环渤海是我国主要的滨海缺水盐碱区,受制于淡水资源日益短缺,土壤盐碱化频繁反复,作物产量低而不稳,而区域咸水资源是土壤盐碱化的主要诱因之一,咸水利用对缓解土壤盐碱化和提高作物产量具有重要意义。前期课题组在重盐碱区针对高矿化度咸水的利用开展了冬季咸水结冰灌溉技术研究,但长期咸水结冰灌溉的植棉模式必然会引起土壤水分消耗量和根区土壤性质的显著变化,这些变化与土壤水盐的耦合过程目前尚不明确。
中国科学院遗传发育所农业资源研究中心郭凯研究团队基于在河北沧州海兴试验基地连续11年的冬季咸水结冰灌溉植棉(FSICC)定位试验,以裸地为对照,系统研究了不同处理的蒸散发量、根系分布及根区土壤孔隙度、有机质、保水性和水稳性团聚体等土壤理化性质特征,探究了长期FSICC对滨海盐渍土根区土壤水盐动态的调控机制。研究结果表明:与对照处理(133.38 mm)相比,尽管FSICC处理显著增加了水分消耗量(465.92 mm),但是根区土壤的电导率(ECe)显著低于对照处理。在FSICC处理的前4年,土壤ECe逐年下降显著,棉花产量逐年增加。此后,土壤ECe和SARe分别稳定在6.1 dS/m和12.9 (mmol/L)0.5以下,籽棉产量稳定在3.92 t/ha。与对照处理相比,长期的FSICC提高了根区的饱和导水率、持水性能、土壤有机质和水稳性团聚体含量,进一步提高了有效含水量和总孔隙体积(>0.2 μm)。以上结果表明,长期的咸水结冰灌溉结合棉花种植模式虽然显著增加了作物耗水量,但也显著改善了盐碱地土壤理化性质,促进了夏季集中降雨的入渗淋盐,维持了较低的土壤盐分和钠吸附比水平,其中土壤有机质和中等粒径孔隙是主要的调控因子,本研究为盐碱区长期咸水灌溉的可持续性评价提供了理论依据。
研究结果以“Long- term freezing saline water irrigation and cotton cultivation improved soil properties and maintained low salinity in the root zone of coastal saline soil”为题,于2024年10月12日发表于Soil Use And Management期刊。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心郭凯研究员为第一作者。该研究得到国家重点研发计划项目(2022YFD1900103和2021YFD1900904))、河北省重点研发计划项目(20327002D)和国家自然科学基金项目(51809260)的资助。
论文链接:https://bsssjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/sum.13117
图1长期咸水结冰灌溉植棉下0-100cm土壤剖面水分(a)、ECe(b)、SARe(c)动态变化及变异性(d)
图2长期咸水结冰灌溉植棉下棉花生长季耗水量变化
图3根区土壤理化性状的主成分分析