秦王川灌區(qū)種植披堿草和小麥對耕地鹽堿的影響

李昂 吳應(yīng)珍 葛承暄

摘要：實驗以小麥（Triticum aestituum）和披堿草（Elymus dahuricus Turcz.）及其下部土壤為研究對象，通過測定植被的蓋度、高度、地上生物量及其下部土壤的水、鹽含量等指標(biāo)，探究了秦王川灌區(qū)種植小麥和披堿草對耕地鹽堿的影響差異。結(jié)果表明：當(dāng)耕地種植小麥和披堿草后，其地表光照強(qiáng)度、溫度和土壤表層（0～5 cm）鹽含量均顯著低于裸地，而地表濕度和土壤表層含水率正好相反，均顯著高于裸地（p<0.05）。小麥?zhǔn)斋@前，種植小麥和披堿草耕地表層鹽含量較裸地分別降低近57%和42%;秋末，種植披堿草耕地表層的鹽分依然較裸地降低近44%，而原種植小麥地的土壤表層鹽含量卻較裸地升高了18%。綜合以上，秦王川灌區(qū)種植春小麥因生育期較短易引發(fā)土壤鹽堿危害，而種植披堿草可全年覆蓋耕地地表，從而可降低耕地發(fā)生次生鹽漬化的風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：秦王川灌區(qū);次生鹽漬化;植被覆蓋;農(nóng)田生態(tài)保育

中圖分類號：X53

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）4-0008-04

1 引言

甘肅省的秦王川灌區(qū)太陽輻射強(qiáng)烈、干旱少雨，對農(nóng)作物的定期灌溉就成了該區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障[1]。然而，由于不合理的灌溉方式和農(nóng)事活動，致使該灌區(qū)耕地鹽漬化面積占到總面積的1/3以上，并還有進(jìn)一步擴(kuò)大趨勢[2，3]。為降低鹽堿危害，當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常采取灌水洗鹽方式來降低土壤鹽分。這不僅浪費(fèi)水資源、流失土壤肥力[4]，而且還加重了下游農(nóng)田鹽堿危害。鹽堿地的改良不僅要排除土壤鹽分，更為重要的是培肥土壤。鑒于此，鹽堿地的生物治理受到廣泛關(guān)注。如藺海明等研究發(fā)現(xiàn)[5]，種植毛苕子可降低耕地0～20 cm土層中88%的鹽分。彭紅春等研究發(fā)現(xiàn)[6]，建植混播人工草地不僅能提高鹽堿地的植被蓋度和地上生物量，而且還能顯著降低土壤表層鹽分。李昂等在西北干旱區(qū)的酒泉研究時發(fā)現(xiàn)[7]，種植多年生甘草不僅能提高耕地表層土壤水分含量，而且還能將土壤表層鹽含量降低85%。

由于農(nóng)業(yè)勞動強(qiáng)度大、收入低，秦王川灌區(qū)農(nóng)民大多只利用耕地，很少進(jìn)行農(nóng)田保育，致使土壤鹽堿加重、肥力降低問題日趨嚴(yán)重;再加上農(nóng)村青壯年大都外出打工，從事農(nóng)業(yè)的勞動力越來越少，越來越多的耕地被棄耕撂荒[8]。黨的“十九大”報告明確提出要著力解決突出環(huán)境問題，擴(kuò)大耕地輪作休耕、健全耕地草原等休養(yǎng)生息制度。披堿草（Elymus dahuricus Turcz.）作為一種優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)牧草，具有耐旱、耐寒、耐鹽堿和耐風(fēng)沙等優(yōu)點，廣泛分布于中國東北、內(nèi)蒙古、河北、陜西、甘肅、寧夏、青海等省區(qū)。鑒于秦王川農(nóng)村的現(xiàn)實狀況，為了提高秦王川灌區(qū)耕地可持續(xù)生產(chǎn)力，實現(xiàn)“藏糧于田”和黨的“十九大”提出的加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的戰(zhàn)略定位，本文實驗通過測定地表微環(huán)境的相關(guān)指標(biāo)和土壤水、鹽含量，來分析種植春小麥和披堿草對土壤鹽堿的影響差異，為秦王川灌區(qū)及西北干旱灌區(qū)采取草田輪作預(yù)防土壤鹽漬化和提高土壤肥力提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 實驗設(shè)計及測定

實驗設(shè)在秦王川灌區(qū)北部的上川鎮(zhèn)下古山村（103°33′E，36°45′N，海拔1950 m），這里土壤以灰鈣土為主，氣溫年均5.8℃，降雨年均284.4 mm，蒸發(fā)量年均高達(dá)1888 mm，為典型干旱大陸性氣候[9-11]。實驗以小麥和披堿草為供試材料，設(shè)小麥、披堿草、裸地（CK）3個處理。每個處理均重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列，共計12小區(qū)。小區(qū)面積4m×6m，小區(qū)間隔為0.5 m。小麥播量為30 g/m²，披堿草播量為3 g/m²。2016年3月中旬平整土地播種，行播間距20 cm，播種深度為3 cm。根據(jù)小麥田間管理要求，于5月10日和6月10日對實驗地灌水兩次，7月25日收獲小麥。根據(jù)披堿草長勢于7月25日、9月15日刈割牧草，10月15日收獲披堿草完成當(dāng)年實驗。

實驗期間定期對小麥和披堿草的蓋度、高度和生物量進(jìn)行測定[12]，同時也測定了每個處理的地表光照強(qiáng)度、溫度和濕度。地上部分測定完后，用土鉆鉆取不同處理土樣，并帶回室內(nèi)按相關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定進(jìn)行水分和鹽分測定[13]。

2.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行作圖和處理，文中各指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，并進(jìn)行多重比較[14]。

3 結(jié)果與分析

3.1 植物生長比較

植物地上部分是其生態(tài)功能發(fā)揮的前提和基礎(chǔ)。就植物蓋度而言（圖la），7月10日小麥?zhǔn)斋@前，小麥蓋度為82.5%，披堿草蓋度較小麥高21%;小麥?zhǔn)斋@后其地表蓋度降為0，而此時正值西北多雨季節(jié)，披堿草在降雨的滋潤下繼續(xù)生長，盡管期間進(jìn)行了兩次刈割，至實驗截止時（10月15日）蓋度仍上升至82.5%。就植物高度而言（圖lb），7月10日測定時小麥高度為84.3cm，披堿草為105 cm，較小麥高25%;實驗截止時，小麥因收獲高度降為0，披堿草盡管刈割兩次，仍長至24cm高度。就地上生物量而言（圖lc），小麥?zhǔn)斋@前地上生物量約2 kg/m²，而披堿草僅為1.2 kg/m²，小麥比披堿草生物量高約67%。綜合以上，小麥?zhǔn)斋@前（7月10日），披堿草的蓋度、高度均大于小麥，而地上生物量正好相反;實驗截止（10月15日）時，因小麥已收獲其特征指標(biāo)均降為0，而披堿草植被的特征指標(biāo)均比小麥高。

3.2 地表微環(huán)境相關(guān)指標(biāo)比較

耕地地表微環(huán)境受地上植被影響。2016年3月26日實驗初期（圖2a），裸地、小麥地和披堿草地的地表光照強(qiáng)度約為59.5 klux，三者間差異不顯著;隨著植被生長，它們之間的差異變得非常顯著，至7月10日測定時，裸地的地表光照強(qiáng)度最高、達(dá)76 klux，而小麥地和披堿草地分別為26.5klux和18.9 klux;至10月15日實驗截止時，因小麥?zhǔn)斋@其地表裸露類似于裸地，故小麥地與裸地光照強(qiáng)度一致，而披堿草地因有披堿草植被覆蓋，其地表光照強(qiáng)度僅為25.6klux，明顯小于裸地和原小麥地。就地表溫度而言（圖2b），其變化趨勢與光照強(qiáng)度類似，小麥?zhǔn)斋@前（7月10日），小麥和披堿草地的地表溫度均小于裸地。至實驗截止時，小麥地和裸地溫度基本一致，且均顯著大于披堿草地的地表溫度。就地表濕度而言（圖2c），其變化正好相反，小麥?zhǔn)斋@前，小麥地和披堿草地的濕度相近，且均顯著大于裸地;至實驗截止時，裸地和小麥地的地表濕度相近，而披堿草地的地表濕度顯著大于原小麥地和裸地。

3.3 耕地0～5 cm土層水、鹽含量比較

耕地種植小麥和披堿草后對土壤表層水、鹽含量有顯著影響。2016年3月實驗初期（圖3a），裸地、小麥地和披堿草地的土壤含水率約為16.6%，三者間差異不顯著;小麥?zhǔn)斋@前，裸地地表的含水率為10%，小麥和披堿草地的土壤含水率分別為11.4%和11.6%，分別比裸地提高14%和16%;實驗截止時，小麥地與裸地類似、土壤含水率相近約為8.2%，而披堿草地為9.5%，比裸地提高約18%。就土壤鹽含量而言（圖3b），實驗初期，三者間鹽含量相近，均在330 μs/cm左右;至7月10日時，裸地土壤表層的鹽含量為282.2 μs/cm，小麥和披堿草地分別為122.7 μs/cm和164.2μs/cm，分別比裸地降低近57%和42%，方差分析差異顯著;至實驗截止時，小麥地因裸露類似于裸地，其0～5 cm土層可溶性鹽分含量最高、達(dá)319.3 μs/cm，其次為裸地、為269.5μs/cm，披堿草地最低、僅為150.6 μs/cm，種植披堿草的地表鹽含量較裸地降低近44%，而原種植小麥的土壤表層鹽分較裸地高近18%，方差分析它們差異顯著。

4 討論和結(jié)論

作為作物生長物質(zhì)基礎(chǔ)的土壤，其質(zhì)量的好壞將直接影響耕地農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量[15]。甘肅省耗資巨大的“引大入秦”工程自建成通水以來，由于存在灌排設(shè)施不配套，灌水時又多采取大水漫灌方式，加之種植的春播作物生育期較短，致使該灌區(qū)近1/3農(nóng)田受到土壤鹽堿威脅[8]。土壤積鹽規(guī)律是：鹽隨水來，水去鹽留[16]。以往研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田種植作物后可降低耕地積鹽速度;其緣由是農(nóng)作物覆蓋農(nóng)田后，地上植被減弱了土壤水分的自然蒸發(fā)，相應(yīng)減少了隨水上移到土壤表層的鹽分，從而降低了土壤表層的積鹽速度[17，18]。

從本實驗也可清楚地看出，對于種植小麥和披堿草耕地而言，小麥?zhǔn)斋@前，小麥和披堿草地的地表光照強(qiáng)度、溫度均低于裸地，而地表濕度均高于裸地;對比披堿草和小麥覆蓋的耕地，披堿草地的地表光照強(qiáng)度低于小麥地（圖2）。這主要是耕地種植作物或牧草后，在植被的遮蔽作用下，太陽光穿過植物地上部分后光強(qiáng)減弱，從而使得植被覆蓋區(qū)域地表的光照強(qiáng)度明顯低于裸地;由于地表光照強(qiáng)度減弱，陽光傳遞到地表的熱量相應(yīng)減少，加之地表植被增大了空氣流動的阻力，從而使得植被覆蓋區(qū)的地表溫度降低、濕度增加;對于小麥地和披堿草地而言，由于披堿草地上部分蓋度顯著大于小麥（圖1），其遮蔽作用明顯強(qiáng)于小麥，故披堿草地的地表日照強(qiáng)度低于小麥地。小麥?zhǔn)斋@后，由于小麥地類似于裸地，故其地表的光照強(qiáng)度、溫度和濕度與裸地相近;而披堿草在秋季降雨的作用下繼續(xù)生長，故其光照強(qiáng)度和溫度均顯著低于裸地和原小麥地，而地表濕度正好相反、顯著高于裸地和原小麥地。

從土壤水、鹽測定結(jié)果（7月10日，圖3）也可看出，植被覆蓋區(qū)的土壤含水率明顯高于裸地，而土壤鹽含量正好相反、明顯低于裸地。這主要是由于當(dāng)植被覆蓋地表后，太陽照射到地表的光強(qiáng)減弱，地表溫度降低、濕度提高，土壤水分自然蒸發(fā)減弱，從而使得植被覆蓋區(qū)的地表含水率顯著大于裸地。對于土壤表層鹽分而言，其主要來自于：溶解于土壤水中的鹽分通過毛細(xì)管作用隨水上移到土壤表層，水分蒸發(fā)、鹽分留存于土壤表層[16]。由于植被覆蓋區(qū)的地表濕度和土壤含水率均較裸地高，說明植被覆蓋區(qū)域的地表水分自然蒸發(fā)速度較裸地慢，故其表層積聚的鹽分也較裸地少。本實驗小麥?zhǔn)斋@前小麥和披堿草地表層鹽含量分別比裸地降低近57%和42%也驗證了以上結(jié)論的正確性。當(dāng)小麥?zhǔn)斋@后，小麥地與裸地類似，加之此時西北正值高溫季節(jié)，從而使得小麥地的表層鹽含量也與裸地類似呈顯著提高趨勢;而在披堿草植被的覆蓋作用下，披堿草地表層土壤的含水率較裸地高，說明披堿草地的土壤水分自然蒸發(fā)較裸地低，從而使得隨水上移到土壤表層的鹽分也顯著低于裸地。據(jù)李發(fā)明等[15]和魏曉斌等[19]研究顯示，當(dāng)苜蓿種植年限增加時，其土壤中的水溶性鹽含量呈總體下降趨勢。盡管本實驗只做了一年的實驗，但從測得的結(jié)果中可以清楚地看出種植披堿草后可降低土壤表層鹽分達(dá)44%。再結(jié)合魏曉斌等[19]的研究成果完全可以推斷出：種植披堿草可降低土壤表層鹽分的結(jié)論是正確的;而且，隨著披堿草種植年份的增加，這種降低土壤表層鹽分的趨勢將變得更加顯著。

另外，從10月15日鹽含量測定結(jié)果中還可看出，盡管秋末小麥地與裸地類似，但小麥地的表層土壤鹽含量明顯高于裸地（原小麥地土壤表層鹽含量較裸地高18%）。這主要是由于小麥在生長期需消耗大量的水分，小麥根部有選擇地吸收了水分，而水中的鹽分被截留于距地表20 cm左右的土壤中;當(dāng)小麥?zhǔn)斋@后，此時正值高溫季節(jié)，土壤裸露、水分蒸發(fā)速度加快，導(dǎo)致小麥地土體中的鹽分快速上移到地表，從而使得小麥地表的鹽分累積速度比裸地還高，這一結(jié)果也與李昂等‘17]的研究結(jié)論相一致。

綜合以上，當(dāng)秦王川灌區(qū)種植春小麥等春播作物后，由于作物生長期相對較短，易引發(fā)土壤發(fā)生次生鹽漬化問題;而種植披堿草等生長期較長的牧草，由于地表植被覆蓋了整個生長季節(jié)，故可降低耕地發(fā)生鹽漬化的風(fēng)險。為了降低秦王川灌區(qū)耕地鹽堿危害和改善耕地質(zhì)量，該區(qū)應(yīng)大力提倡推廣草（披堿草）田（作物）輪作的種植模式。

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