北疆棉田施用土壤改良劑的增產控鹽效果

白旭明 張文太 張慶偉

摘要：以三工河鄉(xiāng)及瑪納斯縣新湖農場為試驗區(qū)，研究不同鹽分條件下施用土壤改良劑對棉田增產抑鹽的效果，對棉花長勢、生理指標、土壤鹽分指標進行測定。結果顯示，高鹽區(qū)棉田施用土壤改良劑后三工河鄉(xiāng)棉花出苗率為64%，子葉數為3.1張，與對照比較，分別提高18.52%、30.42%;產量為4 476.31kg/hm2，比對照提高5.63%，馬克隆值由B到A。在低鹽區(qū)新湖農場施用土壤改良劑后與對照相比效果并不顯著。說明在鹽漬化較為嚴重的地區(qū)施用土壤改良劑有助于棉花出苗、生長，利于蕾鈴的生長，從而提高棉花產量，且有降低土壤鹽分改善土壤環(huán)境的效果，在輕度鹽漬化區(qū)施用土壤改良劑對于增產抑鹽效果并不顯著，研究結果可為受次生鹽漬化侵害的棉田治理提供參考。

關鍵詞：北疆棉田;鹽堿地;棉花;土壤改良劑;生長指標;生理指標;產量

中圖分類號： S156.2 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）11-0077-05

收稿日期：2019-07-13

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2016YFC0501402-4）。

作者簡介：白旭明（1995—），男，新疆哈密人，碩士研究生，研究方向為鹽堿地改良。E-mail：1214034995@qq.com。

通信作者：張文太，博士，副教授，研究方向為土壤水資源與土壤改良。E-mail：zwt@xjau.edu.cn。 ?新疆地處我國西北部，光熱資源豐富，具有棉花生產的資源稟賦優(yōu)勢，是我國最大的產棉區(qū)和商品棉基地，同時也是我國棉花的主要供給來源地[1]，2018年新疆棉花產量已占全國棉花產量的83.84%[2]，當下棉花產業(yè)已是新疆農業(yè)主導產業(yè)。近年來，北疆以膜下滴灌等非充分灌溉為最主要的灌水方式。相關研究認為，膜下滴灌由于灌量小，淋溶作用微弱，在新疆強蒸發(fā)的環(huán)境下仍然存在次生鹽漬化威脅，而土壤的鹽漬化及土壤次生鹽漬化問題是新疆農業(yè)發(fā)展的主要障礙，也是影響新疆綠洲生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定的重要因素[3-4]。面對原有的大量鹽堿地以及日益增長的次生鹽漬化土壤，提高鹽堿地利用率對新疆棉花產業(yè)的發(fā)展和西部干旱區(qū)農業(yè)的發(fā)展有重要意義。

土壤改良劑是在科學發(fā)展、技術進步的基礎上誕生的，與傳統(tǒng)的改良措施相比，具有更高的經濟性和時效性。相關研究表明，應用土壤改良劑是修復退化土壤的重要措施之一[5]。土壤改良劑能有效地改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，并對土壤微生物產生積極影響，從而提高退化土壤的生產力[6]。施用石膏等可以降低鹽堿土中交換性鈉離子含量，進而有效降低pH值和堿化度[7-8];施用腐殖酸、風化煤等能與鹽堿土的堿性物質中和，并與一些難溶鹽等形成絡合物，從而有效降低pH值和堿化度[9-10];聚合有機改良劑可以增大土壤總孔隙度，降低容重，加速排鹽效果[11]，且?guī)追N改良劑聯(lián)合配施的效果要優(yōu)于單一施用[12]。楊宇等研究發(fā)現(xiàn)，施用2%生化黃腐酸土壤改良劑對鹽堿土壤改堿效果較明顯，土壤的鹽分含量降低，結構也得到明顯改善[13]。李國萍等在阿勒泰的研究結果表明，施用施地佳鹽堿改良劑對于消除鹽堿具有十分明顯的效果，可以將鹽堿地油葵出苗率從0提高到80%，并且產量接近于對照，具有推廣價值[14]。目前，前人對鹽堿土改良的研究主要集中在東北及沿海地區(qū)，對于新疆的鹽堿土壤改良研究較少且多集中于傳統(tǒng)水利措施，對于改良劑的研究項目較少?，F(xiàn)采用滴施改良劑對鹽堿地進行改良，探究在不同程度鹽漬化條件下施用改良劑對棉田的增產抑鹽效果。通過大田試驗，研究增施改良劑對棉田鹽分變化及產量的增長情況。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與試驗處理

試驗于2018年4月在新疆阜康三工河鄉(xiāng)（44°17′43″N、88°5′48″E）和瑪納斯縣新湖農場進行（44°19′12″N、86°31′51″E），兩地氣候都屬中溫帶大陸性干旱氣候，年均氣溫分別為6.6、7.2 ℃;平均年較差分別為42.2、42.8 ℃;年積溫分別為3 788、3 584 ℃;多年平均無霜期分別為174、165 d。兩地土壤類型皆為灰漠土，三工河鄉(xiāng)耕作層土壤肥力指標為：有機質含量7.10 g/kg、速效氮含量 15.61 mg/kg、速效磷含量4.58 mg/kg，速效鉀含量156.86 mg/kg，土壤pH值與電導率在水土比5 ∶ 1時為8.8、2 200 μS/cm。新湖農場耕作層土壤肥力指標為：有機質含量7.89 g/kg，速效氮含量 15.26 mg/kg，速效磷含量10.27 mg/kg，速效鉀含量125.06 mg/kg，土壤pH值與電導率在水土比5 ∶ 1時為9.2、1 000 μS/cm。

其中，三工河鄉(xiāng)為高鹽地區(qū)，新湖農場為低鹽地區(qū)。每個試驗區(qū)內設置2個處理，分別為不施改良劑、施用改良劑30 kg/hm2，每個處理內劃定3個小區(qū)用以測定各項指標，每個小區(qū)長10 m、寬10 m。改良劑選擇市售酸堿平衡護理劑，烏魯木齊紅都嘉業(yè)出品。棉花種植采用1膜2帶6行的模式，膜長2.05 m，膜間裸地寬度為66 cm，出苗水 375 m3/hm2，改良劑隨出苗水一同施入。

1.2 田間觀測

澆灌出苗水7 d后在劃定小區(qū)內選擇2 m的棉帶，記錄總播種量（穴數）及出量（穴數），計算出苗率，選擇5株幼苗記錄其子葉數、株高。在吐絮初期采集不同處理各小區(qū)有代表性的棉株5～7株，按其不同器官（根、莖、葉、鈴、絮+籽）依次分開，用去離子水洗凈，105 ℃下殺青30 min，70 ℃烘干并稱干物質量。

在棉花吐絮期進行土壤采樣，采集0～40 cm內土樣，分為0～10、10～20、20～40 cm。帶回實驗室內自然風干，研磨后過2、1 mm篩。土壤pH值和電導率的測定分別用土壤pH計和電導率儀進行，水土比均為5 ∶ 1。

在2018年10月進行小區(qū)測產，測產方法為每個處理隨機選擇棉花植株長勢均勻的3個小區(qū)進行計數，獲得每個小區(qū)內的全區(qū)植株數、有效鈴數及單株結鈴數。每個小區(qū)分3次采收每株上部、中部、下部各5朵完全吐絮的棉桃，測定平均單鈴質量，根據單位面積植株數、單株平均結鈴數和平均單鈴質量計算各個處理棉花產量，并折算出單位面積植產量。將采集的吐絮棉桃晾曬干后稱質量，用軋花機試軋后計算平均衣分。每個處理內隨機選取有代表性的10株棉花，用游標卡尺測量株徑，用卷尺測量株高。

1.3 數據處理

試驗數據采用Excel和SPSS 17.0分析，對不同處理指標先取小區(qū)內平均值，然后用每個小區(qū)的平均值進行獨立樣本t檢驗;統(tǒng)計圖用Origin 8.0軟件完成。

2 結果與分析

2.1 施用改良劑對棉花生長發(fā)育的影響

在高鹽地區(qū)施用改良劑可以顯著提高棉花的出苗率，與對照相比，出苗率提高了18.52%。在高鹽地區(qū)施用改良劑可以顯著提升棉花的子葉數，與對照相比提高30.42%，而在低鹽地區(qū)不同處理下的棉花子葉數間的差異不顯著。高鹽地區(qū)內施用改良劑對株高影響不顯著，但可以顯著提高棉花的株徑，與對照相比，施用改良劑后棉花的株徑提高了23.95%。在低鹽地區(qū)施用改良劑可以顯著提高棉花的株高、株徑，與對照相比，施用改良劑后棉花的株高提升了5.6%，株徑則提升了20.5%（表1）。施用改良劑的目的在于提升棉花的產量，而高生物量則是高產的基礎。棉花的生物量隨著改良劑的施用有不同程度的提升，在高鹽地區(qū)，棉花的根、莖、葉、鈴、絮+籽與對照相比分別提高20.41%、18.97%、1.60%、7.61%、8.27%，其中改良劑對絮+籽的生物量提高效果顯著。在低鹽地區(qū)，棉花的根、莖、葉、鈴、絮+籽與對照相比分別提升653%、307%、10.51%、6.06%、10.76%（圖1）。

2.2 施用改良劑對產量及其構成因素的影響

通過對產量構成要素的測定，發(fā)現(xiàn)高鹽地區(qū)施用改良劑后單株成鈴數及單鈴質量顯著提升，而在低鹽地區(qū)則效果不明顯。棉花衣分無論在高鹽地區(qū)還是低鹽地區(qū)差異均不明顯。在高鹽地區(qū)施用改良劑后可以顯著提升棉花產量，與對照比較，提高5.63%（表2）。在低鹽地區(qū)，雖然施用改良劑后產量有所提升，但效果不顯著。

2.3 施用土壤改良劑對棉花品質的影響

馬克隆值是棉纖維細度和成熟度的綜合指標，反映了棉花的內在質量，是棉花重要的品質指標之一[15]。在高鹽地區(qū)施用改良劑后，棉花的馬克隆值由B級升為A級[15]，而在低鹽地區(qū)卻未得到相似的結果，2個處理下的棉花馬克隆值都是B級。短纖維指數是評價機采棉質量的重要依據[16]，纖維上半部平均長度越長，所紡出的紗線表面越光潔[17]。根據2地棉花實測的結果，使用改良劑對棉花纖維長度的變化并無影響。斷裂比強度則與紗線的成紗強力有很好的相關性[18]，在本試驗中施用改良劑對2地棉花的斷裂比強度并無明顯影響（表3）。

2.4 施用土壤改良劑對土壤pH值、電導率的影響

從圖2可以看出，隨著土壤深度的增加，土壤電導率有逐漸增大的趨勢。無論是在高鹽地區(qū)還是在低鹽地區(qū)，使用土壤改良劑都可以降低土壤中鹽分含量。在低鹽地區(qū)，隨著土壤深度的增加，處理與對照間的差異呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。

從圖3可以看出，施用改良劑可以有效降低土壤pH值，在高鹽地區(qū)土壤pH值的變化幅度較小。在低鹽地區(qū)，0～20 cm內土壤pH值的變化幅度不大，但是在20～40 cm范圍內，土壤pH值有大幅度的升高。

3 討論與結論

一般認為，棉花屬于耐鹽作物，但是棉花仍然存在著鹽分限制問題[19]。本試驗結果表明，當土壤中鹽分含量過高時，會導致棉花種子的萌發(fā)與子葉的生長受到抑制，這也佐證了董合忠等的研究結果[20]，而在鹽分含量較低的地區(qū)，就不會造成影響。前人的研究結果發(fā)現(xiàn)，土壤改良劑的施用對棉花的株高變化并無影響[21]，但在本試驗中，施用改良劑后低鹽地區(qū)對棉花株高產生了顯著影響，造成這一現(xiàn)象的原因可能是2地在打頂時間上存在差異，使得低鹽地區(qū)的棉花生長更為充分，最終出現(xiàn)了株高上的差異。張慶偉等研究結果表明，棉花的生物量變化與土壤含鹽量無直接關系[22]。但本研究表明，在高鹽分條件下，棉花的生殖器官生物量的增加會受到鹽分的限制。棉花的蕾鈴生長受到鹽分脅迫更為明顯，當土壤中含鹽量在較低水平時，棉花的蕾鈴生長可以維持在較高水平，而當土壤中鹽分含量升高時，棉花單株成鈴數以及單鈴質量都會出現(xiàn)大幅的下降，此時施用土壤改良劑可以有效改變這一現(xiàn)狀。使得單株成鈴數與單鈴質量得以提高，棉花的產量顯著提高。在2地試驗中，無論土壤中鹽分離子出現(xiàn)怎樣的變化，棉花衣分差異不顯著，與趙婧文等的結果[23]具有相似性，這可能與試驗選用的相同的棉花品種有關，衣分由棉花遺傳因素所決定[24]，受外界因素影響較小。

施用土壤改良劑后，土壤pH值都有下降的趨勢。在低鹽地區(qū)本底pH值較高時，土壤pH值在 0～20 cm 范圍內集中在8.7左右，但當深度增加到 20～40 cm 時，改良劑的效果減弱，土壤pH值可以達到9以上。在高鹽地區(qū)本底pH值較低時，各土層范圍內pH值的變化幅度較小。造成這一現(xiàn)象可能是由于土壤的緩沖性以及棉花根部的分泌物。隨著土壤深度的不斷增加，土壤電導率有著逐漸增大的趨勢，這正是由于鹽分隨著水分而逐漸下滲，最終導致上層鹽分含量降低，下層鹽分不斷積累，施用改良劑可以有效提升這一過程，從而起到改善耕作層鹽分狀態(tài)。

前人研究發(fā)現(xiàn)，棉花纖維的生長受到鹽分的抑制[25]。在本試驗中，高鹽地區(qū)內棉花施用土壤改良劑后馬克隆值提高一個評級，由B級升到A級，但是在低鹽地區(qū)棉花評級則都為B級，這可能于土壤中的鹽分抑制了棉花的糖分轉化，最終導致其成熟度降低。在2地施用改良劑后棉花的上半部平均長度與短纖維指數都有一定程度的提升，可能是棉花纖維素的合成受土壤鹽分影響，未能充分發(fā)育，使用改良劑后土壤鹽分含量大幅降低所導致的。

在高鹽分地區(qū)，施用改良劑能降低土壤的鹽分及pH值，改善棉花苗期的生長環(huán)境，提高棉花的出苗率與子葉的伸展，有利于棉花的生長，從而提高棉花地上部的生物量。低鹽分有利于棉花蕾鈴的生長，從而使得棉花產量獲得大幅提升。改良劑雖然有利于棉花的生長及產量的提高，但是適用于高鹽分高pH值地區(qū)，在這一范圍內才能起到降低pH值和鹽分含量的作用，同時能夠提升棉花纖維的成熟度，在高產的同時提升棉花的品質。在低鹽分地區(qū)要提高棉花的產量仍然要依靠常規(guī)管理措施，改良劑所能起到的作用有限。

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