壟作和覆膜下鹽堿地水鹽運移和大豆產(chǎn)量的變化

梁新書 張凱 廉曉娟 王艷 薛鑄

摘要：選擇河北省黃驊市中度鹽堿土區(qū)布置夏播大豆［Glycine max （L.） Merr.］田間試驗，共設(shè)平播（對照）、平播覆膜、壟作及壟作覆膜4個處理，研究壟作和覆膜對土壤水鹽運移和大豆產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)平播方式相比，平播覆膜處理對土壤水鹽運移和大豆產(chǎn)量的影響不顯著；壟作處理能顯著改變土壤水鹽分布，特別是大豆生長中后期降雨量開始減少后，壟作定植溝會產(chǎn)生疊加集雨效果，顯著提高大豆生長中期0～20 cm和20～40 cm土壤含水量，減緩作物生長后期向表層返鹽進(jìn)程，有效降低土壤表層鹽分含量，對保障大豆植株生長和產(chǎn)量均有一定的促進(jìn)效果，可增產(chǎn)27.2%；壟作覆膜處理效果與壟作處理類似，覆膜措施影響不顯著。壟作技術(shù)可以作為濱海鹽堿地夏播大豆種植的農(nóng)耕措施。

關(guān)鍵詞：鹽堿地；大豆［Glycine max （L.） Merr.］；壟作；覆膜；水鹽運移；產(chǎn)量

中圖分類號：S343.4；S565.1? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2024）06-0001-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.06.001 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Changes of water and salt transport and soybean yield in saline-alkali soil under ridge cropping and plastic film mulching

LIANG Xin-shu1， ZHANG Kai2， LIAN Xiao-juan1， WANG Yan1， XUE Zhu2

（1. Institute of Agricultural Resources and Environment， Tianjin Academy of Agriculture Sciences， Tianjin? 300192， China；

2. College of Water Conservancy Engineering， Tianjin Agricultural University， Tianjin? 300384， China）

Abstract： The field experiment of summer sowing soybean ［Glycine max （L.） Merr.］ was conducted in the moderate saline-alkali soil area of Huanghua City， Hebei Province. Four treatments， namely flat sowing （control treatment）， flat sowing with plastic film mulching， ridging planting， and ridging planting with plastic film mulching， were set up to study the effects of ridge planting and film mulching on soil water and salt transport and soybean yield. The results showed that compared with the traditional flat sowing， flat sowing with plastic film mulching had no significant effect on soil water and salt transport and soybean yield， while ridge planting could significantly change soil water and salt distribution. When the rainfall began to decrease in the middle and late stages of soybean growth， in ridge planting and planting the furrow would produce the effect of superimposed rainwater harvesting， significantly increase the soil water content of 0～20 cm and 20～40 cm in the middle stages of soybean growth， slowe down the process of returning salt to the surface layer at the late growth stage， effectively reduced the salt content in the surface layer of soil， promote the growth and yield of soybean to a certain extent， and increase the yield by 27.2%. The effect of ridge planting with plastic film mulching was similar to that in ridge planting， and the effect of plastic film mulching was not significant in this experiment. The research showed that ridge planting technology could be used as one of the important agricultural measures for summer soybean planting in coastal saline-alkali soil.

Key words： saline-alkali soil； soybean［Glycine max （L.） Merr.］； ridge cropping； film mulching； water and salt transport； yield

大豆［Glycine max （L.） Merr.］作為人體蛋白質(zhì)和油脂的重要來源，對中國居民營養(yǎng)安全和身體健康十分重要。隨著居民生活水平的不斷提高和膳食營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，大豆需求量將會持續(xù)增加，由于國產(chǎn)大豆供應(yīng)不足，進(jìn)口量逐年攀升，2022年進(jìn)口大豆9 108萬t，已成為全球最大凈進(jìn)口國。面對復(fù)雜多變的全球貿(mào)易形勢，大力發(fā)展大豆產(chǎn)業(yè)對保障糧食安全和提高自給水平具有重要意義［1，2］。鹽堿地作為中國重要的土地后備資源，合理開發(fā)利用其種植大豆是緩解土地資源不足、提高大豆種植面積的重要發(fā)展方向。

針對鹽堿地改良利用方面，目前在水利工程改良、化學(xué)改良劑、農(nóng)業(yè)耕作及生物措施等方面取得了一定成果。通過挖掘深度低于地下水位的明溝或埋設(shè)暗管，與灌排相結(jié)合，均可達(dá)到淋鹽洗鹽的效果［3］。在鹽堿土中施入脫硫石膏、蚯蚓糞、沸石等單一或配施多種改良劑均可以降低土壤pH和含鹽量［4］。韋本輝等［5］的研究發(fā)現(xiàn)，利用超深耕的粉壟耕作技術(shù)可以使土壤鹽分向下遷移而下層鹽分不易上移，保證上層土壤鹽分相對較低，利于作物生長。楊策等［6］的研究指出，濱海重鹽堿地采取生物措施種植鹽地堿蓬，植物的生長能顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，加速土壤水分入滲，促進(jìn)土壤鹽分的淋洗，從而降低土壤含鹽量。但現(xiàn)有改良措施多數(shù)存在費用高、周期長、淡水資源缺乏、不易推廣等方面的局限性［7-10］。鹽堿地開發(fā)利用的關(guān)鍵在掌握土壤水鹽運移規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)調(diào)控?；凇胞}隨水來、鹽隨水去”的一般規(guī)律，充分利用自然降水進(jìn)行淋鹽種植作物相對來說是一種成本較低的措施。為此，本研究在黃淮海夏大豆種植產(chǎn)區(qū)探索鹽堿地雨養(yǎng)種植大豆，立足當(dāng)?shù)厮翖l件，開展壟作和覆膜措施對鹽堿土壤水鹽運移及大豆產(chǎn)量的影響試驗，旨在為濱海鹽堿地大豆產(chǎn)能提升提供科學(xué)建議。

1 材料與方法

1.1 田間試驗條件概況

試驗在河北黃驊友和種植合作社進(jìn)行，土壤類型為鹽堿土。該地屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，鹽堿地分布廣泛。供試大豆品種為冀豆12，為中早熟品種，抗倒伏和綜合抗病能力較強(qiáng)，抗旱、耐澇，有一定的耐鹽堿能力。供試土壤基本理化性質(zhì)為堿解氮52.81 mg/kg、有效磷18.00 mg/kg、速效鉀141.5 mg/kg、有機(jī)質(zhì)9.74 g/kg、pH 8.59、含鹽量3.02 g/kg。

1.2 試驗處理

試驗設(shè)4個處理：①平播對照（CK），按當(dāng)?shù)仄讲シ绞椒N植大豆，種植密度行距40 cm、株距9 cm；②平播覆膜處理（F），按對照處理方式播種，種植行內(nèi)隔1行平鋪覆膜于行間，膜上零散覆土用以加固；③壟作處理（R），起壟寬40 cm、高15 cm，壟間種植溝40 cm，在種植溝內(nèi)按對照株行距播種；④壟作覆膜處理（RF），按起壟處理一樣整地，在此基礎(chǔ)上壟上覆膜。每個處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列，共計12個小區(qū)，試驗每個重復(fù)每個小區(qū)面積43.2 m2。

試驗于2022年6月21日播種，2019年10月15日收獲。復(fù)合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶30∶8）按150 kg/hm2施用量作為底肥均勻撒施，機(jī)械深耕，將肥料翻入土內(nèi)，深度30～40 cm；結(jié)莢期按150 kg/hm2用量追施復(fù)合肥，氮、磷、鉀比例與底肥一致。

1.3 測定項目及方法

分別于大豆生長前期（8月1日）、中期（9月6日）和拉秧期（10月15日）于種植行內(nèi)取土樣，分0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三層，采用烘干法測定土壤含水量，采用重量法測定土壤含鹽量。大豆成熟時，每小區(qū)量1 m2的樣方，調(diào)查株數(shù)、單株結(jié)莢數(shù)、百粒重和產(chǎn)量，株數(shù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)折算成每公頃株數(shù)和產(chǎn)量。

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2010和SPSS 17.0軟件，采用Tukey檢驗進(jìn)行多重比較。為了進(jìn)一步分析壟作和覆膜對大豆生長的影響，針對大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行了壟作、覆膜及壟作×覆膜雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟作和覆膜對大豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

從表1可以得出，CK大豆產(chǎn)量最低，其他處理較CK增產(chǎn)4.1%～31.6%，F(xiàn)與CK差異不顯著，R、RF與CK差異顯著（P<0.05），進(jìn)一步通過雙因素分析得出，壟作影響顯著（P<0.01），覆膜和壟作×覆膜影響不顯著。通過產(chǎn)量構(gòu)成因素株數(shù)、單株結(jié)莢數(shù)和百粒重可以看出，株數(shù)和百粒重處理間顯著（P<0.05），其中RF百粒重與CK、F差異顯著，R、RF株數(shù)與CK差異顯著；雙因素分析得出，壟作影響顯著（P<0.01），覆膜和壟作×覆膜影響不顯著，結(jié)果與產(chǎn)量數(shù)據(jù)類似；不同處理對單株結(jié)莢數(shù)影響不顯著。由此看來，不同處理增產(chǎn)主要是由于壟作通過影響株數(shù)和百粒重所致。

2.2 壟作和覆膜對土壤水分運移的影響

試驗期間降雨總量547.3 mm，從圖1可以看出，降雨在整個大豆生長期分布不均，前多后少，6月21日至8月1日降雨301.9 mm，8月2日至9月6日降雨197.2 mm，9月6日至10月15日降雨48.2 mm。從圖2可以看出，CK土壤含水量大豆生長前期較高，后期較低。與CK相比，F(xiàn)的土壤含水量變化差異不顯著。R和RF的土壤含水量變化基本一致，且在大豆生長前期（8月1日）0～20 cm、20～40 cm及40～60 cm土壤含水量均與CK無顯著差異；在大豆生長中期（9月6日），2個處理0～20 cm及20～40 cm土壤含水量顯著高于CK，40～60 cm土層土壤含水量無顯著差異；在大豆拉秧期（10月15日），2個處理0～20 cm土壤含水量與CK無顯著差異，20～40 cm及40～60 cm土壤含水量顯著高于CK。上述結(jié)果表明，在大豆中后期降雨相對較少時，壟作措施使種植溝具有一定的疊加集雨效果 ，當(dāng)傳統(tǒng)平播方式下大豆開始逐漸消耗40～60 cm較深土層中的水分時，壟作處理還能保障20～40 cm土壤水分供應(yīng)。

2.3 壟作和覆膜對土壤鹽分運移的影響

從圖3可以看出，CK經(jīng)過301.9 mm的降雨淋鹽過程，大豆生長前期（8月1日）的土壤含鹽量降到1.47 g/kg，隨著雨季的結(jié)束，大豆拉秧期（10月15日）土壤含鹽量上升到2.13 g/kg。與CK相比，F(xiàn)的土壤含鹽量無顯著差異；R和RF的土壤含鹽量變化基本一致，與CK相比，R和RF在大豆拉秧期（10月15日）0～20 cm及40～60 cm土層土壤含鹽量顯著降低，在大豆生長前期和中期各土層土壤含鹽量均無顯著差異。上述結(jié)果表明，在降雨較多時，各處理土壤含鹽量差異不顯著，當(dāng)雨季過后降雨量減少時，壟作處理具有一定種植溝集雨效果，能減緩?fù)寥婪蝶}進(jìn)程，顯著降低根層土壤含鹽量。

3 討論

鹽堿土的形成主要受氣候、地形等自然因素和灌排措施、農(nóng)業(yè)耕作等人為因素的綜合影響。在干旱半干旱地區(qū)，降水和蒸發(fā)顯著影響土壤水鹽運移，特別是年內(nèi)降水分布不均會導(dǎo)致土壤水鹽具有明顯的動態(tài)規(guī)律。雨季時，降水量大于蒸發(fā)量，土壤淋溶洗鹽作用較強(qiáng)，表層鹽分會向下運移；旱季時，降水量小于蒸發(fā)量，土壤深層鹽分會在毛細(xì)管作用下向表層運移［11，12］。本試驗在遵循此規(guī)律的基礎(chǔ)上，設(shè)置壟作處理，試圖利用微地形的改變在降雨時通過壟溝集雨量疊加增強(qiáng)淋溶作用，另設(shè)置覆膜處理，假設(shè)其能減緩蒸發(fā)返鹽過程，從而有效降低土壤表層鹽分。從試驗結(jié)果來看，當(dāng)雨季過后降雨量減少時，壟作處理種植溝內(nèi)表層降鹽效果明顯，主要是由于壟溝內(nèi)單位土壤面積內(nèi)獲得的降雨量增加、淋溶洗鹽作用加強(qiáng)導(dǎo)致的。這部分結(jié)果的機(jī)理與西北旱區(qū)應(yīng)用的全膜覆蓋壟溝播技術(shù)有一定的相似之處［13-15］，但不同的是，濱海鹽堿地在進(jìn)入夏汛期降雨量過大時，壟作表層降鹽效果不理想，主要是降雨量大時鹽堿地入滲慢，易造成澇害，一般會選擇排水措施減少積水，相當(dāng)于壟溝淋溶降鹽的時間與傳統(tǒng)平播方式基本一致，導(dǎo)致處理間差異不顯著。本試驗中，覆膜處理對土壤水鹽運移影響不顯著，一方面可能是在大田生產(chǎn)中白色薄膜由于夏季大風(fēng)、雜草生長等原因容易產(chǎn)生破損，導(dǎo)致保墑能力降低；另一方面當(dāng)大豆植株生長到葉片能遮蓋住過道時，也具有一定的降低土壤蒸發(fā)的能力，從而減弱了覆膜的效果。

農(nóng)業(yè)措施通過改變鹽堿土水鹽運移與分布最終影響作物的生長發(fā)育。本試驗表明，壟作可通過種植溝的集雨疊加作用增加土壤淋溶作用和保墑能力，當(dāng)傳統(tǒng)平播方式下大豆開始消耗深層土壤水分時，壟作還能保障耕層土壤較高的水分含量，較強(qiáng)的淋溶和保墑能力也促進(jìn)了壓鹽進(jìn)程、減緩了返鹽過程，能一定程度降低土壤含鹽量，良好的水鹽狀況有利于大豆出苗生長及子粒的形成，最終使得大豆增產(chǎn)。大田試驗環(huán)境復(fù)雜多變，存在諸多不確定性，特別是降雨量在大豆整個生育期內(nèi)的分布狀況決定了作物的生長發(fā)育［16，17］。本試驗中，相較于以往年份，雨季有所提前，前期雨水較多，有利于鹽堿地洗鹽，促進(jìn)作物生長。如果前期降水少，淋鹽效果不理想，可能導(dǎo)致整體出苗不好，即便后期降水也很難彌補(bǔ)缺苗對產(chǎn)量的影響。因此，為了應(yīng)對氣候和降雨的多變性，壟作處理如何配套其他鹽堿地改良措施來確保大豆產(chǎn)能提升還需要進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)

在濱海地區(qū)中度鹽堿地上，采用壟作雨養(yǎng)模式種植夏播大豆，通過微地形的改變，相比傳統(tǒng)平播方式，通過定植溝內(nèi)集雨富集，優(yōu)化了土壤水鹽運移分布，促進(jìn)了大豆植株的出苗和產(chǎn)量的形成，可增產(chǎn)27.2%；覆膜措施在本試驗中效果不顯著。

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