黃河三角洲中重度鹽漬土棉田水鹽運(yùn)移規(guī)律研究①

朱 偉，楊勁松，姚榮江，王相平，謝文萍

黃河三角洲中重度鹽漬土棉田水鹽運(yùn)移規(guī)律研究①

朱 偉1,2，楊勁松1*，姚榮江1，王相平1，謝文萍1

(1 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京 210008；2 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

為充分利用黃河三角洲中重度鹽漬土資源，通過前期微咸水壓鹽(2 g/L)，選取中度(3.10 ～ 3.90 g/kg)和重度(4.60 ～ 5.70 g/kg)鹽漬土，研究了不同程度鹽漬化土壤棉花種植下土壤剖面水鹽運(yùn)移規(guī)律。研究結(jié)果表明：微咸水壓鹽后可以使剖面鹽分處于相對均勻分布狀況；覆蓋促進(jìn)了棉花對膜下水分的吸收利用，中度鹽漬土棉花在苗期和蕾期主要耗水層為0 ～ 40 cm土壤表層，重度鹽漬土棉花主要耗水層為0 ～ 30 cm土壤表層，后期由于作物生長引起深層水分(60 ～ 100 cm)消耗，且中度鹽漬土深層水分吸收要高于重度鹽漬土；生育期內(nèi)中度鹽漬土鹽分上下土層波動范圍為0.80 ～ 2.00 g/kg，重度鹽漬土為2.00 ～ 5.60 g/kg，膜下土壤含鹽量均要低于膜外土壤含鹽量，至收獲期中度、重度鹽漬土剖面平均脫鹽率分別為62.40% 和55.83%，棉花產(chǎn)量分別為2 129.76 kg/hm2和823.66 kg/hm2。

黃河三角洲；中度鹽漬土；重度鹽漬土；水鹽

黃河三角洲是我國最大的三角洲，其豐富的自然資源及廣闊的地域面積是我國重要的后備土地資源[1-2]，但大量研究表明鹽漬化是制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一[1-4]。遙感數(shù)據(jù)顯示，黃河三角洲近50% 的土地為不同程度的鹽漬化土壤，其中輕度鹽土面積約為2 150.0 km2，占土壤總面積的27.7%，中度鹽土面積約為867.0 km2，占土壤總面積的11.2%，重度鹽土面積約為520.9 km2，占土壤總面積的6.7%[5]。

為充分利用該地區(qū)不同類型鹽漬土，科學(xué)家們提出因地制宜、合理開發(fā)和利用是實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地資源可持續(xù)利用的重要前提[1]。而土壤鹽漬化根本問題在于土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈、淡水資源缺乏、地下水位高以及地下水礦化度高[6]。蒸發(fā)過程導(dǎo)致鹽分在土壤中不斷積聚，尤其是土壤耕作層的鹽分積聚是制約作物生長的重要因素，因此減少土壤蒸發(fā)、控制地下水位是解決土壤鹽漬化的關(guān)鍵[7]。已有研究表明，通過地表覆蓋以及鋪設(shè)暗管可以分別減少土壤蒸發(fā)[8-10]及控制地下水位[11-13]。同時，耐鹽作物的種植也是適宜該地區(qū)土地資源利用的手段之一，而棉花以其耐鹽堿性成為黃河三角洲地區(qū)主要栽培的經(jīng)濟(jì)作物之一[2]。雖然近幾十年來該區(qū)域棉花種植面積不斷減少，至2018年該區(qū)域棉花種植面積約為50 253.33 hm2[14]，但在中重度鹽漬土改良和利用上，棉花種植以其自身的耐鹽堿性和成熟的種植技術(shù)在該區(qū)域仍具有較強(qiáng)優(yōu)勢，在充分利用該區(qū)域土地資源具有較大潛力。

目前，關(guān)于黃河三角洲土壤鹽漬化相關(guān)問題已有大量研究。在黃河三角洲土壤鹽漬化的影響因素方面，范曉梅等[7]認(rèn)為原生鹽漬土含鹽量主要影響因子是地下水位、礦化度和植被覆蓋度，排灌渠遠(yuǎn)近、地下水礦化度和埋深是影響該區(qū)域土壤次生鹽漬化主要因子；在黃河三角洲土壤鹽分空間差異性方面，姚榮江等[15]通過經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)和地統(tǒng)計學(xué)發(fā)現(xiàn)在研究區(qū)0 ～ 140 cm土層內(nèi)各土層屬中等變異強(qiáng)度和中等空間差異性；在鹽漬化土壤改良應(yīng)用和田間水鹽規(guī)律研究方面，盧星辰等[16]利用盆栽試驗(yàn)探索了黃河三角洲輕中度濱海鹽漬土合適的改良物料及配施參數(shù)，吳從穩(wěn)等[4]利用相關(guān)分析和主成分分析法得出Na+、Cl–及SO2– 4是影響其試驗(yàn)區(qū)棉田鹽漬化的主要特征因子；此外，還有針對該區(qū)域地下水位的相關(guān)分析[17]，針對鹽堿地性質(zhì)、范圍、地理分布和鹽漬程度的遙感研究[5]，針對鹽堿地利用方式的研究[18]等。但目前針對中重度鹽漬土利用下棉花種植的研究鮮有報道，尤其是棉花種植生育期內(nèi)土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究，及不同土層下土壤水分變化和鹽分差異的研究。因此，本研究結(jié)合前人工作內(nèi)容和發(fā)現(xiàn)，選取黃河三角洲中重度鹽漬土作為試驗(yàn)區(qū)，采用目前成熟的棉花覆膜種植技術(shù)，研究并分析了黃河三角洲中重度鹽漬土改良下的水鹽運(yùn)移規(guī)律，以期為黃河三角洲中重度鹽漬土開發(fā)利用提供參考，促進(jìn)該地區(qū)土地資源有效利用。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于山東省墾利縣中國科學(xué)院黃河三角洲濱海濕地生態(tài)試驗(yàn)站(118° 59′ 24″E，37° 45′ 50″N)，海拔3 ～ 4 m。該區(qū)域?qū)儆谂瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L(fēng)季候，雨熱同期，年均降雨量560 mm，其中7—9月降雨量占全年70%，平均蒸發(fā)量為1 885.0 mm，年蒸降比約為3.37，年均溫12.6 ℃[19]；該地區(qū)地下水位埋深平均1.14 m，最深不超過2.3 m，受潮汐和徑流影響，地下水礦化度平均27.55 g/L[20]。試驗(yàn)區(qū)成土母質(zhì)為河流沖積物和海積物(鹽漬淤泥)，土壤鹽分組成以氯化物為主，土壤類型為砂壤土，堿解氮含量23.5 mg/kg，有效磷含量3.46 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量2.53 g/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

選擇土壤鹽分均勻的地塊作為試驗(yàn)地，在種植前進(jìn)行微咸水(2 g/L，取自當(dāng)?shù)剞r(nóng)田的排水溝)灌溉，7 d后排去表層積水，晾曬一段時間后進(jìn)行翻耕種植棉花(品種：澳金精品種子)，小區(qū)面積為4 m×5 m。種植前中度鹽漬土剖面含鹽量為3.10 ～ 3.90 g/kg，重度鹽漬土剖面含鹽量為4.60 ～ 5.70 g/kg(表1)。土壤水分含量除30 ～ 40 cm土層外，中度鹽漬土在其他土層土壤含水量均低于重度鹽漬土，重度鹽漬土鹽分含量則明顯高于中度鹽漬土鹽分含量。播種前采用薄膜覆蓋，寬窄行設(shè)計(60 cm + 40 cm)，膜上兩側(cè)15 cm播種(圖1)。土壤含水量測定點(diǎn)從上至下為距離表層15、30、40、60、80和100 cm，土壤含鹽量測定為0 ～15、15 ～ 30、30 ～ 40、40 ～ 60、60 ～ 80和80 ～ 100 cm土層。分別在膜下和膜外側(cè)利用土鉆采樣，同時選取附近未種植作物的裸地作為對照，采樣點(diǎn)布設(shè)與種植區(qū)一致。

表1 播種時土壤水鹽剖面分布

圖1 種植和采樣點(diǎn)示意圖

1.3 測定方法與數(shù)據(jù)分析

土壤含水量采用烘干法測定土壤質(zhì)量含水量，再根據(jù)土壤容重?fù)Q算成體積含水量；各土層土壤含鹽量采用殘渣烘干質(zhì)量法測定；葉面積指數(shù)采用葉面積指數(shù)儀(ACCUPAR LP-80 ceptometer，METER Group, Pullman, WA, USA)測定；株高以棉花主莖量到生長點(diǎn)(頂部)為準(zhǔn)；產(chǎn)量采用稱重法測定。采用Excel 2016和Oringin 9.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花生育期土壤水分變化特征

2.1.1 膜下和裸地土壤水分分布特征 圖2是棉花不同生育期膜下和裸地土壤剖面水分分布特征。由圖2可知，苗期中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下0 ～ 30 cm土層土壤含水量低于裸地，表明苗期作物耗水主要來自土壤表層，且中度鹽漬土作物耗水量高于重度鹽漬土，同時由于薄膜覆蓋提高膜下土壤溫度，導(dǎo)致表層水分蒸發(fā)后部分水分凝結(jié)在薄膜下；在40 ～ 60 cm土層膜下和裸地土壤含水量無明顯差異，在60 ～ 100 cm土層裸地土壤含水量明顯高于中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下，這是由于裸地上層土壤蒸發(fā)導(dǎo)致深層水分向上運(yùn)移的結(jié)果。蕾期作物耗水量較大，且40 ～ 80 cm土層土壤含水量表現(xiàn)為中度鹽漬土膜下<重度鹽漬土膜下<裸地，表明該時期存在深層水分消耗，深層水分通過毛細(xì)管作用運(yùn)移至耕作層，而表層土壤由于植株葉面與薄膜覆蓋，使得表層0 ～ 15 cm土層水分高于裸地，同時期土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈是導(dǎo)致裸地土壤表層土壤含水量低于有薄膜覆蓋區(qū)域的原因之一。花鈴期0 ～ 60 cm土層土壤含水量與蕾期變化趨勢基本一致；膜下以及裸地深層80 ～ 100 cm土層土壤含水量較蕾期高，表明該時期地下水位抬升，引起80 ～ 100 cm土層土壤含水量有一定程度的增長；40 ～ 100 cm土層土壤含水量表現(xiàn)為中度鹽漬土膜下<重度鹽漬土膜下<裸地，造成該差異的原因與蕾期一致。進(jìn)入吐絮收獲期，中度鹽漬土由于作物生長狀況較好，其膜下30 ～ 100 cm土層土壤含水量明顯低于重度鹽漬土膜下和裸地，表明該時期作物耗水主要來源于30 ～ 100 cm土層，而重度鹽漬土作物長勢相對中度鹽漬土較弱，作物耗水相對較少，導(dǎo)致其膜下30 ～ 100 cm土層土壤含水量較中度鹽漬土膜下高；而裸地由于無作物耗水，主要受土壤蒸發(fā)、地下水位和降雨影響，土壤剖面0 ～ 100 cm土層土壤含水量高于中、重度鹽漬土膜下。

圖2 中、重度鹽漬土膜下和裸地土壤水分剖面分布特征

2.1.2 膜下和膜外土壤水分差異 圖3是中、重度鹽漬土0 ～ 40 cm土層膜下與膜外土壤含水量在不同時期的差異比較。由圖3可知，土壤表層0 ～ 15 cm由于薄膜覆蓋，膜下土壤水分蒸發(fā)散失減少，膜下土壤含水量高于膜外土壤。由于苗期作物根系相對較淺，作物耗水主要來自土壤表層，其中中度鹽漬土作物耗水體現(xiàn)在0 ～ 30 cm土層，重度鹽漬土主要體現(xiàn)在0 ～ 15 cm土層；在蕾期、花鈴期和吐絮收獲期，作物耗水在15 ～ 40 cm土層得到體現(xiàn)，同時作物耗水引起膜下、膜外土壤含水量差，且中度鹽漬土在該生長期間膜下和膜外土壤含水量差值相對重度鹽漬土較大，中度鹽漬土在30 ～ 40 cm土層膜下土壤水分明顯低于膜外，重度鹽漬土棉花由于鹽分脅迫，作物根系發(fā)育受脅迫，在30 ～ 40 cm土層水分消耗相對中度鹽漬土較少，因此膜下、膜外土壤含水量差值相對中度鹽漬土較小。

圖3 膜下和膜外土壤水分分布特征

2.2 棉花生育期土壤鹽分變化特征

2.2.1 膜下和裸地土壤鹽分分布特征 圖4是0 ～ 100 cm各土層土壤鹽分在棉花不同生長期的動態(tài)變化特征。從圖4可以看出，在0 ～ 15 cm土層，從苗期至吐絮收獲期，中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下土壤含鹽量呈現(xiàn)一定的下降趨勢，中度鹽漬土膜下土壤含鹽量低于2.00 g/kg，重度鹽漬土膜下土壤含鹽量從3.70 g/kg降低至1.85 g/kg，這是由于薄膜覆蓋和作物葉面積指數(shù)的增長使得土壤表層蒸發(fā)減弱，從而減少了鹽分在土壤表層的積聚。而裸地由于無覆蓋，表層0 ～ 15 cm土壤含鹽量的變化主要受土壤蒸發(fā)、降雨和地下水位變化影響，鹽分表面積聚作用明顯，土壤含鹽量處于較高水平，在生育期內(nèi)，土壤含鹽量最低為蕾期的7.16 g/kg，最高為苗期的12.92 g/kg，其土壤含鹽量均顯著高于中度鹽漬土和重度鹽漬土(P<0.05)。

圖4 不同生育期土壤鹽分特征

中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下15 ～ 30 cm土層土壤含鹽量變化趨勢基本一致，且中度鹽漬土膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為苗期>蕾期>花鈴期>吐絮收獲期，土壤含鹽量分別為1.89、1.48、1.27、1.20 g/kg，土壤脫鹽率為36.50%；重度鹽漬土以苗期膜下土壤含鹽量2.55 g/kg最高，至吐絮收獲期為1.54 g/kg，土壤脫鹽率為39.61%；裸地在0 ～ 15 cm土層土壤含鹽量變化區(qū)間較小，土壤含鹽量變化范圍為4.11 ～ 4.93 g/kg。各生長期該層土壤含鹽量與0 ～ 15 cm土層對比可見，苗期、蕾期、花鈴期、吐絮收獲期土壤含鹽量分別降低了8.81、2.23、7.02、5.29 g/kg，同時在該層裸地土壤含鹽量與中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下土壤含鹽量差值相對0 ～ 15 cm土層減弱。

30 ～ 40 cm土層中度鹽漬土膜下土壤含鹽量變化趨勢很小，且土壤含鹽量低于1.00 g/kg；重度鹽漬土膜下仍表現(xiàn)出隨著生育期下降趨勢，但該趨勢在花鈴期和吐絮收獲期減弱，土壤含鹽量在花鈴期和吐絮收獲期基本維持穩(wěn)定為1.70 g/kg，從苗期至吐絮收獲期土壤脫鹽率為38.85%；裸地土壤含鹽量維持在3.00 ～ 5.00 g/kg。

中度鹽漬土膜下40 ～ 60 cm和60 ～ 80 cm土層土壤含鹽量變化趨勢相似，從苗期至吐絮收獲期有較小的增長，基本維持在1.00 g/kg左右；重度鹽漬土膜下不同土層土壤含鹽量在生育期內(nèi)變化趨勢基本一致，且60 ～ 80 cm土層土壤含鹽量均高于40 ～ 60 cm土層；裸地土壤含鹽量變化趨勢與重度鹽漬土膜下土層含鹽量變化趨勢相似。

80 ～ 100 cm土層，中度鹽漬土膜下土壤含鹽量在整個生育期內(nèi)基本無變化，變化區(qū)間為1.59 ～ 1.82 g/kg，土壤含鹽量相對于同時期30 ～ 80 cm土層土壤含鹽量較高；重度鹽漬土在苗期膜下土壤含鹽量與裸地相同，至吐絮收獲期含鹽量下降至3.13 g/kg；該層裸地土壤含鹽量與30 ～ 80 cm土層土壤含鹽量的變化趨勢一致，同時該層重度鹽漬土膜下和裸地土壤含鹽量與60 ～ 80 cm土層同時期對應(yīng)含鹽量差值較小。

總體而言，在不同生育期不同土層(除去苗期在重度鹽漬土膜下和裸地的80 ～ 100 cm土層的含鹽量)，裸地含鹽量與中、重度鹽漬土膜下含鹽量表現(xiàn)為裸地>重度鹽漬土>中度鹽漬土，且差異性顯著(<0.05)，中度、重度鹽漬土膜下和裸地的不同土層含鹽量隨著生育期推進(jìn)均呈現(xiàn)一定的脫鹽趨勢，至收獲期中、重度鹽漬土膜下剖面平均脫鹽率分別為62.40%和55.83%。

2.2.2 膜下和膜外土壤鹽分差異 圖5為棉花不同生育期中、重度鹽漬土膜下和膜外土壤含鹽量對比，可見，膜下土壤含鹽量均低于膜外土壤含鹽量，且膜下和膜外含鹽量在不同土層的變化趨勢基本一致，即膜下含鹽量與膜外含鹽量相互影響，但含量差異一直存在。苗期，中度鹽漬土以表層0 ～ 15 cm膜下和膜外土壤含鹽量差值較大，膜外由于無覆蓋，蒸發(fā)影響下仍出現(xiàn)一定程度的鹽分表聚現(xiàn)象；其他土層土壤含鹽量差值較小，呈現(xiàn)至上而下先降低后增加趨勢，且該趨勢在40 ～ 100 cm土層變緩；膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<40 ～ 60 cm< 60 ～ 80 cm<80 ～ 100 cm<15 ～ 30 cm<0 ～ 15 cm，膜外土壤含鹽量表現(xiàn)與膜下相同。同時期重度鹽漬土與中度鹽漬土膜下和膜外土壤含鹽量剖面分布特征不同，不同土層土壤含鹽量相對中度波動趨勢較大，且重度鹽漬土膜下與膜外土壤含鹽量差值在30 ～ 40 cm土層最??；膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為15 ～ 30 cm<30 ～ 40 cm< 0 ～ 15 cm <40 ～ 60 cm< 60 ～80 cm<80 ～ 100 cm，膜外土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<15 ～ 30 cm< 0 ～ 15 cm<40 ～ 60 cm< 60 ～ 80 cm<80 ～ 100 cm。

蕾期，中度鹽漬土在0 ～ 15 cm和80 ～ 100 cm土層膜下和膜外土壤含鹽量差值相對其他土層較大，以30 ～ 40 cm和40 ～ 60 cm土層土壤含鹽量差值最小，剖面土壤含鹽量呈現(xiàn)表層和底層高、中間土層低的現(xiàn)象，膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<15 ～ 30 cm <40 ～ 60 cm<0 ～ 15 cm<80 ～ 100 cm<60 ～80 cm，膜外土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<15 ～ 30 cm<40 ～ 60 cm< 0 ～ 15 cm<60 ～80 cm<80 ～ 100 cm；重度鹽漬土土壤剖面膜下和膜外鹽分出現(xiàn)明顯差異(<0.05)，且剖面含鹽量變化趨勢與中度鹽漬土相似，膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<15 ～ 30 cm <40 ～ 60 cm<0 ～ 15 cm< 80 ～ 100 cm<60 ～80 cm，膜外土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<15 ～ 30 cm<40 ～ 60 cm<0 ～ 15 cm<60 ～80 cm< 80 ～ 100 cm。

花鈴期，中度鹽漬土膜下和膜外相同土層土壤含鹽量差異顯著(<0.05)，30 ～ 80 cm土層膜下土壤含鹽量不同土層土壤含鹽量基本一致，且其含鹽量低于0 ～ 30 cm和80 ～ 100 cm土層，膜外土壤鹽分整體趨勢與膜下相似，但剖面含鹽量分布相對不均勻，土壤含鹽量表現(xiàn)為40 ～ 60 cm<30 ～ 40 cm<0 ～ 15 cm< 15 ～ 30 cm<60 ～80 cm<80 ～ 100 cm；重度鹽漬土在30 ～ 40 cm土層膜下和膜外土壤含鹽量無明顯差異，以80 ～ 100 cm土層膜下和膜外土壤含鹽量差異性明顯，膜下和膜外土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<15 ～ 30 cm<0 ～ 15 cm<40 ～ 60 cm<60 ～80 cm<80 ～ 100 cm。

圖5 膜下膜外土壤剖面含鹽量分布特征

吐絮收獲期，中度鹽漬土在40 ～ 60 cm土層膜下和膜外土壤含鹽量無差異，0 ～ 40 cm土層土壤含鹽量膜下與膜外存在顯著差異，60 ～ 100 cm土層土壤含鹽量仍表現(xiàn)為膜下低于膜外，膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為30 ～ 40 cm<40 ～ 60 cm<15 ～ 30 cm<60 ～80 cm<0 ～ 15 cm <80 ～ 100 cm，膜外土壤含鹽量表現(xiàn)為40 ～ 60 cm <30 ～ 40 cm<60 ～80 cm<15 ～ 30 cm <0 ～ 15 cm<80 ～ 100 cm；該時期重度鹽漬土表層含鹽量相對于前期明顯降低，0 ～ 30 cm土層土壤含鹽量與中度鹽漬土差值變小，同時膜下土壤含鹽量低于中度鹽漬土膜外土壤含鹽量，剖面土壤含鹽量變化區(qū)間變小，分布較前期均勻，膜下和膜外土壤含鹽量在30 ～ 60 cm土層趨于相同，在表層0 ～ 30 cm 和60 ～ 100 cm膜下和膜外仍表現(xiàn)出顯著差異(<0.05)。

總體而言，整個生育期中度鹽漬土土壤含鹽量的剖面分布較重度鹽漬土更均勻，土壤含鹽量上下波動范圍較小，中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下土壤含鹽量均低于膜外土壤含鹽量；從土壤含鹽量大小分布來看，中度鹽漬土30 ～ 60 cm土層土壤含鹽量低于其他土層，重度鹽漬土15 ～ 40 cm土層土壤含鹽量低于其他土層。

2.3 棉花生物性狀

圖6為和中度鹽漬土和重度鹽漬土棉花在不同生育期葉面積指數(shù)和株高變化，以及作物產(chǎn)量對比。由圖6可知，在中度鹽漬土上棉花葉面積指數(shù)隨著生育期推進(jìn)呈現(xiàn)快速增長，至花鈴期葉面積指數(shù)達(dá)到最大值3.79，后期作物成熟，葉片萎縮凋謝，葉面積指數(shù)降低；而同時期在重度鹽漬土上，由于作物受到鹽分脅迫作用較大，植株葉面積指數(shù)整個生育期內(nèi)較小，進(jìn)入蕾期、花鈴期與吐絮收獲期無明顯變化(1.26 ～ 1.40)，且與中度鹽漬土棉花葉面積指數(shù)差異性顯著(<0.05)。

株高是作物生長期另一重要生理特征，中度鹽漬土棉花生育期內(nèi)花鈴期作物株高為最大值81.67 cm，與葉面積指數(shù)增長趨勢保持統(tǒng)一趨勢；重度鹽漬土棉花株高增長趨勢相對中度鹽漬土較弱，且最大株高為49.33 cm，在同一生長期與中度鹽漬土棉花株高差異性顯著(<0.05)。產(chǎn)量數(shù)據(jù)表明，中度鹽漬土與重度鹽漬土產(chǎn)量差值為1 306.10 kg/hm2，中度鹽漬土棉花產(chǎn)量遠(yuǎn)高于重度鹽漬土棉花產(chǎn)量，且略高于2018年全國和山東省平均棉花產(chǎn)量[21]。

圖6 作物葉面積指數(shù)、株高與產(chǎn)量

3 討論

3.1 覆膜條件下土壤水分運(yùn)移規(guī)律

土壤水鹽運(yùn)移過程和運(yùn)移機(jī)理研究是鹽漬土研究的核心問題[22]。鹽漬土水鹽調(diào)控是鹽堿地改良的重要途徑。根據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”的原理，對鹽漬土水鹽運(yùn)移研究首先關(guān)注土壤水分變化。

本研究在薄膜覆蓋的方式下對黃河三角洲中、重度鹽漬土棉田土壤水鹽規(guī)律進(jìn)行分析。已有干旱區(qū)和半干旱區(qū)土壤表層覆蓋研究表明，覆蓋通過減少土壤蒸發(fā)可以提高膜下表層土壤含水量[23-26]，關(guān)于鹽堿地的覆蓋研究也證實(shí)，鹽堿地表層覆蓋是調(diào)控水鹽運(yùn)移的重要措施之一，表層覆蓋可明顯降低土壤水分蒸發(fā)，控制土壤水分無效蒸發(fā)散失，減少高礦化度地下水在毛細(xì)管作用下向上遷移，抑制表層鹽分積聚，具有顯著的蓄水抑鹽效果[27-28]。本研究進(jìn)一步證實(shí)，在生育期內(nèi)通過覆蓋可以有效地提高膜下0 ～ 15 cm土層土壤含水量，由于苗期膜下表層0 ～ 30 cm土壤含水量相對膜外較高，可以保證苗期作物的水分吸收，對作物生長有促進(jìn)作用；在生長后期，由于薄膜表層覆蓋和作物葉面積增長(圖6)，土壤蒸發(fā)降低，覆蓋表層蓄水作用更加明顯，膜下表層土壤含水量高于裸地(圖2)；在蕾期、花鈴期和吐絮收獲期，研究結(jié)果表明，通過覆蓋促進(jìn)作物生長、減少土壤蒸發(fā)，促進(jìn)深層水分(60 ～ 100 cm)消耗，尤其是促進(jìn)中度鹽漬土土壤深層水分吸收(圖2)，而裸地由于表層土壤水分蒸發(fā)，高礦化度地下水在毛細(xì)管作用下，水分向上運(yùn)移[29-30]，除表層水分在強(qiáng)烈的土壤蒸發(fā)下土壤含水量低于中、重度鹽漬土膜下，其他土層土壤含水量均要高于中、重度鹽漬土膜下。本研究發(fā)現(xiàn)，中、重度鹽漬土15 ～ 40 cm土層膜下土壤水分均要低于膜外土壤水分，這是由于土壤表層覆蓋可以減少土壤無效水分蒸發(fā)[31]，促進(jìn)表層0 ～ 15 cm膜下土壤含水量的保持；同時覆蓋提高作物對膜下水分的吸收利用，而膜外由于缺少薄膜、作物葉面覆蓋和作物根系的直接吸收利用，從而使得膜下土壤水分低于膜外土壤水分，且中度鹽漬土膜下的作用表現(xiàn)在15 ～ 40 cm，重度鹽漬土膜下表現(xiàn)在15 ～ 30 cm(圖3)，造成該現(xiàn)象的原因是中度鹽漬土和重度鹽漬土作物長勢的差異，中度鹽漬土作物長勢較好(圖6)，水分吸收利用效率高于重度鹽漬土。

3.2 棉花生育期土壤鹽分變化規(guī)律

鹽堿障礙是影響土壤質(zhì)量和造成土地生產(chǎn)力水平低下的重要原因[23]，因此對于鹽分的剖面分布是鹽漬土改良效果評價的重要依據(jù)。

本研究通過前期微咸水壓鹽可以有效控制土壤剖面水鹽分布，其作用機(jī)理是通過土層上下水勢差使得水分向深層運(yùn)移，從而達(dá)到耕作層土壤含鹽量降低，當(dāng)整個土壤剖面(0 ～ 100 cm)水勢差減小時，土層中鹽分也形成穩(wěn)定分布(表1)。通過分析棉花生育期內(nèi)土壤鹽分的剖面分布發(fā)現(xiàn)，與水分變化不同在于含水量較低的區(qū)域，土壤含鹽量一般低于含水量高的區(qū)域(圖4、圖5)，且已有研究證實(shí)鹽分的動態(tài)變化規(guī)律與其水分變化規(guī)律基本相反，即水分含量高鹽分含量低，水分含量低鹽分含量高[9]。本研究中具體結(jié)果表現(xiàn)為在不同生育期不同土層，裸地土壤含鹽量與中、重度鹽漬土膜下土壤含鹽量表現(xiàn)為裸地>重度鹽漬土>中度鹽漬土(圖4)，這是由于表層土壤水分蒸發(fā)，高礦化度地下水在毛細(xì)管作用下，水分向上運(yùn)移[30]，當(dāng)水分無效蒸發(fā)后，鹽分得到積聚，裸地由于完全無覆蓋，因此土壤剖面鹽分含量較高，其次是重度鹽漬土與中度鹽漬土。而造成中度鹽漬土和重度鹽漬土膜下土壤鹽分含量差異的主要原因?yàn)椋阂皇峭寥榔拭婧}量本底值不同，播種時重度鹽漬土土壤含鹽量即高于中度鹽漬土；二是隨著作物生長，受鹽分脅迫作用小的中度鹽漬土葉面覆蓋與作物長勢優(yōu)于重度鹽漬土(圖6)，中度鹽漬土形成良好的減蒸和抑鹽效果[30]。

同時本研究分析對比了膜下和膜外土壤鹽分的分布特征，結(jié)果表明，膜下和膜外土壤鹽分變化趨勢基本一致，膜下土壤含鹽量基本低于膜外土壤含鹽量，這是由于膜下土壤在薄膜覆蓋下土壤水分蒸發(fā)減少，減少高礦化度地下水向上遷移，膜外土壤由于缺少表層覆蓋，水分無效蒸發(fā)仍存在，從而引起膜下、膜外鹽分的差異分布，且中度鹽漬土土壤剖面鹽分波動范圍較小(圖5)，這是由于中度鹽漬土無效蒸發(fā)和鹽分積聚效應(yīng)較重度鹽漬土小。本研究發(fā)現(xiàn)中度鹽漬土30 ～ 60 cm土層土壤鹽分含量低于其他土層，重度鹽漬土15 ～ 40 cm土層土壤含鹽量低于其他土層，且該現(xiàn)象在生長前期和后期表現(xiàn)最明顯，花鈴期得到緩解。本研究中生長前期出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因可能是由于前期覆蓋面積較小，缺少作物葉面積覆蓋作用，土壤蒸發(fā)引起的鹽分表面積聚仍有輕微發(fā)生，重度鹽漬土則更為明顯；試驗(yàn)后期出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是由于田間試驗(yàn)受耕作和環(huán)境氣候因素影響較大，后期覆蓋物破損以及作物葉片脫落，表層覆蓋效果減弱，導(dǎo)致土壤蒸發(fā)增強(qiáng)，鹽分開始表聚[9]；而花鈴期作物葉面積覆蓋以及薄膜覆蓋較好，相對生長前期和后期具有更好的覆蓋減蒸效果和鹽分表聚抑制作用。

結(jié)合整個生育期土壤水分遷移變化規(guī)律和鹽分障礙消減過程分析，由于中度鹽漬土整體剖面鹽分脅迫對棉花影響較小以及充分的水分供給，從而其作物產(chǎn)量高于重度鹽漬土(圖6)。

4 結(jié)論

1)棉花苗期由于作物生長耗水主要來源于土壤表層0 ～ 15 cm，從而導(dǎo)致苗期膜下土壤水分明顯低于裸地，而生長后期，由于薄膜表層覆蓋和作物葉面積增長降低了土壤無效水分蒸發(fā)，起到表層蓄水作用，使得膜下表層土壤水分高于裸地；同時由于薄膜覆蓋促進(jìn)了作物生長且減少表層土壤蒸發(fā)，在作物生長后期引起深層水分(60 ～ 100 cm)消耗，且中度鹽漬土土壤深層水分吸收要高于重度鹽漬土。

2)覆蓋可以減少表層0 ～ 15 cm土壤水分的無效蒸發(fā)，促進(jìn)膜下土壤表層水分的保持，為苗期作物生長耗水提供保障。覆蓋提高了作物對膜下水分的吸收利用，引起中度鹽漬土和重度鹽漬土15 ～ 40 cm土層膜下土壤含水量均要低于膜外土壤含水量，其中中度鹽漬土膜下和膜外土壤水分差異主要體現(xiàn)在15 ～ 40 cm土層，而重度鹽漬土主要體現(xiàn)在15 ～ 30 cm土層。

3)中、重度鹽漬土和裸地剖面鹽分差異是由于上層土壤水分蒸發(fā)，引起高礦化度地下水在毛細(xì)管作用下向上運(yùn)移，當(dāng)水分無效蒸發(fā)后，鹽分積聚引起的；中、重度鹽漬土膜下和膜外土壤含鹽量變化趨勢基本一致，且膜下土壤含鹽量要低于膜外，中度鹽漬土30 ～ 60 cm土層土壤含鹽量低于其他土層，重度鹽漬土15 ～ 40 cm土層土壤含鹽量低于其他土層，且該現(xiàn)象在生長前期和后期表現(xiàn)最明顯，花鈴期得到緩解。

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Soil Water and Salt Transport in Medium and Heavy Saline Soils of Yellow River Delta

ZHU Wei1,2, YANG Jingsong1*, YAO Rongjiang1, WANG Xiangping1, XIE Wenping1

(1 State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

The medium and heavy saline soils in the Yellow River Delta are important reserved cultivable resources in China, exploring the laws of soil water and salt transportation is significant to use these resources effectively, but the relative study is still less, especially the heavy saline soil.In this paper, cotton was planted in medium saline soil (3.10–3.90 g/kg) and heavy saline soil (4.60–5.70 g/kg) and irrigated with leached brackish water (salt concentration is 2 g/L).It was found that leached brackish water made the distribution of soil salt more uniformly in soil profile.Mulch film improved the absorption and utilization of soil water under the film, the main water-consuming layer was 0–40 cm in medium saline soil in cotton seedling and bud stages, while was 0–30 cm in heavy saline soil, water in deep layers (60–100 cm) was consumed due to crop growth in the later stage, and water absorption in deep layer was larger in medium saline soil than in heavy saline soil.Salt fluctuated within 0.80–2.00 g/kg and 2.00–5.60 g/kg in medium and heavy saline soil profiles, respectively.Soil salt content was lower inside mulch film than outside mulch film.The average desalination rate was 62.40% for medium saline soil and 55.83% for heavy saline soil in the harvest period.Cotton yield was 2 129.76 kg/hm2for medium saline soil and 823.66 kg/hm2for heavy saline soil.In conclusion, mulch film changes soil water and salt transportation in saline soils, mulch film can reduce water consumption, and medium saline soil showed better than heavy saline soil.

Yellow River Delta; Medium saline soil; Heavy saline soil; Soil water and salt

S156.4+2

A

10.13758/j.cnki.tr.2021.04.020

朱偉, 楊勁松, 姚榮江, 等.黃河三角洲中重度鹽漬土棉田水鹽運(yùn)移規(guī)律研究.土壤, 2021, 53(4): 817–825.

國家自然科學(xué)基金委員會–山東聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目(U1806215)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41977015)和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目(2016YFD0200303)資助。

(jsyang@issas.ac.cn)

朱偉(1992—)，男，安徽滁州人，博士研究生，主要從事鹽堿地治理與改良相關(guān)研究。Email: wzhu@issas.ac.cn