交替耕作模式對鹽堿地土壤水鹽分布及冬小麥產(chǎn)量的影響

摘要：為探究交替耕作對濱海鹽堿地的改良效果，在典型濱海鹽堿地地區(qū)山東省無棣縣小泊頭鎮(zhèn)進行大田試驗。設(shè)置翻耕與旋耕交替的耕作模式，測定土壤中水鹽運移狀況和冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成。結(jié)果表明：交替耕作造成旋耕條帶土壤中鹽分隨著水分的橫向運移向翻耕條帶聚集，使旋耕條帶土壤含鹽量比翻耕條帶平均降低4.99%，可以減輕旋耕條帶鹽堿脅迫；交替耕作模式比常規(guī)旋耕模式冬小麥產(chǎn)量提高7.00%。交替耕作模式可以在機械條件良好的濱海鹽堿地地區(qū)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鹽堿地； 交替耕作； 水鹽分布； 冬小麥產(chǎn)量

中圖分類號：S156.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0054-04

在全球范圍內(nèi)，土壤鹽堿化一直是限制部分耕地產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。全球約有四分之一的灌溉土地因過度鹽堿化而導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降。隨著全球人口增加和生活水平提高，需要更多的土地種植作物以滿足人類需求[1]。目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)取得成效的鹽堿地改良方式包括使用改良劑、覆膜、噴灌滴灌等措施，這些方式在帶來諸多好處的同時也伴隨著較高的使用成本[2]。隔行溝灌、交替灌溉的灌溉模式，通過劃分灌溉帶實現(xiàn)水分的橫向運移，可以提高用水效率，達(dá)到節(jié)水的效果[3]。翻耕可以打散土壤顆粒，增加土壤表面積，提高水分的蒸發(fā)速率，而旋耕可以提高土壤的保水性[4]。本研究借鑒隔行溝灌、交替灌溉模式，采用翻耕與旋耕交替耕作，人為制造土壤水分含量差異，實現(xiàn)水分的橫向運移帶動鹽分的運動，從而減輕冬小麥?zhǔn)艿降柠}堿脅迫，為鹽堿地糧食增產(chǎn)和耕作組合模式創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域

大田試驗在山東省濱州市無棣縣小泊頭鎮(zhèn)鹽堿地改良產(chǎn)學(xué)研基地（N37°56′43″，E111°57′43″）開展。室內(nèi)試驗在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物水分生理與生態(tài)實驗室進行。研究區(qū)域為北溫帶東亞季風(fēng)區(qū)大陸性氣候，多年平均氣溫13.25 ℃，年均降雨量463.80 mm，年日照時數(shù)4 443.86 h。小麥播前試驗地土壤含鹽量1.95 g/kg、pH值8.19、有機質(zhì)含量8.64 mg/kg。

1.2試驗設(shè)計

大田試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，以冬小麥品種太麥198為供試品種。試驗處理由2條連續(xù)排列的種植條帶組成，其中翻耕條帶寬2.4 m、旋耕條帶寬4.8 m，組合成寬度為7.2 m的試驗區(qū)（如圖1所示），重復(fù)3次。設(shè)置當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)旋耕模式為對照。小麥季以前茬夏玉米秸稈為還田材料，小麥種植密度600萬株/hm²，種肥同播。施用腐殖酸控釋肥（N-P₂O₅-K₂O：18-20-4）600 kg/hm²。拔節(jié)期追施尿素315 kg/hm²，灌溉1次。其他管理措施同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)旋耕田。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1樣品采集 試驗所需土壤樣品與植株樣品的采集布局如圖1所示。即在垂直于條帶方向上，距離翻耕條帶對稱軸0、0.6、1.2、1.8、2.4、3.0、3.6 m處遞進取樣，其中0～1.2 m為翻耕條帶，1.2～3.6 m 為旋耕條帶，重復(fù)3次。土壤樣品取至地下0.6 m，每層0.2 m 。

1.3.2土壤含水量 土壤樣品采集后立即測定鮮質(zhì)量，再于75 ℃烘干至質(zhì)量恒定，計算土壤含水量。

土壤含水量（%）=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/干質(zhì)量×100

1.3.3土壤含鹽量 稱取風(fēng)干土壤樣品（通過18目篩）4 g置于試管中，加水20 mL，蓋緊皮塞，震蕩3 min，靜置澄清后過濾，配制5∶1 土壤浸出液。使用DDSJ-308型電導(dǎo)率儀測定土壤浸出液電導(dǎo)率EC（電導(dǎo)法），采用殘渣烘干法測定土壤水溶性鹽總量，兩者結(jié)合計算回歸方程。

土壤含鹽量（g/kg）=3.178×EC×10^-3+0.285

1.3.4冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 在小麥成熟期，選取田間長勢均勻的區(qū)域，劃定0.6 m×2.0m小區(qū)，重復(fù)3次，調(diào)查有效穗數(shù)。在各小區(qū)長勢均勻區(qū)域隨機取90個麥穗，重復(fù)3次，計算每穗的平均穗粒數(shù)。人工剪下各小區(qū)所有麥穗，利用小型種子脫粒機進行脫粒，自然風(fēng)干后測定千粒質(zhì)量和籽粒含水量，折算出含水量13.00%的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)量，重復(fù)3次。

小麥理論產(chǎn)量（kg/hm²）=公頃穗數(shù)×穗粒數(shù)×風(fēng)干千粒質(zhì)量/10³×（1-13.00%）。

1.4數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2023進行數(shù)據(jù)處理和計算，利用IBM SPSS Statistics 27進行統(tǒng)計分析，利用Origin 2021作圖，采用Dunnett最小顯著查數(shù)法進行差異顯著性檢驗（α= 0.05）。

2結(jié)果與分析

2.1交替耕作模式對土壤含水量動態(tài)變化的影響

交替耕作模式下不同土層土壤含水量測定結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，在0～40 cm土層中，隨著取樣點遞進，土壤含水量呈先升高后降低趨勢，翻耕條帶（0～1.2 m）土壤含水量顯著高于旋耕條帶（1.2～3.6 m）。在20～40 cm土層中，翻耕條帶土壤含水量比旋耕條帶高17.38%，差異最顯著；在0～20 cm土層中，翻耕條帶土壤含水量比旋耕條帶高16.17%；在40～60 cm土層中，翻耕條帶土壤含水量略高于旋耕條帶，但各處理間差異不顯著。

交替耕作模式下小麥各生育時期不同土層土壤含水量測定結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，隨著小麥生育時期推進，加之受灌溉和降雨影響，土壤含水量呈現(xiàn)波動，但各區(qū)域等含水量線與平均值具有相似的升降趨勢。以土壤含水量平均值為13.44%的等含水量線在空間的分布作為典型進行分析，發(fā)現(xiàn)整體規(guī)律是翻耕條帶土壤含水量高于旋耕條帶，其中拔節(jié)期土壤含水量最高，0.6～3.0 m土層土壤含水量下降趨勢明顯。在拔節(jié)期和灌漿期，0～40 cm土層翻耕條帶土壤含水量顯著高于旋耕條帶；在開花期和完熟期，0～40 cm土層翻耕條帶土壤含水量略高于旋耕條帶，但差異不顯著。水分運移主要發(fā)生在0.6～3.0 m 區(qū)域的0～40cm土層，由旋耕條帶向翻耕條帶運移集中。

2.2交替耕作模式對土壤含鹽量分布的影響

交替耕作模式下小麥各生育時期不同土層土壤含鹽量測定結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出，小麥各生育時期0～40 cm土層翻耕條帶土壤含鹽量均高于旋耕條帶，具有較強的規(guī)律性。在灌漿期、開花期和完熟期，翻耕條帶0.6 m處土壤含鹽量達(dá)到最高值，顯著高于旋耕條帶大部分區(qū)域；各生育時期土壤含鹽量最低值均發(fā)生在3.0m處。鹽分橫向運移集中發(fā)生在0.6～3.0 m區(qū)域，由旋耕條帶向翻耕條帶運移，最終集中在0.6～1.2 m區(qū)域。各生育時期翻耕條帶土壤含鹽量比旋耕條帶分別高出6.51%、3.25%、6.00%、4.21%。40～60 cm 土層的水分運移差異不顯著，鹽分差異也不顯著。

2.3交替耕作模式對冬小麥

產(chǎn)量的影響冬小麥理論產(chǎn)量及其構(gòu)成因素見表1。

由表1可知，與常規(guī)旋耕模式相比，交替耕作模式冬小麥平均產(chǎn)量增加了7.00%。其中，翻耕條帶產(chǎn)量比常規(guī)旋耕略有減少，但旋耕條帶產(chǎn)量比常規(guī)旋耕增加了9.20%，旋耕條帶產(chǎn)量增加的幅度大于翻耕條帶產(chǎn)量減少的幅度，從而使產(chǎn)量在整體上有所提高。產(chǎn)量由翻耕條帶向旋耕條帶呈逐漸增加趨勢，0.6～1.2 m 區(qū)域產(chǎn)量顯著低于旋耕條帶，1.8～2.4 m區(qū)域達(dá)到產(chǎn)量最高值，1.2～3.0 m區(qū)域是增產(chǎn)的核心區(qū)域。交替耕作模式的增產(chǎn)優(yōu)勢體現(xiàn)在單位面積穗數(shù)和千粒質(zhì)量上，兩者比常規(guī)旋耕模式分別提高了3.00%和5.20%。

3結(jié)論與討論

交替耕作模式利用不同耕作方式的大田蒸散量差異引起土層中水分的橫向運移，而水分作為天然的溶劑，可以帶動鹽離子從旋耕條帶向翻耕條帶土壤中移動。小麥各生育時期土壤含水量與土壤含鹽量均具有翻耕條帶高于旋耕條帶的分布特點。隨著生育時期的推進，土壤含鹽量一直保持較低狀態(tài)，從而減輕鹽堿離子對旋耕條帶小麥的脅迫，提高旋耕條帶的產(chǎn)量，利用旋耕條帶產(chǎn)量的增加彌補翻耕條帶產(chǎn)量的減少，最終實現(xiàn)整體產(chǎn)量的提高。研究結(jié)果為濱海鹽堿地冬小麥產(chǎn)量提高和鹽堿地改良效果提升提供了新思路。