粉壟耕作對新疆鹽堿土理化性質及棉花生長影響

孫美樂，藺國倉，回經濤，仙 鶴，任向榮，張潤龍，楊 凈

（新疆農業科學院綜合試驗場，新疆 烏魯木齊 830012）

新疆是我國最大的優質棉生產基地，種植面積、單位面積產量、總產量一直居全國首位［1］，已初步形成了“世界棉花形勢看中國，中國棉花市場看新疆”的格局，且棉花作為新疆主要的經濟作物，對當地的經濟和社會發展有著重要的影響［2］。 同時，新疆又是中國最大的鹽堿土區，鹽堿土的面積占新疆總耕地面積的30.12%，土地鹽堿化已經成為新疆農業開發及持續發展的重大限制條件和障礙因素［3-4］。自1998年將膜下滴灌技術應用到棉花種植上以來，在一定程度上緩解了新疆水資源不足的問題，但滴灌棉田由于長期以來實行犁翻的耕作措施，尤其是近年來采用拖拉機旋耕，耕層松土層也多在15～20 cm，造成土壤板結，透氣性差，形成犁底層，植物生長可利用土壤總量和土壤養分有限，且鹽分易在植物生長的表層聚集，導致土壤次生鹽堿化，嚴重影響了棉花的出苗率、產量和品質，亟需研究新的耕作模式，改善土壤理化性 狀，構建良好的耕層，遏制土壤鹽漬化趨勢。鹽漬化耕地改良是一項難度大、復雜程度高、周期長的工作而受到國內外相關學者的長期關注［5］。在主要的4大鹽堿土壤改良方法中，物理改良是一種見效快、經濟又方便的方法。研究表明［6-8］，粉壟耕作是通過改變土壤物理結構來調控土壤的水鹽運動，在不減少土體鹽堿成分總貯量的前提下，通過水、鹽、肥等要素時空分布調控，在土壤表層建立一個良好的低鹽淡化層，供植物進行正常的生命活動。根據“鹽隨水來，鹽隨水去”的水鹽運移規律，通過水分運移調節土壤鹽堿化程度。近年來，粉壟耕作技術在廣西、內蒙古、陜西等21個省（區）開展了應用研究［9-13］，粉壟技術耕作不亂土層（耕作層深度可達50 cm以上），有利于打破犁底層，大幅加深土壤耕層，降低耕層土壤容重，增加土壤孔隙度和透氣性，提高土壤溫度，增加土壤養分含量和土壤儲水能力，同時，對水稻、玉米、花生、甘蔗、馬鈴薯、小麥和飼草等多種作物的產量和品質進行了分析，在化肥農藥、灌溉用水和人工成本等“三不增投”情況下，達到了產量增加10%～30%，品質提升5%，冬小麥粉壟后第6年仍然增產，每公頃增產342 kg、增幅4.55%。但針對粉壟后土壤的物理結構及含鹽量變化，沒有進行詳細具體的研究。因此，粉壟技術在改造利用中輕度鹽堿地方面具有優勢。它利用發明的粉壟機螺旋型鉆頭，均勻粉碎土壤，在整地效果上比拖拉機加深1倍以上且不亂土層，是一種回歸自然，充分利用土壤、水分、氧氣、光能等自然資源促進農業增產、生態改善的“農耕升級版技術”，技術簡單易行，低成本、高產出。但該技術在鹽堿地降鹽效果和作用原理尚無報道。將粉壟技術應用于鹽堿地棉花種植，對比連續粉壟、間隔粉壟耕作和傳統耕作后，土壤理化性質指標的變化和棉花農藝性狀及產量的差異，探索適合鹽堿地棉花種植新的耕作模式，以解決新疆鹽堿地棉花種植中產量低的問題。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于新疆維吾爾自治區巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣興平鄉（41。36' N，86。12'E），距離庫爾勒市尉犁縣城30 km，海拔892 m，年平均降水量20～80 mm，年平均蒸發量2 000～2 500 mm；≥10℃積溫3 950～4 500℃，無霜期180～215 d；濕潤度小于0.33，灌溉水礦化度2.7 g/L，為純灌溉農業，作物生長季節干旱少雨，光熱資源豐富，主要種植棉花、葡萄等經濟作物。土壤為砂壤土，透水性中等，0～60 cm土壤含鹽量為7.7～9.1 g/kg，土壤容重1.67 g/cm3，土壤含水量18.12%，pH值8.50，有機質含量12.52 g/kg，全氮0.84 g/kg，堿解氮58.69 mg/kg，有效磷9.67 mg/kg，速效鉀138.74 mg/kg。

1.2 試驗材料與方法

試驗時間為2017年3月～2018年11月，供試品種為當地主栽品種新陸中51號，栽培方式為一膜兩管四行，膜寬1.4 m，條播法種植，灌水方式為滴灌。2018年4月20日播種，9月10日收獲，生育期139 d。結合春耕施基肥施磷酸二銨225 kg/hm2，尿 素150 kg/hm2，硫 酸 鉀300 kg/hm2，從現蕾期到收獲期共滴水6次，初花期隨水追施尿素150 kg/hm2。由于該區處于中重度鹽堿區，播種前進行河水漫灌以降低土壤耕作層的鹽分含量。土地耕作采用大區設計，將3種耕作措施設置為3個處理，分別是傳統翻耕（對照）、間隔粉壟，連續粉壟。每個大區面積為3 335 m2，將3個不同耕作措施的大區處理平均分為3等份，設為3次重復。

1.3 土壤耕作程序

1.3.1 傳統翻耕

在2017、2018年春季，連續2年均采用傳統的五鏵犁犁地翻耕，深度20～25 cm，土壤晾曬后大水漫灌，再進行旋耕作業，深度為15～20 cm，機械旋耕的同時，后面帶有扶壟器和鎮壓輪 播種。

1.3.2 間隔粉壟

2017年春季采用廣西農業科學院韋本輝團隊研制的粉壟機械進行作業，該機械垂直螺旋型鉆頭將土壤垂直旋磨粉碎，不亂土層，耕作深度40～50 cm。2018年采用傳統的五鏵犁翻耕，大水漫灌后旋耕播種。

1.3.3 連續粉壟

2017、2018年春季，連續2年均采用粉壟專業機械耕地，大水漫灌后旋耕播種。

1.4 項目測定與方法

1.4.1 土壤容重測定

采用環刀法測定，分別在播種前、苗期和收獲期，采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤帶回實驗室測定，每處理取3個重復。

土壤容重=環刀內濕土重×100/［環刀體積× （100+樣品含水量）］

1.4.2 土壤含水量測定

采用烘干法測定，分別在播種前、苗期和收獲期，采集0～20、20～40、40～60 cm土層土壤帶回實驗室測定，每處理取3個重復。

土壤含水量=（原土重-烘干土重）/烘干土重×100%

1.4.3 土壤總鹽測定

測定方法依據鮑士旦的《土壤農化分析》［14］，土壤總鹽采用殘渣烘干法。

1.4.4 棉花生長指標測定

每個處理隨機選3點進行取樣測量，每點連續取10株，測定棉花株高、莖粗、果枝數、結鈴數、根重、主根長、主根粗、根數和地上部分鮮重。

1.4.5 棉花產量測定

每個處理隨機選3點進行產量測定，每點面積為33.3 m2，測定取樣面積內棉花的有效株數和有效鈴數，計算單株鈴數，稱取有效鈴的重量計算單鈴重。

單位面積籽棉產量=有效株數×單株鈴數×單鈴重

1.5 數據計算

采用Excel 2007統計分析軟件進行基礎數據整理分析作圖；利用SPSS 22.0軟件進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同耕作措施對土壤容重的影響

由表1可知，播種前不同耕作措施在0～20、40～60 cm土層的土壤容重差異不顯著，在20～40 cm土層，與傳統翻耕相比，間隔粉壟與連續粉壟土壤容重降低5.7%、5.1%，差異顯著，這與粉壟耕作打破20～40 cm土壤犁底層有一定關系；苗期與傳統翻耕相比，間隔粉壟和連續粉壟在各土層土壤容重均降低，對土壤容重的影響以0～20 cm最大，20～40 cm次之，40～60 cm最小，間隔粉壟在0～20、20～40、40～60 cm土層土壤容重分別降低了7.7%、6.5%、3.7%，連續粉壟0～20、20～40、40～60 cm土壤容重分別降低了9.0%、8.3%、4.9%，差異顯著；收獲期在0～40 cm土層，間隔粉壟、連續粉壟的土壤容重顯著低于傳統翻耕，其中間隔粉壟在0～20、20～40 cm分別降低土壤容重3.8%、8.1%，連續粉壟在0～20、20～40 cm分別降低土壤容重3.1%、7.6%，差異顯著，在40～60 cm不同耕作措施間土壤容重無顯著差異。

不同生育階段不同土層的土壤容重大小趨勢為：連續粉壟<間隔粉壟<傳統翻耕，說明粉壟能夠打破犁底層，降低土壤容重。從不同生育期來看，不同耕作措施土壤容重的變化趨勢基本一致，表現為苗期<收獲期<播種前，原因是土壤自然沉降及降雨等，各層土壤容重有所增加。各時期各土層間隔粉壟與連續粉壟土壤容重無顯著差異。說明連續粉壟和間隔粉壟均有利于改善土壤結構，降低土壤容重。

表1 不同耕作處理對土壤容重的影響 （g/cm3）

2.2 不同耕作措施對土壤含水量的影響

由圖1可知，播種前不同耕作措施土壤含水量表層最低，隨深度增加土壤含水量不斷增加。在0～20 cm土層，間隔粉壟與連續粉壟土壤含水量顯著高于傳統翻耕處理，在20～40 cm土層，傳統翻耕土壤含水量顯著高于間隔粉壟與連續粉壟處理，原因是春季土壤正處于潛水蒸發狀態，粉壟耕作打破犁底層，疏松土壤，使下層水份上移，增加了表層土壤含水量；由圖2可知，苗期0～40 cm土層中，間隔粉壟和連續粉壟土壤含水量顯著高于傳統翻耕。苗期0～20 cm土層中，間隔粉壟和連續粉壟土壤含水量較傳統翻耕分別增加了1.45%、2.83%，在20～40 cm土層土壤含水量較傳統翻耕分別增加了1.34%、1.99%，差異顯著。由圖3可知，收獲期在0～20 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟土壤含水量較傳統翻耕分別增加了1.72%、3.3%，20～40 cm土壤含水量較傳統翻耕分別增加了1.33%、0.71%，40～60 cm不同耕作措施間無顯著差異，表明粉壟耕作疏松了土壤，結合覆膜措施能有效控制土壤跑墑，增加了土壤的保水能力，顯著提高土壤耕作層的含水量。

作物生長期的土壤平均含水量為連續粉壟>間隔粉壟>傳統翻耕。從不同生育期看，間隔粉壟、連續粉壟及傳統翻耕耕作措施，土壤含水量的變化趨勢基本一致，表現為播種前<苗期<收獲期。各時期各土層間隔粉壟與連續粉壟土壤含水量無顯著差異，說明連續粉壟和間隔粉壟均有利于改善土壤結構，增加土壤保水性能，提高土壤含 水量。

圖1 播種前不同耕作措施土壤水分分布

圖2 苗期不同耕作措施土壤水分分布

圖3 收獲期不同耕作措施土壤水分分布

2.3 不同耕作措施對土壤鹽分的影響

試驗區春季多風，土壤水分蒸發劇烈。從圖4可以看出，播種前不同耕作處理土壤鹽分都存在表聚現象，且土壤的鹽分隨著土層深度的增加逐步降低。其中以傳統翻耕土壤鹽分表聚最為明顯，在0～20 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟鹽分含量顯著低于傳統翻耕，分別比傳統翻耕處理降低了7.2%、13.4%。在20～40 cm土層，間隔粉壟和連 續粉壟土壤鹽分含量依舊顯著低于傳統翻耕，分別降低13.5%、14.5%。在40～60 cm土層，傳統翻耕土壤的鹽分最低，顯著低于間隔粉壟和連續粉壟，分別比間隔粉壟和連續粉壟低24.9%、21.9%。

從圖5可以看出，大水漫灌后，苗期不同耕作處理土壤鹽分在0～20 cm土層均有所下降，在20～40 cm土層表現為上升的趨勢，在40～60 cm傳統翻耕土壤含鹽量表現為下降，連續粉壟和間隔粉壟含鹽量表現為上升。不同處理0～20 cm土壤鹽分下降明顯，其中間隔粉壟和連續粉壟土壤鹽分含量顯著低于傳統翻耕，分別比傳統翻耕降低24.3%、28.2%。在20～40 cm土層，不同處理土壤的鹽分有所上升，以傳統翻耕處理增加最為明顯，顯著高于間隔粉壟和連續粉壟19.5%、19.8%，在40～60 cm土層，傳統翻耕土壤含鹽量顯著低于間隔粉壟和連續粉壟19.5%、19.8%，這可能是鹽分隨水逐漸淋溶到下層，導致下層鹽分含量增加，傳統翻耕犁底層較淺，在20～40 cm土層，導致鹽分在該層聚集上升，粉壟打破犁底層，鹽分不斷向更深層運動。

從圖6可以看出，收獲期0～20 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟含鹽量分別比傳統翻耕降低37%、37.5%，差異顯著。在20～40 cm土層，不同處理土壤的鹽分之間無顯著差異，40～60 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟土壤含鹽顯著高于傳統翻耕，分別比傳統翻耕高12.7%、9.1%；各時期、各土層間隔粉壟和連續粉壟之間鹽分含量無顯著差異，變化趨勢一致，說明粉壟耕作對土壤的影響可持續兩年。

圖5 苗期不同耕作措施對土壤鹽分影響

圖6 收獲期不同耕作措施對土壤鹽分影響

2.4 不同耕作措施對棉花生長指標的影響

由表2可知，土壤粉壟后，棉花長勢明顯優于傳統耕作的植株。其中土壤粉壟和傳統翻耕的棉花株高、果枝數、主根長、根數有顯著的差異，連續粉壟和間隔粉壟分別與對照相比，株高增加了35.1%和26.5%，果枝數增加2.7和1.6個/株，主根長增加了41.1%和26.7%，根數增加了22.5%和18.6%；莖粗、根重、主根粗、地上部分鮮重也有所增加，但差異不顯著。連續粉壟與間隔粉壟兩者之間的差異不顯著。因此，間隔粉壟和連續粉壟均能促進棉花的健壯生長。

表2 不同耕作措施對棉花生長指標的影響

2.5 不同耕作措施對棉花產量性狀的影響

由表3可知，從有效株看，粉壟處理與傳統翻耕處理之間存在著顯著差異，間隔粉壟、連續粉壟的每公頃的有效株數分別高于傳統翻耕12 000、 19 500株；連續粉壟處理與間隔粉壟處理之間無顯著差異；從單株結鈴數看，連續粉壟處理與間隔粉壟處理單株結鈴數顯著高于傳統翻耕處理，每株平均結鈴數分別比傳統翻耕多2.0和1.8個，間隔粉壟處理每株結鈴數與連續粉壟處理之間無顯著差異；不同耕作措施間的棉花的單鈴重、衣分無顯著差異；籽棉產量方面，間隔粉壟和連續粉壟無顯著差異，但兩者均顯著高于傳統翻耕處理，分別較傳統翻耕處理增產46.2%和49.5%。

表3 不同耕作措施對棉花產量性狀影響

3 討論

3.1 粉壟耕作對土壤某些物理性狀的影響

耕作措施對土壤性質的影響最先表現在土壤容重的變化上［15-16］。粉壟整地是一種先進的耕作措施，能夠疏松土壤、降低土壤容重，從而增加土壤的通透性和保水性［17-19］。本研究與前人研究結果較一致，與傳統翻耕相比，播種前在20～40 cm土層，苗期在0～60 cm土層，收獲期在0～40 cm土層，間隔粉壟、連續粉壟的土壤容重顯著低于傳統翻耕；各時期各土層間隔粉壟與連續粉壟土壤容重無顯著差異。說明連續粉壟和間隔粉壟均有利于改善土壤結構，降低土壤容重。土壤含水量的高低反映土壤持水能力和供水能力的高低［20-21］。與傳統翻耕相比，播種前在0～20 cm土層，間隔粉壟與連續粉壟土壤含水量顯著高于傳統翻耕處理，在20～40 cm土層，傳統翻耕土壤含水量顯著高于間隔粉壟與連續粉壟處理，可能是春季土壤正處于潛水蒸發狀態，粉壟耕作能疏松土壤，打破犁底層，使下層水分上移到表層；苗期到收獲期0～40 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟土壤含水量顯著高于傳統翻耕；間隔粉壟和連續粉壟土壤含水量各時期各土層無顯著差異。因此，粉壟耕作疏松了土壤，增加了土壤的持水供水能力，但在遇到春季多風，蒸發旺盛的天氣，造成表層土壤含水量下降，結合覆膜滴灌有利于保水保墑。

3.2 粉壟耕作對土壤某些化學性狀的影響

粉壟耕作切斷土壤的毛細管，減少下層土壤的鹽分上移，灌溉時，受重力作用影響，耕作層土壤中的鹽分將會逐漸隨水下滲，降低耕作層土壤含鹽量［22］。本研究與相關報道結果一致，試驗結果表明，粉壟結合大水漫灌洗鹽措施，降低了耕作層的土壤含鹽量。播種前，傳統翻耕土壤鹽分表聚最為明顯，在0～40 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟鹽分含量顯著低于傳統翻耕，在40～60 cm，傳統翻耕土壤的鹽分最低，顯著低于間隔粉壟和連續粉壟，可能是傳統翻耕的犁底層阻礙了耕作層鹽分的下移。苗期，大水漫灌洗鹽后，不同耕作處理土壤鹽分在0～20 cm土層均有所下降，在20～40 cm，土層表現為上升的趨勢，在40～60 cm傳統翻耕土壤含鹽量表現為下降，連續粉壟和間隔粉壟含鹽量表現為上升。這可能是鹽分隨水逐漸淋溶到下層，導致下層鹽分含量增加，傳統翻耕犁底層耕作層較淺，在20～40 cm，導致鹽分在該層聚集上升，粉壟打破犁底層，鹽分不斷向更深層運動。收獲期在0～20 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟含鹽量顯著低于傳統翻耕。在40～60 cm土層，間隔粉壟和連續粉壟土壤含鹽顯著高于傳統翻耕，這也與粉壟打破犁底層，導致鹽分下移有關。間隔粉壟和連續粉壟土壤含鹽量各時期各土層無顯著差異。粉壟耕作降低了耕作層含鹽量，促進作物生長 發育。

3.3 粉壟耕作對棉花生長及產量的影響

粉壟整地有利于作物的生長發育，粉壟深松土壤改善了根系的生長條件，促進根系生長發育，使根重顯著增加［23］，作物根系垂直分布下移，提高了深層土壤的群體根系活性［24］。有文獻表述，在耕層淺、較板結的土壤條件下，黃瓜的光合作用減弱，加速植物衰老［25］。在耕層厚、土壤疏松的條件下，草莓的光合作用增加，促進有機物質的積 累［26］。本研究表明，間隔粉壟和連續粉壟打破犁底層，促進了棉花根系向深處生長，棉花長勢增強，主要表現在根長、根數、株高、果枝數的明顯增加；間隔粉壟和連續粉壟降低土壤耕作層含鹽量，提高棉花出苗率，從而增加了單位面積有效株數、單株結鈴數也明顯增加，顯著提高了棉花產量，間隔粉壟和連續粉壟無顯著差異，但兩者均顯著高于傳統翻耕處理，分別較傳統翻耕處理增產46.2%和49.5%。

4 結論

粉壟耕作結合大水漫灌洗鹽措施，能夠降低耕作層的土壤容重、含鹽量，增加含水量，提高保水能力，有利于提高棉花的出苗率及棉花生長勢，從而達到增產增收的效果。但粉壟后土壤長期保持在疏松狀態，容易造成跑墑，建議結合覆膜滴灌種植。各時期、各土層間隔粉壟和連續粉壟之間鹽分含量無顯著差異，變化趨勢一致，說明粉壟耕作對土壤結構的影響可持續兩年，耕作模式可采用粉壟-傳統翻耕-粉壟的耕作措施，節本增效。