盐渍化条件下棉花成苗及水盐分析

忠智博,何 帅,张万恒,周建伟,郑国玉,马军勇,程 鸿,石 聪,张 欣

(1.新疆农垦科学院农田水利与土壤肥料研究所/农业农村部西北绿洲节水农业重点实验室,新疆石河子 832000;2.石河子大学农学院,新疆石河子 832000)

0 引 言

【研究意义】新疆属于典型的温带大陆性干旱气候,农田次生盐渍化现象频发[1],干旱和盐胁迫同时存在比单一胁迫造成更多作物产量损失[2]。棉花作为主要耐盐碱作物,可以在部分盐碱地种植,虽然在高碱低盐土和低碱高盐土都会抑制棉花出苗,但是高碱低盐土抑制作用较小,盐分对棉花出苗的抑制作用更强[3]。而长期膜下滴灌技术可以有效降低棉花根区土壤盐分,提高棉花出苗率和产量[4-5]。而棉花苗期土壤临界电导率和可容忍电导率分别为6.8和22.11 dS/m,棉花苗期耐盐性较其他生育时期明显偏低[6-7]。研究盐渍化条件下棉花成苗及水盐运移规律,对指导盐渍化条件下棉花种植技术有实际意义。【前人研究进展】在塔里木盆地绿洲区,认为0～20和0～40 cm土层土壤含盐量影响棉花产量的阈值分别为0.494 4%和0.442 8%[8]。位于阿拉尔灌区的土壤含盐量达到0.42%和0.33%可作为0～20 cm土层和0～40 cm土层影响产量的阈值[9]。当土壤全盐含量达到0.4%时,对棉花生长的抑制作用显著增强[10],在极限耐盐度达到0.6%时,棉花根系生长受到抑制[11],盐胁迫在低浓度以抑制地上部生长为主,当浓度达到一定程度时才会累及根系生长[12]。适宜的棉花出苗土壤电导率值为0～1.267 mS/cm[13]。当以出苗率达到80%、60%、30%为标准时,0～20 cm土层土壤含盐量的适宜值、临界值和极限值分别为2.28、4.09和6.81 g/kg[14]。【本研究切入点】前人研究结果存在差异,且棉田次生盐渍化仍不断发生,棉花种植受到影响。棉花苗期作为耐盐关键期,在不同品种棉花的耐盐性和土壤水盐运移规律等仍需研究。【拟解决的关键问题】研究棉花苗期不同盐化土壤条件下水盐运移规律,分析不同棉花品种成苗规律与土壤盐度之间的相关关系,为新疆盐渍土种植棉花提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年4～6月在新疆农垦科学院华宇农业园进行,该试验点位于新疆石河子市。研究选择在温棚内盆栽试验。土壤取自南疆小海子灌区,在自然晾干后碾碎过2 mm筛,并装入70 cm×40 cm×50 cm的方盆,按160 kg/盆装土,土壤平均体积质量为1.48 g/cm3,平均田间质量持水率为18.27%。表1

表1 不同盐分土壤pH值及N、P、K含量

试验于2021年4月开始采集准备试验土壤,6月7日播种,播种深度2～3 cm,每穴3粒,每盆12穴。灌溉方式为滴灌,选取16 mm PE管与耐特菲姆压力补偿PCJ滴头人工组装使用,滴头流量2.0 L/h,出苗水灌至100%田间持水量,其他农艺措施与大田相同。

选取棉花品种塔河2号、新陆中56号、新陆中87号。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用完全区组盆栽试验,根据《新疆灌区土壤盐渍化及改良治理模式》全国土壤盐渍化分级标准对比表[15],设置轻盐化土(含盐量3 g/kg)、中盐化土(含盐量5 g/kg)、盐土(含盐量15 g/kg),共9个处理,每个处理15次重复,共计135个盆栽。表2

表2 全国土壤盐渍化分级标准对比(0～20 cm)

1.2.2 测定指标

于6月22日,分层取0～20和20～40 cm的混合土样,分别测定土壤含水率、电导率、总盐和pH值,并计算得出土壤含盐量与电导率的关系。图1

图1 总盐与电导率换算关系

7月30日,每个品种选取15盆统计成苗数,并对应测定0～20 cm土层土壤含盐量。由于S3处理未出苗,仅对S1和S2土壤进行测定。

1.3 数据处理

试验数据采用Excel2010和SPSS25.0统计分析,对不同指标先得出各重复测定值,再利用不同重复的值进行方差分析,如果显著差异(P<0.05),则进行Duncan比较。

2 结果与分析

2.1 苗期土壤含水量分布规律

研究表明,S1处理0～40 cm土层含水率范围在14.54%～15.72%,S2处理0～40 cm土层含水率范围在12.45%～15.14%,S3处理0～40 cm土层含水率范围在18.05%～18.68%,S3处理的土壤含水率明显受影响,水分运移的总量减少。图2

图2 不同土层深度的含水率分布

2.2 苗期土壤含盐量分布规律

研究表明,S1处理0～40 cm土层含盐量分布范围在2.27～3.89 g/kg,S2处理0～40 cm土层含盐量分布范围在5.05～7.20 g/kg,S3处理0～40 cm土层含盐量分布范围在15.99～18.48 g/kg,S1、S2、S3处理的土壤含盐量在0～20 cm土层都高于20～40 cm土层,而20～40 cm土层盐分仅在S1处理时低于初始含盐量3 g/kg,S2、S3处理的土壤含盐量都高于初始含盐量5和15 g/kg,这表明盐分在灌水一段时间后向土壤表层积聚。同时也发现,0～20 cm土层盐分甚至远高于初始值,S3处理显著,土壤母质盐分含量对返盐速率有显著影响。图3

图3 不同土层深度的总盐分布

2.3 苗期土壤pH值变化规律

研究表明,S1处理0～40 cm土层pH值范围在8.09～8.11,S2处理0～40cm土层pH值范围在8.09～8.15,S3处理0～40 cm土层pH值范围在8.20～8.29。其中,0～20 cm土层不同盐度处理的pH值差异显著(P<0.05),表现为S3> S2> S1,而在20～40 cm土层仅S3处理显著较高,S1和S2处理差异不显著。同时可以发现,S1、S2处理的土壤pH值在0～40 cm土层内能低于或保持在初始值,而S3处理的土壤pH值在0～20 cm土层高于初始值,但差异不大。土壤pH值受土壤母质影响较大,采取灌水措施一段时间内,土壤pH值基本保持稳定。图4

图4 不同土层深度的pH变化

2.4 成苗数与土壤含盐量响应关系

研究表明,塔河2号、新陆中56号和新陆中87号棉花在土壤含盐量分别达到6.94、7.04和7.09 g/kg时,成苗数为0。3个棉花品种的耐盐性差异并不显著。图5

图5 成苗数与土壤含盐量响应关系

3 讨 论

3.1种子细胞膜透性受到破坏,种子的活力降低[16]。盐碱地领域的研究态势正在增长[17]。当前需要探明水盐运移与气候条件、作物生长发育之间的关系,研究作物适应盐渍环境的生理生态机制[18]。试验则是选取盐渍化环境,用以探究棉花成苗机制以及苗期水盐运移规律,通过苗期末调查成苗数和对应土壤含盐量确定棉花苗期耐盐性,得出7 g/kg左右的土壤含盐量极大的抑制棉苗生长甚至发芽出土,而这个值明显低于以往研究得出的极限值,是因为参照指标不同,以往研究以产量下降比例或出苗率确定棉花苗期耐盐阈值,并且灌水措施和气候温度也是关键的影响因素。

3.2试验还发现,灌水一段时间后,土壤0～20 cm土层的盐分显著高于20～40 cm土层,并且随着土壤初始含盐量的增加,表层盐分积累的趋势也是不同的。与以往研究相似,分析原因,低盐土通过周期性的灌水可以有效压盐,随着土壤含盐量增加,土壤返盐速率也在不断增大,或可采取增加灌水定额或灌水次数来降低根区盐分。试验得出,初始值为15 g/kg的土壤,其土壤含水率明显高于其他盐土,较高的土壤含盐量促使土壤渗透性减弱,导致一次灌水过程不会直接渗入土壤,而是在很短的时间内就会减慢入渗速度甚至停止入渗。

3.3有效地控制根区土壤盐分,使其保持在一个较低盐度的环境中[19]是解决盐渍土作物种植的关键方法。而合适的灌溉定额则是降低土壤盐分的关键因素,应考虑土壤持水能力和作物最大日蒸发量[20],在盐化程度较高的土壤中种植作物还要考虑土壤渗透性,从而进一步确定灌水定额。

4 结 论

塔河2号、新陆中56号和新陆中87号棉花在土壤含盐量分别达到6.94、7.04和7.09 g/kg时,成苗数为0,可作为棉花苗期耐盐极限值。当土壤盐分达到耐盐极限值时,土壤渗透性减弱,返盐加重,严重影响棉花成苗。棉花苗期对土壤盐度响应显著,盐渍土种植棉花应以盐定水,及时调控土壤盐分含量。