(shù)據(jù)進行匯總和整理, 采用SPSS 19.0對各處理間相同土層的土壤含水量、含鹽量和SAR進行獨立樣本檢驗, 采用Excel 2016繪制土壤水鹽和SAR的土壤剖面分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 咸水結(jié)冰灌溉下土壤水分的變化

圖1為不同時期兩個處理土壤質(zhì)量含水量的變化。灌水前(2016-12-20、2017-12-12、2018-12-15), 土壤處于初始凍結(jié)階段, 秋季的強烈蒸發(fā)致使表層(0~20 cm)土壤含水量較低, 平均為19.4%~24.8%。春季融冰后(2017-03-20、2018-04-25、2019-04-22), FSWI處理中, 由于融水的入滲, 0~20 cm土壤含水量平均為22.2%~26.7%, 并且顯著大于CK處理, 而CK處理由于春季強烈蒸發(fā), 表層(0~20 cm)土壤含水量均小于21.4%; 20~40 cm土層, 2017春季融冰后(2017-03-20), FSWI處理的土壤含水量與CK沒有顯著差異, 2018年和2019年春季融冰后(2018-04-25和2019-04-22), FSWI處理的土壤含水量顯著高于CK處理。玉米苗期(2017-06-01、2018-05-31、2019-06-04),由于在兩個處理中進行了地膜覆蓋, FSWI處理0~20 cm土層土壤含水量均大于24.0%, CK處理中0~20 cm土壤含水量略有升高但均低于22.0%, 并且FSWI處理在該土層的土壤含水量顯著高于CK處理。玉米生長期(2017-08-10、2018-08-03、2019-08-08)和玉米收獲期(2017-10-10、2018-10-14、2019-10-09), 不同處理各土層的含水量隨降雨和土壤蒸發(fā)變化均呈現(xiàn)相同的變化趨勢, 在玉米生長期表層土壤含水量顯著升高, 在玉米收獲期則顯著減低, 相同土層的土壤含水量在處理之間沒有顯著差異。

FSWI和CK處理分別為冬季咸水結(jié)冰灌溉處理和不灌溉處理。圖中箭頭示咸水灌溉時間。FSWI and CK are the freezing saline water irrigation and non-irrigation (control) treatments, respectively. The arrows in the figure show the irrigation time.

因此, 冬季咸水結(jié)冰灌溉顯著改變了土壤水分季節(jié)動態(tài)過程, 春季融水的入滲顯著提高了土壤表層含水量, 結(jié)合地膜覆蓋, 較高的土壤含水量水平得以保持, 為春季玉米播種和出苗創(chuàng)造了良好的土壤水分條件, 同時結(jié)合后續(xù)的夏季降雨, 保證了玉米整個生育期的生長。

2.2 咸水結(jié)冰灌溉下土壤鹽分的變化

圖2為不同處理土壤鹽分季節(jié)動態(tài)變化, 由于試驗區(qū)地下水位淺、蒸發(fā)強烈、降雨稀少, 試驗區(qū)土壤鹽分處于較高水平。冬季咸水結(jié)冰灌溉顯著影響了土壤鹽分的季節(jié)動態(tài), 2017年灌水前(2016-12-20), FSWI處理的表層土壤(0~20 cm)含鹽量高達33.86 g?kg–1, 春季咸水冰完全融化入滲后(2017-03-20), 土壤鹽分迅速降低至4.85 g?kg–1, 顯著低于對照處理, 土壤鹽分淋洗率達85.6%; 至玉米苗期(2017-05-14), 土壤鹽分保持在5 g?kg–1左右; 隨著夏季降雨的來臨, 雨水的淋洗使得土壤鹽分在玉米整個生育期保持在較低的水平; 秋季隨著降雨的減少, 加之蒸發(fā)量大, 土壤鹽分又呈上升趨勢。而CK處理中, 表層(0~20 cm)土壤隨試驗區(qū)降雨和蒸發(fā)的變化而呈春、秋、冬3季積鹽, 夏季淋鹽的變化趨勢, 雖然春季對土壤進行了地膜覆蓋, 但對于土壤鹽分的抑制作用不明顯, 土壤鹽分仍然處于較高的水平, 土壤含鹽量均高于11 g?kg–1。相同時期, 20~40 cm土層土壤含鹽量低于0~20 cm土層, 并且各處理間的土壤鹽分動態(tài)與表層(0~20 cm)一致, 但沒有表層明顯。此外, 2018年和2019年, 各處理不同土層土壤鹽分的季節(jié)變化趨勢與2017年基本一致, CK處理中, 相同時期土壤鹽分沒有顯著差異, FSWI處理中, 隨著灌溉年限的延長, 相同時期土壤鹽分呈逐年降低的趨勢。

因此在內(nèi)蒙河套重鹽堿地進行冬季咸水結(jié)冰灌溉, 使得土壤變春季積鹽為脫鹽, 土壤鹽分保持在較低的水平, 為玉米的種植和生長提供了低鹽土壤條件。以上結(jié)果與在濱海地區(qū)重鹽堿地的鹽分淋洗效果基本一致, 因此冬季咸水結(jié)冰灌溉技術(shù)在內(nèi)蒙河套重鹽堿區(qū)具有較好的適應(yīng)性。

FSWI和CK處理分別為冬季咸水結(jié)冰灌溉處理和不灌溉處理。圖中箭頭示咸水灌溉時間。FSWI and CK are the freezing saline water irrigation and non-irrigation (control) treatments, respectively. The arrows in the figure show the irrigation time.

2.3 咸水結(jié)冰灌溉下土壤SAR的變化

土壤SAR是土壤中Na+和Ca2+、Mg2+的相對比值, 也是土壤堿化度的簡化指標(biāo), 土壤SAR水平越大, 土壤堿化度也就越高[26]。同時土壤陽離子中Na+對植物生長影響最大, 土壤SAR的大小也能反映出對植物生長的傷害程度[27]。因此本文對不同處理不同土層土壤SAR的季節(jié)動態(tài)進行了分析, 結(jié)果如圖3所示。試驗區(qū)土壤是以Na2SO4為主的硫酸鹽土, 而同時土壤中的Ca2+和Mg2+含量也處于較高的水平(表1), 因此相對于濱海重鹽堿區(qū), 本研究所在試驗區(qū)的土壤SAR值較低。2017年灌水前(2016-12-20), FSWI處理的表層土壤(0~20 cm) SAR為21.9, 春季咸水冰完全融化入滲后(2017-03-20), 土壤SAR迅速降低至9.84, 顯著低于對照處理; 春季和夏季, 土壤SAR保持在9以下, 秋季土壤SAR又呈上升趨勢。對照處理中, 表層(0~20 cm)土壤SAR呈春、秋、冬3季上升, 夏季略有下降的變化趨勢, 并且土壤SAR均在10以上。各處理的20~40 cm土層土壤SAR的變化與表層(0~20 cm)一致, 且沒有表層明顯。此外, 2018年和2019年, 各處理不同土層的土壤SAR的變化趨勢與2017年基本一致, FSWI處理中, 隨著灌溉年限的延長, 相同時期表層(0~20 cm)土壤SAR呈逐年降低的趨勢, 而在20~40 cm土層則沒有明顯的逐年降低的趨勢。

以上結(jié)果表明, 土壤中的Na+在土壤中的遷移速度要快于Ca2+和Mg2+, 冬季咸水結(jié)冰灌溉下, 融水的入滲可迅速降低土壤的SAR, 降低了土壤的堿化程度, 同時可減少土壤鹽分對植物生長的傷害。

FSWI和CK處理分別為冬季咸水結(jié)冰灌溉處理和不灌溉處理。圖中箭頭示咸水灌溉時間。FSWI and CK are the freezing saline water irrigation and non-irrigation (control) treatments, respectively. The arrows in the figure show the irrigation time.

2.4 咸水結(jié)冰灌溉下作物生長的變化

冬季咸水結(jié)冰灌溉下, 咸水冰融水入滲后, 進行了地膜覆蓋, 以防止返鹽, 于5月中下旬進行玉米膜上打孔播種, 在玉米苗期和收獲期進行了玉米生長指標(biāo)調(diào)查。FSWI處理中, 春季玉米播種期土壤含水量在24%以上(圖1),土壤含鹽量降低至5 g?kg–1以下(圖2), 并且伴隨著耕層土壤SAR的顯著降低(圖3), 后續(xù)地膜覆蓋和降雨保持了較好的土壤水鹽條件, 進而保證了玉米的正常生長。如表2所示, 冬季咸水結(jié)冰灌溉下, 玉米出苗率均高于70.0%, 穴有苗率均高于85.0%, 株高均高于1.25 m, 保證了正常的玉米生物量(大于9 t?hm–2), 以上指標(biāo)均顯著高于對照。而對照由于玉米播種期較低的土壤水分, 較高的土壤含鹽量和較高的SAR水平, 玉米的正常生長受到抑制, 出苗率和穴有苗率極低, 其中出苗率≤6.5%, 穴有苗率≤9.2%, 株高≤1.04 m, 導(dǎo)致玉米的生物量較低(≤0.67 t?hm–2)。因此, 冬季咸水結(jié)冰灌溉通過調(diào)控春季土壤水鹽動態(tài)過程, 保證春播作物的正常生長。

表2 咸水結(jié)冰灌溉處理下玉米出苗率、穴有苗率、株高和產(chǎn)量的變化

FSWI和CK處理分別為冬季咸水結(jié)冰灌溉處理和不灌溉處理。不同小寫字母表示兩處理間差異顯著(<0.05)。FSWI and CK are the freezing saline water irrigation and non-irrigation (control) treatments, respectively. Different lowercase letters mean significant different between two treatments at<0.05 level.

3 討論與結(jié)論

河套灌區(qū)由于長期采用黃河引水灌溉, 造成該地區(qū)地下水長期處于高位, 且地下咸水礦化度較高而不能直接利用, 導(dǎo)致土壤鹽堿化問題極為嚴(yán)重[1,5-7]。因此該地區(qū)地下咸水的利用對調(diào)控地下水位和減少土壤返鹽具有重要作用[2-3]。已有研究表明, 采用咸水結(jié)冰凍融咸淡水分離入滲原理, 可實現(xiàn)利用高礦化度地下咸水改良鹽堿地的目標(biāo)[22]。據(jù)研究, 咸水冰融化過程中的脫鹽效果顯著, 利用15 g?L–1的咸水冰融化能夠產(chǎn)生60%以上的礦化度小于3 g?L–1的微咸水和淡水[20-21], 這部分水的入滲可較好地淋洗土壤表層鹽分。前期在濱海重鹽堿區(qū)開展的田間和室內(nèi)試驗結(jié)果均顯示: 利用水量為180 mm、礦化度為15 g?L–1的咸水進行灌溉時, 可使0~30 cm土層土壤鹽分由最初的9.8 g?kg–1降至3 g?kg–1以下, 結(jié)合春季土壤抑鹽措施和后續(xù)降雨, 保證了耐鹽作物如棉花()、油葵()等的正常生長[22-23]。本研究在河套重鹽堿區(qū)開展的冬季咸水結(jié)冰灌溉下土壤水鹽動態(tài)研究, 取得了與上述一致的研究結(jié)果, 通過咸水結(jié)冰灌溉后, 融水的入滲可迅速降低土壤鹽分, 并補充土壤水分, 實現(xiàn)了玉米的正常出苗和生長。此外, 有研究表明: 土壤中的離子遷移速度由大到小依次為Na>K>Ca>Mg[28], 本研究中土壤SAR的變化反映以上離子的變化過程(圖3)。并且土壤鹽分的遷移過程與土壤SAR的變化具有相似性, 本研究不同處理中, 隨著土壤鹽分的累積和淋洗, 土壤SAR呈現(xiàn)上升和下降的變化趨勢(圖2和圖3)。

玉米具有生物量大、青貯品質(zhì)優(yōu)良的特性, 是河套灌區(qū)普遍種植的作物, 但是由于其鹽敏感的特性[5], 在鹽堿地種植存在很大問題, 灌區(qū)內(nèi)普遍利用黃河春汛條件, 采用過量的黃河水對土壤進行大水漫灌壓鹽的方式進行玉米種植, 這也是導(dǎo)致地下水迅速抬升和土壤次生鹽漬化的重要原因之一[1-3], 并且造成了淡水資源浪費嚴(yán)重。本研究中采用當(dāng)?shù)氐牡叵孪趟畬}堿地進行結(jié)冰灌溉, 在不引用黃河水的條件下, 能夠合理調(diào)控耕層土壤鹽分, 實現(xiàn)了玉米的正常種植。另外, 通過抽提地下水, 可進一步降低地下水位, 緩解因地下潛水蒸發(fā)而導(dǎo)致的土壤返鹽[28]。同時, 土壤的離子組成顯著影響作物的正常生長, 其中, Na+對作物的單離子毒害作用最大[29], 在濱海鹽堿區(qū), 土壤為以NaCl為主的濱海鹽土, 土壤的SAR水平極高(>30), 即使土壤含鹽量低于3 g?kg–1, 玉米的正常生長依然受到抑制。而在本研究中, 土壤是以Na2SO4為主的硫酸鹽土, 且Ca2+和Mg2+含量比例較高, 土壤SAR水平較低(<20), 緩解了Na+對玉米出苗和生長的單離子毒害, 同時, 咸水結(jié)冰灌溉下, 融水的入滲使土壤SAR水平進一步降低, 當(dāng)土壤含鹽量降至5 g?kg–1時, 能夠保證玉米的正常出苗和生長。有研究表明, 在非鹽堿土壤條件下, 玉米的株高可達1.5~2 m, 干物質(zhì)產(chǎn)量可達12~16 t?hm–2[5,30], 但由于試驗區(qū)土壤含鹽量依然較高, 玉米生長受到不同程度的抑制, 造成玉米株高在1~1.25 m, 干物質(zhì)產(chǎn)量在9~12 t?hm–2, 但在重鹽堿區(qū)玉米干物質(zhì)產(chǎn)量依然較為理想。在鹽脅迫條件下, 作物生長過程中能夠促進較多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成, 對提高作物品質(zhì)具有重要作用, 在鹽堿條件下青貯玉米的品質(zhì)如粗蛋白、洗滌系數(shù)、飼喂價值等指標(biāo)仍需進一步研究。

本文通過連續(xù)3年對冬季咸水結(jié)冰灌溉下河套重鹽堿地的土壤水鹽運移特征進行分析, 得出如下結(jié)論:

1)冬季咸水結(jié)冰灌溉顯著影響了土壤水鹽季節(jié)動態(tài)過程, 提高了春季土壤含水量, 在玉米苗期, 土壤含水量高于24%, 土壤含鹽量降低至5 g?kg–1以下, 保證了玉米的正常出苗和群體建成。隨著灌溉年限的延長, 相同時期土壤含鹽量呈逐年降低的趨勢。

2)土壤SAR呈現(xiàn)與土壤含鹽量相同的變化趨勢, 咸水結(jié)冰灌溉顯著降低了春季土壤SAR水平, 玉米苗期土壤SAR為8~10, 后續(xù)夏季降雨土壤的低SAR得以保持。

3)咸水結(jié)冰灌溉下玉米的出苗率在70%以上, 干物質(zhì)產(chǎn)量在9~12 t?hm–2, 并隨著灌溉年限的延長, 玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量呈逐年升高的趨勢。

綜上所示, 內(nèi)蒙古河套重鹽堿區(qū)利用冬季咸水結(jié)冰灌溉可顯著降低土壤含鹽量和SAR水平, 并補充土壤水分, 能夠滿足飼用玉米的正常種植和生長, 這為該地區(qū)鹽堿地的改良和飼料作物抗鹽種植提供了技術(shù)支持。

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Reclamation effect of freezing saline water irrigation in winter season on the heavy saline-alkali soil in Hetao Irrigation District*

GUO Kai1,2, LIU Xiaojing1,2**, FENG Xiaohui1,2, JU Zhaoqiang1,2, CHEN Huanyu1,2, TIAN Yu1,2, LI Jinsong1,2, LI Weiliu1,2, LI Jing1,2

(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences / Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

A three-year experiment of freezing saline water irrigation in winter season was conducted in a heavy saline-alkali area in Hetao Irrigation District. Two treatments, freezing saline water irrigation (FSWI) and no irrigation (CK), were implemented; the saline water irrigation amount was 180 mm with a salinity of 6.79–7.97 g?L–1in the FSWI treatment, and the planting crops were silage maize. This study aimed to analyze the effects of freezing saline water irrigation on the seasonal dynamics of soil water and salt and maize growth and to evaluate the reclamation effect of freezing saline water irrigation on the saline-alkali soil in Hetao Irrigation District. The results showed that, compared with CK, the FSWI treatment significantly changed the soil water, salt, and sodium adsorption ratio (SAR) dynamics in the spring. In the 0–20 cm soil layer of the FSWI treatment, till the seedling stage of maize, the mean soil water content (24.3%) were significantly higher than that under CK treatment (21.6%) in spring. The soil salt content and SAR level under FSWI treatment were significantly lower than those under CK treatment. Under FSWI treatment, the soil salt content was decreased from 33.86 g?kg–1before irrigation to <5 g?kg–1during the seedling stage of maize, while under CK treatment, the soil salt content was kept at 34.2 g?kg–1. The soil SAR level under FSWI treatment was decreased from 21.9 before irrigation to 9.86 during the seedling stage of maize, while it was 25 during the seedling stage under CK treatment. Plastic film mulching and subsequent rainfall in the summer maintained the higher soil water content (>23.0%) and lower soil salinity (<5 g?kg–1)and lower SAR level (<9) in the FSWI treatment. The trends for soil water, salt, and SAR in the 20–40 cm layer were similar to but not greater than those in the 0–20 cm layer. Under FSWI treatment, the emergence rate of maize was >70%, and the biomass of maize was 9–12 t?hm–2. Moreover, the soil salt content and SAR level in the same season decreased with increasing years of saline water irrigation. The lower soil water content, higher soil salt content, and SAR under CK treatment led to a lower emergence rate and maize biomass. Therefore, freezing saline water irrigation in winter season significantly changed the natural dynamics of soil water and salt; soil salinization decreased as salt leaching combined with a significant decrease in soil SAR and an increase in the soil water content by infiltration of meltwater which ensured normal planting and maize growth. This technology may support the reclamation of saline-alkali soil and forage grass plantation in the area.

Heavy saline-alkali soil in Hetao Irrigation District; Freezing saline water irrigation; Soil water and salt dynamics; Salt leaching; Crop growth

10.13930/j.cnki.cjea.200465

郭凱, 劉小京, 封曉輝, 巨兆強, 陳環(huán)宇, 田宇, 李勁松, 李偉柳, 李靜. 冬季咸水結(jié)冰灌溉對河套重鹽堿地改良效果研究[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文), 2021, 29(4): 640-648

GUO K, LIU X J, FENG X H, JU Z Q, CHEN H Y, TIAN Y, LI J S, LI W L, LI J. Reclamation effect of freezing saline water irrigation in winter season on the heavy saline-alkali soil in Hetao Irrigation District[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2021, 29(4): 640-648

S156.4+2

* 國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0501308)和國家自然科學(xué)基金項目(51809260)資助

劉小京, 主要從事鹽堿地資源高效利用研究。E-mail: xjliu@sjziam.ac.cn

郭凱, 主要從事鹽堿區(qū)水土資源高效利用研究。E-mail: guokai@sjziam.ac.cn

2020-06-18

2020-10-13

* This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFC0501308) and the National Natural Science Foundation of China (51809260).

, E-mail: xjliu@sjziam.ac.cn

Jun. 18, 2020;

Oct. 13, 2020