冬春季植被殘體覆蓋對內(nèi)蒙古河套地區(qū)鹽堿土鹽分的影響

肖弘揚，溫國昌，林啟美，李貴桐，趙小蓉

(中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院， 北京 100193)

內(nèi)蒙古河套地區(qū)是我國內(nèi)陸鹽堿土主要分布地區(qū)之一，現(xiàn)有鹽堿地面積約4.31×105hm2[1]。本地區(qū)屬于典型的半干旱大陸性氣候，年平均降雨量約為140～330 mm，年平均蒸發(fā)量約為1 800～2 000 mm。春季多大風且干旱少雨，地表蒸發(fā)十分強烈，土壤解凍融化，地下水位上升最高1.0 m以下，大量鹽分隨著水分蒸發(fā)聚集到表層土壤[2-3]，3—5月初表層土壤積鹽量可達全年土壤總積鹽量的80%以上[4]。因此，春季播種前必須進行大水漫灌洗鹽，灌溉量一般超過3 000 t·hm-2，占全年灌溉量一半左右[5]。不僅消耗寶貴的黃河水資源，而且退水時間比較長，一般需要2周以上。本地區(qū)本來熱量不充足，延期播種將縮短作物生長時間，顯著降低產(chǎn)量[6-8]。因此，降低春季地表蒸發(fā)，減輕鹽分表聚，成為本地區(qū)降低土壤鹽漬化的技術(shù)關鍵之一[9-10]。

降低春季地表蒸發(fā)的措施很多，如耙地切斷毛細管；種植生物藜降低風速，其中增加地表覆蓋較為簡單而有效。農(nóng)作物秸稈、地膜和植物殘體等是常用的覆蓋物，都能顯著地降低鹽分表聚[11-12]。李新舉等[13]報道小麥秸稈覆蓋可以阻斷土壤水分向大氣擴散，同時還可以增加光的反射率，降低地表溫度，從而減少土壤水分蒸發(fā)，減輕鹽分在地表聚集。譚軍利等[14]研究發(fā)現(xiàn)長期實行玉米秸稈覆蓋栽培，不僅降低表層土壤鹽分含量，底層土壤鹽分含量也呈下降的趨勢。河套地區(qū)植被類型很多，不同植被殘體覆蓋對土壤鹽分表聚的影響，目前還缺乏數(shù)據(jù)。鑒于此，本研究在內(nèi)蒙古河套地區(qū)典型鹽漬土壤上種植4種多年生植物、1種兩年生植物和2種一年生植物，翌年春季采取表層土壤樣品，比較不同植被殘體覆蓋下，表層土壤鹽分含量的差異，以期了解不同植被殘體覆蓋下鹽漬化土壤冬春季鹽分表聚的影響，篩選出合適的冬春季覆蓋地表的植被類型。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

本試驗采取單因素完全隨機試驗設計，設置草木樨(MelilotusMill)、紫花苜蓿(MedicagosativaL)、羊草(Leymuschinensis)、堿茅(Puccinelliadistans)、柳枝稷(Panicumvirgatum)、豬毛菜(Salsolacollina)、燕麥(Avenasativa)殘茬覆蓋及裸地8個處理，每個處理3次重復，比較不同植株殘茬冬春季地表覆蓋下，表層土壤pH、EC及鹽分離子含量的差異。試驗地點位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市十二連城鄉(xiāng)東不拉村黃河灘鹽堿地，試驗于2013年春季開始，土壤pH 9.67，EC值1.6 mS·cm-1，鹽分離子組成及含量分別為Na+14.47 cmol·kg-1、K+0.27 cmol·kg-1、Ca2+0.73 cmol·kg-1、Mg2+0.87 cmol·kg-1、CO32-0.00 cmol·kg-1、HCO3-1.47 cmol·kg-1、SO42-3.93 cmol·kg-1、Cl-1.65 cmol·kg-1。

1.2 植被殘體類型

2013年春季種植的1種兩年生植物草木樨，當年秋季收獲期的地上部生物量11.10 t·hm-2，4種多年生植物分別為紫花苜蓿、羊草、堿茅、柳枝稷，當年秋季收獲期的地上部生物量分別為1.87、5.54、0.86 t·hm-2和3.34 t·hm-2，2種一年生植物分別為豬毛菜和燕麥，地上部生物量分別為6.09 t·hm-2和4.16 t·hm-2。每種植物播種面積360 m2。植株殘茬留作地表覆蓋。2014年冬春季植被殘體覆蓋度分別為紫花苜蓿95%、羊草100%、堿茅95%、柳枝稷100%、草木樨80%、豬毛菜95%、燕麥70%，幾乎無植被的裸地作為對照。

1.3 土壤樣品采集與處理

2014年4月中旬，從7種植被覆蓋的樣地，用土鉆“S”形隨機采取0～10 cm土層土壤，每個土樣取15土鉆，混合均勻后，四分法取約2 kg，每種植被3次重復。采集的土壤室內(nèi)風干后過篩，并揀除植物根系和石塊，測定土壤pH、EC和八大鹽分離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-)。

1.4 測定項目與方法

pH值用無CO2去離子水浸提(2.5∶1水土比)，UB-7精密pH計測定。EC用去離子水浸提(5∶1水土比)，雷磁DDS-307A電導儀測定。8大鹽分離子用無CO2蒸餾水浸提(水土比5∶1)，K+、Na+用火焰光度法測定，Ca2+、Mg2+用EDTA滴定法測定，SO42-用EDTA間接絡合滴定法測定，Cl-用硝酸銀滴定法測定，HCO3-、CO32-用雙指示劑-中和滴定法測定[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

所有指標用烘干土壤質(zhì)量表示，為3個試驗重復的平均值。用SPSS Statistics17.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析和相關性分析。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 不同植被覆蓋對土壤EC值和pH值的影響

裸地土壤EC值高達2.94 mS·cm-1，相當于鹽分含量16.32 g·kg-1(換算系數(shù)為5.55)[16]；而植被殘體覆蓋的土壤EC只有0.84～1.69 mS·cm-1，相當于鹽分含量4.66～9.38 g·kg-1，只有裸地土壤的28.7%～57.5%，平均為39%。尤其是多年生植被殘體覆蓋的土壤，其EC值平均只有裸地土壤的31%(圖1)。EC值與地表覆蓋度存在顯著的線性負相關關系(r=0.96，P<0.01)，即地表植被殘體覆蓋度越高，土壤EC值就越低。顯然，冬春季地表覆蓋能夠大幅度地降低了地表蒸發(fā)，從而降低了鹽分向表層土壤聚集，且植物殘體覆蓋度越高，地表蒸發(fā)越弱，鹽分表聚也就越少，EC值就越低。相關研究也顯示，地表秸稈或麥草覆蓋具有明顯的抑制鹽分表聚的作用，隨著秸稈覆蓋量的增加，土壤蒸發(fā)的抑制率逐漸增大，土壤表層的含鹽量也相應降低[9,17]。

裸地土壤pH 8.83，而植被覆蓋的土壤pH 8.88～9.27，比裸地土壤高0.6%～5.1%，平均高3.2%(圖1)。尤其是羊草和豬毛菜覆蓋的土壤pH值達9.25和9.27，比裸地土壤高出0.42～0.45個單位，而其他植被覆蓋的土壤與裸地土壤沒有顯著性差異。土壤pH值與地表覆蓋度呈顯著的正相關關系(r=0.71，P<0.05)，說明在一定范圍內(nèi)，地表覆蓋度越高，土壤pH也越高。但是，土壤pH值與EC值之間沒有顯著的相關性(r=0.64，P>0.05)，這說明酸堿度不僅與鹽分總量有關，而且還取決于鹽分種類。鹽基離子中，Na+、CO32-和HCO3-是導致土壤pH升高的主要原因，其離子含量多表現(xiàn)為春季休閑期高于收獲期[18-19]。有植被覆蓋的土壤，尤其是羊草和豬毛菜殘體覆蓋的土壤，可能含有比較多的堿性物質(zhì)，尤其是蘇打鹽類，這些鹽分可能與植物冠層的淋出鹽分有關[20]。

圖1不同植被殘體覆蓋下0～10 cm土層土壤EC值(A)和pH值(B)的差異

Fig.1 The difference in EC values(A) and pH values(B) of the soils collected from 0～10 cm surface covered with different plant residues

2.2 不同植被覆蓋對土壤主要鹽分離子含量的影響

植物殘體覆蓋對表層土壤鹽分離子含量產(chǎn)生顯著的影響(表1) 。植物殘體覆蓋顯著地降低了表層土壤陽離子含量，其中，Na+含量降低了48%～67%，平均為56%，多年生植被殘體覆蓋的效果較好，其中堿茅殘體覆蓋降低的幅度最大；K+含量降低了62%～81%，平均為73%，不同植被殘體覆蓋的差異比較小，其中柳枝稷和豬毛菜殘體覆蓋降低的幅度大一些；Ca2+含量降低了60%～78%，平均為72%，不同植被殘體覆蓋的沒有顯著性差異；Mg2+降低了9%～42%，平均為22%，不同植被殘體覆蓋的差異很大，其中羊草降低的幅度最大，而堿茅殘體覆蓋降低的幅度最小。Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量均與地表植物覆蓋度存在顯著的線性負相關關系(P<0.01)，即地表植被殘體覆蓋度越高，表層土壤的陽離子含量就越低，EC值也越低，陽離子含量與EC值之間顯著的線性負相關關系(P<0.01)就說明了這一點。但是，Na+等陽離子含量與pH值之間沒有顯著的相關性(P>0.05)，說明土壤pH并不取決于土壤陽離子濃度，而可能取決于陰離子濃度。

植被殘體覆蓋對表層土壤SO42-含量沒有顯著的影響(P>0.01) (表1)，但顯著地降低了陰離子Cl-含量，較裸地土壤下降了66%～87%，平均為77%，柳枝稷和紫花苜蓿殘體覆蓋降低的幅度最大；Cl-含量與pH值之間沒有顯著的相關性(rCl-=0.71，PCl->0.05)。與其他離子不同，植被殘體覆蓋的表層土壤CO32-和HCO3-含量顯著提高，其中CO32-從未檢出，最多提高到0.07 cmol·kg-1，HCO3-含量也增加了11%～71%，平均增加了43%，豬毛菜和紫花苜蓿殘體覆蓋的增加幅度較大。CO32-和HCO3-含量均與pH值之間存在顯著的線性正相關關系(P<0.01)。這顯然與這些植物凋落物在地表分解有關，凋落物被微生物分解過程中，釋放出的CO2溶于水產(chǎn)生CO32-和HCO3-；所產(chǎn)生的有機鹽通常都是弱酸鹽，如葡萄糖酸鈣(Calcium gluconate)與乙酸鈣(Calcium oxalate)分解后實際轉(zhuǎn)化為CaCO3，水解后呈堿性反應，使pH上升[21]。Cl-含量與地表植物覆蓋度存在顯著的線性負相關關系(P<0.01)，即地表植被殘體覆蓋度越高，土壤表層Cl-含量就越低，而其他陰離子含量與植被覆蓋度之間沒有顯著的相關性(P>0.05)。

表1 不同植被殘體覆蓋下0～10 cm土層土壤主要鹽分離子含量/(cmol·kg-1)

注：同一列不同字母表示同一指標不同植被之間的顯著性差異(P<0.05)。

Note: The different letters in the same column indicate the significant difference between two data (P<0.05).

從以上分析可知，冬春季植物殘體地表覆蓋，能夠有效地阻止鹽分隨蒸發(fā)向地表聚集，從而降低表層土壤鹽分離子含量。不少研究者獲得相似的結(jié)果[17,22]。但是，不同覆蓋植被的影響有差異，也因陰離子和陽離子的種類而異?？傮w來看，多年生植被殘體覆蓋的抑鹽效果更好一些。本試驗中，羊草、柳枝稷等多年生植被種植當年的地上部生物量和覆蓋度都明顯高于一年生植被。生物量越大，地表覆蓋度越高，降低風速和抑制地表水分蒸發(fā)的效果就越好，從而降低地下水中的鹽分沿著毛細管隨水向地表集聚[17]。此外，多年生植物根系及其代謝活動可以加速土壤CaCO3的溶解，釋放的Ca2+替代Na+，促進Na+等鹽分離子淋洗，降低鹽分含量[23]；柳枝稷等多年生植物在鹽分脅迫下通過增加根系生物量來達到適應性生長，在種植當年其0～10 cm土層的地下部生物量已顯著高于燕麥等一年生植物，根系吸收養(yǎng)分離子，也是土壤鹽分離子降低的原因之一。但枯枝落葉腐解，以及微生物代謝活動，也產(chǎn)生更多的可溶性碳酸鹽，提高土壤pH值。從試驗當年的結(jié)果看，紫花苜蓿、羊草及柳枝稷等多年生牧草較適于用作本地區(qū)冬春季地表覆蓋植被。

3 結(jié) 論

在內(nèi)蒙河套地區(qū)，冬春季植被殘體地表覆蓋，顯著降低表層土壤EC值和Na+、K+、Ca2+、Mg2+及Cl-含量，但提高土壤pH值和CO32-和HCO3-含量?？傮w來看，多年生植被殘體覆蓋抑制鹽分表聚的效果更好一些，其中紫花苜蓿、羊草和柳枝稷，較適于用作本地區(qū)冬春季地表覆蓋植被。

參考文獻：

[1] 張雁平,胡春元,董 智,等.河套灌區(qū)鹽堿地造林樹種選擇的研究[J].內(nèi)蒙古林業(yè)科技,2008,34(2):25-27,31.

在表征群落多樣性的指數(shù)中，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H）在土壤動物群落多樣性分析比較中運用最廣。土壤動物不同類群生態(tài)功能不同，不同類群的個體數(shù)量往往存在巨大的差異，使群落多樣性與均勻度顯著相關而與豐富度關系不密切，因此那些組成簡單、各類群數(shù)量較低群落的值可能會比組成豐富、各類群數(shù)量較高群落的更高[9]。本研究中群落多樣性與均勻度呈正相關而與豐富度指數(shù)無關，均勻度與優(yōu)勢度呈現(xiàn)負相關。農(nóng)田中，大型土壤動物個體數(shù)最少、種群數(shù)量少，而豐富度指數(shù)最高。

[2] 吳月茹,王維真,王海兵,等.黃河上游鹽漬化農(nóng)田土壤水鹽動態(tài)變化規(guī)律研究[J].水土保持學報,2010,24(3):80-84．

[3] 田 均，閻秉義.內(nèi)蒙河套灌區(qū)土壤凍結(jié)期水鹽動態(tài)的探討[J].土壤肥料，1988,(3):9-15.

[4] 李 昂.不同綠色覆蓋模式的抑鹽效應研究[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學，2005.

[5] 李 亮,史海濱,賈錦鳳,等.內(nèi)蒙古河套灌區(qū)荒地水鹽運移規(guī)律模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2010,26(1):31-35.

[6] 胡煥煥,劉麗平,李瑞奇,等.播種期和密度對冬小麥品種河農(nóng)822產(chǎn)量形成的影響[J].麥類作物學報,2008,28(3):490-496.

[7] 潘 潔,姜 東,戴廷波,等.不同生態(tài)環(huán)境與播種期下小麥籽粒品質(zhì)變異規(guī)律的研究[J].植物生態(tài)學報,2005,29(3):467-473.

[8] 田志剛,田俊芹,曹治彥,等.播種期對夏玉米產(chǎn)量及主要性狀的影響[J].河北農(nóng)業(yè)科學,2006,10(4):14-15．

[9] 紀永福,藺海明,楊自輝,等.解凍期覆蓋鹽漬土地表對土壤鹽分和水分的影響[J].干旱區(qū)研究,2005,22(1):17-23.

[10] 畢遠杰,王全九,雪 靜.覆蓋及水質(zhì)對土壤水鹽狀況及油葵產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2010,26(13):83-89．

[11] 梁銀麗.黃土區(qū)地面覆蓋的主要類型及其保水效應[J].水土保持通報,1997,17(1):27-31.

[12] 孫 博,解建倉,汪 妮,等.秸稈覆蓋對鹽漬化土壤水鹽影響的試驗研究[J].水土保持通報,2011,31(3):48-51.

[13] 李新舉,張志國,李永昌.秸稈覆蓋對鹽漬土水分狀況影響的模擬研究[J].土壤通報,1999,30(4):2-34．

[14] 譚軍利,康躍虎,焦艷平,等.滴灌條件下種植年限對大田土壤鹽分及pH值的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2009,25(9):43-50.

[15] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析(第三版)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000:14-199.

[16] 何文壽,劉陽春,何進宇.寧夏不同類型鹽漬化土壤水溶鹽含量與其電導率的關系[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2010,28(1):111-116.

[17] 孫 博,解建倉,汪 妮,等.不同秸稈覆蓋量對鹽漬土蒸發(fā)、水鹽變化的影響[J].水土保持學報,2012,26(1):246-250.

[18] 肖克飚.寧夏銀北地區(qū)耐鹽植物改良鹽堿土機理及試驗研究[D].陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2013.

[19] 顏 宏,趙 偉,尹尚軍,等.羊草對不同鹽堿脅迫的生理響應[J].草業(yè)學報,2006,15(6):49-55.

[20] 郭繼勛,祝廷成.羊草草原枯枝落葉分解的研究——枯枝落葉分解與生態(tài)環(huán)境的關系[J].生態(tài)學報,1993,13(3):214-220.

[21] 李志安,鄒 碧,丁永禎,等.植物殘茬對土壤酸度的影響及其作用機理[J].生態(tài)學報,2005,25(9):2382-2388.

[22] 柏會子,王 洋,石 海,等.秸稈不同還田方式對土壤蒸發(fā)特性影響[J].土壤與作物,2012,1(4):241-247.

[23] Zhao C Y, Wang Y C, Song Y D, et al. Biological drainage characteristics of alakalized desert soils in north-western China[J]. Journal of Arid Environment, 2004,56(1):1-9.