秸稈覆蓋和磷石膏對蘇打鹽堿土性狀及牧草生長的影響

［摘要］ 為研究秸稈覆蓋和磷石膏對重度蘇打鹽堿土理化性質(zhì)和高丹草生長、產(chǎn)量的影響，通過野外改良、栽培試驗(yàn)觀測獲得數(shù)據(jù)，并運(yùn)用SPSS 25.0和Canoco 4.5進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明：①秸稈覆蓋能顯著改善重度蘇打鹽堿土物理性質(zhì)和養(yǎng)分狀況，但降低土壤鹽堿化效果較差，結(jié)合施用磷石膏后改良效果更好。②相同覆蓋量時(shí)，配合施用磷石膏比單獨(dú)秸稈覆蓋效果好。③在0.5～1.5 kg/m2施用范圍內(nèi)秸稈覆蓋量越高，高丹草生長、生物量提高效果越明顯，但覆蓋量2.0 kg/m2的促進(jìn)效果不如1.5 kg/m2；相同秸稈覆蓋量時(shí)，結(jié)合使用磷石膏比單獨(dú)覆蓋增產(chǎn)效果更明顯。④綜合考慮土壤改良、增產(chǎn)效果和成本，最佳處理為覆蓋秸稈1.0 kg/m2+磷石膏20 t/hm2。⑤CCA分析結(jié)果顯示，影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。綜上所述，秸稈覆蓋配合施用磷石膏能夠很好地改善蘇打鹽堿土理化性質(zhì)，且具有較好的牧草增產(chǎn)效果，適合在鹽堿地區(qū)域推廣、應(yīng)用。

［中圖分類號］ S544[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.08.013

［引用格式］ 徐子棋，張瑜，王博宇，等.秸稈覆蓋和磷石膏對蘇打鹽堿土性狀及牧草生長的影響[J].中國水土保持，2024（8）：47-52.

土壤鹽堿化是世界范圍內(nèi)的重要環(huán)境問題，不僅降低水土資源質(zhì)量，造成資源浪費(fèi)，而且對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅[1]。吉林省西部是我國重要的農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)基地，該區(qū)域地勢平坦，水土資源具有較高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力[2]。然而，由于自然原因和人類不合理的開發(fā)利用，因此近50 a來吉林省西部鹽堿地面積不斷擴(kuò)大。2016年，吉林省鹽堿化土地已擴(kuò)張至218萬hm2，占省域土地總面積的11.5%[3]。因此，治理吉林省西部鹽堿地并將其合理化利用已成為近年來的研究熱點(diǎn)。

秸稈覆蓋是地面覆蓋的一種，因其良好的保溫和蓄水能力，加之有機(jī)覆蓋材料廉價(jià)且環(huán)保，已成為目前鹽堿土改良的重要措施之一。眾多學(xué)者研究表明，秸稈覆蓋不僅可以保持土壤溫度穩(wěn)定，降低土壤水分蒸發(fā)，抑制土壤返鹽，提高土壤肥力，還可以促進(jìn)鹽堿地植物生長和生物量的提高[4-8]。但部分關(guān)于冬小麥的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋存在降溫效應(yīng)和溫度不穩(wěn)定情況，從而會導(dǎo)致冬小麥產(chǎn)量降低[9]。磷石膏是生產(chǎn)磷酸的工業(yè)副產(chǎn)品，近年來隨著碳酸利用量的逐年增加，大量的磷石膏露天堆積不僅占用土地資源，而且污染環(huán)境，因此進(jìn)行資源的再次利用顯得格外重要[10]。農(nóng)業(yè)資源化利用是磷石膏綜合利用的重要途徑之一。國外的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)施用磷石膏能夠降低土壤pH值和鈉離子含量，增加一些有效的微量元素，可防止土壤退化和水土流失，從而促進(jìn)植物生長，并且施用磷石膏種植的作物，品質(zhì)和產(chǎn)量均顯著提高[11-14]。然而，秸稈覆蓋結(jié)合磷石膏對蘇打鹽堿土性質(zhì)和牧草產(chǎn)量影響的研究卻鮮有報(bào)道。

本研究在重度蘇打鹽堿土上開展秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏改良土壤試驗(yàn)，分析不同施用量組合下土壤理化性質(zhì)變化及優(yōu)質(zhì)牧草高丹草（Sorghum bicolor × sudanense）增產(chǎn)效果，以期為重度蘇打鹽堿土改良和牧草增產(chǎn)提供理論支持。

1研究區(qū)域概況

本研究試驗(yàn)田位于吉林省通榆縣北部鴻興鎮(zhèn)，地理坐標(biāo)為122°02′～123°30′E、44°13′～45°16′N。該區(qū)域?qū)儆谒赡燮皆貏萜鸱^小，海拔140～180 m。土壤為蘇打鹽堿土，包括鹽堿土、淡黑鈣土、風(fēng)沙土等。氣候?yàn)橹袦貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候，四季分明，年日照時(shí)數(shù)2 900 h，年降水量為390 mm，無霜期為160 d。境內(nèi)有霍林河、額木太河（支流）、文牛格尺河3條季節(jié)性河流流過。

2材料與方法

2.1供試材料

2.1.1土壤樣本

試驗(yàn)田土壤為重度蘇打鹽堿土。試驗(yàn)共分為7個處理：空白對照（CK）、覆蓋0.5 kg/m2秸稈（F1）、覆蓋1.0 kg/m2秸稈（F2）、覆蓋1.5 kg/m2秸稈（F3）、覆蓋2.0 kg/m2秸稈（F4）、覆蓋0.5 kg/m2秸稈+磷石膏10 t/hm2（F1L1）、覆蓋1.0 kg/m2秸稈+磷石膏20 t/hm2（F2L2）、覆蓋1.5 kg/m2秸稈+磷石膏30 t/hm2（F3L3）。處理田塊規(guī)格均為5 m×20 m，田塊之間留1.5 m寬道路。秸稈為粉碎后的玉米秸稈。

2.1.2植物樣本

試驗(yàn)植物品種為高丹草，于2019年5月初播種，播種方法為壟作，行距為60 cm，播種量為15 kg/hm2。

2.2測定方法

2.2.1土壤指標(biāo)

于2018年11月5—10日進(jìn)行S形采樣，測定土壤理化性狀本底值，采樣深度0～20 cm，結(jié)果取平均值，具體見表1。參考潘保原[15]的研究，試驗(yàn)田塊土壤為重度蘇打鹽堿土。改良后土壤取樣時(shí)間為2019年11月5—10日。土壤密度、含水量、總孔隙度用環(huán)刀法測定。全鹽含量應(yīng)用TZS-pHW-4G土壤多參數(shù)測定儀測定， 徐子棋等：秸稈覆蓋和磷石膏對蘇打鹽堿土性狀及牧草生長的影響電導(dǎo)率應(yīng)用DDB-305A型便攜式電導(dǎo)率儀測定，全氮（TN）采用半微量開氏法測定，全磷（TP）采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定，全鉀（TK）采用NaOH熔融法測定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法（外加熱）測定，pH值采用Spectrum pH400測定。

2.2.2植物指標(biāo)

每個田塊選取20株長勢具有代表性的植株測定高丹草生長指標(biāo)，取平均值。株高測定時(shí)間為2019年6月20日至10月18日，每20 d測定一次，其余生長指標(biāo)于2019年10月18日測定。葉長、葉寬選取倒2葉測定[16]。每個田塊選取10株長勢具代表性的植株，測定單株鮮質(zhì)量，取平均值。每個田塊設(shè)置5個1 m×1 m樣方，取樣方內(nèi)所有植株，測定鮮草產(chǎn)量，之后帶回實(shí)驗(yàn)室，烘箱105 ℃烘干24 h至恒定質(zhì)量，測干草產(chǎn)量，結(jié)果取平均值，換算為每公頃生物量。

2.3數(shù)據(jù)處理及分析

利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理，利用SPSS 25.0進(jìn)行方差分析（ANNOVA單因素方差分析Duncan法），利用Sigma Plot 12.0進(jìn)行柱狀圖繪制，利用Canoco 4.5進(jìn)行典范對應(yīng)分析（CCA）。

3結(jié)果與分析

3.1秸稈覆蓋與磷石膏對重度蘇打鹽堿土理化性質(zhì)的影響

3.1.1對重度蘇打鹽堿土物理性質(zhì)的影響

由圖1可知，秸稈覆蓋能顯著降低重度蘇打鹽堿土密度，提高其含水量和總孔隙度，各處理與CK差異顯著（Plt;0.05）。在0.5～1.5 kg/m2范圍內(nèi)，秸稈覆蓋量越大改良效果越明顯，例如，相比較CK，F(xiàn)1、F2、F3分別降低土壤密度2.3%、2.9%和6.4%，分別提高含水量12.8%、15.8%和12.3%；但F4與F3各項(xiàng)土壤物理性質(zhì)差異不顯著。覆蓋量相同時(shí)，秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏降低重度蘇打鹽堿土密度、提高含水量和總孔隙度效果優(yōu)于單獨(dú)秸稈覆蓋處理，且差異顯著（Plt;0.05），例如，相比較CK，F(xiàn)1、F1L1分別提高土壤總孔隙度7.5%和9.4%，且差異顯著；但F3L3與F2L2土壤密度和含水量差異不顯著，孔隙度差異顯著。這說明，秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏具有較好的改良重度蘇打鹽堿土物理性質(zhì)的效果，在考慮成本前提下，F(xiàn)2L2為最優(yōu)處理。

3.1.2對重度蘇打鹽堿土化學(xué)性質(zhì)的影響

由圖2可知，降低土壤pH值效果較好的處理為F2L2、F3L3，且對比CK改良效果顯著（Plt;0.05），降低pH值百分比分別為8.83%和9.16%；降低土壤電導(dǎo)率效果較好的處理為F1L1、F2L2、F3L3，其降低電導(dǎo)率百分比分別為44.49%、55.89%、61.21%，此外F3、F4降低電導(dǎo)率效果也較好，降低電導(dǎo)率百分比分別為18.25%、23.57%；提高土壤有機(jī)質(zhì)效果較好的處理為F3、F4、F3L3，提高土壤有機(jī)質(zhì)百分比分別為12.82%、13.14%和14.10%，組內(nèi)差異不顯著，對比CK改良效果顯著（Plt;0.05）；提高土壤全氮效果最好的處理為F3、F4、F3L3，提高土壤全氮百分比分別為11.48%、11.91%、11.27%，組內(nèi)差異不顯著，對比CK改良效果顯著（Plt;0.05）。綜合分析，單獨(dú)使用秸稈覆蓋降低土壤鹽堿化效果較差，秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏降低土壤鹽堿化、改善土壤養(yǎng)分狀況效果較好。圖2不同處理下重度蘇打鹽堿土化學(xué)性質(zhì)

3.2秸稈覆蓋與磷石膏對高丹草生長及生物量的影響

3.2.1秸稈覆蓋與磷石膏對高丹草生長的影響

由圖3可知，各處理高丹草株高生長總趨勢均為“慢—快—慢”，生長速度由慢變快的拐點(diǎn)為7月10日，7月10日至8月19日為速生期，該時(shí)期各處理株高生長量占總生長量的56.25%～63.50%。

由表2可知，單獨(dú)使用秸稈覆蓋時(shí)，株高總生長量在F2、F4之間差異不顯著，但F1、F2、F3、F4處理的高丹草株高總生長量均顯著大于CK（Plt;0.05）。高丹草的株高總生長量基本隨秸稈用量增加而增加，但株高總生長量F4lt;F3，說明F4秸稈覆蓋量過多，對比F3開始產(chǎn)生株高生長抑制作用。在秸稈覆蓋量相同時(shí)，除F1與F1L1間、F3與F3L3間的分蘗數(shù)、F1與F1L1間的倒2葉長和倒2葉寬差異不顯著，其他指標(biāo)秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏比單獨(dú)使用秸稈覆蓋對高丹草生長促進(jìn)效果更好，差異顯著（Plt;0.05），即F1L1優(yōu)于F1，F(xiàn)2L2優(yōu)于F2，F(xiàn)3L3優(yōu)于F3。單獨(dú)使用秸稈覆蓋和秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏均能顯著促進(jìn)高丹草地上部分生長指標(biāo)的提高，0.5～1.5 kg/m2施用范圍內(nèi)秸稈覆蓋量越高，促進(jìn)作用越明顯，但覆蓋量為2.0 kg/m2時(shí)，效果不如1.5 kg/m2；相同秸稈覆蓋量時(shí)，添加磷石膏比單獨(dú)覆蓋促進(jìn)作用更佳。雖然F3L3對高丹草地上生長促進(jìn)效果優(yōu)于F2L2，但增幅較小，綜合考慮成本和促進(jìn)高丹草地上部分生長效果，最佳處理為F2L2。

3.2.2秸稈覆蓋與磷石膏對高丹草生物量的影響

不同處理高丹草生物量狀況見表3。由表3可知，單獨(dú)使用秸稈覆蓋和秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏均能提高高丹草單株鮮質(zhì)量、鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量，除F1鮮草產(chǎn)量與CK差異不顯著外，其余指標(biāo)均與CK差異顯著（Plt;0.05）。單獨(dú)使用秸稈覆蓋時(shí)，各處理提高高丹草單株鮮質(zhì)量、鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量排序?yàn)镕1lt;F2lt;F4lt;F3；秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏時(shí)，各處理高丹草單株鮮質(zhì)量、鮮草產(chǎn)量和干草產(chǎn)量排序?yàn)镕1L1lt;F2L2lt;F3L3，但F3L3對比F2L2增幅較小，F(xiàn)2L2、F3L3相比CK鮮草產(chǎn)量分別增加52.4%、55.7%。相同秸稈覆蓋量時(shí)，結(jié)合使用磷石膏比單獨(dú)覆蓋提高生物量效果更明顯，例如F2、F2L2相比CK增加單株鮮質(zhì)量百分比分別為94.9%和134.4%。綜合考慮成本和促進(jìn)高丹草生物量增加效果，最佳處理為F2L2。

3.3高丹草生長因子、生物量因子與鹽堿土理化性質(zhì)因子CCA分析

由表4可知，排序軸1中，物種與環(huán)境關(guān)系的變化累計(jì)比例為81.2%，超過40%，故本分析方法可行[16]，并且在排序軸1和排序軸2中，物種因子與環(huán)境因子相關(guān)系數(shù)分別為0.92和0.89，說明所選環(huán)境因子與物種因子相關(guān)度較高。研究區(qū)重度蘇打鹽堿土土壤因子與生物排庫軸的相關(guān)系數(shù)見表5，土壤因子與生長因子、生物量因子CCA排序關(guān)系見圖4，其中土壤因子與排序軸1的相關(guān)系數(shù)絕對值范圍為0.140 1～0.593 1，絕對值超過0.5的有3個，依次為含水量、密度和pH值；土壤因子與排序軸2的相關(guān)系數(shù)絕對值范圍為0.116 5～0.790 9，絕對值超過0.5的有4個，依次為總孔隙度、有機(jī)質(zhì)含量、含水量和密度。由于排序軸1貢獻(xiàn)度更大（見表4），因此影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。

4討論

秸稈覆蓋是一種常見的、對環(huán)境負(fù)面影響較小的鹽堿地改良措施[4]。磷石膏是一種工業(yè)廢料，將其用于鹽堿地治理不僅能夠改善土壤環(huán)境，而且能夠防止磷石膏對其他地區(qū)造成環(huán)境污染[10]。本研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋能顯著降低重度蘇打鹽堿土密度、提高含水量和總孔隙度，在覆蓋量0.5～1.5 kg/m2范圍內(nèi)，秸稈覆蓋量越大效果越顯著，當(dāng)覆蓋量相同時(shí)，結(jié)合施用磷石膏會大幅改善各指標(biāo)。單獨(dú)秸稈覆蓋處理中，F(xiàn)1、F2降低土壤pH值、電導(dǎo)率的效果較差，F(xiàn)1提高有機(jī)質(zhì)的效果較差，當(dāng)秸稈覆蓋結(jié)合施用磷石膏后，在降低土壤鹽堿程度、改善土壤養(yǎng)分狀況方面效果明顯；綜合考慮土壤改良效果和成本問題，本研究最佳措施為F2L2。多位學(xué)者也認(rèn)為秸稈覆蓋對于鹽堿土具有較好的改良效果，秸稈能夠改善土壤密度、孔隙度等物理指標(biāo)，減少土壤水分蒸發(fā)量，增加降水入滲，促進(jìn)鹽分淋溶，防止土壤返鹽[4]。在一定范圍內(nèi)，隨著秸稈覆蓋量增加，提高土壤保水降鹽效果越來越明顯[6]。雖然秸稈等生物炭降低土壤pH值的作用較小，但能夠顯著改善土壤養(yǎng)分狀況，從而提高土壤陽離子交換量、速效養(yǎng)分含量[13]。楊東等[7]研究發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋量在0.9 kg/m2與1.2 kg/m2時(shí)改良土壤效果無顯著差異，即超過一定覆蓋量改良效果不再提升，而本研究結(jié)果表明覆蓋量1.5 kg/m2與2.0 kg/m2改良效果差異較小，結(jié)論相似。此外，多位學(xué)者的研究結(jié)果表明，磷石膏具有很好的改良鹽堿地效果，可以降低土壤pH值、堿化度，促進(jìn)有效養(yǎng)分的釋放[14-15，17]，從而改善土壤理化性質(zhì)，這與本研究結(jié)合施用磷石膏土壤改善效果一致。

高丹草是蘇丹草和高粱草的雜交品種，具有耐鹽堿、耐旱性強(qiáng)、草質(zhì)好、產(chǎn)量高等特點(diǎn)[18]。本研究結(jié)果表明，高丹草較為耐鹽堿，能夠適應(yīng)pH值8.13～8.95、電導(dǎo)率0.102～0.263 mS/cm的蘇打鹽堿土；同時(shí)秸稈覆蓋能促進(jìn)高丹草生長指標(biāo)的提高，并能提高其產(chǎn)量，在0.5～1.5 kg/m2施用范圍內(nèi)覆蓋量越高，促進(jìn)作用越明顯，相同覆蓋量時(shí)，添加磷石膏比單獨(dú)覆蓋促進(jìn)作用更佳。綜合考慮成本和促進(jìn)高丹草生物量增加效果，最佳處理為F2L2。由CCA分析結(jié)果可知，影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。也有學(xué)者對鹽堿地作物的研究表明，秸稈能夠改善土壤理化性狀，增加土壤微生物，提高土壤酶活性，從而促進(jìn)植物生長和生物量積累[4]。

5結(jié)論

1）秸稈覆蓋能顯著改善重度蘇打鹽堿土物理性質(zhì)和養(yǎng)分狀況，但降低土壤鹽堿程度效果較差，當(dāng)結(jié)合施用磷石膏時(shí)改良效果會相對更好。

2）在0.5～1.5kg/m2施用范圍內(nèi)，覆蓋量越高，高丹草生長、生物量提高效果越明顯，但2.0 kg/m2覆蓋量促進(jìn)效果不如1.5 kg/m2；相同秸稈覆蓋量時(shí)，結(jié)合使用磷石膏比單獨(dú)覆蓋增產(chǎn)效果更明顯。

3）綜合考慮土壤改良效果、高丹草增產(chǎn)效果和成本，最佳處理為F2L2。

4）CCA分析結(jié)果顯示，影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。

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收稿日期： 2023-04-10

基金項(xiàng)目： 長春市科技局項(xiàng)目（21ZGM07）;吉林省財(cái)政廳基本科研經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（吉林省西部固沙植物種選擇與植被配置研究與示范，吉林省西部平緩沙地地力提升及植被構(gòu)建技術(shù)體系研究）

第一作者： 徐子棋（1990—），女，吉林白山人，工程師，碩士，主要從事水土保持生態(tài)修復(fù)研究。

E-mail： 235175758@qq.com

（責(zé)任編輯楊傲秋）