不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地花生生長發(fā)育和土壤水鹽變化的影響

南鎮(zhèn)武孟維偉劉 柱林松明王旭清

徐 杰1，劉靈艷1，張 正1，2*，萬書波3*

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/山東省作物遺傳改良與生態(tài)生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 濟(jì)南 250100;

2.山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,山東 濟(jì)南 250000; 3.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,山東 濟(jì)南 250100)

黃河三角洲是土壤鹽漬化發(fā)育的典型地區(qū),因受土壤鹽堿瘠薄、淡水資源匱乏等自然因素制約,黃河三角洲植物群落組成簡單,生態(tài)環(huán)境脆弱,土地蒸發(fā)量較大,導(dǎo)致土壤表層不斷積鹽,鹽漬化不斷加重,成為制約該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[1]。依據(jù)鹽漬土水鹽運(yùn)動(dòng)“鹽隨水來,鹽隨水去”的特點(diǎn),控制土壤水分蒸發(fā)可以減輕鹽分表聚,達(dá)到鹽堿地改良的目的[1-4]。秸稈覆蓋可以攔蓄雨水、減少地面徑流和抑制地表蒸發(fā),增加耕層土壤含水量[3-5],降低土壤的溫度,增加土壤養(yǎng)分和微生物量[6-9],提高土壤酶活性[10],抑制鹽分表聚[2,11],是一種重要的地面覆蓋措施。目前鹽堿地秸稈覆蓋多集中于玉米、棉花等作物的研究。已有研究表明,鹽堿地覆蓋秸稈對(duì)促進(jìn)棉花、玉米、大麥、向日葵等生長發(fā)育和產(chǎn)量形成作用顯著[12-15],而關(guān)于花生的研究鮮見報(bào)導(dǎo)。

本文以無覆蓋秸稈為對(duì)照,研究覆蓋前茬冬小麥秸稈對(duì)鹽堿地花生生長發(fā)育和土壤水、鹽和溫度變化的影響,以期利用秸稈覆蓋技術(shù)為黃河三角洲鹽堿地控堿抑鹽、保苗增效提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年7-9月在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范基地(118°37′ E,37°18′ N)進(jìn)行。該地屬華北濕潤大陸性季風(fēng)氣候,年均氣溫12℃,年降水量約600 mm,年蒸發(fā)量約1800 mm,全年無霜期202～210 d。供試土壤為砂壤、中度鹽堿土,試驗(yàn)區(qū)播前0～30 cm土層土壤pH8.4、有機(jī)質(zhì)10.8g/kg、全氮0.8g/kg、堿解氮34.5mg/kg、速效磷17.9 mg/kg、速效鉀190.6 mg/kg、鹽分2.3‰、水分16.9%。

試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理:無覆蓋(T0,對(duì)照);半覆蓋(T1,播種行覆蓋);全覆蓋(T2,小區(qū)全部覆蓋)。前茬小麥?zhǔn)斋@后,用打茬機(jī)將秸稈粉碎1～2遍,粉碎長度至10 cm以下,在花生播種后直接覆蓋,厚度1～2 cm,播種行覆蓋寬度約20 cm;供試品種花育25號(hào),單粒平播,行距40 cm,株距10 cm。小區(qū)面積25 m2,3次重復(fù),9個(gè)小區(qū),隨機(jī)排列?；?fù)合肥(15-15-15)750 kg/hm2。2018年7月2日播種,其他田間管理措施一致。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

出苗率:播種第18 d (7月19日)時(shí),每小區(qū)選取3行3 m樣段2處,調(diào)查株數(shù),計(jì)算出苗率。

農(nóng)藝性狀:播種第36 d (8月6日)、54 d (8月24日)、72 d (9月11日)、90 d (9月29日)時(shí),每小區(qū)選取代表性植株5株,考查主莖高、側(cè)枝長、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)。

干物質(zhì)及葉面積指數(shù):考察農(nóng)藝性狀后,將根、莖、葉、莢果分離,105℃殺青30min,80℃烘干至恒質(zhì)量,測(cè)定單株干物質(zhì)。同時(shí)采用鮮樣打孔稱質(zhì)量法[16]測(cè)算單株葉面積,計(jì)算葉面積指數(shù)。

土壤電導(dǎo)率(EC)及土壤溫度:花生播種第1(7月2日)、18、36、54、72、90 d時(shí),用便攜式土壤原位EC計(jì)(2265FSTP,美國)每小區(qū)定位測(cè)10點(diǎn)0～20 cm土層電導(dǎo)率和溫度,取其均值。

土壤相對(duì)含水量(VWC):花生播種第1、18、36、54、72、90 d時(shí),用 便 攜 式 土 壤 水 分 儀(TDR300,美國)每小區(qū)定位測(cè)10點(diǎn)0～20 cm土層相對(duì)含水量,取其均值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

運(yùn)用Microsoft Excel 2010 和SPSS 20.0處理數(shù)據(jù),采用LSD法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地花生出苗率的影響

不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地花生出苗率的影響存在差異(圖1)。與T0相比,T1和T2使鹽堿地花生出苗率分別顯著提高22.8%和29.3%,T2與T1出苗率差異不顯著。覆蓋秸稈時(shí)T2和T0土壤電導(dǎo)率差異不明顯,但高于T1;而T2出苗率高于T0,且與T1無差異;可見覆蓋秸稈利于鹽堿地花生的出苗。

2.2 不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地花生農(nóng)藝性狀的影響

不同覆蓋方式下鹽堿地花生隨著生育時(shí)期的推移,主莖高、側(cè)枝長、分枝數(shù)及主莖節(jié)數(shù)變化趨勢(shì)基本一致,但在各生育時(shí)期內(nèi)存在差異(圖2)。不同覆蓋方式下主莖高和側(cè)枝長變化趨勢(shì)表現(xiàn)為T2＞T1＞T0,且T2在播種第72 d、90 d時(shí)顯著高于T1和T0;但分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)在相同時(shí)期內(nèi)差異不顯著。

圖1 鹽堿地花生出苗率及秸稈覆蓋時(shí)土壤電導(dǎo)率Fig.1 Peanut emergence rate and soil conductivity at the beginning of straw mulching in saline-alkali soil

圖2 不同覆蓋方式下鹽堿地花生主莖高、側(cè)枝長、分枝數(shù)及主莖節(jié)數(shù)Fig.2 Main stem height,lateral branch length,branches number and main stem nodes of peanut in saline-alkali land under different covering patterns

2.3 不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地花生葉面積指數(shù)的影響

不同覆蓋方式下鹽堿地花生葉面積指數(shù)隨生育時(shí)期的推移變化趨勢(shì)基本一致,但不同生育時(shí)期內(nèi)存在差異(圖3)。在播種第36 d時(shí),T2、T1和T0花生葉面積指數(shù)差異不顯著;但在播種第54 d、72 d和90 d時(shí),T1和T2花生葉面積指數(shù)較T0分別顯著增加20.9%～24.2%和33.8%～43.1%;且T2花生葉面積指數(shù)較T1顯著增加10.7%～15.1%。

2.4 不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地花生干物質(zhì)積累的影響

不同覆蓋方式下,鹽堿地花生單株干物質(zhì)隨生育時(shí)期的推移變化趨勢(shì)基本一致,但各生育時(shí)期內(nèi)存在差異(圖4)。在相同生育時(shí)期內(nèi)T1與T0單株干物質(zhì)量差異不顯著,但在播種54 d和72 d時(shí)之間產(chǎn)生交叉;在播種第36 d、54 d、72 d時(shí),T2單株干物質(zhì)量與T0、T1差異不顯著,但第54 d、72 d時(shí)T2高于T0或T1;而在播種第90 d時(shí)T2單株干物質(zhì)量較T0、T1分別增加19.0%和15.2%。

圖3 不同覆蓋方式下鹽堿地花生葉面積指數(shù)Fig.3 Leaf area index of peanut in saline-alkali soil under different mulching patterns

圖4 不同覆蓋方式下鹽堿地花生單株干物質(zhì)積累Fig.4 Dry matter accumulation per peanut plant in saline-alkali soil under different mulching patterns

2.5 不同覆蓋方式對(duì)鹽堿地土壤水、鹽、溫變化的影響

不同覆蓋方式使鹽堿地花生生育時(shí)期內(nèi)土壤相對(duì)含水量均呈“W”型變化趨勢(shì)(圖5),且T1和T2使鹽堿地花生不同生育時(shí)期土壤相對(duì)含水量變化趨勢(shì)基本一致。在播種第1 d時(shí)T0相對(duì)含水量與T1、T2差異不明顯,而播種第18、36、54、72、90 d時(shí)土壤相對(duì)含水量均表現(xiàn)為T0＞T2＞T1。與播種第1 d土壤相對(duì)含水量相比,T0、T1、T2土壤相對(duì)含水量在花生播種第18、36、54、72、90 d時(shí)均分別降低,且播種第54 d時(shí)土壤相對(duì)含水量均分別高于36 d和72 d。

土壤電導(dǎo)率是測(cè)定土壤水溶性鹽的指標(biāo)。不同覆蓋方式均使鹽堿地花生生育時(shí)期期內(nèi)土壤電導(dǎo)率呈“W”型下降趨勢(shì)(圖6),且均在花生播種54 d和90 d時(shí)出現(xiàn)不同程度的返鹽現(xiàn)象;其中T2土壤電導(dǎo)率波動(dòng)程度最大(yT2=-143.5x+1669,.499;yT1=-0.104x+1.315,RT12=0.502;yT0=-118.0x+2083但花生播種18 d后T2波動(dòng)幅度最小,T0則最大。與播種第1 d土壤電導(dǎo)率相比,花生各生育期土壤電導(dǎo)率均降低;其中在播種72 d時(shí),T2和T1較T0的降低幅度分別提高44.7%和33.4%,而在播種90 d時(shí)T2較T0和T1的返鹽程度降低33.8%和63.7%。

圖5 不同覆蓋方式下鹽堿地花生土壤相對(duì)含水量Fig.5 Relative water content of peanut soil in saline-alkali soil under different mulching methods

圖6 不同覆蓋方式下鹽堿地花生土壤電導(dǎo)率Fig.6 Electrical conductivity of peanut soil in saline-alkali soil under different mulching modes

表1 不同覆蓋方式下鹽堿地花生土壤電導(dǎo)率、相對(duì)含水量、溫度相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis of electrical conductivity, relative water content and temperature of saline-alkali peanut soil under different mulching methods

圖7 不同覆蓋方式下鹽堿地花生土壤溫度Fig.7 Peanut soil temperature in saline-alkali soil under different mulching methods

不同覆蓋方式使土壤溫度隨花生生育時(shí)期均呈先升高后下降趨勢(shì),但差異不顯著(圖7)。T0、T1和T2在播種18 d后的土壤溫度較大氣溫度降低7.2%～29.7%,且花生播種第72 d時(shí)土壤溫度與大氣溫度溫差最大,其次是播種90 d時(shí)。

2.6 不同覆蓋方式下鹽堿地花生水、鹽、溫的相關(guān)性

對(duì)不同覆蓋方式下鹽堿地花生播種18 d后的土壤電導(dǎo)率、相對(duì)含水量、溫度進(jìn)行相關(guān)性分析(表1)?？梢钥闯?T0、T1和T2使鹽堿地花生不同生育時(shí)期土壤電導(dǎo)率與相對(duì)含水量均極顯著相關(guān);而土壤電導(dǎo)率、相對(duì)含水量與土壤溫度相關(guān)性均不顯著。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

良好的出苗率是促進(jìn)作物群體發(fā)育、提高作物產(chǎn)量的必要條件,覆蓋秸稈可以抑制耕層積鹽,改善作物根系生長環(huán)境,使作物對(duì)鹽分脅迫的生態(tài)適應(yīng)性增強(qiáng)[7-8],進(jìn)而提高出苗率。本研究發(fā)現(xiàn),秸稈全覆蓋和無覆蓋在播種第1 d土壤電導(dǎo)率基本相同,但全覆蓋使花生出苗率較無覆蓋提高29.3%;而秸稈全覆蓋與半覆蓋差異不顯著,但全覆蓋播種時(shí)土壤電導(dǎo)率明顯低于半覆蓋。這說明鹽堿地覆蓋小麥秸稈有利于提高花生出苗率,實(shí)現(xiàn)保苗。秸稈全覆蓋處理提高出苗率使作物群體發(fā)育得到保證,也是本試驗(yàn)條件下花生葉面積指數(shù)提高的主要因素;葉面積指數(shù)越高表現(xiàn)出作物綠色覆蓋度越高[12]?？梢?秸稈覆蓋是增加鹽堿地綠色覆蓋的有效措施。秸稈全覆蓋使鹽堿地花生主莖高和側(cè)枝長大于半覆蓋,且半覆蓋又大于無覆蓋,而分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)在同一生育時(shí)期內(nèi)無顯著差異;這說明覆蓋秸稈利于鹽堿地花生的生長發(fā)育,同時(shí)這也可能是導(dǎo)致鹽堿地花生生育后期全覆蓋單株干物質(zhì)高于半覆蓋和無覆蓋的原因。張金珠[12]等也研究認(rèn)為,秸稈覆蓋可以促進(jìn)棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成,對(duì)鹽堿土種植的棉花株高、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量的促進(jìn)作用顯著,而對(duì)非鹽堿土棉花株高、葉面積指數(shù)和產(chǎn)量的促進(jìn)作用不明顯。另有研究表明,鹽漬土秸稈覆蓋及其配施有機(jī)肥可以促進(jìn)玉米和大麥的生長發(fā)育,并顯著提高其產(chǎn)量[13];秸稈覆蓋處理后,河套灌區(qū)向日葵表現(xiàn)出植株增高,葉面積指數(shù)顯著增大,莖生物量顯著增高[14],可使鹽堿地向日葵增產(chǎn)達(dá)28%[15]。由此可見,本試驗(yàn)條件下,秸稈覆蓋利于鹽堿地種植作物的出苗保苗,促進(jìn)生長發(fā)育;但本試驗(yàn)花生播種時(shí)間較晚,花生生長發(fā)育的影響機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

土壤電導(dǎo)率與土壤水溶性鹽含量密切相關(guān),而黃河三角洲區(qū)域鹽分以水溶性鹽為主,因此該地區(qū)土壤電導(dǎo)率值可反映其土壤鹽分含量。本試驗(yàn)結(jié)果表明,土壤電導(dǎo)率與相對(duì)含水量呈“W”型下降趨勢(shì),且土壤電導(dǎo)率與相對(duì)含水量極顯著相關(guān),這進(jìn)一步驗(yàn)證了鹽漬土“鹽隨水來,鹽隨水去”的水鹽運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)[1-2]。前人研究表明,土壤鹽漬化的根本原因是含有鹽分的水在土體中運(yùn)動(dòng),所以解決土壤鹽漬化的關(guān)鍵是減少土壤水分蒸發(fā)、控制地下水位上升或降低地下水位[17]。Zhao[14]和Zhai[18]等也認(rèn)為,通過減少鹽的向上運(yùn)動(dòng)和蒸發(fā),可以控制土壤表層或作物根區(qū)的鹽分積累。而8月19日(播種49 d)前后該地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響普降暴雨,暴雨過后水分蒸發(fā),鹽分上移;這也可能是導(dǎo)致該時(shí)期土壤相對(duì)含水量和電導(dǎo)率在花生生育期內(nèi)升高的原因?；ㄉシN18 d后,全覆蓋土壤電導(dǎo)率波動(dòng)幅度最小,無覆蓋最大,播種90 d時(shí)無覆蓋土壤電導(dǎo)率增加幅度最大,返鹽程度最高,全覆蓋則最小,這可能是因?yàn)闊o覆蓋地表水分蒸發(fā)較大,下層水分向上遷移,鹽分隨水向上遷移至地表,引起地表鹽分增多,相對(duì)含水量也增加。這與Bezborodov等[19]人的研究結(jié)果基本一致,秸稈覆蓋處理0～15 cm土層的鹽度增幅顯著低于未覆蓋處理,且與覆蓋處理相比,未覆蓋處理的表層土壤鹽分平均增加20%,處理間差異隨土壤深度的增加而減小。然而鹽堿地環(huán)境復(fù)雜,影響因素較多,秸稈覆蓋后土壤深層次的水鹽變化有待進(jìn)一步研究。

3.2 結(jié) 論

不同覆蓋方式使鹽堿地花生出苗率、主莖高、側(cè)枝長、分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株干物質(zhì)、葉面積指數(shù)及土壤電導(dǎo)率、水分、溫度產(chǎn)生差異,秸稈全覆蓋和半覆蓋花生出苗率較無覆蓋分別提高29.3%和22.8%;在播種54 d后,秸稈全覆蓋和半覆蓋使鹽堿地花生葉面積指數(shù)較無覆蓋分別增加20.9%～43.1%;秸稈覆蓋使土壤溫度隨花生生育期呈先升后降趨勢(shì),土壤相對(duì)含水量和電導(dǎo)率則呈“W”型下降趨勢(shì),且花生生育后期全覆蓋土壤返鹽程度較無覆蓋和半覆蓋分別降低33.8%和63.7%。本試驗(yàn)條件下,花生播種后覆蓋前茬小麥秸稈利于提高出苗率,促進(jìn)生長發(fā)育,提高葉面積指數(shù),增加作物覆蓋度,達(dá)到控堿抑鹽、保苗增效的目的;且秸稈全部覆蓋優(yōu)于播種行覆蓋。