李曉敏， 齊廣平， 康燕霞， 王金恒， 蔡玲惠， 趙 敏

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 水利水電工程學院， 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省景泰川電力提灌管理局灌溉試驗站， 甘肅 景泰 730400)

甘肅引黃灌區(qū)是甘肅省重要的綜合商品農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地[1]，主要通過電力提灌工程引用黃河水進行灌溉。然而，由于黃河水泥沙含量高且長期以來不合理的農(nóng)田灌溉使得灌區(qū)土壤次生鹽漬化和水資源浪費現(xiàn)象日趨嚴峻[2]，嚴重制約著該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。研究表明，在鹽漬化土壤中種植牧草，既能改善土壤質(zhì)量[3]，增加地表覆蓋，減少地面蒸騰，抑制土壤返鹽，也是一種農(nóng)業(yè)與生物措施相結(jié)合治理鹽漬化的有效途徑。

枸杞(Lyciumbarbarum)為茄科枸杞屬，是一種多年生落葉灌木，具有很強的耐鹽性、耐旱性和較高的藥用價值[4]。枸杞對土壤環(huán)境和氣候狀況的適應(yīng)性很強，可在旱地、沙地、鹽堿地等條件下生長，已成為干旱地區(qū)改良鹽堿地的造林先鋒樹種和甘肅省主要經(jīng)濟作物之一[5-6]。紅豆草(Onobrychisviciaefolia)是一種耐旱耐寒，能夠結(jié)瘤固氮的多年生豆科牧草，被譽為“牧草皇后”[7-8]，具有營養(yǎng)豐富、品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量高、家畜喜食[9]等特點，也是培肥地力、蓄水保土及改善生態(tài)環(huán)境的優(yōu)質(zhì)牧草[8]。長期以來，枸杞單作的種植模式[10]，由于地表裸露面積大，造成棵間無效蒸發(fā)量強烈，地表積鹽加重和土地利用率低等問題[11]。研究發(fā)現(xiàn)，2種或2種以上作物間作[12]，一定程度上能夠減小土壤蒸發(fā)[13]，提高作物對光、熱、水、肥、土地等資源的利用率[14]，達到增產(chǎn)增效的目的。王升等[15]研究表明，棉田間作鹽生植物可增加土壤自然含水量，降低土壤含鹽量，并改善土壤物理性質(zhì)，是一種有效的改良鹽堿地措施；張作為等[16]研究發(fā)現(xiàn)小麥/向日葵間作群體具有輕度的控鹽作用。

近年來，關(guān)于枸杞間作不同作物的研究逐漸開展。史曉巍等[11]研究發(fā)現(xiàn)，枸杞/苜蓿和枸杞/紅豆草是適宜引黃灌區(qū)水土資源高效利用的枸杞豆科牧草間作模式。蘇鵬海等[17]研究發(fā)現(xiàn)，枸杞和苜蓿間作具有明顯的間作優(yōu)勢。張玉龍等[18]研究表明，鹽堿地枸杞間作苜蓿、油菜、堿蓬均能有效增加土壤含水率，降低土壤鹽分，達到改良鹽堿地的效果。然而，以往研究主要集中于枸杞間作苜蓿，且針對同一鹽漬化土壤下作物的水、光、熱等方面進行研究。對不同鹽漬化土壤條件下枸杞間作紅豆草水鹽運移與枸杞產(chǎn)量方面的研究鮮有報道?；诖?，本研究以枸杞單作為對照，探究在不同鹽漬化土壤中枸杞間作紅豆草的水鹽運移規(guī)律及枸杞產(chǎn)量效應(yīng)，以期為甘肅引黃灌區(qū)枸杞種植模式與鹽堿地改良提供理論和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年6—9月在甘肅省景泰川電力提灌管理局灌溉試驗站(37°23′N，104°08′E，海拔2 028 m)進行。試驗區(qū)年均氣溫8.5℃，多年平均降水量185 mm，蒸發(fā)量3 028 mm，無霜期191 d，屬于溫帶干旱型大陸氣候。土壤類型為壤土，干容重1.61 g/cm3，田間最大持水量為24.1%。2018年試驗區(qū)降水分布和日平均氣溫見圖1。

1.2 試驗材料

供試枸杞為寧杞1號，豆科牧草為甘肅紅豆草。參考當?shù)厥┓式?jīng)驗，各小區(qū)于試驗開始前一次性穴施等量基肥：尿素80 kg/hm2，農(nóng)家有機肥4 500 kg/hm2，之后不再追肥。枸杞于2017年4月下旬移栽(2年生枸杞苗木)，南北行栽植，株距150 cm，行距300 cm；紅豆草于2018年6月22日在枸杞行間南北方向條播，距枸杞樹干30 cm，行距30 cm。

圖1 2018年試驗區(qū)降水量與平均氣溫

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)土壤鹽漬化程度和種植模式2個因素。土壤鹽漬化程度以各小區(qū)播種前0—60 cm土層初始含鹽量為依據(jù)，根據(jù)中國干旱及半干旱區(qū)土壤鹽漬化分級分類標準[19]，非鹽化、輕度鹽漬化和中度鹽漬化土壤的鹽分含量分別為<0.1%，0.1%～0.2%和0.2%～0.4%。經(jīng)土樣分析測定發(fā)現(xiàn)，試驗開始前0—60 cm土層鹽分含量為0.03%～0.4%，采用人工添加鹽量(取自附近荒地的地表積鹽)和灌溉的方式調(diào)整0—60 cm土層的土壤鹽分含量[20]，使得各處理含鹽量非鹽化S1為0.04%～0.90%，輕度鹽漬化S2為0.12%～0.18%，中度鹽漬化S3為0.25%～0.34%；種植方式設(shè)置2種：枸杞單作(D)和枸杞間作紅豆草(J)，合計6個處理。小區(qū)間隨機區(qū)組排列，每個處理3次重復(fù)，共18個小區(qū)，小區(qū)面積為6 m×4.5 m(27 m2)。每個小區(qū)種植枸杞2行，每行3棵，共計6棵。為防止小區(qū)之間水分互滲，在相鄰小區(qū)間布設(shè)防水塑料棚膜，埋深120 cm，其它管理措施與當?shù)罔坭椒N植保持一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤水分測定 于枸杞秋果采收期(紅豆草正值出苗期)開始，采用時域反射儀TDR(德國IMKO公司產(chǎn)PICO-BT)對各小區(qū)0—120 cm(每隔20 cm測定1次)土層土壤體積含水率進行監(jiān)測，監(jiān)測周期為5 d，并定時采用土鉆取土法對測定結(jié)果進行校正。

1.4.2 土壤鹽分測定 分別于紅豆草種植前(6月20日)和收獲后(9月10日)，各小區(qū)用“S”型取樣法選取5個點，取樣深度為0—60 cm(每隔10 cm為1個土樣)，去除植物殘體，風干后通過2 mm篩網(wǎng)測定土壤含鹽量。

稱取土樣20 g置于三角瓶中，加入100 ml蒸餾水，將三角瓶振蕩10 min，靜置15 min 后過濾，制成水土質(zhì)量比為5∶1的浸提液，采用DDS-308A型便攜式電導(dǎo)率儀測定浸提液電導(dǎo)率。

1.4.3 枸杞、紅豆草產(chǎn)量測定 枸杞果實于2018年6月25日開始采摘，每個小區(qū)選擇3株枸杞樹，每隔8 d采摘一次，統(tǒng)計各處理枸杞鮮果百粒重、干果百粒重和產(chǎn)量。紅豆草于2018年9月10日測定單位面積生物量，每個小區(qū)選取長勢均勻的1 m2樣方(1 m×1 m)，對樣方內(nèi)的草進行刈割，留茬高度為5 cm，稱鮮重，于105 ℃烘箱中殺青30 min后調(diào)至75 ℃烘干至恒重，計算干鮮比和地上生物量。

1.4.4 土壤脫鹽率、相對脫鹽率指標確定

生育期末脫鹽率計算方法為：

(1)

式中：D為脫鹽率(%)；T為土壤初始含鹽量(%)；E為生育期末土壤含鹽量(%)。

間作處理相對于無間作處理的相對脫鹽率為：

Rr=(Dck-Dtg)/Dck

(2)

式中：Rr為相對脫鹽率，Rr>0為相對脫鹽，Rr<0為相對積鹽，Rr越大，脫鹽效果越好。Dtg處理組為脫鹽率(%)；Dck為未間作組脫鹽率(%)[21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010 及 SPSS 19.0 進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下土壤水分動態(tài)變化

2.1.1 土壤含水率的空間變化 圖2表明枸杞單作條件下各處理0—60 cm土層含水率均隨深度增加而增加，且40 cm處土層含水率沒有顯著性差異；各處理60—120 cm土層含水率均隨深度增加而減小，大小依次為非鹽化枸杞單作(DS1)>中度鹽漬化枸杞單作(DS3)>輕度鹽漬化枸杞單作(DS2)。枸杞間作條件下各處理0—120 cm土層含水率均隨深度增加呈先減小后增加再減小的趨勢，且40,100,120 cm處土層含水率呈顯著性差異(p<0.05)，大小依次為：中度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS3)>輕度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS2)>非鹽化枸杞間作紅豆草(JS1)。在同一種植模式60 cm土層處，輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下土層含水率無顯著差異，但均與非鹽化(S1)條件下土層含水率差異顯著(p<0.05)。

在非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下，0—20 cm土層含水率枸杞間作紅豆草均大于枸杞單作，較單作分別提高了7.10%,2.47%,7.21%；20—40 cm土層含水率出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，由枸杞間作紅豆草大于枸杞單作逐漸變?yōu)殍坭介g作紅豆草小于枸杞單作；40—120 cm土層含水率枸杞間作紅豆草均小于枸杞單作。同一深度非鹽化枸杞間作紅豆草(JS1)和非鹽化枸杞單作(DS1)土層含水率差異顯著(p<0.05)。

注：JS1表示非鹽化枸杞間作紅豆草；JS2表示輕度鹽漬化枸杞間作紅豆草；JS3表示中度鹽漬化枸杞間作紅豆草；DS1表示非鹽化枸杞單作；DS2表示輕度鹽漬化枸杞單作；DS3表示中度鹽漬化枸杞單作。下同。

圖2 不同鹽漬化條件下紅豆草生育期內(nèi)土壤剖面平均含水率

2.1.2 土壤含水率的時間變化 由圖3可知，各處理的土壤含水率均隨生育期變化呈波浪形。隨著鹽漬化程度的加深，枸杞間作紅豆草土壤含水率逐漸增大，枸杞單作土壤含水率無顯著差異。在非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下，土壤含水率枸杞間作紅豆草均低于枸杞單作。各處理中非鹽化枸杞間作紅豆草(JS1)與非鹽化枸杞單作(DS1)土壤含水率差異顯著(p<0.05)。

圖3 不同鹽漬化條件下各處理0-120土層平均含水率

2.2 不同處理下土壤鹽分動態(tài)變化

由圖4可以看出，隨著鹽漬化程度的加深，土壤含鹽量逐漸增大。非鹽化(S1)條件下各處理土壤含鹽量隨深度增加無顯著變化，0—10 cm土層含鹽量非鹽化枸杞間作紅豆草(JS1)較非鹽化枸杞單作(DS1)降低了44.47%；輕度鹽漬化(S2)條件下各處理在40 cm和60 cm處存在鹽分聚集現(xiàn)象且土壤含鹽量呈顯著性差異(p<0.05)。0—60 cm土層含鹽量輕度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS2)均低于輕度鹽漬化枸杞單作(DS2)。中度鹽漬化(S3)條件下各處理含鹽量隨深度增加變化幅度較大，在10 cm和50 cm處土壤含鹽量有顯著差異(p<0.05)。

圖4 不同鹽漬化條件下紅豆草生育期末土壤含鹽量剖面分布

2.3 0-60 cm土層脫鹽效果

由表1可知，非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下枸杞單作脫鹽率依次為-6.29%,-4.25%,-9.76%，即枸杞單作條件下各處理土壤鹽分均呈累積狀態(tài)。非鹽化枸杞單作(DS1)和輕度鹽漬化枸杞單作(DS2)脫鹽率無顯著差異，但均與中度鹽漬化枸杞單作(DS3)脫鹽率差異顯著(p<0.05)。非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下枸杞間作紅豆草脫鹽率依次為34.85%,8.82%,14.20%，即枸杞間作條件下各處理土壤鹽分均呈脫鹽狀態(tài)，且各處理脫鹽率差異顯著(p<0.05)。非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下相對脫鹽率均大于0，即枸杞間作紅豆草相對于枸杞單作均呈脫鹽狀態(tài)。隨著鹽漬化程度的加深，相對脫鹽率逐漸減小。

表1 不同處理0-60土層脫鹽率

注： ①表中JS1表示非鹽化枸杞間作紅豆草，JS2表示輕度鹽漬化枸杞間作紅豆草，JS3表示中度鹽漬化枸杞間作紅豆草，DS1表示非鹽化枸杞單作，DS2表示輕度鹽漬化枸杞單作，DS3表示中度鹽漬化枸杞單作； ②不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(p<0.05)，下同。

圖5表明，土壤脫鹽率隨土層深度、種植方式和鹽漬化程度變化而不同。枸杞間作條件下0—40 cm各土層脫鹽率均大于0，且隨鹽漬化程度的加深逐漸降低；40—60 cm各土層脫鹽率表現(xiàn)為：中度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS3)>非鹽化枸杞間作紅豆草(JS1)>輕度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS2)。同一鹽漬化條件下0—10 cm和10—20 cm土層脫鹽率無顯著差異。枸杞單作條件下0—10，10—20，50—60 cm土層脫鹽率均小于0，30—40 cm土層脫鹽率大于0。S1條件下0—30 cm和50—60 cm各土層脫鹽率差異不顯著；S2條件下0—10，10—20，30—40，40—50 cm土層脫鹽率差異均顯著(p<0.05)；S3條件下0—10 cm土層與其余土層脫鹽率差異均顯著(p<0.05)。

圖5 不同土層深度各處理脫鹽率

同一土層深度，各處理間脫鹽率也存在差異。0—10 cm土層，輕度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS2)和中度鹽漬化枸杞間作紅豆草(JS3)脫鹽率差異不顯著，其余各處理間脫鹽率均顯著差異(p<0.05)；10—20 cm土層，非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下土壤脫鹽率均差異顯著(p<0.05)；20—30 cm土層，S3條件下土壤脫鹽率無顯著差異，其余各處理間差異均顯著(p<0.05)；30—40 cm土層，間作條件下各處理脫鹽率無顯著差異，S2條件下脫鹽率差異顯著(p<0.05)；40—50 cm和50—60 cm土層各處理間脫鹽率差異與10—20 cm土層類似。各處理中非鹽化枸杞間作紅豆草(JS1)處理0—10 cm土層脫鹽率最高，為54.07%；中度鹽漬化枸杞單作(DS3)處理0—10 cm土層脫鹽率最低，為-97.60%。

由圖6可知，0—10，10—20，20—30，40—50 cm土層的相對脫鹽率表現(xiàn)為：JS1>JS2>JS3，30—40，50—60 cm土層的相對脫鹽率表現(xiàn)為JS1>JS3>JS2。10—20 cm和20—30 cm土層各處理間相對脫鹽率差異均顯著(p<0.05)。S1和S2條件下相對脫鹽率在10—20 cm土層最高，S3條件下相對脫鹽率在50—60 cm土層最高。

圖6 不同土層深度枸杞間作紅豆草各處理相對脫鹽率

S1條件下0—60 cm各土層的相對脫鹽率依次為7.608，10.395，6.744，0.192，1.765，2.197，土壤均呈脫鹽狀態(tài)；S2條件下30—40 cm和50—60 cm 土層相對脫鹽率小于0，土壤均呈積鹽狀態(tài)，其余各土層土壤均呈脫鹽狀態(tài)；S3條件下0—10，10—20，50—60 cm土層土壤表現(xiàn)為脫鹽狀態(tài)，其余各土層土壤均呈積鹽狀態(tài)。枸杞間作紅豆草的相對脫鹽率在0—30 cm土層優(yōu)于30—60 cm土層。

2.4 不同處理下枸杞間作紅豆草對枸杞和紅豆草產(chǎn)量的影響

由表2可知，隨著鹽漬化程度的加深，枸杞鮮果百粒重、產(chǎn)量逐漸減小。從鮮果百粒重來看，非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)條件下枸杞間作紅豆草均高于枸杞單作，中度鹽漬化(S3)條件下枸杞間作紅豆草低于枸杞單作；從產(chǎn)量情況來看，枸杞間作紅豆草各處理間差異顯著(p<0.05)，枸杞單作在S1和S2處理間差異不顯著，但與S3處理差異均顯著(p<0.05)。S1和S2條件下枸杞間作紅豆草和枸杞單作差異均顯著(p<0.05)，S3條件下差異不顯著。

表2 不同處理下枸杞百粒重和產(chǎn)量

枸杞干果百粒重表現(xiàn)為S2最高，S3最小。S1和S2條件下干果百粒重枸杞間作紅豆草均低于枸杞單作，但均沒有顯著差異。隨著鹽漬化程度的加深，枸杞間作紅豆草和枸杞單作鮮干比值逐漸減小，同一鹽漬化條件下各處理差異均顯著(p<0.05)。

由表3可以看出，隨著鹽漬化程度的加深，紅豆草鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量均逐漸減小。S1條件下紅豆草鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量最高，且與S2,S3條件下紅豆草產(chǎn)量差異顯著(p<0.05)；S2和S3條件下紅豆草鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量差異不顯著。紅豆草鮮干比在S2條件下比值最大(4.90)。

表3 不同處理間紅豆草產(chǎn)量

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

水分是土壤、植物、大氣連續(xù)體的關(guān)鍵因子，其含量與分布直接影響植物的生長、養(yǎng)分傳輸?shù)冗^程[22]。間作系統(tǒng)中由于不同作物間生長發(fā)育、需水耗水特征不同，主要作物和間作作物會存在水分的競爭。本文通過對不同鹽漬化土壤枸杞間作紅豆草的研究表明，與枸杞單作相比，枸杞間作紅豆草能明顯提高0—20 cm土層的土壤含水率，顯著降低了20—120 cm土層的土壤含水率。這可能是由于枸杞間作紅豆草一方面減少了水分蒸發(fā)，但另一方面間作系統(tǒng)中紅豆草的存在也加劇了土壤水分的消耗，且在S1條件下土壤含水率差異最顯著(p<0.05)。從較長時間來看，枸杞根系下扎后，枸杞間作紅豆草的土壤含水率仍維持在田間持水量的60%以上，基本滿足作物的需水量要求。這與何子建等[21]、王克林等[23]、白崗栓等[24]的研究結(jié)果一致。另外，土壤含水率也隨著鹽漬化程度的不同而不同。非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下枸杞間作紅豆草土壤含水率逐漸增大，枸杞單作土壤含水率無顯著差異，這可能與枸杞耐鹽性強有關(guān)。李冬冬等[25]研究也發(fā)現(xiàn)，中度和輕度鹽漬化土壤在棉花整個生育期內(nèi)平均土壤含水率變化無顯著差異。

林草間作是一種集約高效、生物改鹽的種植方式[26-27]。在枸杞行距間種植紅豆草，相比于枸杞單作減小了陽光照射的面積，從而在一定程度上降低了地表水分的蒸發(fā)，所以對鹽分的累積有一定的抑制作用[28]。昝林森[29]研究表明紅豆草的覆蓋度已超過80%，枸杞間作紅豆草可增加地面的覆蓋度，對鹽堿地具有明顯的改良效果[30-31]。張玉龍等[18]研究表明鹽堿地枸杞不同間作模式對0—40 cm土層有明顯的脫鹽效果。本研究結(jié)果也表明，枸杞間作紅豆草能明顯降低0—60 cm土層的土壤含鹽量，且在S1條件下脫鹽效果最好；枸杞間作紅豆草相對于枸杞單作均呈脫鹽狀態(tài)。這與李丹等[27]、張艷超等[28]人的研究結(jié)果一致。

枸杞間作紅豆草在有效降低土壤含鹽量的同時，還可以提高枸杞鮮果百粒重和產(chǎn)量。與枸杞單作相比，S1和S2條件下枸杞間作紅豆草產(chǎn)量、百粒重均表現(xiàn)出增產(chǎn)優(yōu)勢。何子健等[21]研究表明不同地下水埋深條件下，間作鹽生植物的處理棉花產(chǎn)量均有不同程度提高；史曉巍等[11]通過枸杞間作豆科牧草發(fā)現(xiàn)枸杞間作紅豆草能夠提高共生期植被覆蓋度和水分利用效率，且增產(chǎn)效果較為明顯，這與本研究結(jié)果一致。

3.2 結(jié) 論

(1) 在非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下枸杞間作紅豆草能有效提高0—20 cm土層平均含水率；0—120 cm土層的平均含水率枸杞間作紅豆草均低于枸杞單作，且在S1條件下差異最顯著。

(2) 在非鹽化(S1)、輕度鹽漬化(S2)和中度鹽漬化(S3)條件下枸杞間作紅豆草均能有效降低0—60 cm土層土壤含鹽量，相對脫鹽率依次為6.539,3.078,2.455。隨著鹽漬化程度的加深，相對脫鹽率逐漸減小。

(3) 隨著鹽漬化程度的加深，枸杞鮮果百粒重和產(chǎn)量逐漸減小。在S1和S2條件下枸杞間作紅豆草的鮮果百粒重、產(chǎn)量均高于枸杞單作的，且差異顯著。