內蒙古河套灌區是我國土壤鹽漬化發育的典型地區， 地處干旱、半干旱、半荒漠草原地帶， 地下水位較高， 土壤鹽漬化嚴重[1], 土地鹽漬化是制約該地區農業可持續發展的重要因素。地膜覆蓋和秸稈覆蓋是 2 種常用農田土壤覆蓋方式， 覆蓋后使田間亂流交換系數增大， 顯熱通量增加， 潛熱通量與土壤熱通量減小， 使得棵間土壤水分蒸發顯著降低，從而積累更多的土壤水分， 供作物后期吸收利用，即從無效消耗過程向有效消耗過程轉化[2].Sauer等[3]認為覆蓋層水熱效應的根本原因在于， 覆蓋層的存在可以增加或減少太陽輻射的反射率， 增加熱量和水汽傳輸的阻抗。地面覆蓋能保持地溫， 促進作物生長和發育， 提高作物產量等作用[4-7].Léonard等[8]、劉戰東等[9]研究得出通過地面覆蓋可有效改善土壤水分環境， 促進作物生長。李新舉等[10]、孫博等[11]認為秸稈覆蓋可以減少土壤蒸發， 明顯抑制鹽分表聚。Kladivko[12]、Nassar 等[13]、畢遠杰等[14]、鄧力群等[15]研究了地面覆蓋（秸稈覆蓋和地膜覆蓋）下作物耕層水、鹽運動的分布情況， 指出與無覆蓋措施相比較， 秸稈覆蓋和地膜覆蓋均能有效減少棵間蒸發， 起到蓄水保墑作用， 影響土壤鹽分分布。為解決殘膜污染問題， 史建國等[16]研究了舊膜再利用對向日葵農藝性狀和產量及其相關因子的影響， 指出舊膜再利用可以增加土壤溫度， 加快向日葵生育進程， 并提高向日葵的產量。

關于地面覆蓋措施的國內外研究主要集中在覆蓋后的農田環境和作物增產效應上， 試驗作物多為小麥、玉米等， 而向日葵的相關研究較少。河套灌區種植向日葵的最優覆蓋方式并未明確， 不同覆蓋方式對河套灌區鹽漬化土壤水鹽動態影響的研究報道較少。

綜上， 本文擬在前人研究工作的基礎上， 以無覆蓋為對照， 系統地對秸稈覆蓋（整稈覆蓋、粉碎覆蓋）和地膜覆蓋（新地膜覆蓋、地膜二次利用）下鹽堿耕地水、鹽動態變化、向日葵產量和種植經濟效益等進行研究， 分析不同覆蓋措施的應用效應及機理，以期為覆蓋技術在河套灌區的利用提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗在內蒙古河套灌區沙壕渠試驗站節水灌溉研究基地進行。該試驗基地位于內蒙古河套灌區中上游， 40°52′N, 107°10′E.研究區地處荒漠草原地帶，屬溫帶干旱氣候， 年平均氣溫 6.9 ℃ ,冬季嚴寒少雪，夏季高溫干旱， 年平均日照時數 3 189 h, 平均降水量 142.1 mm, 且集中在 7-8 月， 年平均蒸發量2 306.5 mm, 蒸降比在 10 以上， 全年凍融歷時 180 d左右。屬于無灌溉便無農業的地區[1], 土壤鹽漬化是制約本地區農業發展的主要因素。

1.2 試驗設計

試驗設 7 個處理， 3 次重復， 共計 21 個小區， 隨機排列， 各處理內容見表 1.小區面積為 24 m2（6 m×4 m）， 各小區間設置 1 m 寬隔離帶， 試驗區四周各設置 4 m 寬保護行。試驗小區土壤質地為砂質黏壤土，屬硫酸鹽-氯化物型鹽土， 灌底墑水前測定供試土壤（0~20 cm）含鹽量為 4.95 g·kg-1, 屬于中度鹽漬化土壤（含鹽量 4~6 g·kg-1）[17], 試驗區基本性質： 有機質含量5.23 g·kg-1, 堿解氮 21.64 mg·kg-1, 全氮 0.17 g·kg-1,速效鉀 68.34 mg·kg-1, 全鉀 22.1 g·kg-1, 速效磷8.45 mg·kg-1, 全磷 0.72 g·kg-1.以向日葵‘3638c’為試驗作物， 2013 年 5 月 10 日灌底墑水（保墑及洗鹽），灌水定額 135 mm, 灌底墑水前覆新地膜， 2013 年 6月1日播種， 6月20日進行秸稈覆蓋， 9月15日收獲。

田間管理同當地水平， 施肥為底肥磷酸二胺（N 18%,P2O546%）375 kg·hm-2.現蕾期追肥尿素（N46%）375 kg·hm-2, 并在現蕾期灌水 90 mm.生育期內累計降雨 87.6 mm, 地下水埋深 0.32~1.58 m.

1.3 測試指標

在向日葵播種前、苗期、現蕾期、開花期、成熟期、灌水前后及收獲后用土鉆采集各小區 1 m 土體（0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm、15~20 cm、20~40 cm、40~60 cm、60~80 cm、80~100 cm）的土壤樣品， 土樣經自然風干、磨細并過 1 mm 篩后， 按土水比 1︰5制備土壤浸提液， 采用 DDS-308A 型電導率儀測定浸提溶液 EC 值， 然后根據經驗公式換算為土壤水溶性全鹽質量分數。y = 1.687l + 0.038（1）式中： y 為土壤鹽分質量分數， g·kg-1; l 為 25 ℃時1︰5 土壤水浸出液的電導率， mS·cm-1.每隔 10 d 測定 1 次不同土層的質量含水率， 降雨及灌水后加測， 取樣層次同上； 成熟后測定向日葵平均百粒重、單盤粒數， 收集各小區的實際籽實產量以確定單位面積（hm2）向日葵產量。

水分利用效率（WUE）用下式計算：

式中： Y 為作物的籽粒產量， kg·hm-2; ETc為生育期內作物的蒸發蒸騰量， mm.cET = P + I + U - R - D -D W（3）式中： P 為有效降雨量， mm; I 為灌水量， mm; U 為地下水補給量， mm; R 為地表徑流量， mm; D 為深層滲漏量， mm; ΔW 為 0~100 cm 土層土壤含水量的變化量， mm.生育期內忽略地表徑流量， 根據田間實測的土水勢確定水分的流向， 運用達西定律計算地下水補給量和深層滲漏量。

向日葵計數結實率 Rcs為單盤粒數中實粒數占實粒數與秕粒數之和的百分比， 計算式如下：Rcs=N1/（N1+N2） （4）式中： N1單盤粒數中實粒數， N2單盤粒數中秕粒數。

1.4 數據分析

試驗數據采用 SPSS 17.0 軟件進行差異顯著性檢驗， 采用 Microsoft Excel 2007 制圖及數據整理。

2 結果與分析

2.1 不同覆蓋方式對土壤鹽分動態的影響

2.1.1 土壤鹽分動態變化規律

本研究按不同土層深度定期取樣對土壤含鹽量進行動態觀測。不同處理下， 向日葵生育期內0~5 cm、0~20 cm 土層土壤含鹽量的動態變化如圖1a、b 所示。定義收獲后土壤含鹽量和播前土壤含鹽量的差值與土壤播前含鹽量的比值為土壤積鹽率。在土壤表層 0~5 cm, 處理 F0.9、YZ、DM 的土壤表層含鹽量表現為收獲后較播前減少 21.79%、5.59%、1.54%,土壤表層呈脫鹽狀態， 而 MG、F0.6、KZ、CK 增加14.04%、36.57%、238.01%、285.14%, 在土壤表層呈現積鹽狀態。表明各處理在土壤表層控鹽效果由高到低的順序為： F0.9>YZ>DM>MG>F0.6>KZ>CK.

這是由于秸稈覆蓋抑制了地表棵間蒸發， 使土層儲水量高于 CK, 減緩了鹽分的表聚。不同秸稈覆蓋處理間， 對土壤表層的抑鹽效果相比較， 表現為 F0.9、YZ 強于 F0.6、KZ.地膜覆蓋之間相比較表現為 DM強于 MG.向日葵種子對鹽分具有一定的耐鹽性， 向日葵幼苗隨土壤鹽堿程度的增加其生長發育呈下降趨勢[18].在秸稈覆蓋前， DM、MG 處理由于播前已經有地膜覆蓋層， 其表層含鹽量小于 2.00 g·kg-1有利于種子萌發和向日葵苗期的生長。生育期內 0~20 cm 土壤鹽分是影響向日葵產量的首要因素， 覆蓋秸稈通過影響 0~20 cm 土壤鹽分進而影響向日葵的生長環境與產量形成[19-20].

計算不同時期土壤耕層 0~20 cm 深度內的含鹽量均值， 處理 F0.9、DM 的土壤耕層含鹽量收獲后較播前減少 10.02%、3.78%, 土壤耕層呈脫鹽狀態， 而F0.6、YZ、MG、KZ、CK 增加 16.54%、27.14%、36.12%、56.93%、68.81%, 在土壤耕層呈現積鹽狀態。不同秸稈覆蓋處理間， 對土壤耕層的抑鹽效果相比較， F0.9、F0.6 強于 YZ、KZ, 薄膜覆蓋之間為DM 強于 MG.處理 F0.9、DM、F0.6、MG、YZ、KZ、CK 在生育期內土壤耕層 0~20 cm 深度內的平均含鹽量依次為： 2.62 g·kg-1、2.80 g·kg-1、2.80 g·kg-1、2.85 g·kg-1、3.22 g·kg-1、3.97 g·kg-1、4.26 g·kg-1.各覆蓋處理均較 CK 低， 為向日葵的生長提供了一個相對淡化的土壤環境， 有利于向日葵植株的生長及發育。

2.1.2 土壤鹽分剖面變化

在田間試驗中， 秸稈覆蓋前（7 月 3 日）、覆蓋后現蕾期（7 月 24 日）和開花期（8 月 17 日）， 各處理剖面土壤鹽分分布如圖 2 所示： 0~20 cm 土層含鹽量為1.23~10.12 g·kg-1, 呈現強烈表聚， 各處理土壤含鹽量隨深度依次向下遞減。土層深度 20 cm 以下， 土壤鹽分變化不大， 基本為 0.52~2.36 g·kg-1, 各處理20~100 cm 土壤平均含鹽量為 0.81~1.52 g·kg-1.在秸稈覆蓋前， DM、MG 處理由于播前已經有地膜覆蓋層， 所以表層含鹽量較低， 覆蓋 1 個月后， DM 處理 20~40 cm 處土壤含鹽量約為 1.71 g·kg-1, 高于其他處理， 而在 40~80 cm, DM 含鹽量為 0.86 g·kg-1,小于其他處理。各覆蓋處理主要影響 0~20 cm 的土壤含鹽量， 隨著土壤深度的增加， 外界因素對土壤含鹽量的影響趨于一致。

2.2 不同覆蓋方式對土壤水分的影響

2.2.1 土壤含水

向日葵生育期內土壤表層 0~5 cm 含水率如圖3a 所示， 澆底墑水后， 播前土壤含水率較高， 地膜覆蓋處理 DM、MG, 由于塑料薄膜的抑蒸作用， 土壤含水率高于其他處理。向日葵出苗后， 進行秸稈覆蓋， 秸稈層抑制蒸發作用開始顯現。在整個生育期內除降雨及灌水時， 土壤含水率短暫升高外， 土壤含水率整體呈下降趨勢。生育期內， DM、MG 處理的平均土壤表層含水率為 23.77%、21.35%, 較 CK高 20.97%、8.65%; 秸稈覆蓋處理的平均土壤表層含水率為 22.01%~20.55%, 較 CK 高 12.03%~4.58%;其中 F0.9 最高， KZ 最低； 新地膜覆蓋在土壤表層的保墑作用強于秸稈覆蓋處理。

0~20 cm 土層土壤含水率如圖 3b 所示， 各覆蓋處理間土壤含水率差異較 0~5 cm 土層減小。在整個生育期內， 各處理 0~20 cm 土層土壤含水率平均值相比較， 地膜覆蓋處理 DM、MG 的含水率為 23.69%、22.03%, DM 處理較 CK 高 11.47%.秸稈覆蓋處理的土壤含水率為 23.05%~22.15%, F0.9 最高， 較 CK 提高 8.47%.覆蓋處理通過覆蓋層的抑蒸保墑作用， 可以保證土壤耕層 0~20 cm 較未覆蓋處理有較高的土壤含水率， 以保證向日葵生長期需水。在 0~5 cm 土層及 0~20 cm 土層， 粉碎秸稈覆蓋處理（F0.9、F0.6）的生育期平均土壤含水率均高于整稈秸稈覆蓋處理（YZ、KZ）。

2.2.2 土壤儲水量

向日葵不同的生育時期中， 需水高峰期在現蕾期和開花期[21].由表 2 可知， 現蕾期及開花期各覆蓋處理的 0~100 cm 儲水量均顯著高于不覆膜處理。在現蕾期： 處理 DM、F0.9、MG 蓄水保墑效果較好，較 CK 分別提高 37.24 mm、25.03 mm、22.39 mm; 不同秸稈覆蓋處理之間， F0.9 顯著高于 F0.6、YZ、KZ.薄膜覆蓋處理間： DM 顯著高于 MG.在開花期： F0.9、DM、YZ 的儲水量較 CK 提高 38.05 mm、37.99 mm、36.73 mm.

不同秸稈覆蓋處理之間： F0.9、YZ 顯著高于F0.6、KZ.秸稈覆蓋對鹽漬土有非常明顯保持土壤水分的作用， 且其作用隨覆蓋量的增加而增強。塑膜與土壤表面之間形成的飽和水汽層能抑制蒸發，保持土壤中的水分。薄膜覆蓋處理間： DM 顯著高于MG.處理 MG 在生育期后期的儲水量降低較明顯，是因為在生育期后期由于風化等因素， 舊塑料薄膜破損程度較大。在向日葵整個生育期內， 覆蓋處理 DM、F0.9、YZ、F0.6、MG、KZ 的 0~100 cm 土壤儲水量平均值較 CK 分別提高 39.05 mm、33.15 mm、25.30 mm、23.18 mm、21.71 mm、20.25 mm, 其中各覆蓋處理均與 CK 差異顯著， DM 與 F0.9 差異不顯著， DM 與YZ、F0.6、MG、KZ 差異顯著。

變異系數為標準差與均值的比值， 是衡量系列數據變異程度的一個統計量。表 2 中各覆蓋處理的變異系數均顯著低于 CK.F0.9、DM 處理的變異系數較CK 降低 42.51%、38.80%, 并顯著低于其他覆蓋處理，在生育期內保持了較穩定的土壤墑情， CK 處理的土壤儲水量變異系數較高， 土壤蓄水保墑穩定性較低。

生育期結束后各處理儲水量與播前土壤儲水量的差值即儲水量變化量 ΔW.各處理在向日葵收獲后，儲水量都低于播前， 均為負值， 其中， F0.9、DM 儲水量變化量最小， 各覆蓋處理均與 CK 差異達到顯著水平（P<0.05）。說明覆蓋處理表現出了良好的蓄水保墑效應。

2.3 不同覆蓋方式對向日葵產量及水分利用效率的影響

定義向日葵單盤粒數中實粒數占實粒數與秕粒數之和的百分比為結實率。由表 3 可知， 覆蓋措施較 CK 顯著提高了向日葵的產量， DM 處理的產量最高， 比 CK 增產 69.0%, 達到 4 055.98 kg·hm-2.向日葵的產量特征表現為 DM>F0.9>YZ>F0.6>MG>KZ>CK, 各覆蓋處理均較 CK 顯著增產。百粒重表現為處理 DM、MG、YZ、F0.9、KZ 顯著高于 CK, 處理F0.6 高于 CK, 但差異不顯著。

水分利用效率為反映作物物質生產與水分消耗關系的指標。本研究中不同處理的水分利用效率存在較大差異， 覆蓋各處理水分利用效率都高于不覆蓋處理， 處理 DM、F0.9、YZ、F0.6、MG、KZ 的水分利用效率分別較 CK 提高 78.05%、72.58%、66.79%、54.72%、48.21%、13.13%.DM、F0.9、YZ 處理的作物水分利用效率顯著高于其他處理。作物水分利用效率是由多個參數因子共同決定的量，而每個參數因子對水分利用效率的影響方式和影響程度各不相同。覆蓋措施通過改善農田小環境提高了水分利用效率[22].

2.4 不同覆蓋方式對經濟效益的影響

對于鹽漬化耕地， 不同覆蓋措施的經濟效益是衡量技術措施實用性能的主要指標。經濟效益分析結果（表 4）表明， 各項覆蓋處理均較 CK 提高了純收入和產投比。DM、MG、F0.9、YZ、F0.6、KZ 較CK 增加收入 11 473.41 元·hm-2、8 436.03 元·hm-2、8 288.51 元·hm-2、7 828.60 元·hm-2、6 800.44 元·hm-2、999.67 元·hm-2.處理 DM、MG、YZ、F0.9、F0.6、KZ 的產投比最高， 比 CK 提高 56.59%、50.15%、39.55%、38.96%、32.86%、4.00%.處理 DM、MG、YZ、F0.9、F0.6 的產投比顯著高于 CK, KZ 與 CK間差異不顯著。

就投入與產出而言， 由于產量較高， 新地膜覆蓋和地膜二次利用處理的純收入及產投比顯著高于秸稈覆蓋。秸稈覆蓋各處理間， 玉米粉碎秸稈覆蓋量 9 000 kg·hm-2和玉米整稈覆蓋的純收入顯著高于玉米粉碎秸稈覆蓋量 6 000 kg·hm-2和向日葵整稈覆蓋， 玉米粉碎秸稈覆蓋量 9 000 kg·hm-2、覆蓋量6 000 kg·hm-2和玉米整稈覆蓋的產投比無顯著差異。

3 討論與結論

本研究從水、鹽、產量和經濟效益 4 個方面探討了秸稈覆蓋（整稈覆蓋、粉碎覆蓋）和地膜覆蓋（新地膜覆蓋、地膜二次利用）對河套灌區鹽漬土壤種植向日葵的影響效應， 得出如下結論：覆蓋措施具有能減少地表蒸發、蓄水保墑等效應。秸稈覆蓋、新地膜覆蓋、地膜二次利用處理均能夠較無覆蓋處理有效地減少無效蒸發， 玉米粉碎秸稈覆蓋量 9 000 kg·hm-2、新地膜覆蓋處理較未覆蓋顯著提高了向日葵生育期內 0~100 cm 土壤儲水量平均值。玉米粉碎秸稈覆蓋量 9 000 kg·hm-2、新地膜覆蓋處理的儲水量變異系數較未覆蓋降低42.51%、38.80%, 并顯著低于其他覆蓋處理， 在生育期內保持了較穩定的土壤墑情。未覆蓋的土壤儲水量變異系數較高， 土壤蓄水保墑穩定性較低。

生育期內 0~20 cm 土壤鹽分是影響向日葵產量的首要因素， 覆蓋層抑制了耕層積鹽， 改善了向日葵根系生長環境， 增強了向日葵對鹽分脅迫的生態適應性。在覆蓋處理之間， 玉米粉碎秸稈覆蓋量 9 000 kg·hm-2、新地膜覆蓋處理的土壤耕層含鹽量收獲后較播前減少 10.02%、3.78%, 土壤耕層呈脫鹽狀態， 而其余處理較播前積鹽。新地膜覆蓋與玉米粉碎秸稈覆蓋量 6 000 kg·hm-2的生育期內耕層0~20 cm 平均含鹽量值相同， 抑鹽效果相近， 覆蓋量9 000 kg·hm-2的含鹽量最低， 抑鹽效果最好。

向日葵整稈覆蓋 0~20 cm 土層平均含鹽量為3.97 g·kg-1, 抑鹽效果較弱， 是由于向日葵秸稈只有莖稈部分， 無葉片， 且材質較硬， 覆蓋后與地表面結合的不嚴實， 實際覆蓋度偏低， 使覆蓋層對土壤上界面水熱效應的影響減弱， 因此向日葵秸稈并不適合用作地面覆蓋材料。

關于覆蓋下鹽堿耕地種植向日葵的產量效應，地膜覆蓋與秸稈覆蓋相比較， 鄧力群等在渭北旱塬研究得出玉米秸稈覆蓋厚度為 5 cm 的處理， 油葵產量均高于覆膜及不覆蓋處理。而本研究得出地膜覆蓋的產量高于秸稈覆蓋處理， 這是由于地膜覆蓋增加了向日葵花盤籽粒數及單位面積株數。地膜二次利用處理較未覆蓋顯著提高了向日葵產量。史建國等在巴彥淖爾市臨河區的研究得出舊膜覆蓋較新膜覆蓋向日葵產量降低了 3.3%, 在本研究中， 地膜二次利用較新地膜覆蓋產量降低 16.18%, 降低幅度較大， 是由于舊膜經過前茬作物和凍融休閑期后，有一定的破損， 增溫、保水和抑鹽等效果減弱所致。

本研究未考慮在休閑期的覆蓋效應問題， 而休閑期存在秋季返鹽、秋澆淋鹽、凍融期內水熱鹽運移、春季返鹽等一系列問題， 針對休閑期地面覆蓋下鹽漬土壤水熱鹽效應問題， 應當進一步開展研究。

綜合以上分析， 將減少鹽漬化和增加純收入結合起來， 對于中度鹽漬耕地， 地膜覆蓋仍然是最有效的覆蓋方式。但考慮到減少殘膜對農業環境的污染因素， 將玉米粉碎秸稈覆蓋量 9 000 kg·hm-2或玉米整稈覆蓋或地膜的二次利用應用于生產實踐， 再結合科學的耕作措施和農藝技術， 將秸稈覆蓋技術和免耕技術逐步完善， 可減少殘膜對農業環境的污染， 節約降低農業資源的消耗， 達到增產增收， 可實現鹽堿地的高效利用。