中国棉花 | 环渤海棉田土壤盐碱障碍消减技术研究进展

环渤海盐碱地区土地资源丰富、交通便利，在环渤海盐碱地发展棉花生产是缓解粮棉争地矛盾，保障粮食安全的重要途径。土壤盐碱胁迫是制约环渤海盐碱地棉花生产的主要障碍因子。

研究表明，环渤海沧州地区盐碱棉田土壤水盐含量和盐碱度在4－10月的基本变化规律为：先大幅升高（4－6月），再明显下降（7－8月），然后缓慢上升（9－10月）。

在改良措施方面，环渤海盐碱地适宜采用增加地下水与地表的距离、设置土壤隔层或排水淋盐等措施阻逆盐分上行表聚，同时应注意保持合适的耕层容重，增强土壤持水、排水能力，促进降水、灌溉等措施对土壤盐分的淋洗作用，从而显著缓解棉田盐碱胁迫，改善土壤墒情，促进棉花生长发育并提高产量和纤维品质。

浅层地下水抽排。抽排浅层地下苦咸水可以降低地下水位，为淡水入渗腾出地下空间。环渤海地区浅层地下水抽排常用的技术措施有竖井抽提和暗管排出2种。

在环渤海重度盐碱农田，利用4 m深的竖井抽提浅层地下咸水降低地下水位，具有抑制盐分表聚和脱盐作用，地下水抽提井5～15 m距离内，1 m土层的脱盐率为6.1%～11.8%；补灌矿化度为1.2 g·L^-1的浅层地下水20 mm后，脱盐率为49.5%～65.0%，降水后脱盐率为19.3%～31.1%；雨养条件下，距离地下水抽提点越远，盐分水平运移距离越大，在一定时间内盐分的迁移量就越小。

暗管排水排盐技术也是干旱半干旱盐碱地区降低地下苦咸水水位的一项重要技术措施，其主要措施为：将暗管埋于地下一定深度，排出淋洗盐渍土后的含盐水。暗管排水排盐技术对环渤海农田土壤降盐作用十分明显，平均降幅为28.7%～47.8%（0.1～0.6 g·kg^-1），可使表层土壤盐分含量降至1.4～1.9 g·kg^-1，雨季表层土壤已接近脱盐化状态。在环渤海盐碱地采用埋深1.2 m、间距30 m的暗管铺设方案后，土壤耕层（0～20 cm）盐分含量平均降低0.11百分点，棉花播种时与出苗期土壤盐分含量平均降低0.18百分点。可见，暗管排水排盐技术能够有效控制地下水水位，抑制返盐，起到增强降水淋洗盐分的效果，该技术在环渤海盐碱地区具有广阔的应用前景。经测算，环渤海盐碱地适宜采用暗管排水排盐技术的土地面积为3.9×10⁵ hm²，应用该技术后，该区域荒地转化为耕地面积的潜在增量为1.8×10⁴ hm²，籽棉增产潜力为3.7×10⁸ kg。

冬季咸水结冰灌溉。研究表明，用矿化度为3 g·L^-1的水灌溉棉花，增产效果显著且不会引起次生盐渍化。

其具体实施方法为：在1月初日平均气温稳定低于－5 ℃时，以矿化度15 g·L^-1以下的苦咸水进行灌溉。当灌溉量为100～180 mm时可形成稳定的咸水冰层，其中上半部分冰层的矿化度在0.2 g·L^-1以下，高矿化度部分在冰层下部。3月初及时进行地膜覆盖，待咸水冰层完全融化后，在重力和淋洗作用下，高矿化度部分入渗土壤更深土层，而棉花播种时环渤海盐碱棉田耕层的盐分含量能下降到2.0 g·kg^-1以下，水分含量保持在24.2%～26.2%；播种后棉花出苗率可超过85%，苗期棉花根、茎和叶片的Na^＋含量降低57.6%～64.5%，K^＋和Ca^2＋含量显著提高。雨季时，降水再将苦咸水灌溉带进土壤的盐离子淋洗至浅层地下水。该技术基本实现了棉田耕层土壤周年脱盐，可极大地促进滨海盐碱地棉花正常生长发育。环渤海盐碱棉田冬季咸水结冰灌溉利用自然气候条件，通过苦咸水在冬季结冰、春季消融实现盐和水的分离，为盐分淋洗提供更为丰富的水源，可有效防止盐分表聚，在相关配套植棉技术下保证棉花的正常生长，实现环渤海盐碱地区海水、高矿化度浅层地下水等水资源的高效利用，利于实现环渤海地区棉花稳产丰产。

环渤海地区自然坑塘数量众多，而且储水容量巨大，是该区域改变盐碱旱涝状况丰富便利的自然资源。在原有坑塘的基础上，经改造优化建立环渤海盐碱地“池-田”蓄引水立体生态改良模式，该模式下的生态系统有以下5个组成单元。

（1）生态调控池。由水面较大（面积不低于1.0 hm²）的坑塘改造而成，深度约为3 m，修筑沟渠与周围农田排碱沟形成的水网联通进行雨季蓄水；并与河流相连，部分年份降水量超过生态调控池蓄水量极限时，可将过量的池水随河流排至渤海。

（2）养殖池。水面较小（面积不大于0.2 hm²）的坑塘，储存棉田抽提出的高矿化度浅层地下水；同时联通生态调控池，使水质符合水产养殖要求。

（3）台田。堆土高度约1.5 m，四周斜坡与地面约呈50°夹角。

（4）浅层地下水抽提棉田。棉田设置深度约为6 m的抽提井，抽提浅层地下水，保持地下水位不低于2.5 m。

（5）抑盐排涝棉田。棉田每隔40 m修建1条排碱沟（沟深约2.5 m，上沿宽约4.0 m，沟底宽约1.0 m），在垂直排碱沟方向修建沟渠与生态调控池相连，雨季将排碱沟汇集的雨水排入生态调控池。

以田间配套渠系、坑塘蓄引淡水、时空调配降水为核心的环渤海“池-田”蓄引水立体生态改良模式，打破了半干旱区降水季节性变化与地下水矿质化特性引起的农田盐碱旱涝胁迫“顽疾”，利于改善农业生产环境。该模式立足当地的气候和生态环境，开发利用降水和地下水资源，对改善土壤理化状况有利，可实现农田排涝、坑塘蓄水、土壤减盐、棉花增产的良性发展，为盐碱地生态持续改良提供了技术支撑。环渤海地区盐碱地“池-田”蓄引水立体综合生态改良模式下，棉花的光合生产和当地的光、热、水资源吻合度较高，棉株干物质积累量显著增加，为棉花产量提高奠定了良好的基础。

有机物料还田。有机物料增施（还田）的降盐途径主要有3种。一是物理途径。有机物料可改良土壤结构，使土壤结构疏松、土壤中盐分与水分的接触面积增大，从而使盐分得到充分淋洗而含量下降；同时，增强土壤缓冲能力，减少土壤水分蒸发，防止盐分在土壤表层聚集。二是化学途径。有机物料可降低土壤电导率，使土壤水溶性盐离子含量明显降低，阳离子交换量显著增加，盐碱地土壤的理化性状、胶体特性和生物学性状得到改善，土壤水盐运动规律发生改变，土壤盐渍化程度明显减轻。三是生物途径。有机物料通过影响土壤养分和水分含量调节土壤微生物的数量和种类，进而影响土壤的理化性状，起到间接增强降盐效果的作用。研究表明，施用有机肥后，棉花根际土壤盐分含量下降14.8%～34.0%。可见，有机物料的降盐效果十分明显。

“地膜＋秸秆覆盖还田”复合模式可显著降低土壤温度、隔断表层土壤与空气的接触，减少土壤水分蒸发，减缓盐分上行累积，是环渤海盐碱棉田改良的1种有效手段。

开春深耕（混施化学改良剂）。科学耕地整地是其他农艺栽培管理措施发挥作用的基础。其中深耕能够破除土壤犁底层，增加孔隙度，提高土壤通透性，改善土壤中的水、肥、气、热关系，增强土壤蓄水能力，提高作物根系活力和水分利用效率，并促进植株地上部生长，改善作物生理特性，延缓衰老。在开春（3月初）使用旋转式深翻犁进行深耕，可破坏土壤毛细管作用进而防止盐分表聚；用农田碎土镇压平整器将深翻形成的过大土块破碎并将土壤表层压实平整，可防止跑墒，实现阻盐保墒的效果。开春深耕处理下播种期0～40cm土层土壤盐分含量保持在1.0～1.3 g·kg^-1（对照为2.2～4.2 g·kg^-1），含水量保持在14.9%～16.6%（与对照无明显差异），土壤容重为1.2～1.4 g·cm^-3（对照为1.3～1.7 g·cm^-3），棉苗叶片叶绿素相对含量SPAD（soiland plant analyzer development）值、叶面积指数以及根冠比分别提高23.6%、56.0%和52.9%，气体交换参数增大14.2%～49.3%，棉苗干物质质量显著增加45.6%，皮棉增产28.1%。综上，开春深耕可明显改善滨海盐碱地土壤的理化性状，有利于根系生长发育，显著改善棉苗叶片的光合特性，显著提高棉花产量。

对于重度盐碱棉田，深翻时还应配施化学改良剂。化学改良剂使用简便，见效快，可促进土壤中盐基代换，促进盐分淋洗，改善土壤容重，调节pH，减轻Na^＋危害。使用复合型化学改良剂可能会达到更好的盐碱改良效果。

起垄覆膜。环渤海盐碱地区90%以上的棉田属于雨养田，春季不具备淡水压盐条件，并且少雨多风，是当地土壤盐分表聚的高峰期。

环渤海轻度盐碱棉田（盐分含量在0.2%左右）可采取开沟覆膜播种方式：开沟、播种、覆土后的深度保持在5～6 cm，形成膜下温室，种子萌发期及出苗后根系周围土壤盐分含量较低，地膜覆盖起到升温作用，土壤水分蒸发后晚上降温时冷凝降落沟底以提高土壤水分含量，这种低盐、升温、适墒的环境有利于种子萌发和出苗成苗，成苗率较传统平作方式提高25%，皮棉增产6.0%以上。按（90＋45）cm的宽窄行种植模式，开深约15 cm的微沟，然后覆盖地膜，在膜上打孔穴播，这种棉花微沟覆膜种植技术可将春季5 mm左右的微量降水汇流进播种穴，实现根际土壤含水量增加和盐分含量降低的效果，改善棉花种子萌发出苗期根际土壤环境，出苗率较对照提高12.0百分点，籽棉单产提高8.1%。

环渤海中度盐碱棉田，宜在预覆膜的基础上采取“一膜双沟”的棉花种植方法。研究表明，4月初将含有大量盐碱的地表土（深度约为0.05 m）刮起，聚拢成垄并且覆膜（一般4月下旬播种棉花），可以起到增温、保墒、集雨和抑盐的作用。中度盐碱棉田预覆膜处理下的成苗率比传统覆膜方式提高11.4%，皮棉单产增加7.1%。“一膜双沟”种植方法具体为：在播种沟两侧分别设置一高一低2个地垄，且每相邻的2个播种沟之间仅设置1个较低的地垄并覆膜，雨后水分的蒸发主要发生在较高的地垄，土壤中的盐分随蒸发聚集到较高地垄，播种沟之间较低的地垄可保证2个播种沟中均能汇入雨水，棉花根部土壤盐分含量保持在较低水平，可同时实现起垄聚雨和躲盐增墒的效果，为棉田高产稳产奠定基础。起垄＋覆膜处理后，4月28日播种时播种沟土壤盐分含量较4月1日覆膜处理时降低2.3%～30.7%，垄上含盐量增加16.7%～41.0%；膜下0～15 cm土层日平均地温比膜外提高2.8～3.7 ℃；播种沟含水量在19.9%～20.4%，较对照提高3.4～3.9百分点，中度盐碱棉田的成苗率较对照提高47.0%～70.7%。

为更有效地利用棉花播种期内有限的降水，进一步降低重度盐碱棉田土壤盐分含量，提高重度盐碱棉田棉花成苗率，环渤海重度盐碱地可采取沟播覆膜的种植方式：垄高20 cm，垄下沟畦宽60～75 cm，沟畦中间播种2行棉花（行距50～60 cm）并覆膜。该技术较平辅地膜处理的成苗率提高8.3%～56.6%，棉花增产12.0%～196.4%。起垄沟播预覆膜结合滴灌技术措施下，水分在土壤中的入渗深度更大，盐分随水淋洗的深度也随之增大，耕层膜下土壤的含水率较膜外土壤高，而电导率低，可为棉花生长发育提供更有利的水盐环境；棉花根系生长加快，根长密度较平辅地膜处理增加23.3%。可见，起垄沟播预覆膜植棉技术通过改变棉田微地形，优化了土壤剖面的水盐分布，具有增温保墒和集雨抑盐等作用。

雨养条件下环渤海地区不同程度盐碱棉田形成的原因不同，在充分认识各类盐碱棉田水盐运移规律的基础上，基于“苦咸水-土壤水-降水”等水资源综合调配利用技术，可对环渤海盐碱棉田盐分运移进行有效调控，使棉田盐碱障碍明显消减。但在相关技术的实施过程中，还应该注意以下问题：

（1）采用地下水抽排和苦咸水冬季结冰灌溉技术时，应注意配套农田排水设施。环渤海盐碱地区地下水水位较高，采用地下水抽排和苦咸水冬季结冰灌溉技术时，如果流域尺度上农田配套排水设施不完善，尽管能够短暂降低地下水位及土壤盐分含量，但难以从根本上改变农田浅层地下水位，应用苦咸水冬季结冰灌溉技术甚至可能会导致地下水位进一步提高，加剧农田土壤返盐，导致灌溉区农田次生盐渍化。因此，相关部门应结合中低产农田改造、高标准农田建设等相关工程，加强环渤海农田毛沟、支沟、干沟等水利工程改造升级，形成有效的田间排水网，并与河流联结畅通，才能更好地发挥地下水抽排和苦咸水冬季结冰灌溉技术的作用。

（2）环渤海棉田盐碱障碍消减的部分措施需要进一步改进。地膜覆盖及预覆膜起垄技术的抑盐增温保墒效果显著，可使棉花出苗成苗率显著提高；但是地膜大量使用会造成土壤中残膜长期存在，破坏耕地质量，影响棉花根系发育，导致早衰减产。研究表明，及早揭除地膜能够有效减少地膜在土壤中的残留；但是在实际生产应用中，环渤海盐碱棉田地膜覆盖还具有防控杂草的作用，揭除地膜会引起草害加重。解决这个问题可通过2个途径：一是开发引进低成本、可降解、易操作的物理覆盖（防草）地膜替代物；二是通过分子育种技术培育抗除草剂的棉花品种，通过推广种植抗除草剂棉花品种结合化学除草措施代替地膜防草。

（3）环渤海棉田在盐碱障碍消减过程中，要做到因地制宜，分类施策。对水盐运移规律不同的盐碱棉田采取不同的改良措施，对配套的栽培管理目标也应当做针对性调整。重度盐碱棉田的地下水位更高，土壤含盐量高，盐分表聚频发且程度严重，常规的田间微工程等农艺措施难以起效，土壤障碍消减应以工程技术为主，农艺措施为辅，尽量减轻盐碱胁迫对棉花正常生长发育的影响；生产管理措施应以抗逆稳产为目标。中度盐碱棉田在春季和初夏的盐分运移规律受降水和气温影响明显，改良措施的重点是在棉花播种期及苗期有效应对盐碱胁迫，加强棉花生育前期的水肥投入以促进营养生长，雨季棉花进入生殖生长阶段要严防营养生长过旺，田间管理目标应以丰产调控为主。轻度盐碱棉田的障碍程度较轻，在一般的增墒抑盐措施下棉花的生长发育基本没有受到明显影响，配套的栽培管理措施应注重协调源库关系，提高雨热资源与产量形成的契合度，生产管理以实现棉花的优质高产为调控目标。

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