鹽堿化棄耕地開墾前后土壤養(yǎng)分含量的變化*

程志博，周曉琴，費(fèi) 茂，張鳳華*

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

鹽堿化棄耕地開墾前后土壤養(yǎng)分含量的變化*

程志博，周曉琴，費(fèi) 茂，張鳳華*

（石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 石河子 832000）

本研究采用田間定位試驗(yàn)，以瑪納斯河流域鹽堿化棄耕地為研究對(duì)象，探究開墾前后土壤基本養(yǎng)分含量的變化。結(jié)果表明，棄耕地開墾后土壤有機(jī)碳較開墾前增加24.1%。土壤速效磷、堿解氮和速效鉀平均含量開墾后較開墾前顯著增加。從土層來看，開墾前后土層之間差異顯著，均隨土層加深呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。開墾后土壤全磷和全鉀較開墾前顯著增加，開墾前后土壤全磷平均含量分別為0.7mg/kg和0.8 mg/kg；全鉀平均含量分別為22.9mg/kg和24.8mg/kg。土壤碳、氮、磷在整個(gè)土壤養(yǎng)分循環(huán)中是相互耦合的。

棄耕地；鹽堿化；開墾；養(yǎng)分循環(huán)

鹽堿地是重要的土地資源。新疆的土壤鹽漬化問題尤為突出，土壤鹽漬化一方面降低了土地利用率，影響綠洲生態(tài)的穩(wěn)定性，甚至在一定程度上加速了干旱區(qū)荒漠化的發(fā)生。另一方面造成作物產(chǎn)量的降低，耕地面積的縮小，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。新疆由于長(zhǎng)期不合理的灌溉破壞了原有的水鹽平衡，加之強(qiáng)烈的蒸發(fā)促使土地次生鹽漬化的加劇，導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降，大面積農(nóng)田被迫棄耕[2-3]。因此，鹽堿化棄耕地的恢復(fù)就顯得尤為重要。目前，鹽堿地的治理主要包括物理、化學(xué)和生物3個(gè)方面[4]。植物改良土壤鹽堿化的作用表現(xiàn)在植物覆蓋地表，可以減少地表蒸發(fā)，減少鹽分在地表的積累。種植根系發(fā)達(dá)的作物，不但可以改變鹽堿地土壤養(yǎng)分狀況，而且由于根系發(fā)達(dá)，可以有效增加土壤中微生物含量，在一定程度上可以改良土壤。本研究采用田間定位試驗(yàn)，以瑪納斯河流域鹽堿化棄耕地為研究對(duì)象，探究開墾前后土壤基本養(yǎng)分含量的變化，為鹽堿地的生物改良提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)點(diǎn)位于瑪納斯河流域沖積平原典型的鹽漬化棄耕地，地理位置東經(jīng)85°37′E，北緯44°33′N，海拔378m，為典型大陸性氣候，干旱少雨，濕度小，蒸發(fā)量大，日照充足，≥10℃的活動(dòng)積溫達(dá)到3570～3729℃，年日照時(shí)數(shù)為2721～2818h，無霜期為168～171d，年平均降水量153mm，年平均蒸發(fā)量為2005mm，超過自然降水量的13倍，易發(fā)生土壤次生鹽漬化棄耕現(xiàn)象，土質(zhì)多系鹽堿土、荒漠灰鈣土，研究區(qū)自然植被以荒漠植被為主，植物種類單一稀疏、群落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單是地表植被的主要特征。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)點(diǎn)選擇在新疆瑪納斯河流域中部沖積扇緣西古鎮(zhèn)（2008—2010年，一四七團(tuán)復(fù)墾鹽漬化棄耕地0.19hm2），開墾前其植被主要有紅柳、豬毛柴、鹽爪爪、鹽穗木、補(bǔ)血草等植被，覆蓋率為50%～60%。試驗(yàn)點(diǎn)選擇因鹽漬化嚴(yán)重而棄耕的地作為樣地，自2009年起于樣地種植棉花作物。2014年7月分別選取復(fù)墾前和復(fù)墾后的樣地進(jìn)行采樣，按照“S”形取樣法，每塊樣地選取5個(gè)樣點(diǎn)挖取土壤剖面，分別取0～5cm、5～10cm、10～20cm、20～40cm和40～60cm土層土樣，帶回實(shí)驗(yàn)室后分別將每層的5個(gè)土樣混合。自然風(fēng)干后，剔除粗根和小石塊，磨碎過2mm篩測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定方法均來自 《土壤農(nóng)化分析》[5]；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法；土壤全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；土壤全鉀采用NaOH熔融-火焰光度計(jì)法；堿解氮采用堿解擴(kuò)撒法；土壤速效磷采用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法；數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel、SPSS19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 開墾前后土壤有機(jī)碳含量的變化

圖1 復(fù)墾前后不同土層土壤有機(jī)碳含量的變化

土壤有機(jī)碳是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。鹽堿化棄耕地開墾后土壤有機(jī)碳隨土層的變化如圖1所示。隨土層的加深，土壤有機(jī)碳含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且土層之間差異顯著，說明土層顯著影響著有機(jī)碳的分布。開墾前后，土壤有機(jī)碳在0～5cm和10～20cm土層顯著高于其它土層；開墾前后有機(jī)碳差異顯著，開墾后顯著高于開墾前。棄耕地開墾后土壤有機(jī)碳較開墾前增加24.1%。

2.2 開墾前后土壤速效養(yǎng)分含量的變化

速效養(yǎng)分指當(dāng)季作物能夠直接利用的養(yǎng)分，其含量高低是衡量土壤養(yǎng)分供給能力的重要指標(biāo)。整體來看，土壤速效磷平均含量開墾后較開墾前顯著增加79.9%（圖2）。從土層來看，開墾前后土層之間差異顯著，均隨土層加深呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。0～5cm和10～20cm土層土壤速效磷含量均顯著高于其它土層。從水平方向來看，40～60cm土層土壤速效磷差異不顯著，分別為2.3mg/kg和2.0mg/kg，但顯著低于其它土層。由圖3可知，開墾前后土壤堿解氮平均含量分別為10.7mg/kg和32.1mg/kg，開墾前后土壤堿解氮含量隨土層的變化與速效磷的分布相類似。開墾前后不同土層土壤速效鉀含量的變化如圖4所示，開墾前后土壤速效鉀含量差異顯著，平均含量分別為268.3mg/kg和336.5mg/kg。從土層來看，開墾前0～5cm土層速效鉀含量顯著高于其它土層，5～40cm土層差異不顯著；開墾后0～10cm土層速效鉀含量顯著高于其它土層，10～40cm土層差異不顯著。

圖2 開墾前后不同土層土壤速效磷含量的變化

圖3 開墾前后不同土層土壤堿解氮含量的變化

表1 土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)

圖4 開墾前后不同土層土壤速效鉀含量的變化

2.3 開墾前后土壤全量養(yǎng)分含量的變化

圖5 開墾前后不同土層土壤全磷和全鉀含量的變化

圖6 開墾前后不同土層土壤全鉀含量的變化

土壤全量養(yǎng)分狀況決定著土壤潛在供應(yīng)養(yǎng)分的能力，是氣候、地形、植被及土壤因素等自然條件的綜合反映。整體來看，開墾后土壤全磷和全鉀較開墾前顯著增加，開墾前后土壤全磷平均含量分別為0.7 mg/kg和0.8mg/kg；全鉀平均含量分別為22.9mg/kg和24.8mg/kg。從土層來看，開墾前5～10cm土層土壤全磷顯著高于其它土層，且土層之間差異顯著。開墾后0～5cm土層顯著高于其他土層，5～20cm土層差異不顯著。土壤全鉀含量隨土層的變化差異不顯著。

2.4 土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性

通過相關(guān)分析可知（表1），土壤有機(jī)碳與速效磷、堿解氮、速效鉀和全磷呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系；速效磷與堿解氮和全磷呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；土壤堿解氮與速效鉀、全磷和全鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；速效鉀與全磷、堿解氮呈顯著相關(guān)關(guān)系。

3 小結(jié)與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，鹽堿化棄耕地通過種植植被復(fù)墾，土壤有機(jī)碳含量顯著提高，這主要是由于開墾前，棄耕地上的植物群落結(jié)構(gòu)單一，有機(jī)物的輸入有限，開墾后植物的枯枝落葉、根系、動(dòng)物及微生物殘?bào)w，大大增加了土壤中有機(jī)碳含量。開墾后土壤中速效磷、堿解氮、速效鉀、全磷和全鉀含量均顯著增加。其中土壤中速效鉀和全鉀的含量較高，這與研究區(qū)域的土壤化學(xué)背景有關(guān)。通過相關(guān)分析可以看出，土壤有機(jī)碳與速效磷、堿解氮和全磷呈極顯著相關(guān)關(guān)系，說明土壤磷素和氮素在碳素的累積與存儲(chǔ)中起到重要作用。全磷與速效磷、堿解氮以及速效鉀之間顯著相關(guān)。土壤全鉀除與堿解氮呈極顯著相關(guān)關(guān)系外，與其它養(yǎng)分之間相關(guān)性不顯著，這主要是由于土壤鉀素易受成土母質(zhì)影響，在研究區(qū)整體含量較高，因此與其他養(yǎng)分相關(guān)性不顯著。以上結(jié)論可以看出，土壤碳、氮、磷在整個(gè)土壤養(yǎng)分循環(huán)中是相互耦合的，這與王靜雅[6]的研究一致?？傊?，開墾后較開墾前鹽堿化棄耕地的養(yǎng)分狀況得到了一定的改善。

[1]劉易，王新勇，趙振勇，等.施用改良劑后鹽漬化土壤養(yǎng)分和棉花產(chǎn)量變化[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014，30（12）：253.

[2]EynardA，SchumacherTE，LindstromMJ，etal.Effectsof agriculturalmanagementsystemsonsoilorganiccarbonin aggregatesofUstollsandUsterts.SoilandTillageResarch，2005，81（2）：253-263.

[3]FanH，Pan X D，ZhangF H，etal.Evaluation ofsoil environmentaftersalinesoilreclamationofXinjiangOasis. AgronomyJournal，2008，100（2）：471-476.

[4]朱虹，祖元?jiǎng)偅跷慕?，?鹽堿地的植被恢復(fù)與鹽堿地改良方法的評(píng)述[J].吉林林業(yè)科技，2007，36（5）：14-27.

[5]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[6]王靜婭，張鳳華.干旱區(qū)典型鹽生植被群落土壤養(yǎng)分特征[J].水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（5）：235-241.

2016—03—11

國(guó)家自然科學(xué)基金（31360320）、教育部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（213039A）和國(guó)家科技支撐項(xiàng)目（2014BAC14B03）的共同資助。

*通訊作者：張鳳華（1970-），女，博士生導(dǎo)師，教授，主要從事綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境研究。E-mail：zfh2000@126.com。