摘要：環(huán)渤海鹽堿地區(qū)土地資源豐富、交通便利，在環(huán)渤海鹽堿地發(fā)展棉花生產(chǎn)是緩解糧棉爭(zhēng)地矛盾，保障糧食安全的重要途徑。土壤鹽堿脅迫是制約環(huán)渤海鹽堿地棉花生產(chǎn)的主要障礙因子?？偨Y(jié)了環(huán)渤海鹽堿棉田土壤水鹽動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)環(huán)渤海地區(qū)采用的苦咸水時(shí)空調(diào)配利用技術(shù)、“池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式和耕層調(diào)墑控鹽技術(shù)等鹽堿棉田改良技術(shù)模式進(jìn)行了分類評(píng)述，歸納總結(jié)了基于“苦咸水-土壤水-降水”水資源立體生態(tài)調(diào)配利用的環(huán)渤海棉田土壤鹽堿障礙綜合消減技術(shù)研究進(jìn)展，并指出環(huán)渤海地區(qū)棉田鹽堿障礙消減過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題，對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。對(duì)環(huán)渤海地區(qū)調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)糧棉種植面積相對(duì)穩(wěn)定具有重要技術(shù)參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：棉花；濱海鹽堿地；障礙消減；水鹽運(yùn)移；環(huán)渤海地區(qū)；土壤改良

我國(guó)環(huán)渤海鹽堿地面積為6.8×105 hm2，約占全國(guó)各類鹽堿化和次生鹽堿化土地總面積的2%[1-3]。環(huán)渤海鹽堿地光照充足，年降水總量能夠滿足作物生長(zhǎng)需求，且雨熱同期，發(fā)展作物生產(chǎn)的自然潛力巨大。環(huán)渤海鹽堿地區(qū)主要位于平原區(qū)，具有豐富的后備耕地資源，土地較為平整，交通十分便利，有利于機(jī)械化規(guī)模經(jīng)營(yíng)作業(yè)，但土壤鹽堿障礙明顯，限制了農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模較小且方式單一[4-5]。習(xí)近平總書(shū)記分別于2021年10月、2023年5月在山東省東營(yíng)市、河北省滄州市環(huán)渤海鹽堿地考察調(diào)研，強(qiáng)調(diào)鹽堿地綜合開(kāi)發(fā)利用，加大鹽堿地改造提升力度[6-7]。環(huán)渤海鹽堿地區(qū)秋季多風(fēng)，常年棉花爛鈴率較低，枯萎病和黃萎病發(fā)病率也較低，且土壤富含鉀元素，發(fā)展棉花生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)明顯[8-9]。與糧食作物相比，棉花的耐鹽堿特性突出，常被用作鹽堿地開(kāi)發(fā)利用的先鋒作物[10-13]。因此，開(kāi)展環(huán)渤海地區(qū)棉花栽培及鹽堿地配套改良技術(shù)研究，促進(jìn)棉花種植向環(huán)渤海鹽堿地轉(zhuǎn)移，對(duì)于充分開(kāi)發(fā)利用鹽堿地資源，響應(yīng)國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行區(qū)域布局調(diào)整，實(shí)現(xiàn)糧棉產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

環(huán)渤海地區(qū)海拔低，受海潮侵襲，海水型地下水導(dǎo)致淡水資源缺乏；同時(shí)該區(qū)域?qū)儆诎敫珊祬^(qū)，水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，導(dǎo)致土壤鹽分極易在表層聚集（表聚），耕層土壤鹽堿化嚴(yán)重[14]。超量鹽分會(huì)引起土壤理化性狀改變，導(dǎo)致作物生長(zhǎng)環(huán)境惡化[15-16]，嚴(yán)重阻礙作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成。可見(jiàn)，鹽堿障礙是環(huán)渤海地區(qū)土壤質(zhì)量低下和耕地生產(chǎn)力水平不高的重要原因[2]。環(huán)渤海鹽堿地棉花產(chǎn)量低且不穩(wěn)定，嚴(yán)重制約了棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。其中棉田土壤鹽堿障礙影響棉花生產(chǎn)主要體現(xiàn)在3個(gè)方面：一是區(qū)域內(nèi)和年際間農(nóng)田土壤鹽堿程度高度差異化分布的原因不明。環(huán)渤海鹽堿地存在位置相近的農(nóng)田鹽堿程度差異明顯的普遍現(xiàn)象，年際間鹽堿程度變化劇烈，鹽分運(yùn)動(dòng)與降水分布之間的關(guān)系不明確，致使農(nóng)藝措施的改良增產(chǎn)效果不穩(wěn)定。二是年際和季節(jié)間降水量極端差異化，容易發(fā)生春旱夏澇，加重鹽堿脅迫，進(jìn)而影響棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。環(huán)渤海地區(qū)年均降水量為600～700 mm，降水相對(duì)豐富，但7月份和8月份的降水量占全年降水總量的60%～70%[17-20]，季節(jié)分布不均；春季至夏初的有限降水量無(wú)法有效緩解干旱，而干旱會(huì)加劇鹽分在土壤表層的聚集，并且年際春季降水量差異懸殊，導(dǎo)致春季降水少的年份鹽堿化嚴(yán)重；雨季和豐水年份，農(nóng)田內(nèi)澇頻發(fā)。這些因素與鹽堿脅迫的復(fù)合效應(yīng)，使棉花生產(chǎn)面臨嚴(yán)峻的逆境脅迫，減產(chǎn)或絕產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)極高，成為制約當(dāng)?shù)孛藁ㄉa(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的重大瓶頸問(wèn)題。三是播種期和苗期耕層水鹽共生矛盾突出。耕層水分含量與鹽分含量呈正相關(guān)關(guān)系，缺乏能夠?qū)崿F(xiàn)棉花播種時(shí)種子周圍以及苗期根系周圍土壤水分含量較高且能避免高鹽分危害，保證種子順利萌發(fā)、出苗及成苗的技術(shù)——“增墑躲鹽保苗”技術(shù)，棉花出苗、成苗難度大。因此，消減土壤鹽堿障礙、提高水資源利用效率是提升環(huán)渤海鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平、保持棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

基于以上問(wèn)題，應(yīng)從研究水鹽運(yùn)移規(guī)律入手，揭示區(qū)域內(nèi)和年際鹽堿差異分布的成因，以減輕土壤鹽堿脅迫為主攻方向，對(duì)苦咸水進(jìn)行空間調(diào)配，降低淺層地下水位，并進(jìn)行冬季結(jié)冰灌溉；結(jié)合原有的坑塘改造優(yōu)化，建立以田間配套渠系、坑塘蓄引淡水、降水時(shí)空調(diào)配為核心的“池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式；以農(nóng)藝措施為主要手段，對(duì)農(nóng)田高鹽分分布區(qū)和棉花根系生長(zhǎng)區(qū)進(jìn)行錯(cuò)位調(diào)控，通過(guò)分離水鹽、錯(cuò)位種植實(shí)現(xiàn)耕層調(diào)墑控鹽?；凇翱嘞趟?土壤水-降水”立體調(diào)配的鹽堿障礙綜合消減技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)土壤水鹽運(yùn)移特性與棉花生長(zhǎng)發(fā)育需求的高度協(xié)調(diào)，是適應(yīng)環(huán)渤海鹽堿地區(qū)獨(dú)特生態(tài)特征的改良技術(shù)模式，在濱海鹽堿地改良和棉花生產(chǎn)技術(shù)革新方面取得了顯著進(jìn)步，為環(huán)渤海鹽堿地棉花抗逆穩(wěn)產(chǎn)提供了重要技術(shù)支撐。因此，綜述了環(huán)渤海鹽堿棉田水鹽運(yùn)移規(guī)律的研究進(jìn)展，并對(duì)苦咸水時(shí)空調(diào)配利用技術(shù)、“池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式和耕層調(diào)墑控鹽技術(shù)進(jìn)行歸納評(píng)述，總結(jié)環(huán)渤海地區(qū)如何立足“苦咸水-土壤水-降水”等水資源的綜合調(diào)配利用，實(shí)現(xiàn)鹽堿農(nóng)田蓄淡脫鹽、耕層增墑抑鹽和棉花增產(chǎn)增收。

1環(huán)渤海鹽堿棉田土壤水鹽動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

濱海地區(qū)地下水水位和地下水礦化度不同是造成棉田土壤水分和鹽分含量差異的主要因素[14，21]。土壤水分和鹽分運(yùn)移是同時(shí)發(fā)生的，土壤中水鹽的運(yùn)動(dòng)狀況隨時(shí)間和空間的變化而變化[22]。環(huán)渤海地區(qū)農(nóng)田鹽堿障礙消減應(yīng)針對(duì)不同類型水鹽運(yùn)移規(guī)律分類進(jìn)行。

土壤水鹽的空間分布是地形、土壤質(zhì)地和氣候等因素綜合影響的結(jié)果[23-26]。研究表明，環(huán)渤海滄州地區(qū)鹽堿棉田土壤水鹽含量和鹽堿度在4-10月的基本變化規(guī)律為：先大幅升高（4-6月），再明顯下降（7-8月），然后緩慢上升（9-10月）；重度鹽堿棉田土壤鹽分含量高于5.0 g·kg-1，pH大于8.0，輕、中度鹽堿棉田由于具有較高的地勢(shì)（較重度鹽堿棉田高約1.5 m），土壤水鹽含量和鹽堿度明顯較低，輕度鹽堿棉田的0～140 cm土層和7-8月中度鹽堿棉田的0～100 cm土層土壤鹽分含量均低于3.0 g·kg-1，pH均低于8.0 [27]。可見(jiàn)，較高的地勢(shì)可增加地下水與地表的距離，顯著降低土壤鹽分含量；集中降水對(duì)土壤鹽分的淋洗作用是中度鹽堿棉田7-8月鹽分含量降低的主要原因之一；而重度鹽堿棉田地下水位淺，雨季降水引起地下水位上升，接近地表的土壤孔隙中涌入大量高礦化度地下水，鹽分大量遷移滯留在更接近表層的土壤，土壤鹽分在蒸發(fā)作用下更容易表聚，導(dǎo)致重度鹽堿棉田土壤水分和鹽分含量常年保持在高位。環(huán)渤海地區(qū)的春季至夏初（4-6月）是鹽堿脅迫高峰期，也是不同鹽堿程度的棉田增加土壤水分含量、調(diào)控土壤鹽分含量的關(guān)鍵期[27]。在改良措施方面，環(huán)渤海鹽堿地適宜采用增加地下水與地表的距離、設(shè)置土壤隔層或排水淋鹽等措施阻逆鹽分上行表聚，同時(shí)應(yīng)注意保持合適的耕層容重，增強(qiáng)土壤持水、排水能力，促進(jìn)降水、灌溉等措施對(duì)土壤鹽分的淋洗作用，從而顯著緩解棉田鹽堿脅迫，改善土壤墑情，促進(jìn)棉花生長(zhǎng)發(fā)育并提高產(chǎn)量和纖維品質(zhì)。

2 基于“苦咸水-土壤水-降水”立體綜合調(diào)配利用的環(huán)渤海棉田鹽堿障礙消減技術(shù)

棉花雖然是較耐鹽堿的作物，但在不同生育時(shí)期其耐受鹽堿脅迫的程度有所不同。當(dāng)土壤鹽分含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）gt;0.65%時(shí)，棉花種子難以萌發(fā)[28]；棉花苗期、花期、鈴期對(duì)鹽分脅迫反應(yīng)敏感[12]，當(dāng)土壤鹽分含量gt;0.30%時(shí)，易出現(xiàn)棉苗枯死或生長(zhǎng)停滯，現(xiàn)蕾及結(jié)鈴、吐絮推遲，以及產(chǎn)量和纖維品質(zhì)下降等現(xiàn)象。環(huán)渤海地區(qū)以土壤鹽分含量為0.40%～0.60%的重度鹽堿地為主[29]。棉花苗期和花期處于土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈的春季及初夏季節(jié)，此時(shí)環(huán)渤海地區(qū)干旱少雨，土壤鹽分大量向地表聚集，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)孛藁ㄉa(chǎn)。因此，在環(huán)渤海地區(qū)棉花生產(chǎn)中，有必要對(duì)苦咸水、土壤水、降水等水資源在時(shí)間和空間上進(jìn)行調(diào)配，一方面可改善土壤墑情，另一方面利于降低棉花根區(qū)土壤鹽離子濃度，緩解鹽分對(duì)棉花形成的生理脅迫和養(yǎng)分吸收障礙[30]。

2.1 苦咸水時(shí)空調(diào)配利用技術(shù)

2.1.1 淺層地下水抽排。降水對(duì)土壤鹽分的淋洗作用效果顯著受地下水位的影響；當(dāng)降水量在10～50 mm時(shí)，隨降水量增大，環(huán)渤海鹽堿地0～60 cm土層脫鹽效率提高[31]。由于環(huán)渤海地區(qū)淺層地下水的年均水位為0.5～0.7 m[32]，當(dāng)降水量gt;50 mm時(shí)會(huì)引起地下水位上升，土壤鹽分含量在短時(shí)間內(nèi)下降后，鹽分表聚情況會(huì)反彈，特別是重度鹽堿地后期的返鹽程度可能會(huì)加劇，導(dǎo)致土壤鹽分的淋洗作用受到抑制甚至土壤鹽堿程度惡化[31]。因此，有必要通過(guò)降低高礦化度地下水位減少土壤孔隙水分，以增強(qiáng)和穩(wěn)定降水對(duì)土壤鹽分的淋洗效果。例如抽排淺層地下苦咸水可以降低地下水位，為淡水入滲騰出地下空間[32]。環(huán)渤海地區(qū)淺層地下水抽排常用的技術(shù)措施有豎井抽提和暗管排出2種。

在環(huán)渤海重度鹽堿農(nóng)田，利用4 m深的豎井抽提淺層地下咸水降低地下水位，具有抑制鹽分表聚和脫鹽作用，地下水抽提井5～15 m距離內(nèi)，1 m土層的脫鹽率為6.1%～11.8%；補(bǔ)灌礦化度為1.2 g·L-1的淺層地下水20 mm后，脫鹽率為49.5%～65.0%，降水后脫鹽率為19.3%～31.1%；雨養(yǎng)條件下，距離地下水抽提點(diǎn)越遠(yuǎn)，鹽分水平運(yùn)移距離越大，在一定時(shí)間內(nèi)鹽分的遷移量就越小[34]。

暗管排水排鹽技術(shù)也是干旱半干旱鹽堿地區(qū)降低地下苦咸水水位的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，其主要措施為：將暗管埋于地下一定深度，排出淋洗鹽漬土后的含鹽水。暗管排水排鹽技術(shù)對(duì)環(huán)渤海農(nóng)田土壤降鹽作用十分明顯，平均降幅為28.7%～47.8%（0.1～0.6 g·kg-1），可使表層土壤鹽分含量降至1.4～1.9 g·kg-1，雨季表層土壤已接近脫鹽化狀態(tài)[35]。在環(huán)渤海鹽堿地采用埋深1.2 m、間距30 m的暗管鋪設(shè)方案后，土壤耕層（0～20 cm）鹽分含量平均降低0.11百分點(diǎn)，棉花播種時(shí)與出苗期土壤鹽分含量平均降低0.18百分點(diǎn)[36]?？梢?jiàn)，暗管排水排鹽技術(shù)能夠有效控制地下水水位，抑制返鹽，起到增強(qiáng)降水淋洗鹽分的效果，該技術(shù)在環(huán)渤海鹽堿地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)測(cè)算，環(huán)渤海鹽堿地適宜采用暗管排水排鹽技術(shù)的土地面積為3.9×105 hm2，應(yīng)用該技術(shù)后，該區(qū)域荒地轉(zhuǎn)化為耕地面積的潛在增量為1.8×104 hm2，籽棉增產(chǎn)潛力為3.7×108 kg[32]。

2.1.2 冬季咸水結(jié)冰灌溉。研究表明，用礦化度為3 g·L-1的水灌溉棉花，增產(chǎn)效果顯著且不會(huì)引起次生鹽漬化[37]。冬季渤海存在大量近海海冰資源，海冰融水后鹽分的質(zhì)量濃度可被控制在0.2 g·L-1以下，達(dá)到灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)[38-39]。同時(shí)豎井抽提和暗管排水排鹽的苦咸水也可以為冬季結(jié)冰灌溉提供充足的水源。

其具體實(shí)施方法為：在1月初日平均氣溫穩(wěn)定低于-5 ℃時(shí)，以礦化度15 g·L-1以下的苦咸水進(jìn)行灌溉。當(dāng)灌溉量為100～180 mm時(shí)可形成穩(wěn)定的咸水冰層，其中上半部分冰層的礦化度在0.2 g·L-1以下，高礦化度部分在冰層下部。3月初及時(shí)進(jìn)行地膜覆蓋，待咸水冰層完全融化后，在重力和淋洗作用下，高礦化度部分入滲土壤更深土層，而棉花播種時(shí)環(huán)渤海鹽堿棉田耕層的鹽分含量能下降到2.0 g·kg-1以下，水分含量保持在24.2%～26.2%；播種后棉花出苗率可超過(guò)85%，苗期棉花根、莖和葉片的Na+含量降低57.6%～64.5%，K+和Ca2+含量顯著提高[40-45]。雨季時(shí)，降水再將苦咸水灌溉帶進(jìn)土壤的鹽離子淋洗至淺層地下水。該技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)了棉田耕層土壤周年脫鹽，可極大地促進(jìn)濱海鹽堿地棉花正常生長(zhǎng)發(fā)育。環(huán)渤海鹽堿棉田冬季咸水結(jié)冰灌溉利用自然氣候條件，通過(guò)苦咸水在冬季結(jié)冰、春季消融實(shí)現(xiàn)鹽和水的分離，為鹽分淋洗提供更為豐富的水源，可有效防止鹽分表聚，在相關(guān)配套植棉技術(shù)下保證棉花的正常生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海鹽堿地區(qū)海水、高礦化度淺層地下水等水資源的高效利用，利于實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)棉花穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)。

2.2 “池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式

環(huán)渤海地區(qū)自然坑塘數(shù)量眾多，而且儲(chǔ)水容量巨大[46]，是該區(qū)域改變鹽堿旱澇狀況豐富便利的自然資源。在原有坑塘的基礎(chǔ)上，經(jīng)改造優(yōu)化建立環(huán)渤海鹽堿地“池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式，該模式下的生態(tài)系統(tǒng)有以下5個(gè)組成單元[47]。（1）生態(tài)調(diào)控池。由水面較大（面積不低于1.0 hm2）的坑塘改造而成，深度約為3 m，修筑溝渠與周圍農(nóng)田排堿溝形成的水網(wǎng)聯(lián)通進(jìn)行雨季蓄水；并與河流相連，部分年份降水量超過(guò)生態(tài)調(diào)控池蓄水量極限時(shí)，可將過(guò)量的池水隨河流排至渤海。（2）養(yǎng)殖池。水面較小（面積不大于0.2 hm2）的坑塘，儲(chǔ)存棉田抽提出的高礦化度淺層地下水；同時(shí)聯(lián)通生態(tài)調(diào)控池，使水質(zhì)符合水產(chǎn)養(yǎng)殖要求。（3）臺(tái)田。堆土高度約1.5 m，四周斜坡與地面約呈50°夾角。（4）淺層地下水抽提棉田。棉田設(shè)置深度約為6 m的抽提井，抽提淺層地下水，保持地下水位不低于2.5 m。（5）抑鹽排澇棉田。棉田每隔40 m修建1條排堿溝（溝深約2.5 m，上沿寬約4.0 m，溝底寬約1.0 m），在垂直排堿溝方向修建溝渠與生態(tài)調(diào)控池相連，雨季將排堿溝匯集的雨水排入生態(tài)調(diào)控池。

較大容量的生態(tài)調(diào)控池與河流、周圍棉田排堿溝相連可蓄積雨季淡水，起到降低周圍農(nóng)田地下水礦化度和增加旱季灌溉水源的作用；修筑臺(tái)田抬高農(nóng)田耕層高度，有利于排澇及抑制鹽分表聚；地下水抽提系統(tǒng)通過(guò)抽提淺層地下水來(lái)降低農(nóng)田地下水位；容量較小的養(yǎng)殖池可蓄積抽提的淺層地下水，并與生態(tài)調(diào)控池和河流聯(lián)通進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了環(huán)渤海鹽堿地“池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式，3 m的深度可保證坑塘水與淺層地下水聯(lián)通，促使鹽離子由高濃度的淺層地下水向低濃度的坑塘水?dāng)U散，顯著降低淺層地下水礦化度。臺(tái)田和地下水抽提田的淺層地下水礦化度可由7.2 g·L-1分別降至6.0 g·L-1和5.3 g·L-1；土壤鹽分含量降低21.1%～77.6%，臺(tái)田0～80 cm土層和淺層地下水抽提田土壤鹽分含量均降至3.0 g·kg-1左右，pH低于8.0，達(dá)到輕度鹽堿農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)；抑鹽排澇田在棉花生育期內(nèi)土壤鹽分含量低于5.0 g·kg-1，雨季（7-8月）pH低于8.0，達(dá)到中度鹽堿農(nóng)田標(biāo)準(zhǔn)[43]。濱海鹽堿地“池-田”蓄引水立體生態(tài)改良模式下，棉花光合產(chǎn)物積累的最大增長(zhǎng)速率提高29.4%～61.8%，光合產(chǎn)物快速積累的持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)15～40 d，籽棉單產(chǎn)在2 666～3 756 kg·hm-2，增幅為64.5%～170.3%[48]。

以田間配套渠系、坑塘蓄引淡水、時(shí)空調(diào)配降水為核心的環(huán)渤?！俺?田”蓄引水立體生態(tài)改良模式，打破了半干旱區(qū)降水季節(jié)性變化與地下水礦質(zhì)化特性引起的農(nóng)田鹽堿旱澇脅迫“頑疾”，利于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。該模式立足當(dāng)?shù)氐臍夂蚝蜕鷳B(tài)環(huán)境，開(kāi)發(fā)利用降水和地下水資源，對(duì)改善土壤理化狀況有利，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)田排澇、坑塘蓄水、土壤減鹽、棉花增產(chǎn)的良性發(fā)展，為鹽堿地生態(tài)持續(xù)改良提供了技術(shù)支撐。環(huán)渤海地區(qū)鹽堿地“池-田”蓄引水立體綜合生態(tài)改良模式下，棉花的光合生產(chǎn)和當(dāng)?shù)氐墓狻?、水資源吻合度較高，棉株干物質(zhì)積累量顯著增加，為棉花產(chǎn)量提高奠定了良好的基礎(chǔ)。

2.3 耕層調(diào)墑控鹽技術(shù)

鹽離子會(huì)影響作物根系吸收水分和養(yǎng)分，引起作物生理干旱和營(yíng)養(yǎng)失調(diào)[49]。鹽堿脅迫可通過(guò)抑制光合作用，阻礙棉花的正常生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)下降[37，50-52]。因此，采取合理的措施緩解鹽分對(duì)棉花的生理脅迫，保障棉株對(duì)養(yǎng)分的正常吸收，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，是保證環(huán)渤海地區(qū)鹽堿地棉花生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

2.3.1 有機(jī)物料還田。有機(jī)物料增施（還田）的降鹽途徑主要有3種。一是物理途徑。有機(jī)物料可改良土壤結(jié)構(gòu)，使土壤結(jié)構(gòu)疏松、土壤中鹽分與水分的接觸面積增大，從而使鹽分得到充分淋洗而含量下降[53]；同時(shí)，增強(qiáng)土壤緩沖能力，減少土壤水分蒸發(fā)，防止鹽分在土壤表層聚集[54]。二是化學(xué)途徑。有機(jī)物料可降低土壤電導(dǎo)率，使土壤水溶性鹽離子含量明顯降低，陽(yáng)離子交換量顯著增加，鹽堿地土壤的理化性狀、膠體特性和生物學(xué)性狀得到改善，土壤水鹽運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變，土壤鹽漬化程度明顯減輕[55-56]。三是生物途徑。有機(jī)物料通過(guò)影響土壤養(yǎng)分和水分含量調(diào)節(jié)土壤微生物的數(shù)量和種類[57]，進(jìn)而影響土壤的理化性狀，起到間接增強(qiáng)降鹽效果的作用。研究表明，施用有機(jī)肥后，棉花根際土壤鹽分含量下降14.8%～34.0%[58-59]?？梢?jiàn)，有機(jī)物料的降鹽效果十分明顯。

農(nóng)作物秸稈是1種資源豐富、使用方便的生物肥料[60]。秸稈還田對(duì)保持土壤肥力、改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀具有十分明顯的效果[61-62]。研究表明，棉田秸稈還田可增加耕作阻力，從而減少對(duì)土壤團(tuán)聚體的破壞，并且促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體向更大的粒級(jí)團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化；秸稈還田還可顯著降低土壤容重，增加土壤孔隙度，有利于改善土壤水鹽分布情況[63-64]。連續(xù)多年進(jìn)行秸稈還田的效果更佳：環(huán)渤海鹽堿地棉花秸稈連續(xù)3年還田后，土壤鹽分含量較對(duì)照降低19.1%～22.4%[65-67]。

推廣棉花秸稈還田技術(shù)既能改良土壤，提高棉田生產(chǎn)能力，又能充分利用大量的棉田廢棄物，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。但秸稈還田不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)速率過(guò)快，引發(fā)作物缺水問(wèn)題[68]。研究表明，在棉花收獲后、進(jìn)入冬季前進(jìn)行秸稈混土還田，不會(huì)導(dǎo)致土壤水分含量下降，播種時(shí)土壤水分含量與不進(jìn)行有機(jī)物料還田的棉田沒(méi)有明顯差異，但是播種前進(jìn)行秸稈還田會(huì)導(dǎo)致0～40 cm土層含水量下降2.4%～8.6%[69]。在棉花秸稈被粉碎并旋耕還田后進(jìn)行灌溉的措施下，環(huán)渤海鹽堿棉田春季播種時(shí)土壤容重保持在1.15～1.40 g·cm-3，0～40 cm土層鹽分含量低于2.00 g·kg-1，比增施有機(jī)肥的含鹽量低13.4%～18.9%[70]，鹽堿土壤“板、鹽”等理化特征顯著改善。冬前秸稈還田可起到更好的保水以及土壤改良作用，棉花葉片的光合性能系數(shù)較對(duì)照提高23.4%～92.8%，根冠比提高56.5%[69]。綜上，在環(huán)渤海鹽堿棉田，進(jìn)行冬前秸稈還田利于促進(jìn)棉花根系生長(zhǎng)，改善葉片光合特性，增強(qiáng)抗旱耐鹽堿性能，為棉花高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

此外，將秸稈進(jìn)行地表覆蓋還田可緩沖水分入滲速度，減少地表徑流，起到調(diào)節(jié)土壤水分的作用；還可以防止大氣溫度變化直接影響土壤溫度，通過(guò)調(diào)節(jié)熱量交換防止土壤溫度發(fā)生劇烈變化[70]。環(huán)渤海鹽堿地采用地膜+秸稈（粉碎后的小麥秸稈）覆蓋還田的復(fù)合模式，通過(guò)降低溫度抑制土壤水分蒸發(fā)進(jìn)而起到抑鹽保墑的作用。與裸地相比，該模式下土壤溫度降低2.2～6.5 ℃，土壤耕層含鹽量降低47.7%～53.1%，含水率增加29.6%～49.6%，棉苗光合性能提高22.6%～233.1%，根、莖、葉等器官及棉株總干物質(zhì)質(zhì)量增加65.7%～130.2%[71]?？梢?jiàn)，“地膜+秸稈覆蓋還田”復(fù)合模式可顯著降低土壤溫度、隔斷表層土壤與空氣的接觸，減少土壤水分蒸發(fā)，減緩鹽分上行累積，是環(huán)渤海鹽堿棉田改良的1種有效手段[72-73]。

2.3.2 開(kāi)春深耕（混施化學(xué)改良劑）?？茖W(xué)耕地整地是其他農(nóng)藝栽培管理措施發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。其中深耕能夠破除土壤犁底層，增加孔隙度，提高土壤通透性，改善土壤中的水、肥、氣、熱關(guān)系，增強(qiáng)土壤蓄水能力，提高作物根系活力和水分利用效率，并促進(jìn)植株地上部生長(zhǎng)，改善作物生理特性，延緩衰老[74-76]。在開(kāi)春（3月初）使用旋轉(zhuǎn)式深翻犁[77]進(jìn)行深耕，可破壞土壤毛細(xì)管作用進(jìn)而防止鹽分表聚；用農(nóng)田碎土鎮(zhèn)壓平整器[78]將深翻形成的過(guò)大土塊破碎并將土壤表層壓實(shí)平整，可防止跑墑，實(shí)現(xiàn)阻鹽保墑的效果。開(kāi)春深耕處理下播種期0～40 cm土層土壤鹽分含量保持在1.0～1.3 g·kg-1（對(duì)照為2.2～4.2 g·kg-1），含水量保持在14.9%～16.6%（與對(duì)照無(wú)明顯差異），土壤容重為1.2～1.4 g·cm-3（對(duì)照為1.3～1.7 g·cm-3），棉苗葉片葉綠素相對(duì)含量SPAD（soil and plant analyzer development）值、葉面積指數(shù)以及根冠比分別提高23.6%、56.0%和52.9%，氣體交換參數(shù)增大14.2%～49.3%，棉苗干物質(zhì)質(zhì)量顯著增加45.6%，皮棉增產(chǎn)28.1%[79]。綜上，開(kāi)春深耕可明顯改善濱海鹽堿地土壤的理化性狀，有利于根系生長(zhǎng)發(fā)育，顯著改善棉苗葉片的光合特性，顯著提高棉花產(chǎn)量。

對(duì)于重度鹽堿棉田，深翻時(shí)還應(yīng)配施化學(xué)改良劑。化學(xué)改良劑使用簡(jiǎn)便，見(jiàn)效快[80]，可促進(jìn)土壤中鹽基代換，促進(jìn)鹽分淋洗，改善土壤容重，調(diào)節(jié)pH，減輕Na+危害[80-82]。環(huán)渤海鹽堿棉田常用化學(xué)改良劑的相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，沸石處理下土壤鹽分含量下降最明顯，石膏處理下土壤容重較為合理；化學(xué)改良劑康地寶處理對(duì)水分含量無(wú)明顯影響，顯著降低了土壤pH[83]。進(jìn)一步量化研究表明，沸石施用量為7 500 kg·hm-2時(shí)棉花苗期土壤鹽分含量和pH最低；石膏施用量為1.5×104 kg·hm-2時(shí)棉花苗期土壤鹽分含量最低，3.0×104 kg·hm-2施用量下苗期和收獲期土壤pH最低；禾康改良劑施用量為240 kg·hm-2時(shí)苗期土壤鹽分含量最低，60 kg·hm-2施用量下苗期土壤pH最低[84]?？梢?jiàn)，使用單一化學(xué)改良劑對(duì)鹽堿農(nóng)田的改良效果可能不全面，這與張凌云等[80]和王曉洋等[85]的研究結(jié)果類似。因此，使用復(fù)合型化學(xué)改良劑可能會(huì)達(dá)到更好的鹽堿改良效果。研究表明，在蘇北濱海鹽堿地增施由浮石粉、脫硫石膏、煉鋼鋼渣等與生物活性物質(zhì)配比制成的鹽堿土壤調(diào)理劑（施用量為1.5×104 kg·hm-2）的改良效果最好，在7-11月表層土壤脫鹽率為47.0%～53.3%，且改良效果持久穩(wěn)定[86]。使用由農(nóng)林廢棄物堆肥發(fā)酵產(chǎn)物和現(xiàn)代生物技術(shù)高分子化合物及多種吸鹽材料構(gòu)成的有機(jī)改良劑1年后，可使土壤鹽分含量和pH明顯下降[87]；在環(huán)渤海鹽堿地搭配施用1.0 kg·m-2的磷石膏與3.35 kg·m-2的有機(jī)改良劑（由園林廢棄物堆肥產(chǎn)品和高溫惰化產(chǎn)品按照質(zhì)量比4∶1配制而成），能夠取得更優(yōu)的改良效果[88]。

2.3.3 起壟覆膜。環(huán)渤海鹽堿地區(qū)90%以上的棉田屬于雨養(yǎng)田，春季不具備淡水壓鹽條件，并且少雨多風(fēng)，是當(dāng)?shù)赝寥利}分表聚的高峰期。此時(shí)棉花處于苗期，對(duì)鹽堿脅迫最為敏感。通過(guò)集雨淋鹽是改善棉花苗期土壤鹽堿狀況的可行途徑之一。土壤鹽分的淋洗效果受單次降水量的顯著影響[89]。環(huán)渤海輕度鹽堿地和雜草區(qū)內(nèi)土壤中水分入滲較快，鹽分有較強(qiáng)的水移跟隨性，降水量小于10 mm時(shí)，水分下行重力與土壤水分蒸發(fā)產(chǎn)生的向上拉力幾乎相當(dāng)，對(duì)環(huán)渤海鹽堿地鹽分沒(méi)有明顯淋洗作用[31]；一般單次降水量大于25 mm才能達(dá)到明顯的淋鹽效果[90]。因此，實(shí)現(xiàn)有效的集雨淋鹽，是環(huán)渤海鹽堿地區(qū)實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵。

環(huán)渤海輕度鹽堿棉田（鹽分含量在0.2%左右）可采取開(kāi)溝覆膜播種方式：開(kāi)溝、播種、覆土后的深度保持在5～6 cm，形成膜下溫室，種子萌發(fā)期及出苗后根系周圍土壤鹽分含量較低，地膜覆蓋起到升溫作用，土壤水分蒸發(fā)后晚上降溫時(shí)冷凝降落溝底以提高土壤水分含量，這種低鹽、升溫、適墑的環(huán)境有利于種子萌發(fā)和出苗成苗，成苗率較傳統(tǒng)平作方式提高25%，皮棉增產(chǎn)6.0%以上[91]。按（90+45） cm的寬窄行種植模式，開(kāi)深約15 cm的微溝，然后覆蓋地膜，在膜上打孔穴播，這種棉花微溝覆膜種植技術(shù)可將春季5 mm左右的微量降水匯流進(jìn)播種穴，實(shí)現(xiàn)根際土壤含水量增加和鹽分含量降低的效果，改善棉花種子萌發(fā)出苗期根際土壤環(huán)境，出苗率較對(duì)照提高12.0百分點(diǎn)，籽棉單產(chǎn)提高8.1%[92]。

環(huán)渤海中度鹽堿棉田，宜在預(yù)覆膜的基礎(chǔ)上采取“一膜雙溝”的棉花種植方法。研究表明，4月初將含有大量鹽堿的地表土（深度約為0.05 m）刮起，聚攏成壟并且覆膜（一般4月下旬播種棉花），可以起到增溫、保墑、集雨和抑鹽的作用[93-95]。中度鹽堿棉田預(yù)覆膜處理下的成苗率比傳統(tǒng)覆膜方式提高11.4%，皮棉單產(chǎn)增加7.1%[93]。

“一膜雙溝”種植方法具體為：在播種溝兩側(cè)分別設(shè)置一高一低2個(gè)地壟，且每相鄰的2個(gè)播種溝之間僅設(shè)置1個(gè)較低的地壟并覆膜，雨后水分的蒸發(fā)主要發(fā)生在較高的地壟，土壤中的鹽分隨蒸發(fā)聚集到較高地壟，播種溝之間較低的地壟可保證2個(gè)播種溝中均能匯入雨水，棉花根部土壤鹽分含量保持在較低水平[96]，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)起壟聚雨和躲鹽增墑的效果，為棉田高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。起壟+覆膜處理后，4月28日播種時(shí)播種溝土壤鹽分含量較4月1日覆膜處理時(shí)降低2.3%～30.7%，壟上含鹽量增加16.7%～41.0%；膜下0～15 cm土層日平均地溫比膜外提高2.8～3.7 ℃；播種溝含水量在19.9%～20.4%，較對(duì)照提高3.4～3.9百分點(diǎn)，中度鹽堿棉田的成苗率較對(duì)照提高47.0%～70.7%[97]。

為更有效地利用棉花播種期內(nèi)有限的降水，進(jìn)一步降低重度鹽堿棉田土壤鹽分含量，提高重度鹽堿棉田棉花成苗率，環(huán)渤海重度鹽堿地可采取溝播覆膜的種植方式：壟高20 cm，壟下溝畦寬60～75 cm，溝畦中間播種2行棉花（行距50～60 cm）并覆膜。該技術(shù)較平輔地膜處理的成苗率提高8.3%～56.6%，棉花增產(chǎn)12.0%～196.4%[98-99]。起壟溝播預(yù)覆膜結(jié)合滴灌技術(shù)措施下，水分在土壤中的入滲深度更大，鹽分隨水淋洗的深度也隨之增大，耕層膜下土壤的含水率較膜外土壤高，而電導(dǎo)率低，可為棉花生長(zhǎng)發(fā)育提供更有利的水鹽環(huán)境[100]；棉花根系生長(zhǎng)加快，根長(zhǎng)密度較平輔地膜處理增加23.3%[101]?？梢?jiàn)，起壟溝播預(yù)覆膜植棉技術(shù)通過(guò)改變棉田微地形，優(yōu)化了土壤剖面的水鹽分布，具有增溫保墑和集雨抑鹽等作用。

耕層調(diào)墑控鹽技術(shù)通過(guò)有機(jī)物料還田+開(kāi)春深耕（混施化學(xué)改良劑）+平整鎮(zhèn)壓可起到抑鹽保墑作用，實(shí)現(xiàn)耕層水鹽分離；提早起壟覆膜，可實(shí)現(xiàn)棉花根區(qū)與高鹽區(qū)的空間分離，有效利用自然降水，將地膜上的雨水匯集到出苗孔增加土壤水分含量，同時(shí)保證作物根區(qū)土壤鹽分含量始終保持在較低水平。應(yīng)用該技術(shù)可為棉花出苗提供較為適宜的環(huán)境，極大提高棉花的成苗率，并促進(jìn)幼苗發(fā)育及根系生長(zhǎng)，為棉花增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[69，71，77-80，83-84，98-101]。

3 問(wèn)題與展望

環(huán)渤海鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力巨大，一直以來(lái)都被作為耕地的后備資源。在確保糧食安全的形勢(shì)下，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用刻不容緩。棉花的耐鹽堿性較為突出，是鹽堿地改良的先鋒作物。目前制約環(huán)渤海鹽堿地農(nóng)業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用的主要因素是自然條件惡劣、改良技術(shù)落后、改良效果不穩(wěn)定、改良作用不明顯等。雨養(yǎng)條件下環(huán)渤海地區(qū)不同程度鹽堿棉田形成的原因不同，在充分認(rèn)識(shí)各類鹽堿棉田水鹽運(yùn)移規(guī)律的基礎(chǔ)上，基于“苦咸水-土壤水-降水”等水資源綜合調(diào)配利用技術(shù)，可對(duì)環(huán)渤海鹽堿棉田鹽分運(yùn)移進(jìn)行有效調(diào)控，使棉田鹽堿障礙明顯消減。但在相關(guān)技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中，還應(yīng)該注意以下問(wèn)題：

（1）采用地下水抽排和苦咸水冬季結(jié)冰灌溉技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意配套農(nóng)田排水設(shè)施。環(huán)渤海鹽堿地區(qū)地下水水位較高，采用地下水抽排和苦咸水冬季結(jié)冰灌溉技術(shù)時(shí)，如果流域尺度上農(nóng)田配套排水設(shè)施不完善，盡管能夠短暫降低地下水位及土壤鹽分含量，但難以從根本上改變農(nóng)田淺層地下水位，應(yīng)用苦咸水冬季結(jié)冰灌溉技術(shù)甚至可能會(huì)導(dǎo)致地下水位進(jìn)一步提高，加劇農(nóng)田土壤返鹽，導(dǎo)致灌溉區(qū)農(nóng)田次生鹽漬化。因此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)結(jié)合中低產(chǎn)農(nóng)田改造、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等相關(guān)工程，加強(qiáng)環(huán)渤海農(nóng)田毛溝、支溝、干溝等水利工程改造升級(jí)，形成有效的田間排水網(wǎng)，并與河流聯(lián)結(jié)暢通，才能更好地發(fā)揮地下水抽排和苦咸水冬季結(jié)冰灌溉技術(shù)的作用。

（2）環(huán)渤海棉田鹽堿障礙消減的部分措施需要進(jìn)一步改進(jìn)。地膜覆蓋及預(yù)覆膜起壟技術(shù)的抑鹽增溫保墑效果顯著，可使棉花出苗成苗率顯著提高；但是地膜大量使用會(huì)造成土壤中殘膜長(zhǎng)期存在，破壞耕地質(zhì)量，影響棉花根系發(fā)育，導(dǎo)致早衰減產(chǎn)[102]。研究表明，及早揭除地膜能夠有效減少地膜在土壤中的殘留；但是在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，環(huán)渤海鹽堿棉田地膜覆蓋還具有防控雜草的作用，揭除地膜會(huì)引起草害加重。解決這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)2個(gè)途徑：一是開(kāi)發(fā)引進(jìn)低成本、可降解、易操作的物理覆蓋（防草）地膜替代物；二是通過(guò)分子育種技術(shù)培育抗除草劑的棉花品種，通過(guò)推廣種植抗除草劑棉花品種結(jié)合化學(xué)除草措施代替地膜防草。

（3）環(huán)渤海棉田在鹽堿障礙消減過(guò)程中，要做到因地制宜，分類施策。對(duì)水鹽運(yùn)移規(guī)律不同的鹽堿棉田采取不同的改良措施，對(duì)配套的栽培管理目標(biāo)也應(yīng)當(dāng)做針對(duì)性調(diào)整。重度鹽堿棉田的地下水位更高，土壤含鹽量高，鹽分表聚頻發(fā)且程度嚴(yán)重，常規(guī)的田間微工程等農(nóng)藝措施難以起效，土壤障礙消減應(yīng)以工程技術(shù)為主，農(nóng)藝措施為輔，盡量減輕鹽堿脅迫對(duì)棉花正常生長(zhǎng)發(fā)育的影響；生產(chǎn)管理措施應(yīng)以抗逆穩(wěn)產(chǎn)為目標(biāo)。中度鹽堿棉田在春季和初夏的鹽分運(yùn)移規(guī)律受降水和氣溫影響明顯，改良措施的重點(diǎn)是在棉花播種期及苗期有效應(yīng)對(duì)鹽堿脅迫，加強(qiáng)棉花生育前期的水肥投入以促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，雨季棉花進(jìn)入生殖生長(zhǎng)階段要嚴(yán)防營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺，田間管理目標(biāo)應(yīng)以豐產(chǎn)調(diào)控為主。輕度鹽堿棉田的障礙程度較輕，在一般的增墑抑鹽措施下棉花的生長(zhǎng)發(fā)育基本沒(méi)有受到明顯影響，配套的栽培管理措施應(yīng)注重協(xié)調(diào)源庫(kù)關(guān)系，提高雨熱資源與產(chǎn)量形成的契合度，生產(chǎn)管理以實(shí)現(xiàn)棉花的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)為調(diào)控目標(biāo)。

鹽堿地土壤障礙消減是一項(xiàng)涉及多學(xué)科、多因素的長(zhǎng)期而復(fù)雜的研究課題。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海棉田鹽堿障礙消減效果持續(xù)穩(wěn)定，需要根據(jù)當(dāng)?shù)匕敫珊蛋霛駶?rùn)區(qū)不同的土壤環(huán)境、氣候條件、資源條件等集成多種方法，對(duì)改良技術(shù)開(kāi)展研究并不斷完善，并且配套相應(yīng)的栽培措施，才能達(dá)到理想的改良效果。相關(guān)農(nóng)業(yè)管理部門(mén)應(yīng)因地制宜制定科學(xué)合理的鹽堿耕地改良近期、中期、遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，搭建更廣泛的科研開(kāi)發(fā)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)棉田鹽堿障礙消減效果與植棉效益的最大化。

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