种植耐盐水稻盐碱地改良过程中的盐度变化趋势研究

程知言胡建 葛云魏文杰陈澎军韩继军

（1.江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院，江苏 南京 210007；2.中国科学院南京土壤研究所，江苏 南京 210000）

0 引言

据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地面积约为954 万km2，我国约为100万km2（杨劲松，2008；李彬等，2005），其中各类可利用盐碱地资源37 万km2，具有农业利用前景的约12万km2（赵其国等，2020）。这些盐碱地形成主要受地形地貌、水文地质条件和气候等多种因素影响，大致可划分为滨海盐碱地、黄淮海平原盐碱地、荒漠盐碱地和草原盐碱地等。其中，滨海盐碱滩涂在我国沿海地区广泛分布，总面积达数百万公顷（洪立洲等，2015），除海平面自然淤长形成外，这些滩涂盐碱地大部分由人类围垦产生（Yu and Chen，1999）。由于滨海地区降雨时空分布不均，水资源调蓄空间小，地下水埋深浅、矿化度高以及人类活动等因素制约，现有滨海盐碱地土壤盐碱化危害严重，旱季返盐强烈，严重制约了社会经济环境的可持续发展。

多年来，诸多专家、学者对滨海盐碱地改良与利用开展了多方面的研究，形成了物理方法改良、化学措施改良、生物种植改良以及农艺管理措施等多种方法叠加集成的综合改良技术体系，在抑制地表水分蒸发、防止土壤表面积盐，隔绝表层与深层土壤水盐交换，改善土壤理化性质，形成团粒结构，增加有机质和土壤微生物等方面取得了较好成绩，进而彻底改善周边的生态环境（陈恩凤，1965；全达人等，1995；张建峰等，2002；樊润威和崔志祥，1996；李建法和宋湛谦，2003；郝秀珍和周东美，2003；胡一等，2015）。

生物种植改良盐碱地方面，诸如碱蓬、田菁、柽柳、中山杉、甜高粱、大豆、大麦、耐盐水稻、黑麦草、狗牙根等能耐一定程度盐分的树种和禾草（绿肥）植物应用较为广泛。其中，耐盐水稻种植改良盐碱地已经成为长期实践总结出来的较为成熟的技术方案之一（Fernando，1949；Ghose and Butany，1959；Akbar et al.，1972；Fageris and Barbosa，1981；Bernstein and Hayward，1958；Moeljopawiro and Ikehashi，1981；Fageris，1985；Heenan et al.，1988；陆连江等，1990；赵记伍等，2018），然而，众多专家和学者研究耐盐水稻，更多得是从“耐盐基因/ QTL 定位与克隆”“鉴定、评价体系和标准”“种质资源库建设、基因挖掘与新品种选育”等领域展开，即便是涉及到盐碱地改良，也往往是从“配套栽培技术”“盐碱地改良综合配套技术”等方面提出，简而言之，目前耐盐水稻的研究方向主要侧重于“培育出适合我国沿海滩涂种植的耐盐优质高产水稻新品种，解决国家粮食安全重大战略问题”这一主线，对如何利用耐盐水稻生态快速改良盐碱地的技术方法和机理研究较少。

2017 年始，江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院在南通滨海盐碱地开展了利用耐盐水稻种植改良盐碱地的科学实验（魏文杰等，2019），尝试探索了包括“盐稻10”“盐稻12”“扬农1 号”以及“湘两优900”等逾60 个耐盐水稻品种在种植后盐碱地土壤理化性状的改变，结果显示多数地块实现快速脱盐熟化，当年即通过江苏省补充耕地标准的验收。同时，部分水稻品种，如“盐稻10”和“盐稻12”还分别取得了亩产508.2 kg 以及600.3 kg 的好成绩①南通市通州湾示范区耐盐水稻种植改良盐碱地项目示范方测产验收报告，2018，江苏省农业技术推广协会.。此外，袁隆平院士技术团队最新培育的“海水稻”实地测产结果，亩产也多在500kg 以上。也就是说，在滨海滩涂地区种植耐盐水稻既是盐碱地改良修复、恢复滨海岸线生态环境的重要方法之一，同时也可为我国粮食提供大规模潜在生产基地，成为国家粮食增产增收的坚强保障。

因此，本文拟以南通通州湾耐盐水稻种植改良盐碱地示范区为研究对象，通过长期采集并分析土壤的盐度监测数据，探讨改良过程中存在的自然条件和人类活动的限制性因素，进而为后期耐盐水稻种植改良盐碱地技术大规模推广应用提供参考。

1 地理环境与地质概况

研究区位于南黄海辐射沙脊群南翼，南通通州湾江海联动开发示范区北侧（图1），北部紧邻如泰运河，由于高涂养殖废水不定期排放，该河流仅有开闸放水时可提供部分淡水（微咸水）资源。地区年降雨量977～1258 mm，且雨热同季，汛期（6—9 月）雨量相对集中，全区常年主导风向东南风，平均风速3.5 m/s。研究区周边以水稻、小麦和玉米种植为主，往往实行一年两季套种。

从土壤理化性质来看，研究区土壤经后期人工吹沙填海形成，成熟时间短，受区域潜水及海水浸渍影响盐渍化严重。土壤质地介于砂质壤土-壤土-粉砂质壤土之间，孔隙度和团粒结构较差，容重均值为1.48 g/cm2，表层土壤pH 值介于8.06～8.57，平均值为8.32。表层土壤含盐量在4.07‰～23.25‰，平均值为8.54‰，以Cl-和K+、Na+占主导，属典型滨海氯盐碱土，且为中-重度盐土级别。研究区土壤改良前有机质含量最高仅为1‰，总氮和有效磷也属于严重不足和略贫范围，速效钾含量偏高，主要受主导易溶盐离子K+影响，整体来看，养分较为贫瘠。

2 土壤盐度快速检测方法

在获得土壤盐度数据方面，专业实验室检测方法能够全面、精确地获得土壤含盐量、养分、质地等多种信息，但缺点是检测速度较慢，无法快速指导现场工作开展，在春季插秧、水稻分蘖等关键时期，尤其需要快速检测结果以指导现场工作。因此，在实际工作中，常使用即插式土壤电导率检测仪器获得土壤电导率信息，按照一定的换算公式间接获得盐度数据（张瑜斌等，2003）。

然而，由于土壤中含盐量的不均质性以及地形条件的复杂性，导致常规即插式土壤电导率检测仪在多数情况下无法获得稳定且可靠的盐度数据。本次研究，通过大量对比实验，发现标准溶液盐度与温度和电导率能够呈现出较好的相关关系（表1，图2）。基于此，可通过建立一种恒温条件下（25℃）采用电导率仪测试土壤中浸提液的检测方法来快速获得土壤盐度数据。实际应用中，这种方法可实现当日采样，次日即获检测数据，且这些数据与专业实验室检测数据对比误差可控制在10%范围以内。

主要测试方法如下：

（1）现场取样1000 g 左右，可为略潮湿样品，不能有明显水迹，去除其中的杂草、小石头等杂质；

图1 研究区交通位置示意图

图2 标准溶液电导率与盐度、温度关系图

表1 标准溶液电导率测试记录

（2）将样品放于45℃以下的烘箱中烘干、粉碎、去杂、过筛（20 目）、混匀；

（3）用电子天平称量40 g 样品，放入烧杯中。量筒量取200 mL 去离子水，倒入已放入土样的烧杯中（土水比为1 ∶5），用玻璃棒搅拌至土壤中盐分充分溶解；

（4）将烧杯置入25℃的水浴锅中，静置，待水澄清；

（5）用电导率仪测定上清液电导率，记录电导率数据；

（6）按照25℃温度条件下，电导率与盐度相关关系式（1）获得土壤盐度数据。

式（1）：YNaCl=-0.0001XEc3+0.0066XEc2+0.4966XEc+0.0026，R2=1

其中，YNaCl为土壤浸提液盐度，XEc土壤电导率。

3 土壤水盐监测结果分析

研究发现，区域降雨量、蒸发量和潜水水位对滨海盐碱地土壤盐分自生演化影响强烈。根据单因素方法分析结果，降雨量、蒸发量和潜水水位均对表层土壤盐度有较为显著影响，水盐运移模型预测也表现出类似的结论（解雪峰等，2016；楼锦花等，2017）。因此，快速改良滨海盐碱地需要考虑2 个关键因素：（1）洗盐排盐，降低土壤盐分存量；（2）改善土壤性质，抑制返盐，控制土壤盐分增量。以往旱作盐碱地改良也往往围绕降盐和抑盐这两种主要因素开展，通过降低地下水位、形成土壤团粒结构、控制蒸发以减少盐分上行表聚等技术措施开展工作，采取的主要措施包括明沟、暗管、竖井以控制地下水位、（深耕）漫灌+旋耕洗盐以快速脱盐、添施土壤调理或改良剂及有机肥等功能性材料以改善土壤理化性质、秸秆覆盖及还田以控制地表蒸发（邓玲等，2017；邓玲等，2017；葛云等，2018；魏文杰等，2018）。

大量监测数据显示，在种植耐盐水稻的过程中，其特有的农艺措施及其组合，比如，深耕翻松土壤后利用淡水（或微咸水）漫灌及带水旋耕洗盐、应用土壤改良剂及土壤理化性质调理剂改善土壤结构以提升土壤质量、种植水稻过程的不同阶段施加有机肥和基肥以满足水稻生长过程所需养分等（魏文杰等，2019），同样可以使土壤达到土壤降盐和抑盐目的，且效果相比其他改良方式更优（图3），降盐控盐的持续性也更佳。

3.1 耐盐水稻种植对不同土层土壤含水量的影响

从表2 和图4 可以看出，耐盐水稻种植过程中，0～20 cm 土层土壤含水量整体在30%以上，土壤含水量处于过饱和状态，9 月6 日土壤含水量降低，主要为取样前晒田3 d，表层土壤水分蒸发引起土壤含水量显著降低。40～60 cm 土层含水量基本稳定，且该层土壤含水量最低，可能该层土壤介于地表水与潜水影响之间，0～40 cm 土层含水量主要受地表水影响，60～80 cm 土层含水量主要受地下水影响，含水量较高。

3.2 耐盐水稻种植对不同土层土壤盐度的影响

从表3 及图5 可以看出，耐盐水稻种植过程中，0～20 cm 土层土壤盐度多在2‰以下，且整体稳定略呈下降趋势，说明耐盐水稻种植对抑制表层土壤返盐及降低盐度具有良好作用。20～40 cm 土壤盐度波动较大，可能与不同农艺措施下的土壤盐分离子迁移有关。

图3 耐盐水稻种植改良过程土壤盐分演变趋势

表2 不同土层土壤含水量变化

图4 不同土层土壤含水量变化图

表3 不同土层土壤盐度变化

图5 不同土层土壤含盐量变化图

根据不同土层含水量及盐度数据，表明耐盐水稻种植主要对0～40 cm 土层土壤盐度影响较大，40～60 cm 土层波动较小，而深部60～100 cm 土层盐度变化可能受浅层地下水变化制约。

3.3 耐盐水稻种植过程中表层土壤含盐量受降雨和蒸发的影响

由于江苏沿海地区雨热同季、年度降水分布不均，自然滩涂主要形成了夏季脱盐和春秋两季积盐的季节性水盐动态变化特征以及雨季涝害所致阶段性返盐现象。葛云等（2018）在对比不同秸秆利用方式下江苏滨海盐碱地盐碱障碍调控研究中发现，短时大量降水抬升地下水位以及无覆盖地表强蒸发是导致地表土壤迅速积盐的主要因素。然而，从图6 可以看出，耐盐水稻种植全周期，土壤含盐量稳定在3‰以下波动，且更多受水稻生长的不同阶段影响（图3），与大气降水和地表蒸发关联不大。由此可见，耐盐水稻种植改良盐碱地过程中，人类活动干预因素要强于自然条件因素。

3.4 水旱轮作对表层土壤含盐量的影响

以近14 个月的监测数据为例，洗盐前（2019 年3 月—2019 年5 月）研究区全区盐度相对较高，超过3‰盐度的区域个数占整个研究区的50%以上，最高达8.32‰，达重盐土程度，水旱轮作区盐度平均值较旱作区更大。

图6 耐盐水稻种植改良过程土壤盐分与降雨量和蒸发量关系图

图7 水旱轮作与旱作改良盐碱地表层土壤盐度变化趋势图

洗盐后作物生长阶段（2019 年7 月—2019 年10 月）全区水旱轮作条田盐度整体降低，旱地含盐量平均值显著大于水旱轮作区。

旱作轮种阶段（2019 年11 月—2020 年6 月）全区盐度不同程度抬升，旱作区盐度波动剧烈，相比之下，水旱轮作区则相对稳定（图7）。

第二年水稻种植阶段（2020 年6 月起）全区盐度继续呈降低趋势，至2020 年7 月下旬全区盐度降至3‰以下之后便一直维持在3‰以下。

综上所述，耐盐水稻种植改良盐碱地较传统旱作改良更具优势。

4 结论

（1）恒温条件下（25℃）采用电导率仪测试土壤中浸提液的检测方法来快速获得土壤盐度数据，为盐碱地改良过程中的精准人工干预提供了可能。

（2）种植耐盐水稻对滨海盐碱地改良具有良好作用，可有效控制耕作层（0～20 cm）土壤盐度维持在较低的水平且保持稳定，有利于作物生长，进而形成良性的生态系统，促进土壤熟化。

（3）在耐盐水稻种植过程中，60 cm 深度以下土层受地表水影响较小，因此，前期洗盐可深耕至地下40 cm 处，能够有效改善土壤结构，降低潜在盐害，促进水稻生长。

（4）通过种植耐盐水稻改良盐碱地，受地理气候等自然因素制约较小，改良效果较传统旱作改良更优，在配合土壤改良剂或理化性质调理剂使用的前提下，可推荐在有淡水（或微咸水）资源的盐碱地大范围推广应用。