覆沙对盐碱地土壤水盐运移及枸杞生长和产量的影响

尹志荣，柯 英，桂林国，张永宏，王 平

(1.宁夏农林科学院 农业资源与环境研究所，银川 750002；2.宁夏农林科学院 农作物研究所，银川 750100)

宁夏红寺堡扬黄灌区地处宁夏中部干旱半干旱风沙带，气候干旱少雨，地面蒸发量大，地表水及浅层地下水量少质差，水资源十分短缺[1]。因地制宜发展枸杞产业是当地改善生态环境、促进区域经济增长的最佳选择。据调查，该区现有枸杞种植面积3 735.2万m2，每年产值可达3.2亿元。但是，由于栽培模式落后、配套技术不到位、土壤次生盐渍化等问题，严重影响了其产业规模化、标准化发展。近年来抗旱保墒栽培成为保证枸杞持续稳产的重要措施。覆沙是适应当地环境就地取材且广泛应用的一项独特的抗旱耕作形式[2]，具有良好的蓄水保墒、提高土壤温度、降压盐碱、抑制杂草和病虫害等多方面效应[3]。有研究表明，沙石覆盖在旱作农业节水、盐碱地改良和绿洲荒漠过渡带植被的恢复等方面发挥着重要作用[4]。也有研究表明合理的覆沙厚度对干旱区土壤水分入渗、蒸发、盐分迁移影响效果显著[5-7]。

关于覆盖措施的国内外研究主要集中在覆盖后的农田环境和作物增产效应上[8-10]，试验作物多为葡萄、西瓜、枣树，而在盐碱地枸杞上的相关研究较少。针对宁夏灌区不同区域种植枸杞的最优覆盖方式并未明确，尤其不同覆盖方式对宁夏灌区盐渍化土壤水盐动态的影响鲜有报道。本研究拟在前人研究的基础上，设置细沙、粗沙不同覆盖厚度试验，以不覆盖为对照，分析不同覆沙方式对盐碱地土壤性状和枸杞产量及经济效益的影响，为盐碱地枸杞持续发展提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验设在红寺堡区枸杞推广重点种植区域——光彩新村进行。该区域地形为山前扇形冲积平原，属温带大陆性气候，多年平均降水量 251 mm，多年平均蒸发量 2 387 mm，多年平均气温 8.7 ℃，昼夜温差 13.7 ℃，全年>10 ℃积温可达 3 200 ℃以上，全年日照时间 2 900～3 550 h[11]。土壤质地为沙壤土，盐碱中度偏重，基本理化性质如表1所示，降雨量及温度情况如图1所示。枸杞品种为‘宁杞1号’，栽植3 a。

表1 土壤基础理化性质

1.2 试验设计与方法

试验于2011年3月进行，共设5个处理，分别为：处理1(覆细沙5 cm，记为F5)，处理2(覆细沙10 cm，记为F10)，处理3(覆粗沙10 cm，记为C10)，处理4(覆粗沙5 cm，记为C5)，处理5(不覆盖，CK)。随机排列，重复3次。各小区面积约为50 m2，小区、重复间采用人工起垄隔开，垄高30 cm，垄顶宽40 cm，垄底宽70 cm；重复间人工开挖灌水渠道，防止灌水时小区间互串。试验开始前，于3月12日在各试验小区地表进行覆沙处理，磷肥、农家肥春季全部基施，施用量450 kg/hm2、30 000 kg/hm2，氮肥按纯氮375 kg/hm2施用，三分之一基施，枸杞萌芽期施150 kg/hm2，结果初期追施150 kg/hm2，盛果期追施75 kg/hm2。全年灌水量为4 500～6 000 m3/hm2，灌水3次，中耕除草3次。

细沙细度模数为2.2～1.6，平均粒径为 0.35～0.25 mm；粗沙细度模数为3.7～3.1，平均粒径为0.5 mm。

1.3 测定项目与方法

土壤含水量：于枸杞不同生育期4月15日、5月24日、6月23日、7月25日、8月30日、9月22日采集0～100 cm土层样品，采用烘干称量法测定土壤含水量，利用公式计算土壤贮水量。

枸杞枝条生长长度：采用卷尺测定不同时期枝条生长长度，测定日期为5月19日、5月29日、6月8日、6月18日、6月28日、7月8日、7月18日、7月28日、8月7日、8月17日、8月27日。

产量：采用每小区实际测产计量，全年共采摘7次，采摘日期分别为6月27日、7月8日、7月19日、7月30日、8月11日、8月25日、9月3日。每次采摘后立即计测鲜果质量，随后进行自然晾晒，整个采摘期结束后，统计各品种全年鲜、干果单位面积产量。

生产产投比为纯收入/总投入。

1.4 数据处理

采用DPS 7.0软件对试验数据进行差异显著性检验，采用Microsoft Excel 2010、Surfer 16制图及数据处理。

2 结果与分析

2.1 不同覆沙处理对土壤含水量的影响

枸杞生育期内土壤0～100 cm含水量时空变化如图2所示，不同处理土壤含水量随土壤深度的增加逐渐增大，随生育期的推进逐渐减小。0～10 cm、10～20 cm土层含水量影响较大，较CK平均高11.52%，CK在8月下旬0～10 cm土层的含水量降至10.80%，同时在40 cm和60 cm土层出现低含水区。说明覆沙在各个季节均可含蓄土壤水分，有效抑制土壤水分蒸发，为枸杞根系生长提供良好的水分环境。

表2表明，0～10 cm土层F5与F10、C10与C5处理间的土壤含水量及贮水量差异均达极显著水平，同时F5、F10、C10处理与CK差异也达极显著水平，CK含水量只有11.93%，较覆沙处理平均降低11.50%，1 m土体内土壤含水量的平均值仅达到14.78%，贮水量仅为16.54 mm。10～20 cm土层含水量的变化与0～10 cm土层类似，F10与C5处理含水量增幅最大，分别增加 14.86%、12.87%，F5与F10、C10与C5处理的贮水量差异不显著，但与CK差异达到极显著水平。20～40 cm土层，各覆沙处理间含水量及贮水量均无显著差异，差值较小，但与CK差异极显著，覆沙处理土壤含水量平均提高10.72%，贮水量增加10.40%。从40 cm土层向地面以下深度，不同处理间土壤含水量没有显著差异，仅C5 处理40～60 cm、80～100 cm贮水量和C10处理 60～80 cm贮水量与CK差异极显著，由此可知，覆粗沙能够显著影响40 cm向地面以下深度的土壤含水量，40 cm向地面以上则是细沙蓄水能力较强。

3）∀P=(x,y)∈EP(a,b){O}，P 的逆元为-P=(x,-y)，满足 P+(-P)=O；

表2 生育期内0～100 cm土层土壤的含水量、贮水量、pH及全盐平均值

2.2 不同覆沙处理对土壤pH的影响

2.2.1 土壤pH动态变化 按不同土层深度定期取样对土壤pH、含盐量进行观测。不同处理下枸杞生育期内0～20 cm、20～40 cm土壤pH的动态变化如图3所示。春季土壤出现强烈的返盐现象，在0～20 cm土层，各处理萌芽期(3月25日)的土壤pH较基础值分别增加7.97%、7.27%、5.31%、2.31%、10.85%，CK盐碱表聚明显。随着生育期的推进，覆沙处理有效降低萌芽前至新梢生长期(4月15日)的土壤pH，依次降低0.69、0.69、0.52、0.16，其中覆细沙对春季土壤返盐期pH的抑制效果较好。从新梢生长期到盛花期(5月24日)各处理变化减弱，变幅为 0.02～0.36，此后呈波动变化。秋果期(9月22日)，F5处理与CK出现返碱情况，pH达到 9.33和9.43，F10、C5、C10处理pH继续降低，分别为9.19、8.81和9.09，覆粗沙的压碱效果更加突出，相比覆细沙pH平均降低3.35%。

20～40 cm土层，F5处理的土壤pH在秋果期之前均在低于萌芽期的值的范围内变化，从秋果期开始增加，达到9.48，与0～20 cm的变化趋势一致。F10处理自萌芽期开始pH波动较小，在夏果期略有上升，其他生育期为8.65～8.78。C10、C5处理在秋果初期(8月30日)pH上升，较同时期F5、F10处理分别增加10.40%、11.10%，但随生育期的推进在秋果盛期(9月22日)，C10、C5处理有效降低pH，抑制秋季返碱，相比秋果初期减少1.06、0.93，表明覆粗沙对秋季土壤返碱的抑制效果强于细沙，原因可能是秋季土壤水分蒸发减缓，覆盖粗沙有利于土壤通气及水分蓄持，从而使底土和地下水中的易溶性盐碱难以向表土聚集。CK从夏果盛期(7月25日)后pH就开始增加，明显高于其他处理，这表明覆沙可以有效抑制土壤pH增加。

2.2.2 土壤剖面pH变化 不同生育期土壤剖面pH的变化如图4所示，萌芽前各处理pH随土层深度的增加变化较小，0～100 cm土层pH平均值分别为9.17、9.12、9.14、8.95、9.19。随着生育期的推进，各处理在盛花期pH降低，降幅为4.03%～6.87%，F5与C5、F10与C10处理剖面变化趋势一致，F5与C5处理以40 cm土层pH为拐点先增加后降低，F10与C10处理则分别以40 cm和60 cm土层pH为拐点先降低后增加再降低。夏果期，F5处理0～20 cm土层pH上升剧烈，表聚现象明显，从20 cm深度向下逐渐下降，与盛花期pH接近；F10处理不同深度pH较盛花期上升，平均增加5.21%，0～20 cm、20～40 cm土层pH仍低于萌芽期；C10处理 0～20 cm土层pH基本无变化，自20 cm向下深度开始下降，但40 cm土层pH较盛花期高 0.29；C5与F5处理0～20 cm土层pH变化趋势相似，pH达到9.44。CK各土层深度pH较盛花期、萌芽前增加，平均达到9.33。秋果期，不同处理pH整体呈下降趋势，相比萌芽前有所降低。整个生育期内，盛花期pH最低。总体而言，不同生育期各处理土壤pH的变化没有显著差异，仅F5处理60～80 cm土层的pH与CK差异极显著，与F10差异显著(表2)，但随土层深度的增加而降低，以0～20 cm土层pH最高，20～60 cm波动较小且整体下降，60～100 cm基本平稳无变化。

2.3 不同覆沙处理对土壤盐分的影响

2.3.1 土壤盐分动态变化 不同处理生育期内0～20 cm、20～40 cm土层土壤含盐量的动态变化如图5所示。定义收获后土壤含盐量和播前土壤含盐量的差值与土壤播前含盐量的比值为土壤积盐率[12]。在0～20 cm土层，不同处理土壤含盐量表现为秋果后较萌芽前减少49.19%、7.50%、35.61%、71.11%、5.92%，土壤根层呈脱盐状态，全生育期内抑盐幅度为47.95%～78.55%。CK土壤含盐量最高，0～20 cm土层平均含盐量达3.17 g/kg，与其他处理差异极显著(表2)。C10和C5处理从萌芽前至秋果后的时间段内土壤含盐量变化平稳，0～20 cm土层平均含盐量分别为0.76 g/kg、0.68 g/kg，抑盐效果强于F5、F10处理，且C5、C10处理与F5处理含盐量差异达极显著水平，与F10处理达显著水平，表明覆沙处理为枸杞的生长提供了一个相对淡化的土壤环境，有利于枸杞植株生长发育，尤其覆粗沙能显著减缓枸杞浅根层土壤盐分表聚，这可能是因为粗沙粒径较大，通气性较好，有利于水分移动从而带动盐分运移。

在20～40 cm土层，随生育期的推进F5与F10处理土壤含盐量整体呈“W”形趋势，C5与C10处理土壤含盐量呈“M”形趋势，CK变幅较小。不同覆沙处理在6月23日土壤含盐量均下降，分别比CK降低79.05%、15.24%、83.81%、58.10%，表明不同覆沙处理有效抑制了枸杞果熟期土壤盐分，有利于果实膨大。然而，秋果后不同处理20～40 cm土壤盐分较萌芽前有所增加，增幅分别为3.40%、47.79%、0.76%、69.35%、25.00%，各处理间没有显著差异。

2.3.2 土壤盐分剖面变化 在枸杞萌芽前(3月25日)、盛花期(5月24日)、夏果期(6月23日)、秋果期(9月22日)各处理剖面土壤盐分分布如图6所示：0～20 cm土层含盐量均值为0.74～3.29 g/kg，20～40 cm土层以下变化不大，变幅为0.62～1.64 g/kg，40～100 cm土层变化更小。萌芽前，F5、F10、C5处理和CK土壤含盐量随土层加深依次递减，C10处理以40～60 cm土层含盐量为拐点缓慢增加后逐渐下降，0～20 cm土层含盐量低于F5处理和CK，但20～100 cm土层含盐量显著高于其他处理。盛花期，F5和F10处理与CK土壤含盐量与萌芽前变化规律一致，随土层加深而降低，C5和C10处理以20～40 cm土层含盐量为拐点先增加后下降，0～20 cm土层覆粗沙的含盐量低于覆细沙的含盐量，CK含盐量增加至3.87 g/kg，超出萌芽期含盐量14.50%。夏果期，F10处理与C5和C10处理变化趋势一致，以20～40 cm土层含盐量为拐点先增加后下降，其中F10处理 0～20 cm、20～40 cm土层含盐量出现剧烈返盐现象，相比其他生育期0～20 cm含盐量平均上升49.58%，20～40 cm含盐量平均上升2倍达2.26 g/kg，而C5和C10处理含盐量低于其他生育期，0～100 cm平均含盐量分别为0.71 g/kg、0.37 g/kg。秋果期，各处理呈现不同变化趋势，F10与C5、C10处理变化仍相似，F5处理与CK趋势一致。

综上所述，覆沙处理显著影响枸杞根层0～20 cm土壤含盐量，随着土壤深度的增加，外界因素对土壤含盐量的影响趋于一致，与前人的研究结果相似。本研究中覆粗沙对耕作层0～40 cm土层含盐量的抑制效果强于覆细沙，尤其C5处理效果更显著，其1 m土体内含盐量最低。

2.3.3 0～20 cm土壤盐分离子情况 不同处理萌芽前、秋果后土壤盐分离子含量变化情况如图7所示，秋果后土壤盐分离子较萌芽前降低。萌芽前，阳离子中Ca2+、Mg2+含量较少，均值为0.22 g/kg、0.17 g/kg，Na+、K+离子含量较高，均值为2.80 g/kg、0.97 g/kg。F5、F10、C10、C5处理的Na+离子含量较CK分别降低 5.60%、51.15%、39.69%、47.07%，K+离子含量较CK分别降低40.34%、68.75%、40.91%、73.30%。F10处理的Na+、K+离子含量低于F5处理，其中Na+离子含量降低48.25%、K+离子含量降低47.62%。C10和C5处理Na+、K+离子含量差值较小。秋果后，Ca2+、Mg2+、Na+、K+离子含量均值分别为0.14 g/kg、0.09 g/kg、1.15 g/kg、0.59 g/kg，较萌芽前分别降低36.36%、47.06%、58.93%、39.18%。C10和C5处理Na+离子含量最低，分别为0.46 g/kg、0.56 g/kg，较F5和F10处理平均降低65.77%，较CK平均降低 71.19%。

2.4 不同覆沙处理对枸杞枝条生长、产量和经济效益的影响

由表3和表4可知，不同覆沙处理对枸杞枝条生长及产量产生显著或极显著影响。其中，F5、F10、C10、C5处理的枝条生长长度与CK差异达到极显著水平，平均增长15.22%，分别增加2.74 cm、4.95 cm、5.44 cm、7.21 cm。C5和C10处理的枸杞枝条生长长度更长，尤其C5处理与F5、F10、C10处理也呈极显著差异，分别增加 12.37%、5.89%、4.56%。产量方面反映了与枝条生长相似的规律，C5、C10、F10处理与CK差异极显著，产量增加19.64%、13.15%、15.21%，F5处理与CK差异显著，产量增加10.68%，表明盐碱地覆沙对枸杞的生长及产量有促进作用。

表3 不同覆沙处理下枸杞的生长、产量和经济效益

表4 经营成本统计分析表

经济效益分析表明，同一沙粒条件下随着覆沙厚度的增加成本增高，同一覆盖厚度下覆粗沙比覆细沙成本高，但不同覆沙处理均提高纯收入和生产产投比，与CK相比，F5、F10、C10、C5增加收入分别为14 895元/hm2、20 283元/hm2、16 314元/hm2、28 329元/hm2。C5处理生产产投比最高，较F5、F10、C10处理提高11.83%、9.25%、14.55%，较CK提高26.85%。

3 讨 论

土壤水分含量是制约植物生长发育的主要因素之一，充足的水分有利于根系对矿质元素的吸收和利用，从而促进植株的新陈代谢、光合作用和其他生理生化过程[13]。Poesen 等[14]研究在非常干燥的条件下用沙覆盖地表对土壤水分的影响，讨论了这项措施对保持水土的有效性。盐碱地表覆盖沙层可减少水分的表层丢失，有效抑制土壤水分蒸发，增加土壤保蓄能力[15]。张义等[16]研究表明，在黄土高原沟壑区，砂石覆盖处理下土壤水分剖面分异最高，提高了根层水分含量，有利于果树对水分的利用。孙文泰等[17]研究提出覆沙可有效增大根系水平分布范围及垂直深度，增大根系的水肥吸收空间。本研究分析了不同覆沙处理对0～100 cm土壤水分的影响，表明覆沙能够显著提高枸杞不同生长时期土壤水分含量，尤其是0～40 cm耕作层土壤水分含量，而不仅仅是某个生育期的土壤水分含量，这明显优于其他覆盖措施，相关研究中的覆草覆膜措施一般只对植株出苗期和苗期生长提供良好的水分环境[18-20]。此外，本研究中覆沙厚度10 cm土壤水分含量偏高，以C10处理最佳，这与Zhou等[21]研究结果一致。

土壤盐碱化是制约植物生长发育的另一个主要因素。较高的土壤碱度可降低土壤中矿质元素的有效供给，影响植物体内的营养平衡，从而导致植物生长减缓甚至受损[22]。在生产实践中，不同覆沙厚度和不同深度对土壤 pH具有较大影响[23]。本研究中，覆沙处理明显降低0～20 cm土壤pH，覆粗沙对抑制秋季土壤返碱的效果更加突出，相比覆细沙pH平均降低3.35%。李娟[24]同样分析了不同覆沙厚度下0～60 cm土层盐碱地土壤各指标的大小及差异性，结果表明覆沙明显减低土壤pH，并且以覆沙15 cm效果最佳。在垂直方向上，pH随深度的增加而降低，0～20 cm土层pH最高，20～60 cm土层波动较小且整体下降，60～100 cm土层基本平稳没有变化，这与吴素丽[25]、Mary等[26]的研究结果一致。

覆沙对土壤盐分的影响效果因土壤类型、气候条件的差异而不同。盐碱地表覆沙具有显著的抑盐效应，可明显减轻土壤盐分向上运移和表聚，并且随着覆沙厚度的增加(5～15 cm)，有助于增加非毛管孔隙，改善土壤孔隙结构，增强植株对盐分胁迫的生态适应性[27]。王成宝等[28]研究指出覆沙处理对0～20 cm土层的盐分具有很好的脱盐效果，可减弱休闲季0～40 cm土层的返盐。刘虎俊等[29]研究发现当覆沙厚度增至2 cm时，土壤盐分明显下降，尤其在夏季高温期对盐渍土进行洗盐后，采用沙子覆盖地面，具有抑制盐分各离子表聚的作用，并且随着覆沙厚度的增加，抑制作用增强。本研究结果也表明，覆沙处理有效抑制土壤盐分表聚，生育期内0～20 cm土层全盐抑制幅度为47.95%～78.55%。覆粗沙抑盐效果强于覆细沙，以C5处理抑盐效果最明显，1 m土体内含盐量最低，这可能是缘于粗沙质地更为疏松，通透性好，有利于水分移动从而带动盐分下移。

除了对土壤水盐影响外，覆沙显著促进枸杞枝条生长，提高枸杞产量。覆粗沙的促进作用强于覆细沙，其中C5处理枸杞全生育期内枝条生长长度较CK增加7.21 cm，产量增加19.64%。从经济效益看，覆沙通过增加枸杞产量进而提高收入与产投比。有研究[30-34]表明盐碱土表层覆沙后植株株高、茎粗、叶面积和干物质质量在整个生育期内均有升高，这与本研究结果一致。

本研究未对土壤物理性质、养分、有机质等指标进行分析，但有研究认为长期覆沙果园土壤有机质和养分随土壤深度增加呈降低趋势，减轻了土壤硝态氮的深层积累量，增加了根区铵态氮含量[35]。针对盐碱地覆沙措施下盐渍土壤水热盐效应问题及矿质养分变化问题，应当进一步开展研究。

4 结 论

在红寺堡盐碱干旱区枸杞栽培管理中，地表覆沙是有效的覆盖方式，可以显著提高土壤含水量，而且表现出良好的抑盐效应，进而促进枸杞生长发育，提高枸杞产量。综合考虑认为，C5处理(覆盖粗沙5 cm)表现出了良好的经济效益和生态效益，是提高盐碱地地力水平和蓄水保墒能力，确保盐碱地枸杞持续增产的重要栽培技术，可结合科学的耕作措施和农艺技术应用于生产实践。