不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐运动的影响

　　土壤盐渍化具有很严重的环境风险和危害,是全球范围内普遍关注的生态环境问题[1].我国黄河三角洲地区盐渍土面积大,占其总面积的70%左右[2],盐渍土土壤质量较差,是该地区农业发展的主要限制因素.秸秆还田是盐渍土改良的重要农艺措施之一.前人研究表明,秸秆覆盖处理可以改善土壤水盐状况,提高土壤质量[3-9];秸秆深埋30cm或40cm可以改善土壤结构,提高土壤含水率,具有良好的控抑盐效果,显着提高作物产量[10-14].目前,关于秸秆覆盖和秸秆深埋的单一措施研究较多,但对两者结合措施对滨海盐渍土水盐动态变化研究极少,缺乏不同秸秆还田方式改良效果的系统对比分析报道.因此本研究通过田间试验,研究不同的秸秆还田方式下冬小麦生育期0-70cm土层土壤的水盐动态变化规律,以及对冬小麦产量的影响,以期为推动秸秆还田改良滨海盐渍土提供理论依据与生产实践指导.

 

　　1材料与方法

 

　　1.1研究区概况

 

　　试验于2015-2016年在山东省无棣县"渤海粮仓"试验示范基地(N37°56′42.93″,E117°57′43.02″)进行.试验区属季风气候区,多年平均气温12.1℃,无霜期206d,日照时数2 724.5h.多年平均年降水量为570.1mm,汛期降水量为436.8mm,约占年降水量的77.8%,平均年蒸发量1 285.5mm,年蒸发量是年降水量的2.3倍,境内淡水资源十分匮乏.试验期降雨量共计104mm(图1),为平水年.选择土壤质量均匀一致的地块试验作为试验区,土壤为重度滨海氯化物盐渍土,试验区0-70cm土层土壤基本性质:土壤含盐量为8.29g/kg,土壤pH值为8.59,土壤有机质含量为6.23g/kg,土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量分别为21.78mg/kg,3.63mg/kg和215.95mg/kg.

 

 

　　1.2试验设计

 

　　本研究设置4种处理:秸秆覆盖(P),秸秆深埋(S),秸秆覆盖 深埋(T),常规耕作处理(CK),以CK作为对照,每个处理3次重复,随机分布于试验区.试验小区面积为60m2(东西长10m,南北宽6m).秸秆深埋的深度为30cm,试验材料为自然风干的小麦秸秆,根据已有资料确定秸秆还田量为1.20kg/m2.试验区均使用挖掘机将30cm表层土壤取出,按试验设计人工均匀铺设秸秆,然后土壤回填并平整土地,最后按试验设计人工在表层均匀铺设秸秆,并盖少量土防止秸秆被风吹走,2015年9月15日实施完成.分别于播前(2015年9月23日)和拔节前(2016年4月2日)进行黄河水灌溉,灌水定额均约1 500m3/hm2.2015年10月8日种植作物,试种作物为冬小麦(山农20),种植标准为180kg/hm2,仅播种时施底肥,施肥量为磷酸二铵300kg/hm2,尿素225kg/hm2.2016年6月12日收获,生育期共248d.其他田间管理方式同当地一致,试验处理设计方案见表1.

 

 

　　1.3样品采集与分析

 

　　采样时 间 为 冬 小 麦 出 苗 期 (2015年10月22日),拔节期(2016年4月15日),灌浆期(2016年5月20日)和成熟期(2016年6月12日)共4个时期.

 

　　使用土钻于冬小麦行间采用五点法采样,采样深度为0-10cm,10-20cm,20-30cm,30-50cm,50-70cm共五层,采集结束后对采样点进行土壤回填.

 

　　W=H×D×B×10式中:W为土壤贮水量(mm);H为土层深度(cm);D为土壤平均体积质量(g/cm3);B为土壤含水率(%)[15].

 

　　烘干法测定土壤含水率;电导率法测定土壤含盐量;冬小麦成熟期测定其株高,各小区随机选取边长为1m的正方形样方5块,以选定区域产量计算整个小区的产量.使用Microsoft Excel 2003进行数据基本处理,使用SPSS 17.0进行数据统计分析.

 

　　2结果与分析

 

　　2.1对土壤水分的影响

 

　　2.1.1土壤储水量的变化

 

　　由表2可知,不同时期秸秆还田处理70cm土体土壤储水量均高于CK处理,表现出良好的保墒效果.冬小麦播种到成熟,土壤储水量呈递减变化趋势,原因与高温和作物生长大量耗水有关.冬小麦播种期土壤含水率相对较高,秸秆还田处理可以减弱土壤蒸发强度,显着提高土壤储水量,P,S和T处理显着高于CK处理8.54mm,6.48mm和14.73mm,为冬小麦出苗和苗期生长提供良好水分条件.冬小麦拔节期和灌浆期是作物需水高峰时期,秸秆还田处理保墒储水功能可以提高对水分的供应能力,T处理的保墒储水效果最佳,P处理次之,最次为S处理.拔节期P,S和T处理显着高于CK处理14.24mm,9.12mm和20.36mm,灌浆期P,S和T处理显着高于CK处理9.89 mm,8.92mm和15.91mm.冬小麦成熟期,各处理土壤含水率达到生育期最低水平,不同处理间差异最小,秸秆还田处理土壤含水率略高于CK处理,但不同处理间差异均不显着.秸秆还田处理可以有效提高不同时期土壤储水量,比较全生育期0-70cm土层储水量均值,P,S和T处理高于CK处理8.28mm,6.86mm和13.76mm,与CK处理均具有显着性差异,其中T处理对土壤储水量的提升效最大,保墒效果最好.

 

 

　　2.1.2土壤含水率

 

　　剖面变化不同处理在不同生育期0-70cm土层土壤含水率剖面分布不同,在同一生育期变化趋势基本一致(图2).秸秆还田对0-30cm土层土壤含水率影响较大,冬小麦前中期保墒效果明显.冬小麦播种期,各处理土壤含水率随土层深度增加逐渐升高,P,S和T处理0-30cm土层土壤含水率显着高于CK处理8.83%,7.61%和16.64%,在50-70cm土层含水率差异不大.冬小麦拔节期和灌浆期,30cm深处出现水分高峰值,T和S处理土壤含水率显着高于P和CK处理,原因是秸秆深埋处理破坏了上下层水分运移通道,显着增加了秸秆埋设上层的水分,而在50-70cm深处则出现相反的趋势,这与秸秆隔层对上层土壤的保墒储水能力减少了水分的下移量有关.冬小麦拔节期-灌浆期,尽管该时期降雨量较大,但受高温和作物耗水的影响,各层土壤含水率下降,其中30-50cm深处土层含水率降低幅度较大,原因可能与作物根系的提水效果和对水分的拦截作用有关.至冬小麦成熟期,各土层土壤含水率均达到生育期最低水平,各处理之间差异均不显着.

 

　　S处理对10-30cm土层保墒储水效果优于P处理,但对0-10cm表层土壤保墒效果较差,与其表层土壤蒸发强度较大有关.T处理可以有效提高作物根系主要生育层的土壤含水率,对0-30cm的持续保墒储水效果优于其他处理,可以为作物生长提供良好的土壤水分条件.

 

 

　　2.2土壤含盐量的变化

 

　　盐渍土具有"盐随水来,盐随水去"的特点,土壤盐分与水分有密切关系,不同处理对土壤水分影响不同,其控抑盐效果也存在明显差异.播前灌溉不仅保障土壤良好墒情,还具有淋溶洗盐的效果,试验初期秸秆还田处理主要起到提高土壤淋洗效率和降低土壤盐分的作用.冬小麦播种期,T处理各土层土壤含盐量低于其他处理,土壤脱盐效果最佳,0-10cm,10-20cm,20-30cm,30-50cm和50-70cm土层显着低于CK处理72.38%,70.78%,44.90%,34.77%和17.20%,土壤脱盐幅度随深度增加逐渐降低,含盐量逐渐升高;P和S处理0-30cm土层土壤含 盐 量 明 显 降 低,分 别 较CK处 理 显 着 降 低30.88%和49.44%;30-70cm土层土壤含盐量较高,P处理与CK处理差异较小,S处理土壤含盐量则高于P和CK处理4.31%和5.56%,原因是秸秆覆盖降低了水分的入渗效率[9],秸秆深埋形成的隔层则破坏上下层之间水分运移通道,均可增加水土相互作用时间,使更多可溶性盐分溶解并下渗到深层土壤.

 

　　S处理对0-30cm土层土壤脱盐效果优于P处理,而T处理则明显优于单一处理措施.土壤蒸发和作物生长耗水对水分的消耗,导致下层水分上移的同时也带来盐分的积累,不同处理土壤盐分的运移方式不同.CK处理蒸发强度大,土壤盐分出现明显的表聚现象.秸秆还田处理对土壤保墒储水作用,有效减少高矿化度的深层水和潜水上移量进而减少盐分的上移量.P和S处理,30-70cm土层土壤盐分随生育期的推移,呈逐渐降低后保持相对稳定的变化趋势,与CK处理差异不大,20-30cm土层土壤含盐量波动幅度较小,0-20cm土层呈逐渐积盐状态.T处理各土层土壤含盐量均呈逐渐升高趋势,原因是该处理淋洗效率较高,导致深层盐分含量高,高矿化度水分上移导致其整体呈积盐状态,但其土壤含盐量仍低于其他处理.由图3可知,不同秸秆还田方式对土壤盐分的影响程度不同.

 

　　T处理可显着降低0-50cm土层土壤含盐量,生育期含盐量均值低于P,S和CK处理41.24%,32.08%和52.77%;0-10cm和10-20cm土层降低幅度最大且相近,含盐量控制在2.00~3.05g/kg,淡化土壤耕层效果明显,有利于提高种子发芽率和耐盐性较差的作物苗期生长,土壤耕层含盐量均值低于P,S和CK处理50.91%,31.37%和67.95%.P和S处理可有效降低0-20cm土壤耕层土壤含盐量,含盐量均值分别显着低于CK处理34.73%和53.31%.试验结果表明,T处理在降低土壤含盐量的深度和幅度大于P和S处理,S处理则优于P处理.秸秆还田可抑制土壤耕层积盐.比较0-20cm土层土壤积盐量,T处理积盐量最低为1.05g/kg,其次为P处理1.23g/kg,S处理为1.58g/kg,CK处理积盐量最高为1.62g/kg,S和CK处理积盐量高的原因是上层土壤蒸发强度较大导致盐分在土壤耕层集聚.T处理对抑制土壤耕层积盐效果最佳,积盐量分别低于P,S和CK处理14.63%,33.54%和35.19%.

 

 

　　2.3对冬小麦产量的影响

 

　　由表3可知,秸秆还田处理冬小麦的穗粒数、千粒重和产量较CK处理显着增加,T处理还可显着提高株高.冬小麦株高、穗粒数、千粒重和产量均表现为T>P>S>CK的顺序,且T处理冬小麦各指标均显着高于其他处理.P处理穗粒数和产量均显着高于S处理,株高和千粒重之间差异不显着.作物产量是反映土壤质量的重要指标,试验结果表明,秸秆还田处理具有出极大地增产效果,P,S和T处理冬小麦产 量 显 着 高 于CK处 理198.85%,148.62%和264.16%,其中T处理增产效果最明显,较P和S处理分别增产25.20%和46.47%.

 

 

　　3结 论

 

　　(1)秸秆还田可以增加土壤储水量,为作物生长提供良好的水分条件,T处理保墒储水效果优于其他处理,全生育期土壤储水量均值高于P,S和CK处理5.47mm,6.90mm和13.76mm.0-30cm土层土壤含水率增加幅度较大,全生育期含水率均值表现出T>S>P>CK的顺序,但S处理表层土壤含水率较P处理略低;对50-70cm土层土壤影响程度较小.随生育期的推移,高温和冬小麦生长耗水对土壤水分的消耗,各处理土壤含水率逐渐减小,成熟期土壤含水率明显低于播种期.

　　(2)土壤盐分与水分密切相关,秸秆还田处理提高了淋洗效率;其对上层土壤良好的保墒储水能力,减小了矿化度较高的下层和潜水上移,显着减少"盐随水来"造成的盐分表聚现象,有效抑制盐分表聚和土壤积盐.不同处理抑盐效果存在差异,T处理表现优于单一处理措施,在抑制土壤耕层积盐和淡化土壤耕层方面效果显着,P和S处理上层土壤含盐量显着低于CK处理,且S处理对上层土壤脱盐效果优于P处理,而50-70cm土层土壤含盐量均值与CK处理差异不大.

　　(3)T处理保墒抑盐效果均优于单一处理措施,在0-30cm土层保持较高水分和低盐条件,为作物生长提供良好的土壤环境,有效减弱盐碱障碍对作物生长发育的阻碍.不同处理土壤水盐状况具有明显差异,对作物产量也不同,秸秆还田均可显着提高冬小麦产量,产量表现出T>P>S>CK的顺序,T处理在提高产量方面表现出最大的促进作用.秸秆还田具有改良滨海盐渍土的作用,实现农业资源的可持续利用,其中T处理在改善盐渍土的水盐状况和产量提升效果最明显,为本试验的最优处理.

 

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