北疆棉田施用土壤改良劑的增產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)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(shù)為3.1張，與對照比較，分別提高18.52%、30.42%;產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)的資源稟賦優(yōu)勢，是我國最大的產(chǎn)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(chǎn)量已占全國棉花產(chǎn)量的83.84%[2]，當下棉花產(chǎn)業(yè)已是新疆農(nóng)業(yè)主導產(chǎn)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(nóng)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(chǎn)業(yè)的發(fā)展和西部干旱區(qū)農(nóng)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(jīng)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(chǎn)生積極影響，從而提高退化土壤的生產(chǎn)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(zhì)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(chǎn)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。現(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(chǎn)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(chǎn)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(nóng)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(zhì)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(nóng)場耕作層土壤肥力指標為：有機質(zhì)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(nóng)場為低鹽地區(qū)。每個試驗區(qū)內(nèi)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(nèi)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(nèi)選擇2 m的棉帶，記錄總播種量（穴數(shù)）及出量（穴數(shù)），計算出苗率，選擇5株幼苗記錄其子葉數(shù)、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(zhì)量。

在棉花吐絮期進行土壤采樣，采集0～40 cm內(nèi)土樣，分為0～10、10～20、20～40 cm。帶回實驗室內(nèi)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(chǎn)，測產(chǎn)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(shù)，獲得每個小區(qū)內(nèi)的全區(qū)植株數(shù)、有效鈴數(shù)及單株結鈴數(shù)。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(zhì)量，根據(jù)單位面積植株數(shù)、單株平均結鈴數(shù)和平均單鈴質(zhì)量計算各個處理棉花產(chǎn)量，并折算出單位面積植產(chǎn)量。將采集的吐絮棉桃晾曬干后稱質(zhì)量，用軋花機試軋后計算平均衣分。每個處理內(nèi)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(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 17.0分析，對不同處理指標先取小區(qū)內(nèi)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(shù)，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(shù)間的差異不顯著。高鹽地區(qū)內(nèi)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(chǎn)量，而高生物量則是高產(chǎn)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(chǎn)量及其構成因素的影響

通過對產(chǎn)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(shù)及單鈴質(zhì)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(chǎn)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(chǎn)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(zhì)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(nèi)在質(zhì)量，是棉花重要的品質(zhì)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(shù)是評價機采棉質(zhì)量的重要依據(jù)[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(jù)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(nèi)土壤pH值的變化幅度不大，但是在20～40 cm范圍內(nèi)，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(chǎn)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(shù)以及單鈴質(zhì)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(shù)與單鈴質(zhì)量得以提高，棉花的產(chǎn)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shù)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(chǎn)量獲得大幅提升。改良劑雖然有利于棉花的生長及產(chǎn)量的提高，但是適用于高鹽分高pH值地區(qū)，在這一范圍內(nèi)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(chǎn)的同時提升棉花的品質(zhì)。在低鹽分地區(qū)要提高棉花的產(chǎn)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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