生草栽培對南疆棗園土壤水鹽運(yùn)移的影響*

馬曉燕，席琳喬，韓 路，王海珍

（1 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300）

（2 塔里木大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院）

果園清耕是以往我國普遍盛行的傳統(tǒng)耕作管理措施，具有防蟲害、田間管理操作簡單等特點(diǎn)，但多年來研究發(fā)現(xiàn)，長期清耕會導(dǎo)致土壤蓄水、抑蒸、保墑、抗蝕效果降低，土壤板結(jié)、肥力下降、鹽分表聚，而且造成冬春季土壤裸露，易發(fā)生風(fēng)沙揚(yáng)塵等一系列問題[1]，嚴(yán)重影響林果產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效和可持續(xù)發(fā)展。果園生草是近年來發(fā)展較快的針對清耕果園土壤產(chǎn)生潛在負(fù)面危害而采取的現(xiàn)代化果園管理模式。眾多研究表明，果園生草覆蓋可減少土壤水分蒸發(fā)損失，改良土壤理化性狀，增進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，提高土壤養(yǎng)分含量、土壤酶活和抑蒸保墑能力，降低土壤pH 值和抑制鹽分表聚，同時可減少環(huán)境污染、抑制大氣揚(yáng)塵以及有效防治病蟲害[1-8]。生草制已成為世界上許多國家和地區(qū)廣泛采用的果園土壤管理調(diào)控技術(shù)之一。在西北干旱地區(qū)，水資源短缺和土壤鹽漬化是限制農(nóng)田資源高效利用和導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平低下的直接影響因素。因此，如何有效調(diào)控土壤結(jié)構(gòu)、培肥地力和抑鹽降鹽并合理利用有限灌溉水源，以滿足林果業(yè)持續(xù)發(fā)展，最大限度地提高水資源利用率和降低土壤鹽堿危害，是促進(jìn)干旱區(qū)林果業(yè)提質(zhì)增效需重點(diǎn)解決的問題。

南疆土壤母質(zhì)屬第四紀(jì)沖積物，含有石膏、石灰、硫酸鈉、氯化鈉等鹽類，是土壤和地下水含鹽的地質(zhì)基礎(chǔ)。該區(qū)氣候干旱、蒸發(fā)強(qiáng)烈且降雨稀少，加上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用大水漫灌的方式進(jìn)行灌溉，土壤中的水鹽運(yùn)移相對頻繁，土壤鹽堿化現(xiàn)象十分普遍。土壤含鹽量過高，引起土壤理化性質(zhì)發(fā)生改變，導(dǎo)致作物生長不良。根據(jù)鹽隨水來、鹽隨水去的原理，只要能控制土壤水分蒸發(fā)就可以減緩鹽分表聚，進(jìn)而降低土壤鹽害對作物的影響[7]。當(dāng)前鹽堿地的治理措施主要有生物、工程、農(nóng)業(yè)和化學(xué)措施，其中生物措施（秸稈、生草覆蓋等）是一種理想的鹽堿地改良措施。前人研究表明，土壤鹽漬化的主要原因是土壤中鹽分表聚，秸稈覆蓋不僅能減少土壤水分損失，還能抑制鹽分表聚、減緩?fù)寥利}漬化及影響土壤鹽分的分布[5-9]。生草覆蓋能顯著提高果園土壤含水量、孔隙度、持水能力，降低土壤容重和pH 值[5-9]。牧草發(fā)達(dá)的根系可以形成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，減少由下而上的鹽堿運(yùn)動，降低耕層土壤含鹽量與抑制鹽分表聚[7-10]，最終達(dá)到改良鹽堿地的目的。目前就不同生草草種、生草模式對果園土壤理化性質(zhì)的影響已經(jīng)展開了較多研究[1-6,9,11]，但對生草栽培下南疆棗園土壤水鹽動態(tài)影響的研究較少，對土壤水鹽遷移的變化規(guī)律尚不清楚。為此，本試驗以南疆阿拉爾墾區(qū)種植3 年牧草的棗園土壤為試材，以清耕為對照，研究不同生草栽培下土壤水鹽的運(yùn)移特征，探明生草栽培果園土壤水鹽時空分布與變化規(guī)律及其對鹽堿土的改良效應(yīng)，為南疆果園生草改良鹽堿土壤、培肥地力技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在塔里木大學(xué)園藝試驗站進(jìn)行，該站位于塔克拉瑪干沙漠北緣、塔里木河干流上游的阿拉爾墾區(qū)（北緯40°35′，東經(jīng)80°50′；海拔1 006 m），屬典型暖溫帶大陸性干燥氣候和典型灌溉農(nóng)業(yè)。區(qū)內(nèi)光熱資源豐富，平均年日照時數(shù)2 900 h，年平均氣溫10.7 ℃，年最高氣溫40.6 ℃，年最低氣溫-23.0 ℃，≥10 ℃年活動積溫4 113 ℃，無霜期220 d，平均年降水量48.5 mm，平均年蒸發(fā)量＞1 988.4 mm。風(fēng)沙災(zāi)害頻繁，春、夏季多大風(fēng)天氣，是該地區(qū)風(fēng)沙危害的主要季節(jié)。

試驗棗園為10 年生‘駿棗’園，面積0.27 hm2，栽植行株距為2 m×1 m，東西走向，灌溉采用漫灌方式。棗樹為盛產(chǎn)期，生長健壯，樹勢中等，無病蟲害。試驗前棗園土壤采取清耕措施，處理前0～20 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量為11.75 g/kg，堿解氮含量33.48 mg/kg，速效磷含量15.32 mg/kg，速效鉀含量87.33 mg/kg，土壤含鹽量1.86 g/kg。試驗區(qū)地勢平坦，土質(zhì)等自然條件和栽培管理方式基本一致。試驗草種為早熟禾（Poa annuaL.）和三葉草（Trifolium repensL.）。

1.2 試驗設(shè)計

2016 年開始試驗，采用隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置3 個處理，分別為早熟禾（I，PA）、三葉草（II，SH）、清耕（III，CK），4 月上中旬在棗樹行間條播早熟禾與三葉草，播種量分別為22.5、15 kg/hm2，以清耕棗園為對照，3 次重復(fù)，共9 個小區(qū)，小區(qū)面積300 m2。清耕處理是人工將果園雜草除凈，無任何覆蓋。生長季不使用除草劑，生草區(qū)每年刈割2 次，覆蓋于行間或樹盤。試驗期間不同處理的土壤、灌溉、棗樹修剪、病蟲防治等管理措施相同。

1.3 土樣采集與分析方法

土壤樣品于2018 年4 月開始測定，每月中旬（灌溉后10 d）在各處理小區(qū)按5 點(diǎn)取樣法取樣，用土鉆取0～100 cm 土樣，每20 cm 1 層，各層土樣用鋁盒封裝，帶回實驗室采用烘干法測定土壤含水量；剩余土樣各層分別混合均勻后采用四分法分取土樣0.5 kg 作為1 個樣品，共315 份土樣，剔除植物殘根等雜物后用塑料袋裝好，帶回實驗室風(fēng)干。土壤總鹽含量采用蒸餾水浸提，水土比為5∶1，水浴蒸干法測定。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用SAS 6.12 軟件處理，用Duncan’s 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 生草栽培對棗園土壤水分空間分布的影響

2.1.1 土壤含水量的月變化

由圖1 可知，生長季（4—10 月）各處理棗園不同深度土壤含水量的變化趨勢一致，均呈“M”形波動。但變化幅度不同，清耕0～40 cm 土壤含水量變幅均明顯高于生草栽培，其40～100 cm 的變幅大于早熟禾、小于三葉草。

圖1 棗園不同深度土壤含水量的月變化

生草栽培下不同深度土壤含水量均高于清耕處理，0～40 cm 表現(xiàn)明顯，生草栽培0～40 cm 土壤含水量與清耕處理差異達(dá)極顯著水平，60～100 cm 則差異顯著（圖2）。早熟禾、三葉草栽培0～40 cm 土壤含水量分別比清耕處理增加了36.76%、39.41%，40～100 cm 則分別增加了 18.21%、23.20%。表明干旱區(qū)果園生草栽培能明顯抑制土壤水分蒸發(fā)，保持土壤水分，在抑蒸保墑方面三葉草優(yōu)于早熟禾。

圖2 生草栽培對土壤含水量的影響

2.1.2 土壤含水量的垂直分布

由圖3 可知，總體上各層土壤含水量從地表向地下深層呈增加趨勢，深層土壤含水量高于淺層。從各季節(jié)來看，秋季相同土層的含水量最低，春季含水量最高。但生草栽培與清耕處理存在差異，春季生草栽培20～40 cm 土壤含水量下降，早熟禾栽培在夏季、秋季20～60 cm 均有所降低，三葉草栽培在春季、秋季20～40 cm 土壤含水量下降。生草栽培春季、夏季、秋季各層土壤含水量大多高于清耕處理，尤其是夏季、秋季顯著減少0～40 cm 深度土壤水分蒸發(fā)，同時也提高了深層土壤水分。夏季、秋季生草栽培0～40 cm 深度土壤含水量分別比清耕處理增加了32.90%、72.77%；生長季生草栽培0～40、40～100 cm 深度土壤含水量分別比清耕處理增加了38.09%、20.71%。表明生草栽培對土壤含水量的垂直分布產(chǎn)生了明顯的影響，其能顯著減少上層土壤水分蒸發(fā)，并減緩下層土壤水分上移，起到蓄水保墑的作用。

圖3 生草栽培對土壤含水量垂直變化的影響

2.2 生草栽培對棗園土壤鹽分空間分布的影響

2.2.1 土壤含鹽量的月變化

水分是土壤鹽分遷移的重要載體，土壤鹽分隨著土壤水分的運(yùn)動而遷移。由圖4 可知，生長季（4—10 月）各處理棗園不同深度的土壤含鹽量變化趨勢相似，均呈倒“M”形上下波動。但不同處理變幅不同，早熟禾栽培0～20 cm 深度變幅最大（0.452 g/kg），8、10 月土壤含鹽量較高；三葉草栽培20～40 cm 深度變幅最大（0.449 g/kg），清耕處理則0～20 cm 深度變幅最大（0.417 g/kg），二者4、10 月土壤含鹽量較高；各處理上層土壤含鹽量及其變幅均高于下層。清耕處理不同深度的土壤含鹽量均高于生草栽培，0～40 cm 表現(xiàn)明顯；各處理土壤鹽分向上遷移主要發(fā)生在0～40 cm 范圍內(nèi)，而清耕處理鹽分向上遷移量明顯高于生草栽培，平均增加39.95%。

圖4 不同處理棗園土壤鹽分含量的月變化

早熟禾、三葉草栽培0～40 cm 深度土壤含鹽量分別比清耕處理降低30.71%、26.40%，且生草栽培0～40 cm 土壤含鹽量與清耕處理差異達(dá)極顯著水平，40～100 cm 則差異顯著（圖5）。表明干旱區(qū)生草栽培能影響土壤鹽分的遷移，抑制土壤返鹽，降低耕層鹽分含量。

圖5 生草栽培對棗園土壤鹽分含量的影響

2.2.2 土壤含鹽量的垂直分布

在蒸發(fā)作用下，底層土壤鹽分可隨水分向上遷移，使各土層鹽分不斷累積，不同措施的控鹽抑鹽效果差異明顯。由圖6 可知，各處理土壤含鹽量均隨著土層深度的增加而逐漸降低，70 cm 以下開始上升，其中0～20 cm 深度土壤含鹽量最高。生草栽培鹽分在土表聚集性逐漸減弱，生長季早熟禾、三葉草栽培0～20 cm 深度土壤含鹽量分別比清耕處理降低31.07%、27.57%，生草栽培與清耕處理差異達(dá)極顯著水平。隨土層深度增加，清耕處理與生草栽培土壤含鹽量差異減小，80 cm 以下則無顯著差異。

圖6 生草覆蓋對棗園土壤垂向鹽分含量的影響

不同季節(jié)來看，各處理春季表層土壤含鹽量較高，其次為秋季；早熟禾栽培秋季土壤含鹽量最高（1.235 g/kg），三葉草栽培春季最高（1.335 g/kg）。春季清耕處理各土層深度（除20～40 cm）土壤含鹽量與生草栽培差異均達(dá)極顯著水平，夏季0～40 cm 深度差異也達(dá)極顯著水平，秋季各土層深度間差異減小。可見，生草栽培能明顯抑制上層土壤（0～40 cm）鹽分聚集，達(dá)到抑鹽降鹽的效果。從2 種牧草的抑鹽效果來看，生長季早熟禾栽培各土層深度土壤含鹽量平均值均低于三葉草栽培，二者0～40、40～100 cm 深度土壤含鹽量無顯著差異（圖5），平均分別比清耕處理降低9.41%、5.84%，表明早熟禾的抑鹽降鹽效果優(yōu)于三葉草。

3 討論與結(jié)論

果園生草栽培具有蓄水保墑、培肥地力、改善土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤pH 值、抑制返鹽、加快土壤物質(zhì)循環(huán)、優(yōu)化果園生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境等功能[1,4,11-13]。但也有研究認(rèn)為生草與果樹存在嚴(yán)重的爭水現(xiàn)象[14]。本研究中，生長季生草栽培能減緩?fù)寥浪终舭l(fā)，降低變幅，提高1 m 土層的含水量，尤其0～40 cm深度土壤含水量極顯著高于清耕處理，平均增加38.09%，40～100 cm 則平均增加20.71%，這與寇建村等[12]的研究結(jié)果相似。生草栽培模式下，一方面，地表覆蓋對果園土壤熱量收支具有緩沖作用，降低地溫[15]并減少土壤表面蒸發(fā)；另一方面，由于土壤中留下大量殘體，腐爛后增加了有機(jī)質(zhì)，形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和增加土壤孔隙度，提高土壤的入滲性能和持水儲水能力，使土壤含水量明顯增加。不同季節(jié)土壤含水量變化不同，相同土層春季含水量最高、秋季最低，這是由于春季氣溫低與牧草生長量較小，蒸散發(fā)較小，而秋季氣溫高與牧草生長旺盛，蒸散發(fā)大所致。生長季牧草葉片蒸發(fā)加大，根系消耗耕層土壤水分，使20～60 cm 土壤水分降低；但垂直方向上各層土壤含水量均明顯高于清耕，且土壤含水量減小的趨勢逐漸減緩，表明果園生草栽培能使水分從土壤下層向上層移動，顯示出良好的提墑作用，可供給果樹根系分布層的水分，促進(jìn)果樹根系發(fā)育和生長。

生長季三葉草栽培各層土壤含水量均高于早熟禾，各層土壤水分變幅也較小，表明三葉草栽培土壤蓄水保墑效果優(yōu)于早熟禾，這與李會科等[1]、趙政陽等[14]的研究結(jié)果相似。這是因為2 種生草種類不同，對土壤改良效果不同所致[1,5,12-13]。早熟禾為須根系，沒有明顯的主根，須根集中分布在耕作層[16]、吸收上層土壤水分用于新陳代謝（如蒸騰），從而消耗一定的耕層土壤水分。三葉草為直根系的豆科固氮牧草，具有明顯的主根和粗細(xì)不等的側(cè)根，根系分布深且穿插能力強(qiáng)，利于吸收深層土壤水分而發(fā)揮提水效應(yīng)；同時，根系固氮作用增加土壤氮素進(jìn)而促進(jìn)地上、地下生長，地上部生物量及覆蓋度高，從而減少土壤水分蒸發(fā)。前人研究指出，果園覆蓋條件下土壤水分損失為清耕的1/3，每年可減少灌溉1～2 次[15]。因此，生草栽培能減小土壤水分蒸發(fā)損失，降低土壤水分變異程度，起到增加土壤含水量和蓄水保墑的作用。

在干旱區(qū)，土壤強(qiáng)烈蒸發(fā)引起土壤表層與深層之間較大的水力梯度，促使深層土壤水分?jǐn)y帶鹽分向土壤表層遷移，因而地表強(qiáng)烈蒸發(fā)引起土壤水分散失及潛水上升是造成地表返鹽、聚鹽的重要原因[17]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，常采用地表覆蓋模式來減少地面蒸發(fā)和影響鹽分遷移過程，抑制鹽分表聚[7-10]。研究結(jié)果顯示，3 種處理方式下上層土壤含鹽量及各層鹽分變幅均高于下層，尤其清耕高于生草栽培。這是因為在干旱區(qū)蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤剖面會形成水勢梯度，促使下層鹽分隨土壤水分向上遷移，導(dǎo)致上層土壤鹽分累積所引起；同時清耕無地表覆蓋，土壤水分強(qiáng)烈蒸發(fā)而使鹽分留存于土壤上層，造成清耕0～40 cm 土壤含鹽量比生草模式高39.95%，這與吳玉森等[2]研究結(jié)果一致。王海娟等[7]指出土壤水分和鹽分的運(yùn)移具有較為明顯的規(guī)律，土壤水分累積蒸發(fā)量和累積含鹽量高度相關(guān)，即生草栽培下抑制土壤水分蒸發(fā)、影響土壤鹽分遷移而降低耕層鹽分含量。究其原因，一方面是因為生草栽培能有效降低土壤容重，增大總孔隙度、大孔隙度[18]，減緩水分上移、蒸發(fā)，提高土壤含水量及鹽分淋洗效果；另一方面，土壤中根系、植物殘體增加，改善土壤結(jié)構(gòu)，減弱潛水上升，從而有效阻止鹽分上移；同時促進(jìn)下行重力水運(yùn)移到下層土層中，提高了淋洗脫鹽效果。垂直方向上來看，土壤鹽分含量隨土層深度增加而逐漸降低，70 cm 以下開始升高；土壤鹽分向上遷移主要發(fā)生在0～40 cm范圍內(nèi)。早熟禾、三葉草0～20 cm 深度土壤含鹽量分別比清耕降低31.07%、27.57%；20～40 cm 則分別低30.27%、25.07%，表明早熟禾在降低耕層土壤鹽分和抑鹽降鹽效果方面優(yōu)于三葉草。這是因為三葉草為直根系深根牧草，生長季根系吸收深層土壤水分并向上層遷移，隨土壤水分蒸散造成鹽分滯留于上層土壤中；而早熟禾為須根系淺根牧草，根系主要吸收中上層土壤水分，減弱深層水分上移而降低耕層土壤含鹽量。因此，禾本科、豆科牧草生物生態(tài)學(xué)特性不同，對干旱區(qū)果園土壤水鹽運(yùn)移的影響存在明顯差異。為發(fā)揮人工生草降鹽保墑的作用，應(yīng)充分利用禾本科與豆科（深根與淺根）牧草的生態(tài)優(yōu)勢，建議南疆果園人工生草以禾本科、豆科混播較好。