王亞娟，唐鵬飛，張鳳華，董麗松，楊慧麗

(1. 石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832003；2. 新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832003；3. 中國(guó)農(nóng)科院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130000)

【研究意義】鹽漬土作為我國(guó)最主要的中低產(chǎn)田的土壤類型之一，是我國(guó)最重要的后備耕地資源，土壤中的鹽分含量過(guò)高直接影響土壤結(jié)構(gòu)、導(dǎo)水導(dǎo)氣和供水供肥的能力，嚴(yán)重阻礙了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，改造治理以及合理開(kāi)發(fā)利用這些鹽漬土，可以擺脫耕地資源不足的困境，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一[1-3]。新疆氣候干旱，降雨稀少，土壤鹽漬化嚴(yán)重，土地鹽漬化是制約綠洲農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素[2]。土壤鹽分表聚是土壤發(fā)生鹽漬化的重要因素，土壤中過(guò)量的鹽分可以引起土壤物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，從而導(dǎo)致大部分農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)作物的生長(zhǎng)環(huán)境退化。通過(guò)地面覆蓋，能夠減少地面蒸發(fā)，降低土壤鹽分在表層的積累，防止土壤返鹽，促進(jìn)灌溉脫鹽[4-5]，因此，覆蓋也成為改良鹽堿地的一個(gè)重要措施?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】覆蓋措施指利用化學(xué)、物理和生物物質(zhì)覆蓋農(nóng)田的表面使其對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生有益作用的栽培方式[6]，包括秸稈覆蓋、生草覆蓋、有機(jī)肥覆蓋、鹽生或耐鹽植物直接種植覆蓋以及兩種或多種覆蓋措施結(jié)合的方法，對(duì)鹽漬土的鹽分調(diào)控及改良具有明顯的作用[7-8]。研究表明，地面覆蓋(秸稈覆蓋和地膜覆蓋)下作物耕層水、鹽運(yùn)動(dòng)的分布情況，指出與無(wú)覆蓋措施相比較，秸稈覆蓋和地膜覆蓋均能有效減少棵間蒸發(fā)，起到蓄水保墑作用，影響土壤鹽分分布[9-12]。目前，關(guān)于地面覆蓋措施的研究主要集中在秸稈覆蓋和地膜覆蓋等方面，但是傳統(tǒng)的地面覆蓋鹽分依然滯留在土壤中，無(wú)紡布是由纖維網(wǎng)制造成的布狀材料，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)具有疏松多孔、透氣、透光、保溫、易降解等特點(diǎn)[13-15]，覆蓋在地表其多孔性和表面極性更有利于鹽分從土壤中結(jié)晶析出，并將鹽分富集于其孔隙和表面，可將鹽分隨無(wú)紡布帶離土體。【本研究切入點(diǎn)】本研究以無(wú)覆蓋為對(duì)照，分析無(wú)紡布覆蓋后土壤水、鹽動(dòng)態(tài)變化，探究無(wú)紡布在保水、抑鹽方面的效果?！緮M解決關(guān)鍵問(wèn)題】此研究結(jié)果以期為無(wú)紡布的應(yīng)用和土壤鹽漬化的防治提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)選擇了兩塊不同程度的鹽堿地，試驗(yàn)地一種植作物為棉花(本底含鹽量1.03 %～1.05 %)，采用膜下滴灌；試驗(yàn)地二種植作物為枸杞(本底含鹽量2.10 %～2.60 %)，采用滴灌技術(shù)。試驗(yàn)區(qū)一位于新疆石河子墾區(qū)石總場(chǎng)四分廠(N44.44124°，E086.01379°)，該區(qū)域?yàn)楦呔暥鹊貐^(qū)典型的溫帶大陸性氣候，降雨稀少，氣候干燥，年平均氣溫6.6 ℃，年降水量平均180 mm，蒸發(fā)量1600 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2784 h，無(wú)霜期年平均166 d，≥0 ℃積溫3918 ℃；試驗(yàn)區(qū)二位于新疆昌吉州瑪納斯縣北五岔鎮(zhèn)(N44.52609°，E86.31563°)進(jìn)行，該區(qū)域土壤鹽堿嚴(yán)重，干旱缺水，屬中溫帶大陸性半干旱半荒漠氣候區(qū)，冬季嚴(yán)寒，夏季酷熱，年蒸發(fā)量1967.9 mm，年降水量121.8 mm，蒸發(fā)量大于降水量，無(wú)霜期平均151 d，全年平均日照時(shí)數(shù)為2765.9 h，熱量豐富(表1)。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤基礎(chǔ)物理性質(zhì)Table 1 Physical properties of soil at the experimental field

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選擇滌綸無(wú)紡布，由江蘇江陰市杲信生物材料公司生產(chǎn)，由中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所提供(表2)。

表2 試驗(yàn)材料Table 2 Test materials

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)一、二均采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共設(shè)4個(gè)處理，以無(wú)覆蓋作為對(duì)照，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)前用五點(diǎn)取樣法采集試驗(yàn)地一、二的本底樣品。試驗(yàn)一覆蓋于棉花膜間裸地，覆蓋前平整行間裸地，覆蓋物緊貼地膜邊緣且與土壤緊密結(jié)合，覆蓋后隨即澆透水使行間滴灌水痕相接，每個(gè)小區(qū)面積4.8 m2(0.4 m×12 m)，覆蓋期間未滴水，試驗(yàn)二覆蓋于枸杞地行間裸地，具體覆蓋措施與試驗(yàn)一相同，每個(gè)小區(qū)面積1.2 m2(0.4 m×3 m)，覆蓋期間未滴水。

1.4 樣品采集與測(cè)定方法

中、重度鹽堿地在間隔相同的時(shí)間內(nèi)采集土壤樣品，采樣點(diǎn)選在無(wú)紡布覆蓋下的中間區(qū)域，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)點(diǎn)的采樣深度均為100 cm，分5層，即 0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm，相同取樣深度混合土樣采用“四分法”，保留1 kg，土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，置于通風(fēng)、陰涼、干燥的室內(nèi)風(fēng)干，過(guò)1 mm 的篩孔以供進(jìn)行和鹽分和Na+含量等相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定，保證取樣前7 d內(nèi)勿大水澆灌。

土壤含水率的測(cè)定：質(zhì)量烘干法；土壤總鹽含量的測(cè)定：采用殘?jiān)娓煞?；Na+含量采用離子色譜儀測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)處理的指標(biāo)數(shù)據(jù)采用3次重復(fù)的測(cè)定平均值，運(yùn)用SigmaPlot 12.5、Excel 2013、SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，多重比較采用Duncan法。

2 結(jié)果與分析

2.1 滌綸無(wú)紡布覆蓋下土壤含水率的變化

圖1顯示，在中度、重度鹽堿地作物行間裸地覆蓋高分子多孔隙滌綸無(wú)紡布后土壤含水率的變化。無(wú)紡布覆蓋中度鹽堿地后，在0～20 cm土層，與CK相比，各處理土壤含水率分別增加13.71 %、17.47 %、19.43 %；在20～40和40～60 cm土層中，PET1、PET2和PET3無(wú)紡布覆蓋下的土壤含水率之間差異不大，但均高于CK；在60～80和80～100 cm土層，各覆蓋處理下的土壤含水率與CK相比差異不大；在0～60 cm土層，覆蓋下各處理的土壤含水率均隨著土層深度的增加而增加，在40～60 cm土層達(dá)到最大，60～100 cm呈下降趨勢(shì)，但均高于對(duì)照。無(wú)紡布覆蓋重度鹽堿地后，在0～20 cm土層，含水率分別較CK增加11.28 %、15.06 %、27.18 %；在0～80 cm土層，覆蓋下土壤含水率均隨著土層深度的增加而增加，60～80 cm達(dá)到最大值，80～100 cm土層又有所降低。在中、重度鹽堿地覆蓋無(wú)紡布，各處理下的土壤含水率均呈現(xiàn)出PET3>PET2>PET1>CK的趨勢(shì)，綜合比較，以滌綸PET3無(wú)紡布的保水效果最好。

圖1 滌綸無(wú)紡布覆蓋對(duì)中度及重度鹽堿地土壤含水率的影響Fig.1 Effect of PET mulch on soil moisture content in moderate and severe saline-alkali soils

2.2 滌綸無(wú)紡布覆蓋下土壤含鹽量的變化

圖2顯示，在中、重度鹽堿地作物行間裸地覆蓋滌綸無(wú)紡布后土壤含鹽量剖面分布情況，各處理鹽分含量變化趨勢(shì)不一、差異顯著(P<0.05)。在0～20 cm土層，土壤表現(xiàn)為積鹽狀態(tài)，土壤含鹽量呈現(xiàn)出：CK>PET1>PET2>PET3，依次為6.96、5.61、5.58、5.31 g/kg；在20～40 cm 土層，各處理土壤全鹽含量分別較CK下降1.10、1.20、1.99 g/kg，土壤含鹽量呈現(xiàn)出與0～20 cm 土層相同的趨勢(shì)，依次為5.35、4.25、4.14、3.35 g/kg；在40～100 cm 土層，各處理土壤全鹽含量分別較CK下降0.77、0.41、0.43 g/kg；在0～100 cm 土層，土壤全鹽含量依次為4.04、3.10、3.29、3.07 g/kg，與CK相比分別下降0.93、0.74、0.97 g/kg，以PET3無(wú)紡布覆蓋下土壤鹽分含量下降最多。

圖2 滌綸無(wú)紡布覆蓋對(duì)中度及重度鹽堿地土壤含鹽量的影響Fig.2 Effects of PET mulching on soil salinity in moderate and severe saline-alkali soils

無(wú)紡布覆蓋重度鹽堿地后，隨著土層深度的增加土壤含鹽量呈下降趨勢(shì)，在0～20 cm土層，各處理土壤含鹽量依次為18.94、13.62、12.97、11.37 g/kg；在20～40 cm 土層，各處理土壤全鹽含量分別較CK下降5.33、6.21、7.58 g/kg；在40～100 cm土層，各處理土壤全鹽含量依次為10.77、10.23、9.84、9.50 g/kg；在0～100 cm土層，土壤全鹽含量依次為12.20、10.85、10.47、10.32 g/kg，各處理含鹽量分別較CK下降1.36、1.73、1.88 g/kg；整體來(lái)看，無(wú)紡布覆蓋下土壤全鹽含量呈現(xiàn)CK>PET1>PET2>PET3，以PET3無(wú)紡布覆蓋下鹽分含量下降最大。

2.3 滌綸無(wú)紡布覆蓋下土壤鹽平衡分析

為了進(jìn)一步說(shuō)明在中度及重度鹽堿地作物行間裸地覆蓋高分子多孔隙無(wú)紡布后土壤的脫鹽情況，對(duì)覆蓋下各處理的土壤全鹽含量進(jìn)行鹽平衡分析。表3顯示，在中度鹽堿地覆蓋無(wú)紡布后0～60 cm土層土壤的脫鹽效果。在0～20 cm土層，各處理的土壤的脫鹽率依次為46.83 %、47.07 %、49.69 %，分別較CK高11.91 %、12.06 %、14.68 %，各處理與CK相比均呈顯著性差異(P<0.05)；20～40 cm土層，各處理與CK相比均呈脫鹽狀態(tài)，其土壤脫鹽率分別較CK高23.49 %、25.70 %、42.69 %；在40～60 cm 土層，其鹽分積累程度依次為CK>PET2>PET3>PET1，這一現(xiàn)象與無(wú)紡布覆蓋后減少水分蒸發(fā)和抑制鹽分的垂向運(yùn)移密切相關(guān)；在0～60 cm土層， 覆蓋下各處理的土壤脫鹽率依次為28.01 %、26.59 %、33.51 %，分別較CK高18.19 %、16.77 %、23.69 %。在中度鹽堿地上覆蓋無(wú)紡布后，以PET3覆蓋下土壤的脫鹽率最高，整體來(lái)看，脫鹽效果依次為PET3>PET2>PET1>CK。

表3 中度鹽堿地0～60 cm土層脫鹽效果Table 3 Desalination effect of 0-60 cm soil layer on moderate saline-alkali soil

表4顯示，在重度鹽堿地作物行間裸地覆蓋無(wú)紡布后0～60 cm土層土壤的脫鹽效果。在0～20 cm土層，覆蓋下各處理土壤脫鹽率依次為48.54 %、51.86 %、57.04 %，分別較CK高20.13 %、23.45 %、28.63 %，各處理與CK相比均呈顯著性差異(P<0.05)；在20～40 cm土層，覆蓋下各處理土壤脫鹽率分別較CK高36.17 %、22.30 %、21.17 %，各處理間差異顯著；在40～60 cm土層，以PET2無(wú)紡布覆蓋下土壤脫鹽率最高，其次為PET1；在0～60 cm土層，與CK相比，無(wú)紡布覆蓋下土壤均呈脫鹽狀態(tài)，其脫鹽率依次為37.17 %、39.02 %、40.06 %，分別較CK高19.36 %、21.21 %、22.25 %，整體來(lái)看，在重度鹽堿地作物行間裸地覆蓋高分子多孔隙滌綸無(wú)紡布，以PET3無(wú)紡布的脫鹽率最高，脫鹽效果依次為PET3>PET2>PET1>CK。

表4 重度鹽堿地0～60 cm土層脫鹽效果Table 4 Desalination effect of 0-60 cm soil layer in severe saline-alkali soil

2.4 滌綸無(wú)紡布覆蓋下土壤Na+含量變化

表5顯示在中度鹽堿地棉田膜間覆蓋無(wú)紡布后0～60 cm土層Na+含量的變化，在0～20 cm土層中，土壤中的Na+含量依次為3.96、2.57、2.41、2.21 g/kg，與試驗(yàn)前相比，Na+含量依次下降14.29 %、44.37 %、47.84 %、52.16 %，與CK相比，均呈顯著性差異(P<0.05)；在20～40 cm土層中，Na+含量較CK分別下降10.30 %、9.88 %、14.17 %，PET3無(wú)紡布覆蓋處理下Na+含量下降最多，其中，PET1和PET2覆蓋處理下Na+含量無(wú)顯著差異；在40～60 cm土層中，Na+含量與試驗(yàn)前相比有所增加，這與鹽分含量的變化趨勢(shì)相同，但與CK相比，覆蓋下各處理Na+含量的積累均小于CK；在0～60 cm土層中，無(wú)紡布覆蓋均能不同程度地降低土壤中的Na+含量，其中，以PET3無(wú)紡布覆蓋處理下Na+含量下降最多，為29.42 %，Na+含量下降幅度依次為PET3>PET2>PET1>CK。

表5 中度鹽堿地0～60 cm土層Na+含量Table 5 Desalination effect of 0-60 cm soil layer on moderate saline-alkali soil

表6顯示在重度鹽堿地作物行間裸地覆蓋無(wú)紡布后0～60 cm土層Na+含量的變化，在0～20 cm土層中，土壤中的Na+含量依次為13.69、11.18、10.62、9.82 g/kg，與試驗(yàn)前相比，Na+含量依次下降8.43 %、25.22 %、28. 96 %、34.31 %，與CK相比，均呈顯著性差異(P<0.05)；在20～40 cm土層中，除CK外，覆蓋下各處理Na+含量與試驗(yàn)前相比均呈下降趨勢(shì)，分別較CK下降21.08 %、23.90 %、25.18 %；在40～60 cm土層中，與試驗(yàn)前相比，各處理土壤Na+含量下降不大，但與CK相比均呈顯著差異；在0～60 cm土層中，各處理Na+含量下降幅度依次為PET3>PET2>PET1>CK，其中，以PET3無(wú)紡布覆蓋處理下Na+含量下降最多，為22.78 %。

表6 重度鹽堿地0～60 cm土層Na+含量Table 6 Desalination effect of 0-60 cm soil layer on moderate saline-alkali soil

3 討 論

在鹽堿地作物行間裸地人為鋪設(shè)與原地面物理性質(zhì)不同的高分子多孔隙無(wú)紡布作為地面延伸介質(zhì)，本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，無(wú)紡布覆蓋能夠減少表層土壤水分的蒸發(fā)，提高覆蓋下土壤含水率，以0～40 cm土層效果顯著，覆蓋后，給土壤表面增加了水分蒸發(fā)阻滯層，該阻滯層越厚，對(duì)土壤水分蒸發(fā)的阻滯作用越明顯，控制土壤水分損失的效果也就越顯著。其保水效果隨著無(wú)紡布厚度的增加而提高。有研究表明，在土壤表面覆蓋無(wú)紡布顯著抑制了土壤水分蒸發(fā)，并且抑制效果隨著無(wú)紡布覆蓋高度的增加而提高，單位面積克重越大，厚度也越大，孔隙度就越小，水蒸氣的透過(guò)性也就越差[16-17]。覆蓋層的存在可以增加或減少太陽(yáng)輻射的反射率,增加熱量和水汽傳輸?shù)淖杩筟18]，通過(guò)地面覆蓋可有效減少棵間蒸發(fā)、改善土壤的水鹽分布情況、促進(jìn)作物生長(zhǎng)[19-21]。高鵬程等人的研究證明：對(duì)于同一土壤含水量處理，在同一時(shí)間，所有覆蓋處理(秸稈覆蓋、地膜覆蓋、鋪沙等)的土壤水分蒸發(fā)量均小于對(duì)照，說(shuō)明覆蓋對(duì)土壤水分的保持是有一定效果的，他們認(rèn)為這是由于覆蓋給土壤表面設(shè)置了一層物理阻隔，切斷了蒸發(fā)面與下層土壤的毛管聯(lián)系，減弱了土壤空氣與大氣之間的亂流交換強(qiáng)度，從而有效地抑制了土壤水分蒸發(fā)，達(dá)到保水的目的[22]。在地面設(shè)立一個(gè)擋水層或多孔覆蓋物，相當(dāng)于在土壤和大氣環(huán)境之間增加了一個(gè)物理阻隔層，改變其下土壤的能量狀況，能有效地減少土壤水分蒸發(fā)[23-25]。

無(wú)紡布覆蓋能夠有效減少地面水分蒸發(fā)散失，降低表層土壤與深層土壤之間的水勢(shì)梯度，由于鹽隨水走，因此有效抑制了鹽分隨水分的垂向運(yùn)移，能夠有效防止鹽分向土壤表層積累。

膜間是土壤水分和鹽分變化最劇烈的區(qū)域，在中度鹽堿地棉田膜間覆蓋無(wú)紡布，改善了耕作層土壤的水鹽分布，為棉花的生長(zhǎng)提供了良好的水鹽環(huán)境。在重度鹽堿地覆蓋無(wú)紡布，由于其本底含鹽量較高，故重度鹽堿條件下無(wú)紡布的脫鹽效果較中度鹽堿地效果顯著，其脫鹽效果均隨著無(wú)紡布克重的增加而提高。地面覆蓋是干旱、干旱地區(qū)改良鹽堿地的重要措施之一，關(guān)于覆蓋減少水分蒸發(fā)、抑制鹽分表聚的研究也多有報(bào)道[27-28]。覆蓋秸稈、鋪砂、施用PAM和壓實(shí)等措施均可以增加土壤含水率、抑制鹽分的垂向遷移、降低鹽分在作物根系層的積累程度[29]。無(wú)紡布的多孔性及表面極性更有利于鹽分從水中結(jié)晶析出，并富集于無(wú)紡布的孔隙及表面，使其脫離土體，無(wú)紡布吸附鹽分的同時(shí)，將土壤中的Na+等一些鹽基離子也隨之帶離土體。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上因作物種類不同、生育期特性不同、育苗或遮陰等用途不同所需的無(wú)紡布種類亦有所不同，然而類似的問(wèn)題在無(wú)紡布的生產(chǎn)過(guò)程中并沒(méi)有得到重視，因此，達(dá)不到專用的定位[30]，本文通過(guò)在鹽堿地上覆蓋不同克重的滌綸無(wú)紡布，探究其在保水抑鹽方面的效果，為無(wú)紡布的應(yīng)用和土壤鹽漬化的防治提高方法參考。

4 結(jié) 論

(1)無(wú)覆蓋措施相比，在鹽堿地上覆蓋滌綸無(wú)紡布能夠減少地表蒸發(fā)，提高土壤含水率，具有保水性，其保水性隨著滌綸無(wú)紡布克重的增加而提高。

(2)在鹽堿地覆蓋無(wú)紡布后，降低了表層土壤與深層土壤之間的水勢(shì)梯度，抑制了鹽分隨水分的垂向運(yùn)移，能夠有效防止鹽分向土壤表層積累。無(wú)紡布的多孔性和表面極性有利于鹽分從水中結(jié)晶析出，將鹽分富集于材料帶離土體，使土壤Na+含量也有所下降。

(3)在鹽堿地覆蓋無(wú)紡布的脫鹽效果與土壤的本底含鹽量有關(guān)，重度鹽堿條件下無(wú)紡布的脫鹽效果較中度鹽堿地效果顯著。