盐碱地枸杞间作不同作物的土壤水盐变化及盐平衡

张玉龙， 姜同轩， 杨 涛， 张凤华

(石河子大学 新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆 石河子 832003)

中国盐碱土壤分布广，面积大。新疆是中国干旱、盐碱化土壤面积分布较广，土壤积盐较重的地区[1]，盐碱土总面积为2.18×107hm2，占全国盐碱土(9.91×107hm2)面积的22.01%[2]。对盐渍土的开垦及盐渍化耕地的改良一直是农业生产发展的重要环节[3]。目前，新疆地区盐碱地改良主要应用于水利措施、物理措施和化学措施[4-5]。水利措施和物理措施虽然成效快，但工程量大，成本高，不具有长久性，而且受水资源的限制，不易推广；化学措施虽然效果较好，但若使用不当，易对环境造成二次污染[1]，且施用改良剂后需要大量的水冲洗，应用起来较困难且经济成本昂贵。生物措施作为成本低，效率高，还有助于生态环境的可持续性的改良措施，在盐碱改良具有较大的潜力[6-7]。

已有相关研究报道，盐生植物对土壤盐分具有明显的吸收积累作用[8-9]，对盐碱地具有明显改良作用[10-12]。季洪亮[13]通过滨海盐碱地生态修复效果评价认为，种植盐生植物可以改良盐碱地，且对盐碱地生态修复影响效果显著。Egamberdieva等[14]利用甘草修复盐渍土发现其能提高土壤氮素含量，增加土壤有机质，刺激土壤生物活性，提高土壤持水能力。吕昕培等[15]在内蒙古科尔沁草原上进行不同植物生境土壤盐分特征研究表明，经碱蓬改良后的土壤，其pH，电导率，Na+和Ca2+含量均有显著的降低，对盐碱地的改良十分有效。肖克飚等[16]研究发现种植柽柳、苇状羊茅、油葵能有效降低土壤全盐含量，改善土壤肥力水平，增加土壤微生物含量。林学政等[17]研究表明碱蓬对滨海盐碱有明显脱盐效果，能有效改善滨海盐碱地的生态环境。王静[18]研究发现种植不同牧草可以降低土壤盐分，提高土壤持水性和土壤肥力。枸杞虽然作为盐碱地改良的先锋物种，但生长较慢，覆盖面积小，枸杞间作不同作物种植，充分发挥生物改良盐碱地的优势，有助于解决盐碱地改良问题，同时提高土壤利用率和经济效益。王升等[19]，何子建等[20]研究指出膜下滴灌棉田间作盐生植物不仅可以有效降低土壤含盐量，增加其含水率，还可以增加棉花产量和提高其水分利用效率。基于此，本文拟通过对盐碱地枸杞间作苜蓿、油菜、碱蓬模式下土壤水盐变化及盐平衡分析，研究盐碱地枸杞不同间作模式下土壤水盐变化规律及土壤脱盐效果，以期为盐碱地改良和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验选取新疆维吾尔自治区沙湾县境内安集海垦区中心腹地下野地镇，地理位置处于东经85°27′，北纬44°40′，海拔345 m。地处北温带干旱地区，属典型大陆性气候，夏季炎热，冬季寒冷，光热资源丰富，年积温高，昼夜温差大，年平均气温6.56 ℃，年均降水量141.8 mm，年均蒸发量1 826.2 mm，历年无霜期平均162 d。该区域盐碱化现象严重，盐分含量在18.3～24.7 g/kg，土壤质地多系盐碱土、沙壤土；土壤盐分分布有明显的表聚性，盐分类型主要以氯化物盐，硫酸盐—氯化物型为主，有少量的苏打盐土。

1.2 试验设计与样品采集

试验采用单因素随机区组设计，设置4个处理：枸杞间作苜蓿、枸杞间作油菜、枸杞间作碱蓬、黑果枸杞单作(对照)，3次重复，共12个试验小区，小区面积5 m×10 m。供试苜蓿为紫花苜蓿，油菜为甘蓝型油菜，碱蓬为碱地碱蓬，黑果枸杞为新疆黑果枸杞。试验土样的采集时间分别于2018年4月14号、6月3号、7月3号、7月25号，各处理每次取样的位置分别为间作苜蓿行间、间作油菜行间、间作碱蓬行间及枸杞单作行间(对照)，对各小区0—20，20—40，40—60，60—80，80—100 cm土壤样品采集，每个小区3个样点，相同取样深度混合土样采用“四分法”，保留1 kg。土壤样品带回实验室，置于通风、阴凉、干燥的室内风干，分别过1 mm和0.25 mm筛孔以供进行含水率和盐分的测定，以及2018年4月14号、7月25号土壤中Na+和Cl-的含量的测定。

1.3 分析方法

水分含量测定土样在105～110 ℃的烘箱中烘至恒重；盐分含量测定采用残渣烘干—质量法；Na+含量测定采用火焰光度法；Cl-含量测定采用离子色谱仪。

1.4 数据分析与制图

采用Microsoft Office Excel 2007进行数据分析，采用SPSS 17.0.1软件进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 不同间作模式下土壤含水率的变化

本研究采用土壤平均含水率，指在各处理不同时间点同水平位置取样点相同土层深度处的含水率的算术平均值。图1显示盐碱地枸杞不同间作模式在生长期内土壤平均含水率，在0—100 cm土层，枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬土壤平均含水率均随土层深度增加而增加，且高于对照。各处理0—60 cm土层含水率大小呈现出：间作苜蓿>间作油菜>间作碱蓬>对照，依次为13.67%，13.02%，12.22%，11.86%，且同一深度土层含水率呈显著性差异(p<0.05)；各处理60—100 cm土层含水率大小呈现出：间作油菜>对照>间作碱蓬>间作苜蓿，依次为18.47%，18.34%，18.23%，17.87%。

图1 枸杞间作模式下土壤平均含水率的变化特征

2.2 土壤平均含盐量分布

图2为间作耐盐植物不同时间内土壤平均含盐量剖面分布情况，各个处理下土壤盐分分布变化趋势不一，各处理间差异显著(p<0.05)，在0—100 cm土壤含盐量呈现出对照>间作碱蓬>间作油菜>间作苜蓿，依次为27.29，25.83，23.20，22.60 g/kg，这与含水量情况稍有不同。各处理在0—40 cm土层中土壤盐分含量下降较为显著，其中间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬比对照分别下降6.91，5.82，2.21 g/kg；在40—100 cm土层中盐分含量，间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬比对照分别下降3.20，2.93，0.95 g/kg。间作耐盐植物能有效降土壤盐分的含量，且间作苜蓿与间作油菜的效果相对较好。

图2 枸杞间作模式下土壤盐分变化特征

2.3 不同间作模式下土壤盐平衡分析

为了进一步说明盐碱地枸杞不同间作模式下的脱盐情况，对各处理进行盐平衡分析。表1表明盐碱地枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬、对照脱盐率依次为40.38%，26.52%，9.00%，-60.66%，即除对照外，其他处理的土壤盐分均呈脱盐状态。与对照相比，各处理相对脱盐率均大于0，即各处理相对于对照均呈脱盐状态，依次为间作苜蓿>间作油菜>间作碱蓬。

表1 0-60 cm土层脱盐效果

注：同列序号后小写字母不同表示差异显著(p<0.05)。下同。

2.4 间作模式下土壤Na+和Cl-含量变化

图3表明各处理土壤Na+含量变化情况，枸杞不同间作模式下土壤中Na+含量随土层加深而增加，且各土层均显著低于对照；而对照在整个土层中则表现为先降低后增加的趋势。在0—100 cm土层中，枸杞不同间作模式土壤Na+含量较对照呈显著下降，下降幅度为间作油菜>间作苜蓿>间作碱蓬，依次下降为2.22,1.70,0.94 g/kg。枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬在0—20,20—40 cm土层中Na+含量较对照下降幅度较大，依次下降为3.29,4.85,2.50 g/kg和1.75,3.03,0.90g/kg；在40—100 cm土层中Na+含量较对照下降依次为1.15,1.08,0.43 g/kg；枸杞间作耐盐植物对0—40cm土层Na+含量有明显降低作用。

注：不同小写字母表示同一植被不同土层处理差异显著(p<0.05)，不同大写字母表示同一土层不同植被差异显著(p<0.05)。下同。

图3 枸杞间作模式下各土层Na+含量变化特征

由图4可知，0—100 cm 土层中，不同处理土壤Cl-含量呈现随土层加深而增加的趋势，且各土层均与对照差异显著；而对照在整个土层中则表现为先降低后增加的趋势，这与Na+含量变化一致。枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬以及对照在0—100 cm土层中Cl-含量差异显著，总体表现为对照>间作苜蓿>间作油菜>间作碱蓬，含量依次为5.15,3.87,3.09,2.72 g/kg。枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬在0—20,20—40 cm土层中Cl-含量相比较对照下降幅度较大，依次下降为3.62,5.31,4.95 g/kg和2.05,3.35,3.24 g/kg；各处理土壤中Cl-含量在40—100 cm各土层中Cl-含量变化趋势不一。

图4 枸杞间作模式下各土层Cl-含量变化特征

土壤中 NaCl 含量过高时会对植物的生长发育产生不利影响。表2为0—100 cm土层枸杞间作种植前后Na+和Cl-变化情况。枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬以及单作枸杞与种植前相比，土壤中Na+含量分别下降24.24%,34.60%,8.94%和-8.86%，均呈显著水平。Cl-在0—100 cm 土层变化情况与Na+不同，土层中Cl-含量均有所减小，下降率从大到小依次为间作碱蓬>间作油菜>间作苜蓿>对照，其中碱蓬的下降率是对照的1.5倍。可见，间作耐盐植物能够有效改善0—100 cm 土层 Na+和Cl-的累积分布情况，减少其对作物的毒害。

表2 0-100 cm土层Na+和Cl-变化情况

3 讨 论

土壤盐渍化问题已经严重威胁干旱区农业的发展，如何改良和利用盐碱地是当前面临的一个难题；种植耐盐植物虽然能有效改良盐碱地[21]，但其经济价值较低。本文通过对盐碱地枸杞间作不同作物的研究，表明盐碱地枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬、和黑果枸杞单作能有效增加土壤含水率；这与祁通等[22]，董积忠等[23]研究结果一致。间作耐盐植物生长至旺盛基本可将行间土壤表面完全覆盖，不仅降雨时可以增加表层土壤洗盐，晴天时也可以很好地充当水汽蒸发的屏障，减少水分的蒸发，而之后植株自然成熟时叶片自然脱落至地面也可以起到一定的覆盖作用，进而减缓盐分的表聚现象。

在赵振勇等[28]人研究中，种植盐生植物能有效的从土壤中吸收并带走土壤中盐分，从而改良土壤结构，改善农田小气候，解决土壤盐渍化问题。本研究表明，在0—100 cm土层各处理土壤中Na+含量依次为间作油菜>间作苜蓿>间作碱蓬>对照；土壤中Cl-为间作碱蓬>间作油菜>间作苜蓿>对照；各处理Na+，Cl-含量较对照均有不同程度的下降，减少了对作物离子毒害作用。土壤中Na+，Cl-含量的下降，与各作物的生理特性相关，盐胁迫下各作物代谢物对土壤盐碱的影响[29]，以及不同作物下土壤微生物对土壤盐分鳌合、吞噬的作用不同[30]，也会造成土壤中盐分差异，这都需要对相关机理进行更深入的研究。

4 结 论

(1) 枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬均可以减少地面蒸发量，增加土壤含水率；其中，在0—60 cm土层含水率呈现间作苜蓿>间作油菜>间作碱蓬>对照，依次为13.67%,13.02%,12.22%,11.86%。

(2) 枸杞不同间作模式均有效抑制盐分的垂向运移，降低盐分在作物根系层的积累程度；0—20 cm土层，间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬土壤中Na+和Cl-含量比对照分别降低了3.29，4.85，2.50 g/kg和3.62，5.31，4.95 g/kg。

(3) 除对照外，枸杞间作苜蓿、间作油菜、间作碱蓬均呈脱盐状态，脱盐效果为间作苜蓿>间作油菜>间作碱蓬>对照，脱盐率依次为40.38%，26.52%，9.00%，-60.66%。