李曉彬，康躍虎,2

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濱海重度鹽堿地微咸水滴灌水鹽調(diào)控及月季根系生長響應(yīng)研究

李曉彬1，康躍虎1,2

（1. 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 陸地水循環(huán)及地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2. 中國科學(xué)院大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049）

濱海鹽堿地是濱海地區(qū)重要的土地資源，隨著濱海地區(qū)城鎮(zhèn)化進(jìn)程及生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展，迫切需要低成本、快速、可持續(xù)的濱海鹽堿地原土植被構(gòu)建技術(shù)。針對濱海鹽堿地原土建植與咸水/微咸水資源的利用，該研究以月季（）為例，采用微咸水滴灌技術(shù)進(jìn)行濱海鹽堿地水鹽調(diào)控植被構(gòu)建。試驗(yàn)在渤海灣曹妃甸區(qū)吹沙造田形成的典型沙質(zhì)濱海鹽漬土上進(jìn)行，設(shè)計(jì)了灌溉水電導(dǎo)率（ECiw）為0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5個處理，研究滴灌水鹽調(diào)控對土壤鹽分淋洗及月季根系生長和分布特征的影響。結(jié)果表明：在渤海灣濱海地區(qū)氣候條件下，先進(jìn)行淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗灌溉，隨后采用<7.8 dS/m的微咸水滴灌，0～100 cm土層土壤鹽分得到了有效的淋洗，尤其是根層0～40 cm土壤鹽分經(jīng)過一個月左右，由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m，一個低鹽適生的土壤環(huán)境得到快速營造；隨著ECiw的增加，0～40 cm土層土壤最終趨于穩(wěn)定的鹽分呈增加趨勢，土壤脫鹽過程可以被logistic方程描述，脫鹽過程可劃分為快速脫鹽、緩慢脫鹽和鹽分趨于穩(wěn)定3個階段；94%以上的月季根系主要分布在0～20 cm的表層土壤中，隨著ECiw的增加，根系生物量顯著降低，根系受鹽分脅迫生理干旱影響向土壤深處生長以擴(kuò)大水分空間。研究認(rèn)為，采用短期淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗淡水滴灌、隨后進(jìn)行微咸水滴灌的方法，可以實(shí)現(xiàn)土壤鹽分的快速淋洗并維持在較低水平，但受鹽分對根系生長的影響會作用于植物地上部分生長及植物存活，因此需要結(jié)合植物耐鹽性及生產(chǎn)目標(biāo)（產(chǎn)量、景觀）確定適宜灌溉水礦化度閾值。

灌溉；鹽分；濱海鹽漬土；微咸水；鹽分淋洗；土壤基質(zhì)勢；根系

0 引 言

濱海鹽漬土是鹽漬土類型之一，廣泛分布在中國北起遼東半島經(jīng)渤海灣、黃海、東海、臺灣海峽、南海、海南島等濱海地區(qū)，濱海鹽漬土約占中國鹽漬土面積的7%左右，是沿海地區(qū)擴(kuò)大耕地面積的重要土地資源。濱海鹽漬土不僅土壤表層積鹽重，而且心底土鹽分含量也很高，土壤鹽分組成與海水一致，氯化鈉鹽占絕對優(yōu)勢，土壤鈉吸附比很高，土壤水分飽和后，土壤顆粒膨脹、孔隙關(guān)閉、土壤板結(jié)，土壤滲透性降低，通氣不良[1-4]。加上濱海地區(qū)地下水埋深淺，且淺層地下水為咸水/微咸水，淡水資源緊缺，因此，濱海鹽堿地的農(nóng)業(yè)開發(fā)利用與植被建設(shè)一直是一個難題。經(jīng)過灌溉淋鹽與排水、土壤物理和化學(xué)改良、耐鹽植物種植等措施，一部分的中輕度濱海鹽堿地已經(jīng)得到治理。但由于地形地勢不利于排水、土壤質(zhì)地粘重且鈉吸附比很高無法采用傳統(tǒng)地面灌溉淋鹽、淡水資源緊缺等原因，尚有大面積的尤其是重度濱海鹽堿地?zé)o法直接利用。

隨著中國對沿海地區(qū)進(jìn)一步開發(fā)，濱海新區(qū)的規(guī)劃與新建進(jìn)入快速發(fā)展階段，而這些新區(qū)土地大多以尚未開發(fā)利用的鹽堿地為主，伴隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)與人口增加，對濱海鹽堿地植被景觀建設(shè)提出了迫切需求[4-5]。由于濱海鹽漬土以及濱海自然條件特點(diǎn)，目前濱海鹽堿地綠化主要是采用人工客土方法，同時(shí)選用一些比較耐鹽的苗木品種[6]。然而這種方法成本高，考慮到成本問題營造的客土土層比較薄，造成植物水分、養(yǎng)分空間小且極易受鹽分脅迫，樹木生長慢，多為小老頭樹，更重要的是客土的土壤資源來源有限，難以滿足大面積的鹽堿地景觀綠化工程的需要，因此，濱海鹽堿地原土植被景觀建設(shè)技術(shù)成為迫切需要研究的內(nèi)容。

灌溉淋鹽與排水相結(jié)合的方法，是國內(nèi)外使用歷史最長、應(yīng)用范圍最廣泛的鹽堿地治理開發(fā)技術(shù)。隨著現(xiàn)代灌溉技術(shù)的發(fā)展，滴灌技術(shù)因其小流量、長時(shí)間、高頻率的灌溉特點(diǎn)和顯著的鹽分淋洗效果，被逐漸應(yīng)用于鹽堿地治理中[7-10]。通過選擇適宜的灌水器流量、灌水器間距等參數(shù)，滴灌條件下的土壤水分以非飽和運(yùn)動為主，一方面對土壤結(jié)構(gòu)影響小，另一方面通過高頻灌溉可以維持較高的土壤總水勢彌補(bǔ)因鹽分存在而降低的滲透勢，有利于植物根系吸水[11-12]。相關(guān)研究表明，鹽堿地滴灌水鹽調(diào)控多年后，作物根區(qū)土壤環(huán)境隨著種植年限增加逐年改善，有利于作物生長，兩到三年后可達(dá)到高產(chǎn)田水平[13-18]?？紤]到濱海地區(qū)淡水資源緊缺但有著豐富的咸水/微咸水資源，利用咸水/微咸水進(jìn)行灌溉淋鹽將是濱海地區(qū)鹽堿地原土造林的一個重要方向。已有研究表明，滴灌也是利用咸水/微咸水的最有效的灌溉方式[19-20]，國內(nèi)外采用咸水/微咸水滴灌已被應(yīng)用到西紅柿、茄子、黃瓜、枸杞、椰棗、檸檬等農(nóng)作物和果樹栽培上，且適宜的灌溉水礦化度閾值也已通過試驗(yàn)獲得。合理的微咸水灌溉制度下不僅土壤鹽分可以維持平衡，而且可以顯著改善品質(zhì)且不會造成產(chǎn)量的降低[21-27]。微咸水灌溉的同時(shí)向土壤中帶入了鹽分，為了防止鹽分在土壤中累積，通常需要一定的水量進(jìn)行鹽分淋洗，但過多的淋洗水量則會產(chǎn)生大量的深層滲漏，造成地下水位上升和土壤次生鹽漬化，并會造成高鹽排水對環(huán)境的影響[28]。目前常用的確定灌水定額的方法是利用淋洗比（leaching requirement，LR）計(jì)算獲得，但由于作物耐鹽性受土壤質(zhì)地、耕作方式、農(nóng)藝措施、灌溉方式、作物品種、氣候等多因素綜合影響，所以同一作物的LR試驗(yàn)數(shù)值表現(xiàn)出差異性?？弟S虎研究發(fā)現(xiàn)通過監(jiān)測滴頭正下方20cm深的土壤基質(zhì)勢，能很好的控制作物根系分布層的水分狀況，并將這一灌溉方法應(yīng)用到微咸水滴灌中[29]，通過控制滴頭正下方20cm深度處土壤基質(zhì)勢維持在較高的水平，每次灌溉相同的水量，一是可以彌補(bǔ)因鹽分存在造成的滲透勢的降低，二是在土壤垂直剖面產(chǎn)生向下的一個水勢梯度，在水勢梯度作用下的土壤水分運(yùn)動不斷淋洗鹽分。

近年來，Sun等[30]、Chen等[31]采用控制滴頭正下方20 cm深度處土壤基質(zhì)勢閾值指導(dǎo)灌溉的方法，分別在天津靜海和唐山曹妃甸進(jìn)行鹽分淋洗原土植被構(gòu)建的試驗(yàn)，結(jié)果表明，通過淡水滴灌灌溉在淋鹽初期控制滴頭正下方20 cm深度處較高的土壤基質(zhì)勢（?5～?10 kPa），可以維持一個向下的土壤水勢梯度，促進(jìn)鹽分淋洗，并彌補(bǔ)因鹽分存在而降低的土壤滲透勢，在根層維持較高的土壤總水勢，1年以后0～90 cm土壤可由重度鹽漬土變?yōu)橹休p度鹽漬土，篩選出的植物成活率可達(dá)到85%以上。然而利用咸水/微咸水滴灌進(jìn)行鹽堿地景觀綠化植物栽植的研究則少有報(bào)道，且在土壤鹽分和灌溉水鹽分雙重影響下，土壤的脫鹽過程和植物生長響應(yīng)需要深入研究，以期獲得濱海鹽堿地咸水/微咸水滴灌的苗木栽植技術(shù)。

月季（）是一種鹽分敏感性植物，且是景觀綠化常用的一種花卉植物，本文針對濱海鹽堿地咸水/微咸水滴灌植被構(gòu)建技術(shù)的需要，以月季為例，通過設(shè)置5個灌溉水礦化度處理，研究濱海鹽堿地微咸水滴灌土壤脫鹽過程及月季根系生長響應(yīng)，以期為微咸水滴灌水鹽調(diào)控鹽堿地原土植被建設(shè)提供理論依據(jù)和參考。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于河北省唐山市曹妃甸新區(qū)，瀕臨渤海灣，地處灤河下游，東部與樂亭縣接壤，北部與灤南縣相鄰，南部為渤海灣。試驗(yàn)在中科院地理資源所曹妃甸工業(yè)區(qū)濱海鹽堿地試驗(yàn)基地（39°03′ N，118°48′ E，海拔1.8 m）進(jìn)行，研究區(qū)具有明顯的暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，多年平均降水量554.9 mm，最大年降水量934.4 mm，最小降水量318.1 mm。降水多集中在夏季，6－9月份的降水量約占全年降水總量的74%。多年平均蒸發(fā)量1 677.0 mm，冬春季多風(fēng)，寒冷干燥。

該基地土壤為吹沙造田形成，試驗(yàn)區(qū)土壤主要理化性質(zhì)如表1所示，土壤類型為沙壤土，未經(jīng)擾動的土壤原始容重為1.7～1.85 g/cm3左右，經(jīng)過開挖原土鋪設(shè)礫石隔離層，然后將原土回填并旋耕表層（土壤中含有牡蠣），擾動處理過后的土壤容重降低為1.3～1.7 g/cm3左右。0～100 cm 整個土層的鹽分（土壤飽和泥漿提取液電導(dǎo)率，ECe）均大于25 dS/m，均值27.47dS/m，SAR均大于47(mmol/L)0.5，均值52.66(mmol/L)0.5，pH值在7.8～8.1之間，均值7.94，試驗(yàn)區(qū)土壤屬于極重度鹽漬土。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤特性

試驗(yàn)期間（3月－11月）2012－2014年的降雨量特征如表2和圖1所示，2012－2014年試驗(yàn)期間降雨量分別為895.2、514.9和415.6 mm，呈逐年降低趨勢，參考研究區(qū)多年平均降雨量為554.9 mm，表明試驗(yàn)經(jīng)歷了相對多雨、等量和少雨3種降雨特征年。5月29日－11月30日降雨量3年分別為895.2、458.9和371.5 mm，降雨頻率分別為4.43、5.64和8.07天/次，呈逐年增加趨勢。2012－2014年7月到9月的降雨量分別為530.0、384.9和275.2 mm，分別占3-11月總降雨量的69.9%、81.2%和61.2%。

表2 試驗(yàn)期間的降雨量特征

圖1 試驗(yàn)期間的降雨量特征

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以鹽分敏感性月季（）為研究對象，于2012年6月進(jìn)行栽植。試驗(yàn)小區(qū)布置及土壤處理如圖2所示，栽植前先對土壤進(jìn)行處理，首先將鹽漬土深翻100 cm，然后在底部鋪設(shè)厚度為15 cm、粒徑4～7 cm 的礫石，礫石上鋪設(shè)厚度為5 cm、粒徑為0.2～0.4 cm的沙子，在礫石隔離層的傾斜末端放置PVC管用于排除礫石層以上土壤淋洗出的鹽分。隨后將原土回填，整平旋耕表層。試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個灌溉水電導(dǎo)率（ECiw）的處理，每個處理3個重復(fù)，每個重復(fù)小區(qū)規(guī)格為4.0 m×4.0 m，月季栽植株距0.5 m，行距0.6 m，每個小區(qū)栽植56株月季。栽植的月季選用營養(yǎng)缽扦插的均質(zhì)苗，栽植時(shí)開挖直徑15 cm左右的苗穴，苗穴里填入非鹽漬土。

不同灌溉水電導(dǎo)率處理的灌溉水離子組成如表3所示，試驗(yàn)設(shè)計(jì)灌溉水電導(dǎo)率分別為0.8（K1）、3.1（K2）、4.7（K3）、6.3（K4）和7.8（K5）dS/m共計(jì)5個處理，K1屬于淡水，K2-K5屬于微咸水。灌溉水由試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的深層地下水（EC=0.4～1.2 dS/m）和淺層地下水（EC=13.8～22.4 dS/m）配置而成，由于試驗(yàn)區(qū)與周邊較為封閉，水質(zhì)變化比較穩(wěn)定。表3顯示隨著ECiw的增加，Na離子濃度和SAR（sodium adsorption ratio）呈增加趨勢，pH值由8.92降低為8.50。

圖2 試驗(yàn)小區(qū)布置圖

表3 灌溉水離子特征

1.3 灌溉與農(nóng)藝管理

灌溉采用重力滴灌形式（圖2），每個處理布設(shè)一套獨(dú)立的重力滴灌系統(tǒng)，由容量2 000 L的微咸水儲水桶、容量200 L的重力滴灌桶和灌溉管道及滴灌帶組成，滴頭間距為20 cm，滴頭流量為2.7 L/h（0.1 MPa），重力滴灌桶放置在距離地面0.8 m高的土臺上，該高度下滴頭流量約為0.7 L/h。

月季栽植后即開始統(tǒng)一灌溉淡水，灌溉期間如果地面形成較大的明水，則停止灌溉，明水消失后繼續(xù)進(jìn)行灌溉，在短時(shí)間內(nèi)通過鹽分強(qiáng)化淋洗將土壤鹽分快速淋洗到表層10 cm以下，防止栽植初期遭遇大雨時(shí)地表徑流將表層鹽分帶入樹穴中影響苗木生長。灌溉期間利用原位電導(dǎo)儀隨機(jī)選點(diǎn)進(jìn)行鹽分監(jiān)測，當(dāng)表層土壤鹽分均低于4 dS/m，則進(jìn)入正常水鹽調(diào)控階段，此階段在每個處理的第二個小區(qū)中間區(qū)域選擇一滴頭，在其正下方20 cm深度處埋設(shè)負(fù)壓計(jì)（圖2），先按照控制土壤基質(zhì)勢為低于?5 kPa時(shí)進(jìn)行統(tǒng)一淡水灌溉緩苗處理階段，25 d的緩苗期過后開始微咸水灌溉處理，2012年控制土壤基質(zhì)勢不低于?5 kPa進(jìn)行灌溉，考慮到土壤鹽分隨時(shí)間的降低以及為使月季根系向深層生長以擴(kuò)大水分養(yǎng)分空間進(jìn)而有效利于雨水，2013－2014年土壤基質(zhì)勢控制分別不低于?10和?15 kPa進(jìn)行灌溉。根據(jù)Sun等[30]和Chen等[31]在濱海地區(qū)的研究結(jié)果，本研究確定每次灌溉水量為6 mm（考慮到土壤持水性和植物耗水量）。鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗階段的滴灌帶間距布置為30 cm，試驗(yàn)處理開始后滴灌帶間距調(diào)整為60 cm，即每行月季1條滴灌帶。每年11月，對所有處理均進(jìn)行淡水冬灌，2012－2013年冬灌灌水量為24 mm，其后冬灌灌水量18 mm，每年4月，對所有處理均進(jìn)行淡水春灌，2012－2013年灌水量24 mm，其后春灌灌水量18 mm。

正常水鹽調(diào)控階段灌溉時(shí)同時(shí)施肥，按照每年尿素、工業(yè)用磷酸和磷酸二氫鉀的用量分別為73、60和59 kg/ha的量施肥灌溉，處理間的施肥量設(shè)計(jì)相同，灌溉時(shí)將肥料溶解到重力滴灌桶內(nèi)進(jìn)行施肥灌溉。每年12月將試驗(yàn)區(qū)月季修剪到統(tǒng)一高度（離地面15 cm左右），在試驗(yàn)的第一個冬天進(jìn)行防護(hù)。其他如除草、殺蟲按照月季正常綠化防護(hù)處理。

1.4 觀測指標(biāo)與方法

1）降雨。試驗(yàn)基地于2012年5月安裝1套標(biāo)準(zhǔn)雨量筒測定降雨量。

2）土壤基質(zhì)勢。每天上午8：00和下午17：00觀測負(fù)壓計(jì)讀數(shù)，超過設(shè)定的閾值則進(jìn)行灌溉。

3）土壤容重。土壤處理完后，在試驗(yàn)區(qū)選擇3個點(diǎn)，按照0～40 cm每間隔10 cm和40～100 cm每間隔20 cm取樣測定容重。

4）土壤化學(xué)指標(biāo)。試驗(yàn)開始前和開始后定期每個小區(qū)內(nèi)用土鉆取樣，取樣為水平距離滴頭0、10、20、30 cm和垂直深度為0～10、>10～20、>20～30、>30～40、>40～60、>60～80、>80～100 cm的一個剖面。土樣風(fēng)干后碾磨過篩，制作成土壤飽和泥漿，然后用DT5-1離心機(jī)（北京時(shí)代北利離心機(jī)有限公司）離心獲得飽和泥漿提取液，用 DDS-11A電導(dǎo)率儀測定飽和泥漿提取液的電導(dǎo)率（ECe），用PHS-3C酸度計(jì)測定pH，用ICP-OES電感耦合等離子體光譜儀測定水樣中的Na+、K+、Ca2+、Mg2+、SO42-，然后計(jì)算SAR值。

5）植物指標(biāo)。2013年10月，在每個小區(qū)選擇兩株具有代表性的月季，以月季植株為中心形成一個邊長30 cm的正方形，每10 cm一層取土至50 cm處，然后洗根測定根的干質(zhì)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)據(jù)處理

1）土壤脫鹽過程描述方程

()=/(1+exp(?(?))) （1）

式中為方程曲線的折點(diǎn)，為方程曲線的最大值，為方程曲線的陡度。

2）根系分布系數(shù)（），表征植物根系生長特征。計(jì)算公式如下

=1?β（2）

式中為從地表向下根系的累計(jì)百分率，%；為土層深度，cm。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行處理，用OriginPro 8.0軟件作圖。土壤鹽分在分析數(shù)據(jù)時(shí)采用水平加權(quán)平均值法，加權(quán)平均值＝Σ（樣品含量×水平距離/整個水平范圍）。文中平均值均指加權(quán)平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 灌水量

月季試驗(yàn)期間灌溉情況如表4所示。月季栽植后即進(jìn)行鹽分強(qiáng)化淋洗，當(dāng)表層0～10 cm土壤鹽分低于4 dS/m后，開始25 d的緩苗灌溉階段，從鹽分強(qiáng)化淋洗到緩苗灌溉階段的總灌水量為138 mm。緩苗過后開始微咸水灌溉，2012－2014年試驗(yàn)期灌溉天數(shù)分別為133、217和218 d，5個處理的灌水量分別為198～228、222～288和180～264 mm，灌溉頻率分別為3.5～4.0、4.5～5.9和5.0～7.3天/次，6月－11月灌水量分別為198～228、132～168和102～138 mm。

表4 2012－2014年試驗(yàn)期內(nèi)灌溉情況

可以看出，灌溉水量呈逐年降低趨勢，灌溉頻率呈逐年增加趨勢，這主要是由2012－2014年土壤基質(zhì)勢控制閾值分別為?5、?10和?15 kPa呈逐年降低造成的。灌水量隨著ECiw增加呈降低趨勢，灌溉頻率隨著ECiw增加呈增加趨勢，這可以歸結(jié)于兩個方面的原因，一是隨著ECiw增加，月季植株長勢顯著減小，植物耗水減少，二是隨著ECiw增加，灌溉后土壤水滲透勢降低，土壤水勢降低，植物根系吸水能力降低，根系吸水的減少會減弱土壤基質(zhì)勢的變化，使得負(fù)壓計(jì)讀數(shù)相比低ECiw處理達(dá)到灌溉閾值的時(shí)間更長，因而灌溉量降低。

2.2 土壤鹽分變化

栽植月季之前，土壤0～40和0～100 cm剖面上的初始鹽分ECe值分別高達(dá)28.33 dS/m和27.13 dS/m（表1和圖3、4），且在整個剖面上鹽分分布較為均勻。經(jīng)過2012－2014年的滴灌水鹽調(diào)控和降雨的鹽分淋洗，各個處理的土壤鹽分均顯著降低，鹽分呈現(xiàn)隨土層深度增加而增大的向下淋洗趨勢。2014年11月，0～100 cm土層的鹽分均小于8 dS/m（圖3）。

如圖4所示，經(jīng)過鹽分強(qiáng)化淋洗和月季緩苗灌溉接近1個月的時(shí)間，2012年7月K1-K5處理0～40和0～100 cm土壤剖面的ECe平均值分別為8.67和14.69 dS/m，與初始值相比，分別降低了69.41%和46.69%，土層整個剖面尤其是0～40 cm表層的鹽分顯著降低。2012年10月，K1-K5處理0～40和0～100 cm剖面的ECe平均值分別為3.17和7.25 dS/m，與初始值相比，分別降低了88.81%和73.27%。隨后鹽分淋洗過程中，表層0～40 cm的鹽分趨于穩(wěn)定，0～100 cm的鹽分仍在降低，至2013年11月后趨于穩(wěn)定。

圖3 月季種植前與2014.11灌溉結(jié)束后土壤鹽分分布剖面圖

圖4 各處理不同取樣時(shí)間0～40 cm和0～100 cm土層電導(dǎo)率ECe變化

如圖4所示，2012年10月以后，K1-K4處理0～40 cm土壤ECe平均值均小于4 dS/m，K5處理則小于5 dS/m。K1-K4處理0～100 cm土壤ECe均值均小于6 dS/m，K5處理則小于7 dS/m。2014年11月，K1-K5的0～40 cm剖面的ECe均值分別為3.14、2.30、3.37、3.12和4.32 dS/m，0～100 cm土壤剖面對應(yīng)的值分別為5.05、3.97、4.93、4.09和5.49 dS/m。在整個淋鹽過程中，表層0～40 cm土層鹽分表現(xiàn)出隨著ECiw的增加而增大的趨勢，但0～100 cm整個剖面的土壤鹽分則沒有明顯變化趨勢。

2.3 土壤脫鹽特征

通過對0～40 cm土壤鹽分動態(tài)變化分析，如圖5a所示，5個處理的土壤脫鹽過程隨時(shí)間變化均符合logistic函數(shù)方程，即脫鹽過程呈現(xiàn)快速脫鹽、緩慢脫鹽和趨于穩(wěn)定3個階段。從表5可以看出，隨著ECiw的增加，表層0～40 cm土壤趨于穩(wěn)定的鹽分?jǐn)?shù)值呈增加趨勢，除了ECiw為7.8 dS/m處理的土壤鹽分最終穩(wěn)定在4.01 dS/m以外，其他處理均小于4 dS/m。各個處理趨于穩(wěn)定所需時(shí)間和土壤鹽分<4 dS/m時(shí)所需時(shí)間無顯著差異，均在一個月左右的時(shí)間。

通過分析累計(jì)灌水量與脫鹽率的關(guān)系，如圖5b所示，5個處理的土壤脫鹽過程隨灌水量變化也均符合logistic函數(shù)方程。從表5可以看出，利用累計(jì)灌水量和時(shí)間兩個因變量因素與脫鹽率的擬合方程，獲得的各個處理的表層0～40 cm土壤趨于穩(wěn)定的鹽分?jǐn)?shù)值基本相同。隨著ECiw的增加，趨于穩(wěn)定鹽分時(shí)所需灌水量呈先增加后降低趨勢，在土壤鹽分趨于穩(wěn)定時(shí)整個淋鹽過程降低1 dS/m所需灌水量也呈先增加后降低趨勢。在渤海灣濱海地區(qū)氣候條件下，采用短期淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗淡水滴灌隨后利用ECiw為0.8～7.8 dS/m的水進(jìn)行滴灌水鹽調(diào)控，表層0～40 cm土壤由28.33 dS/m降低到4 dS/m所需灌水量為160～220 mm左右，降低1 dS/m所需灌水量為8～20 mm左右。

圖5 各處理0～40 cm土層脫鹽率均值隨時(shí)間和累積灌水量的變化圖

表5 各處理0～40 cm土層土壤脫鹽率與時(shí)間和累積灌水量擬合特性

注：Y為脫鹽率；分別為淋洗時(shí)間（d）和累積灌水量（mm）。

Note:Yrepresents desalination rate;represent leaching time and accumulated irrigation water depth, respectively.

2.4 植物根系

如圖6所示，隨著ECiw的增加，月季根系干質(zhì)量在0～50 cm整個土層和每個10 cm間隔的分層均呈降低趨勢，0～50 cm整個土層上月季根系干質(zhì)量由39.12 g降低到12.11 g。隨著土層深度增加，月季根系分布越少，經(jīng)過2012.6－2013.10大約17個月的時(shí)間，月季根系主要分布在0～20 cm的土層。K1-K5處理0～20 cm土層根系干質(zhì)量分別占比94.65%、94.69%、94.07%、95.49%和97.81%。

圖6 各處理0～50 cm土層干質(zhì)量分布統(tǒng)計(jì)圖

通過對根系干質(zhì)量累計(jì)占比與土層深度進(jìn)行擬合分析，隨著ECiw增加，擬合出的根系分布系數(shù)數(shù)值呈先增加后降低（7.8 dS/m出現(xiàn)降低）趨勢，表明了隨著ECiw增加，月季根系呈現(xiàn)向土壤深處生長的趨勢。而在7.8 dS/m出現(xiàn)降低，表明月季根系受到嚴(yán)重的鹽分脅迫，已經(jīng)影響到月季根系生長和分布。

圖7 各處理0～50 cm土層根系干物質(zhì)累計(jì)比隨土層深度的變化

3 討 論

在進(jìn)行春灌之前（2013-03），2012年冬季到2013年春季時(shí)段內(nèi)仍然存在淋鹽現(xiàn)象。但是在2014年的春季（2014-03），土壤剖面出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象。這可能是由于2013年10月以后降雨量相比2012年10月后期顯著減少（圖1），以及2013年減少了冬灌水量造成的，因此，建議對于降雨量較少尤其是臨近灌溉結(jié)束時(shí)段的年份，應(yīng)該增加冬灌水量。此外，2012年冬天對月季進(jìn)行了蒙蓋防護(hù)布的冬季防護(hù)，而2013年以后不再進(jìn)行防護(hù)，這可能是造成積鹽的另外一個原因。通過蒙蓋防護(hù)布措施不僅有助于植物抵抗嚴(yán)寒，還可以減小土層表面水分蒸發(fā)，進(jìn)而有助于消減土壤鹽分表聚[32]。

在整個試驗(yàn)階段（2012.6－2014.11），通過鹽分強(qiáng)化淋洗和土體整體脫鹽調(diào)控，與原狀土相比，K1-K5處理0～40 cm土壤剖面的ECe均值分別降低了88.93%、91.90%、88.11%、88.98%和84.74%，數(shù)值均小于5 dS/m，0～100 cm土壤剖面ECe均值分別降低了81.39%、85.36%、81.82%、84.94%和79.78%，數(shù)值均小于7 dS/m。通過對土壤脫鹽過程分析表明，采用控制土壤基質(zhì)勢閾值進(jìn)行滴灌水鹽調(diào)控的鹽分淋洗過程可以分為快速脫鹽階段、緩慢脫鹽階段和鹽分穩(wěn)定階段。本試驗(yàn)在一個月左右便實(shí)現(xiàn)了表層0～40 cm土壤鹽分由28.33 dS/m降低到4 dS/m以內(nèi)，隨后鹽分?jǐn)?shù)值趨于穩(wěn)定。研究表明，通過進(jìn)行短期的淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗淡水滴灌灌溉，隨后利用<7.8 dS/m的水進(jìn)行滴灌水鹽調(diào)控時(shí)，土壤鹽分尤其是表層鹽分會隨著灌溉水礦化度增加而呈增加趨勢，但均達(dá)到了良好的鹽分淋洗效果，驗(yàn)證了滴灌在鹽堿地淋鹽方面的有效性及其在咸水/微咸水利用方面的優(yōu)勢[9-20]。隨著ECiw的增加，0～40 cm表層土壤趨于穩(wěn)定的鹽分?jǐn)?shù)值呈增加趨勢，這主要是由于高礦化度的灌溉水進(jìn)入土壤的同時(shí)帶入了鹽分。

從圖4和圖5可以看出，0～100 cm土層土壤鹽分淋洗主要發(fā)生在控制土壤基質(zhì)勢閾值不低于?5 kPa的第一年（2012年），即栽植后滴灌水鹽調(diào)控的4個月內(nèi)為土壤的快速脫鹽階段，尤其是表層0～40 cm的土壤鹽分在40天內(nèi)（表5）便可由初始的28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m。2012年6月份栽植后到10月底試驗(yàn)期內(nèi)降雨量接近900 mm，且在栽植后進(jìn)行了短期的淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗灌溉，期間灌溉總水量138 mm，分析認(rèn)為期間降雨和淡水滴灌強(qiáng)化淋洗和緩苗灌溉對土壤脫鹽具有重要作用。隨著土壤鹽分的逐漸降低，表層0～40 cm土壤趨于穩(wěn)定鹽分?jǐn)?shù)值均小于4.5 dS/m（表5），2013－2014年各處理年末的0～40 cm土壤鹽分?jǐn)?shù)值也均小于4.5 dS/m（圖4），但本試驗(yàn)涉及了4.7～7.8 dS/m的灌溉水，由于冬灌均在取樣后灌溉，因此年末的土壤鹽分主要受生長季內(nèi)的灌溉和降雨影響。研究表明除了灌溉水自身的鹽分淋洗作用外，降雨對灌溉水帶入的一定量的鹽分進(jìn)行了淋洗，由此說明降雨對微咸水灌溉后帶入土壤中的鹽分具有一定淋洗作用，進(jìn)而表現(xiàn)出年末高礦化灌溉水處理的試驗(yàn)區(qū)表層土壤鹽分小于灌溉水礦化度的現(xiàn)象。在渤海灣濱海地區(qū)的氣候條件下，本試驗(yàn)0～40 cm表層土壤鹽分由28.33 dS/m降低到4 dS/m所需灌水量為160～220 mm左右，從28.33 dS/m降低至趨于穩(wěn)定的鹽分淋洗過程中，降低1 dS/m所需灌水量為8～20 mm左右。Prichard等研究表明漫灌條件下，土壤鹽分降低70%，所需灌水量為土層深度的同等單位的數(shù)值[33]，即0～40 cm土層鹽分降低70%時(shí)漫灌條件下大概需要400 mm的水量，而本研究所采用滴灌的方法，相比漫灌顯著節(jié)約了水資源。

從表5可以看出，趨于穩(wěn)定鹽分時(shí)所需灌水量和整個淋鹽過程降低1dS/m所需灌水量，整體呈現(xiàn)降低趨勢，這可能是由于隨著ECiw的增加，月季的植株長勢降低[34]，灌溉水造成的土壤滲透勢降低，月季根系吸水減少，更多的灌溉水用于了鹽分淋洗，根系吸水的減少同時(shí)減弱土壤基質(zhì)勢的變化，使得負(fù)壓計(jì)讀數(shù)達(dá)到灌溉閾值的時(shí)間更長，因而高ECiw處理的灌水量減少，隨著ECiw的增加，灌溉水在土壤中的入滲性能有增加趨勢[35]，促進(jìn)了鹽分淋洗，綜合表現(xiàn)出灌水量減少，但淋鹽效果沒有降低。文中的整體降低趨勢表現(xiàn)出了先增加在K2處理時(shí)最大，隨后降低的現(xiàn)象，這可能是由于月季本身存在一定的耐鹽閾值[3]，已有研究表明月季耐鹽閾值大約在3 dS/m左右，因此在一定鹽分范圍內(nèi)，月季植株長勢不會顯著減弱，試驗(yàn)觀測中也驗(yàn)證了第一年K2處理的長勢與K1處理之間沒有顯著差異，因此K2處理在增加了灌溉水帶入土壤鹽分的同時(shí)需要的淋洗水量增加。

根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，根系的生長與分布對植物地上部分的生長有著重要影響，研究表明試驗(yàn)進(jìn)行17個月后，所有處理94%的月季根系分布在0～20 cm的表層，這主要是由滴灌灌溉條件下水分運(yùn)動分布特征造成的，隨著ECiw的增加，月季根系生長和分布受到鹽分的顯著影響，0～50 cm根系干物質(zhì)質(zhì)量顯著降低，這也是造成地上部分干物質(zhì)質(zhì)量顯著降低的一個原因，根系表現(xiàn)出了向深層生長的趨勢，這可能是在鹽分脅迫造成生理干旱影響下，促進(jìn)根系下扎來擴(kuò)大根系吸水的空間，但當(dāng)ECiw超過一定范圍時(shí)，會對根系生長產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致根系干物質(zhì)顯著降低，根系不會再表現(xiàn)出向深層生長的趨勢。試驗(yàn)觀測到的根系受到鹽分脅迫向土壤深處生長分布現(xiàn)象也體現(xiàn)了月季應(yīng)對鹽分脅迫的一種機(jī)制。

4 結(jié) 論

通過控制滴頭正下方20 cm深度處土壤基質(zhì)勢閾值前三年為?5、?10、?15 kPa指導(dǎo)灌溉，分為淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和微咸水滴灌正常水鹽調(diào)控階段進(jìn)行濱海重度鹽堿地月季栽植，在渤海灣濱海地區(qū)氣候條件下，土壤鹽分表現(xiàn)出快速脫鹽、緩慢脫鹽和趨于穩(wěn)定的脫鹽特征，可以用logistic曲線方程進(jìn)行描述。經(jīng)過一個月左右在降雨和淡水滴灌鹽分強(qiáng)化淋洗和緩苗灌溉作用下，表層0～40 cm的土壤鹽分可由極重度鹽漬土變?yōu)檩p度鹽漬土，為月季生長快速營造了一個低鹽環(huán)境，鹽分淋洗水量相比漫灌顯著減少。隨后采用微咸水滴灌和冬春防護(hù)淡水灌溉處理，土壤鹽分持續(xù)降低并最終維持在較低的水平，受降雨的淋洗作用，4.7～7.8 dS/m灌溉水處理的0～40 cm土層土壤鹽分<4.5 dS/m即小于灌溉水的鹽分。滴灌條件下，月季根系主要分布在0～20 cm土層內(nèi)，隨著灌溉水礦化度增加，月季根系受到鹽分生理干旱脅迫，根量顯著降低，根系呈現(xiàn)向土壤深處生長的趨勢。

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Li Xiaobin1, Kang Yuehu1,2

(1.100101,; 2.,,100049,)

Coastal saline land is an important resource in coastal area, with the development of urbanization process and ecological civilization construction, there is an urgent need to improve the landscape to meet the demand of living environments for cities and districts. Presently the main method of vegetation rehabilitation is to replace saline soil with non-saline soil for depths of 0-100 cm. However, this method is expensive and unsustainable due to the shallow and saline groundwater, thus a technology of low cost, rapid and sustainable for re-vegetation on coastal saline land is needed. A common practice for reclaiming salt-affected soils is leaching of soils to move excess soluble salts from upper to lower soil depths or out of the root zone, while large scale of salt leaching will consume large quantities of water, and supplies of fresh water are already low in coastal regions, thus likely saline water rich in coastal regions are alternatives to freshwater resources. For the landscape construction in coastal saline land and saline/ brackish water utilization, a field experiment was conducted on the sandy saline soil formed by sea reclamation at Caofeidian District near the Bohai Gulf in 2012-2014. Five treatments of salinity levels of 0.8, 3.1, 4.7, 6.3 and 7.8dS/m of irrigation water was imposed. A gravel-sand layer was created at 100 cm depth. Tensiometers were buried at a depth of 20 cm to control the soil matric potential (SMP), keeping the SMP over – 5 kPa at first year, and over –10 kPa at second year, and over –15 kPa at third year. Chinese rose () was chosen as the representative plant. Salt leaching characters and root growth and distribution were studied. The results showed that: under the climatic condition in the coastal area of Bohai Gulf, when fresh water was applied using drip irrigation for salt enhanced leaching and seedling establishment first in a short period, and then followed drip irrigation with water salinity <7.8 dS/m, soil salinity decreased significantly in 0-100 cm soil profile, especially in 0-40 cm soil profile, soil salinity decreased from 28.33 dS/m to <4 dS/m taking one month. Irrigation water depth for soil salinity decreased from 28.33 dS/m to 4 dS/m in 0-40 cm soil profile for <7.8 dS/m irrigation water salinity were 160-220 mm, and 8-20 mm of water depth is needed for soil salinity of 1 dS/m decreasing. The soil desalting process can be described by the logistic equation, and it can be divided into three stages including rapid desalting, slow desalting and salinity stabilization. More than 94% of the roots are mainly distributed in the topsoil of 0-20 cm. The root biomass decreased significantly with irrigation water salinity increasing, and the root is affected by the physiological drought of salinity stress to expand the water space in the deep soil. More winter irrigation water depth needed when there is less rainfall after October to prevent salt accumulation in topsoil in the spring of next year. The method of drip irrigation with fresh water for salt enhanced and seedling establishment in a short-term and subsequent drip irrigation with saline/ brackish water can be used to realize the rapid salt leaching and maintain lower soil salinity, but the appropriate irrigation water salinity threshold should be determined in combination with salt tolerance of plant and the production target as root growth suffered salt stress and thus affect the growth of plant and its survival.

irrigation; salt; coastal saline soil; brackish water; salt leaching; soil matric potential; root

2018-10-11

2019-04-26

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51709251）；中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（QYZDJ-SSW-DQC028）；國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0400104，2016YFC0501305）

李曉彬，博士，助理研究員，主要從事鹽堿地治理與咸水/微咸水資源安全高效利用。Email：lixbin@igsnrr.ac.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.013

S275.6; S278

A

1002-6819(2019)-11-0112-10

李曉彬，康躍虎. 濱海重度鹽堿地微咸水滴灌水鹽調(diào)控及月季根系生長響應(yīng)研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(11)：112－121. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.013 http://www.tcsae.org

Li Xiaobin, Kang Yaohu. Water-salt control and response of Chinese rose () root on coastal saline soil using drip irrigation with brackish water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(11): 112－121. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.11.013 http://www.tcsae.org