2020, Vol. 52
盐渍化，尤其是重度盐渍化土地物理性治理与开发利用，仍属世界面临的重大难题。据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计，全世界盐碱地面积为9.543 8亿hm2[1]。中国盐碱土面积为0.991亿hm2，仅次于澳大利亚，为世界第二大盐碱地分布国家，约占世界盐碱地资源的1/10[2]。中国盐碱地面积占耕地面积的6.62%，主要分布在西北、华北、东北及沿海地区[3]，如果利用好，它将是一个巨大的潜力资源。盐碱地的改良是一个全球性的课题，寻求有效的防治方法和改良措施对盐碱地的合理利用、缓解耕地资源紧缺具有十分重要的意义。目前，对于盐碱地的改良利用方法主要有化学措施、生物措施、水利措施及农业措施等。沈婧丽等[4]研究指出，脱硫石膏改良盐碱地在土壤全盐、碱化度、孔隙度、胶体离子代换量、微生物活性、土壤酶活性、植物成活率、根系活力、光合及水分利用效率、产量与品质等方面具有显著效果。王曼华等[5]在研究秸秆双层覆盖对盐碱地水盐运动影响中指出，秸秆处理均在不同程度上抑制了土壤返盐，其中土表与土表下35 ~ 40 cm处秸秆覆盖量2:1时返盐率最小，远低于对照。周圣凯[6]利用微咸水灌溉改良盐碱地，水稻种植田间试验表明施用磷石膏3.0 kg/m2、有机肥0.003 m3/m2，微咸水冲洗，改良效果良好。郭耀东等[7]在研究轮作绿肥对盐碱地的影响时，发现种植和翻压豆科绿肥可有效改良中度苏打盐碱地，显著提高土壤肥力，促进优质牧草的生产。张雪辰等[8]对化学改良剂聚丙烯酰胺(PAM)适宜用量研究发现，PAM在盐渍土改良中较适宜的施用量为0.09 g/kg。马玉露等[9]在研究氧化钙与有机无机混合肥配施对盐碱地改良效果中发现，150 kg/hm2 CaO + 2 996 kg/hm2有机无机混合肥条件下土壤pH和碱化度改良效果最优，并且土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量也有明显改善。王洁等[10]研究指出，风化煤添加到不同含盐量的滨海盐渍化土壤后，可降低土壤浸提液的钠吸附比及Cl–/SO42– 比，有助于减轻盐渍危害。这些措施对盐碱地的改良有一定的效果，但不是成本太高就是需要的时间太长，均不利于盐碱地的规模改造。粉垄耕作技术是笔者团队发明[11]的一项新型农耕技术，是“超深耕、不乱土层、保松土、一次性完成整地任务、可适于包括盐碱地退化草原及林果地等一切宜耕土地”的耕作整地方法与栽培技术。该技术有利于土壤均匀细碎、孔隙度增加、容重降低，有利于雨水的下渗从而聚集更多的天然降水，有利于作物根系深扎吸取更多的水分、养分，有利于提高肥料利用率等。研究表明，该方法可以有效促进作物产量的提高[12-16]，在盐碱地改良利用上也已经取得初步成效[17]，但其改良盐碱地的具体机理尚不清楚。为此，本研究针对重度盐碱化土壤，比较了粉垄耕作和拖拉机旋耕两种方式对土壤容重、全盐含量和玉米产量的影响，以明确粉垄耕作技术物理性改良盐碱地的机理及其增产效果，为盐碱地的改良利用提供理论依据与技术支撑。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验地位于山东省东营市黄河三角洲农业高新技术产业示范区广北农场二分场，为滨海重度盐碱地。试验地前期为荒地，土壤0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60 cm土层原始全盐含量分别为11.3、5.1、4.1 g/kg。
1.2 试验设计试验设置粉垄耕作(FL)深度40 cm和拖拉机旋耕(XG)深度20 cm两种处理，各3次重复，每个处理与另外一个相邻。小区长30 m，宽16 m，面积480 m2。第一次耕作时间2017年5月10日，耕作后不种植作物；第二次耕作时间2017年8月25日，耕作后播种胡萝卜、白菜，观察其可否发芽、出苗；第三次耕作时间2018年5月29日，耕作后种植玉米，按常规种植管理，但不进行灌溉，2018年9月17日收获。
1.3 取样时间及方法在第一次耕作前(2017年5月7)、第一次耕作后(2017年5月10日)、第二次耕作前(2017年8月23日)、第二次耕作后(2017年8月26日)、第三次耕作前(2018年5月28日)、第三次耕作后(2018年5月29日)、玉米收获后(2018年9月17日)，每个小区选取3个点，深挖至土表下60 cm，按照0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60 cm分层取环刀样测定土壤物理结构。另，每个小区按照棋盘法选取24个样点，用土钻在每个样点按0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60 cm分层取样，混合均匀，并在阴凉条件下自然晾干，测定土壤全盐含量。
1.4 测定指标及方法土壤物理指标测定：采用环刀法测定土壤容重，根据土壤容重计算土壤孔隙度。
土壤全盐含量测定：残渣法，参照张冬梅等[18]方法。
1.5 数据处理采用Excel 2013进行数据的初步处理，采用SPSS 17.0进行数据的统计分析。
2 结果与分析 2.1 不同耕作方式对盐碱地土壤容重的影响由表 1可见，两种耕作方式均可以降低耕作层的土壤容重，但影响的土层有所不同。拖拉机旋耕可以降低0 ~ 20 cm土层的容重，由耕作前的1.27 g/cm3降低到玉米收获后的1.12 g/cm3，但是对20 ~ 60 cm土层的容重几乎没有影响，容重维持在1.35 g/cm3左右；粉垄耕作可以降低0 ~ 20 cm土层的容重，可将容重由耕作前的1.27 g/cm3降低到玉米收获后的1.06 g/cm3，但对40 ~ 60 cm土层的容重没有影响，仍然维持在1.35 g/cm3左右。
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表 1 不同耕作方式土壤容重(g/cm3) Table 1 Soil bulk densities under different tillage methods |
与拖拉机旋耕相比，粉垄耕作可以更大幅度地降低土壤容重，而且也可以影响更深层次的土壤。0 ~ 20 cm土层，每次耕作后即时取样，粉垄耕作比拖拉机旋耕降低容重0.03 ~ 0.08 g/cm3，降低幅度2.36% ~ 6.35%；在第二次耕作前、第三次耕作前、玉米收获后取样显示，粉垄耕作比拖拉机旋耕仍然降低容重0.05 ~ 0.10 g/cm3，降低幅度3.70% ~ 7.25%。20 ~ 40 cm土层，每次耕作后即时取样，粉垄耕作比拖拉机旋耕降低0.19 ~ 0.34 g/cm3，降低幅度12.50% ~ 22.22%；在第二次耕作前、第三次耕作前、玉米收获后取样显示，粉垄耕作比拖拉机旋耕仍然降低容重0.21 ~ 0.27 g/cm3，降低幅度13.63% ~ 17.42%。40 ~ 60 cm土层，由于两种耕作方式均未能扰动到该土层，其容重保持在1.39 g/cm3左右(表 1)。
2.2 不同耕作方式对盐碱地土壤全盐含量的影响 2.2.1 0 ~ 20 cm土层作物的生长，根系主要分布在0 ~ 20 cm土层，盐碱地土壤的盐分大部分也是集中于这个土层，从而限制了作物的生长发育，这也是大部分盐碱地不能种植作物的原因所在。在本试验中，多年未耕作的重度盐碱地0 ~ 20 cm土层全盐含量达11.3 g/kg。
由表 2可见，重度盐碱地经拖拉机旋耕，第一次耕作后，全盐含量下降到9.2 g/kg，下降幅度18.58%，在第二次旋耕之前，其含量有所上升，为9.7 g/kg，但第二次旋耕后含盐量又下降到与第一次旋耕后几乎一样的水平(8.7 g/kg)，第三次旋耕前和第三次旋耕后、玉米收获后土壤的全盐含量有小幅度波动，但总体维持在同一水平。
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表 2 不同耕作方式土壤全盐含量(g/kg) Table 2 Soil total salt contents under different tillage methods |
重度盐碱地经粉垄耕作，第一次耕作后，土壤全盐含量下降到8.6 g/kg，下降幅度23.89%，在第二次粉垄前、第二次粉垄后、第三次粉垄前、玉米收获后含盐量呈持续下降的趋势，最终在玉米收获后，土壤全盐含量下降到4.3 g/kg，比耕作之前下降了7.0 g/kg，下降幅度为61.94%。
2.2.2 20 ~ 40 cm土层由于拖拉机旋耕机具的限制，无法耕作到20 ~ 40 cm土层，所以在整个试验期内，拖拉机耕作处理的该土层土壤全盐含量变化不大，维持在5.0 g/kg小幅度波动。
粉垄耕作粉碎疏松至土壤20 ~ 40 cm土层，所以在整个试验期内该处理该土层的全盐含量总体呈上升的趋势，经过3次粉垄耕作和种植一季玉米后，该层土壤中全盐含量由5.1 g/kg增加到7.2 g/kg，上升幅度为41.18%。
2.2.3 40 ~ 60 cm土层在40 ~ 60 cm土层，拖拉机旋耕和粉垄耕作两种方式均无法扰动到该土层。拖拉机旋耕土壤全盐含量在该土层表现与20 ~ 40 cm土层相似，保持在4.0 g/kg左右小幅度波动。
粉垄耕作的全盐含量在该土层中仍然呈上升趋势，但其上升的幅度较20 ~ 40 cm土层的小，经过3次粉垄耕作和种植一季玉米后，土壤全盐含量由4.1 g/kg增加到4.9 g/kg，上升幅度为19.51%。
3 讨论盐碱土是在一定的自然条件下形成的，其形成的实质主要是各种易溶性盐类在地面作水平方向与垂直方向的重新分配，从而使盐分在土壤表层逐渐积聚起来，它的形成主要是受气候、地形和水文地质等自然因素的综合影响[19]。根据不同的地理环境，中国的盐碱土可以分为东部滨海盐土与滩涂、黄淮海平原盐渍土、东北松嫩平原盐土和碱土、半漠境内陆盐土和青海、新疆极端干旱的漠境盐土[20]。盐碱地土壤中盐分的运动特征为“盐随水走、水走盐留”，“盐随水走”指的是土壤中的盐分随水分一起迁移，“水走盐留”则是指在土壤表层水分由于蒸发作用进入空气，而盐分就留在土壤表层，从而使得土壤表层的盐分含量增加，当增加到一定程度时形成盐土[21]。土壤中水分迁移有水平和垂直两个方向，水分垂直向下运动主要依靠淋溶下渗作用进行，盐碱地改良中灌溉“压盐”利用的就是这个原理[22]；水分的垂直向上和水平移动主要依靠土壤的毛细管作用进行，盐碱地改良中用砂砾或者秸秆等物质设置隔盐层就是为了切断土壤的毛细管作用，阻止下层的盐分向上迁移[23-24]。
蒋名亮等[25]对黄河三角洲县域研究发现，0 ~ 20 cm土层土壤盐分高于20 ~ 40 cm土层，0 ~ 20 cm土层土壤沿海岸线表现出强烈的盐化和钠质化现象，而20 ~ 40 cm土层整体上盐分和钠吸附比均小于表层土壤，盐化与钠质化比较弱；土壤pH则表现为20 ~ 40 cm土层高于0 ~ 20 cm土层，其碱化现象较为明显。
在本试验中，粉垄耕作可以有效改良盐碱地，正是遵循了盐碱地土壤中盐分的运移规律，采用有效的物理措施进行干预，从而达到了改良的目的。①粉垄耕作利用粉垄机械螺旋型钻头，垂直入土高速旋磨切割土壤，不仅加深了土壤耕作层(40 cm左右)，且土壤均匀细碎，将原来耕作层中土壤盐分分布到加深后的耕作层土壤中，在物理层面上稀释了盐分的含量，使0 ~ 20 cm耕层中的土壤盐分含量得以明显下降；②粉垄耕作后，盐碱地土壤耕作层疏松，雨水下渗速度加快30% ~ 50%，土壤中部分盐分可以随天然降水淋溶作用而下降至耕作层以下的底部土壤；③粉垄耕作机具螺旋型钻头横向切割土壤，使得耕作层内土壤细碎，其毛细管被切断，下渗到底部的盐分难以再随蒸腾返盐；④经粉垄耕作的盐碱地土壤，随着“淡盐”作用和通透性的增强，加之土壤其他养分和微生物得以激活利用，形成全新的土壤生态环境，有利于促进作物根系生长和深扎，形成良好的根系体系，促进地面植株茁壮生长和提高光合效率，进而促进作物大幅增产。
笔者在其他研究中也有类似的结果，比如在吉林洮南的重度盐碱地，经过粉垄耕作后0 ~ 20 cm土层的全盐含量下降了72%，随后任其在自然状态下生长杂草，杂草生物量比拖拉机旋耕增产1倍以上，在新疆尉犁的重度盐碱地粉垄耕作种植棉花、在陕西富平的轻度盐碱地粉垄耕作种植玉米/小麦也获得类似的结果[17]。在本试验区外，本课题高粱试验表明，粉垄耕作3次处理后，种植的高粱地上部生物产量为123 300 kg/hm2，比拖拉机旋耕3次的生物产量31 785 kg/ hm2，增产287.9%。
4 结论粉垄耕作，利用其超深耕不乱土层、土壤空隙度大、毛细管被切断的优势，可有效促进盐碱地上层(0 ~ 20 cm)土壤中的盐分向中、下层土壤迁移，中、下层土壤中接纳的上层下移盐分不易再上移“返盐”，从而达到改良盐碱地的目的。该方法改良盐碱地，操作简单、成本低廉、见效快，可在我国盐碱地特别是重度盐碱地改良上推广使用。
致谢: 本论文的完成得到山东黄河三角洲农业高新技术产业示范区管委会科技局刘志鑫、王路路、亓超、王菊英等同志在试验过程中给予的帮助，在此表示感谢。
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