不同材料覆蓋對(duì)黃河三角洲鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響

祝德玉，許宗泉，韓猛，朱望帥，李卓成，胡一涵，王建林

(1. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/山東省旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266109；2.利津縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東東營(yíng) 257400；3. 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所/中國(guó)科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院，北京100101)

土壤是人類賴以生存的自然資源，土壤質(zhì)量高低是人為因素和自然因素共同作用的結(jié)果[1]。大量研究發(fā)現(xiàn)，不合理的土地利用方式會(huì)造成土地退化和土壤鹽漬化[2-4]，近年來(lái)中國(guó)土地鹽漬化現(xiàn)象嚴(yán)重。隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，土地供需矛盾日益突出。黃河三角洲作為重要后備土地資源，其開(kāi)發(fā)和利用能有效緩解我國(guó)人地矛盾，但土壤鹽堿化嚴(yán)重制約著黃河三角洲的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)利用。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于鹽堿地開(kāi)發(fā)改良方式主要有化學(xué)改良、生物改良、工程改良，這些改良措施要么成本高，要么對(duì)生態(tài)環(huán)境影響大[5-7]。通過(guò)不同材料覆蓋對(duì)鹽漬化土壤、鹽堿地改良的研究較少。筆者采用3種不同材料覆蓋黃河三角洲鹽堿地，研究不同材料覆蓋對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，以期為鹽堿地和鹽漬化的土壤改良及其可持續(xù)發(fā)展利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2020年6月至9月進(jìn)行。試驗(yàn)地點(diǎn)位于山東省東營(yíng)市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)鹽堿荒地(118.53°E,37.42°N),該地區(qū)為典型的暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，多年平均氣溫12.8 ℃，年平均降水量555.9 mm，約70%分布在夏季，平均蒸發(fā)量為1 900～2 400 mm。

1.2 供試土壤

土壤主要類型為濱海潮土，土壤表層積鹽重，地下水礦化度高(約31.4 g/L)，地下水位約1.5 m。試驗(yàn)土壤機(jī)械組成成分，砂粒(0.05～1 mm)5.40%，粒粉(0.01～0.05 mm)36.80%，黏粒(< 0.001 mm)57.8%。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為：(1)水稻秸稈覆蓋(JG)，覆蓋厚度為5 cm；(2)0.08 mm PO膜覆蓋(FM)；(3)堿蓬植被覆蓋(ZB)，4月初在裸地上播種；(4)裸地(LD)，去除雜草、無(wú)任何覆蓋。試驗(yàn)小區(qū)面積為4 m ×4 m，小區(qū)間設(shè)置0.5 m寬保護(hù)帶，隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)。覆蓋4個(gè)月，除裸地進(jìn)行人工除去雜草外，無(wú)其他人為干擾。各小區(qū)采用對(duì)角線5點(diǎn)取樣法分別采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土層土樣，將所取得的土壤樣品去除根系等雜物，充分混勻后裝入無(wú)菌自封袋內(nèi)。土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，取一定量樣品用烘干法測(cè)定土壤含水率，其余樣品自然風(fēng)干，磨碎，過(guò)篩(20目和100目)后，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.4 測(cè)定指標(biāo)和方法

采用環(huán)刀法[8]測(cè)定土壤容重、總孔隙度；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法[9]測(cè)定；采用凱氏定氮法[10]測(cè)定全氮含量；采用擴(kuò)散吸收法[11]測(cè)定堿解氮含量；采用碳酸氫鈉法[12]測(cè)定速效磷含量；采用醋酸銨——火焰光度計(jì)法[13]測(cè)定速效鉀含量；采用烘干法[14]測(cè)定土壤含水率；采用電位法測(cè)定土壤pH；土壤鹽度用土壤原位鹽度計(jì)PNT3000(STEPS，德國(guó))測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；采用SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同材料覆蓋對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 不同材料覆蓋對(duì)土壤容重及其總孔隙度的影響

由表1可知，4種不同覆蓋處理下0～20 cm土層，LD與JG、ZB相比土壤容重有明顯差異，與FM差異不顯著，平均土壤容重：LD>FM>JG>ZB。0～20 cm土層的總孔隙度，與LD相比FM無(wú)顯著差異，JG、ZB差異顯著，而JG與ZB相比差異不顯著；與LD相比JG對(duì)土壤總孔隙度的增加最為明顯，提高約20.98%。在20～40 cm土層中4種不同處理間土壤容重及其總孔隙度差異不顯著。

表1 不同材料覆蓋下土壤容重、總孔隙度Table 1 Soil bulk density and total porosity covered with different materials

2.1.2 不同材料覆蓋對(duì)土壤含水率的影響

圖1可以看出，隨著土層深度增加，LD、JG、FM處理土壤含水率整體呈下降趨勢(shì)，ZB處理土壤含水率先增加后降低。0～10 cm土層，與LD相比其他3種處理土壤含水率差異顯著，F(xiàn)M和JG之間差異不顯著，但高于其他處理，ZB土壤含水率較低；10～20 cm土層，與LD相比FM、JG差異顯著，F(xiàn)M的含水率較高；20～30 cm土層，與LD相比其他3種處理土壤含水率均顯著升高：JG>ZB>FM>LD；30～40 cm土層，與LD相比FM土壤含水率差異不顯著，JG、ZB土壤含水率較高。

圖1 不同材料覆蓋下0～40 cm土層土壤含水率Fig. 1 Soil water content of 0-40 cm soil layer covered with different materials注：圖中柱子上不同小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平上差異顯著。下同。

2.2 不同材料覆蓋對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.2.1 不同材料覆蓋對(duì)土壤pH的影響

由圖2可知，LD、JG、ZB不同覆蓋處理下的土壤pH隨著土層深度增加先減小后增大，F(xiàn)M處理各土層深度pH差異不顯著。0～10 cm土層，LD的土壤pH高于其他處理，JG、ZB與LD相比有顯著降低，而FM與其他處理相比差異不顯著；10～20 cm土層，與LD相比ZB降低顯著，F(xiàn)M處理土壤pH高于其他處理；20～40 cm土層，與LD相比JG、ZB處理pH降低，而FM處理土壤pH高于其他處理。

圖2 不同材料覆蓋下0～40 cm土層土壤pHFig. 2 Soil pH of 0-40 cm soil layer covered with different materials

2.2.2 不同材料覆蓋對(duì)土壤含鹽量的影響

由圖3可以看出LD土壤含鹽量0～20 cm明顯高于20～40 cm土層，JG、ZB處理與之相反；隨著土層深度增加FM處理土壤含鹽量無(wú)明顯差異。相同土層不同覆蓋處理對(duì)土壤含鹽量有顯著影響，在0～10 cm、10～20 cm土層，與LD相比FM、JG、ZB處理土壤含鹽量差異顯著，LD>FM>ZB>JG；20～30 cm土層，與LD相比JG、ZB處理的土壤含鹽量顯著降低，而FM與LD相比差異不顯著；30～40 cm土層，與LD相比，JG土壤含鹽量顯著降低，LD、FM、ZB三者相比差異不顯著。

圖3 不同材料覆蓋下0～40 cm土層土壤含鹽量Fig. 3 Soil salt content of 0-40 cm soil layer covered with different materials

2.2.3 不同材料覆蓋對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀元素含量的影響

土壤有機(jī)質(zhì)是形成土壤結(jié)構(gòu)的重要因素，能直接影響土壤的理化性狀，是植物礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)的源泉，有機(jī)質(zhì)的含量在一定程度上代表土壤肥沃程度[15]。由表2可以看出，黃河三角洲鹽堿地有機(jī)質(zhì)的含量低于5 g/kg，不同材料覆蓋對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量能夠產(chǎn)生顯著影響。0～20 cm土層，JG和ZB與LD相比土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了51.24%、38.87%；與LD相比，F(xiàn)M覆蓋土壤有機(jī)質(zhì)含量反而降低；而20～40 cm，各覆蓋處理間土壤有機(jī)質(zhì)含量相近，差異不顯著。

全氮含量是衡量土壤氮素基礎(chǔ)肥力的重要指標(biāo)[14]。由表2可以看出，0～20 cm土層，土壤全氮含量存在顯著差異：JG>ZB>LD>FM；ZB處理土壤堿解氮含量25.54 mg/kg，低于其他處理；JG處理土壤堿解氮含量48.40 mg/kg，與LD相比增加了44.61%；FM與LD差異不顯著。與LD相比，ZB處理土壤速效磷含量降低了25.38%，而JG、FM增加土壤速效磷含量分別為26.18%、5.98%，JG速效磷含量高于FM。ZB處理土壤速效鉀含量明顯低于其他處理，其他處理間差異不顯著。20～40 cm土層，各處理下土壤全氮含量差異不顯著；LD、FM、JG三種處理間土壤堿解氮含量差異不顯著，但與ZB相比顯著提高；與LD相比，F(xiàn)M、JG、ZB處理土壤速效磷含量差異不顯著，但ZB與JG、FM相比速效磷含量差異顯著；與LD相比，F(xiàn)M、JG處理土壤速效鉀含量差異不顯著，ZB處理與LD相比速效鉀含量降低46.14%。

表2 不同材料覆蓋下土壤有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀含量Table 2 Contents of soil organic matter and nitrogen, phosphorus,and potassium covered with different materials

3 討論與結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，不同材料覆蓋對(duì)黃河三角洲鹽堿地土壤理化性質(zhì)影響效果顯著。不同材料覆蓋均能降低土壤容重，提高土壤孔隙度，0～20 cm土層的土壤容重LD>FM>JG>ZB，ZB、JG的土壤總孔隙度較LD顯著提高，這與南鎮(zhèn)武等[16]研究結(jié)果相近。研究發(fā)現(xiàn)材料覆蓋能夠減少雨水沖刷，有利于有機(jī)質(zhì)分解疏松土壤，增加了土壤團(tuán)聚體數(shù)量，從而提高了土壤總孔隙度。LD、FM、JG處理下土壤含水率隨土層深度增加而降低，這可能與取樣前連續(xù)有效降雨有關(guān)。趙文舉等[17]研究發(fā)現(xiàn)土壤表層進(jìn)行覆蓋可改變地表結(jié)構(gòu)，從而影響土壤水分蒸發(fā)，本研究結(jié)果與之相近，說(shuō)明覆蓋物能夠阻止水分輸送到地表蒸發(fā)。本文研究發(fā)現(xiàn)JG、ZB能顯著降低土壤pH，且JG處理下0～40 cm土層土壤含鹽量明顯低于其他處理。有機(jī)物分解能夠產(chǎn)生酸性物質(zhì)[18]，堿蓬在生長(zhǎng)過(guò)程中也會(huì)吸收土壤中的堿性物質(zhì)，改變土壤中的微生物和酶活性[19]；鹽生或耐鹽植物能夠通過(guò)吸收土壤鹽離子聚集于體內(nèi)，從而降低土壤鹽分；也有研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋條件下的土壤水、鹽動(dòng)態(tài)較裸地變化顯著[20]。在0～20 cm土層，JG、ZB較LD土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高，這是因?yàn)榻斩挿纸饽軌蚪o土壤提供大量的有機(jī)質(zhì)[21]，ZB中堿蓬的根系、枯枝、落葉則是土壤有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源[22]；與裸地相比，F(xiàn)M土壤有機(jī)質(zhì)降低，可能是由于地膜阻斷了土壤與外界的物質(zhì)交換，但對(duì)氮、磷、鉀營(yíng)養(yǎng)元素含量影響不顯著，這與李楨等[23]的研究相吻合。表層土壤，秸稈覆蓋增肥效果顯著，可以提高表層土壤的全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀，其主要原因是當(dāng)?shù)赝寥赖幕A(chǔ)肥力太差，而秸稈分解后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)淋溶下滲，供應(yīng)了土壤肥力[24]。時(shí)連輝等[25]研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋可以防治土壤鹽漬化，秸稈還田方式均可降低土壤鹽分并起到保水保肥的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在0～20 cm土層，ZB較LD相比能夠提高土壤全氮含量約46.55%，而土壤中氮素絕大部分為有機(jī)的結(jié)合形態(tài)[26]。綜上所述，F(xiàn)M、JG、ZB能較好提高土壤含水率，降低土壤容重，提高總孔隙度；JG、ZB抑鹽、抑堿效果顯著，能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；JG提高土壤速效養(yǎng)分效果較好。研究不同材料覆蓋對(duì)黃河三角洲鹽堿地土壤理化性質(zhì)影響，其主要目的是改良鹽堿地，使鹽堿荒地得到有效利用，本研究的結(jié)果可以進(jìn)一步在鹽堿地改良、開(kāi)發(fā)、利用等方面發(fā)揮重要作用。今后將重點(diǎn)探究不同材料覆蓋對(duì)農(nóng)作物不同生長(zhǎng)季節(jié)的影響，這對(duì)于指導(dǎo)黃河三角洲鹽堿荒地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和土地開(kāi)發(fā)利用意義重大。