施肥對海水倒灌后土壤鹽分時空分布的影響研究初報

王永鵬 曹啟民 覃姜薇 周玉杰 何俊齡 張永北 胡聃

摘 要 針對海水倒灌后土壤鹽漬化引發(fā)農(nóng)田生產(chǎn)障礙的現(xiàn)狀，以撂荒水稻田為研究對象，分析土壤鹽分動態(tài)變化。結(jié)果顯示，土壤含鹽量隨種植年限呈遞減趨勢。兩季水稻栽培后，施有機肥處理土壤含鹽量降為0.91 g·kg-1;三季栽培后，不施肥處理、施無機肥處理土壤含鹽量分別降為0.81 g·kg-1、1.01 g·kg-1;四季栽培后，撂荒區(qū)土壤鹽分含量降低到0.90 g·kg-1。說明棄耕條件下，受災農(nóng)田自我修復達到符合生產(chǎn)要求的時間需要3年以上;在常規(guī)耕作的基礎(chǔ)上，增施有機肥可以加速土壤含鹽量的降低，使農(nóng)田恢復生產(chǎn)的時間提前1年。從時空分布看，表層土壤全鹽含量與pH及養(yǎng)分含量均呈顯著負相關(guān)關(guān)系，即土壤pH、養(yǎng)分隨土壤全鹽量的降低而逐漸增加。隨著棄耕時間推移及降雨不斷淋洗，Na+、Cl–、SO42-等離子含量在全鹽含量中所占比例不斷下降，而Ca2+、Mg2+等鹽基離子在全鹽中的相對比例上升，反應(yīng)出陰陽離子之間相互轉(zhuǎn)化特征及水鹽相互作用的內(nèi)在關(guān)系。

關(guān)鍵詞 海水倒灌;施肥;鹽分動態(tài);撂荒地

中圖分類號：S156 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.23.089

海水倒灌是指海水經(jīng)地表到達陸地，對沿海低洼地區(qū)的種植、養(yǎng)殖及生活區(qū)域造成破壞，同時影響內(nèi)河的排水，使陸地更容易受洪澇災害，是我國沿海地區(qū)普遍存在且日趨嚴重的資源問題和生態(tài)問題。海水的短期浸漬和田面滯水使海鹽成分迅速積累在土壤中，不但污染水源，還會造成農(nóng)田土壤向鹽漬化演變[1]。根據(jù)王遵親1993年報道的我國土壤鹽化分級指標，濱海、半濕潤、半干旱、干旱區(qū)，含鹽量<1 g·kg-1為非鹽漬化，含鹽量在1～2 g·kg-1為輕度鹽漬化，含鹽量在2～4 g·kg-1為中度鹽漬化，含鹽量在4～10 g·kg-1為重度鹽漬化，而含鹽量>10 g·kg-1則為鹽土[2]。研究表明，土壤鹽漬化是土地退化的主要原因之一[3]，也是影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)田環(huán)境改善的戰(zhàn)略問題[4-5]。徐小菊等[6]研究顯示，海水淹沒超120 h，橘樹全部落葉，超過168 h樹體大部分死亡。石普芳等[7]調(diào)研顯示，1997年浙東海水倒灌后水田平均土壤全鹽量比倒灌前上升312.5%～482.3%;河水NaCl含量超倒灌前1～3倍。

2014年7月，海南省東北部因超級臺風而引發(fā)海水倒灌，造成當?shù)?.27萬公頃農(nóng)田被淹[8];海水倒灌后文昌地區(qū)農(nóng)田表層（0～5cm）平均含鹽量超過9 g·kg-1，鹽漬化影響深度達40 cm以上[9]，大量農(nóng)田被迫棄耕。

本研究通過水稻栽培，跟蹤耕作狀態(tài)（灌溉、施肥）與自然條件下（自然降雨）土壤含鹽量及其鹽分組成的動態(tài)變化，明確傳統(tǒng)耕作與自然條件下土壤修復的最大期限，為采取更快、更適合的土壤改良措施提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)參照。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

以海南省羅豆農(nóng)場海水倒灌后水稻種植示范區(qū)為研究對象，該區(qū)域東、北、南三面臨海，屬熱帶北緣沿海地帶，具有熱帶和亞熱帶氣候特點，屬熱帶季風島嶼型氣候，海拔1～4 m，地勢平坦，年平均日照時間1 953.8 h，年平均氣溫23.9 ℃，年降水量1 721.6 mm，年均蒸發(fā)量為1 981 mm，受臺風影響嚴重，年均發(fā)生強熱帶風暴和臺風2.6次，成土母質(zhì)以淺海沉積物和砂頁巖風化物為主，土壤偏酸性，質(zhì)地為砂質(zhì)壤土。2014年前該地為水稻農(nóng)田，海水倒灌后棄而撂荒。試驗布置前耕層土壤檢測平均結(jié)果如表1所示。

1.2 試驗材料

供試肥料：生物有機肥（有機質(zhì)≥45%，總養(yǎng)分N-P2O5-K2O≥5%）;硅鈣鎂鉀復混肥（N-P2O5-K2O=5-5-8≥18%，CaO-SiO2-MgO=14-13-3≥30%）;尿素（N≥46%）;過磷酸鈣（P2O5≥16%）;鉀肥（KCl≥17%）。

供試作物：供試水稻品種為海南省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所選育的特優(yōu)458。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)撂荒、不施肥種植、無機肥種植、有機肥種植4個處理，3次重復，隨機排列，每小區(qū)200 m2，小區(qū)間以田埂隔開，間距2m，撂荒為對照。生物有機肥

（4500 kg·hm-2）作為基肥播前施入;硅鈣鎂鉀復混肥（750 kg·hm-2）為苗期追肥;尿素（720 kg·hm-2）、過磷酸鈣（930 kg·hm-2）、鉀肥（255 kg·hm-2）用量按當?shù)貍鹘y(tǒng)施肥量標準計算，苗期撒施。試驗區(qū)布置前表層土壤平均含鹽量為6.82 g·kg-1。土樣采集分4層，分別為0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm，布置試驗前及作物收獲后各采集一次，測定土壤平均含鹽量即相關(guān)養(yǎng)分含量。水稻播種為人工育苗，人工拋秧。播種前分別進行2次灌水和機械翻耕，收獲后作物殘留秸稈翻埋還田。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)用SPSS 19.0進行單因素方差分析，不同處理差異顯著性的多重比較采用最小顯著差異（LSD0.05）法。各圖標中的數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對土壤含鹽量的影響

2.1.1 表層土壤含鹽量

各處理表層土壤含鹽量如圖1所示?？梢钥闯?，撂荒、不施肥、無機肥、有機肥4個處理表層土壤水溶性鹽總量隨時間推移均呈下降趨勢，四季栽培后分別降低85.21%、92.34%、90.56%、95.19%;大部分土壤鹽分是在自然條件下降低的，且海水倒灌三年后，撂荒區(qū)表層土壤鹽分含量降低到0.90 g·kg-1。說明天然降雨是該地區(qū)洗鹽的主要推力，而且試驗區(qū)域降雨充沛，自然蒸發(fā)和降雨條件下，如不受其他因素干擾，3年后受災農(nóng)田可以恢復到非鹽漬化狀態(tài)。究其原因，一方面可能與海南近兩年較多的強降雨有關(guān)，暴雨對土壤鹽分的脫鹽作用很明

顯[10]，據(jù)海南氣象觀測數(shù)據(jù)顯示，2016年海南省平均降雨量為歷史最多值，其中，1月平均降雨量達86.1 mm，較常年同期偏多313.9%，8月平均降水量達552.6 mm，較常年同期偏多96%;2017年內(nèi)共有16個熱帶氣旋影響海南，區(qū)域性暴雨次數(shù)達17次，為歷史以來最多的年份，其中單次最大降雨量在文昌地區(qū)，為214.7 mm。另一方面，與土壤鹽分主要聚集在表土層有關(guān)，研究顯示，海水倒灌后農(nóng)田鹽漬化有明顯的“表聚”現(xiàn)象，鹽漬水田的鹽分主要積聚在耕層[11]。耕層土壤鹽分是“無根之鹽”，若有充足的雨水或灌水，土壤鹽分溶于水易于脫除[12]。

兩季栽培后，有機肥處理表層土壤含鹽量為0.91 g·kg-1，顯著低于其他3個處理，說明施有機肥能有效加快降鹽速度，縮短土壤恢復時間。相關(guān)研究表明，增施有機肥料，可以改善鹽漬土土壤物化特性、土壤膠體和生物學性狀，改善鹽漬土土壤生態(tài)環(huán)境，促進脫鹽、抑制返鹽，以有機物質(zhì)調(diào)控土壤水鹽平衡和肥鹽平衡[13-14]。

三季栽培后，不施肥處理表層土壤含鹽量降為0.81 g·kg-1，說明利用灌水、翻耕等農(nóng)業(yè)措施可以起到降鹽的輔助效果。且有相關(guān)研究表明，翻耕既有利于土壤排水，又有利于充分利用雨水泡田洗鹽，加速土壤脫鹽，還能將含鹽量高的土壤帶到下層[12]。沈荷芳[11]研究表明，翻耕比不翻耕的脫鹽效果可提高60%以上。三季栽培后無機肥處理表層土壤含鹽量為1.01 g·kg-1，降鹽效果弱于不施肥處理，說明無機肥對表層土壤鹽分淋洗有一定拮抗作用，這一結(jié)果與胡育驕等[15]的研究結(jié)果相似。

2.1.2 剖面土壤含鹽量

如圖2所示，研究區(qū)域土壤表層（0～10 cm）含鹽量最高，并且區(qū)域內(nèi)整體含鹽量隨深度迅速降低，40 cm以下趨于穩(wěn)定。這是由于海水倒灌前，伴隨臺風而來的大暴雨使得田間土壤持水量已呈飽和狀態(tài)，由于淡水的頂托和犁底層的阻隔，使鹽漬水田的鹽分主要積聚在表土層，一部分鹽分離子隨水分下滲進入下層，但比例遠遠小于表層[9]，而另一方面，海水中鈉鹽和氯化物的溶解度大且運移活躍，在高溫蒸發(fā)作用下聚集在土壤表層，形成鹽霜層，隨著作物種植以及持續(xù)灌溉，土壤鹽分不斷被雨水或灌溉水淋溶移走，土體中的鹽分平均含量逐年遞減，脫鹽明顯。

由圖2可以看出，撂荒區(qū)土壤含鹽量明顯高于其他3個處理，說明施有機肥和一定的耕作措施在洗鹽階段有助于加快脫鹽速率。原因可能是高溫返鹽階段，由于野生雜草與栽培作物的不同導致撂荒區(qū)與種植區(qū)地表覆蓋度不同，地表蒸發(fā)量存在差異，而地表蒸發(fā)加強可加速鹽分在地表積累[16]，從而造成耕層土壤不同的鹽分表聚特性。郭全恩等[17]研究發(fā)現(xiàn)，裸地比種植地具有更明顯的表層鹽分聚集，常年小麥種植可以明顯減少土壤中0～100cm的鹽分含量。Zhao等[18]研究表明，植被可以減少地表土壤水分蒸發(fā)，而其根系活動可以激活土壤中CaCO3，使其分解出更多的Ca2+以替換Na+，從而改善土壤理化性質(zhì)并加速脫鹽。

由圖2可知，試驗期間，無機肥處理表層土壤含鹽量高于不施肥處理，而在下層剖面中則接近或小于不施肥處理。原因可能是無機肥含有較多的游離態(tài)離子，在土壤表層比較活躍，短期內(nèi)對土壤鹽分影響明顯，在高溫蒸發(fā)條件下形成返鹽匯集，而下層土壤中游離態(tài)離子更易溶于水，隨水下滲。也有相關(guān)研究表明，土壤水溶性Na+的含量隨氣溫升高而快速遞增，10～15 cm剖面最為明顯，但與空氣濕度關(guān)系不是很密切[19]。此外，還有相關(guān)文獻說明，20～150 cm土層剖面，單施化肥比其他施肥方式更易造成鹽分淋溶[20]。

2.2 自然條件下土壤鹽分組成

土壤鹽分組成主要是受成土母質(zhì)和海水離子組成的影響，不同離子在土壤中具有不同的遷移特征。羅豆地區(qū)因其地理臨海，海拔接近海平面，受臺風影響海水倒灌嚴重，氣象條件使得積鹽與脫鹽過程頻繁交替進行，以及受各類鹽基離子的化學特性差異和在土壤介質(zhì)中移動能力等因素的影響，導致土壤離子組成及其離子平衡程度的時空分布具有差異[21-22]。

從表2可以看出，海水倒灌后羅豆地區(qū)鹽漬地表層土壤中鹽離子含量在短期內(nèi)變化較大。對于陽離子來說，海水倒灌后土壤中陽離子則以Na+為主，占陽離子總量的76.91%，其次為Ca2+，占陽離子總量的18.05%，K+和Mg2+含量相對較小。隨棄耕時間推移，Na+含量逐漸減小，Ca2+含量隨之增加。對于陰離子來說，海水倒灌后主要則以Cl-和SO42-為主，分別占陰離子總量的67.77%、25.13%，均隨棄耕時間推移逐漸減小;CO32-和HCO3-含量相對較小，隨棄耕時間推移逐漸增加。且陰、陽離子含量的變化幅度隨時間推移逐漸減弱，可能在一定時期后，離子間會達到一種平衡而穩(wěn)定下來[23-24]。

由此可以看出，羅豆地區(qū)隨棄耕時間推移土壤陽離子及陰離子之間相互轉(zhuǎn)化的特征反映了鹽分在形成過程中水鹽相互作用的內(nèi)在關(guān)系：當有鹽漬化現(xiàn)象發(fā)生時，硫酸鹽、碳酸鹽類相繼沉淀生成;當土壤鹽漬化程度降低時，低溶解度的碳酸鹽類首先析出沉淀，鹽分對作物的抑制作用隨之減緩[25-27]。相關(guān)研究表明，土壤中高濃度的Na+對植物的莖發(fā)育具有較高毒性[28]，Na+會改變植物中離子平衡，極易造成植物營養(yǎng)失調(diào);Mg2+會阻礙植物光合作用，減少葉綠素的產(chǎn)生;而Ca2+可增大局部土壤黏重度，使土壤透水性降低，具有隔鹽作用。高濃度的Na+抑制植物對K+和Ca2+的吸收，使土壤中交換性Ca2+下降，造成Ca2+大量淋失，當土壤鹽類以Na2CO3或NaHCO3為主時，即使總鹽量、滲透壓不高，也會對作物產(chǎn)生致命危害[29-31]。

2.3 施肥對海水倒灌區(qū)土壤養(yǎng)分的影響

如圖3所示，隨作物栽培時間推移，撂荒與不施肥處理的土壤養(yǎng)分呈先降低后增加的趨勢，兩個施肥處理則呈逐漸增加的趨勢。與播種前相比，2017年收獲時撂荒、不施肥、無機肥、有機肥處理分別提高土壤有機質(zhì)含量8.25%、15.29%、29.34%、55.09%;提高水解性氮含量13.57%、27.82%、66.09%、81.37%;提高有效磷含量17.46%、46.48%、101.24%、111.14%;提高速效鉀含量6.67%、9.64%、51.19%、59.06%。4個處理中，施有機肥恢復地力的效果最佳。

隨著耕作帶來的土壤不斷熟化，土壤有機質(zhì)不斷升高，土壤鹽分呈不斷下降趨勢。由圖3可以看出，土壤有機質(zhì)含量與土壤含鹽量呈顯著負相關(guān)（p<0.001），這表明土壤有機質(zhì)含量增加能夠顯著降低土壤含鹽量;土壤速效氮、磷、鉀含量也與土壤含鹽量呈顯著負相關(guān)（p<0.001），主要是由于有機肥在改善土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)的同時能快速增加土壤有機質(zhì)、氮、磷鉀等養(yǎng)分含量，有利于鹽漬土壤的淋鹽和抑鹽。此外，研究區(qū)域作物收獲后將大量殘余秸稈直接還田，在提高土壤有機質(zhì)同時，顯著增加了土壤水解性氮、有效磷、速效鉀含量，也在一定程度上增加了土壤儲水量，協(xié)調(diào)團聚體穩(wěn)定性，抑制鹽分表聚，有效改善土壤水鹽環(huán)境。且也有研究表明，土壤有機質(zhì)是肥力抑鹽作用的核心，增加有機質(zhì)含量能夠顯著降低土壤含鹽量[32-33]。土壤有機質(zhì)含量增加時，土壤容重降低，非毛管空隙增加，而毛管空隙降低，當?shù)叵滤S毛管引力上升至有機質(zhì)含量高的土層時，毛管斷裂，水只能以氣態(tài)形式向上運行，而可溶性鹽分則滯留在液態(tài)水部位，進而減少了鹽在表層的聚

集[34]。此外，有機質(zhì)還能通過協(xié)調(diào)激素平衡來降低鹽脅迫給植物帶來的傷害，提高耐鹽能力。

3 結(jié)論

1）海水倒灌后，土壤鹽分離子以Na+和Cl–為主，隨棄耕時間推移，陰陽離子之間相互作用，朝有利于土壤生態(tài)修復的方向轉(zhuǎn)變。

2）雨季時節(jié)，強降雨是羅豆地區(qū)鹽漬化農(nóng)田洗鹽的主要推力。自然條件下，3年后土壤含鹽量可以降到作物生育障礙臨界點以下（即土壤含鹽量<1 g·kg-1）。

3）應(yīng)用灌溉、翻耕、施肥等農(nóng)作措施均能起到相應(yīng)的抑鹽效果，恢復地力，其中施有機肥的效果最佳。在耕作的基礎(chǔ)上，增施外援有機物，可在增加土壤養(yǎng)分含量的同時，加速縮短降鹽期限。

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（責任編輯：劉昀）

收稿日期：2019-07-13

作者簡介：王永鵬（1977—），男，甘肅靜寧人，博士，農(nóng)藝師，研究方向為土壤修復、農(nóng)業(yè)生態(tài)。

※為通信作者，E-mail： wangyongpeng06@126.com。