李 昂, 李馨雨，葛承暄，吳應(yīng)珍

(1. 蘭州城市學(xué)院 地理與環(huán)境工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 中國地質(zhì)大學(xué)公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430070；3.甘肅省耕地質(zhì)量建設(shè)管理總站，甘肅 蘭州 730000；4.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 馬克思主義學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

甘肅自1994年建成“引大入秦”灌溉工程以來，由于種植作物生育期較短，澆水時采取大水漫灌，致使地下水位持續(xù)升高，近30%面積耕地受到鹽堿威脅[1,2]。以往研究顯示，土壤鹽堿產(chǎn)生規(guī)律為“鹽隨水來，鹽隨水去”[3]。改良鹽堿地不僅要降低土壤鹽堿，更要提高土壤養(yǎng)分，鑒于此，生物措施防治土壤鹽堿受到普遍關(guān)注[4]。如李昂等研究發(fā)現(xiàn)[2]，種植牧草可降低土壤鹽含量；李發(fā)明等研究發(fā)現(xiàn)[4]，種植苜蓿不僅能降低土壤鹽含量，而且還能提高土壤養(yǎng)分。盡管前人已在利用生物措施防治土壤鹽漬化方面做了大量研究，但很少涉及地表植被、地表微環(huán)境因素及土壤水分變化動態(tài)。為此本文以秦王川灌區(qū)撂荒地、種植春播作物和牧草地為研究對象，通過測定和分析地表植被特征指標(biāo)和地表微環(huán)境相關(guān)指標(biāo)及土壤水分含量，探尋種植牧草和春小麥對地表微環(huán)境及土壤水分的影響差異，據(jù)此為該區(qū)防治耕地鹽漬化提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況及試驗設(shè)計

試驗區(qū)位于甘肅省永登縣秦王川灌區(qū)北部的上川鎮(zhèn)下古山村(海拔2000 m，東經(jīng)103°33′，北緯36°45′)。這里年均降雨量僅288 mm，而蒸發(fā)量高達(dá)1888 mm，為典型半干旱大陸性氣候[2,5]。試驗設(shè)裸地(CK)、小麥(Triticumaestivum)和苜蓿/披堿草(Medicagosativa/Elymusnutans)牧草地3個處理，重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。3月末統(tǒng)一播種，4月中旬陸續(xù)出苗。7月末收獲小麥，10月霜凍來臨之前收獲牧草。

2.2 試驗指標(biāo)測定

試驗期內(nèi)對地表植被特征量(蓋度、高度和生物量)進(jìn)行測定，同時利用相關(guān)儀器對地表光照強(qiáng)度、溫度、濕度和土溫(地下5 cm深處)進(jìn)行測定；最后用土鉆分層(0～5 cm，5～10 cm，10～20 cm，20～40 cm)取土樣，帶回室內(nèi)進(jìn)行土壤含水率測定。

3 結(jié)果與分析

3.1 地表植被特征指標(biāo)間差異

就植被蓋度而言(圖1a)，小麥?zhǔn)斋@前(7月份)，苜蓿/披堿草的蓋度顯著大于小麥(p<0.05)；10月份，因小麥?zhǔn)斋@后地表僅有少量根茬覆蓋，故牧草的蓋度仍比小麥大。就植被高度而言(圖1b)，苜蓿/披堿草和春小麥間差異與其蓋度間差異類似。就植被生物量而言(圖1c)，7月份，小麥生物量顯著大于混播牧草；10月份，盡管牧草前期也進(jìn)行了刈割，但在秋雨的澆灌下，混播牧草生物量大于小麥地表根茬量。

3.2 地表微環(huán)境因素間差異

就地表光照強(qiáng)度而言(圖2a)，試驗開始時(3月份)，因小麥和牧草剛播種、地表裸露，故不同處理間差異不顯著(p>0.05)；7月份，因地表被植被覆蓋，使得牧草和小麥地的光照強(qiáng)度顯著小于裸地；10月份，裸地和小麥地顯著大于牧草地。就地表溫度和土壤溫度而言(圖2b、c)，不同處理間差異與其地表光照強(qiáng)度類似。就地表濕度而言(圖2d)，其變化趨勢正好相反，7月份因地表植被覆蓋，使得牧草和小麥地的地表濕度顯著大于裸地；10月份，牧草地顯著大于裸地和小麥地。

圖1 不同處理植被特征指標(biāo)間差異

圖2 不同處理地表微環(huán)境因素間差異

3.3 土壤含水率間差異

由圖3a可見，試驗開始時(3月份)，裸地、種植小麥和牧草地不同土層的土壤含水率大小順序均表現(xiàn)為：20～40 cm > 10～20 cm > 5～10 cm >0～5 cm；方差分析顯示，不同處理間差異不顯著。7月份(圖3b)，0～5 cm土層土壤含水率的大小順序為：牧草地>小麥地>裸地，而其余5～40 cm土層正好相反，大小順序為：裸地>小麥地>混播牧草地。10月份(圖3c)，不同土層土壤含水率變化趨勢與7月份類似。

4 討論及結(jié)論

土壤作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，承載作物生長、決定農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力高低。秦王川灌區(qū)自運(yùn)行以來，因種植作物生育期較短，澆水采取大水漫灌，致使近1/3面積耕地受到鹽堿威脅，有些低洼地區(qū)甚至絕收[1,6]；加之大量施用化肥，土壤退化導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降，越來越多耕地被棄耕撂荒[6]。土壤質(zhì)量下降不僅降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，而且還影響周邊區(qū)域生態(tài)環(huán)境[7,8]。為了減少耕地撂荒、提高耕地質(zhì)量，秦王川灌區(qū)迫切需要采取種植牧草進(jìn)行農(nóng)田生態(tài)保育。

就地表植被特指指標(biāo)而言，播種當(dāng)年7月份，苜蓿/披堿草混播牧草的蓋度和高度明顯大于小麥；10月份，混播牧草的蓋度、高度和生物量均比小麥高。以往研究顯示，地表植被覆蓋影響地表微環(huán)境[2,3,8]。就地表微環(huán)境因素而言，實驗開始時，由于作物和牧草剛播種、地表裸露，播種作物和牧草地與裸地的地表光照強(qiáng)度、溫度、濕度和土壤溫度基本相同；隨著植物生長、地表被植被覆蓋，7月份，小麥和牧草地與裸地間產(chǎn)生明顯差異，其中地表光照強(qiáng)度、溫度和土壤溫度均明顯低于裸地，而地表濕度卻顯著高于裸地；10月份，由于小麥?zhǔn)斋@后地表裸露、類似于裸地，故小麥地與裸地的地表光照強(qiáng)度、溫度、濕度和土壤溫度相近，而與牧草地產(chǎn)生明顯差異。

植被覆蓋影響地表微環(huán)境因素，進(jìn)而影響其下土壤的含水率。從7月份和10月份試驗結(jié)果可以看出，耕地0～5 cm土層土壤含水率大小順序為：混播牧草地>小麥地>裸地，而5～40 cm土層土壤含水率正好相反，大小順序為：裸地>小麥地>混播牧草地。其原因可能是：由于牧草和小麥植被覆蓋地表，使其地表光照強(qiáng)度、溫度和土壤溫度顯著低于裸地，從而造成土壤水分蒸發(fā)小于裸地，故0～5cm土層的土壤含水率大小順序為：混播牧草地>小麥地>裸地；由于水為牧草和小麥生長所必需要素，植物根系從土壤中吸收大量土壤水，從而造成其余土層土壤含水率大小順序為：裸地>小麥地>混播牧草地。另外，秦王川灌區(qū)秋季降雨較多，加之該區(qū)日照強(qiáng)烈，此時春播作物都已收割，大量降雨白白蒸發(fā)損失造成土壤表層積鹽[2,3]；若耕地種植牧草，一方面，可以有效抑制土壤水分蒸發(fā)和減弱地表積鹽；另一方面，還可充分利用該區(qū)有限降雨提高牧草產(chǎn)量。

圖3 不同處理土壤含水率間差異

綜合以上，秦王川灌區(qū)耕地撂荒、種植春播作物和混播牧草后，地表微環(huán)境因素(如地表光照強(qiáng)度、溫度、濕度和土壤溫度)及土壤含水率間存在顯著差異。