宁虎森,吉小敏,梁继业,卢筱莉,高明月

（1.新疆林业科学院,新疆乌鲁木齐 830063；2.塔里木大学,新疆 阿拉尔 843300）

次生盐渍化的发生常常是因为土体中的各种可溶性盐分随水而迁移到排水不良或径流不畅的低洼地聚集,或地下水位过高,长期排水不畅所产生的[1]。而如果土壤中的某些盐分含量超过一定水平时,就会对植物的生长发育产生不良影响,轻则抑制植物正常生长,重则可导致植物的死亡。一般情况下,土壤表层含有0.6%以上的易溶性盐时就属于盐土的范畴,其中氯化物盐土的含盐下限为0.6%,硫酸盐土的下限为2.0%,氯化物-硫酸盐土或硫酸盐-氯化物盐土为1.0%左右[2]。一些研究实践证实,建设合理的灌溉水设施和排水设施,可以在一定程度上达到对土壤洗盐和排盐的作用。但是由于区域水资源紧张或设施不健全,常常不能很好地解决盐渍化的问题。因此,探索其他治理土壤盐渍化的方法就成为了一项重要的工作,如利用耐盐作物和植物尽可能使田地经常保持一定的覆盖度,减少表土水分蒸发；或种植牧草,实行轮作,由牧草发达的根系形成稳定的团粒结构,减少由下而上的盐溶液毛管流动,预防盐分在表土聚集,以利于土壤的改良[3]。还有一些研究对不同牧草的耐盐性进行了深入研究,如孟林等对偃麦草属（Elytrigria）植物种质材料苗期耐盐性综合评价研究,为盐渍化土地改良过程中耐盐牧草的种质资源筛选提供了基础[4]。新疆南疆地区气候干旱少雨,蒸发强烈,土壤次生盐渍化较为严重,尤其是在目前耕地开发面积过大,水资源短缺的情况下。此外为重建和恢复绿洲的生态环境,对过去那些盲目开垦的不合理土地要逐步的退出来进行植被恢复,这里面也包括大量的灌溉用地,一旦停止洗盐,土壤的盐渍化将大大提高,为了尽快恢复和利用这些土地资源,必须采取合理的措施,这里面的一项重要工作就是采用生物治理盐碱的方法,引入耐盐的草本植物逐步恢复土壤的结构和功能,以便尽快实现区域生态环境的恢复[5]。目前,灌区普遍采用的是种稻洗盐的方法,通过重力水将表层盐碱淋溶到耕层以下,再通过排渠将盐碱排出。虽然这种方法可以暂时解决土地盐碱过高的问题,但是由于排盐碱的同时又产生了地下水位升高,发生次生盐碱化的问题,而且较大的单位土地用水量又限制了灌区农业的可持续发展。因此,选用生物防治盐碱化方法来进行试验,即用抗（耐）盐的植物在生荒地和盐碱地上种植,通过植物吸收盐碱,疏松土壤而达到改良盐碱土的目的。本研究正是基于这方面的问题在南疆塔里木河上游典型灌区进行了耐盐碱牧草试验,于2006-2009年引进抗（耐）盐碱的牧草高冰草（Agropyron elongatum）和碱茅（Puccinellia tenui f lora）在沙井子灌区进行试验,检测其改良土壤盐碱的效果。分析用耐盐碱牧草恢复土壤和植被的可行性,以便为探索区域生态环境的综合治理提供科学的依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验地设在新疆沙井子灌区,位于天山南麓,塔里木盆地西北边缘。系阿克苏河、叶尔羌河及和田河的冲积三角洲。属新疆生产建设兵团农一师所辖,是新中国成立后的重点农垦地区[6]。所开垦的土地大多是盐渍土,1 m土层含盐量2%～10%。灌区排水一部分以干渠排放方式排入洼地,但大部分泄入艾西曼湖后,通过排水渠,流经阿瓦提县,最后进入塔里木河。该区属暖温带大陆性荒漠气候,光热资源丰富,但水资源极为短缺,农牧业生产用水全由阿克苏老大河引入,年均引水量为1.387×109m3,排水共计2.200×108m3。排水过多不仅造成水资源的浪费,而且排水进入塔里木河会造成中下游地区水质污染。因此,必须加强排水控制与管理,适度扩大人工生态的方法治理盐碱,以达到既降低地下水位、防止土壤盐渍化,又能维持区域水盐平衡。这里是新疆最干旱的地区之一,也是土壤盐碱面积最广泛、最集中的地区。灌区6.8×104hm2土地,轻盐碱化土壤占26.6%,盐碱化土壤占16.3%,轻盐土占9.5%,中重盐碱土和盐碱土占17%,难利用或不宜农用的占30.6%[7]。沙井子灌区1959年成立后,兴修了大量的水利工程,扩大了灌溉面积,农业生产也有了很大的发展。随着灌溉面积的不断扩大,在不合理的灌、排、耕作下,土壤次生盐碱化也有所发展,部分耕地因此而弃耕,而且弃耕面积有继续扩大的趋势。

1.2 试验设计试验场地选在沙井子水库附近的撂荒地上,占地面积1.6 m×103m,取土化验0～100 cm土壤全盐量为4.1%,挖土壤剖面从地表至3 m以下均为粘土,放水洗盐3遍,使用盐碱丰3.75×105mL/hm2,2006年4月 20日取土样分析含盐量（表1）。于2006年3月12日进行试验地的整地工作,4月29日进行播种,同时测定土壤含水量（表2）。

表1 试验地耐盐碱牧草种植前土壤含盐量

表2 播种时不同土层土壤含水量 %

根据高冰草、碱茅的栽培要点,在试验地施油渣1.75×104kg/hm2,磷肥3.22×103kg/hm2,翻地、切地,翻地20 cm。播种时高冰草播种深度为2～3 cm,行距18～20 cm,播种方式为条播,播种量为105～120 kg/hm2。碱茅播种深度1～2 cm,条播行距25～30 cm,播种量30～45 kg/hm2,播种覆土0.6～1.0 cm,试验地布设如图1。

图1 试验小区设计

试验地分8个小区,每个小区面积200 m2,0601 、0605、0607 种植高冰草 ,0602、0606、0608 种植碱茅,其中0603和0604为对照的撂荒裸地不进行牧草种植,各小区均按常规灌水处理。同时试验区范围内设置了地下水位观测井3口,分别设置在0601、0602样地和对照0603、0604裸地定期观测地下水位变化,由于0601和0602间的样地距离较近,因此取0601和0602地下水位变化的平均值与对照裸地对比分析。

2 结果与分析

2.1 出苗由于播种后,5月3日自然降雨,降雨量为35 mm,形成地表积水,造成土壤板结不渗水,致使5月20日 0605、0606、0607和0608块地仍无出苗迹象。经取土化验测得地表0～20 cm土壤含盐量由1.914%上升为3.400%,而相比之下0601、0602样地降雨后未形成明显的积水和土壤板结现象。至5月7日,0601、0602块地最先出苗,5月20日统计0601块地出苗率为80%,0602块地出苗率15%。这种情况说明两种牧草在出苗期会受到土壤板结和高含盐量的严重抑制。为使其他样地能够进行正常试验,进行了灌水洗盐,土壤盐分含量控制在1.9%以下,并在6月5日进行翻耕补种,至6月9日0605、0606、0607和0608样地开始出苗。鉴于其他样地与0601和0602存在生长期的差异,因此在分析过程中主要选用0601和0602样地。调查显示,至6月 24日,0601、0602号地出苗率为:高冰草85%,碱茅 30%。6月 4日取水样分析得知,0603～0608块地水样的平均矿化度为 16.21 g/L,0601、0602号地为9.06 g/L。

2.2 生长期牧草生长状况对0601、0602号样地统计,5月7日出苗后,每周定期观测含水量、地下水位及生长高度。从图2中可看出,高冰草在出苗至6月10日期间,其生长势较弱,6月10日-6月24日是一个高峰期,在7月下旬以后又进入另一个高峰期,说明高冰草对温度敏感性较强,适应于高温干旱气候。从6月2日、6月20日放水后,高冰草的长势变化不大,因此,其对水的敏感性不强。为了验证后期灌水与施肥对牧草的影响,于8月26日放水,水量为630 m3/hm2,在高冰草和碱茅试验小区放水后撒施尿素,用量120 kg/hm2。从生长量来看,冰草生长速度突然加快,表现对尿素的敏感性较强。

碱茅在播种至出苗期生长势较弱,6月10日-6月17日长势较强,尤其在6月20日放水后,生长速度突然加快,说明其对水的敏感性较强,在开花期,即7月1日-7月15日达到高峰期,开花后生长较缓慢,至 8月19日,几乎停止生长。在8月26日放水、撒施尿素后,又开始生长,说明碱茅对尿素的敏感性也较强。而且相对来看碱茅生长较高冰草快,6月24日开始开花,7月1日开花达80%。

图2 试验期内高冰草和碱茅的生长情况

2.3地下水位变化6月2日以后试验地地下水位随着灌水有所上升,由于6月20日-8月26日期间未进行人工灌水处理,对地下水位影响不大（图3）。因此水位上升主要与水库洪水期的水位上升导致地下水抬升有关,同时会使地下水矿化度局部下降（图4为3口地下水观测井平均矿化度变化）。图3显示,牧草地在7月8日、7月22日、8月20日左右地下水位有一个明显的下降趋势,而对照裸地地下水位变化趋势尽管与牧草地相似,但是总体上变幅较小。主要是由于夏季干旱,试验地牧草的强烈蒸腾和生长需水引起的,而裸地形成地表的板结现象,降低了蒸发量。由此可知种植牧草可以抑制地下水位过快上升而导致的表土盐积累,有明显抑制反盐的作用。

图3 试验期内牧草地地下水位变化情况

图4 试验期内地下水矿化度变化

6月2日出苗后,0601和0602号地放头水,补充牧草生长需要,水量450 m3/hm2；6月20日,0601和0602号地放2水,水量900 m3/hm2,同时对照地采用相同灌水处理。6月24日施肥,样地内施氮、磷、钾复合肥料20 kg/hm2（撒施）,6月 2日放水前和8月26日放水前取高冰草（0601）和碱茅（0602）样地土样分析平均全盐量。

图5显示,种植牧草后样地土壤含盐量明显的比种植前有所下降,其中0～20 cm下降率最高,为39.79%；其次是20～40 cm,下降36.77%；40～60 cm,下降13.52%。相对而言,对照裸地经过苗期灌水排盐以后虽然有明显的下降,但至牧草收获前,土壤的含盐量上升较快,接近苗期灌水前的水平。可见,种植牧草对0～40 cm耕层土壤的控盐碱作用比较明显。

牧草产量测定在8月26日放水前进行,采用点片收割,即在长势、出苗有代表性的区域收割。统计碱茅鲜草质量1.1×104kg/hm2,高冰草鲜草质量1.5×104kg/hm2。

3 讨论与结论

图5 不同时期土壤全盐量变化

试验结果表明,试验区是农区典型的地下水位高、地下水矿化度大、土壤质地粘重、不透水层厚度大的土壤类型。在种植牧草前,为保证出苗率首先用排水洗盐的方法降低地表土壤含盐量是一种较为有效的方法。在土壤盐分＜1.9%的田块种植高冰草、碱茅,土壤不经洗盐即可直接播种种植,但为保证出苗率高和整齐,应该适当灌水降低表层土壤含盐量,并且注意避免土表积水,产生板结,造成出苗困难。碱茅因种粒特别小,前期出苗较弱,但后期生长较快,播种至开花期为60 d左右,高冰草苗期生长较快,但后期生长势较弱,所以出苗期和幼苗期加强管理可以提高成活率。

7月进入雨季后,田埂上的浮碱淋溶入试验小区后,田埂两边的高冰草和碱茅均有枯萎、发黄、生长缓慢的现象,说明0～10 cm表层含盐量对高冰草和碱茅生长均有抑制作用。因此,在播种时应缩减行距和播量,加大高冰草和碱茅草对地面的覆盖率,可以控制因土壤水分蒸发而造成的表层积盐。

从生长中后期来看,施入尿素后,高冰草和碱茅的生长势有加快的趋势,所以在这一阶段前期放水时施入少量尿素,以促进苗期的生长,可以增加高冰草和碱茅的产量。牧草生长后期土壤0～60 cm含盐量比播种前有明显的降低,说明其对土壤盐碱有较好的抑制作用。

通过试验发现,高冰草和碱茅在这种较高盐碱化的土壤条件下具有较强的耐盐性,生长期可以有效地抑制土壤反盐,这与赵清等[8]、徐安凯等[9]、赵芸晨和秦嘉海[10]对高冰草和碱茅的研究是一致的。本研究还证实,表层土壤全盐含量达到3.4%时严重地抑制两种牧草的出苗,而在1.9%左右出苗情况影响不大。牧草的产量方面,常根柱等[11]研究认为高冰草鲜草总产量达6.6×104kg/hm2,本研究产量仅为 1.1×104kg/hm2,表现出较低的产量。这主要与试验过程是采用灌区当地实际情况进行牧草种植有关,试验区是当地盐碱化较重的代表性区域,较重的土壤含盐量,虽然能够保证牧草种子出苗,但出苗情况受到影响,且幼苗期耐盐性较差,因此出现部分死亡现象。这与郝志刚等[12]探究的结论相近,即碱茅种子出苗期适宜的土壤盐渍度为1.712%左右,临界盐渍度为3.100%。苗期以后耐盐性逐渐提高,可在2.47%～2.79%的土壤盐渍度下正常生长发育。成株的耐盐度高达4.248%。田间播种碱茅草在0～10 cm土壤含盐量1.65%以下时,可以正常出苗,盐分达到1.85%时,需要加大实际播量,以便全苗。本试验中土壤含盐量达到了1.914%的较高水平,因此影响了出苗和幼苗存活。但是,如果在人工种植管理技术上加以改进可以实现牧草较高的产量。

总之,采用种植高冰草和碱茅在较重度盐碱化区域改良土壤是可行的,这种方法既可以增加土地的植被覆盖度,改良土壤,降低土壤盐渍化水平,同时又能收获牧草,如果结合牧草的利用转化技术和养殖技术,则可以提高撂荒土地的利用效率和当地群众的经济收入,具有较好的生态经济效益。

[1]王祺,姚泽.重盐碱土草坪地被植物引种栽培研究——以阿拉善右旗额肯呼都格镇为例[J].草业科学,2008,25（3）:102-107.

[2]李天杰,郑应顺,王云.土壤地理学[M].北京:人民教育出版社,1981.

[3]任继周,朱兴运,闫顺国,等.河西走廊盐渍地的生物改良与优化生产模式[M].北京:科学出版社,1998:20.

[4]孟林,尚春艳,毛培春,等.偃麦草属植物种质材料苗期耐盐性综合评价[J].草业学报,2009,18（4）:67-74.

[5]赵银,柴琦,陈盈盈,等.盐渍化土壤改良措施的作物生产效应[J].草业科学,2009,26（4）:55-58.

[6]刘世春,张力平.农一师沙井子灌区小城镇建设污水治理的探讨[A].中国水利学会第三届青年科技论坛论文集[C].郑州:黄河水利出版社,2007:404-406.

[7]胡顺军,郭谨,陈斌,等.新疆沙井子灌区农田排水再利用的可行性分析[J].干旱区研究,2004,21（3）:220-224.

[8]赵清,陆朝阳,温新民,等.利用咸水种植高冰草及改良土壤研究初报[J].干旱区研究,1997,14（2）:73-75.

[9]徐安凯,齐宝林,孙神龙,等.碱地种稻排出的咸水灌溉碱茅草地的探讨[J].牧草与饲料,2009,3（3）:7-10.

[10]赵芸晨,秦嘉海.几种牧草对河西走廊盐渍化土壤改土培肥的效应研究[J].草业学报,2005,14（6）:63-66.

[11]常根柱,杨志强,杨红善.美国蓝茎冰草、中间偃麦草、高冰草引种试验[J].草业科学,2009,26（3）:68-71.

[12]郝志刚,胡自治,朱兴运.碱茅耐盐性的研究[J].草业学报,1994,3（3）:27-36.