北疆棉田施用土壤改良剂的增产控盐效果

白旭明 张文太 张庆伟

摘要：以三工河乡及玛纳斯县新湖农场为试验区，研究不同盐分条件下施用土壤改良剂对棉田增产抑盐的效果，对棉花长势、生理指标、土壤盐分指标进行测定。结果显示，高盐区棉田施用土壤改良剂后三工河乡棉花出苗率为64%，子叶数为3.1张，与对照比较，分别提高18.52%、30.42%;产量为4 476.31kg/hm2，比对照提高5.63%，马克隆值由B到A。在低盐区新湖农场施用土壤改良剂后与对照相比效果并不显著。说明在盐渍化较为严重的地区施用土壤改良剂有助于棉花出苗、生长，利于蕾铃的生长，从而提高棉花产量，且有降低土壤盐分改善土壤环境的效果，在轻度盐渍化区施用土壤改良剂对于增产抑盐效果并不显著，研究结果可为受次生盐渍化侵害的棉田治理提供参考。

关键词：北疆棉田;盐碱地;棉花;土壤改良剂;生长指标;生理指标;产量

中图分类号： S156.2  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）11-0077-05

收稿日期：2019-07-13

基金项目：国家重点研发计划（编号：2016YFC0501402-4）。

作者简介：白旭明（1995—），男，新疆哈密人，硕士研究生，研究方向为盐碱地改良。E-mail：1214034995@qq.com。

通信作者：张文太，博士，副教授，研究方向为土壤水资源与土壤改良。E-mail：zwt@xjau.edu.cn。  新疆地处我国西北部，光热资源丰富，具有棉花生产的资源禀赋优势，是我国最大的产棉区和商品棉基地，同时也是我国棉花的主要供给来源地[1]，2018年新疆棉花产量已占全国棉花产量的83.84%[2]，当下棉花产业已是新疆农业主导产业。近年来，北疆以膜下滴灌等非充分灌溉为最主要的灌水方式。相关研究认为，膜下滴灌由于灌量小，淋溶作用微弱，在新疆强蒸发的环境下仍然存在次生盐渍化威胁，而土壤的盐渍化及土壤次生盐渍化问题是新疆农业发展的主要障碍，也是影响新疆绿洲生态环境稳定的重要因素[3-4]。面对原有的大量盐碱地以及日益增长的次生盐渍化土壤，提高盐碱地利用率对新疆棉花产业的发展和西部干旱区农业的发展有重要意义。

土壤改良剂是在科学发展、技术进步的基础上诞生的，与传统的改良措施相比，具有更高的经济性和时效性。相关研究表明，应用土壤改良剂是修复退化土壤的重要措施之一[5]。土壤改良剂能有效地改善土壤理化性状和土壤养分状况，并对土壤微生物产生积极影响，从而提高退化土壤的生产力[6]。施用石膏等可以降低盐碱土中交换性钠离子含量，进而有效降低pH值和碱化度[7-8];施用腐殖酸、风化煤等能与盐碱土的碱性物质中和，并与一些难溶盐等形成络合物，从而有效降低pH值和碱化度[9-10];聚合有机改良剂可以增大土壤总孔隙度，降低容重，加速排盐效果[11]，且几种改良剂联合配施的效果要优于单一施用[12]。杨宇等研究发现，施用2%生化黄腐酸土壤改良剂对盐碱土壤改碱效果较明显，土壤的盐分含量降低，结构也得到明显改善[13]。李国萍等在阿勒泰的研究结果表明，施用施地佳盐碱改良剂对于消除盐碱具有十分明显的效果，可以将盐碱地油葵出苗率从0提高到80%，并且产量接近于对照，具有推广价值[14]。目前，前人对盐碱土改良的研究主要集中在东北及沿海地区，对于新疆的盐碱土壤改良研究较少且多集中于传统水利措施，对于改良剂的研究项目较少。现采用滴施改良剂对盐碱地进行改良，探究在不同程度盐渍化条件下施用改良剂对棉田的增产抑盐效果。通过大田试验，研究增施改良剂对棉田盐分变化及产量的增长情况。

1 材料与方法

1.1 研究区概况与试验处理

试验于2018年4月在新疆阜康三工河乡（44°17′43″N、88°5′48″E）和玛纳斯县新湖农场进行（44°19′12″N、86°31′51″E），两地气候都属中温带大陆性干旱气候，年均气温分别为6.6、7.2 ℃;平均年较差分别为42.2、42.8 ℃;年积温分别为3 788、3 584 ℃;多年平均无霜期分别为174、165 d。两地土壤类型皆为灰漠土，三工河乡耕作层土壤肥力指标为：有机质含量7.10 g/kg、速效氮含量 15.61 mg/kg、速效磷含量4.58 mg/kg，速效钾含量156.86 mg/kg，土壤pH值与电导率在水土比5 ∶ 1时为8.8、2 200 μS/cm。新湖农场耕作层土壤肥力指标为：有机质含量7.89 g/kg，速效氮含量 15.26 mg/kg，速效磷含量10.27 mg/kg，速效钾含量125.06 mg/kg，土壤pH值与电导率在水土比5 ∶ 1时为9.2、1 000 μS/cm。

其中，三工河乡为高盐地区，新湖农场为低盐地区。每个试验区内设置2个处理，分别为不施改良剂、施用改良剂30 kg/hm2，每个处理内划定3个小区用以测定各项指标，每个小区长10 m、宽10 m。改良剂选择市售酸碱平衡护理剂，乌鲁木齐红都嘉业出品。棉花种植采用1膜2带6行的模式，膜长2.05 m，膜间裸地宽度为66 cm，出苗水 375 m3/hm2，改良剂随出苗水一同施入。

1.2 田间观测

浇灌出苗水7 d后在划定小区内选择2 m的棉带，记录总播种量（穴数）及出量（穴數），计算出苗率，选择5株幼苗记录其子叶数、株高。在吐絮初期采集不同处理各小区有代表性的棉株5～7株，按其不同器官（根、茎、叶、铃、絮+籽）依次分开，用去离子水洗净，105 ℃下杀青30 min，70 ℃烘干并称干物质量。

在棉花吐絮期进行土壤采样，采集0～40 cm内土样，分为0～10、10～20、20～40 cm。带回实验室内自然风干，研磨后过2、1 mm筛。土壤pH值和电导率的测定分别用土壤pH计和电导率仪进行，水土比均为5 ∶ 1。

在2018年10月进行小区测产，测产方法为每个处理随机选择棉花植株长势均匀的3个小区进行计数，获得每个小区内的全区植株数、有效铃数及单株结铃数。每个小区分3次采收每株上部、中部、下部各5朵完全吐絮的棉桃，测定平均单铃质量，根据单位面积植株数、单株平均结铃数和平均单铃质量计算各个处理棉花产量，并折算出单位面积植产量。将采集的吐絮棉桃晾晒干后称质量，用轧花机试轧后计算平均衣分。每个处理内随机选取有代表性的10株棉花，用游标卡尺测量株径，用卷尺测量株高。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel和SPSS 17.0分析，对不同处理指标先取小区内平均值，然后用每个小区的平均值进行独立样本t检验;统计图用Origin 8.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 施用改良剂对棉花生长发育的影响

在高盐地区施用改良剂可以显著提高棉花的出苗率，与对照相比，出苗率提高了18.52%。在高盐地区施用改良剂可以显著提升棉花的子叶数，与对照相比提高30.42%，而在低盐地区不同处理下的棉花子叶数间的差异不显著。高盐地区内施用改良剂对株高影响不显著，但可以显著提高棉花的株径，与对照相比，施用改良剂后棉花的株径提高了23.95%。在低盐地区施用改良剂可以显著提高棉花的株高、株径，与对照相比，施用改良剂后棉花的株高提升了5.6%，株径则提升了20.5%（表1）。施用改良剂的目的在于提升棉花的产量，而高生物量则是高产的基础。棉花的生物量随着改良剂的施用有不同程度的提升，在高盐地区，棉花的根、茎、叶、铃、絮+籽与对照相比分别提高20.41%、18.97%、1.60%、7.61%、8.27%，其中改良剂对絮+籽的生物量提高效果显著。在低盐地区，棉花的根、茎、叶、铃、絮+籽与对照相比分别提升653%、307%、10.51%、6.06%、10.76%（图1）。

2.2 施用改良剂对产量及其构成因素的影响

通过对产量构成要素的测定，发现高盐地区施用改良剂后单株成铃数及单铃质量显著提升，而在低盐地区则效果不明显。棉花衣分无论在高盐地区还是低盐地区差异均不明显。在高盐地区施用改良剂后可以显著提升棉花产量，与对照比较，提高5.63%（表2）。在低盐地区，虽然施用改良剂后产量有所提升，但效果不显著。

2.3 施用土壤改良剂对棉花品质的影响

马克隆值是棉纤维细度和成熟度的综合指标，反映了棉花的内在质量，是棉花重要的品质指标之一[15]。在高盐地区施用改良剂后，棉花的马克隆值由B级升为A级[15]，而在低盐地区却未得到相似的结果，2个处理下的棉花马克隆值都是B级。短纤维指数是评价机采棉质量的重要依据[16]，纤维上半部平均长度越长，所纺出的纱线表面越光洁[17]。根据2地棉花实测的结果，使用改良剂对棉花纤维长度的变化并无影响。断裂比强度则与纱线的成纱强力有很好的相关性[18]，在本试验中施用改良剂对2地棉花的断裂比强度并无明显影响（表3）。

2.4 施用土壤改良剂对土壤pH值、电导率的影响

从图2可以看出，随着土壤深度的增加，土壤电导率有逐渐增大的趋势。无论是在高盐地区还是在低盐地区，使用土壤改良剂都可以降低土壤中盐分含量。在低盐地区，随着土壤深度的增加，处理与对照间的差异呈现逐渐降低的趋势。

从图3可以看出，施用改良剂可以有效降低土壤pH值，在高盐地区土壤pH值的变化幅度较小。在低盐地区，0～20 cm内土壤pH值的变化幅度不大，但是在20～40 cm范围内，土壤pH值有大幅度的升高。

3 讨论与结论

一般认为，棉花属于耐盐作物，但是棉花仍然存在着盐分限制问题[19]。本试验结果表明，当土壤中盐分含量过高时，会导致棉花种子的萌发与子叶的生长受到抑制，这也佐证了董合忠等的研究结果[20]，而在盐分含量较低的地区，就不会造成影响。前人的研究结果发现，土壤改良剂的施用对棉花的株高变化并无影响[21]，但在本试验中，施用改良剂后低盐地区对棉花株高产生了显著影响，造成这一现象的原因可能是2地在打顶时间上存在差异，使得低盐地区的棉花生长更为充分，最终出现了株高上的差异。张庆伟等研究结果表明，棉花的生物量变化与土壤含盐量无直接关系[22]。但本研究表明，在高盐分条件下，棉花的生殖器官生物量的增加会受到盐分的限制。棉花的蕾铃生长受到盐分胁迫更为明显，当土壤中含盐量在较低水平时，棉花的蕾铃生长可以维持在较高水平，而当土壤中盐分含量升高时，棉花单株成铃数以及单铃质量都会出现大幅的下降，此时施用土壤改良剂可以有效改变这一现状。使得单株成铃数与单铃质量得以提高，棉花的产量显著提高。在2地试验中，无论土壤中盐分离子出现怎样的变化，棉花衣分差异不显著，与赵婧文等的结果[23]具有相似性，这可能与试验选用的相同的棉花品种有关，衣分由棉花遗传因素所决定[24]，受外界因素影响较小。

施用土壤改良剂后，土壤pH值都有下降的趋势。在低盐地区本底pH值较高时，土壤pH值在 0～20 cm 范围内集中在8.7左右，但当深度增加到 20～40 cm 时，改良剂的效果减弱，土壤pH值可以达到9以上。在高盐地区本底pH值较低时，各土层范围内pH值的变化幅度较小。造成这一现象可能是由于土壤的缓冲性以及棉花根部的分泌物。随着土壤深度的不断增加，土壤电导率有着逐渐增大的趋势，这正是由于盐分随着水分而逐渐下渗，最终导致上层盐分含量降低，下层盐分不斷积累，施用改良剂可以有效提升这一过程，从而起到改善耕作层盐分状态。

前人研究发现，棉花纤维的生长受到盐分的抑制[25]。在本试验中，高盐地区内棉花施用土壤改良剂后马克隆值提高一个评级，由B级升到A级，但是在低盐地区棉花评级则都为B级，这可能于土壤中的盐分抑制了棉花的糖分转化，最终导致其成熟度降低。在2地施用改良剂后棉花的上半部平均长度与短纤维指数都有一定程度的提升，可能是棉花纤维素的合成受土壤盐分影响，未能充分发育，使用改良剂后土壤盐分含量大幅降低所导致的。

在高盐分地区，施用改良剂能降低土壤的盐分及pH值，改善棉花苗期的生长环境，提高棉花的出苗率与子叶的伸展，有利于棉花的生长，从而提高棉花地上部的生物量。低盐分有利于棉花蕾铃的生长，从而使得棉花产量获得大幅提升。改良剂虽然有利于棉花的生长及产量的提高，但是适用于高盐分高pH值地区，在这一范围内才能起到降低pH值和盐分含量的作用，同时能够提升棉花纤维的成熟度，在高产的同时提升棉花的品质。在低盐分地区要提高棉花的产量仍然要依靠常规管理措施，改良剂所能起到的作用有限。

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