近期，石河子大学刘洪光教授团队和天津农学院申孝军教授团队合作完成的题为“Deep vertical rotary tillage and planting density enhance salt leaching and water productivity via root-mediated processes in saline cotton fields”的研究在Journal of Integrative Agriculture（JIA）优先在线发表。该研究以滴灌条件下棉花根系优化为核心突破口，系统揭示了干旱区水盐胁迫环境下，粉垄深松与种植密度对新疆膜下滴灌棉田产能提升的协同作用机制。

研究思路与亮点

本研究创新在于基于长期膜下滴灌条件下耕作措施与栽培制度协同调控，通过粉垄深松与种植密度探索盐碱棉田的高效利用途径。针对滴灌导致盐分根区表聚形成盐岛效应、叠加传统浅翻形成紧实犁底层致使根区环境劣化的问题。粉垄深松可有效调控盐碱地的水盐时空消长，种植密度可通过根系构型影响水盐运移，但二者协同调控根区水盐微环境的机制尚不清晰。以根系形态为切入点，在长期膜下滴灌的新疆盐碱棉田设置粉垄深度与种植密度二因素裂区试验，揭示深松与种植密度协同调控根系介导的水盐消长机制，为滴灌条件下盐碱地高效开发利用提供理论依据。

图1 试验设计示意图

研究背景与技术路径

新疆棉区贡献全国92.2%的棉花产量，但极端干旱与严重盐碱化制约其生产潜力。膜下滴灌虽节水却导致盐分在根区表聚形成盐岛效应，叠加长期20 cm浅翻形成的紧实犁底层，致使棉花根区环境持续劣化。粉垄深松技术因能有效破碎犁底层、促进盐分淋洗而展现应用潜力，但其适宜作业深度以及与种植密度协同调控根系构型、空间分布与生理功能的机制尚不清晰，水盐运移规律、根冠互作机制及产量形成路径缺乏系统量化研究。针对这一科学问题，本研究于2021-2022年在新疆图木舒克市典型滴灌盐碱棉田开展裂区试验，主区设传统翻耕20 cm（D0）及粉垄深松20 cm（D1）、40 cm（D2）、60 cm（D3）共4种耕作深度，副区设17.6万株/hm²（R1）、21.1万株/hm²（R2）、26.4万株/hm²（R3），系统测定根系构型指标、根长密度空间分布、地上部生物量积累、土壤水盐pH动态、产量及水氮利用效率，运用偏最小二乘结构方程模型解析多因子间的复合驱动关系，旨在阐明粉垄深松与种植密度协同调控根系介导的水盐消长机制，为滴灌条件下盐碱地农业从依赖大水大肥转向物理调控与群体优化的可持续路径提供理论依据与技术方案。

创新性研究结果

• 阐明了粉垄深松与种植密度对滴灌盐碱棉田根系构型的调控机制

粉垄深度增加显著改善了根系发育参数。与常规耕作（D0R2）相比，D3R2使根系总表面积、体积和平均直径分别显著增加45.15%、34.85%和48.05%。根长密度空间分布揭示，D3处理下40-60 cm土层根长密度占比达38.54%，较D0处理提升一倍以上，而D0处理61.35%的根量集中于0-20 cm表层。这一结果证实，粉垄深松通过破除犁底层，促使棉花根系向深层拓展。种植密度效应则表现出阈值特征：适中密度（R2）最利于根系形态发育，而高密度（R3）导致根体积较R2下降11.49%、深层根长密度减少21.64%-34.81%，表明种内竞争加剧会抵消深松的促根效应。

图2 不同处理对根系形态指标的影响

• 阐明了粉垄深松与种植密度对滴灌盐碱棉田根区微环境指标的调控机制

连续两年监测显示，D3使0-20 cm表层土壤盐分由13.08 g/kg降至5.89 g/kg，脱盐率达55.15%，且土壤pH值由8.127降至7.933，降幅显著。同期40-60 cm土层出现轻微盐分累积，证实深松通过改善土壤孔隙结构与入渗性能，有效促进盐随水走的淋洗过程。

图3 不同处理对耗水量、水分生产率和氮肥偏生产力的影响

• 揭示了粉垄深松与种植密度对新疆膜下滴灌棉田产能提升的协同作用机理

产量分析表明，耕作深度与种植密度存在显著交互效应。在R2密度水平下，D1、D2、D3处理籽棉产量较D0分别增加11.46%-13.31%、33.46%-38.43%和50.02%-50.63%。D3R2为最优处理，两年平均增产50.33%。水氮分利用效率趋势一致：D3R2使水分利用效率提升56.61%-62.62%，氮肥偏生产力提升50.03%-50.63%。偏最小二乘结构方程模型进一步揭示，产量提升的主要驱动路径为：耕作深度→根系形态（根长密度、根表面积）→水分利用效率/氮肥偏生产力→产量，确立了根系形态在盐碱地作物生产力形成中的核心枢纽地位。

图4 不同处理与盐碱棉田多项指标的关系

基于田间试验研究结合主成分分析发现：适度深松（60 cm）与合理种植密度（21.1万株/hm²）能充分发挥两者之间的耦合效能，在促进根系向深层拓展的同时维持个体与群体的资源竞争平衡。

图5 基于主成分分析确定最优处理

石河子大学水利建筑工程学院刘洪光教授和天津农学院水利工程学院申孝军教授为共同通讯作者，博士生董建舒为第一作者。该研究获得国家自然科学基金（52479043）、新疆生产建设兵团财政科技计划（2023AB073）及中国科学院科研项目资助。

Cite the article:

Jianshu Dong, Hongguang Liu, Yuanhang Guo, Qiang Meng, Yibin Xu, Xiaojun Shen, Ke Zhang, Ke Sun. 2026. Deep vertical rotary tillage and planting density enhance salt leaching and water productivity via root-mediated processes in saline cotton fields. Journal of Integrative Agriculture, Doi:10.1016/j.jia.2026.01.023

https://doi.org/10.1016/j.jia.2026.01.023

Journal of Integrative Agriculture（《农业科学学报（英文）》, JIA）由中华人民共和国农业农村部主管，中国农业科学院与中国农学会主办，中国农业科学院农业信息研究所承办。综合性英文学术期刊，月刊。创刊于2002年，现任主编为中国科学院院士陈化兰。JIA主要栏目有作物科学、园艺、植物保护、动物科学、动物医学、农业生态环境、食品科学、农业经济与管理等。刊稿类型有综述、研究论文、简报以及评述等。全部论文在Elsevier-ScienceDirect (SD) 平台OA出版。最新SCI影响因子4.4，位于SCI-JCR农业综合学科Q1区。中国科学院分区农林科学1区。2016年以来先后获得中国科协等部委 “提升计划”“登峰计划”“卓越计划”项目支持。