滴灌對(duì)濱海鹽堿地鹽地堿蓬速生及土壤改良的影響

劉璐瑤，張金龍，張 凱，賈 林，竇莉洋，聶阿秀

（1.天津泰達(dá)鹽堿地綠化研究中心有限公司，天津 300457；2.天津泰達(dá)綠化科技集團(tuán)有限公司，天津 300457）

伴隨沿海城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及土地資源緊缺，填海造陸成為了解決這一問(wèn)題的重要措施［1-3］。填海造陸是將海灣淤泥經(jīng)吹填與自然疏干后形成的高黏性、高鹽度的沉積土地，因其土壤母質(zhì)含鹽量高、物理性質(zhì)差，加之我國(guó)北方沿海地區(qū)地下水埋深淺、礦化度高，低降雨高蒸發(fā)的氣象因素，導(dǎo)致吹填區(qū)形成了大面積的重度鹽堿地［4-7］。在土壤高含鹽量的鹽分脅迫作用下一般植物很難存活，因此吹填區(qū)變?yōu)榇竺娣e裸露地，裸露地的存在不僅影響城市美觀(guān)并且每年向大氣排放大量風(fēng)蝕鹽塵，對(duì)大氣污染極為嚴(yán)重，選擇合理措施對(duì)裸露地進(jìn)行覆蓋，以降低風(fēng)蝕鹽塵的排放量對(duì)環(huán)境保護(hù)是十分重要的［8-10］。

對(duì)于裸露地進(jìn)行覆蓋方式主要有防塵網(wǎng)與植物種植措施，植物種植措施因其效果較好、綠色環(huán)保被廣泛推崇。在重鹽堿裸露地運(yùn)用植物種植措施，其高鹽環(huán)境下適生植物的選擇是十分重要的［11-13］。眾多學(xué)者對(duì)耐鹽植物進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)鹽地堿蓬作為真鹽生植物其耐鹽性極高［14］。張立賓、徐化凌等［15］通過(guò)盆栽和田間耐鹽試驗(yàn)表明種植堿蓬能夠有效地降低土壤表層含鹽量，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤中N、P、K 的含量；楊策、陳環(huán)宇［16］等通過(guò)濱海鹽堿地堿蓬群落土壤調(diào)查與室內(nèi)土柱種植試驗(yàn)，確定了鹽地堿蓬的降鹽作用不僅為植株吸收作用，更重要的是通過(guò)鹽地堿蓬的生長(zhǎng)改善了土壤結(jié)構(gòu)、加速了土壤水分入滲、促進(jìn)了土壤鹽分的淋洗；李勁松、郭凱［17］等人通過(guò)研究干旱和鹽堿脅迫對(duì)鹽地堿蓬種子萌發(fā)的影響，證明了鹽地堿蓬具有很強(qiáng)的抗鹽性，并且抗鹽能力明顯高于抗旱、抗堿能力；李洪山、申玉香［18］研究了土壤鹽脅迫與蓋土深度耦合對(duì)鹽地堿蓬發(fā)芽、出苗的影響，表明含鹽量與蓋土深度越大出苗率越低。眾多學(xué)者的研究都表明鹽地堿蓬具有極高的耐鹽性并可改良鹽堿地，為重鹽堿裸露地適生植物（鹽地堿蓬）的選擇奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

高耐鹽性鹽生植物（鹽地堿蓬）的選取為重鹽堿裸露地植物覆蓋提供了植物基礎(chǔ)，但因鹽地堿蓬發(fā)芽率隨鹽脅迫作用增強(qiáng)呈線(xiàn)性下降規(guī)律，故還需解決其發(fā)芽期低鹽適生環(huán)境的問(wèn)題［19，20］。滴灌技術(shù)作為重要的節(jié)水灌溉方式，可在短時(shí)間內(nèi)調(diào)控較小區(qū)域內(nèi)的土壤水鹽分布，形成小范圍脫鹽區(qū)，可為鹽地堿蓬發(fā)芽期創(chuàng)造適生環(huán)境［21-23］。因此，本研究以重鹽堿裸露地植物快速覆蓋為出發(fā)點(diǎn)，通過(guò)盆栽試驗(yàn)深入探究了滴灌對(duì)重鹽堿裸露地堿蓬生長(zhǎng)的影響，以及滴灌和堿蓬生長(zhǎng)協(xié)同作用下鹽堿土改良的效果，為我國(guó)濱海裸露地的快速覆蓋和重鹽堿地的治理奠定了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取天津?yàn)I海新區(qū)由吹填海泥形成的重鹽堿裸露地，取樣坐標(biāo)北緯39°8′26″，東經(jīng)117°47′16″，其地理位置如圖1所示。采集0～20 cm 土層作為試驗(yàn)土壤，土壤經(jīng)晾干粉碎后過(guò)1 mm 篩備用，試驗(yàn)土壤物理性質(zhì)如表1所示。供試種子為黑色鹽地堿蓬（下文中以“堿蓬”代指）種子，選取顆粒飽滿(mǎn)種子若干，放置于4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

表1 土壤取樣地土壤物理性質(zhì)Tab.1 Physical properties of soil samples

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

研究采用盆栽試驗(yàn)進(jìn)行，試驗(yàn)盆截面直徑30 cm，高30 cm，側(cè)邊壁無(wú)孔，底部帶有滲水孔。將篩分后土壤分層裝填至試驗(yàn)盆內(nèi)，裝填共分四層，每層5 cm，每層裝填完成后進(jìn)行振搗壓實(shí)，保證其容重為1.43 g/cm3，裝填完成后上表面鋪設(shè)大顆粒土塊薄層，防止大風(fēng)揚(yáng)塵產(chǎn)生。堿蓬種植于試驗(yàn)盆四分之三扇形區(qū)域，預(yù)留四分之一扇形面積插入滴灌器，種植時(shí)進(jìn)行均勻挖坑點(diǎn)播，每個(gè)坑內(nèi)種植堿蓬10 粒，單盆共計(jì)種植堿蓬種子120粒，其中內(nèi)圈（以滴灌點(diǎn)為圓心、半徑10 cm 的圓為滴灌內(nèi)圈）50粒，外圈（半徑10～15 cm組成的圓環(huán)為滴灌外圈）70粒。滴灌設(shè)備采用簡(jiǎn)易自動(dòng)滴管器。試驗(yàn)共設(shè)置6 組處理，每組3 次重復(fù)，控制變量為所處環(huán)境與滴灌次數(shù)，室外環(huán)境包括大氣降雨，室內(nèi)環(huán)境無(wú)大氣降雨，單次滴灌用水量均為200 mL，滴灌時(shí)間統(tǒng)一為上午9點(diǎn)，室外環(huán)境下，如計(jì)劃滴灌日期遇降雨導(dǎo)致土壤濕潤(rùn)時(shí)取消本次滴灌，并從新開(kāi)始計(jì)算時(shí)間間隔。試驗(yàn)具體處理情況如表2所示。種植與采樣點(diǎn)位平面位置如圖2所示，試驗(yàn)流程如圖3所示。

表2 試驗(yàn)處理情況Tab.2 Test plan

試驗(yàn)開(kāi)展周期為2020年5月18日至2020年9月1日，試驗(yàn)過(guò)程中定期記錄用水量與堿蓬生長(zhǎng)情況，試驗(yàn)期間日降雨量由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)按照逐小時(shí)觀(guān)測(cè)資料加和計(jì)算，試驗(yàn)過(guò)程中堿蓬滴灌用水量與降雨量如圖4所示。9月1日完成植物采集工作，植物采集僅采集地表以上部分，測(cè)量單盆植株數(shù)量、最高株鹽地堿蓬株高以及總濕重量。9月2日完成土樣采集工作，土樣按照每5 cm 一層進(jìn)行采樣，采樣點(diǎn)為內(nèi)圈中心點(diǎn)與距離中心點(diǎn)10 cm 位置。土壤質(zhì)量含水率采用烘干法測(cè)得；土壤含鹽量由電導(dǎo)率法測(cè)得數(shù)據(jù)按照式（1）計(jì)算獲得；土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法由式（2）、（3）計(jì)算獲得［24］。

式中：S為土壤含鹽量，g/kg；EC為土壤電導(dǎo)率，mS/cm。

式中：Wom為有機(jī)質(zhì)含量，g/kg；Wco為有機(jī)碳含量，g/kg；0.800 0為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度，mol/L；5.0 為重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；V0為空白標(biāo)定用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；V為滴定土樣用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；m為烘干土樣質(zhì)量，g；0.003 為1/4 碳原子的摩爾質(zhì)量g/mmoL；1.1 為氧化矯正系數(shù)；1.724 為換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽地堿蓬生長(zhǎng)狀況

2.1.1 鹽地堿蓬存活數(shù)量

統(tǒng)計(jì)各花盆內(nèi)、外圈鹽地堿蓬的生長(zhǎng)數(shù)量，相同處理3次重復(fù)相加求平均值后作出堿蓬生長(zhǎng)數(shù)量變化曲線(xiàn)，如圖5所示。由圖5可以看出不同處理?xiàng)l件下堿蓬存活數(shù)量情況明顯不同，室外環(huán)境下堿蓬最終總存活數(shù)量排序?yàn)镾1＞S2=S3＞CK，S2與S3處理最終堿蓬數(shù)量相等是因?yàn)樵?月27日至8月15日降雨相對(duì)集中導(dǎo)致S3處理外圈堿蓬部分發(fā)芽所致；室外環(huán)境下內(nèi)圈排序?yàn)镾1＞S2＞S3＞CK，說(shuō)明內(nèi)圈堿蓬生長(zhǎng)數(shù)量與滴灌用水量呈現(xiàn)正相關(guān)；外圈排序?yàn)镾1＞S3＞S2=CK，并且S2、S3、CK 在整個(gè)試驗(yàn)期內(nèi)外圈堿蓬生長(zhǎng)數(shù)量最大值為5，說(shuō)明外圈堿蓬受滴灌影響較小，靠大氣降雨維持堿蓬生長(zhǎng)存活，且存活率很低。室內(nèi)環(huán)境下堿蓬存活數(shù)量S4＞S5，S5處理下堿蓬只有6月4日存活數(shù)達(dá)到最高4 個(gè)，在6月11日以后存活數(shù)都為0，表明S5處理下因水分補(bǔ)給不足導(dǎo)致發(fā)芽堿蓬死亡、其余種子難以發(fā)芽，S4處理下堿蓬存活數(shù)量較高，并且全部都在內(nèi)圈。

2.1.2 鹽地堿蓬株高與濕重量

試驗(yàn)結(jié)束后，剪切收集地表以上鹽地堿蓬，測(cè)得每盆堿蓬總濕重量與最高堿蓬的株高，相同處理3次重復(fù)相加求平均值，總濕重量與株高各處理平均值結(jié)果如圖6所示。由圖6可知株高排序?yàn)镾1＞S2＞S3＞CK＞S4＞S5，濕重排序?yàn)镾1＞S2＞S3＞CK＞S4＞S5，株高與濕重排序一致是因?yàn)橹旮咴礁叩奶幚硐聣A蓬整體生長(zhǎng)狀況越好，整體濕重也就越大，在室外環(huán)境下株高與滴灌累積水量成正比，S5因?yàn)閴A蓬最終生長(zhǎng)數(shù)量為零故無(wú)株高與濕重?cái)?shù)據(jù)。對(duì)比堿蓬存活數(shù)量，室外條件下S1、S2、S3、CK堿蓬存活數(shù)量越多其株高與濕重越大，S2與S3處理雖然存活數(shù)量相同，但S2的總濕重量大于S3，其原因?yàn)镾3處理?xiàng)l件下的一些堿蓬為7月27日至8月15日集中降雨導(dǎo)致外圈種子發(fā)芽所致，其堿蓬生長(zhǎng)較小，濕重較小。S3與CK株高與濕重差距不大是因?yàn)镾3處理下滴灌次數(shù)較少、補(bǔ)水量較少。

2.2 土壤水鹽分布特征

2.2.1 土壤水分分布特征

試驗(yàn)結(jié)束后將各處理3組重復(fù)的質(zhì)量含水率測(cè)量值進(jìn)行加和平均得到平均質(zhì)量含水率，平均質(zhì)量含水率曲線(xiàn)如圖7所示，由圖可知，室外環(huán)境下土壤整體含水率排序?yàn)镃K＞S3＞S2＞S1，含水率由表層至底層逐漸升高，同深度中心點(diǎn)含水率與距中心點(diǎn)10 cm 含水率基本相同，其原因?yàn)榇髿饨涤炅窟h(yuǎn)大于滴灌水量，土壤近似均勻淋洗所致，結(jié)合堿蓬生長(zhǎng)情況可以發(fā)現(xiàn)堿蓬生長(zhǎng)越好土壤含水率越低；室內(nèi)環(huán)境下土壤整體含水率S4＞S5，S4處理下表層含水率中心點(diǎn)略高于距離中心10 cm 位置，是因?yàn)樵诘喂鄺l件下表層水分橫向運(yùn)移困難所致。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)S4處理情況下土壤可以持續(xù)保持土壤濕潤(rùn)。而S5處理情況下內(nèi)圈土壤呈現(xiàn)濕潤(rùn)-干燥周期性的變化，在干燥時(shí)土壤結(jié)塊形成一個(gè)類(lèi)似半球的整體，內(nèi)圈植物因含水率較低而死亡，而外圈植物得不到滴灌水分補(bǔ)給難以發(fā)芽。

2.2.2 土壤鹽分分布特征

試驗(yàn)結(jié)束后取中心點(diǎn)與距離中心點(diǎn)10 cm 位置處土壤，每5 cm一層進(jìn)行取樣，測(cè)得土壤含鹽量，將各處理3組重復(fù)的土壤含鹽量測(cè)量值進(jìn)行加和平均得到平均含鹽量，各處理平均土壤含鹽量如圖8所示（圖中-1 表示中心點(diǎn)位置，-2 表示距離中心點(diǎn)10 cm 位置）。由圖8中的右下角小圖可知，在室外降雨環(huán)境下土壤含鹽量均下降到1.5 g/kg 以下，土壤含鹽量隨深度增加而增加，中心點(diǎn)與距離中心點(diǎn)10 cm 位置處土壤含鹽量相差不大，其原因?yàn)榈喂嗨窟h(yuǎn)小于大氣降雨量，其滴灌對(duì)鹽分分布的影響可以忽略。由圖8可知，僅滴灌的S4、S5處理，在滴灌作用下中心點(diǎn)的鹽分都有顯著降低，S5處理因其滴灌水量較少導(dǎo)致10～20 cm 內(nèi)土層內(nèi)含鹽量基本沒(méi)有變化，鹽分更多的是在0～10 cm進(jìn)行遷移，在滴灌處理時(shí)距離中心點(diǎn)10 cm位置0～5 cm土壤含鹽量增加明顯，說(shuō)明在滴灌處理下，隨水分的擴(kuò)散將中心點(diǎn)的鹽分?jǐn)y帶至遠(yuǎn)離中心點(diǎn)的區(qū)域。分析S4、S5含鹽量變化情況，滴灌情況下距離滴灌中心點(diǎn)10 cm 位置含鹽量隨深度呈現(xiàn)先減小后增大的變化規(guī)律。

2.3 土壤pH分布特征

試驗(yàn)結(jié)束后取中心點(diǎn)與距離中心點(diǎn)10 cm 位置處土壤，每5 cm 一層進(jìn)行取樣，測(cè)得土壤pH 值，將各處理3 組重復(fù)的土壤pH 測(cè)量值進(jìn)行加和平均得到平均pH 值，平均pH 值如圖9所示（圖中-1 表示中心點(diǎn)位置，-2 表示距離中心點(diǎn)10 cm 位置）。由圖9可知，所有處理下土壤pH 值相比初始值均有增加，CK、S1、S2、S3處理下土壤pH 值增量遠(yuǎn)大于S4、S5處理，表明較大淋洗水量會(huì)導(dǎo)致土壤pH 值升高。室外環(huán)境降雨淋洗過(guò)后pH 值呈現(xiàn)由表層到底層先增加后減小的變化規(guī)律。

2.4 土壤有機(jī)質(zhì)情況

試驗(yàn)結(jié)束后檢測(cè)0～10 cm 與10～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量，將各處理3組重復(fù)的有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行加和平均得到有機(jī)質(zhì)含量平均值，有機(jī)質(zhì)含量平均值如圖10 所示，由圖可以看出有機(jī)質(zhì)含量10～20 cm 土壤高于0～10 cm 土壤，其原因?yàn)榻涤昱c滴灌過(guò)程中有機(jī)質(zhì)隨水分下滲導(dǎo)致。CK、S1、S2、S3處理下0～20 cm有機(jī)質(zhì)含量均高于初始值，原因?yàn)閴A蓬生長(zhǎng)導(dǎo)致0～20 cm 土壤層有機(jī)質(zhì)含量增加。S4、S5處理下0～10 cm 有機(jī)質(zhì)含量低于初始值，而10～20 cm 有機(jī)質(zhì)含量高于初始值，其原因?yàn)榈喂嘧饔孟?～10 cm 有機(jī)質(zhì)隨水分下滲至10～20 cm 所致。S4處理下0～10 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量低于S5處理，10～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量高于S5處理，其原因?yàn)镾4處理滴灌水量多于S5處理所致，且S4處理堿蓬生長(zhǎng)量很小，所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)不足以彌補(bǔ)淋洗缺失量。

3 討 論

由滴灌過(guò)程記錄可知S1、S2、S3、S4、S5處理的滴灌累積水量分別為2 200、1 200、400、5 800、3 000 mL，結(jié)合鹽地堿蓬生長(zhǎng)過(guò)程可以看出在室外環(huán)境下S1與S2處理下滴灌主要集中在鹽地堿蓬的發(fā)芽期，生長(zhǎng)期S1與S2處理下的滴灌次數(shù)僅為4 次與1次，為生長(zhǎng)期缺水時(shí)補(bǔ)充水分，S3處理下因僅有2次滴灌導(dǎo)致其鹽地堿蓬的株高與總濕重量與CK接近。在室內(nèi)環(huán)境下，S5處理下滴灌水量不能支撐堿蓬發(fā)芽期存活，S4處理下滴灌水量雖然可以支撐內(nèi)圈堿蓬發(fā)芽期生長(zhǎng)，但不能支撐其生長(zhǎng)期堿蓬的快速生長(zhǎng)。

通過(guò)綜合分析鹽地堿蓬生長(zhǎng)狀況、土壤水鹽分布特征、土壤pH 值與土壤有機(jī)質(zhì)情況，可以發(fā)現(xiàn)滴灌次數(shù)越多，堿蓬在試驗(yàn)周期內(nèi)存活的數(shù)量越多、試驗(yàn)完成時(shí)堿蓬濕重量越大，最高株堿蓬株高越高、土壤含水率越低、土壤pH 升高、土壤有機(jī)質(zhì)增加。植物生長(zhǎng)狀況表明適宜的滴灌次數(shù)不僅可以創(chuàng)造堿蓬生長(zhǎng)的微環(huán)境，并且可以提高堿蓬的存活率、堿蓬的株高與濕重量，與邢英英［25］等對(duì)滴灌施肥條件下番茄產(chǎn)量的研究結(jié)果相符。含水率結(jié)果表明堿蓬的生長(zhǎng)可以改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤滲透率，使水分更容易下滲，使土壤持水量下降，與王升［26］等人對(duì)鹽生植物根系作用的研究結(jié)果相符。含鹽量結(jié)果表明在室外環(huán)境下土壤淋洗主要是以大氣降雨為主，滴灌僅在發(fā)芽期創(chuàng)造了堿蓬的適生微環(huán)境，并保證了堿蓬缺水期的水分補(bǔ)給。土壤pH 值結(jié)果表明土壤在淋洗脫鹽過(guò)程中會(huì)發(fā)生堿化現(xiàn)象，這與王艷、殷儀華［27，28］等人對(duì)海鹽土脫鹽過(guò)程研究的結(jié)果相一致，其原因?yàn)楦麟x子遷移能力不同，在淋洗過(guò)程中導(dǎo)致土壤鹽分化學(xué)類(lèi)型由Na-Cl 向HCO3-Ca 轉(zhuǎn)化，Ca2+離子淋失速度優(yōu)先于HCO3-離子，致使鹽堿土淋洗在一定時(shí)期會(huì)出現(xiàn)堿化現(xiàn)象，隨著淋洗量持續(xù)增加土壤脫鹽同時(shí)脫堿［29］。

試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在大氣降雨密集的夏季，自然降雨量在不產(chǎn)生徑流的條件下可以將20 cm 土壤的含鹽量由28.23 g/kg 淋洗至1.5 g/kg 以下。但自然條件下大量降雨形成地表徑流，使土壤含鹽量淋洗效率遠(yuǎn)低于試驗(yàn)結(jié)果，因此建議在重鹽堿裸露地治理時(shí)分塊起田埂以防止產(chǎn)生地表徑流。鹽地堿蓬發(fā)芽的5、6月份由于之前冬、春季節(jié)鹽分向表層的積累使土壤含鹽量升高，如等8、9月份大氣降雨淋洗至鹽地堿蓬可以發(fā)芽的含鹽量時(shí)，其環(huán)境溫度又會(huì)抑制鹽地堿蓬發(fā)芽生長(zhǎng)，因此確定合適的滴灌補(bǔ)水時(shí)期才可保證堿蓬在5、6月份具有適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，并且可以保證其生長(zhǎng)初期的水分補(bǔ)給，與余幫強(qiáng)、陳麗君［30，31］等提出的適宜滴灌補(bǔ)水情況植物生長(zhǎng)情況才能最好的研究結(jié)論相符。

4 結(jié) 論

（1）進(jìn)行濱海重鹽堿裸露地植物覆蓋時(shí)，滴灌可為鹽地堿蓬的發(fā)芽創(chuàng)造適生環(huán)境，前期滴灌保證了鹽地堿蓬發(fā)芽期的正常生長(zhǎng)，雨季來(lái)臨后鹽地堿蓬快速生長(zhǎng)。后期滴灌的補(bǔ)給可以增加鹽地堿蓬生長(zhǎng)的濕重量，但過(guò)多的水分補(bǔ)給會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，株高與總濕重量試驗(yàn)結(jié)果表明S2處理下鹽地堿蓬已經(jīng)具有較高的株高與總濕重量，利用S2的處理?xiàng)l件既可以節(jié)約水資源也可以實(shí)現(xiàn)裸露地的快速覆蓋。

（2）濱海重鹽堿裸露地鹽地堿蓬的種植不僅可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤孔隙率，增加土壤滲透率，提高土壤淋洗效率，還可以增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，使重鹽堿裸露地在自然淋洗與鹽地堿蓬生長(zhǎng)下形成良性循環(huán)，達(dá)到鹽堿地持續(xù)改良的目的。

（3）濱海重鹽堿裸露地土壤淋洗在一定時(shí)期內(nèi)會(huì)導(dǎo)致土壤pH值升高，并且在這一時(shí)期內(nèi)pH升高值與淋洗水量為正相關(guān)。在鹽堿地淋洗過(guò)程中應(yīng)注意土壤pH 值變化情況，避免因淋洗不充分導(dǎo)致土壤堿化時(shí)期的出現(xiàn)?！?/p>