濱海鹽堿地生物改良措施在內(nèi)陸鹽堿地改良中的應用效果研究

葛漢勤 秦光蔚 韓建均

（1江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇鹽城 224002；2北京本農(nóng)科技發(fā)展有限公司，北京 100176）

鹽堿地是一種重要的后備土地資源，對保障我國的耕地紅線和糧食安全具有重大戰(zhàn)略意義[1]。鹽堿地改良是農(nóng)業(yè)利用的基礎(chǔ)，改良后的鹽堿地資源具有多種利用途徑，如發(fā)展草業(yè)和草地畜牧業(yè)、種植經(jīng)濟作物和藥材等。目前，鹽堿地的改良和治理可以采用多種途徑和措施，例如摻沙、粉壟等物理措施[2-3]，施硅酸鹽礦物、酸性殘渣等化學措施[4-5]，暗管排鹽、豎井排灌等水利措施[6-7]，施微生物菌肥、種植耐鹽植物等生物措施[8-9]。

江蘇沿海地區(qū)擁有我國面積最大的淤泥質(zhì)灘涂，光熱資源豐富，植被種類多樣。江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所等科研院所是該地區(qū)較早開展灘涂鹽堿地改良利用的研究單位，依托堿蓬、耐鹽綠肥等鹽堿灘涂豐富的生物資源，總結(jié)了高效的鹽堿地生物改良利用技術(shù)。

內(nèi)蒙古河套灌區(qū)總面積119萬hm2，是我國重要的糧油生產(chǎn)基地[2-3]。該地區(qū)水資源分布不均衡，干旱地區(qū)鹽堿荒漠化加劇，灌區(qū)灌溉模式以黃河漫灌為主，只灌不排的方式逐步加重了土壤次生鹽漬化[10]。要保障地區(qū)人口、資源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境，必須加快該地區(qū)的鹽堿地改良，提升農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[11]。江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所研究的鹽堿地生物改良措施技術(shù)成熟、環(huán)境擾動小、資金需求低，已廣泛應用多年[12-14]。以此為基礎(chǔ)，本研究將施用土壤改良劑、耐鹽微生物菌劑和種植耐鹽植物系列措施應用到內(nèi)蒙古河套灌溉區(qū)，選取了包括黏壤土和沙壤土在內(nèi)的4個鹽堿地試驗點作為試驗對象，探索江蘇沿海灘涂的鹽堿地改良措施在內(nèi)陸地區(qū)的應用前景，以期為內(nèi)陸地區(qū)的土壤改良提供參考借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018—2020年在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)（地理位置為北緯 39°20′～41°18′， 東經(jīng) 106°20′～111°41′）中選取4個試驗點，分別為五原縣天吉泰鎮(zhèn)復豐五社、臨河區(qū)烏蘭圖克鎮(zhèn)新勝村、烏拉特前旗西小召鎮(zhèn)西局子村和五原縣勝豐鎮(zhèn)夾道子村。該地區(qū)為中溫帶大陸性高原性氣候，年平均氣溫為5～9℃，年日照時數(shù)為3 085～3 320 h，年平均降水量為127～232 mm，全年無霜期為135～150 d。

1.2 試驗材料

試驗中應用的土壤改良劑（含硅酸鹽礦物，pH值8.25，鉀含量≥3%）和復合耐鹽微生物菌劑（含枯草芽孢桿菌等多種有益微生物，5×108CFU/mL）均購于北京本農(nóng)科技發(fā)展有限公司；鹽地堿蓬、田菁來自江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所，向日葵為當?shù)刂髟云贩NLD5009。

1.3 試驗設(shè)計

在4個試驗點分別選取3塊肥力基本一致的田塊，2018年結(jié)合土壤改良劑、復合耐鹽微生物菌劑和鹽地堿蓬進行種植，2019年結(jié)合土壤改良劑、復合耐鹽微生物菌劑和田菁進行種植，2020年根據(jù)土壤的不同性質(zhì)選取五原縣天吉泰鎮(zhèn)復豐五社（黏壤土）和五原縣勝豐鎮(zhèn)夾道子村（沙壤土）種植向日葵品種LD5009。按產(chǎn)品建議，土壤改良劑施用量為3 000 kg/hm2，微生物菌劑兌水稀釋1 000倍后噴灑量為150L/hm2。堿蓬采用平地撒播，播種量為40kg/hm2，收獲后移除植株。田菁采用條播，行距25 cm，播種量為60 kg/hm2，盛花期收割并進行翻壓處理。向日葵采用寬窄行覆膜種植，行距為75 cm、株距為40 cm。所有試驗點進行統(tǒng)一的田間管理，不施肥料，人工除草。

1.4 樣品采集與分析方法

1.4.1 土壤樣品的檢測與測定。每年10月下旬，利用土鉆采集各試驗點0～20 cm深度的土壤樣品用于土壤理化指標分析，并采集0～20 cm環(huán)刀樣品用于檢測土壤容重和孔隙度。pH值采用電位法測定；可溶性鹽總量采用殘渣烘干-質(zhì)量法測定；有機質(zhì)的含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；堿解氮的含量采用堿解-擴散法測定；速效磷的含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀的含量采用醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定；土壤容重和總孔隙度采用環(huán)刀法[15]測定。

1.4.2 向日葵測定項目。向日葵測定項目包括出苗率、葉面積、葉綠素值（SPAD值）、凈光合速率、脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量、株高、莖粗、花盤直徑、百粒重等，共10個指標。部分指標檢測方法如下：葉面積隨機檢測10株，現(xiàn)蕾期測定生長點以下第4～6片葉片的長與寬，葉面積計算公式為葉面積=0.75×長×寬。SPAD值隨機檢測10株，盛花期用SPAD儀測定每片葉的SPAD值，取平均值。凈光合速率隨機檢測10株，盛花期用Li-6400光合儀測定第4片葉的凈光合速率。脯氨酸和MDA含量檢測于現(xiàn)蕾期生長點以下第一片展開的葉片取樣，采用茚三酮比色法測定脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量，設(shè)置3次重復。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 堿蓬和不同改良措施組合對土壤理化性狀的影響

由表1可以看出，2018年在4個試驗點施用土壤改良劑和復合耐鹽微生物菌劑并結(jié)合堿蓬種植后，土壤改良效果顯著，總體表現(xiàn)為土壤鹽堿度降低、養(yǎng)分含量有所增加。堿蓬收獲后，各個試驗點pH值均有所下降，降幅為4.09%～8.04%（圖1）。比較試驗點處理前后的土壤基本理化性狀可以發(fā)現(xiàn)，可溶性鹽含量變化最為顯著，降低了38.70%～44.10%，除了堿蓬的移鹽作用之外，地表植被的覆蓋也減輕了土壤返鹽。由于植物生長消耗，土壤中速效磷含量降低了18.59%～20.48%。土壤調(diào)節(jié)劑中包含速效鉀的成分，雖然堿蓬生長有所消耗，但最終土壤中速效鉀含量增加了14.58%～19.02%。由圖1可以看出，受鹽堿土改良措施的影響，土壤中可溶性鹽、速效磷和速效鉀含量的變化最為明顯。除此之外，有機質(zhì)和堿解氮含量分別增加了3.07%～7.69%和7.60%～9.79%。3種改良措施的共同作用降低了土壤容重（降幅為2.52%～5.30%）、增加了總孔隙度（增幅為4.90%～5.46%）?？葜β淙~的腐爛分解不但能夠增加土壤有機質(zhì)含量，而且能夠促進耕層土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，并改善土壤的物理結(jié)構(gòu)。

表1 內(nèi)蒙古河套灌溉區(qū)供試土壤改良前和改良后（2018年、2019年）的基本理化性狀

2.2 田菁還田對土壤理化性狀的影響

2019年經(jīng)過土壤改良劑、復合耐鹽微生物菌劑和田菁還田腐解后，土壤理化性狀進一步得到改善（圖1）。從表1可以看出，黏壤土可溶性鹽含量由4.83 g/kg降低至2.64 g/kg，沙壤土也由3.12 g/kg降低至1.98 g/kg，降幅均超過35%。經(jīng)過田菁的翻壓處理，土壤中有機質(zhì)含量得到明顯提升，增加了18.29%～22.40%，增長率為上一年的3～6倍（圖1）。綠肥田菁為豆科植物，固氮能力強，其種植土壤中的堿解氮含量增長了16.98%～23.87%，增長率超2倍。土壤中速效磷含量提升至種植前水平（表1）。經(jīng)過2年的土壤改良，黏壤土中速效鉀含量由100.61mg/kg增長到145.76 mg/kg，增長率超44%；沙壤土中速效鉀含量由87.25 mg/kg增長至116.83 mg/kg，增長率為33.9%。整體而言，黏壤土的理化性狀改良效果優(yōu)于沙壤土。這是因為內(nèi)蒙古河套灌區(qū)粗放的灌溉方式不利于沙壤土保留其中的養(yǎng)分。

2.3 改良后土壤對向日葵生長的影響

從表1和表2可以看出，經(jīng)過2年土壤改良后，五原縣天吉泰鎮(zhèn)復豐五社（黏壤土）和五原縣勝豐鎮(zhèn)夾道子村（沙壤土）可以進行向日葵種植，但2個試驗點的向日葵生物學性狀差異顯著。比較而言，鹽分含量低的土壤出苗率較高，達到65.1%。與鹽分含量略高的復豐五社相比，夾道子村試驗點內(nèi)的向日葵葉面積增至39.7 cm2，株高、莖粗、花盤直徑和百粒重分別提高了9.6%、5.7%、8.1%和15.1%，植株更為高大粗壯。分析光合指標發(fā)現(xiàn)，2個試驗點隨著鹽分含量的降低，向日葵葉片SPAD值由35.7增至38.1，凈光合速率由 9.3 μmol/（m2·s）增至 12.7 μmol/（m2·s）。從生理角度研究發(fā)現(xiàn)，在鹽分脅迫下，復豐五社試驗點向日葵葉片內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量升高，脯氨酸含量增至 92.41 μg/g，MDA 含量增至 121.34 μmol/g，分別提高了128.9%和36.0%。經(jīng)過2年的鹽堿土改良，黏壤土中養(yǎng)分含量高于沙壤土，向日葵的生長發(fā)育主要受到土壤鹽堿含量的影響。

表2 向日葵（LD5009）生物學性狀調(diào)查結(jié)果

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 不同綠肥品種對內(nèi)蒙古河套灌溉區(qū)土壤理化性狀的影響。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)的鹽堿土是限制作物正常生長的主要因素。依據(jù)江蘇沿海灘涂鹽土改良過程中采取的措施及取得的成果，本研究選用鹽地堿蓬和田菁作為改良植物，先后利用“堿蓬移鹽、田菁改土”，顯著降低了土壤鹽堿度、提高了土壤養(yǎng)分含量、改善了土壤物理性狀。據(jù)研究，鹽地堿蓬在新疆塔里木盆地的生物移鹽能力達到2 116 kg/hm2，在山東濱?？梢砸瞥齆a+68 514 kg/hm2[16-17]。在本研究中，2018年將堿蓬的生物移鹽作用與土壤改良劑和微生物菌劑相結(jié)合，試驗點土壤鹽分含量下降約40%，pH值降低幅度超4%，同時堿蓬對地表的覆蓋也在一定程度上抑制了土壤返鹽。堿蓬收獲后土壤中速效磷含量較種植前的26.37～31.53 mg/kg降低了18.59%～20.48%，可能與種植期間不施肥和堿蓬生長對速效磷的消耗等相關(guān)。速效養(yǎng)分能夠被植物直接吸收，對作物早期生長發(fā)育至關(guān)重要。相較于堿蓬，田菁翻壓腐解后，土壤中有機質(zhì)、堿解氮含量得到顯著提升，速效磷含量提升到種植前水平。此外，田菁翻壓處理促進了土壤中腐殖質(zhì)的積累和土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，有助于提高黏壤土的透氣性和沙壤土的抗旱、保肥能力。該結(jié)果與王克明等[18]對田菁改良濱海鹽土的研究結(jié)果一致。

3.1.2 土壤改良劑和復合耐鹽微生物菌劑對鹽堿土的改良效應。pH值是衡量土壤生態(tài)和肥力水平的重要指標之一，與土壤中的養(yǎng)分形態(tài)和有效性等因素密切相關(guān)[19]。本研究中，土壤改良劑的pH值為8.25，并且微生物對植物降解會產(chǎn)生有機酸，2種因素對試驗點鹽堿土的pH值造成了影響。經(jīng)過2年的改良后，4個試驗點的pH值降幅為7.36%～9.75%。土壤容重和孔隙度是土壤重要的理化性狀，影響著土壤的通氣狀況和含水量，關(guān)系到土壤中礦質(zhì)元素的轉(zhuǎn)移。土壤容重大、孔隙度低會影響土壤中的生物活性，阻礙植物的根系發(fā)育和對營養(yǎng)元素的吸收。由2018年的試驗結(jié)果可知，土壤改良劑對土壤容重和總孔隙度影響顯著，其中所含的K2O·nSiO2提高了土壤中的速效鉀含量，增幅超過14%。此外，土壤改良劑的施用能夠提高外源微生物在土壤中的成活率和活性，而復合耐鹽微生物菌劑不但能夠活化土壤，還能加速植株的腐解。

3.2 結(jié)論

結(jié)合現(xiàn)有的江蘇沿海灘涂鹽土改良技術(shù)手段對內(nèi)蒙古河套灌溉區(qū)的鹽堿土進行改良，先后利用“堿蓬移鹽、田菁改土”降低了土壤鹽分含量，并且提高了養(yǎng)分含量。通過土壤改良劑和耐鹽微生物菌劑的施用，進一步降低了土壤鹽堿度、活化了土壤，并提高了植株的腐解效率，二者與耐鹽植物之間相輔相成，改土效果顯著。由試驗數(shù)據(jù)可知，堿蓬的生長會造成土壤中速效磷流失，田菁翻壓后雖然有所補充，但與改土之前相比增幅較低。因此，可以考慮更換含磷元素的土壤改良劑或補充施用磷肥。從向日葵的生物學性狀、光合和生理指標分析發(fā)現(xiàn)，土壤鹽堿含量對向日葵的影響更為顯著。但經(jīng)過2年的物理和生物學措施改良后，試驗點土壤進行了向日葵的種植和生產(chǎn)，并創(chuàng)造了經(jīng)濟價值。本研究表明，江蘇沿海灘涂鹽土改良所采用的技術(shù)手段同樣適用于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)，為沿海改土措施在內(nèi)陸的推廣奠定了基礎(chǔ)。