寧虎森,吉小敏,梁繼業(yè),盧筱莉,高明月

（1.新疆林業(yè)科學(xué)院,新疆烏魯木齊 830063；2.塔里木大學(xué),新疆 阿拉爾 843300）

次生鹽漬化的發(fā)生常常是因?yàn)橥馏w中的各種可溶性鹽分隨水而遷移到排水不良或徑流不暢的低洼地聚集,或地下水位過高,長期排水不暢所產(chǎn)生的[1]。而如果土壤中的某些鹽分含量超過一定水平時(shí),就會(huì)對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響,輕則抑制植物正常生長,重則可導(dǎo)致植物的死亡。一般情況下,土壤表層含有0.6%以上的易溶性鹽時(shí)就屬于鹽土的范疇,其中氯化物鹽土的含鹽下限為0.6%,硫酸鹽土的下限為2.0%,氯化物-硫酸鹽土或硫酸鹽-氯化物鹽土為1.0%左右[2]。一些研究實(shí)踐證實(shí),建設(shè)合理的灌溉水設(shè)施和排水設(shè)施,可以在一定程度上達(dá)到對土壤洗鹽和排鹽的作用。但是由于區(qū)域水資源緊張或設(shè)施不健全,常常不能很好地解決鹽漬化的問題。因此,探索其他治理土壤鹽漬化的方法就成為了一項(xiàng)重要的工作,如利用耐鹽作物和植物盡可能使田地經(jīng)常保持一定的覆蓋度,減少表土水分蒸發(fā)；或種植牧草,實(shí)行輪作,由牧草發(fā)達(dá)的根系形成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),減少由下而上的鹽溶液毛管流動(dòng),預(yù)防鹽分在表土聚集,以利于土壤的改良[3]。還有一些研究對不同牧草的耐鹽性進(jìn)行了深入研究,如孟林等對偃麥草屬（Elytrigria）植物種質(zhì)材料苗期耐鹽性綜合評價(jià)研究,為鹽漬化土地改良過程中耐鹽牧草的種質(zhì)資源篩選提供了基礎(chǔ)[4]。新疆南疆地區(qū)氣候干旱少雨,蒸發(fā)強(qiáng)烈,土壤次生鹽漬化較為嚴(yán)重,尤其是在目前耕地開發(fā)面積過大,水資源短缺的情況下。此外為重建和恢復(fù)綠洲的生態(tài)環(huán)境,對過去那些盲目開墾的不合理土地要逐步的退出來進(jìn)行植被恢復(fù),這里面也包括大量的灌溉用地,一旦停止洗鹽,土壤的鹽漬化將大大提高,為了盡快恢復(fù)和利用這些土地資源,必須采取合理的措施,這里面的一項(xiàng)重要工作就是采用生物治理鹽堿的方法,引入耐鹽的草本植物逐步恢復(fù)土壤的結(jié)構(gòu)和功能,以便盡快實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)[5]。目前,灌區(qū)普遍采用的是種稻洗鹽的方法,通過重力水將表層鹽堿淋溶到耕層以下,再通過排渠將鹽堿排出。雖然這種方法可以暫時(shí)解決土地鹽堿過高的問題,但是由于排鹽堿的同時(shí)又產(chǎn)生了地下水位升高,發(fā)生次生鹽堿化的問題,而且較大的單位土地用水量又限制了灌區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,選用生物防治鹽堿化方法來進(jìn)行試驗(yàn),即用抗（耐）鹽的植物在生荒地和鹽堿地上種植,通過植物吸收鹽堿,疏松土壤而達(dá)到改良鹽堿土的目的。本研究正是基于這方面的問題在南疆塔里木河上游典型灌區(qū)進(jìn)行了耐鹽堿牧草試驗(yàn),于2006-2009年引進(jìn)抗（耐）鹽堿的牧草高冰草（Agropyron elongatum）和堿茅（Puccinellia tenui f lora）在沙井子灌區(qū)進(jìn)行試驗(yàn),檢測其改良土壤鹽堿的效果。分析用耐鹽堿牧草恢復(fù)土壤和植被的可行性,以便為探索區(qū)域生態(tài)環(huán)境的綜合治理提供科學(xué)的依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)地設(shè)在新疆沙井子灌區(qū),位于天山南麓,塔里木盆地西北邊緣。系阿克蘇河、葉爾羌河及和田河的沖積三角洲。屬新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)一師所轄,是新中國成立后的重點(diǎn)農(nóng)墾地區(qū)[6]。所開墾的土地大多是鹽漬土,1 m土層含鹽量2%～10%。灌區(qū)排水一部分以干渠排放方式排入洼地,但大部分泄入艾西曼湖后,通過排水渠,流經(jīng)阿瓦提縣,最后進(jìn)入塔里木河。該區(qū)屬暖溫帶大陸性荒漠氣候,光熱資源豐富,但水資源極為短缺,農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)用水全由阿克蘇老大河引入,年均引水量為1.387×109m3,排水共計(jì)2.200×108m3。排水過多不僅造成水資源的浪費(fèi),而且排水進(jìn)入塔里木河會(huì)造成中下游地區(qū)水質(zhì)污染。因此,必須加強(qiáng)排水控制與管理,適度擴(kuò)大人工生態(tài)的方法治理鹽堿,以達(dá)到既降低地下水位、防止土壤鹽漬化,又能維持區(qū)域水鹽平衡。這里是新疆最干旱的地區(qū)之一,也是土壤鹽堿面積最廣泛、最集中的地區(qū)。灌區(qū)6.8×104hm2土地,輕鹽堿化土壤占26.6%,鹽堿化土壤占16.3%,輕鹽土占9.5%,中重鹽堿土和鹽堿土占17%,難利用或不宜農(nóng)用的占30.6%[7]。沙井子灌區(qū)1959年成立后,興修了大量的水利工程,擴(kuò)大了灌溉面積,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也有了很大的發(fā)展。隨著灌溉面積的不斷擴(kuò)大,在不合理的灌、排、耕作下,土壤次生鹽堿化也有所發(fā)展,部分耕地因此而棄耕,而且棄耕面積有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)場地選在沙井子水庫附近的撂荒地上,占地面積1.6 m×103m,取土化驗(yàn)0～100 cm土壤全鹽量為4.1%,挖土壤剖面從地表至3 m以下均為粘土,放水洗鹽3遍,使用鹽堿豐3.75×105mL/hm2,2006年4月 20日取土樣分析含鹽量（表1）。于2006年3月12日進(jìn)行試驗(yàn)地的整地工作,4月29日進(jìn)行播種,同時(shí)測定土壤含水量（表2）。

表1 試驗(yàn)地耐鹽堿牧草種植前土壤含鹽量

表2 播種時(shí)不同土層土壤含水量 %

根據(jù)高冰草、堿茅的栽培要點(diǎn),在試驗(yàn)地施油渣1.75×104kg/hm2,磷肥3.22×103kg/hm2,翻地、切地,翻地20 cm。播種時(shí)高冰草播種深度為2～3 cm,行距18～20 cm,播種方式為條播,播種量為105～120 kg/hm2。堿茅播種深度1～2 cm,條播行距25～30 cm,播種量30～45 kg/hm2,播種覆土0.6～1.0 cm,試驗(yàn)地布設(shè)如圖1。

圖1 試驗(yàn)小區(qū)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地分8個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積200 m2,0601 、0605、0607 種植高冰草 ,0602、0606、0608 種植堿茅,其中0603和0604為對照的撂荒裸地不進(jìn)行牧草種植,各小區(qū)均按常規(guī)灌水處理。同時(shí)試驗(yàn)區(qū)范圍內(nèi)設(shè)置了地下水位觀測井3口,分別設(shè)置在0601、0602樣地和對照0603、0604裸地定期觀測地下水位變化,由于0601和0602間的樣地距離較近,因此取0601和0602地下水位變化的平均值與對照裸地對比分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 出苗由于播種后,5月3日自然降雨,降雨量為35 mm,形成地表積水,造成土壤板結(jié)不滲水,致使5月20日 0605、0606、0607和0608塊地仍無出苗跡象。經(jīng)取土化驗(yàn)測得地表0～20 cm土壤含鹽量由1.914%上升為3.400%,而相比之下0601、0602樣地降雨后未形成明顯的積水和土壤板結(jié)現(xiàn)象。至5月7日,0601、0602塊地最先出苗,5月20日統(tǒng)計(jì)0601塊地出苗率為80%,0602塊地出苗率15%。這種情況說明兩種牧草在出苗期會(huì)受到土壤板結(jié)和高含鹽量的嚴(yán)重抑制。為使其他樣地能夠進(jìn)行正常試驗(yàn),進(jìn)行了灌水洗鹽,土壤鹽分含量控制在1.9%以下,并在6月5日進(jìn)行翻耕補(bǔ)種,至6月9日0605、0606、0607和0608樣地開始出苗。鑒于其他樣地與0601和0602存在生長期的差異,因此在分析過程中主要選用0601和0602樣地。調(diào)查顯示,至6月 24日,0601、0602號地出苗率為:高冰草85%,堿茅 30%。6月 4日取水樣分析得知,0603～0608塊地水樣的平均礦化度為 16.21 g/L,0601、0602號地為9.06 g/L。

2.2 生長期牧草生長狀況對0601、0602號樣地統(tǒng)計(jì),5月7日出苗后,每周定期觀測含水量、地下水位及生長高度。從圖2中可看出,高冰草在出苗至6月10日期間,其生長勢較弱,6月10日-6月24日是一個(gè)高峰期,在7月下旬以后又進(jìn)入另一個(gè)高峰期,說明高冰草對溫度敏感性較強(qiáng),適應(yīng)于高溫干旱氣候。從6月2日、6月20日放水后,高冰草的長勢變化不大,因此,其對水的敏感性不強(qiáng)。為了驗(yàn)證后期灌水與施肥對牧草的影響,于8月26日放水,水量為630 m3/hm2,在高冰草和堿茅試驗(yàn)小區(qū)放水后撒施尿素,用量120 kg/hm2。從生長量來看,冰草生長速度突然加快,表現(xiàn)對尿素的敏感性較強(qiáng)。

堿茅在播種至出苗期生長勢較弱,6月10日-6月17日長勢較強(qiáng),尤其在6月20日放水后,生長速度突然加快,說明其對水的敏感性較強(qiáng),在開花期,即7月1日-7月15日達(dá)到高峰期,開花后生長較緩慢,至 8月19日,幾乎停止生長。在8月26日放水、撒施尿素后,又開始生長,說明堿茅對尿素的敏感性也較強(qiáng)。而且相對來看堿茅生長較高冰草快,6月24日開始開花,7月1日開花達(dá)80%。

圖2 試驗(yàn)期內(nèi)高冰草和堿茅的生長情況

2.3地下水位變化6月2日以后試驗(yàn)地地下水位隨著灌水有所上升,由于6月20日-8月26日期間未進(jìn)行人工灌水處理,對地下水位影響不大（圖3）。因此水位上升主要與水庫洪水期的水位上升導(dǎo)致地下水抬升有關(guān),同時(shí)會(huì)使地下水礦化度局部下降（圖4為3口地下水觀測井平均礦化度變化）。圖3顯示,牧草地在7月8日、7月22日、8月20日左右地下水位有一個(gè)明顯的下降趨勢,而對照裸地地下水位變化趨勢盡管與牧草地相似,但是總體上變幅較小。主要是由于夏季干旱,試驗(yàn)地牧草的強(qiáng)烈蒸騰和生長需水引起的,而裸地形成地表的板結(jié)現(xiàn)象,降低了蒸發(fā)量。由此可知種植牧草可以抑制地下水位過快上升而導(dǎo)致的表土鹽積累,有明顯抑制反鹽的作用。

圖3 試驗(yàn)期內(nèi)牧草地地下水位變化情況

圖4 試驗(yàn)期內(nèi)地下水礦化度變化

6月2日出苗后,0601和0602號地放頭水,補(bǔ)充牧草生長需要,水量450 m3/hm2；6月20日,0601和0602號地放2水,水量900 m3/hm2,同時(shí)對照地采用相同灌水處理。6月24日施肥,樣地內(nèi)施氮、磷、鉀復(fù)合肥料20 kg/hm2（撒施）,6月 2日放水前和8月26日放水前取高冰草（0601）和堿茅（0602）樣地土樣分析平均全鹽量。

圖5顯示,種植牧草后樣地土壤含鹽量明顯的比種植前有所下降,其中0～20 cm下降率最高,為39.79%；其次是20～40 cm,下降36.77%；40～60 cm,下降13.52%。相對而言,對照裸地經(jīng)過苗期灌水排鹽以后雖然有明顯的下降,但至牧草收獲前,土壤的含鹽量上升較快,接近苗期灌水前的水平。可見,種植牧草對0～40 cm耕層土壤的控鹽堿作用比較明顯。

牧草產(chǎn)量測定在8月26日放水前進(jìn)行,采用點(diǎn)片收割,即在長勢、出苗有代表性的區(qū)域收割。統(tǒng)計(jì)堿茅鮮草質(zhì)量1.1×104kg/hm2,高冰草鮮草質(zhì)量1.5×104kg/hm2。

3 討論與結(jié)論

圖5 不同時(shí)期土壤全鹽量變化

試驗(yàn)結(jié)果表明,試驗(yàn)區(qū)是農(nóng)區(qū)典型的地下水位高、地下水礦化度大、土壤質(zhì)地粘重、不透水層厚度大的土壤類型。在種植牧草前,為保證出苗率首先用排水洗鹽的方法降低地表土壤含鹽量是一種較為有效的方法。在土壤鹽分＜1.9%的田塊種植高冰草、堿茅,土壤不經(jīng)洗鹽即可直接播種種植,但為保證出苗率高和整齊,應(yīng)該適當(dāng)灌水降低表層土壤含鹽量,并且注意避免土表積水,產(chǎn)生板結(jié),造成出苗困難。堿茅因種粒特別小,前期出苗較弱,但后期生長較快,播種至開花期為60 d左右,高冰草苗期生長較快,但后期生長勢較弱,所以出苗期和幼苗期加強(qiáng)管理可以提高成活率。

7月進(jìn)入雨季后,田埂上的浮堿淋溶入試驗(yàn)小區(qū)后,田埂兩邊的高冰草和堿茅均有枯萎、發(fā)黃、生長緩慢的現(xiàn)象,說明0～10 cm表層含鹽量對高冰草和堿茅生長均有抑制作用。因此,在播種時(shí)應(yīng)縮減行距和播量,加大高冰草和堿茅草對地面的覆蓋率,可以控制因土壤水分蒸發(fā)而造成的表層積鹽。

從生長中后期來看,施入尿素后,高冰草和堿茅的生長勢有加快的趨勢,所以在這一階段前期放水時(shí)施入少量尿素,以促進(jìn)苗期的生長,可以增加高冰草和堿茅的產(chǎn)量。牧草生長后期土壤0～60 cm含鹽量比播種前有明顯的降低,說明其對土壤鹽堿有較好的抑制作用。

通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),高冰草和堿茅在這種較高鹽堿化的土壤條件下具有較強(qiáng)的耐鹽性,生長期可以有效地抑制土壤反鹽,這與趙清等[8]、徐安凱等[9]、趙蕓晨和秦嘉海[10]對高冰草和堿茅的研究是一致的。本研究還證實(shí),表層土壤全鹽含量達(dá)到3.4%時(shí)嚴(yán)重地抑制兩種牧草的出苗,而在1.9%左右出苗情況影響不大。牧草的產(chǎn)量方面,常根柱等[11]研究認(rèn)為高冰草鮮草總產(chǎn)量達(dá)6.6×104kg/hm2,本研究產(chǎn)量僅為 1.1×104kg/hm2,表現(xiàn)出較低的產(chǎn)量。這主要與試驗(yàn)過程是采用灌區(qū)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行牧草種植有關(guān),試驗(yàn)區(qū)是當(dāng)?shù)佧}堿化較重的代表性區(qū)域,較重的土壤含鹽量,雖然能夠保證牧草種子出苗,但出苗情況受到影響,且幼苗期耐鹽性較差,因此出現(xiàn)部分死亡現(xiàn)象。這與郝志剛等[12]探究的結(jié)論相近,即堿茅種子出苗期適宜的土壤鹽漬度為1.712%左右,臨界鹽漬度為3.100%。苗期以后耐鹽性逐漸提高,可在2.47%～2.79%的土壤鹽漬度下正常生長發(fā)育。成株的耐鹽度高達(dá)4.248%。田間播種堿茅草在0～10 cm土壤含鹽量1.65%以下時(shí),可以正常出苗,鹽分達(dá)到1.85%時(shí),需要加大實(shí)際播量,以便全苗。本試驗(yàn)中土壤含鹽量達(dá)到了1.914%的較高水平,因此影響了出苗和幼苗存活。但是,如果在人工種植管理技術(shù)上加以改進(jìn)可以實(shí)現(xiàn)牧草較高的產(chǎn)量。

總之,采用種植高冰草和堿茅在較重度鹽堿化區(qū)域改良土壤是可行的,這種方法既可以增加土地的植被覆蓋度,改良土壤,降低土壤鹽漬化水平,同時(shí)又能收獲牧草,如果結(jié)合牧草的利用轉(zhuǎn)化技術(shù)和養(yǎng)殖技術(shù),則可以提高撂荒土地的利用效率和當(dāng)?shù)厝罕姷慕?jīng)濟(jì)收入,具有較好的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。

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