何振嘉，王启龙，罗林涛*，杜宜春
(1. 陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安710075；
2. 中陕高标准农田建设集团有限公司，陕西 杨凌 712100)
随着经济发展水平不断提高，对土地资源的需求量也日渐加大，优质耕地数量减少、现有耕地质量降低等因素更加凸显了耕地资源的稀缺性.目前为止，陕西省尚有约1 400 km2盐碱地尚未得到有效开发利用，土壤盐碱化给当地农业生产和粮食安全带来了巨大威胁.目前，盐碱改良技术主要包括耕作改良技术、地表覆盖技术、化学改良技术、水利改良技术、工程改良技术以及植物改良技术，其中植物改良主要为植物根系生长，可改善土壤物理性状，根系分泌的有机酸可以中和土壤碱性，并可吸收、富集土壤盐分，减少土壤水分蒸发，从而防止土壤返盐[1].在地下水位较高的盐碱地种植耐盐碱水稻不仅可以提高土地利用率，还能起到保护环境的作用.“海水稻”作为抗逆性作物的一种，可以生长在滩涂和盐碱地，可以将盐碱水净化，同时保持土壤，增加土壤的有机质，具有极高的生态价值和社会价值[2-3].
大量研究表明[4-6]，通过对盐碱地进行作物种植可以显著改善盐碱地表层土壤的理化性质.定边县部分盐碱地地下水位常年普遍较高，旱地作物无法生长，但其水热资源丰富，满足水稻生长基本条件；
水稻既是禾本科植物的模式物种，也是一种对盐中度敏感的作物，可作为盐碱地开发利用的先锋植物.但陕北地区气候环境、土壤构成成分和盐碱度与其他区域并不完全相同[7]，因而，培育和筛选适宜在陕北地区盐碱地种植的水稻品种，对于陕北地区盐碱地利用和生态环境改善具有重要意义.文中通过在定边县堆子梁镇营盘梁村开展大田试验，研究不同品种水稻的生长状况，以筛选适宜的水稻品种，探明水稻种植对盐碱地的改良效果，从而为陕北盐碱地的改良利用提供理论与技术支撑.
1.1 试验区概况
试验于2018年4月—2019年11月在陕西省榆林市定边县堆子梁镇营盘梁村进行，地理坐标位于108°15′46″E，37°38′29″N.项目区地处陕北黄土高原和鄂尔多斯高原外延交界，为毛乌素沙漠边缘的风沙草滩区；
气候条件为典型的温带干旱大陆性季风气候，年平均降水量为316 mm，年平均蒸发量为2 850 mm，年平均气温为7.9 ℃，1和7月份平均气温分别为-8.8和22.3 ℃，日照2 728 h，无霜期为125 d，年平均冻土深度为98.9 cm，试验地土壤质地主要为砂壤土和壤砂土，为中度盐碱化地块.土壤pH平均值为9.3，有机质质量比平均值为3.48 g/kg，全氮平均值为0.27 g/kg，电导率平均值为32.13 mS/cm；
其土壤表层0～5 cm含盐质量比为16 g/kg，5～10 cm土壤含盐质量比为5.08 g/kg，10～50 cm含盐质量比为3.85 g/kg，50～100 cm土壤含盐质量比低于2 g/kg，全盐量在耕作层(0～50 cm)平均值为5.19 g/kg(中重度盐碱地).
1.2 试验方案及处理
在项目区内分别选择盐碱程度具有代表性的1个地块设置田间试验(试验布置如图1所示).试验地块面积占地约7 200 m2(60 m×120 m)，试验地四周起垄后，划分为4个大田块，采用随机区组排列，5月15日播种，5月27日移栽，4次重复完全随机设计，株行距为15 cm×30 cm，每穴插3～5 株苗.将小田块地表进行人工平整，在翻耕种植前及时采集土壤样品.由于陕北地区气候环境、土壤构成成分和盐碱度与南方及陕西关中地区并不相同，因而在耐盐水稻品种筛选时初步参考同一纬度、气候环境和种植条件等相似的榆林、宁夏地区目前已进行种植的水稻品种；
试验共设置4个处理，分别为T1(隆优619：LY)、T2(宁靖28：NJ)、T3(东稻4号：DR)以及T4(水稻FL478：FL)；
灌溉水源均为井水灌溉，灌水量为3 800 m3/hm2.试验施肥采用复合肥，选择尿素(N：46%)、过磷酸钙(P2O5：20%)、硫酸钾(K2O：50%)，施肥量为135 kg/hm2.试验田的播种育苗、插秧及灌溉等田间具体情况参考当地生产实际进行.基础样地土壤理化特性本底值见表1，表中物理量分别为电导率EC、质量比ω、质量分数δ.
图1 小区平面布置示意图
表1 样地土理化特性本底值
1.3 测定项目与方法
在作物关键生育期(苗期、分蘖期、拔节期等)选取长势比较有代表性的3～5株植株，定期利用卷尺测定株高，采集有代表性的3—5株植株样品，按营养器官分别进行烘干称重，通过室内测定植株样品中的全盐质量比.在作物收获后，每个小区选取有代表性的5蔸水稻，带回实验室进行考种，计算有效穗数、每穗粒数和百粒质量，剩余部分各小区实收核产.水稻收割后，机械粉碎稻田秸秆，深翻还田.
1.4 数据分析方法
采用Microsoft Excel 2007分析软件处理试验数据，同时采用SPSS 11.5软件进行统计学分析，并对相关指标进行显著性分析，显著性水平为P<0.05，极显著性水平为P<0.01.
2.1 种植水稻对盐碱土物理性质的影响
表2为盐碱土种植水稻对土壤理化性质的影响，表中物理量分别为土层厚度h、全盐质量比ωs.分析可知，项目区属风沙草滩区，土壤盐碱化程度较高，与种植水稻前相比，各处理土壤pH值均有不同程度降低，其中处理T1最低，T4最高；
除T3外，其他处理均表现出表层土壤pH值较低，深层土壤pH值较高的分布规律，种植水稻对土壤pH值的改善具有显著性(P<0.05).土壤盐碱程度过高，会严重阻碍作物对土壤养分的吸收效果，因此，对盐碱土壤改良的首要目的为降低土壤中含盐量.种植水稻能极显著降低土壤含盐量(P<0.01)，这主要是由于经过井水灌溉，对土壤中全盐含量进行了淋洗作用，水稻种植后，降低了地表蒸发.由于水稻在生长过程中能分泌一定量的有机酸，可在一定程度上疏松土壤，降低土壤碱性，同时水稻生长可以吸收、富集土壤中多余的盐分，进一步降低土壤含盐量.
表2 盐碱土种植水稻对土壤物理性质的影响
由于盐碱土结构性差，土壤剖面主要以活性毛管孔隙为主，缺少较为粗大的通气孔隙，故土壤水气不够协调.而水稻根系与盐碱土的相互作用对于促进土壤团聚体形成以及改善土壤结构具有显著影响，增加了土壤孔隙度，阻碍了毛细作用，抑制了土壤盐分上升的通道，在一定程度上减少了返盐，因此导致土壤全盐含量平均值显著降低.
处理T1，T2和T4的土壤含盐量在底层出现一定涨幅，这主要由于含盐量受地下水埋深、灌溉以及降雨影响较大.项目区地下水位以上土壤层为沙壤质到轻壤质土，剖面属于均质构型，土壤毛细连通性好，毛管水活动强烈，毛管水上升高度可以达到该区域，地下水位以上的土层处在毛管上升水的控制区域，虽然属于包气带的概念范畴，但土层内有水无气，土壤含水量过高，且随着地下水位变化以及田间灌溉行为的继续，使得土壤含盐量略有提高.
整体上，种植水稻后，各处理促进了黏粒含量的降低、粉粒含量的提高，而砂粒含量均有所降低.这主要是由于在地下水位的变化和农业耕作条件下，增加了土壤孔隙度，促进黏粒通过水分动向下层运动，在表层土层形成适宜作物生长的稳定耕作层，并在耕作层下仍保有稳定的犁底层结构进而保水保肥.
2.2 盐碱土种植水稻对土壤养分的影响
表3为盐碱土种植水稻对土壤化学性质的影响.由表可见在种植水稻后，各处理土壤有机质质量比和全氮质量比均有不同程度提高(P<0.01).种植水稻后，处理T1，T2，T3和T4的土壤耕作层有机质质量比平均值分别为9.98，15.00，13.49和13.44 g/kg，较种植水稻前本底值分别提高219.87%，398.34%，218.91%和277.53%.土壤全氮含量整体随土层深度增加而降低，各处理全氮质量比平均值分别较种植水稻前本底值提高150.00%，300.00%，160.71%和29.23%.土壤有机质质量比的高低对土壤肥力的提高和土壤保墒保肥效果的提升以及土壤通气性的增加具有重要影响，可以作为土壤肥力的综合反映.有效磷和速效钾质量比则显著降低(P<0.05).土壤有效磷含量整体表现为随土层深度增加呈先降低后小幅增加的趋势，但整体分布情况较为均衡，其质量比分别较种植水稻前降低52.17%，29.70%，34.92%和19.66%.除处理T4外，其他处理的土壤速效钾质量比均随土层深度增加而降低，土壤速效钾质量比分别较种植前降低45.07%，31.09%，42.69%和80.30%，这可能与水稻种植过程中施肥量太少以及部分养分淋失所导致.因此，在种植水稻时须采取一定措施改良土壤稳定性，确保肥效能最大化利用.综合观察，处理T2的土壤有机质质量比、全氮质量比以及速效钾质量比均显著高于其他处理，保肥效果最好.
表3 盐碱土种植水稻对土壤养分的影响
2.3 盐碱土种植水稻对土壤离子的影响
表4 盐碱土种植水稻对土壤离子的影响
通过对盐碱地进行作物种植，可以显著改善盐碱地表层的土壤理化性质、降低土壤离子质量比.
2.4 盐碱土种植对水稻生长和产量的影响
通过对盐碱地进行作物种植可以显著改善盐碱地表层土壤的理化性质，进而对作物产量产生积极影响.表5为盐碱土种植对水稻生长和产量的影响，表中物理量为株高hp、分蘖a、每m2穗数b、单穗穗粒数Ng、百粒质量m、产量Y.
表5 盐碱土种植对水稻生长和产量的影响
分析可知，各处理对水稻株高生长和每m2穗数影响具有统计学意义(P<0.05)，对水稻分蘖和单穗穗粒数影响不具有统计学意义(P>0.05)，对盐碱地种植水稻百粒质量和产量影响具有统计学意义(P<0.01).其中处理T1的株高、分蘖数、百粒质量和产量均最大，分别达到74.27 cm，17.84个，1.53 g和2 983.5 kg/hm2；
处理T3的株高最低，T4的分蘖数最少.而单穗穗粒数和每m2穗数均为处理T2的最大，分别为89粒和225 穗/m2；
单穗穗粒数、每m2穗数、百粒质量以及产量均为处理T4的最低.从产量角度看，处理T1分别较T2，T3和T4提高了4.96%，42.78%和161.64%，是本试验条件下产量最高的处理.
在盐碱地内种植耐盐植物进行土壤改良，主要利用植物生长促进土壤积累有机质，改善土壤结构，降低地下水位，减少土壤中水分的蒸发，从而加速盐分淋洗、延缓或防止积盐返盐.陈淑娟等[8]研究了宁夏地区盐分胁迫条件下种植水稻对土壤pH的影响，结果表明各种类型土壤pH值均在水稻收获后显著降低，与本研究结果一致.高彦花等[9]研究了耐盐植物对海滨地区盐碱地的改良效果，研究表明，与对照相比，耐盐植物种植后土壤盐分质量分数显著降低，文中研究发现种植耐盐水稻能极显著降低土壤含盐量(P<0.01).董起广等[10]在沿黄地区盐碱地水稻种植中研究结果表明，土壤的机械组成并没有因种植水稻发生明显改变，而文中研究各处理促进了黏粒含量的降低、粉粒含量的提高，而砂粒含量均有所降低.这可能是由于文中研究持续时间较长，且经过了水稻秸秆深翻还田等田间管理措施，导致黏粒含量有了一定程度的降低.何海锋等[11]在宁夏盐碱地种植柳枝稷，研究其对盐碱地土壤养分的影响，结果表明，盐碱地种植柳枝稷5 a后，耕作层土壤养分均有显著提高，文中研究表明，在种植水稻后，各处理土壤耕作层有机质质量比有不同程度的提高(P<0.01).李玉等[12]研究发现，有机肥施用对滨海盐碱地土壤全氮质量比影响不显著，文中研究表明，盐碱地种植水稻对全氮质量比提升效果显著(P<0.01).这可能是由于试验地区土壤条件和施用化肥种类不同所导致.而有效磷和速效钾质量比显著降低(P<0.05)，这可能是由于水稻种植过程中施肥量太少，且部分养分淋失，以及种植年限较短等原因所导致.
各处理对水稻株高生长和每m2穗数影响具有统计学意义(P<0.05)，对水稻分蘖和单穗穗粒数影响不具有统计学意义(P>0.05)，对盐碱地种植水稻百粒质量和产量影响具有统计学意义(P<0.01)，处理T1分别较T2，T3和T4提高了4.96%，42.78%和161.64%.种植年限对水稻产量及其构成因素均有显著影响，这与罗成科等[15]在宁夏盐碱地种植水稻得到的研究结果一致.
在文中试验条件下，处理T2(宁靖28)的保肥和脱盐效果最好，T1(隆优619)的产量最高，是较为适宜在陕北盐碱地种植的水稻品种.根据研究情况，需要适当增施肥料以促进土壤有效磷和速效钾提高.该研究结果对于陕北地区盐碱地利用和生态环境改善有着重要意义.
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