耐鹽堿植物對濱海鹽堿地的改良效果1)

高彥花 張華新 楊秀艷 劉 濤

(中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)研究所，北京，100091)

在鹽堿地中，土壤鹽分是影響土壤微生物和土壤養(yǎng)分的主要限制因子，而土壤微生物和土壤養(yǎng)分是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成成分，也是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)［1］。所以，研究濱海鹽堿地的土壤微生物和土壤養(yǎng)分的分布狀況及其與土壤鹽分的關(guān)系，對于合理利用濱海和改善生態(tài)環(huán)境具有重大意義。天津地處華北平原東北部，該地區(qū)鹽堿地分布廣泛，據(jù)第二次天津土壤普查資料統(tǒng)計(jì)，天津鹽堿地面積達(dá)49.3萬hm2，占全市土地總面積的42.3%［2］，對于該地區(qū)鹽堿地的改良與利用一直備受重視。近年來，有學(xué)者對該地區(qū)鹽堿土做了相關(guān)研究［3-4］，然而，對于如何有效地改良該地區(qū)鹽堿地的研究鮮有報(bào)道。

種植耐鹽堿植物是改良鹽堿地的最佳措施之一，如張麗珍等［5］在大同盆地鹽堿灘地上進(jìn)行檸條的種植試驗(yàn)。結(jié)果表明，種植檸條的試驗(yàn)地同原生鹽堿灘地相比，土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯減少，土壤養(yǎng)分含量增加。林學(xué)政等［6］通過比較種植鹽地堿蓬土壤和對照土壤的電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)和微生物差異，電導(dǎo)率與對照相比下降13%，有機(jī)質(zhì)和總氮與對照土壤相比分別增加43%和18%，微生物數(shù)量明顯增加，表明種植鹽地堿蓬對改善濱海鹽堿地的生態(tài)環(huán)境有明顯效果。系統(tǒng)、深入地研究不同耐鹽堿植物對土壤肥力狀況的影響，選擇適宜的樹種對鹽堿土進(jìn)行改良，對開發(fā)濱海地區(qū)鹽堿化土地，改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

白刺(Nitraria tangutorum)、杜梨(Pyrus betulaefolia)和銀水牛果(Shepherdia argentea)是重要的耐鹽堿植物。筆者以在天津?yàn)I海鹽堿地栽植這3種植物4 a后的林地土壤為研究對象，對林地土壤微生物、養(yǎng)分、鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析，研究不同耐鹽堿植物對該地區(qū)鹽堿地的改良情況，旨在為濱海鹽堿地的開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境植物修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究地概況

試驗(yàn)地位于天津?yàn)I海新區(qū)耐鹽堿植物科技園內(nèi)(38°76'N，117°22'E)。地勢平坦，平均海拔為3 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫高濕。年平均氣溫12.1℃，年平均無霜期為211 d，年平均降水量593.6mm，約75%的降水量集中于7—9月份，年蒸發(fā)量為1 800 mm，是降水量的3倍。該區(qū)屬于華北平原濱海沉積區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單。土壤屬于濱海鹽土，土質(zhì)黏重，滲透性很差。土壤pH=7.5～8.5，偏堿性，肥力較低，天然地被植物主要有油蒿(Artemisia ordosica)、稗草(Echinochloa crusgalli)、芨芨草(Achnatherum splendens)等雜草。

2 材料與方法

樣地設(shè)置與土壤樣品采集：2006年春，在耐鹽堿植物科技園內(nèi)布設(shè)相鄰的3塊30 m×30 m試驗(yàn)林地，各林地間隔5 m，分別栽植1年生苗木白刺、杜梨、銀水牛果3種耐鹽堿植物，株行距分別為：白刺0.5 m×0.5 m、杜梨 2 m×2 m、銀水牛果2 m×2 m。2010年8月份在3塊林分中分別隨機(jī)選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行土樣采集，因?yàn)樵?塊林地中植物根系主要分布在0～30 cm土層中，所以采樣深度(h)為0＜h≤10 cm、10 cm＜h≤20 cm、20 cm＜h≤30 cm，取適量土壤裝入無菌袋，每個(gè)樣裝2份。1份保存在4℃冰箱中，用于微生物的測定;另一份風(fēng)干后測定土壤養(yǎng)分和鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。另取林地間隔地帶中間處土壤作為對照，取樣方法同上。

土壤微生物數(shù)量測定：細(xì)菌、放線菌、真菌利用稀釋平板法測定［7］。細(xì)菌：采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，土壤稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-3、10-4、10-5;放線菌：采用改良高氏一號培養(yǎng)基，土壤稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-3、10-4、10-5;真菌：采用馬丁氏培養(yǎng)基，土壤稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-1、10-2、10-3，每一質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別做3次重復(fù)。細(xì)菌在35℃溫度下恒溫培養(yǎng)24 h，真菌和放線菌在28℃條件下恒溫培養(yǎng)72 h，然后選取每皿菌落數(shù)量為15～150個(gè)的一個(gè)稀釋質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)量，按如下公式計(jì)算微生物數(shù)量。

土壤養(yǎng)分和鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定：土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用常規(guī)的殘?jiān)娓煞ㄟM(jìn)行測定;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測定;全N用半微量凱氏法;全P用H2SO4-HClO4消煮，鉬藍(lán)比色法測定;有效N用堿解擴(kuò)散法測定;有效P利用0.15 mol/L的碳酸氫鈉提取樣品后，用鉬藍(lán)比色法測定;有效K用1 mol/L的醋酸鈉提取土壤樣品后，用火焰光度計(jì)測定［8］。

數(shù)據(jù)處理與分析：用Excel進(jìn)行圖表處理，SPSS16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 耐鹽堿植物對土壤鹽分的影響

白刺、杜梨和銀水牛果林地土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于對照土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)(表1)。3種耐鹽堿植物林地不同土層土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.426～1.900 g·kg-1，在空間分布上比較均勻，基本沒有變化。對照土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨深度增加鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸降低，在0＜h≤10 cm、10 cm＜h≤20 cm、2 0cm＜h≤30cm土層鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.143、4.286、5.717 g·kg-1，顯著高于同層耐鹽堿植物林地土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。白刺、杜梨和銀水牛果林地土壤鹽分在0～30 cm土層分布均勻，原因可能是由于植物根系對礦質(zhì)離子的吸收作用，使得礦質(zhì)離子均勻分布在植物根系周圍。而在對照土壤中沒有植物根系的作用，在夏季雨水較多的情況下土壤中的鹽分隨雨水入滲向下層土壤移動(dòng)，出現(xiàn)下層土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于上層土壤?？梢?，種植耐鹽堿植物可以有效降低鹽堿土鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

表1 各林地土壤鹽分的空間分布

3.2 耐鹽堿植物對土壤微生物數(shù)量的影響

3.2.1 土壤微生物在不同土層深度的分布

對試驗(yàn)樣地土壤細(xì)菌、放線菌和真菌的數(shù)量進(jìn)行測定。結(jié)果表明，3大類土壤微生物數(shù)量隨深度增加而減少，微生物主要分布在0＜h≤20 cm土壤深度范圍內(nèi)，其中0＜h≤10 cm微生物數(shù)量要略高于10 cm＜h≤20 cm土層微生物數(shù)量，20 cm＜h≤30 cm土壤微生物數(shù)量明顯低于10 cm＜h≤20 cm微生物數(shù)量(表1)。土壤微生物的這種垂直變化規(guī)律主要受兩方面影響：一是土壤養(yǎng)分的供應(yīng)，植物的枯枝落葉使得土壤表層有機(jī)質(zhì)含量豐富［9］，而且植物根系基本分布于0＜h≤20 cm土層范圍內(nèi)，根系分泌物和脫落物也為微生物的生長繁殖提供了有機(jī)養(yǎng)料;二是土壤的通氣狀況，土壤通氣性良好可以為促進(jìn)好氣性微生物生長繁殖創(chuàng)造有利條件［10］。試驗(yàn)樣地中3大類土壤微生物數(shù)量排序?yàn)椋杭?xì)菌＞放線菌＞真菌，放線菌數(shù)量和細(xì)菌相差1個(gè)數(shù)量級，數(shù)量相差不是很大，真菌和細(xì)菌相差3個(gè)數(shù)量級，真菌數(shù)量最少。這是因?yàn)榧?xì)菌和放線菌適宜在pH為中性或微堿性的環(huán)境中生長，而真菌只有在酸性環(huán)境中才能生長良好［11］，實(shí)驗(yàn)地區(qū)為濱海鹽堿地，pH=7.5～8.5，土壤呈堿性，所以真菌數(shù)量很少。

表2 林地不同土層深度土壤微生物分布

3.2.2 土壤微生物在不同林地的分布

由表3可知，3種林地與對照土壤中細(xì)菌和放線菌數(shù)量呈現(xiàn)出一致的規(guī)律性，數(shù)量大小排序?yàn)椋喊状蹋径爬妫緦φ眨俱y水牛果，其中白刺和杜梨林地土壤中的細(xì)菌數(shù)量為對照土壤的2.29和1.92倍，放線菌數(shù)量為對照土壤的4.05和3.89倍，差異都達(dá)到了顯著水平(P＜0.05)。銀水牛果林地和對照土壤細(xì)菌和放線菌數(shù)量較少，且無顯著差異(P＞0.05)。土壤中真菌數(shù)量排序?yàn)椋恒y水牛果＞白刺＞杜梨＞對照，銀水牛果、白刺和杜梨林地土壤中真菌數(shù)量為對照的4.65、4.21和3.06倍，達(dá)到顯著差異水平(P＜0.05)。

表3 不同林地土壤微生物數(shù)量分布

從微生物總量來看，白刺林下土壤微生物數(shù)量最多，杜梨林下土壤微生物數(shù)量次之，銀水牛果林地和對照土壤微生物數(shù)量相當(dāng)，數(shù)量較少。銀水牛果林地土壤真菌數(shù)量較多，可能是其特有的植物殘?bào)w分解致使林下土壤環(huán)境適宜真菌的生長繁殖。

3.3 耐鹽堿植物對土壤養(yǎng)分的影響

3.3.1 土壤養(yǎng)分在不同土層深度的分布

有機(jī)質(zhì)是土壤養(yǎng)分的主要來源，可以促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)形成，改善土壤物理性質(zhì)，提高土壤的保肥能力和緩沖性。白刺、杜梨林地土壤在0＜h≤20 cm土層有機(jī)質(zhì)較多，20 cm＜h≤30 cm土層有機(jī)質(zhì)明顯減少;銀水牛果林地土壤有機(jī)質(zhì)主要分布在0＜h≤10 cm土層，10 cm＜h≤30 cm 土層有機(jī)質(zhì)較少;對照土壤有機(jī)質(zhì)在各土層中都較少，且隨深度增加呈逐漸下降的趨勢。N、P、K是植物生長所必需的大量營養(yǎng)元素，在3種耐鹽堿植物林地和對照土壤中都呈現(xiàn)隨土層深度加深而減少的趨勢。由于植物的枯枝落葉和根系分泌物是土壤養(yǎng)分的重要來源，這些植物殘?bào)w處于土壤表層，所以上層土壤養(yǎng)分高于下層。3.3.2 土壤養(yǎng)分在不同林地的分布

表4 4種植被類型下土壤養(yǎng)分

由表5可以看出，土壤中有機(jī)質(zhì)、全N和堿解N質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3種林地和對照土壤的排序都為：白刺＞杜梨＞銀水牛果＞對照，且有機(jī)質(zhì)和堿解N質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3林地和對照土壤中均達(dá)到顯著差異(P＜0.05);在土壤全N質(zhì)量分?jǐn)?shù)方面，白刺、杜梨和銀水牛果林地之間差異達(dá)到顯著水平(P＜0.05)，銀水牛果林地和對照差異不顯著(P＞0.05)。全P和速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序都為：銀水牛果＞杜梨＞白刺＞對照，對照土壤全P和速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于另外3種林地土壤，均達(dá)到顯著差異水平(P＜0.05)。速效K的質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序?yàn)椋喊状蹋俱y水牛果＞杜梨＞對照，白刺林地土壤速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于另外3種林地土壤，杜梨和銀水牛果林地土壤速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著(P＞0.05)，對照土壤速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯低于另外3種林地土壤。

表5 不同林地土壤養(yǎng)分分布

華北地區(qū)不同肥力等級土壤的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為：高肥力地＞15.0 g·kg-1;中等肥力地 10.0～14.0 g·kg-1;低等肥力地 5.0～10.0 g·kg-1［8］。本研究中白刺、杜梨、銀水牛果和對照土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：24.65、18.87、14.25、8.51 g·kg-1。因此可知白刺和杜梨林地土壤達(dá)到高肥力水平，銀水牛果林地土壤為中等肥力水平，對照土壤屬低等肥力。總體來看，對照土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)高于另外3種林地，土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序?yàn)椋喊状蹋径爬妫俱y水牛果＞對照。所以，白刺、杜梨和銀水牛果具有改良濱海鹽堿土的效果，其中白刺對鹽堿地的改良效果最好，杜梨次之，銀水牛果較差。

3.4 耐鹽堿植物林地土壤鹽分、養(yǎng)分和微生物數(shù)量的相關(guān)分析

3種耐鹽堿植物林地土壤微生物、土壤養(yǎng)分和鹽分相關(guān)性分析結(jié)果表明(表6)，細(xì)菌、放線菌和真菌數(shù)量與有機(jī)質(zhì)、全N、堿解N、速效K呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01)，真菌與全P、速效P呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P＜0.01);放線菌和真菌與土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05);速效P與土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，有機(jī)質(zhì)和全P與土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜0.05)?？芍寥牢⑸锱c土壤養(yǎng)分及土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)密切相關(guān)，微生物數(shù)量和土壤養(yǎng)分隨鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而減少，微生物數(shù)量隨土壤養(yǎng)分的增加而增加。因此，在濱海鹽堿地區(qū)種植耐鹽堿植物可以有效降低土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，增加土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量，對鹽堿地的改良效果顯著。

表6 土壤微生物與土壤養(yǎng)分、鹽分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)分析

4 結(jié)論與討論

對天津?yàn)I海鹽堿地白刺、杜梨、銀水牛果造林地進(jìn)行了土壤微生物、土壤養(yǎng)分和鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析測定，結(jié)果表明：土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～30 cm土層中基本沒有變化，都較低;土壤微生物和土壤養(yǎng)分在0～30 cm深度土層范圍內(nèi)隨深度加深而減少，這可能是因?yàn)榭葜β淙~和根系分泌物集中在上層土壤，土壤養(yǎng)分高，加之表層土壤的水熱條件和通氣狀況良好，為微生物生長創(chuàng)造了有利環(huán)境。本研究結(jié)果與大多數(shù)學(xué)者研究結(jié)果一致［9，12-15］。

土壤微生物和土壤養(yǎng)分密切相關(guān)［16］，土壤養(yǎng)分主要是來源于植物的枯枝落葉，枯枝落葉轉(zhuǎn)化為植物能吸收利用的土壤養(yǎng)分需要微生物作為推動(dòng)力，土壤微生物參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解，腐殖質(zhì)的合成和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化等過程，而土壤中的植物殘?bào)w和根系分泌物為微生物生命活動(dòng)提供所需要的各種元素和多種營養(yǎng)物質(zhì)。

鹽堿土中高的鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)引起土壤物理性質(zhì)的惡化，同時(shí)也對植物產(chǎn)生嚴(yán)重危害［17］，從而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分匱乏和微生物數(shù)量的降低。所以土壤養(yǎng)分和土壤微生物具有相互依存、相互促進(jìn)的關(guān)系，而土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)與土壤養(yǎng)分和土壤微生物數(shù)量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

不同植物由于新陳代謝和土壤中殘留的根、莖、葉的差異，造成土壤中有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分含量不盡相同［18］，同時(shí)也對土壤中微生物數(shù)量和分布狀況產(chǎn)生影響。植被覆蓋度增加可以較少地面水分蒸發(fā)，降低土壤毛管水的運(yùn)動(dòng)，從而減少鹽分隨水分通過毛管向上層土壤運(yùn)行，降低土壤鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)。白刺、杜梨、銀水牛果在造林4a后，同對照土壤相比，其土壤養(yǎng)分和微生物數(shù)量明顯增加，鹽分質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低。這表明此3種耐鹽堿植物可以有效地促進(jìn)土壤脫鹽，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力。總體來看白刺對于鹽堿地的改良效果最好，其次是杜梨，銀水牛果的改良效果較差。

種植耐鹽堿植物是改良濱海鹽堿土的一種有效途徑，為了取得最佳的鹽堿地改良效果，對于耐鹽堿植物的選擇、配置以及采用何種造林方式，還需在以后的實(shí)踐過程中不斷探索。另外，值得注意的是，在本研究中，銀水牛果林地土壤養(yǎng)分和微生物含量明顯低于前兩者，而其土壤中真菌數(shù)量和P質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于白刺和杜梨林地土壤，可能因?yàn)殂y水牛果對其林下土壤狀況的影響同其它植物相比有其特殊性，這一問題有待于今后進(jìn)行深入研究。

［1］邵玉琴，敖曉蘭，宋國寶，等.皇甫川流域退化草地和恢復(fù)草地土壤微生物生物量的研究［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(5)：578-580.

［2］蔣德勤.天津土種志［M］.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

［3］支歡歡，楊敏生，董宇，等.天津?yàn)I海地區(qū)鹽堿土季節(jié)動(dòng)態(tài)變化［J］.土壤學(xué)報(bào)，2010，47(1)：187-191.

［4］孫佳杰，尹建道，解玉紅，等.天津?yàn)I海鹽堿土壤微生物生態(tài)特性研究［J］.南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，34(3)：57-61.

［5］張麗珍，牛偉，牛宇，等.檸條對鹽堿地植被組成及土壤特性的影響［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(9)：4693-4699.

［6］林學(xué)政，沈繼紅，劉克齋，等.種植鹽地堿蓬修復(fù)濱海鹽漬土效果的研究［J］，海洋科學(xué)進(jìn)展，2005，23(1)：65-69.

［7］許光輝，鄭洪元.土壤微生物分析方法手冊［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1993.

［8］鮑士旦.土壤農(nóng)化分析［M］.3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［9］姚拓，龍瑞軍.天祝高寒草地不同擾動(dòng)生境土壤三大類微生物數(shù)量動(dòng)態(tài)研究［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2006，15(2)：93-99.

［10］郝余祥.土壤微生物［M］.北京：科學(xué)出版社，1982.

［11］薛立，鄺立剛，陳紅躍，等.不同林分土壤養(yǎng)分、微生物與酶活性的研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2003，40(12)：280-285.

［12］劉瑜，褚貴新，梁永超，等.不同種植方式對北疆綠洲土壤養(yǎng)分和生物學(xué)性狀的影響［J］.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2010，18(3)：465-471.

［13］齊澤民，王開運(yùn)，張遠(yuǎn)彬，等.川西亞高山林線過渡帶及鄰近植被土壤性質(zhì)［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29(12)：6326-6332.

［14］高雪峰，韓國棟，張功，等.放牧對荒漠草原土壤微生物的影響極其季節(jié)動(dòng)態(tài)研究［J］.土壤通報(bào)，2007，38(1)：145-148.

［15］鐘芳，趙瑾，孫榮高，等.蘭州南北兩山五類喬灌木林草地土壤養(yǎng)分與土壤微生物空間分布研究［J］.草業(yè)學(xué)報(bào)，2010，19(3)：94-101.

［16］Attiwill PM，Adams M A.Tansley Review No.50 Nutrient cycling in forests［J］.New Phytologist，1993，124：561-582.

［17］何文義，于濤，蔡玉梅.鹽堿地的治理與利用［J］.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，29(增刊)：158-160.

［18］王國生，溫洪，高占棋，等.不同植物群落對土壤主要營養(yǎng)指標(biāo)的影響［J］.草業(yè)科學(xué)，2009，26(11)：93-96.