滴灌對濱海鹽堿地鹽地堿蓬速生及土壤改良的影響

劉璐瑤，張金龍，張 凱，賈 林，竇莉洋，聶阿秀

（1.天津泰達鹽堿地綠化研究中心有限公司，天津 300457；2.天津泰達綠化科技集團有限公司，天津 300457）

伴隨沿海城市經濟的快速發展及土地資源緊缺，填海造陸成為了解決這一問題的重要措施［1-3］。填海造陸是將海灣淤泥經吹填與自然疏干后形成的高黏性、高鹽度的沉積土地，因其土壤母質含鹽量高、物理性質差，加之我國北方沿海地區地下水埋深淺、礦化度高，低降雨高蒸發的氣象因素，導致吹填區形成了大面積的重度鹽堿地［4-7］。在土壤高含鹽量的鹽分脅迫作用下一般植物很難存活，因此吹填區變為大面積裸露地，裸露地的存在不僅影響城市美觀并且每年向大氣排放大量風蝕鹽塵，對大氣污染極為嚴重，選擇合理措施對裸露地進行覆蓋，以降低風蝕鹽塵的排放量對環境保護是十分重要的［8-10］。

對于裸露地進行覆蓋方式主要有防塵網與植物種植措施，植物種植措施因其效果較好、綠色環保被廣泛推崇。在重鹽堿裸露地運用植物種植措施，其高鹽環境下適生植物的選擇是十分重要的［11-13］。眾多學者對耐鹽植物進行了深入研究，發現鹽地堿蓬作為真鹽生植物其耐鹽性極高［14］。張立賓、徐化凌等［15］通過盆栽和田間耐鹽試驗表明種植堿蓬能夠有效地降低土壤表層含鹽量，增加土壤有機質含量，提高土壤中N、P、K 的含量；楊策、陳環宇［16］等通過濱海鹽堿地堿蓬群落土壤調查與室內土柱種植試驗，確定了鹽地堿蓬的降鹽作用不僅為植株吸收作用，更重要的是通過鹽地堿蓬的生長改善了土壤結構、加速了土壤水分入滲、促進了土壤鹽分的淋洗；李勁松、郭凱［17］等人通過研究干旱和鹽堿脅迫對鹽地堿蓬種子萌發的影響，證明了鹽地堿蓬具有很強的抗鹽性，并且抗鹽能力明顯高于抗旱、抗堿能力；李洪山、申玉香［18］研究了土壤鹽脅迫與蓋土深度耦合對鹽地堿蓬發芽、出苗的影響，表明含鹽量與蓋土深度越大出苗率越低。眾多學者的研究都表明鹽地堿蓬具有極高的耐鹽性并可改良鹽堿地，為重鹽堿裸露地適生植物（鹽地堿蓬）的選擇奠定了堅實的基礎。

高耐鹽性鹽生植物（鹽地堿蓬）的選取為重鹽堿裸露地植物覆蓋提供了植物基礎，但因鹽地堿蓬發芽率隨鹽脅迫作用增強呈線性下降規律，故還需解決其發芽期低鹽適生環境的問題［19，20］。滴灌技術作為重要的節水灌溉方式，可在短時間內調控較小區域內的土壤水鹽分布，形成小范圍脫鹽區，可為鹽地堿蓬發芽期創造適生環境［21-23］。因此，本研究以重鹽堿裸露地植物快速覆蓋為出發點，通過盆栽試驗深入探究了滴灌對重鹽堿裸露地堿蓬生長的影響，以及滴灌和堿蓬生長協同作用下鹽堿土改良的效果，為我國濱海裸露地的快速覆蓋和重鹽堿地的治理奠定了理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取天津濱海新區由吹填海泥形成的重鹽堿裸露地，取樣坐標北緯39°8′26″，東經117°47′16″，其地理位置如圖1所示。采集0～20 cm 土層作為試驗土壤，土壤經晾干粉碎后過1 mm 篩備用，試驗土壤物理性質如表1所示。供試種子為黑色鹽地堿蓬（下文中以“堿蓬”代指）種子，選取顆粒飽滿種子若干，放置于4 ℃冰箱保存備用。

表1 土壤取樣地土壤物理性質Tab.1 Physical properties of soil samples

1.2 試驗設計與方法

研究采用盆栽試驗進行，試驗盆截面直徑30 cm，高30 cm，側邊壁無孔，底部帶有滲水孔。將篩分后土壤分層裝填至試驗盆內，裝填共分四層，每層5 cm，每層裝填完成后進行振搗壓實，保證其容重為1.43 g/cm3，裝填完成后上表面鋪設大顆粒土塊薄層，防止大風揚塵產生。堿蓬種植于試驗盆四分之三扇形區域，預留四分之一扇形面積插入滴灌器，種植時進行均勻挖坑點播，每個坑內種植堿蓬10 粒，單盆共計種植堿蓬種子120粒，其中內圈（以滴灌點為圓心、半徑10 cm 的圓為滴灌內圈）50粒，外圈（半徑10～15 cm組成的圓環為滴灌外圈）70粒。滴灌設備采用簡易自動滴管器。試驗共設置6 組處理，每組3 次重復，控制變量為所處環境與滴灌次數，室外環境包括大氣降雨，室內環境無大氣降雨，單次滴灌用水量均為200 mL，滴灌時間統一為上午9點，室外環境下，如計劃滴灌日期遇降雨導致土壤濕潤時取消本次滴灌，并從新開始計算時間間隔。試驗具體處理情況如表2所示。種植與采樣點位平面位置如圖2所示，試驗流程如圖3所示。

表2 試驗處理情況Tab.2 Test plan

試驗開展周期為2020年5月18日至2020年9月1日，試驗過程中定期記錄用水量與堿蓬生長情況，試驗期間日降雨量由中國氣象數據網按照逐小時觀測資料加和計算，試驗過程中堿蓬滴灌用水量與降雨量如圖4所示。9月1日完成植物采集工作，植物采集僅采集地表以上部分，測量單盆植株數量、最高株鹽地堿蓬株高以及總濕重量。9月2日完成土樣采集工作，土樣按照每5 cm 一層進行采樣，采樣點為內圈中心點與距離中心點10 cm 位置。土壤質量含水率采用烘干法測得；土壤含鹽量由電導率法測得數據按照式（1）計算獲得；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀外加熱法由式（2）、（3）計算獲得［24］。

式中：S為土壤含鹽量，g/kg；EC為土壤電導率，mS/cm。

式中：Wom為有機質含量，g/kg；Wco為有機碳含量，g/kg；0.800 0為重鉻酸鉀標準溶液濃度，mol/L；5.0 為重鉻酸鉀標準溶液體積，mL；V0為空白標定用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；V為滴定土樣用去硫酸亞鐵溶液體積，mL；m為烘干土樣質量，g；0.003 為1/4 碳原子的摩爾質量g/mmoL；1.1 為氧化矯正系數；1.724 為換算系數。

2 結果與分析

2.1 鹽地堿蓬生長狀況

2.1.1 鹽地堿蓬存活數量

統計各花盆內、外圈鹽地堿蓬的生長數量，相同處理3次重復相加求平均值后作出堿蓬生長數量變化曲線，如圖5所示。由圖5可以看出不同處理條件下堿蓬存活數量情況明顯不同，室外環境下堿蓬最終總存活數量排序為S1＞S2=S3＞CK，S2與S3處理最終堿蓬數量相等是因為在7月27日至8月15日降雨相對集中導致S3處理外圈堿蓬部分發芽所致；室外環境下內圈排序為S1＞S2＞S3＞CK，說明內圈堿蓬生長數量與滴灌用水量呈現正相關；外圈排序為S1＞S3＞S2=CK，并且S2、S3、CK 在整個試驗期內外圈堿蓬生長數量最大值為5，說明外圈堿蓬受滴灌影響較小，靠大氣降雨維持堿蓬生長存活，且存活率很低。室內環境下堿蓬存活數量S4＞S5，S5處理下堿蓬只有6月4日存活數達到最高4 個，在6月11日以后存活數都為0，表明S5處理下因水分補給不足導致發芽堿蓬死亡、其余種子難以發芽，S4處理下堿蓬存活數量較高，并且全部都在內圈。

2.1.2 鹽地堿蓬株高與濕重量

試驗結束后，剪切收集地表以上鹽地堿蓬，測得每盆堿蓬總濕重量與最高堿蓬的株高，相同處理3次重復相加求平均值，總濕重量與株高各處理平均值結果如圖6所示。由圖6可知株高排序為S1＞S2＞S3＞CK＞S4＞S5，濕重排序為S1＞S2＞S3＞CK＞S4＞S5，株高與濕重排序一致是因為株高越高的處理下堿蓬整體生長狀況越好，整體濕重也就越大，在室外環境下株高與滴灌累積水量成正比，S5因為堿蓬最終生長數量為零故無株高與濕重數據。對比堿蓬存活數量，室外條件下S1、S2、S3、CK堿蓬存活數量越多其株高與濕重越大，S2與S3處理雖然存活數量相同，但S2的總濕重量大于S3，其原因為S3處理條件下的一些堿蓬為7月27日至8月15日集中降雨導致外圈種子發芽所致，其堿蓬生長較小，濕重較小。S3與CK株高與濕重差距不大是因為S3處理下滴灌次數較少、補水量較少。

2.2 土壤水鹽分布特征

2.2.1 土壤水分分布特征

試驗結束后將各處理3組重復的質量含水率測量值進行加和平均得到平均質量含水率，平均質量含水率曲線如圖7所示，由圖可知，室外環境下土壤整體含水率排序為CK＞S3＞S2＞S1，含水率由表層至底層逐漸升高，同深度中心點含水率與距中心點10 cm 含水率基本相同，其原因為大氣降雨量遠大于滴灌水量，土壤近似均勻淋洗所致，結合堿蓬生長情況可以發現堿蓬生長越好土壤含水率越低；室內環境下土壤整體含水率S4＞S5，S4處理下表層含水率中心點略高于距離中心10 cm 位置，是因為在滴灌條件下表層水分橫向運移困難所致。在試驗過程中發現S4處理情況下土壤可以持續保持土壤濕潤。而S5處理情況下內圈土壤呈現濕潤-干燥周期性的變化，在干燥時土壤結塊形成一個類似半球的整體，內圈植物因含水率較低而死亡，而外圈植物得不到滴灌水分補給難以發芽。

2.2.2 土壤鹽分分布特征

試驗結束后取中心點與距離中心點10 cm 位置處土壤，每5 cm一層進行取樣，測得土壤含鹽量，將各處理3組重復的土壤含鹽量測量值進行加和平均得到平均含鹽量，各處理平均土壤含鹽量如圖8所示（圖中-1 表示中心點位置，-2 表示距離中心點10 cm 位置）。由圖8中的右下角小圖可知，在室外降雨環境下土壤含鹽量均下降到1.5 g/kg 以下，土壤含鹽量隨深度增加而增加，中心點與距離中心點10 cm 位置處土壤含鹽量相差不大，其原因為滴灌水量遠小于大氣降雨量，其滴灌對鹽分分布的影響可以忽略。由圖8可知，僅滴灌的S4、S5處理，在滴灌作用下中心點的鹽分都有顯著降低，S5處理因其滴灌水量較少導致10～20 cm 內土層內含鹽量基本沒有變化，鹽分更多的是在0～10 cm進行遷移，在滴灌處理時距離中心點10 cm位置0～5 cm土壤含鹽量增加明顯，說明在滴灌處理下，隨水分的擴散將中心點的鹽分攜帶至遠離中心點的區域。分析S4、S5含鹽量變化情況，滴灌情況下距離滴灌中心點10 cm 位置含鹽量隨深度呈現先減小后增大的變化規律。

2.3 土壤pH分布特征

試驗結束后取中心點與距離中心點10 cm 位置處土壤，每5 cm 一層進行取樣，測得土壤pH 值，將各處理3 組重復的土壤pH 測量值進行加和平均得到平均pH 值，平均pH 值如圖9所示（圖中-1 表示中心點位置，-2 表示距離中心點10 cm 位置）。由圖9可知，所有處理下土壤pH 值相比初始值均有增加，CK、S1、S2、S3處理下土壤pH 值增量遠大于S4、S5處理，表明較大淋洗水量會導致土壤pH 值升高。室外環境降雨淋洗過后pH 值呈現由表層到底層先增加后減小的變化規律。

2.4 土壤有機質情況

試驗結束后檢測0～10 cm 與10～20 cm 土壤有機質含量，將各處理3組重復的有機質含量進行加和平均得到有機質含量平均值，有機質含量平均值如圖10 所示，由圖可以看出有機質含量10～20 cm 土壤高于0～10 cm 土壤，其原因為降雨與滴灌過程中有機質隨水分下滲導致。CK、S1、S2、S3處理下0～20 cm有機質含量均高于初始值，原因為堿蓬生長導致0～20 cm 土壤層有機質含量增加。S4、S5處理下0～10 cm 有機質含量低于初始值，而10～20 cm 有機質含量高于初始值，其原因為滴灌作用下0～10 cm 有機質隨水分下滲至10～20 cm 所致。S4處理下0～10 cm 土壤有機質含量低于S5處理，10～20 cm 土壤有機質含量高于S5處理，其原因為S4處理滴灌水量多于S5處理所致，且S4處理堿蓬生長量很小，所產生的有機質不足以彌補淋洗缺失量。

3 討 論

由滴灌過程記錄可知S1、S2、S3、S4、S5處理的滴灌累積水量分別為2 200、1 200、400、5 800、3 000 mL，結合鹽地堿蓬生長過程可以看出在室外環境下S1與S2處理下滴灌主要集中在鹽地堿蓬的發芽期，生長期S1與S2處理下的滴灌次數僅為4 次與1次，為生長期缺水時補充水分，S3處理下因僅有2次滴灌導致其鹽地堿蓬的株高與總濕重量與CK接近。在室內環境下，S5處理下滴灌水量不能支撐堿蓬發芽期存活，S4處理下滴灌水量雖然可以支撐內圈堿蓬發芽期生長，但不能支撐其生長期堿蓬的快速生長。

通過綜合分析鹽地堿蓬生長狀況、土壤水鹽分布特征、土壤pH 值與土壤有機質情況，可以發現滴灌次數越多，堿蓬在試驗周期內存活的數量越多、試驗完成時堿蓬濕重量越大，最高株堿蓬株高越高、土壤含水率越低、土壤pH 升高、土壤有機質增加。植物生長狀況表明適宜的滴灌次數不僅可以創造堿蓬生長的微環境，并且可以提高堿蓬的存活率、堿蓬的株高與濕重量，與邢英英［25］等對滴灌施肥條件下番茄產量的研究結果相符。含水率結果表明堿蓬的生長可以改善土壤結構，增加土壤滲透率，使水分更容易下滲，使土壤持水量下降，與王升［26］等人對鹽生植物根系作用的研究結果相符。含鹽量結果表明在室外環境下土壤淋洗主要是以大氣降雨為主，滴灌僅在發芽期創造了堿蓬的適生微環境，并保證了堿蓬缺水期的水分補給。土壤pH 值結果表明土壤在淋洗脫鹽過程中會發生堿化現象，這與王艷、殷儀華［27，28］等人對海鹽土脫鹽過程研究的結果相一致，其原因為各離子遷移能力不同，在淋洗過程中導致土壤鹽分化學類型由Na-Cl 向HCO3-Ca 轉化，Ca2+離子淋失速度優先于HCO3-離子，致使鹽堿土淋洗在一定時期會出現堿化現象，隨著淋洗量持續增加土壤脫鹽同時脫堿［29］。

試驗結果可以看出，在大氣降雨密集的夏季，自然降雨量在不產生徑流的條件下可以將20 cm 土壤的含鹽量由28.23 g/kg 淋洗至1.5 g/kg 以下。但自然條件下大量降雨形成地表徑流，使土壤含鹽量淋洗效率遠低于試驗結果，因此建議在重鹽堿裸露地治理時分塊起田埂以防止產生地表徑流。鹽地堿蓬發芽的5、6月份由于之前冬、春季節鹽分向表層的積累使土壤含鹽量升高，如等8、9月份大氣降雨淋洗至鹽地堿蓬可以發芽的含鹽量時，其環境溫度又會抑制鹽地堿蓬發芽生長，因此確定合適的滴灌補水時期才可保證堿蓬在5、6月份具有適宜的生長環境，并且可以保證其生長初期的水分補給，與余幫強、陳麗君［30，31］等提出的適宜滴灌補水情況植物生長情況才能最好的研究結論相符。

4 結 論

（1）進行濱海重鹽堿裸露地植物覆蓋時，滴灌可為鹽地堿蓬的發芽創造適生環境，前期滴灌保證了鹽地堿蓬發芽期的正常生長，雨季來臨后鹽地堿蓬快速生長。后期滴灌的補給可以增加鹽地堿蓬生長的濕重量，但過多的水分補給會造成水資源的浪費，株高與總濕重量試驗結果表明S2處理下鹽地堿蓬已經具有較高的株高與總濕重量，利用S2的處理條件既可以節約水資源也可以實現裸露地的快速覆蓋。

（2）濱海重鹽堿裸露地鹽地堿蓬的種植不僅可以改善土壤結構，提高土壤孔隙率，增加土壤滲透率，提高土壤淋洗效率，還可以增加土壤有機質的含量，使重鹽堿裸露地在自然淋洗與鹽地堿蓬生長下形成良性循環，達到鹽堿地持續改良的目的。

（3）濱海重鹽堿裸露地土壤淋洗在一定時期內會導致土壤pH值升高，并且在這一時期內pH升高值與淋洗水量為正相關。在鹽堿地淋洗過程中應注意土壤pH 值變化情況，避免因淋洗不充分導致土壤堿化時期的出現。□