孫美樂，藺國倉，回經(jīng)濤，仙 鶴，任向榮，張潤龍，楊 凈

（新疆農(nóng)業(yè)科學院綜合試驗場，新疆 烏魯木齊 830012）

新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地，種植面積、單位面積產(chǎn)量、總產(chǎn)量一直居全國首位［1］，已初步形成了“世界棉花形勢看中國，中國棉花市場看新疆”的格局，且棉花作為新疆主要的經(jīng)濟作物，對當?shù)氐慕?jīng)濟和社會發(fā)展有著重要的影響［2］。 同時，新疆又是中國最大的鹽堿土區(qū)，鹽堿土的面積占新疆總耕地面積的30.12%，土地鹽堿化已經(jīng)成為新疆農(nóng)業(yè)開發(fā)及持續(xù)發(fā)展的重大限制條件和障礙因素［3-4］。自1998年將膜下滴灌技術應用到棉花種植上以來，在一定程度上緩解了新疆水資源不足的問題，但滴灌棉田由于長期以來實行犁翻的耕作措施，尤其是近年來采用拖拉機旋耕，耕層松土層也多在15～20 cm，造成土壤板結，透氣性差，形成犁底層，植物生長可利用土壤總量和土壤養(yǎng)分有限，且鹽分易在植物生長的表層聚集，導致土壤次生鹽堿化，嚴重影響了棉花的出苗率、產(chǎn)量和品質(zhì)，亟需研究新的耕作模式，改善土壤理化性 狀，構建良好的耕層，遏制土壤鹽漬化趨勢。鹽漬化耕地改良是一項難度大、復雜程度高、周期長的工作而受到國內(nèi)外相關學者的長期關注［5］。在主要的4大鹽堿土壤改良方法中，物理改良是一種見效快、經(jīng)濟又方便的方法。研究表明［6-8］，粉壟耕作是通過改變土壤物理結構來調(diào)控土壤的水鹽運動，在不減少土體鹽堿成分總貯量的前提下，通過水、鹽、肥等要素時空分布調(diào)控，在土壤表層建立一個良好的低鹽淡化層，供植物進行正常的生命活動。根據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運移規(guī)律，通過水分運移調(diào)節(jié)土壤鹽堿化程度。近年來，粉壟耕作技術在廣西、內(nèi)蒙古、陜西等21個?。▍^(qū)）開展了應用研究［9-13］，粉壟技術耕作不亂土層（耕作層深度可達50 cm以上），有利于打破犁底層，大幅加深土壤耕層，降低耕層土壤容重，增加土壤孔隙度和透氣性，提高土壤溫度，增加土壤養(yǎng)分含量和土壤儲水能力，同時，對水稻、玉米、花生、甘蔗、馬鈴薯、小麥和飼草等多種作物的產(chǎn)量和品質(zhì)進行了分析，在化肥農(nóng)藥、灌溉用水和人工成本等“三不增投”情況下，達到了產(chǎn)量增加10%～30%，品質(zhì)提升5%，冬小麥粉壟后第6年仍然增產(chǎn)，每公頃增產(chǎn)342 kg、增幅4.55%。但針對粉壟后土壤的物理結構及含鹽量變化，沒有進行詳細具體的研究。因此，粉壟技術在改造利用中輕度鹽堿地方面具有優(yōu)勢。它利用發(fā)明的粉壟機螺旋型鉆頭，均勻粉碎土壤，在整地效果上比拖拉機加深1倍以上且不亂土層，是一種回歸自然，充分利用土壤、水分、氧氣、光能等自然資源促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、生態(tài)改善的“農(nóng)耕升級版技術”，技術簡單易行，低成本、高產(chǎn)出。但該技術在鹽堿地降鹽效果和作用原理尚無報道。將粉壟技術應用于鹽堿地棉花種植，對比連續(xù)粉壟、間隔粉壟耕作和傳統(tǒng)耕作后，土壤理化性質(zhì)指標的變化和棉花農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的差異，探索適合鹽堿地棉花種植新的耕作模式，以解決新疆鹽堿地棉花種植中產(chǎn)量低的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣興平鄉(xiāng)（41。36' N，86。12'E），距離庫爾勒市尉犁縣城30 km，海拔892 m，年平均降水量20～80 mm，年平均蒸發(fā)量2 000～2 500 mm；≥10℃積溫3 950～4 500℃，無霜期180～215 d；濕潤度小于0.33，灌溉水礦化度2.7 g/L，為純灌溉農(nóng)業(yè)，作物生長季節(jié)干旱少雨，光熱資源豐富，主要種植棉花、葡萄等經(jīng)濟作物。土壤為砂壤土，透水性中等，0～60 cm土壤含鹽量為7.7～9.1 g/kg，土壤容重1.67 g/cm3，土壤含水量18.12%，pH值8.50，有機質(zhì)含量12.52 g/kg，全氮0.84 g/kg，堿解氮58.69 mg/kg，有效磷9.67 mg/kg，速效鉀138.74 mg/kg。

1.2 試驗材料與方法

試驗時間為2017年3月～2018年11月，供試品種為當?shù)刂髟云贩N新陸中51號，栽培方式為一膜兩管四行，膜寬1.4 m，條播法種植，灌水方式為滴灌。2018年4月20日播種，9月10日收獲，生育期139 d。結合春耕施基肥施磷酸二銨225 kg/hm2，尿 素150 kg/hm2，硫 酸 鉀300 kg/hm2，從現(xiàn)蕾期到收獲期共滴水6次，初花期隨水追施尿素150 kg/hm2。由于該區(qū)處于中重度鹽堿區(qū)，播種前進行河水漫灌以降低土壤耕作層的鹽分含量。土地耕作采用大區(qū)設計，將3種耕作措施設置為3個處理，分別是傳統(tǒng)翻耕（對照）、間隔粉壟，連續(xù)粉壟。每個大區(qū)面積為3 335 m2，將3個不同耕作措施的大區(qū)處理平均分為3等份，設為3次重復。

1.3 土壤耕作程序

1.3.1 傳統(tǒng)翻耕

在2017、2018年春季，連續(xù)2年均采用傳統(tǒng)的五鏵犁犁地翻耕，深度20～25 cm，土壤晾曬后大水漫灌，再進行旋耕作業(yè)，深度為15～20 cm，機械旋耕的同時，后面帶有扶壟器和鎮(zhèn)壓輪 播種。

1.3.2 間隔粉壟

2017年春季采用廣西農(nóng)業(yè)科學院韋本輝團隊研制的粉壟機械進行作業(yè)，該機械垂直螺旋型鉆頭將土壤垂直旋磨粉碎，不亂土層，耕作深度40～50 cm。2018年采用傳統(tǒng)的五鏵犁翻耕，大水漫灌后旋耕播種。

1.3.3 連續(xù)粉壟

2017、2018年春季，連續(xù)2年均采用粉壟專業(yè)機械耕地，大水漫灌后旋耕播種。

1.4 項目測定與方法

1.4.1 土壤容重測定

采用環(huán)刀法測定，分別在播種前、苗期和收獲期，采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤帶回實驗室測定，每處理取3個重復。

土壤容重=環(huán)刀內(nèi)濕土重×100/［環(huán)刀體積× （100+樣品含水量）］

1.4.2 土壤含水量測定

采用烘干法測定，分別在播種前、苗期和收獲期，采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤帶回實驗室測定，每處理取3個重復。

土壤含水量=（原土重-烘干土重）/烘干土重×100%

1.4.3 土壤總鹽測定

測定方法依據(jù)鮑士旦的《土壤農(nóng)化分析》［14］，土壤總鹽采用殘渣烘干法。

1.4.4 棉花生長指標測定

每個處理隨機選3點進行取樣測量，每點連續(xù)取10株，測定棉花株高、莖粗、果枝數(shù)、結鈴數(shù)、根重、主根長、主根粗、根數(shù)和地上部分鮮重。

1.4.5 棉花產(chǎn)量測定

每個處理隨機選3點進行產(chǎn)量測定，每點面積為33.3 m2，測定取樣面積內(nèi)棉花的有效株數(shù)和有效鈴數(shù)，計算單株鈴數(shù)，稱取有效鈴的重量計算單鈴重。

單位面積籽棉產(chǎn)量=有效株數(shù)×單株鈴數(shù)×單鈴重

1.5 數(shù)據(jù)計算

采用Excel 2007統(tǒng)計分析軟件進行基礎數(shù)據(jù)整理分析作圖；利用SPSS 22.0軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同耕作措施對土壤容重的影響

由表1可知，播種前不同耕作措施在0～20、40～60 cm土層的土壤容重差異不顯著，在20～40 cm土層，與傳統(tǒng)翻耕相比，間隔粉壟與連續(xù)粉壟土壤容重降低5.7%、5.1%，差異顯著，這與粉壟耕作打破20～40 cm土壤犁底層有一定關系；苗期與傳統(tǒng)翻耕相比，間隔粉壟和連續(xù)粉壟在各土層土壤容重均降低，對土壤容重的影響以0～20 cm最大，20～40 cm次之，40～60 cm最小，間隔粉壟在0～20、20～40、40～60 cm土層土壤容重分別降低了7.7%、6.5%、3.7%，連續(xù)粉壟0～20、20～40、40～60 cm土壤容重分別降低了9.0%、8.3%、4.9%，差異顯著；收獲期在0～40 cm土層，間隔粉壟、連續(xù)粉壟的土壤容重顯著低于傳統(tǒng)翻耕，其中間隔粉壟在0～20、20～40 cm分別降低土壤容重3.8%、8.1%，連續(xù)粉壟在0～20、20～40 cm分別降低土壤容重3.1%、7.6%，差異顯著，在40～60 cm不同耕作措施間土壤容重無顯著差異。

不同生育階段不同土層的土壤容重大小趨勢為：連續(xù)粉壟<間隔粉壟<傳統(tǒng)翻耕，說明粉壟能夠打破犁底層，降低土壤容重。從不同生育期來看，不同耕作措施土壤容重的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為苗期<收獲期<播種前，原因是土壤自然沉降及降雨等，各層土壤容重有所增加。各時期各土層間隔粉壟與連續(xù)粉壟土壤容重無顯著差異。說明連續(xù)粉壟和間隔粉壟均有利于改善土壤結構，降低土壤容重。

表1 不同耕作處理對土壤容重的影響 （g/cm3）

2.2 不同耕作措施對土壤含水量的影響

由圖1可知，播種前不同耕作措施土壤含水量表層最低，隨深度增加土壤含水量不斷增加。在0～20 cm土層，間隔粉壟與連續(xù)粉壟土壤含水量顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理，在20～40 cm土層，傳統(tǒng)翻耕土壤含水量顯著高于間隔粉壟與連續(xù)粉壟處理，原因是春季土壤正處于潛水蒸發(fā)狀態(tài)，粉壟耕作打破犁底層，疏松土壤，使下層水份上移，增加了表層土壤含水量；由圖2可知，苗期0～40 cm土層中，間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含水量顯著高于傳統(tǒng)翻耕。苗期0～20 cm土層中，間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含水量較傳統(tǒng)翻耕分別增加了1.45%、2.83%，在20～40 cm土層土壤含水量較傳統(tǒng)翻耕分別增加了1.34%、1.99%，差異顯著。由圖3可知，收獲期在0～20 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含水量較傳統(tǒng)翻耕分別增加了1.72%、3.3%，20～40 cm土壤含水量較傳統(tǒng)翻耕分別增加了1.33%、0.71%，40～60 cm不同耕作措施間無顯著差異，表明粉壟耕作疏松了土壤，結合覆膜措施能有效控制土壤跑墑，增加了土壤的保水能力，顯著提高土壤耕作層的含水量。

作物生長期的土壤平均含水量為連續(xù)粉壟>間隔粉壟>傳統(tǒng)翻耕。從不同生育期看，間隔粉壟、連續(xù)粉壟及傳統(tǒng)翻耕耕作措施，土壤含水量的變化趨勢基本一致，表現(xiàn)為播種前<苗期<收獲期。各時期各土層間隔粉壟與連續(xù)粉壟土壤含水量無顯著差異，說明連續(xù)粉壟和間隔粉壟均有利于改善土壤結構，增加土壤保水性能，提高土壤含 水量。

圖1 播種前不同耕作措施土壤水分分布

圖2 苗期不同耕作措施土壤水分分布

圖3 收獲期不同耕作措施土壤水分分布

2.3 不同耕作措施對土壤鹽分的影響

試驗區(qū)春季多風，土壤水分蒸發(fā)劇烈。從圖4可以看出，播種前不同耕作處理土壤鹽分都存在表聚現(xiàn)象，且土壤的鹽分隨著土層深度的增加逐步降低。其中以傳統(tǒng)翻耕土壤鹽分表聚最為明顯，在0～20 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟鹽分含量顯著低于傳統(tǒng)翻耕，分別比傳統(tǒng)翻耕處理降低了7.2%、13.4%。在20～40 cm土層，間隔粉壟和連 續(xù)粉壟土壤鹽分含量依舊顯著低于傳統(tǒng)翻耕，分別降低13.5%、14.5%。在40～60 cm土層，傳統(tǒng)翻耕土壤的鹽分最低，顯著低于間隔粉壟和連續(xù)粉壟，分別比間隔粉壟和連續(xù)粉壟低24.9%、21.9%。

從圖5可以看出，大水漫灌后，苗期不同耕作處理土壤鹽分在0～20 cm土層均有所下降，在20～40 cm土層表現(xiàn)為上升的趨勢，在40～60 cm傳統(tǒng)翻耕土壤含鹽量表現(xiàn)為下降，連續(xù)粉壟和間隔粉壟含鹽量表現(xiàn)為上升。不同處理0～20 cm土壤鹽分下降明顯，其中間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤鹽分含量顯著低于傳統(tǒng)翻耕，分別比傳統(tǒng)翻耕降低24.3%、28.2%。在20～40 cm土層，不同處理土壤的鹽分有所上升，以傳統(tǒng)翻耕處理增加最為明顯，顯著高于間隔粉壟和連續(xù)粉壟19.5%、19.8%，在40～60 cm土層，傳統(tǒng)翻耕土壤含鹽量顯著低于間隔粉壟和連續(xù)粉壟19.5%、19.8%，這可能是鹽分隨水逐漸淋溶到下層，導致下層鹽分含量增加，傳統(tǒng)翻耕犁底層較淺，在20～40 cm土層，導致鹽分在該層聚集上升，粉壟打破犁底層，鹽分不斷向更深層運動。

從圖6可以看出，收獲期0～20 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟含鹽量分別比傳統(tǒng)翻耕降低37%、37.5%，差異顯著。在20～40 cm土層，不同處理土壤的鹽分之間無顯著差異，40～60 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含鹽顯著高于傳統(tǒng)翻耕，分別比傳統(tǒng)翻耕高12.7%、9.1%；各時期、各土層間隔粉壟和連續(xù)粉壟之間鹽分含量無顯著差異，變化趨勢一致，說明粉壟耕作對土壤的影響可持續(xù)兩年。

圖5 苗期不同耕作措施對土壤鹽分影響

圖6 收獲期不同耕作措施對土壤鹽分影響

2.4 不同耕作措施對棉花生長指標的影響

由表2可知，土壤粉壟后，棉花長勢明顯優(yōu)于傳統(tǒng)耕作的植株。其中土壤粉壟和傳統(tǒng)翻耕的棉花株高、果枝數(shù)、主根長、根數(shù)有顯著的差異，連續(xù)粉壟和間隔粉壟分別與對照相比，株高增加了35.1%和26.5%，果枝數(shù)增加2.7和1.6個/株，主根長增加了41.1%和26.7%，根數(shù)增加了22.5%和18.6%；莖粗、根重、主根粗、地上部分鮮重也有所增加，但差異不顯著。連續(xù)粉壟與間隔粉壟兩者之間的差異不顯著。因此，間隔粉壟和連續(xù)粉壟均能促進棉花的健壯生長。

表2 不同耕作措施對棉花生長指標的影響

2.5 不同耕作措施對棉花產(chǎn)量性狀的影響

由表3可知，從有效株看，粉壟處理與傳統(tǒng)翻耕處理之間存在著顯著差異，間隔粉壟、連續(xù)粉壟的每公頃的有效株數(shù)分別高于傳統(tǒng)翻耕12 000、 19 500株；連續(xù)粉壟處理與間隔粉壟處理之間無顯著差異；從單株結鈴數(shù)看，連續(xù)粉壟處理與間隔粉壟處理單株結鈴數(shù)顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理，每株平均結鈴數(shù)分別比傳統(tǒng)翻耕多2.0和1.8個，間隔粉壟處理每株結鈴數(shù)與連續(xù)粉壟處理之間無顯著差異；不同耕作措施間的棉花的單鈴重、衣分無顯著差異；籽棉產(chǎn)量方面，間隔粉壟和連續(xù)粉壟無顯著差異，但兩者均顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理，分別較傳統(tǒng)翻耕處理增產(chǎn)46.2%和49.5%。

表3 不同耕作措施對棉花產(chǎn)量性狀影響

3 討論

3.1 粉壟耕作對土壤某些物理性狀的影響

耕作措施對土壤性質(zhì)的影響最先表現(xiàn)在土壤容重的變化上［15-16］。粉壟整地是一種先進的耕作措施，能夠疏松土壤、降低土壤容重，從而增加土壤的通透性和保水性［17-19］。本研究與前人研究結果較一致，與傳統(tǒng)翻耕相比，播種前在20～40 cm土層，苗期在0～60 cm土層，收獲期在0～40 cm土層，間隔粉壟、連續(xù)粉壟的土壤容重顯著低于傳統(tǒng)翻耕；各時期各土層間隔粉壟與連續(xù)粉壟土壤容重無顯著差異。說明連續(xù)粉壟和間隔粉壟均有利于改善土壤結構，降低土壤容重。土壤含水量的高低反映土壤持水能力和供水能力的高低［20-21］。與傳統(tǒng)翻耕相比，播種前在0～20 cm土層，間隔粉壟與連續(xù)粉壟土壤含水量顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理，在20～40 cm土層，傳統(tǒng)翻耕土壤含水量顯著高于間隔粉壟與連續(xù)粉壟處理，可能是春季土壤正處于潛水蒸發(fā)狀態(tài)，粉壟耕作能疏松土壤，打破犁底層，使下層水分上移到表層；苗期到收獲期0～40 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含水量顯著高于傳統(tǒng)翻耕；間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含水量各時期各土層無顯著差異。因此，粉壟耕作疏松了土壤，增加了土壤的持水供水能力，但在遇到春季多風，蒸發(fā)旺盛的天氣，造成表層土壤含水量下降，結合覆膜滴灌有利于保水保墑。

3.2 粉壟耕作對土壤某些化學性狀的影響

粉壟耕作切斷土壤的毛細管，減少下層土壤的鹽分上移，灌溉時，受重力作用影響，耕作層土壤中的鹽分將會逐漸隨水下滲，降低耕作層土壤含鹽量［22］。本研究與相關報道結果一致，試驗結果表明，粉壟結合大水漫灌洗鹽措施，降低了耕作層的土壤含鹽量。播種前，傳統(tǒng)翻耕土壤鹽分表聚最為明顯，在0～40 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟鹽分含量顯著低于傳統(tǒng)翻耕，在40～60 cm，傳統(tǒng)翻耕土壤的鹽分最低，顯著低于間隔粉壟和連續(xù)粉壟，可能是傳統(tǒng)翻耕的犁底層阻礙了耕作層鹽分的下移。苗期，大水漫灌洗鹽后，不同耕作處理土壤鹽分在0～20 cm土層均有所下降，在20～40 cm，土層表現(xiàn)為上升的趨勢，在40～60 cm傳統(tǒng)翻耕土壤含鹽量表現(xiàn)為下降，連續(xù)粉壟和間隔粉壟含鹽量表現(xiàn)為上升。這可能是鹽分隨水逐漸淋溶到下層，導致下層鹽分含量增加，傳統(tǒng)翻耕犁底層耕作層較淺，在20～40 cm，導致鹽分在該層聚集上升，粉壟打破犁底層，鹽分不斷向更深層運動。收獲期在0～20 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟含鹽量顯著低于傳統(tǒng)翻耕。在40～60 cm土層，間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含鹽顯著高于傳統(tǒng)翻耕，這也與粉壟打破犁底層，導致鹽分下移有關。間隔粉壟和連續(xù)粉壟土壤含鹽量各時期各土層無顯著差異。粉壟耕作降低了耕作層含鹽量，促進作物生長 發(fā)育。

3.3 粉壟耕作對棉花生長及產(chǎn)量的影響

粉壟整地有利于作物的生長發(fā)育，粉壟深松土壤改善了根系的生長條件，促進根系生長發(fā)育，使根重顯著增加［23］，作物根系垂直分布下移，提高了深層土壤的群體根系活性［24］。有文獻表述，在耕層淺、較板結的土壤條件下，黃瓜的光合作用減弱，加速植物衰老［25］。在耕層厚、土壤疏松的條件下，草莓的光合作用增加，促進有機物質(zhì)的積 累［26］。本研究表明，間隔粉壟和連續(xù)粉壟打破犁底層，促進了棉花根系向深處生長，棉花長勢增強，主要表現(xiàn)在根長、根數(shù)、株高、果枝數(shù)的明顯增加；間隔粉壟和連續(xù)粉壟降低土壤耕作層含鹽量，提高棉花出苗率，從而增加了單位面積有效株數(shù)、單株結鈴數(shù)也明顯增加，顯著提高了棉花產(chǎn)量，間隔粉壟和連續(xù)粉壟無顯著差異，但兩者均顯著高于傳統(tǒng)翻耕處理，分別較傳統(tǒng)翻耕處理增產(chǎn)46.2%和49.5%。

4 結論

粉壟耕作結合大水漫灌洗鹽措施，能夠降低耕作層的土壤容重、含鹽量，增加含水量，提高保水能力，有利于提高棉花的出苗率及棉花生長勢，從而達到增產(chǎn)增收的效果。但粉壟后土壤長期保持在疏松狀態(tài)，容易造成跑墑，建議結合覆膜滴灌種植。各時期、各土層間隔粉壟和連續(xù)粉壟之間鹽分含量無顯著差異，變化趨勢一致，說明粉壟耕作對土壤結構的影響可持續(xù)兩年，耕作模式可采用粉壟-傳統(tǒng)翻耕-粉壟的耕作措施，節(jié)本增效。