壓砂地土壤質(zhì)量演變特征及其退砂后土壤培肥建議

摘 要：通過文獻調(diào)研的方法，綜合分析壓砂地土壤物理、化學和生物學性質(zhì)的演變特征。結(jié)果表明，壓砂具有蓄水保墑作用，同時防止土壤水蝕、風蝕，減少水土流失。但隨著壓砂年限增加，壓實作用造成土壤結(jié)構(gòu)變差，土壤肥力和土壤關(guān)鍵酶活性呈降低趨勢，土壤微生物結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，土壤連作障礙加劇，土壤質(zhì)量總體呈下降趨勢。從輪作休耕、節(jié)水高效栽培模式、深松深翻構(gòu)建耕層、土壤快速培肥等方面，提出了退砂地土壤質(zhì)量提升建議。

關(guān)鍵詞：壓砂地； 土壤物理性質(zhì)； 土壤化學性質(zhì)； 土壤生物性質(zhì)； 土壤培肥

中圖分類號：S158.1" " " "文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2023）11-0040-03

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.11.011

Developmental Characteristics of Soil Quality in Gravel-Mulched Fields and the Suggestion Methods on Soil Fertility after Its Gravel Removal

Zhao Ying1，2， Liu Xiaotong1，2， Luo Jianhang1，2， Ma Ying1，2， Zhang Xuejun1，2

（1.Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002; 2.National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract The method was adopted by literature survey， comprehensive analysis of the developmental characteristics of Soil physical， chemical and biological properties in gravel-mulched field. The results showed that soil water storage and moisture preservation was high with taking measure by gravel-mulch， at the same time， soil water erosion， wind erosion and soil erosion were decline. However， with the cultivation years increased by gravel-mulching， compaction resulted in soil structure worse， and soil fertility and key soil enzyme activities were decreased， soil microbial structure losing balance， soil continuous cropping obstacle was aggravated， and thus soil quality was totally declined. From four parts of crop rotation and fallow， water-saving and high efficient cultivation mode， subsoiling and tilling to construct plough layer， and soil quick fertility， proposing for improvement of soil quality after gravel removal.

Key words Gravel-mulched field; Soil physical properties; Soil chemical properties; Soil biological properties; Soil fertility

寧夏中部干旱帶是典型的旱地農(nóng)業(yè)區(qū)，水分是制約該區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的首要限制因子。傳統(tǒng)土壤耕作造成休閑期土地裸露、蒸發(fā)強烈，土壤水分和養(yǎng)分損失加劇，從而導致土壤嚴重退化[1]。壓砂田是我國西北地區(qū)一種保護性耕作方法[2]，它是將10～20 cm厚的鵝卵石、礫石、粗砂和細沙的混合體或單體覆蓋在土壤表層的耕作措施，具有明顯的蓄水保墑、增溫保溫、減少蒸發(fā)、抗風蝕的作用[3，4]，同時可提高土壤生物活性和保持土壤肥力[5]。寧夏壓砂地以灌溉補水為主，其主要分布在中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)環(huán)香山地區(qū)、中寧縣鳴沙和海原縣關(guān)橋等地[6]，且主要種植硒砂瓜。由于硒砂瓜長期單一的作物種植造成壓砂地農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，生物多樣性降低，連作障礙加劇，這些已嚴重制約硒砂瓜產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。隨著寧夏種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，硒砂瓜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展所帶來的生態(tài)安全問題，尤其是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的健康可持續(xù)性已成為人們關(guān)心的焦點，壓砂地的有序退出成為地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。掌握壓砂地土壤質(zhì)量的演變特征，解決當前退砂地土壤肥力低下、土體結(jié)構(gòu)差等基礎(chǔ)性問題成為加快退砂地后續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。因此，筆者通過文獻調(diào)研（資料來源：中國知網(wǎng)https：//www.cnki.net/）的方法，綜合分析了不同種植年限壓砂地土壤物理、化學和生物性質(zhì)的變化趨勢，提出了退砂后土壤培肥的建議措施，以期為退砂地接續(xù)產(chǎn)業(yè)健康綠色發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 壓砂地土壤物理性質(zhì)演變特征

壓砂作為一種物理覆蓋措施，最直接的影響是土壤含水量。研究發(fā)現(xiàn)[7]，壓砂地0～20 cm和20～40 cm土壤含水量均高于未壓砂無種植土壤，且不同壓砂年限下農(nóng)田土壤含水量變異較大。壓砂地土壤容重和粉粒含量呈先降后升趨勢，田間持水量呈先升后降趨勢。隨著壓砂年限延長蓄水保墑能力下降，土壤變緊實。但也有研究認為[8]，土壤容重隨壓砂年限增加呈先升后降趨勢，土壤總孔隙度、飽和持水量隨壓砂年限增加呈先降后升趨勢；而隨壓砂年限增加，土壤水分、毛管持水量、土壤飽和導水率均呈下降趨勢。隨種植年限增加，土壤容重顯著增大，飽和導水率顯著降低，壓砂地礫石粒徑配比表現(xiàn)為大于5 mm粒徑礫石占比減少、小于5 mm粒徑礫石占比增加[9]。值得肯定的是，壓砂地的砂礫層可以很好地防止土壤水蝕、風蝕，減少水土流失[7，10]。普遍都認為，隨著壓砂年限的增加，壓砂層的土砂混合使砂層堵塞、土壤板結(jié)，土壤保墑和水分入滲能力均明顯降低[11]；隨壓砂年限增加而顯著降低，壓砂地土壤退化嚴重，對區(qū)域生物多樣性保護和土地可持續(xù)利用均有不利影響。

壓砂地產(chǎn)區(qū)有較為豐富的地下微咸水資源，這為當?shù)剞r(nóng)田提供了一種灌溉水源。微咸水灌溉條件下壓砂抑制了表層土壤鹽分累積，并有向未覆砂的地塊邊緣聚積的現(xiàn)象，但不同灌水方式下壓砂地土壤水分和鹽分均存在中等空間變異性和空間自相關(guān)性[12]。也有研究表明[13]，在寧夏環(huán)香山地區(qū)，壓砂地地表溫度及熱場變異指數(shù)最高，這主要是壓砂種植引起熱場景觀格局的變化，2009年之前隨著壓砂地面積的快速擴大，集中、連片、大面積的壓砂地下墊面性質(zhì)造成地表溫度升高。

2 壓砂地土壤化學性質(zhì)演變特征

大多數(shù)研究表明[7，14-17]，隨壓砂地種植年限的增加，土壤肥力呈逐漸降低趨勢，這可能與施肥投入不夠和連作障礙加重密切相關(guān)。王菲等[14]研究發(fā)現(xiàn)，隨著壓砂地年限的增長，壓砂地土壤有機質(zhì)含量呈下降的趨勢，土壤水解氮和速效磷含量呈先升后降趨勢，而土壤全鹽含量則是先降后升。隨著中衛(wèi)市環(huán)香山地區(qū)壓砂年限的不同增加，土壤有機質(zhì)、全量氮磷鉀含量均呈逐漸下降趨勢[7，15]。代曉華等[16]研究認為，壓砂地持續(xù)壓砂利用15年后，其土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量比未壓砂農(nóng)田分別下降57.43%、46.56%、48.89%。在田塊尺度上評價土壤肥力等級，土壤有效磷、堿解氮、有機質(zhì)和全氮含量可作為寧夏環(huán)香山壓砂瓜種植區(qū)土壤的限制因子[4]。不同種植模式對壓砂地土壤養(yǎng)分含量有明顯影響，覆膜單作和間作可以明顯改善土壤化學性狀，增加養(yǎng)分含量，其中以覆膜單作效果最為明顯[17]。也有研究發(fā)現(xiàn)，不同砂田地齡條件下土壤養(yǎng)分比值均衡與硒砂瓜品質(zhì)呈正相關(guān)，較高的土壤全鹽含量和過低的有效養(yǎng)分含量均導致硒砂瓜品質(zhì)下降[18]。

3 壓砂地土壤生物性質(zhì)演變特征

土壤微生物承擔著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和轉(zhuǎn)化功能，可為評估土壤質(zhì)量高低的重要量化指標。與對照農(nóng)田相比，壓砂地土壤過氧化氫酶、脲酶、中性磷酸酶、蔗糖酶的活性呈逐年降低趨勢，連作3年就表現(xiàn)出明顯的連作障礙，壓砂10年以上土壤質(zhì)量狀況較差[19]。胡景田等[7]研究發(fā)現(xiàn)，前15年土壤脲酶活性隨著壓砂年限的延長呈下降趨勢，脲酶活性高低可用來表征有機氮的轉(zhuǎn)化能力；壓砂地土壤堿性磷酸酶活性明顯低于未壓砂農(nóng)地；壓砂地土壤微生物數(shù)量由大到小依次為細菌、放線菌、真菌，真菌數(shù)量占比小于1%，這是由于真菌適宜在酸性土壤環(huán)境中生長。與對照農(nóng)田相比，不同利用年限壓砂地土壤微生物群落總數(shù)整體上明顯降低，且隨壓砂利用年限的增加呈逐年下降趨勢[16]。隨壓砂利用年限的增加，壓砂地土壤微生物量碳、氮均呈下降趨勢，土壤微生物生物量碳/氮比值低于未壓砂農(nóng)田，土壤微生物群落中細菌、真菌、放線菌數(shù)量均顯著降低，這說明壓砂改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成[20]。Biolog分析結(jié)果證實，1年壓砂地微生物群落的生理活性最高，微生物群落生理活性隨壓砂年限增加呈緩慢下降趨勢[21]。因此，隨著壓砂地種植年限增加，地上部作物對土壤養(yǎng)分消耗增大，而由于外源投入的不足，土壤養(yǎng)分得不到充分補充，導致壓砂地土壤微生物生長環(huán)境也逐步惡化。但通過采用穴施混配菌劑的復合基質(zhì)穴施定植技術(shù)和作物茬口調(diào)整，可有效改善植物的土壤根際環(huán)境，增強壓砂地土壤保水能力，提高土壤肥力，并顯著提高西瓜產(chǎn)量[22，23]。

4 退砂后土壤培肥建議

4.1 輪作休耕

針對壓砂地連續(xù)種植造成土壤功能退化的問題，重點開展輪作休耕條件下土壤理化性狀和微生物功能多樣性變化的定位監(jiān)測，構(gòu)建退砂后以土壤質(zhì)量提升為目標的輪作休耕模式，為退砂地輪作休耕制度提供理論依據(jù)。通過豆科綠肥與適生作物的間套輪作，如箭筈豌豆、田菁、紫花苜蓿等豆科綠肥，綠肥翻入土壤后促進有機物料腐解，達到土壤增碳增匯和土壤養(yǎng)分供應能力提升的目的。通過休耕歇地，可緩解土壤連作障礙，減少病蟲害發(fā)生，恢復土壤地力水平，但需要地方職能部門一定的政策性引導或配套資金補貼。

4.2 節(jié)水高效栽培模式

針對中部干旱帶水資源極度缺乏和灌水定額不足的現(xiàn)狀，要堅決做到“以水定地”，科學調(diào)整退砂地種植結(jié)構(gòu)。以退砂地種植西瓜為例，要在抗旱嫁接砧木篩選、適宜的抗旱節(jié)水栽培密度、覆膜類型及方式等方面深入開展研究，集成構(gòu)建現(xiàn)有灌水定額下退砂地西瓜節(jié)水高產(chǎn)高效栽培技術(shù)模式。同時需要發(fā)展枸杞、金銀花、歐李、大果沙棘以及核桃等接續(xù)產(chǎn)業(yè)，運用節(jié)水灌溉和水肥一體化技術(shù)，適度擴大種植面積。硒砂瓜作為寧夏一個重要的地方品牌，同時也受市場需求和供應的影響明顯，實現(xiàn)退砂地產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，亟須配套的復合栽培技術(shù)模式來調(diào)整西瓜產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的多元化、高效化生產(chǎn)，以保障當?shù)剞r(nóng)民的經(jīng)濟收入。

4.3 深松深翻構(gòu)建耕層

深松深翻技術(shù)主要是通過大型機械對土壤進行深松深翻，從而使活土層深厚、土質(zhì)疏松、土壤肥力更平衡的耕作技術(shù)。針對退砂地土壤壓實作用明顯，土壤結(jié)構(gòu)變差，土壤持水能力降低的現(xiàn)狀，通過深松深翻快速構(gòu)建耕層土壤。深松的深度一般是根據(jù)耕作層的厚度來確定，但退砂土壤的耕作層破壞嚴重，建議每2～3年采取機械深松整地1次，深度在25～35 cm。當土壤含水量達10%～25%時，即可進行土壤深翻22 cm左右，且以秋翻為主，同時深翻結(jié)合有機肥施用效果更明顯。

4.4 土壤快速培肥

針對退砂地土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤肥力低、土壤微生物區(qū)系失調(diào)等現(xiàn)狀，重點通過有機肥、復合生物菌肥、沼液肥、緩/控釋肥等施肥調(diào)控手段，快速改善耕層土壤物理結(jié)構(gòu)，同時提高土壤有機質(zhì)含量，提升土壤保水供肥能力。退砂地的土壤培肥應以有機質(zhì)提升為核心，同時提高土壤氮磷供應水平和速效氮磷鉀含量，提升土壤碳氮磷養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化能力。退砂地上施用生物菌肥和有機肥可加速土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、釋放和吸收，提高土壤肥力的同時減少西瓜病蟲害發(fā)生的可能，提高西瓜的抗逆性，從而促進作物生長和提高作物產(chǎn)量。

5 結(jié)論

（1）壓砂具有蓄水保墑作用，砂礫層可以防止土壤水蝕、風蝕，減少水土流失，但隨著壓砂年限延長蓄水保墑能力下降，土壤壓實作用明顯。

（2）隨壓砂地種植年限的增加，土壤肥力呈逐漸降低趨勢，且嚴重影響硒砂瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

（3）隨著壓砂地種植年限增加，土壤關(guān)鍵酶活性呈降低趨勢，土壤微生物區(qū)系失調(diào)。通過施用生物菌肥和作物茬口調(diào)整，可以緩解土壤連作障礙。

（4）從輪作休耕、節(jié)水高效栽培模式、深松深翻構(gòu)建耕層、土壤快速培肥4個方面，提出快速提升退砂地土壤質(zhì)量的建議，可實現(xiàn)接續(xù)作物的可持續(xù)發(fā)展。

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責任編輯：王銀惠

基金項目：寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目（2022BBF02025）、寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展和生態(tài)保護科技創(chuàng)新示范項目（NGSB-2021-11-04）、2020年度自治區(qū)青年拔尖人才培養(yǎng)工程項目資助。

作者簡介：趙營（1979—），男，河南項城人，研究員，博士，主要從事農(nóng)田養(yǎng)分循環(huán)與施肥調(diào)控研究。

收稿日期：2023-09-06