濱海鹽堿地人工混交林土壤質量對工程改良的響應

朱協(xié)軍

摘 要：濱海鹽堿地土壤改良與恢復是城市綠化建設過程中的重要內容。以上海老港固體廢棄物利用基地二期造林工程為例，探討了人工混交林土壤質量對工程改良的響應。研究發(fā)現(xiàn)：通過人工混交林改造后的土壤質量在各層次土壤養(yǎng)分、土壤空間結構、土壤全鹽量三個方面顯著好于撂荒土壤，經過改造的土壤肥力等級穩(wěn)步提升，最終達到中級肥力要求。本文旨在為反應濱?；旖环雷o林在土壤質量調控方面的重要作用，為后續(xù)綠化工程提供土壤調控理論基礎。

關鍵詞：鹽堿地；土壤改良；人工混交林；土壤肥力

0 引言

上海濱海鹽堿地面積集中，主要分布在兩港大道以東的臨港地區(qū)，區(qū)域內土壤鹽分含量區(qū)間為0.4～0.6g/kg，部分區(qū)域超過8g/kg，半數(shù)土地pH范圍是8.0～8.5，少數(shù)土地pH值超過9，屬于典型的中度濱海鹽堿土壤[1]。臨港地區(qū)土壤鹽漬化成因眾多，存在由于地勢低洼、地下水位偏高、蒸騰強烈等原生鹽漬化作用，也存在沿海魚塘過度建設等次生鹽漬化作用，隨降雨周期出現(xiàn)季度性脫鹽與反鹽過程[2]。

濱海鹽堿土壤由于過高的鹽分含量與土壤pH值，因此并不適合農耕用途，大規(guī)模的土壤鹽漬化不僅限制區(qū)域農業(yè)生產與發(fā)展，也是制約區(qū)域沿海防護林營造等利用項目的重要影響因子[3]。2015年，由我公司承接的“上海老港固體廢棄物利用基地二期造林工程”順利竣工，在浦東國際機場以南、兩港大道以東、臨港固體廢氣物基地以北建立了以水杉、落羽杉、池杉等抗鹽植物為主的人工混交林，極大改善了臨港地區(qū)濱海鹽堿地人工防護林不足、景觀缺失等問題，同時對臨港地區(qū)水土保持、水源涵養(yǎng)、防風固沙等方面起著重要的生態(tài)調節(jié)功能。

1 材料與方法

1.1 供試樣地

供試混交林樣地位于上海老港固體廢棄物利用基地二期造林工程內（N31°0231.43、E121°5339.64），于2015年5月竣工，占地面積4322.57畝，苗木種類及種植方式見圖1，種植前深翻土壤并混合生物質有機肥（4噸/畝），平整土地后采用點穴種植方式進行對齊排列種植，并于2015年11月份再次進行精準點穴施肥，所有苗木采用毛竹三角樁方式進行加固。供試撂荒土壤位于混交林東側，人工魚塘西側，以蘆葦蕩等野生植物為主要植被體系的濱海鹽堿濕地。

1.2 采樣方式與時間

于2015年12月至2016年5月每月中旬在混交林種植ABCDE區(qū)塊采用等距遺傳布點法收集0～20cm、20～40cm、40～60cm土壤36份并混合（圖1），在撂荒區(qū)域采用基線布點法順序采取各層次樣品10份并混合，不同區(qū)塊各層次混合后樣品利用四分法保留最終樣品100g以作代表，樣地示意及采樣方式詳見圖2。

1.3 土壤全鹽量、全量養(yǎng)分、速效養(yǎng)分、容重與毛管孔度測定

土壤全鹽量采用烘干稱重法測定[4]，準確稱取過2mm篩風干土樣50.000g（精確至0.001g）置于干燥的500ml錐形瓶中，加入250ml無二氧化碳去離子水，加塞，180rpm震蕩3min，過濾后吸取50.00ml濾出液置于玻璃蒸發(fā)皿中（已烘至恒重），置于水浴中蒸干，用滴管加入少量過氧化氫與干涸物充分接觸，繼續(xù)蒸干，重復數(shù)次后直至干涸物呈白色為止，將玻璃蒸發(fā)皿置于105℃烘箱中2h，干燥器中冷卻30min后稱量，按照以下公式進行土壤全鹽量計算：

全鹽量（g/kg）= （m2-m1）×t×1000/m×k

式中

m1-玻璃蒸發(fā)皿質量，g；

m2-全鹽量加玻璃蒸發(fā)皿質量，g；

t-分取倍數(shù)（濾液250ml/吸取溶液體積ml）

m-風干土樣質量，g；

k-風干土樣換算成烘干土樣的水分換算系數(shù)

土壤全量與速效養(yǎng)分參考土壤農化分析手冊[4]，有機質采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測定；速效磷采用碳酸氫納比色法測定；速效鉀采用原子吸收分光光度法測定；以上所用土壤樣品均為移除礫石和植物殘茬后過100目篩風干土樣。

1.4 表層土壤容重、毛管孔度測定

土壤容重與毛管孔度能夠良好反應土壤鹽堿化水平，因此常用作表征鹽堿地恢復的重要指標，本文中表層土壤容重采用環(huán)刀法原位采樣帶回實驗室進行檢測[4]，土壤毛管孔度采用環(huán)刀吸濕法進行測試[4]，由于苗木移栽前只進行過一次翻耕，同時幼苗根系淺薄，作用層次不深，因此20～60cm土壤容重與毛管孔度并未納入檢測范圍。

2 結果分析與討論

2.1 土壤全鹽量、速效養(yǎng)分

土壤全鹽量是表征土壤鹽化程度的重要指標，混交林與撂荒土壤不同層次全鹽量在調查時間范圍內總體呈先升高后降低趨勢，在3月份至4月份達到最大值，這可能是由于實驗區(qū)域在春季降雨偏少，蒸騰量大，從而導致地下礦化水通過土壤毛細管運移至地面蒸騰逸散并得不到有效降雨淋失而導致。畢華松等對上海臨港新城濱海鹽堿土壤年內鹽水動態(tài)的分析表明，土壤全鹽量與EC值遵循鹽隨水而上、隨水而下的運動規(guī)律，在3個定點調查點位及兩條射線的分析結果均表明兩者之間具有明顯相關性；同時，董陽等針對上海臨港工業(yè)區(qū)土壤鹽分特征的分析表明，脫鹽過程的標志為鹽分剖面呈塔型，即底部含鹽量高于表層土壤，該結論與本文隨調查深度增加鹽分增加的結果基本一致。相同月份比較，經過人工改良的混交林土壤全鹽量顯著小于撂荒土壤，表層土壤鹽分累積在降雨量較多的5月份同比撂荒土壤下降217%，但隨著土壤深度的增加，尤其是在40～60cm處，該效應逐漸減少。曹幫華針對濱海鹽堿地刺槐混交林土壤水鹽動態(tài)分析表明，在根系集中的60cm以上土壤，夏季樹冠蒸騰強烈，地下水向根系聚積，水分被根系吸收后，部分鹽分被根系吸收轉化，根層土壤含鹽量下降，但根層以下鹽分不斷積累，本文中，土壤全鹽量在不同深度的積累總體上隨深度的增加而增加，但混交林土壤0～20cm、20～40cm處同月份并無顯著性差異，一方面，由于苗木移栽前進行過深度達到40cm的翻耕，表層土壤保持了較好的孔隙度，因此保證了在降雨時土壤水分的垂直通過性，另一方面，苗木的根系作用在生命史初期代謝旺盛，抗鹽植物對鹽分的吸收與根系對土壤團聚體的物理切割及形成過程都保證了鹽分在這兩個層次不會過快積累。

土壤速效養(yǎng)分混交林與撂荒土壤差異明顯，由于苗木移栽前按照4t/畝施入量投入生物有機肥并深翻，因此在不同層次所有檢測指標中，混交林土壤速效養(yǎng)分均顯著大于撂荒土壤。和全鹽量隨深度遞增累積量增加相反，相同區(qū)塊下，速效養(yǎng)分隨深度遞增而減少。

2.2 表層土壤容重、毛管孔度

土壤容重大小能夠在一定程度上反應土壤涵養(yǎng)持水與通氣保濕能力，過大或過小的土壤容重均不利于苗木生長及土壤質量的維持。宮秀杰利用土壤置換+秸稈阻斷的耕作方式使松嫩平原北部鹽堿地土壤容重較對照降低8.81%，進而使0～40cm土壤可溶性鹽分明顯降低；李鳳霞在銀川平原鹽堿地的小區(qū)試驗研究表明，有機肥處理顯著降低土壤容重，增加孔隙度，而土壤pH值、全鹽量與土壤容重之間互相成顯著正相關關系，相關系數(shù)達到0.702（P<0.05）。本文調查發(fā)現(xiàn)混交林表層土壤經過工程改良后在半年時間內呈浮動變化，最大值出現(xiàn)在4月份，為1.23g/cm3，而撂荒土壤在2015年12月份達到最高值1.56g/cm3，相同月份下，混交林土壤容重均顯著小于撂荒土壤。土壤容重的差異可以直接反應兩種土壤不同的物理團聚結構，混交林土壤由于有機肥的施入與根系作用，更有利于形成以大孔道為主的通氣透水性孔隙，而撂荒土壤由于長期自然壘結，土壤鹽分反復析出與淋融，更易形成以小孔隙為主的毛管孔隙，體現(xiàn)在毛管孔度占比上，同期混交林土壤均顯著小于撂荒土壤。參考兩種土壤全鹽量與容重、孔隙度的變化趨勢，可以發(fā)現(xiàn)合理的容重與毛管孔度是減緩礦化水通過毛管作用向上運輸鹽分過程的重要因素，同時也為自上而下的鹽分淋失過程提供了通道保障。

2.3 土壤肥力評價

圍繞鹽堿地的造林工程一方面為固岸護坡及景觀效應做基礎保障，另一方面對區(qū)域土壤肥力恢復也具有重要價值。王合云等利用隸屬函數(shù)分析法對山東濱海鹽堿地生態(tài)造林工程土壤肥力的調查表明，刺槐林的綜合指標值最大，達到0.803。不同土壤肥力評價指標體系與分級標準有所區(qū)別，本文按照北京市土壤養(yǎng)分指標評分規(guī)則對兩種不同土壤進行養(yǎng)分分級，可以發(fā)現(xiàn)混交林土壤在2015年只進行過一次深翻與點穴施肥的前提下，土壤肥力得分均顯著高于撂荒土壤，隨著降雨淋失作用的加強與苗木對養(yǎng)分需求的加大，混交林土壤肥力等級隨月份遞減，但在0～20cm、20～40cm處均達到評價體系中的中級肥力要求，40～60cm肥力評級較差。

3 結論

（1）和撂荒土壤比較，利用有機肥深翻、種植混交防護林為目的的上海老港固體廢棄物利用基地二期造林工程能夠有效提高混交林土壤各層次養(yǎng)分水平、降低表層土壤全鹽量。

（2）兩種土壤類型各層次全鹽量均呈現(xiàn)遞增減弱趨勢、在降雨量較少的第一季度增高，而后隨降雨量的增多逐漸減少。同一土壤類型鹽分隨深度增加而遞增，總體呈脫鹽運動，混交林土壤脫鹽效率顯著高于撂荒土壤。

（3）和撂荒土壤相比，生物質有機肥及根系作用顯著降低混交林土壤容重與毛管孔度，為土壤脫鹽提供良好的通道保障。

（4）利用北京市土壤養(yǎng)分指標評分的評價表明，經過人工改良的混交林土壤質量響應良好，除40-60cm處于地肥力狀態(tài)，其他層次均達到中級肥力要求，大部分達到高級肥力范圍。

參考文獻

[1] 趙名彥.濱海鹽堿地造林技術與效果研究[D].北京林業(yè)大學博士學位論文，2011

[2] 林士杰，張忠輝，張大偉，等.鹽堿地樹種選擇及抗鹽堿造林技術研究進展[J].中國農學通報，2012，

28（10）：1-5.

[3] 李金彪，陳金林，劉光明，等.濱海鹽堿地綠化理論技術研究進展[J].土壤通報，2014，45（1）：246-251.

[4] 鮑士旦.土壤農化分析第三版[M].2013.