種植綠肥作物對河套灌區(qū)鹽堿土改良效果研究

景宇鵬，張建中，李秀萍，杜二小，趙 強(qiáng)，白勇興，陳 強(qiáng)，劉 梅，伊風(fēng)艷，4，趙沛義

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；3.杭錦后旗農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣中心，內(nèi)蒙古 陜壩 015400；4.中國科學(xué)院內(nèi)蒙古草業(yè)研究中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

土壤鹽漬化是一個世界性問題，已成為制約干旱半干旱地區(qū)生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)高效利用的一個重要因素[1]。全世界約有9.55×108hm2鹽漬化土壤，占世界土地面積的10%～25%[2]，且每年以（1.0～1.5）×106hm2的速度增加[3-4]。我國鹽堿化土地面積大，分布范圍廣[5]，鹽漬土面積約0.27×108hm2，約占全球鹽堿地總面積的10%，是世界上土壤鹽漬化最為嚴(yán)重的國家，同時還有大面積的潛在鹽漬化土壤[6]，尤其在西北干旱半干旱區(qū)更加嚴(yán)重[7-8]。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)地處內(nèi)陸，是內(nèi)蒙古鹽漬化土壤主要分布區(qū)之一，也是我國西北最主要的農(nóng)區(qū)與生態(tài)脆弱區(qū)，鹽漬化耕地面積39.4×106hm2，占耕地面積的68.65%[9]，且以中重度鹽漬化為主。

長期以來，河套灌區(qū)的生存和發(fā)展完全依靠黃河水，尤其是以水洗鹽在鹽堿地的改良和利用中發(fā)揮著重要作用，但使地下水位迅速提高，大量鹽分又聚集于地表，長期持續(xù)的大水漫灌必然引起土壤鹽堿化程度不斷加重、次生鹽漬化的發(fā)生。因此，采取科學(xué)合理的鹽堿地治理措施仍是灌區(qū)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展研究的重點(diǎn)。前人對鹽堿土改良主要有工程措施、化學(xué)措施和生物措施，但工程措施、化學(xué)措施投資成本較高，而生物改良措施因具有投入成本低、操作管理比較簡單可行、也不會造成水資源的浪費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)被國內(nèi)外廣泛應(yīng)用[10-11]。因此，通過種植具有一定耐鹽能力的豆科綠肥作物，利用其根瘤固氮作用，增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤肥力狀況來達(dá)到治理鹽堿地的目的。通過在鹽堿地上種植綠肥作物田菁和草木樨，研究其對土壤的生物改良效果，以期為河套灌區(qū)鹽堿土的改良利用提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地處河套平原地區(qū)杭錦后旗改鹽增糧科技示范園區(qū)（三道橋鎮(zhèn)澄泥村），該園區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市西部，地理位置為北緯40°26′～41°13′、東經(jīng)106°34～107°24′，海拔高度1 000 m，屬中溫帶大陸性氣候，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均降水量135.9 mm，年均蒸發(fā)量1 984.3 mm，蒸降比10～15，年日照時數(shù)平均4 449.6 h，年均氣溫8.7℃，無霜期126 d。地下水埋深一般0.5～1.5 m，地下水礦化度10～20g/L，土壤類型以硫酸鹽為主，并有多量氯化物和碳酸鹽、重碳酸鹽類。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

采用大田對比試驗(yàn)設(shè)計，設(shè)置3個處理，分別為田菁（Sesbania cannabina）、草木樨（Melilotus suaveolens）、對照CK（自然植被）。每一大區(qū)面積40 m×20 m=800 m2，于2016年6月15日種植，9月22日收獲；2017年6月10日種植，9月20日收獲。各處理均采取條播種植，播種量分別為田菁：75kg/hm2；草木樨：30kg/hm2。2017年10月18日分別采集耕層0～20 cm土樣，對土壤堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、全氮、pH值、交換性鈉、陽離子交換量、全鹽量進(jìn)行分析。植物的整個生育期不施任何肥料，完全自然狀態(tài)生長，僅進(jìn)行田間人工除草。種植前后分別采集0～20 cm 環(huán)刀樣品測定土壤容重和孔隙度。

1.3 測定項(xiàng)目和方法

土壤pH值采用電位法測定；土壤可溶性鹽含量采用1∶5的土水比浸提，八大離子加和法；陽離子交換量采用乙酸鈉浸提，火焰光度計法；交換性鈉采用乙酸銨浸提，火焰光度計法；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法；全氮用半微量凱氏法測定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法；速效磷采用碳酸氫銨浸提，鉬銻抗比色法；速效鉀采用醋酸銨浸提，火焰光度法測定[12]。

式中，Ra代表土壤容重；Rb代表土壤比重，采用常規(guī)值2.65g/cm3。

式中，A、B分別代表交換性鈉、陽離子交換量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2007 整理數(shù)據(jù)，采用SPSS軟件進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植綠肥作物對土壤物理性質(zhì)的影響

由表1可知，連續(xù)種植2年田菁、草木樨耕層土壤容重均有不同程度地降低，與對照（CK）相比種植田菁、草木樨耕層土壤容重分別下降了4.08%，2.08%，且種植田菁土壤容重的降低幅度與對照差異顯著（P＜0.05），而種植草木樨耕層土壤容重與對照（CK）相比差異不顯著（P＞0.05）。同時種植田菁、草木樨2年后土壤總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均有不同程度的提高。與對照（CK）相比種植田菁耕層土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度分別提高了5.08%，10.91%，3.55%，且土壤總孔隙度由種植前的差異不顯著變?yōu)榉N植后差異顯著；而種植草木樨耕層土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度也略有增加，分別較對照（CK）提高1.97%，2.74%，1.47%，但差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 種植綠肥作物對土壤養(yǎng)分的影響

由圖1可知，連續(xù)種植2年綠肥作物鹽漬化土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分較對照呈上升趨勢，且種植不同種類的綠肥作物對土壤養(yǎng)分增加的程度有所不同。其中種植田菁土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀分別較對照（CK）分別增加49.0%，68.4%，43.8%，44.8%，36.5%；種植草木樨土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀較對照（CK）分別增加49.4%，36.8%，40.7%，36.7%，26.2%；且種植2種綠肥作物的鹽漬化土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分含量都與對照（CK）表現(xiàn)出顯著性差異（P＜0.05）。

圖1 種植綠肥作物對土壤養(yǎng)分的影響

2.3 種植綠肥作物對土壤鹽堿特征的影響

由圖2可知，連續(xù)種植2年綠肥作物能夠有效降低土壤pH、全鹽含量、堿化度，與對照（CK）相比，種植田菁、草木樨鹽漬化土壤pH值、全鹽量、堿化度均有不同程度地降低。種植前后田菁土壤pH 下降了0.38個單位，全鹽下降了1.30g/kg、堿化度下降了8.60 百分點(diǎn)；種植前后草木樨土壤pH 下降了0.18個單位，全鹽下降了1.03g/kg、堿化度下降了7.70 百分點(diǎn)。與對照（CK）相比，種植田菁耕層土壤堿化度下降幅度較為顯著，土壤堿化度降低了35.2%，且達(dá)顯著水平（P＜0.05）。

圖2 種植綠肥作物對土壤鹽堿特征的影響

3 討論

土壤容重是土壤主要的物理性質(zhì)，與作物根系穿透阻力、土壤的含水量、土壤的通氣性密切相關(guān)。本研究種植田菁和草木樨綠肥作物均不同程度降低了耕層土壤容重，究其原因是種植2種綠肥作物種植后土壤孔隙度（總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度）均增大，依次為：田菁＞草木樨＞對照，尤其是田菁發(fā)達(dá)的根系活動可增加土壤孔隙度，從而直接降低土壤容重。

一般認(rèn)為植物在生長發(fā)育過程中需要從土壤中吸收大量的各種養(yǎng)分，從而降低土壤中各種速效養(yǎng)分的含量；而種植綠肥作物可提高土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分的含量[13]。在本試驗(yàn)中，通過種植綠肥作物土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效養(yǎng)分呈升高的變化趨勢，且2種綠肥作物對土壤養(yǎng)分的提升程度差異顯著。土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量分別增加了49.0%～49.4%，36.8%～68.4%，40.7～43.8%，這與施朱峰[14]、張立賓等[15]、景鵬成等[16]研究認(rèn)為種植豆科綠肥作物可提高土壤全氮、有效氮、有機(jī)質(zhì)含量的研究結(jié)論相一致，這是由于綠肥具有固氮作用，增加了土壤中的氮元素，同時植株死亡后氮素歸還到土壤中，使土壤有機(jī)質(zhì)含量升高。種植田菁和草木樨土壤速效磷、速效鉀含量也增加，分別增加了36.7%～44.8%，26.2%～36.5%，這與李月芬等[17]、魏忠平等[18]、朱小梅等[19]研究種植草木樨改良鹽堿土對土壤速效鉀含量以及種植田菁、草木樨一個生長季后對速效磷含量影響結(jié)果不一致。

土壤pH、全鹽量、堿化度是評價鹽漬化土壤的一個重要屬性，也是區(qū)域鹽漬化土壤改良利用最基本的依據(jù)。而種植綠肥作物不僅能有效降低鹽漬土壤堿化度，而且還提高土壤肥力[20]。本試驗(yàn)研究表明，種植田菁和草木樨均能不同程度地降低土壤pH、全鹽量、堿化度，這與黃麗萍等[21]的研究結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

連續(xù)種植2年綠肥作物田菁和草木樨均不同程度的降低鹽堿土土壤容重，增加孔隙度，土壤物理性狀得到明顯改善，其改善程度依次為：田菁＞草木樨＞對照。種植田菁和草木樨可顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)、全氮等土壤養(yǎng)分含量，減輕鹽堿的危害，降低土壤pH、全鹽、堿化度等指標(biāo)。