燕麥+木霉調(diào)控黃河三角洲濱海鹽漬土保墑研究

石文娟 陳建愛

摘要 基于13 a的田間應(yīng)用研究，論述了微生物改良鹽漬土及燕麥長(zhǎng)時(shí)間覆蓋土壤，抗風(fēng)蝕、保墑情，減少秋季和春季2次土壤水分蒸發(fā)高峰期水分蒸發(fā)的效果。結(jié)果顯示，土壤添加外來微生物木霉菌劑，提高土壤微生物數(shù)量的同時(shí)建立了更多的微生物菌體貯水器，利于燕麥等作物的根系生長(zhǎng)發(fā)育；燕麥通過蒸騰作用代替土壤水分蒸發(fā)，改變了水運(yùn)移通道和儲(chǔ)水位置，土壤保墑效果好。通過地上、地下生物的共同作用，豐富土壤微生物，降低水分蒸發(fā)，調(diào)控了土壤墑情，提高土壤有機(jī)質(zhì)，減少水土流失，改善土壤性狀，促進(jìn)了土壤從無生命土壤向有生命土壤轉(zhuǎn)變，向健康土壤轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞 鹽漬土；水分蒸發(fā)；燕麥；木霉；保墑

中圖分類號(hào) S512.7? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2023）14-0066-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.14.017

作者簡(jiǎn)介 石文娟（1981—），女，山東肥城人，從事農(nóng)業(yè)成果推廣研究。*通信作者，研究員，從事農(nóng)業(yè)微生物資源的應(yīng)用研究。

收稿日期 2022-07-23

地球的全部水資源中，超過97%是海水，淡水資源占3%左右，而淡水中的77.2%存在于冰川雪山的固態(tài)水，只有22.4%存在于土壤和地下，這有限的淡水支撐全球5 500億t碳生物量，養(yǎng)活全球76億人口［ 1］。我國(guó)淡水總量占全球水資源的6%，人均水資源量?jī)H為世界平均水平的25%，水是生命之源，生產(chǎn)之要，生產(chǎn)之基，是農(nóng)業(yè)的命脈。從堯舜時(shí)期的大禹治水到20世紀(jì)60年代紅旗渠，各種大型水利工程以及農(nóng)田溝壕抗旱排澇，都是為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)保豐收。山東是人口聚集地區(qū)，也是農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)產(chǎn)品除了滿足本省人口需求，還供應(yīng)省外其他地區(qū)，由于時(shí)空分布的不均勻，

有限的水資源成為山東農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的制約。作為山東農(nóng)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的后備資源，黃河三角洲濱海鹽漬土［ 2］改良成為渤海糧倉(cāng)戰(zhàn)略的重要部分，水資源的嚴(yán)重短缺同樣是黃河三角洲農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨的主要制約因素，由于季風(fēng)氣候春秋季土壤水分無限度蒸發(fā)［ 3］進(jìn)一步限制了鹽漬土的開墾。

黃河三角洲的氣候、地形、土壤質(zhì)地、地下水的特異性使濱海鹽漬土春秋土壤蒸發(fā)水分嚴(yán)重，季節(jié)性黃河水是農(nóng)田灌溉的唯一客水來源，淡水資源的緊缺制約了鹽漬土開墾利用，作物種植和土壤管理都需要保水抗旱低耗。合理利用、保護(hù)好現(xiàn)有的淡水非常關(guān)鍵，減少土壤水分蒸發(fā)量、保護(hù)土壤水分、提高水資源利用效率是解決淡水短缺的最有力途徑，筆者經(jīng)過13 a的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，燕麥［ 4］在黃河三角洲鹽漬土科學(xué)種植和木霉菌劑的有效利用［ 5］對(duì)開墾鹽漬土保墑作用明顯。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

東營(yíng)地處山東省東北部、黃河入海口的三角洲地帶，地理位置介于118°5′E，38°15′N。東營(yíng)市屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，地勢(shì)沿黃河走向自西南向東北傾斜。春季降水少，風(fēng)速大，氣候干燥，易春旱。秋季雨量驟減，多晴天，往往發(fā)生秋旱，小麥播種困難。冬季雨雪稀少，寒冷干燥。年蒸發(fā)量為降水量的3.4倍。由于海水入侵等原因，80%是鹽堿地，重度鹽漬化土壤和鹽堿光板地占區(qū)內(nèi)土地面積的28.4%。土壤鹽分以氯化物為主，地下水埋藏淺且礦化度高，土壤表層鹽分4～30 g/kg，土壤結(jié)構(gòu)性差，肥力低，不經(jīng)改良治理，很難進(jìn)行常規(guī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。自然植被木本植物有檉柳、杞柳等灌木或半灌木，草本植物有馬絆草、蘆葦、黃須菜、堿蓬等，蘆葦、白茅群落分布在可開墾土壤，土壤含鹽量3.4 g/kg左右，分布面積不大，是過渡性群落。人工植被分為農(nóng)作物和人工栽培林木，總體覆蓋率30.1%，其中作物覆蓋率14%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2008—2021年，在東營(yíng)市發(fā)放農(nóng)戶調(diào)查表，每年不同季節(jié)實(shí)地考察，依據(jù)開墾地特點(diǎn)及土壤性狀、氣候條件進(jìn)行木霉菌劑處理，對(duì)不同類型鹽漬土（輕度鹽漬土、中度鹽漬土、重度鹽漬土）進(jìn)行改良。通過科學(xué)種植燕麥，及時(shí)取樣檢測(cè)獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究其對(duì)濱海鹽漬土的保墑效果。

1.3 研究方法

土壤化學(xué)性狀的檢測(cè)方法見勞家檉編著的土壤農(nóng)化分析手冊(cè)［ 6］。土壤微生物群落的分離、培養(yǎng)和統(tǒng)計(jì)采用稀釋平板法［ 7］，細(xì)菌采用牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、放線菌采用高氏合成1號(hào)瓊脂培養(yǎng)基、真菌采用馬丁孟加拉紅鏈霉素瓊脂培養(yǎng)基、固氮菌采用阿須貝（Ashby）培養(yǎng)基，在26、37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中保濕培養(yǎng)。細(xì)菌培養(yǎng)3～5 d，固氮菌、放線菌、真菌培養(yǎng)7～10 d，統(tǒng)計(jì)菌落數(shù)。

2 黃河三角洲水資源特點(diǎn)

2.1 地下水資源不能做農(nóng)田灌溉用水

黃河三角洲地勢(shì)低，地下水埋藏淺且礦化度高，有時(shí)挖土0.5 m即見水，土壤滲水處處可見，有時(shí)溝滿壕平，海水隨海潮入侵淹沒土地及溯河倒灌向?yàn)I海土壤及地下水供給鹽分，這些水不能作為農(nóng)田灌溉用水，土壤溶液滲透壓大，生物不能吸收利用土壤水，土壤溶液反滲透危害作物，導(dǎo)致作物枯萎、死亡。2018年春季東營(yíng)一家庭農(nóng)場(chǎng)利用冬季儲(chǔ)存的黃河水澆地導(dǎo)致大片小麥苗枯萎、死亡。2018—2021年測(cè)定結(jié)果顯示，中度鹽漬土和重度鹽漬土排鹽溝淋水含鹽量大，多數(shù)排鹽溝淋水TDS超4 000 mg/L，最高達(dá)20 120 mg/L，中度鹽漬土一般在3 000～6 000 mg/L，重度鹽漬土一般在6 000～10 000 mg/L，不符合鹽堿地農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（TDS<2 000 mg/L）（圖1）。

2.2 鹽漬土水蒸散嚴(yán)重

黃河三角洲鹽漬土含有大量粉砂質(zhì)和粉砂壤沉積物，具有強(qiáng)烈的毛管作用，沙土中水分毛管作用可上升至37 cm。4月份取樣測(cè)定，>2 m深排鹽溝蘆葦?shù)仄碌啄嗤粒ㄋ嬉陨希┖?9.78%，水分上升到坡頂土壤含水量為23.30%，無植被的3 m深干渠溝坡底沙土（水面以上）含水量23.15%，水分上升到坡頂含水量22.55%，均高于田間表土的含水量（平均約10%）。黃河三角洲鹽漬土年降水量低，僅為550～650 mm，通體粉砂壤質(zhì)的，在1 m水位深度的上升速度高于通體中壤、黏質(zhì)的約15倍，高于通體輕壤的10倍，在季風(fēng)氣候影響下，由于土壤地面覆蓋物少，太陽輻射地面，地面接收能量多，促進(jìn)土壤蒸發(fā)大量水分，秋季初蒸發(fā)、春季強(qiáng)烈蒸發(fā)，年蒸發(fā)量為1 900～2 100 mm，為年降水量的3.23～3.45倍（圖2）［ 3］，3月份蒸發(fā)量高達(dá)降水量的22倍，土壤水分大大降低。4月份土壤樣品測(cè)定，田間表層土含水量（8.58%～11.98%），大大低于犁底層含水量（16.82%～23.61%），試驗(yàn)還表明，秋季表層土比耕層土水分蒸發(fā)超過43.42%，春季表層土比犁底層水分蒸發(fā)超過47.56%。

3 燕麥+木霉調(diào)控濱海鹽漬土保墑的路徑及效果

3.1 燕麥種植延長(zhǎng)土壤覆蓋時(shí)間

黃河三角洲輕度、中度鹽漬土可以種植的玉米、谷子、高粱、水稻、花生、綠豆、甘薯，夏季作物都生長(zhǎng)在淋溶季節(jié)，一種情況是淡水緊缺、種植作物利用雨季水，第二種情況是這些作物種子萌發(fā)需要超過10 ℃的地溫，而燕麥苗可耐受2～4 ℃的低溫而不致發(fā)生冷害。燕麥秋播能生長(zhǎng)至小雪節(jié)氣，燕麥葉片能降雨截留，收納部分淡水，莖流后入滲土壤，延長(zhǎng)入滲時(shí)間，增加土壤水分，燕麥草層覆蓋度大，覆蓋土壤抗風(fēng)蝕，土壤水分蒸發(fā)少，控制了秋季蒸發(fā)第一高峰；燕麥早春播種，生長(zhǎng)到4月底、5月初，燕麥莖葉覆蓋土壤，緩解風(fēng)蝕，還阻擋太陽輻射土面，阻止能量被土壤吸收，減少土壤水分蒸發(fā)，極大降低春季土壤強(qiáng)烈蒸發(fā)第二高峰。筆者也觀察到高粱、稻茬、樹木、綠荒雜草覆蓋土壤，可以抗風(fēng)蝕、抗太陽輻射、減少土壤水分蒸發(fā)。2—11月燕麥都可以播種生長(zhǎng)覆蓋土壤，冬季燕麥苗凍后匍匐覆蓋土壤，輪作與6月種植淋溶季節(jié)生長(zhǎng)作物時(shí)間相銜接，9月作物收獲后再播種燕麥，從7～8個(gè)月無覆蓋達(dá)到全年土壤處于植被覆蓋下，很少受陽光直射，提高土壤抗風(fēng)蝕、保水能力，土壤蒸發(fā)低，保存土壤水分，也為下茬作物保墑。

3.2 燕麥和木霉可以保水減耗 第一，木霉菌劑施入鹽漬土土壤，在其自身快速定殖的同時(shí)，促進(jìn)了其他微生物的擴(kuò)增，增加了其他微生物數(shù)量（表1），一般農(nóng)田土壤耕層每克土含有細(xì)菌108個(gè)、放線菌107個(gè)、霉菌106個(gè)，土壤微生物豐富，在15 cm土壤表層真菌生物量通常為0.1萬～1.5萬kg/hm2，1 m2 健康土壤菌絲達(dá)25 km長(zhǎng)，一條菌絲長(zhǎng)度達(dá)40 m；50%～60%的草原凈初級(jí)生產(chǎn)量（總植物生產(chǎn)量）通常以根的形式存在，一株植物的根在土壤中的分支有千百萬，土壤微生物菌絲、菌體以及植物根系、根毛表面積大，與土壤接觸面積大，極大地提高吸水量。這些生命體就是一個(gè)個(gè)儲(chǔ)水器，土壤中大量水儲(chǔ)存在生命體內(nèi)，試驗(yàn)測(cè)定，土壤水量分布是燕麥根>根際土>近根土>遠(yuǎn)根土。第二，燕麥、木霉是耐旱生物，水分需求量低，燕麥基本不需要外源水，木霉屬于真菌，比細(xì)菌需水量少，土壤中真菌生物量最大，儲(chǔ)存水最多，間接耗水少。第三，真菌在土壤中產(chǎn)生代謝有機(jī)物，作物收獲后，殘留在土壤中的根生物量通常占作物地上部分的15%～40%，按25%計(jì)，燕麥根系深、根系數(shù)量大，有約2 500 kg/hm2根殘留物，在土壤中生物代謝分泌物和土壤砂粒黏合成團(tuán)粒，增加了團(tuán)粒數(shù)量（表1），有利于土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定、耕層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，改善土壤性狀，增加土壤保水能力。

3.3 燕麥和木霉建立新的水流途徑

土壤中水分運(yùn)輸途徑除了毛管孔隙還有2條大途徑，一條是菌絲高速公路途徑，絲狀真菌菌絲發(fā)達(dá)，在土壤中形成菌絲網(wǎng)即水分運(yùn)輸高速公路，水分進(jìn)入高速公路就脫離了土壤；另一條是植物葉片蒸騰途徑，土壤水分經(jīng)根毛吸收，穿過根皮層和根中柱鞘運(yùn)送至根導(dǎo)管，經(jīng)過系列莖導(dǎo)管、葉柄導(dǎo)管、葉脈導(dǎo)管進(jìn)入葉肉細(xì)胞，最后進(jìn)入葉細(xì)胞間隙、氣孔下腔，通過氣孔逸出進(jìn)入大氣。這2條途徑特點(diǎn)明顯，其一是運(yùn)輸速度快，砂性土壤中飽和水傳導(dǎo)度為0.01～0.10 mm/s，導(dǎo)管中水分的運(yùn)輸速率達(dá)0.3～13.0 mm/s，生物體內(nèi)水分運(yùn)輸速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于土壤；其二是運(yùn)輸動(dòng)力大，植物蒸騰作用滲透壓大，一般為-0.5～-2.5 MPa，植物蒸騰大于土壤蒸發(fā)，利于水分上移進(jìn)入植物體內(nèi)；其三是水分運(yùn)動(dòng)、滯留時(shí)間長(zhǎng)，水分在植物體內(nèi)、菌絲體內(nèi)運(yùn)行比土壤內(nèi)運(yùn)行復(fù)雜，途徑長(zhǎng)、曲度大，水分還是各種離子、化合物的溶劑，水溶液進(jìn)入細(xì)胞進(jìn)行各種生化反應(yīng)，延緩了水分進(jìn)入大氣的時(shí)間。燕麥和木霉通過地上、地下改變水的運(yùn)輸通道，控制土壤水分上移速度，抑制水分土壤蒸發(fā)，起到保墑作用。

4 結(jié)語

綜上所述，針對(duì)黃河三角洲濱海鹽漬土嚴(yán)重缺淡水特點(diǎn)，需要探索耐鹽抗旱保水技術(shù)來改良利用，研究表明，生物措施［ 8-9］符合這一要求，前期采用的水稻改良鹽漬土措施耗水系數(shù)大，隨著稻田種植面積的不斷擴(kuò)大，黃河水等淡水資源緊缺，急需研究探索燕麥+木霉等生態(tài)、環(huán)保、可持續(xù)的黃河三角洲濱海鹽漬土改良保墑技術(shù)和方法。在前期研究探索的基礎(chǔ)上，深入研究鹽堿地的改良與土壤生命的相關(guān)性，耐貧瘠、耐鹽、耐干旱的植物在濱海鹽漬土生長(zhǎng)的適合能力［ 10］，耐鹽抗旱的微生物在濱海鹽漬土的增殖能力［ 11］，培育、擴(kuò)大鹽漬土壤地上植被［ 12］，探索燕麥+木霉菌劑調(diào)控濱海鹽漬土土壤墑情，提高農(nóng)業(yè)用水效率、積累土壤有機(jī)質(zhì)、活化土壤礦物質(zhì)、增加土壤團(tuán)聚體，減少水土流失，改善土壤結(jié)構(gòu)［ 13］，對(duì)促進(jìn)土壤從無生命土壤向有生命土壤轉(zhuǎn)變、向健康土壤轉(zhuǎn)變，以及將相關(guān)理論應(yīng)用到鹽漬土改良和節(jié)水保墑意義重大。

參考文獻(xiàn)

［1］ 尼爾·布雷迪，雷·韋爾.土壤學(xué)與生活［M］.14版.李保國(guó)，徐建明，等譯.北京：科學(xué)出版社，2019：166-250.

［2］ 陳介福，東野光亮，馮永軍.黃河下游平原鹽漬土分類分級(jí)問題淺析［C］//中國(guó)鹽漬土分類分級(jí)文集.［出版地不詳］：［出版者不詳］，1989：48-53.

［3］ 李孟揚(yáng)，劉有菊.魯北黃河三角洲的鹽生植物［J］.曲阜師院學(xué)報(bào)，1984（植物抗鹽生理?？?25-133.

［4］ 任長(zhǎng)忠，胡躍高.中國(guó)燕麥學(xué)［M］.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013：40.

［5］ HARMAN G E，KUBICEK C P.Trichoderma & Gliocladium［M］.London：Taylor & Francis Ltd，1998：205-228.

［6］ 勞家檉.土壤農(nóng)化分析手冊(cè)［M］.北京：農(nóng)業(yè)出版社，1988：355-391.

［7］ 周德慶.微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1986：65-85.

［8］ 李梅，胡躍高，曾昭海，等.科爾沁沙地4種作物根茬抗風(fēng)蝕效果風(fēng)洞試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，25（11）：254-258.

［9］ 鄧亞鵬，孫池濤，孫景生，等.秸稈覆蓋條件下濱海鹽漬土水鹽分布及蒸發(fā)特征［J］.中國(guó)農(nóng)村水利水電，2021（3）：128-133.

［10］ 趙可夫，馮立田.中國(guó)鹽生植物資源［M］.北京：科學(xué)出版社，2001：30-35.

［11］ 劉潤(rùn)進(jìn)，陳應(yīng)龍.菌根學(xué)［M］.北京：科學(xué)出版社，2007：163-199.

［12］ 武維華.植物生理學(xué)［M］.2版.北京：科學(xué)出版社，2008：215-232.

［13］ 李法虎.土壤物理化學(xué)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：2-31.