Saline soils under dryland agriculture in southeastern Saskatchewan (Canada) and possibilities for their improvement

Summary

Yields of wheat, when grown on saline soil under dryland conditions were increased by treatments such as mulch, manure, high rates of nitrogen and phosphorus fertilizers in combination or alone and by Krilium. On the other hand, all treatments, with the exception of Krilium, had no effect on the salinity concentrations of the 0–6 inch soil layer. It was concluded that all three factors, namely fertility improvement, structure improvement, and moisture perservation contributed towards higher yields on saline soil. The return, however, as evidenced from field and growth room experiments, was decreasing with increasing salinity. This reduction in responsiveness, which is significant for practical agriculture, was ascribed mainly to a reduction in the availability of nutrients to plants when grown on saline soils.

An investigation into the water—salinity—plant-growth relationship showed that the summer fallow method favours salt accumulation in the soil surface horizon. Evaporation from the bare soil surface was lower on saline than on nonsaline soils which will lead to an accelerated salinization due to prolonged capillary flow. The water-use efficiencies of plants decreased with increasing salinity and, in relation to phosphorus levels, varied proportionally to the amounts of green weights produced.

Mean yields and mean salinities markedly changed during the course of the experiment as the result of climatic conditions. Variations in ionic composition of soil solutions as the result of their concentrations were evidenced, but these were not affected by the treatments.

Determinations of germination, rate of emergence, and thousand-kernel weights of wheat in relation to salinity and treatments provided additional information.

Zusammenfassung

Die Wirkung von Maßnahmen zur chemischen und physikalischen Verbesserung von Salzböden sowie die Effekte von Verdunstungsschutz in Form von Mulch wurden auf versalzten Böden im “dryland farming” Gebiet von Südost Saskatchewan an Hand von chemischen Analysen und Pflanzenerträgen geprüft. Hierbei zeigte sich, daß Bodenbehandlungen wie Mulch, Stallmist, hohe Gaben von Stickstoff und Phosphor allein oder kombiniert und Krilium die Erträge von Weizen auf Salzböden zu steigern vermochten. Auf der anderen Seite bewirkten aber diese Behandlungen, mit Ausnahme von Krilium, keine Verringerung der Salzgehalte der obersten Bodenschicht. Es wurde gefolgert, daß die Ertragszunahmen auf Grund der angewandten Bodenbehandlungen (mit Ausnahme von Krilium) auf einer Verbesserung von Wachstumsfaktoren und nicht auf einer Salzverringerung beruhen. Somit wurde die ursprünglich gestellte Frage über die Art der Wirksamkeit der angewandten Mittel beantwortet.

Die Verbesserung der Salzböden im Nährelementhaushalt durch mineralische Düngung zeigte allgemein niedrigere absolute Ertragszunahmen in versalzten wie in nicht versalzten Böden. Diese für die Praxis wichtige Tatsache kam besonderes deutlich im Gewächsraumversuch zum Ausdruck, wo Ertragszunahmen mit steigenden Phosphorgaben bei der höchsten Versalzungsstufe und sonst guter Nährstoffversorgung völlig ausblieben. Es erscheint wahrscheinlich, daß die verminderten Ertragszunahmen hauptsächlich auf einer Verringerung der Verfügbarkeit der zugeführten Nährelemente im Salzboden beruhen. Diese Folgerung wurde durch den Feldversuch erhärtet, wo übliche Gaben von Ammoniumphosphat auf Salzböden überhaupt keine Ertragserhöhungen bewirkten, die jedoch auf nicht versalzten ähnlichen Böden regelmäßig eintraten.

Die verbessernde Wirkung von organischer Substanz kam in einigen Ertragszunahmen von Weizen zum Ausdruck (Tab. 4). Auf eine “meliorative” Wirkung von organischer Substanz (sowie der meisten anderen angewandten Mittel) auf Salzböden konnte auf Grund der ausbleibenden Salzverringerung nicht geschlossen werden. Eine Verringerung im Salzgehalt trat jedoch — wenn auch in geringem Maße — durch “Krilium”-Zusatz ein, die auf eine Strukturverbesserung mit gleichzeitiger Salzauslaugung zurückgeführt wurde. Gips dagegen war wirklungslos, was auf eine zu geringe Löslichkeit im semiariden Klimagebiet schließen läßt. Mulch bewirkte auf Salzböden im allgemeinen die höchsten Ertragszunahmen für Weizen, da durch den Verdunstungsschutz und der dadurch hervorgerufenen Wasserersparnis die vergleichsweise hohen osmotischen Saugdrücke der salzreichen Bodenlösung verringert wurden.

Eine Bewertung der Beziehungen zwischen Versalzung, Pflanzenwuchs und Wasser wurde durch eine vergleichende Betrachtung von Brache und bebautem Land, durch die Verwendung von Mulch sowie durch einen Gewächsraumversuch ermöglicht. Im Freiland zeigte sich, daß die Brache eine Erhöhung der Salzkonzentration der obersten Bodenschicht bewirkte. Messungen von Evaporationsraten von nicht pflanzenbewachsenen Böden im Gewächsraum ergaben eine Abnahme der Evaporation von Bodenwasser mit steigendem Salzgehalt auf Grund verringerter Dampfdrucke. Aufs Freiland übertragen, würde dieses eine zeitlich verlängerte und insgesamt erhöhte kapillare Wasserbewegung im versalzten Boden gegenüber dem nicht versalzten Boden bedeuten. Hieraus ergibt sich eine Beschleunigung der Oberflächenversalzung durch Brache, wodurch die Richtigkeit der Anwendung dieser Kulturmaßnahme, die der Speicherung von Niederschlagswasser und der Unkrautbekämpfung dient, auf versalzungsgefährdeten Böden in Frage gestellt werden muß.

Das Verhältnis von Ertrag zu Wasserverbrauch durch Transpiration oder Evapotranspiration nahm beim Weizen im allgemeinen mit steigendem Salzgehalt des Bodens ab. Das aus Tab. 1 ersichtliche Ergebnis, wobei das Optimum der Transpirationsproduktivität von Weizen bei einer Versalzung von 9 mmhos/cm liegt, erscheint auf Grund eines Wurzelfäulebefalls der Weizenpflanzen in den nicht versalzten Kontrollböden (1 mmhos/cm) als nicht voll gesichert. Steigende Phosphorgaben im Gewächsraumversuch hatten, mit Ausnahme der höchsten Versalzungsstufe, einen günstigen Einfluß auf die Produktivität der Wasserausnutzung von Weizen. Hierbei zeigte sich eine Proportionalität zwischen der Produktivität der Wasserausnutzung und dem Ertrag.

Im Freilandversuch ergaben sich auf Grund klimatischer Schwankungen beachtliche Veränderungen in der Salzkonzentration der obersten Bodenschicht (Fig. 2), die in erster Linie die Höhe des Ertrages von Weizen bestimmten. Änderungen in der Gesamtsalzkonzentration waren auch mit Verschiebungen in der Ionenzusammensetzung der Bodenlösung verbunden (Tab. 3). Ein Einfluß der Bodenbehandlungen auf die qualitative Salzzusammensetzung der Bodenlösungen blieb jedoch aus.

Der Einfluss verschiedener Salzgehalte auf Keimung und qualitative Getreidekornausbildung (1000-Korngewicht) in Abhängigkeit von Bodenbehandlungen wurden beschrieben und ist im wesentlichen aus Fig. 1 und Tab. 4 ersichtlich.