作物定植提升濱海鹽土質(zhì)量的研究——以覆蓋條件下的甜高粱定植為例

陳立華,蘇偉霞,姚宇闐,郭士偉,韓 瑞,尚 輝,周龍祥,王 棟,張風(fēng)革

作物定植提升濱海鹽土質(zhì)量的研究——以覆蓋條件下的甜高粱定植為例

陳立華1,蘇偉霞1,姚宇闐2,郭士偉3,韓 瑞1,尚 輝4,周龍祥4,王 棟4,張風(fēng)革5*

(1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210098；2.江蘇省沿海開(kāi)發(fā)集團(tuán)有限公司,江蘇 南京 210019；3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院,江蘇 南京 210014；4.江蘇省沿海開(kāi)發(fā)(東臺(tái))有限公司,江蘇 鹽城 224237；5.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院,江蘇 南京 210095)

通過(guò)開(kāi)展田間試驗(yàn),探究了耐鹽作物甜高粱單個(gè)生長(zhǎng)季(4月中旬～8月中旬)定植對(duì)新圍墾灘涂鹽土土壤理化、生物性狀以及地表生物量提升作用.結(jié)果表明:高粱定植對(duì)墾區(qū)鹽土土壤理化性狀有顯著改良效果.與NP(無(wú)覆蓋+無(wú)甜高粱定植)和NPC(有覆蓋+無(wú)甜高粱定植)處理相比,PC(有覆蓋+甜高粱定植)顯著降低了土壤含鹽量、土壤容重,而顯著增加了土壤含水量、總孔隙度、飽和含水量、田間持水量和有機(jī)質(zhì)含量(0.05);PC處理顯著提高土壤可培養(yǎng)微生物(細(xì)菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌和固氮菌)的數(shù)量;甜高粱收獲前,PC土壤呼吸強(qiáng)度較NP和NPC分別增加35.71%、26.67%(<0.05);PC處理的地表生物量較NP和NPC處理分別增加3.86倍和3.16倍(<0.05).甜高粱定植可有效提升鹽土土壤地力和生物功能,為新圍墾區(qū)土地農(nóng)業(yè)化利用提供一條生態(tài)可行的途徑.

鹽堿地；定植；土壤；微生物；地表生物量

由于人口基數(shù)大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,我國(guó)耕地資源緊張的問(wèn)題愈顯突出[1].江蘇濱海灘涂面積廣闊,后備土地資源豐富,若合理開(kāi)發(fā)將會(huì)緩解耕地、糧食壓力[2].然而,新圍墾區(qū)土壤重鹽問(wèn)題突出,土壤肥力低下、結(jié)構(gòu)松散,植被生長(zhǎng)環(huán)境惡劣[3-4],不適合直接土地利用,須進(jìn)行土壤質(zhì)量提升.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)濱海灘涂鹽土的改良已進(jìn)行了一些研究,主要包括水利改良、化學(xué)改良和生物改良等方法[5-7].傳統(tǒng)灌水洗鹽可以在短時(shí)間內(nèi)降低耕層土壤鹽分[7],但會(huì)消耗大量淡水資源,在帶走鹽分的同時(shí)也降低了土壤養(yǎng)分含量,而且排水中過(guò)量的養(yǎng)分會(huì)增加周域水環(huán)境負(fù)荷[8].此外,江蘇濱海圍墾區(qū)土壤為粉砂質(zhì),結(jié)構(gòu)差,孔隙率低,水分難以短時(shí)間下滲,易通過(guò)地表徑流流走.腐殖酸、聚丙烯酰胺等改良劑[9-10]可有效降低土壤鹽分、改善土壤孔隙結(jié)構(gòu),提高地力,但作為土壤外來(lái)物質(zhì),其對(duì)當(dāng)?shù)赝寥郎鷳B(tài)的影響沒(méi)有長(zhǎng)時(shí)間尺度的充分研究.

鹽堿墾區(qū)耐鹽植被定植因其生態(tài)友好性在鹽堿地改良技術(shù)中脫穎而出,楊策等[11]發(fā)現(xiàn)鹽地堿蓬定植明顯增加土壤孔隙度、加速水分入滲、降低土壤含鹽量;檉柳、杜梨等耐鹽喬木可改善鹽堿地土壤的理化性質(zhì),增加土壤通透性,利于養(yǎng)分轉(zhuǎn)化[12];鹽堿地種植水稻可降低土壤鹽堿度,增加土壤養(yǎng)分含量和微生物多樣性[13].然而,在重鹽堿地區(qū)耐鹽堿植物存活率不高.有研究表明生物及非生物等兩種或多種改良措施

結(jié)合對(duì)鹽堿地土壤質(zhì)量提升有較好效果[9].覆蓋材料在改良鹽堿土、控制外侵物種方面有重要作用,可調(diào)節(jié)土壤、濕度及其他理化指標(biāo)[14].其中,在地下水位淺、蒸發(fā)強(qiáng)烈區(qū)域,鹽堿地微生物基覆蓋材料的使用可有效降低土壤含鹽量[15],促進(jìn)植被定植;濱海區(qū)秸稈覆蓋/掩埋可有效抑制鹽分表聚、提高養(yǎng)分利用率[16],調(diào)節(jié)土壤溫度、增加作物產(chǎn)量[17].高粱(())作為我國(guó)主要糧食作物之一,具有較強(qiáng)的耐鹽性,但目前針對(duì)覆蓋條件下的耐鹽高粱定植對(duì)濱海墾區(qū)鹽堿地的土壤質(zhì)量影響報(bào)道相對(duì)較少.本研究以“BJ-18”耐鹽甜高粱為材料,通過(guò)田間試驗(yàn),研究微生物基材料覆蓋條件下的高粱定植對(duì)江蘇東臺(tái)濱海新圍墾區(qū)土壤質(zhì)量的影響,旨在為圍墾區(qū)鹽堿地生態(tài)改良提供技術(shù)與理論支撐.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)地位于江蘇東臺(tái)條子泥墾區(qū)(32°50' 15.87″N, 120°57' 33.68″E),屬于溫帶季風(fēng)氣候,雨熱同期,年均降水量1060mm,常年均溫15.0℃,夏季臺(tái)風(fēng)頻繁,墾區(qū)地塊易受水流沖蝕導(dǎo)致塌陷.研究區(qū)平均海拔-9m,地勢(shì)低洼,地下水位0.9～1.0m,土壤鹽漬化程度高.試驗(yàn)地土壤為粉砂質(zhì)潮鹽土,可溶性鹽含量3.57～10.66g/kg,有機(jī)質(zhì)2.30g/kg,全氮115mg/kg,速效鉀173mg/kg,容重1.45g/cm3,田間持水量22.0%.

1.2 供試材料

為提高植被定植成活率,實(shí)驗(yàn)使用了微生物基覆蓋材料,主要試驗(yàn)材料如下:

微生物基覆蓋材料:將小麥秸稈、甜葉菊糖提取渣、菜籽粕按照7:2.5:1 (:)混合均勻(原料屬性見(jiàn)表1),按照1%(:)的比例向混合物中接種高大毛霉菌種(含菌量39.0×108cfu/g),機(jī)械混勻,采用無(wú)菌塑料薄膜覆蓋保濕,靜置培養(yǎng)30d,形成的整體基質(zhì)為微生物基覆蓋材料.高粱品種:選用“BJ-18”耐鹽甜高粱.

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)處理,分別為:無(wú)覆蓋+無(wú)高粱定植(NP),土壤常規(guī)農(nóng)業(yè)耕作措施;有覆蓋+無(wú)高粱定植(NPC),耕作措施同上,土壤覆蓋微生物基覆蓋材料7.5t/hm2;有覆蓋+甜高粱定植(PC),穴播甜高粱,土壤覆蓋微生物基覆蓋材料7.5t/hm2.3個(gè)處理土壤施用有機(jī)肥15t/hm2,播種行距10～15cm,株距15～20cm,壟寬5m,壟溝寬30cm、深40cm,每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)面積1800m2.

1.4 樣品采集與測(cè)定

地表植被采集與生物量測(cè)定:甜高粱收獲前(8月12日),每個(gè)處理隨機(jī)選取3個(gè)1m×1m 的樣方,齊地收割地表植被,帶回實(shí)驗(yàn)室于65 ℃烘干48h稱重.土樣采集與測(cè)定:分別于高粱播種前(4月13日)、播種后60d(6月17日)和收獲前(8月12日)3個(gè)時(shí)期,在不同處理中采集表層0～20cm土壤及環(huán)刀,測(cè)定3個(gè)時(shí)期的土壤含水量、土壤呼吸強(qiáng)度以及收獲前的土壤微生物數(shù)量、飽和含水量、孔隙度、田間持水量、有機(jī)質(zhì)含量、土壤容重;收獲前(8月12日)在不同處理中離壟中心0.3,0.6,0.9,1.2和1.5m的距離處采集表層土壤測(cè)定可溶性鹽含量,并在離壟中心1.2m處,對(duì)0～20, 20～40, 40～60, 60～80及80～100cm土壤深層取樣測(cè)定含鹽量.

每個(gè)樣地按“S”形取樣法取5個(gè)500g樣品并混合成1個(gè)樣品.一部分自然風(fēng)干過(guò)篩后測(cè)定土壤理化性質(zhì),一部分新鮮土樣測(cè)定土壤呼吸,剩余部分新鮮土樣過(guò)2mm篩測(cè)定土壤微生物數(shù)量.參照《土壤農(nóng)化分析》[18],土壤容重、孔隙度和田間持水量采用環(huán)刀法,土壤可溶性鹽含量采用電導(dǎo)法,有機(jī)質(zhì)采用外加熱重鉻酸鉀氧化法,土壤呼吸采用靜態(tài)堿液吸收法.土壤微生物數(shù)量測(cè)定采用稀釋平板計(jì)數(shù)法[19].

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 20.0(Chicago,USA)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析,差異顯著性比較采用Duncan’s測(cè)驗(yàn),使用Microsoft Excel 軟件進(jìn)行繪圖.

表1 微生物基覆蓋材料原料的性質(zhì)

注:“-”表示未檢測(cè)指標(biāo).

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)地表生物量的影響

NP、NPC、PC處理地表生物量分別為1.02, 1.19與4.96t/hm2.其中PC處理的地表生物量較NP和NPC處理分別增加3.86倍和3.16倍(<0.05);NPC處理與NP處理之間無(wú)顯著差異(0.05),表明純覆蓋處理對(duì)原始鹽堿土無(wú)明顯植被促生作用,而甜高粱定植可以極大增加地表生物量.

2.2 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

2.2.1 容重、總孔隙率、飽和含水量與田間持水量變化 高粱定植改變了原始土壤的理化性質(zhì)(表2).容重的結(jié)果顯示,高粱定植后,土壤容重約為1.35g/cm3,相較于NP和NPC處理分別降低了14.56%和9.62% (0.05).PC處理的土壤總孔隙度為50.26%,顯著(0.05)高于NP(40.62%)和NPC(42.36%),表明甜高粱定植改變了圍墾鹽土的物理結(jié)構(gòu),使土壤變得疏松.PC處理的土壤飽和含水量和田間持水量均顯著(0.05)高于NP和NPC處理,分別較NP增加顯著14.61%和23.27%,較NPC增加9.81%和7.22%.關(guān)于土壤有機(jī)質(zhì)含量,PC與NP處理間存在顯著差異,前者較后者增加了28.99%,但同NPC處理間無(wú)明顯差異,說(shuō)明覆蓋材料和甜高粱定植均能增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量,但覆蓋材料發(fā)揮主要作用.

表2 不同處理對(duì)表層土壤理化性質(zhì)的影響

注:同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(<0.05),下同.

圖1 不同處理表層土壤可溶性鹽含量

2.2.2 土壤可溶性鹽空間分布 土壤可溶性鹽含量影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育,是改良鹽堿土的重要依據(jù).3種處理的可溶性鹽總量水平與垂直空間分布有明顯差異性.在水平分布上,不同處理土壤表層可溶性鹽含量處于1.63～6.27g/kg范圍,3個(gè)處理均呈現(xiàn)出土壤含鹽量隨離壟中心點(diǎn)距離增大而增加的趨勢(shì)(圖1),且在離壟中心點(diǎn)同一距離,均有NP>NPC> PC的特征,高粱定植后,土壤可溶性鹽含量大幅度降低,相對(duì)于NP和NPC處理,PC處理的壟中心處土壤可溶性鹽含量分別降低48.98%和37.50%(<0.05),在離壟中心處0.3,0.6,0.9,1.2和1.5m的距離上,PC處理的土壤鹽分含量分別比NP處理減少了52.88%、37.61%、37.29%、37.76%、39.36%,比NPC處理分別減少了39.51%、26.09%、18.68%、19.82%、27.39%.在垂直方向上,高粱收獲后測(cè)定土層0～100cm可溶性鹽含量變化(圖2),不同處理不同土層土壤可溶性鹽含量處于2.15～11.13g/kg范圍,在0～60cm土層中,PC與NPC處理均可降低土壤中鹽分含量,在同一土層,可溶性鹽分含量有NP>NPC>PC的特征,其中在0～40cm土層,3個(gè)處理之間有顯著差異(<0.05),在0～20cm土層,PC處理的鹽分含量比NP和NPC分別降低57.45%和41.89%,在20～40cm土層則分別降低40.24%和19.34%,而在60～100cm 土層,3個(gè)處理的土壤鹽分含量無(wú)顯著差異,說(shuō)明高粱定植與覆蓋材料均能促進(jìn)土壤脫鹽,兩者結(jié)合使用的脫鹽效率更高;在高粱根系層有較好的脫鹽效果,這有利于將鹽分淋洗到更深層土壤.

圖2 不同處理土壤垂向可溶性鹽含量

2.2.3 土壤含水量變化 土壤含水量是指示土壤健康狀況的重要指標(biāo),與土壤通氣度、養(yǎng)分分解率以及土壤微生物活動(dòng)息息相關(guān).高粱播種期,3種處理表層土壤含水量無(wú)明顯差異(圖3);高粱播種后60d,PC處理的土壤含水量顯著高于NP和NPC處理(<0.05),分別增加41.11%和20.28%,而PC與NPC處理間無(wú)顯著差異,PC處理可能是受覆蓋材料、高粱葉面覆蓋以及高粱根系對(duì)土壤的共同作用;高粱收獲前,相較于NP處理,NPC和PC處理的土壤含水量顯著提高(<0.05),分別增加了36.85%、73.18%.以上結(jié)果表明,甜高粱定植與覆蓋均能夠有效抑制土壤蒸發(fā),蓄留土壤水分,能長(zhǎng)時(shí)間影響土壤含水量.

圖3 不同處理不同取樣時(shí)間土壤含水量

不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(<0.05),下同

2.3 不同處理土壤微生物數(shù)量

圖4 不同處理土壤表層可培養(yǎng)微生物數(shù)量

土壤微生物的數(shù)量可預(yù)測(cè)土壤發(fā)展?jié)摿?評(píng)價(jià)土壤健康狀況[21].本研究表明,高粱定植可改良土壤的生態(tài)環(huán)境,促進(jìn)土壤微生物繁殖(圖4).不同處理中細(xì)菌數(shù)量為7×106～17×107cfu/g,真菌數(shù)量為9×104～14× 105cfu/g,放線菌數(shù)量為9×105～73×105cfu/g,纖維素分解菌數(shù)量為13×103～17×103cfu/g,固氮菌數(shù)量為13× 103～81×103cfu/g,其中,各處理間土壤微生物細(xì)菌占比最大,其次為放線菌,真菌占比最小.3個(gè)處理間土壤微生物數(shù)量均有顯著性差異,呈現(xiàn)PC>NPC>NP的趨勢(shì).相較于NP和NPC處理,PC處理的土壤微生物數(shù)量顯著提高(<0.05),細(xì)菌數(shù)量分別增加了23.29倍和1.05倍,真菌數(shù)量分別增加14.56倍和4.00倍,放線菌數(shù)量分別增加7.11倍和2.65倍,纖維素分解菌分別增加了9.85倍和4.22倍,固氮菌分別增加了5.23倍和3.26倍.結(jié)果顯示,原始鹽堿土中微生物數(shù)量較少,覆蓋條件下的高粱定植改善了土壤微生態(tài)環(huán)境,為土壤微生物提供了良好的繁衍場(chǎng)所,增加了土壤相關(guān)微生物的數(shù)量.

2.4 不同處理土壤呼吸強(qiáng)度

土壤呼吸是衡量土壤微生物活性的重要指標(biāo)之一,也能間接反映土壤肥力狀況.高粱播種期,3種處理土壤呼吸強(qiáng)度無(wú)明顯差異,均為0.68mg/(kg·h) (圖5);高粱播種后60d和收獲前,NP和NPC處理之間沒(méi)有顯著差異,而PC處理的土壤呼吸強(qiáng)度顯著增加(<0.05),相較于NP處理,PC處理在2個(gè)時(shí)期土壤呼吸強(qiáng)度分別增加64.43%和35.71%,相較于NPC處理,PC處理在2個(gè)時(shí)期土壤呼吸強(qiáng)度分別增加36.39%和26.67%;另外,不同處理在3個(gè)時(shí)期的土壤呼吸強(qiáng)度逐漸增加,這可能與季節(jié)因素有關(guān).因此,高粱定植處理有利于提升土壤呼吸強(qiáng)度.

圖5 不同處理土壤呼吸強(qiáng)度

3 討論

在相同的施肥條件下,同純覆蓋處理相比,甜高粱定植增加了地表生物量和土壤有機(jī)質(zhì)含量.植被在生長(zhǎng)過(guò)程中,隨著生物量的增加從土壤中吸收大量養(yǎng)分,而3個(gè)處理中,PC處理土壤中有機(jī)質(zhì)含量較高,這主要是因?yàn)榧兏采w材料中微生物數(shù)量相對(duì)較少,限制了養(yǎng)料的分解利用,定植高粱增加了土壤微生物活動(dòng),促進(jìn)了覆蓋材料的降解,增加礦質(zhì)養(yǎng)分含量,提高了養(yǎng)分的利用效率.另外,高粱定植處理措施使土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了1.17g/kg(表2),以往研究中有秋耕覆蓋處理措施使土壤有機(jī)質(zhì)含量增加了2.22g/kg[20],輕中度、重度鹽堿土壤中秸稈覆蓋可使土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加了2.18, 4.05g/kg[16],與本研究結(jié)果范圍一致;植被定植后地表植被覆蓋度增加,降低了夏季暴雨對(duì)地表的沖刷強(qiáng)度[22],蓄養(yǎng)地力;高粱收獲后,根系留存土壤形成腐殖質(zhì),向土壤輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì).地表生物量是植被生長(zhǎng)狀況的直接反映,與土壤養(yǎng)分含量相互影響.植被根際土壤微生物活動(dòng)劇烈,易形成土壤腐殖質(zhì)層,可為植物提供充足的養(yǎng)分[23],促進(jìn)地上部分的生長(zhǎng).土壤容重是反映土壤質(zhì)量狀況的重要指標(biāo),過(guò)于緊實(shí)的土壤無(wú)法使水分快速下滲[24],抑制土壤脫鹽效果,高粱定植增加了土壤微生物數(shù)量,微生物活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的菌絲等胞外產(chǎn)物粘結(jié)土粒,促進(jìn)大顆粒團(tuán)聚體形成;植物根系的生長(zhǎng)可以疏松土壤,增加土壤通透性,降低容重.本研究中,土壤理化性質(zhì)是影響地表生物量的重要原因之一,純覆蓋處理一定程度增加了土壤中有機(jī)質(zhì)含量,但對(duì)原始鹽堿土的地上生物量無(wú)較大影響,表明單純依靠該區(qū)域原始鹽堿土的自然更替不能夠在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)生態(tài)環(huán)境,需要人工干預(yù),這間接體現(xiàn)了耐鹽高粱對(duì)鹽土及其生態(tài)環(huán)境的快速改良作用.

高鹽分含量會(huì)對(duì)植物根系產(chǎn)生滲透脅迫,降低水分有效性[25],因此鹽分的洗脫是植被定植的重要條件,而土壤返鹽是鹽堿地改良的難題之一.雖然普遍認(rèn)為土壤結(jié)構(gòu)的改善會(huì)加速鹽分的洗脫,但也有研究[26]發(fā)現(xiàn)微團(tuán)聚體間的毛管孔隙也是造成旱季返鹽的因素.傳統(tǒng)的灌溉洗鹽在短時(shí)間內(nèi)降低土壤鹽分,但當(dāng)蒸發(fā)量大于降水量時(shí),土壤鹽分隨蒸發(fā)被帶到表層.覆蓋材料結(jié)合高粱地上部分覆蓋,減小了地面裸露面積,有效抑制土壤水分蒸發(fā),從而增加了土壤含水量,抑制地下水在毛細(xì)管作用下上升,減少地下返鹽[27].在本研究中3個(gè)處理土壤可溶性鹽含量均隨深度的增加而增加,

前人對(duì)環(huán)渤海棉田土壤的分析也得到類似規(guī)律[28],而楊策等[11]進(jìn)行野外堿蓬地土壤理化分析發(fā)現(xiàn)鹽分有表聚現(xiàn)象,經(jīng)分析可知這主要與當(dāng)?shù)貧夂?、土壤含水量、土壤結(jié)構(gòu)及地下水礦化程度有關(guān),并且各因素的影響大小不同:濱海地帶受海水影響,地下水礦化度高,因此深度越深,土壤中鹽分越高;若土壤微團(tuán)聚體多,土壤中形成水鹽運(yùn)移通道,大氣干燥水勢(shì)較低時(shí),深層水分向地表運(yùn)輸,會(huì)造成鹽分表聚現(xiàn)象,室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)量小,同樣有土壤可溶性鹽含量均隨深度的增加而增加的規(guī)律[11].水分含量的不同導(dǎo)致了鹽分分布的差異[26],如上文所述,覆蓋結(jié)合高粱定植相較原始土壤表層含水量顯著增加,從而抑制表層土壤蒸發(fā)與土壤返鹽.高粱定植主要影響根系層土壤鹽分的分布,在60～100cm土層深度,該區(qū)域土壤鹽分主要受地下水影響,原始鹽堿土壤與高粱定植土壤的鹽分含量趨于一致.因此,甜高粱定植可降低耕作層土壤對(duì)植被根系的鹽脅迫影響,有利于后續(xù)墾區(qū)土地的多樣化利用.

土壤中微生物數(shù)量是土壤質(zhì)量的直接反映.甜高粱定植后,根系分泌物可分解土壤礦物質(zhì),為微生物提供充足的養(yǎng)分以促進(jìn)繁殖,顯著增加土壤根際微生物數(shù)量與活性[23];土壤中鹽分的洗脫降低土壤滲透壓,進(jìn)一步為微生物營(yíng)造適宜生長(zhǎng)環(huán)境;此外,土壤水分通過(guò)影響土壤水勢(shì)和含水量調(diào)節(jié)微生物活性與群落組成,低水勢(shì)(土壤溶液濃度高)及低含水量均會(huì)抑制微生物生化功能[29-30],甜高粱定植增加土壤表層水分含量及土壤微生物數(shù)量證實(shí)了這一點(diǎn).土壤呼吸表征了微生物的代謝活性,通過(guò)呼吸作用,微生物分解有機(jī)物質(zhì).甜高粱定植60d與收獲后,原始鹽土與純覆蓋處理間土壤呼吸無(wú)明顯差距,但高粱定植處理的土壤呼吸顯著高于前2種處理,這與土壤中細(xì)菌、真菌及放線菌等微生物數(shù)量增加的結(jié)果一致.甜高粱根系的生長(zhǎng)促進(jìn)根際微生物活動(dòng),表現(xiàn)為微生物數(shù)量和呼吸強(qiáng)度的增加;疏松的土壤亦加快氣體的遷移[31],促進(jìn)微生物活動(dòng),其中纖維素分解菌以覆蓋材料及其他土壤有機(jī)殘?bào)w為碳源[32],將纖維素分解為單糖等簡(jiǎn)單物質(zhì),這亦可為固氮菌提供碳源,增加固氮菌數(shù)量與活性,并加速土壤熟化.值得注意的是,本研究時(shí)間尺度囿于單個(gè)生長(zhǎng)周期,可為新圍墾區(qū)快速改良土壤提供可靠理論依據(jù),后續(xù)研究將聚焦于長(zhǎng)時(shí)間尺度下的土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)問(wèn)題,如連續(xù)幾年進(jìn)行高粱定植會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)含量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,以及土壤在養(yǎng)分達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡后停止添加覆蓋材料是否會(huì)再次退化等.

4 結(jié)論

4.1 在單個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi),微生物基材料覆蓋下的高粱定植可有效改良濱海圍墾區(qū)土壤理化性質(zhì).甜高粱定植顯著降低土壤可溶性鹽分在水平與垂直空間的含量和容重,提高表層土壤含水量、飽和含水量、田間持水量、總孔隙度.

4.2 在單個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi),甜高粱定植結(jié)合覆蓋處理顯著提高濱海圍墾區(qū)表層土壤微生物活性,土壤細(xì)菌、真菌、放線菌、纖維素分解菌、固氮菌數(shù)量以及土壤呼吸強(qiáng)度均有顯著增加.

4.3 在單個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi),純覆蓋處理對(duì)土壤的改良效果有限,短時(shí)間內(nèi)不能使墾區(qū)土壤恢復(fù)生態(tài)平衡,微生物基材料覆蓋結(jié)合高粱定植顯著增加土壤地表生物量.

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Crops planting on improvement of saline soil in coastal reclamation area: A case of sorghum planting under covering conditions.

CHEN Li-hua1, SU Wei-xia1, YAO Yu-tian2, GUO Shi-wei3, HAN Rui1, SHANG Hui4, ZHOU Long-xiang4, WANG Dong4, ZHANG Feng-ge5*

(1.College of Agricultural Science and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China；2.Jiangsu Coastal Development Group Co., Ltd. Nanjing 210019, China；3.Institute of Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, China；4.Jiangsu Coastal Development (Dongtai) Co., Ltd. Yancheng 224237, China；5.College of Agro-grassland Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)., 2021,41(5)：2336～2342

To investigate the effect of sorghum planting on coastal saline soil physicochemical properties, biological characteristics and surface biomass, a field experiment was carried out during single growth period (from middle April to middle August) in coastal reclamation area. The results showed that sorghum planting significantly (<0.05) improved the soil physicochemical properties. Compared with NP (without covering and sorghum planting) and NPC (only covering), salt content and bulk density were significantly (<0.05) decreased, while the water content, total porosity, maximum moisture capacity, field water capacity and organic matter content were significantly (<0.05) increased in the treatment of PC (covering and sorghum planting). The populations of culturable microorganism (soil bacteria, fungi, actinomycetes, cellulose decomposition bacteria and nitrogen fixation bacteria ) were significantly (<0.05) increased in the PC treatment. Before sorghum harvest, soil respiration intensity in the PC treatment was significantly (<0.05) increased by 35.71% and 26.67%, respectively, as compared with NP and NPC. Surface biomass in the PC was 3.86 and 3.16 times higher than that of NP and NPC, respectively. In conclusion, sorghum planting efficiently improved soil quality and biological function, which provided an ecological and feasible way for agricultural utilization of land in new reclamation area.

saline-alkali soil；colonization；soil；microorganism；surface biomass

X53

A

1000-6923(2021)05-2336-07

陳立華(1982-),男,江蘇宿遷人,副教授,博士,主要從事土壤、水環(huán)境修復(fù)研究.發(fā)表論文20余篇.

2020-10-15

江蘇省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(BE2018736);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51309079)

* 責(zé)任作者, 講師, fgzhang20@hotmail.com