黃達(dá)，陳盛，王振昌，陳朱葉，趙虎，郭相平

淺埋秸稈隔層對濱海鹽土水鹽運移及番茄生長的影響

黃達(dá)1,2，陳盛1*，王振昌1，陳朱葉3，趙虎4，郭相平1

（1.河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210098；2.桂林理工大學(xué) 廣西建筑新能源與節(jié)能重點實驗室，廣西 桂林 541004；3.張家港市楊舍鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，江蘇 張家港 215600；4.張家港市水務(wù)局，江蘇 張家港 215600）

【目的】采取淺埋秸稈隔層方式，抑制江蘇濱海鹽堿土急劇返鹽，促進(jìn)作物生長及增產(chǎn)，實現(xiàn)鹽堿土改良、秸稈資源化利用和農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)?！痉椒ā坷梅雅柙栽囼?，在土表以下17 cm處布設(shè)秸稈隔層，設(shè)置不同上下層土壤含鹽量（1∶1、2∶4、1∶5、3∶3），研究淺埋秸稈隔層對江蘇濱海鹽堿土水鹽運移的影響，探究淺埋秸稈隔層條件下番茄的生長情況及生理響應(yīng)特征?！窘Y(jié)果】①淺埋秸稈隔層顯著減少土壤水分消耗5.7%～15.0%；增強上層土壤灌溉淋洗作用，上層土壤含鹽量的降幅較無隔層處理高出9.6%～24.5%；抑制下層土壤返鹽，下層土壤含鹽量的漲幅較無隔層處理低于36.1%～155.0%。②淺埋秸稈隔層處理的上層根系分布數(shù)量明顯增加，根質(zhì)量密度分別顯著升高了31.7%～40.0%，根長密度大幅升高了20.6%～35.1%，根表面積密度明顯升高26.3%～26.6%；下層根系呈更為細(xì)長的形態(tài)，下層單位質(zhì)量根系長度顯著高出29.9%～38.2%，上下層根系平均直徑的差值大幅高出29.2%～48.3%。③淺埋秸稈隔層處理顯著增加番茄地上部分干物質(zhì)積累3.3%～28.8%，提高番茄產(chǎn)量12.1%～80.7%，提升灌溉水利用效率19.1%～62.5%，在高鹽環(huán)境下的增益效果更佳?！窘Y(jié)論】淺埋秸稈隔層可有效調(diào)控水鹽運移，提升脫鹽效果，緩解番茄受到的鹽分脅迫，促進(jìn)番茄生長及產(chǎn)量提升，具有重大應(yīng)用意義和應(yīng)用價值。

番茄；秸稈隔層；水鹽運移；鹽分脅迫；補償效應(yīng)

0 引言

【研究意義】科學(xué)合理的開發(fā)改造濱海墾區(qū)低產(chǎn)農(nóng)田對保障我國糧食生產(chǎn)安全、嚴(yán)守國家耕地紅線具有重要意義。江蘇濱海墾區(qū)農(nóng)田在鹽漬淤泥的基礎(chǔ)上發(fā)育而成，受海水型地下水的影響，土壤具有含鹽量高、養(yǎng)分量低等特點，極大制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。雖采取合理的淋洗和灌排措施在短時間內(nèi)可降低土壤鹽分，但由于江蘇濱海墾區(qū)地下水位淺、風(fēng)力強、土壤蒸發(fā)量大的特點，深層土壤中含鹽量較高，且易在毛管作用下迅速上升，重新積聚于土表，對作物生長造成嚴(yán)重威脅[1]，亟須解決。

【研究進(jìn)展】研究發(fā)現(xiàn)，利用砂石、陶粒、礦渣、人工合成材料等作為隔離層，可破壞土壤毛管作用，抑制土壤表層返鹽，緩解作物受到的鹽分脅迫[2-4]。但上述材料需增加較多經(jīng)濟(jì)、人工投入，并可能造成生態(tài)環(huán)境破壞，不利于大范圍推廣應(yīng)用。秸稈是農(nóng)作物重要光合產(chǎn)物和最主要副產(chǎn)品，資源豐富，取材方便，清潔環(huán)保且價格低廉，利用潛力巨大。秸稈還田調(diào)控水鹽運移、改良鹽堿土是近年研究熱點之一。國內(nèi)外學(xué)者研究表明，將秸稈埋設(shè)于土表以下形成隔離層，在灌溉淋洗階段，秸稈隔層能夠延緩?fù)寥浪秩霛B，增加鹽分溶解時間，提高淋洗脫鹽效率；而在潛水蒸發(fā)階段，秸稈隔層能夠打破土壤毛管連續(xù)性，防止深層土壤中可溶鹽隨毛管水上升并重新積聚于土表[5-9]。同時，秸稈隔層還田可顯著改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤肥力，創(chuàng)造良好的土壤水肥氣熱環(huán)境，促進(jìn)微生物增殖，有利于作物生長及增產(chǎn)[10-12]。

為減小土方開挖和回填的工程量，降低生產(chǎn)成本，促進(jìn)秸稈隔層還田推廣與應(yīng)用，在保證作物生長前提下可采用淺埋秸稈隔層的方式，適當(dāng)減小隔層埋深。研究結(jié)果表明，秸稈埋深20～40 cm即可有效調(diào)控濱海鹽堿土的水鹽運移，促進(jìn)作物生長[13-15]。此外，受淺層地下海水的影響，江蘇濱海鹽堿土的深層土壤含鹽量較高；在灌溉淋洗和秸稈隔層的雙重作用下，表層土壤含鹽量一段時間內(nèi)可維持較低水平，土壤鹽分呈“上低下高”的非均勻分布狀態(tài)，對作物生長、產(chǎn)量、根系分布及形態(tài)等造成一定影響[5-6,16]。【切入點】當(dāng)前，淺埋秸稈隔層調(diào)控鹽堿土水鹽運移的研究較多，但結(jié)合水鹽分布特點的淺埋秸稈隔層對作物生理響應(yīng)特征的相關(guān)研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬采用盆栽試驗?zāi)M江蘇濱海鹽堿土水鹽分布特點，研究淺埋秸稈隔層對江蘇濱海鹽堿土水鹽運移的影響，探究淺埋秸稈隔層條件下番茄的生長情況及生理響應(yīng)特征，以期為鹽堿土改良、秸稈資源化利用、農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)等提供理論支撐和應(yīng)用支持。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗時間為2014年4—11月和2016年8—11月，試驗區(qū)位于江蘇省南京市河海大學(xué)江寧節(jié)水園區(qū)大棚（東經(jīng)118°78'，北緯31°91'，海拔14.4 m）。大棚采用無滴膜覆蓋，四周通風(fēng)。試驗用盆為聚乙烯塑料盆（上口徑30 cm，下口徑20 cm，高度42 cm），底部預(yù)留直徑0.5 cm的排水孔。試驗秸稈為園區(qū)內(nèi)種植并收割的水稻秸稈，自然風(fēng)干后加工至長度約5 cm備用。試驗用土為江蘇東臺濱海地區(qū)鹽堿粉砂土，初始含鹽量率為9.1 g/kg。采用淡水將部分土壤充分淋洗脫鹽至0.1 g/kg，與原始土按比例混合配制不同含鹽量（1、2、3、4、5 g/kg）土壤。為滿足番茄生長需求，在不同含鹽量的土壤中摻入適量基質(zhì)、有機(jī)肥、無機(jī)肥等營養(yǎng)物質(zhì)（見表1），并充分均勻混合。調(diào)制后試驗土壤的干體積質(zhì)量為0.94 g/cm3，田間持水率（f）為37%。試驗作物選用番茄（L.var. Yazhoufenwang），生育期分為苗期、花期、坐果期和收獲期4個階段。于培養(yǎng)皿中培育番茄幼苗至第3片真葉后，挑選長勢一致（株高約15 cm）的健康幼苗移栽至試驗盆中。害蟲和雜草控制遵循當(dāng)?shù)胤N植慣例。

表1 土壤摻入物種類及摻量

注 基質(zhì)的有機(jī)質(zhì)量12%，腐殖酸量8%；有機(jī)肥中N量、P2O5量、K2O量均為4%，有機(jī)質(zhì)量≥45%。

1.2 試驗設(shè)計

試驗針對是否埋設(shè)秸稈隔層和上、下層土壤不同含鹽量的試驗處理開展研究。為模擬江蘇濱海墾區(qū)農(nóng)田土壤含鹽量特點和不同淋洗程度，設(shè)置上、下層土壤含鹽量分別為1∶5、2∶4和3∶3的高鹽處理（平均含鹽量約3 g/kg）；設(shè)置上、下層土壤含鹽量為1∶1的低鹽處理（平均含鹽量約1 g/kg）作為對照。各處理設(shè)置見表2。每盆裝填土壤質(zhì)量為21.5 kg，其中上、下層土壤質(zhì)量分別為8.6 kg和12.9 kg，厚度分別為17 cm和20 cm，體積分別為9 589 cm3和7 893 cm3。埋設(shè)秸稈隔層的處理先裝填下層土壤，均勻埋設(shè)秸稈隔層后裝填上層土壤，埋深約17 cm，每盆埋設(shè)秸稈質(zhì)量為50 g（約合7.5 t/hm2），厚度約3 cm。配合裝土過程，將5TE探頭（Decagon Devices INC., Pullman, WA, 美國）分別埋入上下層土壤中心位置，上層的探頭埋設(shè)深度約 8.5 cm，埋設(shè)秸稈隔層處理的下層5TE探頭埋設(shè)深度約30 cm，未埋設(shè)秸稈處理的下層5TE探頭埋設(shè)深度約27 cm。番茄盆栽布置如圖1所示。番茄苗期、花期和坐果期的控制灌溉上、下限分別為f的80%和50%；收獲期控制灌水上限不變，下限調(diào)整為60%f。采用稱質(zhì)量法監(jiān)測各處理土壤的含水率，對含水率低于控制灌水下限的處理進(jìn)行灌水；根據(jù)控制灌水上限與含水率的差值，計算并統(tǒng)計各處理每次實際灌水量。采用量杯和電子天平稱量各處理的相應(yīng)灌水量后直接人工灌水，確保每次灌水均灌至控制灌溉上限。具體灌水時間和灌水量見圖2。灌溉后無排水處理，以防止鹽分流失，造成盆栽土壤總含鹽量發(fā)生差異變化。

表2 番茄盆栽試驗處理

圖1 番茄盆栽示意圖

1.3 指標(biāo)測定及方法

1）土壤水鹽指標(biāo)測定

2014年番茄盆栽試驗中，每個處理隨機(jī)選擇4個重復(fù)進(jìn)行水鹽指標(biāo)測定。采用5TE探頭和EM50數(shù)據(jù)采集器（Decagon Devices INC., Pullman, WA, 美國）檢測番茄生育期內(nèi)土壤含水率v和電導(dǎo)率c。5TE探頭的檢測間隔為10 min。根據(jù)相鄰灌水之間上、下層土壤含水率v變化情況，計算每次灌水之間上、下層土壤耗水量，統(tǒng)計番茄生育期內(nèi)上、下層土壤總耗水量。利用烘干殘渣法，對所測得的電導(dǎo)率c進(jìn)行率定，得到電導(dǎo)率c與土壤含鹽量s的換算式（1）。

式中：s為土壤含鹽量（g/kg）；c為土壤電導(dǎo)率（ms/cm）。

2）番茄生長指標(biāo)測定

2014年試驗測定番茄收獲后番茄根系生長指標(biāo)（根系長度、根系表面積、根系干物質(zhì)量）和地上部分生長指標(biāo)（果實產(chǎn)量、莖稈、葉片及果實干物質(zhì)量）；2016年試驗僅測定收獲后番茄地上部分生長指標(biāo)。番茄收獲后分別采集番茄莖稈、葉片和果實，去除雜質(zhì)，稱量果實鮮質(zhì)量即為果實產(chǎn)量，莖、葉、果放入烘箱先105 ℃殺青1.0 h再75 ℃烘干24 h至恒質(zhì)量，冷卻后稱質(zhì)量，記錄番茄各器官干物質(zhì)量；截取上、下層土壤并分別放置于直徑1 mm的過濾網(wǎng)格中，利用水流沖洗去除土壤，取出上、下層土壤中的根系，盡量保持根系完整，并注意細(xì)小根系的收集；利用雙面光源掃描儀掃描根系獲取根系圖片，采用Win-RHIZO根系形態(tài)分析軟件（REGENT，加拿大）分析獲取根系長度、根系表面積；將根系75 ℃烘干24 h至恒質(zhì)量，記錄根系干物質(zhì)量。根據(jù)式（2）—式（7），計算番茄根質(zhì)量密度qi、根長密度li、根表面積密度si、單位質(zhì)量根系長度l、根系平均直徑R和灌溉水利用效率。

式中：qi為根質(zhì)量密度（g/cm3）；li為根長密度（cm/cm3）；si為根表面積密度（cm2/cm3）；Q為番茄根系總干物質(zhì)質(zhì)量（g）；L為番茄根系長度（cm）；S為番茄根系表面積（cm2）；V為土層體積（cm3）；l為番茄單位質(zhì)量根系長度（cm/g）；R為番茄根系平均直徑（cm）；為灌溉水利用效率（g/（mm·株））；Y為番茄產(chǎn)量（g/株）；I為番茄生育期內(nèi)作物灌水量（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析和繪圖。利用SPSS 19的單因素方差分析（ANOVA）確定數(shù)據(jù)間的差異性，多重比較采用Duncan法（＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺埋秸稈隔層對土壤水鹽運移的影響

分析2014年不同處理的上、下層土壤水分消耗量情況（表3），結(jié)合不同處理的上、下層土壤含水率變化趨勢（圖2），結(jié)果表明，淺埋秸稈隔層對上層耗水量影響不顯著（＞0.05），對下層耗水量則有顯著影響（＜0.05）。淺埋秸稈隔層處理的T1:1、T2:4分別相較對應(yīng)的無隔層處理的T1:1n、T2:4n的下層耗水量顯著降低了11.4%、31.5%（＜0.05），總耗水量則分別大幅減少了5.7%、15.0%（＜0.05）。表明淺埋秸稈隔層具有一定的保水作用，提高下層土壤含水率，減少了水分消耗。同時，淺埋秸稈隔層對高鹽處理（T2:4、T2:4n）的下層耗水量和總耗水量的降幅明顯大于低鹽處理（T1:1、T1:1n）的降幅，淺埋秸稈隔層處理T1:1、T2:4的上下層耗水量占比差值較對應(yīng)的無隔層處理增加了5.8%、19.0%。表明淺埋秸稈隔層對高鹽處理的水分消耗的增益效果更為明顯。

表3 不同處理的上下層土壤水分消耗量情況

注 表中值為“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”；同一列數(shù)據(jù)的字母不同表示處理間差異顯著（＜0.05）；字母相同表示處理間差異不顯著（＞0.05）；下同。耗水占比為該層耗水量占總耗水量的百分比。

圖2 不同處理的上下層土壤含水率變化趨勢

分析2014年不同處理的上、下層土壤含鹽量變化趨勢（圖3），隨著灌溉淋洗和灌溉間歇蒸發(fā)，上、下層土壤含鹽量呈波動變化?？傮w上，上層土壤含鹽量呈逐步下降趨勢，T1:1、T1:1n、T2:4、T2:4n處理的上層含鹽量分別下降89.2%、79.6%、65.5%、41.0%，淺埋隔層處理的上層土壤含鹽量降幅大于無隔層處理的降幅，表明淺埋隔層處理一定程度提升了鹽分淋洗效果。下層土壤含鹽量呈逐步上升趨勢，T1:1、T1:1n、T2:4、T2:4n處理的下層含鹽量分別上升39.1%、75.2%、70.0%、225.0%，淺埋秸稈隔層處理的下層土壤含鹽量漲幅明顯小于無隔層處理漲幅，表明淺埋隔層處理具有一定阻止返鹽的作用，鹽分積蓄在更深層的土壤中。

圖3 不同處理的上下層土壤含鹽量變化趨勢

2.2 淺埋秸稈隔層對番茄生長的影響

1）淺埋秸稈隔層對番茄根系生長指標(biāo)的影響，根質(zhì)量密度、根長密度和根表面積密度是根系生物量和根系形態(tài)的重要指標(biāo)，可反映根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收能力。對比分析圖4（a）、圖4（b）、圖4（c），上層根質(zhì)量密度、根長密度和根表面積密度3個指標(biāo)值均高于下層對應(yīng)的指標(biāo)值，淺埋秸稈隔層處理（T1:1、T2:4）較無隔層處理（T1:1n、T2:4n）的3個指標(biāo)值上下層之間相差更為明顯。上層土壤中，淺埋秸稈隔層的處理T1:1、T2:4較對應(yīng)的無隔層處理T1:1n、T2:4n的根質(zhì)量密度分別顯著升高了31.7%和40.0%，根長密度大幅升高了35.1%和20.6%，根表面積密度明顯升高了26.3%和26.6%。除T2:4和T2:4n根長密度，各處理之間指標(biāo)差異均達(dá)到顯著水平（＜0.05）。下層土壤中，T1:1、T2:4較T1:1n、T2:4n的根質(zhì)量密度、根長密度和根表面積密度指標(biāo)值均有一定程度下降，但處理間差異并不顯著（＞0.05）。表明淺埋秸稈隔層促使更多番茄根系分布于上層土壤中。

單位質(zhì)量根系長度是代表植物對土壤資源競爭力的形態(tài)指標(biāo)，單位質(zhì)量根系長度越大，其潛在吸收水分和養(yǎng)分的能力越強。對比不同處理的單位質(zhì)量根系長度（圖4（d）），淺埋秸稈隔層處理（T1:1、T2:4）較無隔層處理（T1:1n、T2:4n）的上層單位質(zhì)量根系長度差異不顯著（＞0.05），下層單位質(zhì)量根系長度則分別顯著高出38.2%和29.9%（＜0.05）。表明淺埋秸稈隔層條件下，番茄下層根系更為細(xì)長，根系比表面積更大，根系吸收能力更強。根系平均直徑可直接反映根系的粗細(xì)程度，亦與根系吸收能力密切相關(guān)，兩者通常呈正相關(guān)關(guān)系。分析不同處理的根系平均直徑（圖4（e）），淺埋秸稈隔層對上、下層根系平均直徑的影響均不顯著（＞0.05），但淺埋秸稈隔層處理的上、下層之間的根系平均直徑差值明顯大于無隔層處理的差值，T1:1、T2:4上下層之間根系平均直徑的差值分別相比T1:1n、T2:4n高出48.3%和29.2%。表明淺埋秸稈隔層使較粗根系分布于上層土壤，下層土壤則以更細(xì)的根系為主。

<

注 同一指標(biāo)的字母不同表示處理間差異顯著（＜0.05）；字母相同表示差異不顯著（＞0.05）。

圖4 不同處理的番茄根系生長指標(biāo)

Fig.4 Root growth index of tomato under different treatments

2）淺埋秸稈隔層對番茄地上部分生長指標(biāo)的影響，比較2014年和2016年番茄盆栽試驗不同處理的番茄莖稈、葉片及果實干物質(zhì)量和地上部分總干物質(zhì)量（表4），淺埋秸稈隔層處理較無隔層處理，番茄莖、葉、果實干物質(zhì)質(zhì)量均有不同程度增加。對比不同含鹽量處理各器官和地上部分總干物質(zhì)量增量，高鹽處理（T1:5、T2:4、T3:3）的增量明顯高于低鹽處理（T1:1）的增量。以地上部分總干物質(zhì)質(zhì)量增量為例，高鹽處理（T1:5、T2:4、T3:3）淺埋秸稈較未埋秸稈分別顯著增加了18.7%、24.0%和28.8%（＜0.05），而低鹽處理（T1:1）增量僅為3.3%和3.5%，差異并不顯著（＞0.05）。表明高含鹽量加劇作物遭受的鹽分脅迫，淺埋秸稈隔層可減輕鹽分脅迫，對番茄地上部分各器官生長及干物質(zhì)積累的增益效果更為明顯。

表4 不同處理的番茄地上部分干物質(zhì)量

注 各指標(biāo)增量為相同土壤含鹽量處理的淺埋秸稈隔層處理較無隔層處理之間的指標(biāo)增加百分率；下同。

對比分析2014年和2016年不同處理的番茄產(chǎn)量（表5），土壤含鹽量對番茄產(chǎn)量影響較大，高鹽處理的番茄產(chǎn)量顯著低于低鹽處理（＜0.05）。淺埋秸稈隔層處理較無隔層處理的番茄產(chǎn)量均有不同程度增加，且高鹽處理的增量明顯高于低鹽處理，其中T3:3處理較T3:3n處理的番茄產(chǎn)量大幅增加80.7%（＜0.05）。表明在較高土壤含鹽量條件下，淺埋秸稈隔層可有效緩解番茄受到的鹽分脅迫，利于作物生長和產(chǎn)量提升。

表5 不同處理的番茄產(chǎn)量

比較2014年和2016年不同處理的番茄生長水分利用效率（表6），淺埋秸稈隔層處理較無隔層處理的番茄均有不同程度提升，高鹽處理（T2:4、T1:5、T3:3）的番茄增量明顯高于低鹽處理（T1:1）的番茄增量。T1:1處理的番茄在2014年和2016年淺埋秸稈隔層較無隔層處理分別提升19.1%和21.8%，均未達(dá)顯著水平（＞0.05）；T2:4、T1:5、T3:3處理的番茄則分別顯著提升62.5%、33.3%、40.1%，是否淺埋秸稈之間差異顯著（＜0.05），較低鹽處理大幅增加了43.4%、11.5%、18.3%。表明淺埋秸稈隔層對高鹽條件下番茄的提升效果更加明顯。

表6 不同處理的灌溉水分利用效率

3 討論

3.1 淺埋秸稈隔層對土壤水鹽運移的影響

本研究結(jié)果表明，淺埋秸稈隔層對上層耗水量影響不顯著（＞0.05），但對下層耗水量則有顯著影響（＜0.05），淺埋秸稈隔層處理的下層耗水量顯著降低了11.4%和31.5%（＜0.05）。這與陸培榕等[17]關(guān)于秸稈埋深對鹽漬土水鹽分布的研究結(jié)果一致。表明淺埋秸稈隔層具有一定保水作用，該作用對秸稈隔層以下的土壤影響更為顯著，淺埋秸稈隔層保水作用發(fā)揮的范圍更大。許多學(xué)者對秸稈隔層的保水作用機(jī)理進(jìn)行了較深入的研究，結(jié)論基本一致。在灌溉入滲階段，秸稈隔層與上覆土層存在孔隙差異，土-秸界面處水勢差逆向，延緩濕潤鋒推進(jìn)速度，秸稈隔層表現(xiàn)出阻水減滲的效果[18]。這與土壤水分入滲過程中受到的“毛細(xì)阻滯”有關(guān)，在秸稈層含水率較低時，其導(dǎo)水率顯著低于上層土壤，穿透土-秸界面的水通量減小，甚至在灌溉定額較小的情況下，秸稈隔層不存在有效導(dǎo)水能力，抑制了水分入滲[19]。當(dāng)上層土壤含水率持續(xù)升高突破毛細(xì)阻滯界面后，水流濕潤鋒進(jìn)入秸稈隔層，隨后土壤水分入滲所需突破的異質(zhì)層界面轉(zhuǎn)變?yōu)榻斩捀魧优c深層土體界面，即由大孔隙度介質(zhì)向小孔隙度介質(zhì)運移。含水率的上升使得秸稈隔層導(dǎo)水率升高，最終超越下層土壤，對從秸稈層向下層土壤入滲的水分產(chǎn)生二次阻礙[20]，即所謂的“水力阻滯”。在潛水蒸發(fā)階段，秸稈隔層的鋪設(shè)能夠有效隔斷土壤毛管連續(xù)性，當(dāng)?shù)叵滤仙粮魧酉陆缑婧?，只能以水汽的形式擴(kuò)散上升，顯著降低了潛水蒸發(fā)能力[21]。由于秸稈隔層的保水作用，淺埋秸稈隔層處理較無隔層處理總耗水量顯著減少了5.7%和15.0%（＜0.05），起到一定節(jié)水效果。此外，本研究發(fā)現(xiàn)淺埋秸稈隔層對高鹽處理的水分消耗的增益效果更為明顯。這可能是淺埋秸稈處理影響了作物根系吸水，尤其在高鹽環(huán)境下，番茄可能產(chǎn)生了一定生理調(diào)節(jié)反應(yīng)，提升上層根系的吸水量，以保證作物生長需求，從而增加了上層耗水占比，增大了上下層耗水量占比差值。

本研究發(fā)現(xiàn)，淺埋秸稈隔層處理的上層土壤含鹽量降幅大于無隔層處理的降幅，下層土壤含鹽量漲幅明顯小于無隔層處理漲幅，表明淺埋秸稈隔層可提升上層土壤的鹽分淋洗效果，抑制下層土壤返鹽。這與前人研究結(jié)果[20-22]基本一致。土壤鹽分運移和水分運移密切相關(guān)，土壤水分是鹽分運動的驅(qū)動力和重要載體，秸稈還田通過影響土壤水分運移而間接影響鹽分運移。在淋洗脫鹽的過程中，秸稈隔層能夠延緩?fù)寥浪秩霛B，促進(jìn)了土壤中可溶性鹽離子的交換和溶解，待重力水完全下滲后，帶走更多的鹽分離子，提升淋洗脫鹽效果及水分利用效率[20]。而在蒸發(fā)上升階段，利用秸稈隔層隔斷毛管水上升路徑，可抑制地下水或深層土壤中的鹽分向上運移，防止土壤返鹽[22]。

3.2 淺埋秸稈隔層對番茄生長的影響

《CELL》綜述文章表明，植物可巧妙整合土壤中的多重脅迫因子信息（如鹽分脅迫、氮素缺乏等），通過激素及小分子肽在細(xì)胞間和器官間傳遞信號，調(diào)控生長、發(fā)育及代謝等過程，應(yīng)對外界多種環(huán)境脅迫，提升植物對脅迫的耐受能力，維持植物的正常生長[23]。例如，當(dāng)土壤中水鹽呈非均勻分布時，根系傾向于向含水率較高、含鹽量低的區(qū)域生長，具有“趨水避鹽”性[24-25]。研究表明[5-6]，當(dāng)番茄根系處于在垂直方向的鹽分不均勻分布，相對于均勻分布處理，處于含鹽量較低的根系出現(xiàn)補償性生長和補償性吸水的補償效應(yīng)，以保證作物生長需求。本研究結(jié)果表明，淺埋秸稈隔層增加了番茄上層土壤的根質(zhì)量密度、根長密度和根表面積密度，增加上層根系分布比例。分析其原因，可能是由于，一方面，淺埋秸稈隔層形成土體內(nèi)部異質(zhì)層，改變了土壤結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，增大番茄根系下穿難度，阻礙了番茄根系向下發(fā)展，從而減少了下層土壤中根系分布；另一方面，上下層土壤水鹽非均勻分布迫使番茄產(chǎn)生生理調(diào)節(jié)，出現(xiàn)補償效應(yīng)，更多根系富集于相對“高水低鹽”上層土壤中，以吸收更多水分和養(yǎng)分，滿足番茄生長需求。一定程度論證了上述關(guān)于“淺埋秸稈處理提升上層根系的吸水量，增加了上層耗水占比，增大了上下層耗水量占比差值”的推斷。此外，淺埋秸稈隔層條件下，下層土壤中的番茄根系呈現(xiàn)更為細(xì)長的形態(tài)。這可能是下層根系處于相對“低水高鹽”的不利脅迫環(huán)境，番茄植株產(chǎn)生生理調(diào)節(jié)，也出現(xiàn)了補償效應(yīng)，下層根系通過增加單位質(zhì)量根系長度，增大根系比表面積，增加根系與土壤介質(zhì)的接觸面積，增強根系吸收水分和養(yǎng)分的能力，以保證作物生長需求。

本研究結(jié)果表明，淺埋秸稈隔層可顯著增加番茄地上部分干物質(zhì)積累，提高番茄產(chǎn)量，提升番茄水分利用效率，在高鹽環(huán)境下的增益效果更佳。結(jié)合水鹽運移的結(jié)果與分析，其原因可能是由于秸稈隔層良好的保水控鹽作用，提升了土壤脫鹽效果，創(chuàng)造了更適宜的土壤水鹽條件，更利于番茄生長。同時，鹽分脅迫和水鹽非均質(zhì)分布條件下，淺埋秸稈處理的番茄的補償效應(yīng)更為顯著，上層根系分布比例和下層根系吸收能力顯著高于無秸稈隔層處理，從而提升作物對脅迫的耐受能力，促進(jìn)作物生長及產(chǎn)量提高，降低作物所受鹽分脅迫影響。綜上所述，埋深17 cm的淺埋秸稈隔層可有效調(diào)控水鹽運移，提升脫鹽效果，緩解番茄受到的鹽分脅迫，實現(xiàn)番茄促長及增產(chǎn)。

本研究采用盆栽試驗，通過設(shè)置不同上、下層含鹽量情況，一定程度上模擬江蘇濱海田間的土壤水鹽情況，探究淺埋秸稈隔層處理對江蘇濱海鹽堿土水鹽運移及作物生理反應(yīng)機(jī)制。但是，由于江蘇濱海墾區(qū)地下水位較淺且易受降雨、灌溉影響，水位波動較大，淺層地下海水對土壤水鹽運移和作物生長可能造成較大影響?？紤]設(shè)置補充咸水的處理可能會由于水分蒸發(fā)不均導(dǎo)致鹽分上升不一致，造成盆栽土壤總含鹽量發(fā)生差異變化，對研究造成不可控的影響，本研究未設(shè)置馬氏瓶等裝置進(jìn)行補充咸水來模擬淺層地下海水，與江蘇濱海鹽堿土農(nóng)田可能存在一定差別。在今后研究中，可開展江蘇濱海農(nóng)田現(xiàn)場小區(qū)或者大田試驗，進(jìn)一步研究淺埋隔層處理對實際田間土壤的水鹽運移和作物生長影響，以期為淺埋秸稈隔層的實際應(yīng)用提供更有力支撐。

4 結(jié)論

1）淺埋秸稈隔層具有保水控鹽的作用，淺埋秸稈隔層顯著減少土壤水分消耗5.7%～15.0%；增強上層土壤灌溉淋洗作用，上層土壤含鹽量的降幅較無秸稈隔層處理高出9.6%～24.5%；抑制下層土壤返鹽，下層土壤含鹽量的漲幅較無秸稈隔層處理低于36.1%～155.0%。

2）鹽分脅迫和水鹽非均質(zhì)分布條件下，淺埋秸稈隔層處理的番茄根系補償效應(yīng)更為顯著。淺埋秸稈隔層處理的上層根系分布數(shù)量明顯增加，根質(zhì)量密度分別顯著升高了31.7%～40.0%，根長密度大幅升高了20.6%～35.1%，根表面積密度明顯升高26.3%～26.6%；下層根系呈現(xiàn)更為細(xì)長的形態(tài)，淺埋秸稈隔層處理的下層單位質(zhì)量根系長度顯著高出29.9%～38.2%，上下層根系平均直徑的差值大幅高出29.2%～48.3%。

3）淺埋秸稈隔層處理顯著增加番茄地上部分干物質(zhì)積累3.3%～28.8%，提高番茄產(chǎn)量12.1%～80.7%，提升灌溉水利用效率19.1%～62.5%。其中，在高鹽脅迫環(huán)境下淺埋秸稈隔層的增益效果更佳，高鹽處理較低鹽處理淺埋秸稈處理的地上部分總干物質(zhì)量分別大幅增加了15.2%～25.3%，產(chǎn)量提高了14.0%～66.6%，灌溉水利用效率提升了11.5%～43.4%。

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Ameliorating Salt Accumulation and Enhancing Tomato Growth by Shallow-burying a Crop Straw Layer in Coastal Saline Soil

HUANG Da1,2, CHEN Sheng1*, WANG Zhenchang1, CHEN Zhuye3, ZHAO Hu4, GUO Xiangping1

(1. College of Agricultural Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Guangxi Key Laboratory of New Energy and Building Energy Saving, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China; 3. Zhangjiagang Yangshe Town Agricultural Service Center, Zhangjiagang 215600, China; 4. Zhangjiagang Municipal Water Bureau, Zhangjiagang 215600, China)

【Objective】 Salt accumulation in the proximity of soil surface and poor soil structure are a problem facing agricultural production in coastal regions. The objective of this paper is to explore the potential of using a shallow-buried straw layer to reduce solute ascent to ameliorate salt stresses to crops.【Method】The experiment was conducted in pots with tomato used as the model plant. The straw was buried at the depth of 17cm, with the ratio of salt content in the soil overlying and underlying the straw layer being 1∶1, 2∶4, 1∶5, or 3∶3. In each treatment, we measured the variation in soil water and salt, as well as growth and physiological changes of the tomato.【Result】Compared to the control (without straw layer), the shallow-buried straw layer significantly reduced soil water loss by 5.7% to 15.0%, and salt content in the upper soil layer by 9.6% to 24.5%, depending on the initial soil salt content and distribution; it also increased the number of roots in the upper soil layer and root mass density, root length density and root surface area by 31.7% to 40.0%, 20.6% to 35.1%, and 26.3% to 26.6%, respectively. It was found that the straw treatment enhanced dry matter accumulation in the above-ground part by 3.3% to 28.8%, increased tomato yield by 12.1% to 80.7%, and improved irrigation water utilization efficiency by 19.1% to 62.5%, compared to the control. 【Conclusion】Our results show that shallow-burying a straw layer at the depth of 17 cm can effectively slow down soil salt migration, alleviate salt stress to the tomato, and promote tomato growth and yield. It has a potential application for other crops grown in salinized coastal soils.

tomato; straw interlayer; water and salt migration; salt stress; compensation effect

黃達(dá), 陳盛, 王振昌, 等. 淺埋秸稈隔層對濱海鹽土水鹽運移及番茄生長的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2023, 42(3): 48-56.

HUANG Da, CHEN Sheng, WANG Zhenchang, et al. Ameliorating Salt Accumulation and Enhancing Tomato Growth by Shallow-burying a Crop Straw Layer in Coastal Saline Soil[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(3): 48-56.

1672 - 3317（2023）03 - 0048 - 09

S156.4

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022377

2022-07-08

國家自然科學(xué)基金項目（52079041，52109052）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目（B210202118）；廣西建筑新能源與節(jié)能重點實驗室開放基金項目（桂科能22-J-21-8）

黃達(dá)（1990-），男。講師，博士研究生，主要從事鹽堿土改良和鹽脅迫下的植物響應(yīng)研究。E-mail: dada-wong@hhu.edu.com

陳盛（1989-），男。副研究員，博士，主要從事鹽堿土改良和鹽脅迫下的植物響應(yīng)研究。E-mail: chens@hhu.edu.com

責(zé)任編輯：趙宇龍