不同改良措施對(duì)沙化土壤水分、pH值和電導(dǎo)率的影響

鄭亞楠 支金虎* 劉海江 努爾曼古麗·麥麥提尼亞孜

（1塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

（2塔里木大學(xué)南疆綠洲農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究中心，新疆 阿拉爾 843300）

土地退化已成為全球面臨的重要生態(tài)問(wèn)題之一［1］，全球土壤退化面積已超過(guò) 1.965×104km2［2］。據(jù)聯(lián)合國(guó)生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)科學(xué)政策平臺(tái)（IPBES）發(fā)布的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示：人類活動(dòng)干預(yù)使全球約80%的農(nóng)用地出現(xiàn)生態(tài)功能退化現(xiàn)象［3］，而土地沙化是土地退化的主要表現(xiàn)形式之一［4］。

沙化是干旱、半干旱及部分半濕潤(rùn)地區(qū)由于人地關(guān)系不相協(xié)調(diào)所造成的以風(fēng)沙活動(dòng)為主要標(biāo)志的土地退化。土地沙化導(dǎo)致可利用土地資源減少［5］、土地生產(chǎn)力下降［6］、自然災(zāi)害加?。?］，大面積蔓延會(huì)演變成土地荒漠化。

新疆是我國(guó)沙漠化最嚴(yán)重的地區(qū)［8］。尤其南疆地區(qū)，極端的氣候條件導(dǎo)致土壤沙化現(xiàn)象嚴(yán)重，而南疆地區(qū)又是我國(guó)重要的棉花生產(chǎn)基地之一，如何改良沙化土壤是亟待解決的問(wèn)題。

土壤沙化評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為植被蓋度［9］、有機(jī)質(zhì)含量［10］、土地利用類型。改善沙化土壤的主要方式之一是改良土壤質(zhì)地。傅淋等［11］研究發(fā)現(xiàn)翻壓綠肥能夠降低土壤容重，改善土壤化學(xué)成分；王永齊等［12］發(fā)現(xiàn)冬耕曬垡、深耕深翻和綠肥翻壓能夠顯著降低烤煙土傳病害；于江等［13］應(yīng)用生物腐植酸進(jìn)行改良，結(jié)果表明施用生物腐植酸可在較短時(shí)間內(nèi)提高土壤全氮和有機(jī)碳等主要養(yǎng)分的含量。

土壤含水量、土壤pH值及電導(dǎo)率是土壤質(zhì)量的重要屬性，影響著土壤的生產(chǎn)性能和土壤環(huán)境質(zhì)量［14］，用其衡量沙化土壤的改良效果，具有指導(dǎo)意義。本研究以南疆第一師十二團(tuán)不同種植方式下的沙化土壤為研究對(duì)象，研究幾種改良措施下水分變異、土壤酸堿性以及電導(dǎo)率變化，旨在為南疆沙化土壤的改良和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)研究區(qū)位于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師阿拉爾市國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)內(nèi)，平均海拔1 000 m，屬溫帶大陸性干旱氣候，全年干旱少雨，年均降雨量不足50 mm，年均蒸發(fā)量高達(dá)2 500 mm，試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地類型為砂性壤土，前期土地利用方式為休閑田。試驗(yàn)地塊基礎(chǔ)土樣0～20 cm、20～40 cm的pH值為8.22、電導(dǎo)率為412 ms/cm。

1.2 試驗(yàn)處理土壤樣品采集與指標(biāo)測(cè)定

本試驗(yàn)于2019年進(jìn)行，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)處理，3個(gè)區(qū)組。其中處理1為種植燕麥（A1），處理2為種植油菜+燕麥（A2），處理3為種植燕麥+油菜秸稈翻耕+生物菌肥（A3），處理4為種植燕麥+農(nóng)家肥（A4），處理5為種植燕麥+農(nóng)家肥+生物菌肥（A5）。每個(gè)處理重復(fù)3次，重復(fù)區(qū)與區(qū)組重合，小區(qū)面積為105 m2。

土壤樣品采集時(shí)間為2019年的7月25日、8月30日和10月20日，各樣點(diǎn)采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土層的樣品。含水量采用質(zhì)量烘干法測(cè)定，pH值采用2.5:1液土比pH計(jì)（ModelIQ150）測(cè)定，電導(dǎo)率采用2.5:1液土比電導(dǎo)率儀（DDS-307型）測(cè)定。

土壤變異系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)差/平均數(shù)×100%，土壤變異系數(shù)小于20%時(shí)為弱變異、在20%～50%之間為中等變異、大于50%為強(qiáng)變異［15］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019和DPS7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下土壤含水量的特征

由圖1可知，隨著土層深度的增加，土壤含水量逐漸增加，7月到10月表層土壤平均水分含量均在10%左右。出現(xiàn)此變化的原因主要有兩個(gè)方面，一是受氣候因素的影響，研究區(qū)氣候干燥，降雨稀少，強(qiáng)烈的蒸發(fā)加劇了表層土壤水分的散失；二是研究區(qū)于7月中旬除草，清除雜草一定程度上改變了表層土壤的疏松程度，使土壤水分散失加劇。

圖1 不同時(shí)期不同處理0～100 cm土壤水分分布圖

對(duì)不同時(shí)期各處理的土壤水分含量進(jìn)行差異性比較可知（圖2），7月份0～20 cm土層，A1處理含水量最高，A5處理含水量最低。A1與A3處理間無(wú)顯著差異，A5處理與A1、A3處理間均存在顯著差異，8月、10月各處理間無(wú)差異。7月、8月和10月，在20～40 cm土層，各處理間土壤含水量均無(wú)差異。

根據(jù)7月、8月及10月數(shù)據(jù)結(jié)果表明不同處理在不同土層的保水性上有所差異，A4、A5處理在0～20 cm土層保水性能最佳；A2處理在20～40 cm土層保水性能最佳。

圖2 不同時(shí)期不同土層土壤含水量差異

對(duì)不同時(shí)期不同土層的土壤含水量的變異系數(shù)進(jìn)行分析（表1），5個(gè)處理的變異系數(shù)均小于20%，為弱變異。7月、8月和10月時(shí)，以A1、A5、A2處理的土壤含水量的變異系數(shù)在0～20 cm土層最高，與基礎(chǔ)土樣的含水量變異系數(shù)相比分別上升7.19%、6.41%、7.55%；以A2、A3、A5處理的土壤含水量的變異系數(shù)在0～20 cm土層最低，與基礎(chǔ)土樣的含水量變異系數(shù)相比分別下降5.71%、8.04%、7.38%。

在7月和10月，以A2、A4處理的土壤含水量的變異系數(shù)在20～40 cm土層處最高，與基礎(chǔ)土樣的含水量變異系數(shù)相比分別上升5.24%、0.49%；8月的土壤含水量的變異系數(shù)以A5處理最高，與基礎(chǔ)土樣的含水量變異系數(shù)相比下降3.08%。

表1 不同時(shí)期不同土層各處理間土壤含水量的變異系數(shù)（%）

2.2 不同處理下土壤pH值的特征

土壤pH值是土壤基礎(chǔ)屬性之一，影響土壤化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)過(guò)程，支配著化學(xué)物質(zhì)在土壤中的移動(dòng)［14］。由圖3可知，隨著土壤深度的增加，5個(gè)處理在不同時(shí)期的土壤pH差異不顯著。7月份土壤pH值的平均值在7.62，8月份土壤pH值的平均值在7.74，而10月份土壤pH值的平均值則在7.66。因此，同一處理下在未通過(guò)措施改良時(shí)，土壤pH值不會(huì)隨著時(shí)間推移而發(fā)生變化。

pH值主要受成土母質(zhì)、氣候條件、植被等因素的影響［16］。不同土層處不同處理的土壤pH值不同。A1、A5處理在0～20 cm土層處的土壤pH值在不同時(shí)期先降低后增加；A2、A3和A4處理在0～20 cm土層處的土壤pH值在不同時(shí)期先增加再降低。A1、A2和A3處理在20～40 cm土層的土壤pH值在不同時(shí)期先增加后降低；A4、A5處理在20～40 cm土層的土壤pH值在不同時(shí)期先降低后增加。

出現(xiàn)這種結(jié)果的原因是兩方面的：一是因?yàn)橥寥浪值淖兓瘯?huì)影響土壤中鹽分含量的變化，而水分又受氣候等條件的影響。7～9月份，南疆氣候炎熱，導(dǎo)致土壤水分蒸發(fā)，水分蒸發(fā)帶動(dòng)土壤中鹽分從土壤底層上升到表層積聚。二是因?yàn)榉N植作物以后作物根系的呼吸作用產(chǎn)生CO2，CO2溶于水產(chǎn)生H+，使土壤的pH值降低，不同改良措施下土壤植物根系的分泌物及作物根莖的降解過(guò)程都會(huì)降低土壤pH值。從而導(dǎo)致不同種植方式對(duì)降低土壤pH值的作用有差異。

圖3 不同時(shí)期不同處理0～100 cm土壤pH分布圖

對(duì)不同時(shí)期不同處理的土壤pH值進(jìn)行差異性比較（圖4），可以看出，在7月份A1處理下0～20 cm土層處的pH值跟其他處理間存在極顯著差異。在8月份，A1處理下0～20 cm土層pH值低，而A3處理最高。對(duì)20～40 cm土層的pH值來(lái)講，A4與其他處理間差異極顯著。在10月份，各處理下0～20 cm、20～40 cm土層的土壤pH值均無(wú)差異。

圖4 不同時(shí)期不同土層土壤pH差異

由表2可以看出，7月份A1處理下0～20 cm、20～40 cm土壤的pH值變異系數(shù)相比于其他土層最大，變異性強(qiáng)；而其他處理的各土層土壤pH值變異系數(shù)變化不大。

8月份各處理土壤pH值均表現(xiàn)為弱變異性，其中，A3處理在0～20 cm土層中土壤pH值變異性最強(qiáng)；A3、A5處理在20～40 cm土層處土壤pH值變異性最強(qiáng)。

10月份各處理土壤pH值均表現(xiàn)為弱變異，其中，A4處理在0～20 cm土層處土壤pH值變異性最強(qiáng)；A5處理在20～40 cm土層處土壤pH值變異性最強(qiáng)。

2.3 不同處理下土壤電導(dǎo)率的分布特征

圖5 不同時(shí)期不同處理0～100 cm土壤電導(dǎo)率分布圖

由圖5可知，隨著土壤深度的增加，土壤電導(dǎo)率逐漸降低。A3處理下的土壤電導(dǎo)率值在0～20 cm土層先上升后下降，其他處理在0～20 cm土層的電導(dǎo)率值呈現(xiàn)先下降后上升。A4處理下的土壤電導(dǎo)率值在20～40 cm土層先升高后降低，而其他處理在20～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率值先降低后升高。其原因主要有以下兩點(diǎn)：一是受人為施肥和改良措施的影響，降低了土壤電導(dǎo)率；二是受氣候因素的影響，表層土壤水分的強(qiáng)烈蒸發(fā)加劇了可溶性鹽向土壤表層積聚。

對(duì)不同時(shí)期各處理的土壤電導(dǎo)率進(jìn)行差異性比較（圖6），7月份0～20 cm、20～40 cm土層中各處理間土壤電導(dǎo)率均無(wú)顯著差異。8月份0～20 cm、20～40 cm土層，各處理間土壤電導(dǎo)率均無(wú)差異。10月份0～20 cm、20～40 cm土層，各處理間土壤電導(dǎo)率均無(wú)差異。

圖6 不同時(shí)期不同土層土壤電導(dǎo)率差異

由表3可知，7月份A4處理在0～20 cm土層的土壤電導(dǎo)率變異為強(qiáng)變異，A1、A2處理在0～20 cm土層的電導(dǎo)率為中等變異，A4處理在20～40 cm土層的電導(dǎo)率為強(qiáng)變異，而A1、A2處理在20～40 cm土層的電導(dǎo)率為中等變異，A3和A5處理在20～40 cm土層的電導(dǎo)率為弱變異。

8月份A3處理在0～20 cm土層的土壤電導(dǎo)率為強(qiáng)變異，A1、A2和A5處理的土壤電導(dǎo)率為中等變異；A5處理在20～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率為強(qiáng)變異，其他處理的土壤電導(dǎo)率為中等強(qiáng)度變異。

10月份A4處理在0～20 cm土層的土壤電導(dǎo)率變異性最強(qiáng)，為強(qiáng)變異。A1、A2和A5處理在0～20 cm土層的土壤電導(dǎo)率表現(xiàn)為中等強(qiáng)度變異，A3處理的土壤電導(dǎo)率均表現(xiàn)為弱變異；A3處理在20～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率變異性最強(qiáng)，為強(qiáng)變異；A4、A5處理在20～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率為中等強(qiáng)度變異，A1、A2處理在20～40 cm土層的土壤電導(dǎo)率為弱變異。

表3 不同時(shí)期不同土層各處理間土壤電導(dǎo)率的變異系數(shù)（%）

3 結(jié)論

在0～40 cm土層中，不同時(shí)期各處理土壤含水量與土壤深度有一定關(guān)系，隨著土壤深度的增加，土壤水分含量升高，20～40 cm土層土壤水分變異性強(qiáng)。

各處理間土壤pH值差異較小，A1和A3處理在0～20 cm土層pH值與其他處理存在顯著差異，A4處理在20～40 cm土層與其他處理存在顯著差異。因此對(duì)降低土壤pH來(lái)講，A1、A2和A3處理在40 cm土層以上效果最好。

土壤電導(dǎo)率值是評(píng)價(jià)土壤鹽分的重要指標(biāo)。各處理0～20 cm土層，電導(dǎo)率均大于250 ms/cm，0～20 cm土層，土壤電導(dǎo)率降低，最終穩(wěn)定在200 ms/cm。不同處理均對(duì)土壤電導(dǎo)率產(chǎn)生了一定影響，其中A3和A4處理的土壤電導(dǎo)率與其他處理間存在顯著差異。

土壤水分變異系數(shù)越小，表明土壤保水性越強(qiáng)；土壤電導(dǎo)率越小，表明土壤鹽分含量越低。綜上所述，不同處理均有效提高土壤保水性和降低土壤鹽漬化程度，其中，通過(guò)長(zhǎng)期施用油菜翻耕+生物菌肥+燕麥與農(nóng)家肥+生物菌肥+燕麥，能夠達(dá)到改良沙質(zhì)土壤的效果。