鹽生植物和秸稈覆蓋對灘涂極重度鹽土養(yǎng)分和降鹽效果的影響

張蛟 崔士友

摘要：【目的】研究鹽生植物和秸稈覆蓋對灘涂極重度鹽土土壤養(yǎng)分和降鹽效果的影響，為沿海灘涂土壤降鹽改土提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā坑?014年5月在江蘇沿海灘涂極重度鹽土（鹽分10g/kg以上）中開展秸稈和植被覆蓋的田間試驗，設(shè)置對照（CK，裸地）、種植堿蓬（PS）、15 t/ha秸稈覆蓋（SM-A）和30 t/ha秸稈覆蓋（SM-2A）4種處理，測定各處理0～100 cm（即0～10、10～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm）土壤各層的鹽分含量、pH、水分含量和表層養(yǎng)分含量?！窘Y(jié)果】與CK相比，1年后SM-A和sM-2A處理的灘涂極重度鹽土0～100 cm土壤鹽分含量均顯著降低（P<0.05，下同），且其0～60、60～80和80～100 cm土壤鹽分分別降低96.0%、84.9%和55.8%以上；PS處理可顯著降低灘涂表層土壤鹽分含量，降低土壤鹽分51.0%以上，但對20～80 cm土壤鹽分無明顯影響。與CK和PS處理相比，1年后SM-A和SM-2A處理的0～100 cm土壤pH和0～60 cm土壤水分含量顯著提高；與CK相比，桔稈覆蓋處理的表層土壤有機碳含量顯著降低，但對土壤全氮、碳氮比和容重等無顯著影響（P>0.05）?！窘Y(jié)論】綜合考慮降鹽和培肥效果，秸稈覆蓋處理結(jié)合適量有機肥施用可能是將來進行灘涂極重度鹽土降鹽和培肥改土的重要措施。

關(guān)鍵詞：鹽生植物；秸稈覆蓋；沿海灘涂；極重度鹽土；降鹽效果

0引言

【研究意義】土壤鹽漬化被認為是當今世界面臨的最緊迫生態(tài)環(huán)境問題之一，也是全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力低下的主要環(huán)境限制因子之一（Griggs et al，2013；Giiler et al，2014；Rath and Rousk，2015）。世界范圍內(nèi)鹽漬土分布廣泛，據(jù)統(tǒng)計全世界受鹽漬化影響的土地面積已達9.50x10^sha，且有連年增加的趨勢（Wong et al，2010）。而全球約40%受重度鹽漬化影響的灘涂濕地在未來將被圍墾并作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進行利用（Lal，2010）。在我國，灘涂圍墾開發(fā)已成為濱海地區(qū)獲得土地資源的重要手段，近50年內(nèi)我國灘涂圍墾總面積在1.1x10⁶-1.2x10⁶ha，成為年濱海圍墾力度最大的國家（王琪琪等，2016）。但沿海灘涂土壤具有高鹽堿、低養(yǎng)分、高礦化度地下水和地表淡水資源缺乏等特點（He et al，2015；Abliz et al，2016），對開發(fā)利用帶來一定不便。近年來我國面臨的糧食短缺和土地資源不足的壓力逐漸加大，因此，研究有效的方法進行灘涂土壤降鹽控鹽及肥力提升，對合理開發(fā)利用灘涂資源具有極其重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】孫博等（2011，2012）以不同秸稈覆蓋量的試驗研究表明，秸稈覆蓋后減少了土壤水分蒸發(fā)損失，增加了土壤各層的土壤水含率，且隨著秸稈覆蓋量的增加，蒸發(fā)量逐漸減少，水分利用率提高；當秸稈覆蓋量達0.75 kg/㎡時，各土層水含率達到最佳狀態(tài)，抑制鹽漬化土壤可溶性鹽分的表聚作用最好，土壤鹽含量降低的趨勢最大。張建兵等（2014）關(guān)于有機肥和覆蓋的試驗研究表明，覆蓋具有良好的土壤水熱調(diào)控能力及抑制土壤蒸發(fā)、鹽分表聚的功能，從而使土壤生態(tài)過程向良性轉(zhuǎn)化，且有機肥具有改善鹽漬土土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)、提升土壤水動力學(xué)參數(shù)等功能，進而影響鹽漬土壤的脫鹽、洗鹽效果；同時，植被生長也是影響土壤鹽分的重要因素，植物根系的吸水聚鹽作用可防止土壤鹽分向表層積累，進而造成深層鹽分大于淺層鹽分（周劍虹等，2015），這與裸地鹽分規(guī)律不同（He et al，2014）。前人也有關(guān)于田菁改良鹽漬土的試驗研究，結(jié)果表明種植田菁可降低土壤鹽含量，提高土壤可溶性有機碳和有機質(zhì)含量，進而達到改良鹽漬土的目的（殷云龍等，2012；張立賓等，2012；謝文軍等，2016）?！颈狙芯壳腥朦c】前人關(guān)于地表覆蓋對鹽堿地降鹽和改良的報道主要集中在已進行農(nóng)業(yè)利用的地區(qū)，而在沿海灘涂圍墾區(qū)極重度鹽土中對土壤鹽分和養(yǎng)分影響的研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以江蘇沿海灘涂極重度鹽土（10g/kg以上）為研究對象，通過野外田間試驗，研究裸地、種植堿蓬及不同秸稈覆蓋量處理對灘涂極重度鹽土的土壤鹽分和養(yǎng)分的影響，討論在不同覆蓋措施下的灘涂極重度鹽土土壤肥力變化及其降鹽效果，確定合理的降鹽控鹽和肥力提升措施，為沿海灘涂圍墾區(qū)極重度鹽土降鹽與改土技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

試驗區(qū)位于江蘇如東東凌墾區(qū)（東經(jīng)121°25'7”，北緯32°20'33"），為2007年新圍墾潮上帶，地下水位約1.2-1.5 m，土質(zhì)為中壤土，土壤類型為濱海鹽土，鹽分離子主要以Na⁺和Cr為主。近10年來，年平均氣溫15.1℃，年平均日照時數(shù)2136 h，全年無霜期225 d，年均降水量1042mm。2014年4月～2015年5月試驗期間月降水量和月平均溫度如圖1所示。2014年4月中旬，通過野外調(diào)查選擇新圍墾區(qū)地形較平整的極重度鹽土地塊作為試驗樣地，進行表層土壤取樣并測定土壤理化性質(zhì)，測定結(jié)果為：土壤有機質(zhì)和全氮含量分別為5.55和0.57 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為20.44、12.86和236.61 mg/kg，容重和總孔隙度分別為1.39 g/cm³和48.97%，pH8.47，鹽含量11.88 g/kg，Na⁺、K⁺、S0^2-和c1^-含量分別為5.97、2.53、0.458和0.934 g/kg。試驗樣地初始大部分為裸露的鹽斑地，僅生長著少量堿蓬（Suaedaglauca Bunge）等鹽生植物。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計2014年4月底，在如東東凌墾區(qū)內(nèi)選擇地形平整、鹽分含量基本一致的極重度鹽土區(qū)域作為試驗樣地，進行野外試驗布置。設(shè)4個處理：（1）對照（裸地，CK）；（2）種植堿蓬（PlantingSuaeda，PS）；（3）秸稈覆蓋A（覆蓋量為15 t/ha，SM-A）；（4）秸稈覆蓋2A（覆蓋量為30 t/ha，SM-2A）。隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)4次，試驗小區(qū)面積為50 ㎡（5mx10m）。為利于排水，每相鄰兩個小區(qū)間挖溝隔開，溝寬約30cm，溝深約45 cm。2014年5月1～3日進行田間試驗布置，秸稈覆蓋小區(qū)分別進行不同量秸稈覆蓋處理，秸稈為小麥自然風干全株秸稈；種植堿蓬小區(qū)進行堿蓬條播，行距40 cm，播種量為6 kg/ha，堿蓬自然生長至10月下旬～11月上旬成熟，不進行人工收獲，整株植物葉片籽粒均自然脫落。試驗期間不進行人為灌溉、施肥和機械耕作，為避免擾動土壤，用小刀或鐮刀去除地面少量雜草，保持對照試驗小區(qū)地表裸露。采樣安排在堿蓬自然成熟后（12月初）和試驗進行1年后左右（4月初），進行2次土壤剖面采樣，分為0～10、10～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土層采樣，并測定土壤水分、pH和鹽分含量。同時，4月份進行0～20 cm土層采樣，測定基本土壤有機碳、全氮、土壤容重等理化性質(zhì)。種植堿蓬小區(qū)采樣取行間土壤。

1.2.2土壤營養(yǎng)成分測定土壤pH、鹽分含量、水分含量、容重、顆粒組成和孔隙度分別采用pH計法（土水比1：5）、電導(dǎo)率法（土水比1：5）、烘干法、環(huán)刀法、比重計法和計算法測算；土壤有機質(zhì)、全氮含量、堿解氮、有效磷和速效磷分別采用重鉻酸鉀一外加熱法、凱氏消煮法、堿解擴散法、碳酸氫鈉浸提一鉬藍比色法和乙酸銨浸提一火焰光度法測定；Na⁺和K⁺含量采用火焰光度法測定；S04^2-和Cr含量分別采用硝酸銀滴定法和容量法測定。以上測定方法均參照魯如坤（2000）土壤農(nóng)化分析方法。

1.2.3土壤降鹽率

土壤降鹽率（%）=[（對照鹽分一覆蓋處理鹽分）/對照鹽分]x100

1.3統(tǒng)計分析

利用Excel 2003和DPS 7.05進行數(shù)據(jù)分析及制圖，使用隨機區(qū)組單因素方差分析程序及LSD法進行多重比較。

2結(jié)果與分析

2.1種植堿蓬和秸稈覆蓋對灘涂極重度鹽土0-100 cm剖面鹽分含量變化的影響

由圖2可知，無論是2014年12月（圖2-A）還是翌年4月（圖2-B），與cK相比，PS處理能顯著降低0-20cm土壤鹽分含量（P<0.05，下同），而對20-100cm土壤含鹽量變化無顯著影響（P>0.05，下同）；2014年12月，與CK相比，SM-A和SM-2A處理的土壤0-80 cm土層深度鹽分含量均顯著降低；CK的0～10、10～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土壤各層鹽分含量分別為19.27，21.24、16.23、16.75、16.35和14.34 g/kg，SM=A處理土壤各層鹽分含量分別下降96.94%、97.28%、91.36%、71.85%、36.98%和11.16%，SM-2A處理土壤各層鹽分含量分別下降98.49%、98.46%、95.81%、82.87%、53.20%和7.98%。2015年4月，與CK相比，SM-A和SM-2A處理的土壤0～100 cm土層深度鹽分含量降低均達到顯著水平，SM-A處理各層土壤鹽分分別下降99.19%、98.89%、97.80%、97.07%、84.92%和55.79%，SM-2A處理下分別下降98.84%、99.04%、98.34%、96.15%、89.52%和67.47%；同時，與2014年12月相比，SM-A和SM-2A處理的土壤0～100 cm土層深度鹽分含量持續(xù)降低，特別是20-100cm土層土壤鹽分下降更明顯。

2.2種植堿蓬和秸稈覆蓋對灘涂極重度鹽土0-100 cm剖面pH和水分含量變化的影響

由圖3可知，無論是2014年12月還是翌年4月，0～100 cm各層土壤pH基本表現(xiàn)為秸稈覆蓋處理（SM-A和SM-2A）顯著高于沒有秸稈覆蓋的處理（CK和PS處理），且SM-2A處理的各層土壤pH均高于SM-A處理；不同土層深度之間，12月份，CK處理下土壤pH表現(xiàn)為隨土壤深度的增加而增加的變化趨勢，而PS處理下表現(xiàn)為土壤pH隨土壤深度的增加而降低的變化趨勢；4月份，CK處理下土壤pH隨著土壤深度沒有明顯的變化，而PS處理下土壤pH表現(xiàn)為40～100 cm土層高于0～20cm土層；同時，無論是12月還是翌年4月，SM-A和SM-2A處理土壤pH變化均表現(xiàn)為隨著土層深度不斷增加，呈現(xiàn)出先升高后降低的變化趨勢。

由圖4可知，2014年12月，0～20 cm土壤水分含量表現(xiàn)為SM-A處理顯著高于CK和PS處理，且SM-A與SM-2A處理間無顯著差異；4種處理問20～100 cm土壤水分含量均無顯著差異；翌年4月，0～60 cm土層土壤水分含量表現(xiàn)為SM-A和SM-2A處理顯著高于CK和PS處理，60～100 cm土壤水分含量表現(xiàn)為4種處理間均無顯著差異。

2.3種植堿蓬和秸稈覆蓋處理對灘涂極重度鹽土土壤性質(zhì)和降鹽效果的影響

試驗進行1年后的表層土壤性質(zhì)測定結(jié)果如表1所示，與CK相比，秸稈覆蓋處理（SM-A和SM-2A）顯著降低了表層土壤有機碳含量，但對全氮含量、碳氮比、容重和孔隙度均無顯著影響；PS處理下土壤有機碳、全氮、碳氮比、容重和孔隙度與CK均無顯著差異；同時，與CK相比，Ps、SM-A和SM-2A處理在試驗進行1年后，土壤鹽分含量均有顯著降低，分別降低51.10%、99.53%和99.53%，且秸稈覆蓋條件下表層土壤鹽分含量降低到0.1g/kg以下，能夠滿足大部分農(nóng)作物的正常生長。

3討論

3.1種植堿蓬和秸稈覆蓋對灘涂極重度鹽土鹽分變化和降鹽效果的影響

本研究結(jié)果表明，種植鹽生植物堿蓬可顯著降低灘涂表層土壤鹽分含量，種植1年后土壤鹽分降到7.30 g/kg左右，相比裸地處理降低51.0%以上，與張立賓等（2007）在東營濱海鹽土區(qū)和王立艷等（2014）在天津濱海鹽土區(qū)的研究結(jié)果一致。其原因可能是種植堿蓬后植被的覆蓋度增加，植物蒸騰作用很大程度上取代了地面蒸發(fā)作用，避免了地表蒸發(fā)造成的鹽分表聚；同時，堿蓬為葉肉質(zhì)化的真鹽生植物，可從耕層土壤中吸收大量鹽分積累在植物體內(nèi)，進而隨著堿蓬的種植表層土壤鹽分實現(xiàn)轉(zhuǎn)移（張立賓等，2007）。

大量研究表明，秸稈覆蓋可改變?yōu)I海鹽堿土土壤鹽分的變化規(guī)律，增加土壤淋鹽洗鹽作用，達到降鹽及控鹽的作用，進而保證農(nóng)作物安全生長（孫博等，2011，2012；張建兵等，2014）。本研究也發(fā)現(xiàn)，15 t/ha（SM-A）和30 t/ha秸稈覆蓋（SM-2A）處理均可顯著降低灘涂極重度鹽土0-100cm土層土壤鹽分含量；且在2014年12月，SM-A和SM-2A處理下0-20和20-40 cm土壤降鹽率均可達96.0%和91.0%以上；2015年4月，在秸稈覆蓋條件下，土壤鹽分進一步明顯下降，SM-A和SM-2A處理0-60、60-80和80-100cm土層土壤降鹽率均達96.0%、84.9%和55.8%以上。其原因可能是：（1）灘涂新圍墾鹽堿裸地在6～8月雨季降雨集中，處于強烈的脫鹽期（趙秀芳等，2010），大量秸稈覆蓋起到增加土壤淋洗作用和脫鹽作用（孫博等，2011，2012）；而9-10月江蘇沿海灘涂降雨較少，在高蒸發(fā)力的作用下，伴隨著雨季儲存在土壤中水分的劇烈蒸發(fā)，土壤中鹽分會在表層聚積（趙秀芳等，2010；朱宏偉等，2013），大量秸稈覆蓋可更好地充當水汽蒸發(fā)的屏障，減少水分蒸發(fā)力，進而起到緩解耕層土壤鹽分累積和調(diào)控鹽分的作用（孫博等，2011，2012）；（2）隨著大量秸稈覆蓋時間的增加，土壤鹽分下層不斷向下淋洗，地表控鹽，最終表現(xiàn)為2015年4月0～100 cm土層的土壤鹽分含量相比2014年12月進一步下降。綜上所述，相比種植堿蓬，15和30 t/ha秸稈覆蓋處理對土壤降鹽具有更快更好的效果，因此，秸稈覆蓋處理應(yīng)作為灘涂極重度鹽土降鹽的重要措施。

3.2種植堿蓬和秸稈覆蓋對灘涂圍極重度鹽土土壤性質(zhì)的影響

土壤有機碳和全氮含量是反映土壤質(zhì)量或健康的重要指標，直接影響土壤肥力和作物產(chǎn)量的高低（候曉靜等，2015；劉鑫等，2016）。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋處理能顯著降低灘涂極重度鹽土表層土壤有機碳含量，而對土壤全氮、碳氮比等無顯著影響，與楊東等（2016）在黃河三角洲濱海鹽土中的研究報道有一定差異，其研究發(fā)現(xiàn)，小麥秸稈覆蓋對濱海鹽土表層土壤有機質(zhì)、速效鉀和堿解氮含量均有明顯提升。造成這一差異的原因可能是本研究對象為灘涂極重度鹽土，裸地條件下只有堿蓬等少量鹽生植物生長，秸稈覆蓋處理后經(jīng)過梅雨季節(jié)土壤鹽分含量快速下降到2.0 g/kg以下，可滿足大量雜草的生長，在不進行人為施肥的情況下，消耗土壤中的有機碳滿足植物生長；加上秸稈覆蓋后土壤表層水分含量增加，土壤表層處于濕熱環(huán)境，有機質(zhì)加速分解，進而造成土壤有機碳含量減少。同時，本研究也發(fā)現(xiàn)種植堿蓬處理對土壤有機碳、總氮、碳氮比和容重等均無顯著影響。然而，潘潔等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)種植堿蓬對鹽堿地土壤有機質(zhì)有明顯的提高作用?？赡苁怯捎谂藵嵉龋?015）在連續(xù)種植堿蓬過程中進行了人為澆水、施肥等農(nóng)藝措施，特別是施肥保證了堿蓬生長過程的養(yǎng)分補充，同時長期種植堿蓬也可增加大量植物殘渣如枝葉、根系等進入土壤，也可增加土壤有機碳含量；而本試驗研究中不進行任何人為耕作措施，堿蓬生長消耗了土壤中的有機質(zhì)。綜上所述，在種植堿蓬和秸稈覆蓋進行灘涂極重度鹽土土壤脫鹽和降鹽的同時，應(yīng)結(jié)合適量的有機肥共同進行，力求達到土壤降鹽和培肥的效果。

4結(jié)論

在不進行其他農(nóng)藝措施（如施肥、灌溉等）的條件下，15和30 t/ha秸稈覆蓋均對灘涂極重度鹽土降鹽有極顯著效果，但同時也顯著降低了土壤有機碳。因此，綜合考慮降鹽和培肥效果，秸稈覆蓋處理結(jié)合適量有機肥施用可能是將來進行灘涂極重度鹽土降鹽和培肥改土的重要措施。