碱蓬施肥对苏北滩涂盐渍土的改良效果

2012-03-13孟庆峰

草业科学 2012年1期

孟庆峰

(1.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京 210008；2.盐城绿苑海篷子开发有限公司，江苏盐城 224001)

土壤盐渍化与次生盐渍化是当今世界土壤退化的主要问题之一，全世界盐碱地面积约为9.55亿hm2，我国盐碱土面积约为9.913×107hm2,其中现代盐碱土面积约为3.693×107hm2，主要分布在东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带[1]。江苏盐城海岸带位于中国海岸带的中部，是典型的粉砂淤泥质海岸，沿海滩涂面积为45.7万hm2，约占江苏省沿海滩涂的70%，全国沿海滩涂的14.3%，是江苏沿海面积最大的后备土地资源，现阶段盐城海岸北部以5～45 m·a-1速度后退，以5～10 cm·a-1的平均速度下蚀；新洋港以南高滩不断向海推进，平均淤进速度为50～200 m·a-1，淤高速度为2～5 cm·a-1；滩涂湿地高等植物面积迅速增长，平均增长率为2 000 hm2·a-1，湿地植被结构和生态服务功能有所改变[2]。为保证18亿亩(合1.2亿hm2)耕地“红色底线”，实现耕地总面积的动态平衡，滩涂开发将起到重要的战略意义。然而，滩涂围垦土壤盐渍化严重，制约着种植业的发展，已引起人们的高度重视。研究表明[3-5]，利用盐生植物对盐碱地和滨海盐渍土进行生物修复，一方面，具有一定的经济价值；另一方面，对盐渍土有明显改善的作用。

碱蓬(Suaedasalsa)属于藜科碱蓬属,是一种典型的盐碱指示植物, 也是由陆地向海岸方向发展的先锋植物[6]。碱蓬属植物对土壤中的盐分具有累积效应，它能从土壤中吸收大量的可溶性盐类，并将这些盐聚集在体内，作为有益的渗透调节剂，增强植物抵御生理干旱的能力。因此，种植盐地碱蓬可明显降低土壤含盐量，是盐碱地改良的优势草种[7-11]。另外，种植盐地碱蓬能显著增加土壤的总孔隙度,降低土壤容重，增加土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾以及土壤细菌、放线菌、真菌的数量[12]。目前，盐地碱蓬主要以自然野生为主，产量极低。在低产情况下，尽管盐地碱蓬植株中盐分累积浓度很高，但盐分总吸收累积量却很小，这在很大程度上限制了其在盐碱地改良中的应用。因此，对盐地碱蓬进行驯化栽培，实现高产，并维持或提高其总的盐分累积量，是快速改良盐碱地的重要途径之一[13]。以产量为目标,就要投入较高的施肥量；以经济效益为目标,就要求适宜的施肥量[14]。本研究选择苏北滩涂围垦土壤和盐地碱蓬为对象，通过施入氮磷肥探讨不同肥料对滩涂围垦土壤水盐运移规律及碱蓬生物量的影响，寻求经济效益、生态效益、社会效益相统一的盐土农业技术模式，旨在为滩涂盐渍土改良和滩涂土地资源的利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1试验区概况试验区设在江苏省盐城市弶港镇，地点位于新旧海堤之间32°44′32.2″ N，120°51′24.6″ E，海拔5.4 m，距海8 km。地处北亚热带北缘，海洋性季风气候特征明显。气候温暖湿润，日照充分，雨量充沛，四季分明。年平均气温14.6 ℃，全年无霜期213 d，常年降水量1 042 mm，年平均蒸发量1 417 mm，年平均相对湿度为81%，年平均风速3.3 m·s-1。土壤为潮盐土亚类，是典型的淤泥质海岸带盐渍土。土壤沉积母质为近代泥沙沉积物，全剖面土质均匀，以粉砂占优势。

1.2试验设计试验共设置17个处理，采用完全随机区组设计，3次重复。氮肥、磷肥两种肥料因素，各4个水平，共计16个处理，其中，氮肥施入量为N0(0)、N1(60 kg·hm-2)、N2(120 kg·hm-2)、N3(180 kg·hm-2)，磷肥施入量为P0(0)、P1(35 kg·hm-2)、P2(70 kg·hm-2)、P3(105 kg·hm-2)，以不生长植被的裸地作为对照(CK)，氮肥采用尿素(含N 46%)，磷肥采用过磷酸钙(含P2O512%)，氮肥总量的40%作为基肥，60%作为追肥，磷肥作为基肥一次性施入。试验于2010年4月上旬进行，碱蓬播种量为10 g·m-2，均匀撒播后覆土2 cm。

1.3测定指标及方法碱蓬生育期内，逐月采集0～20、20～40 cm层次土壤样品，测定土壤阳离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)及阴离子(CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-)。K+、Na+采用火焰光度法；Ca2+、Mg2+采用原子吸收分光光度法；CO32-、HCO3-采用双指示剂滴定法；Cl-采用AgNO3滴定法；SO42-采用EDTA滴定法[15]。8种离子的总和为土壤盐分含量。碱蓬生育期结束后进行测产，每试验小区任意选取远离边缘的3个1 m2测产单元，分别测定地上部生物量、根系、总生物量，并计算各处理的均值。测定碱蓬植株根、茎、叶部位K+和Na+含量，并计算Na+/K+，离子选择性吸收(SA)及离子运输能力(ST)。

2 结果

2.1不同处理对土壤盐分的影响在碱蓬生育期内，0～20 cm土层的土壤盐分随时间呈现出一定的变化规律(图1)。4月中旬-7月上中旬，种植碱蓬的各肥料处理土壤盐分呈现出下降的趋势，到7月中下旬土壤盐分含量达到最低；从7月中下旬-10月末碱蓬收获期，土壤盐分含量均有增加。对于裸地的土壤盐分而言，4-5月表现为下降的趋势，5-6月又表现出明显地上升趋势，6月到碱蓬收获期的变化趋势与种植碱蓬的肥料处理基本一致(图1)。裸地的土壤盐分含量明显高于同时期种植碱蓬的肥料处理；种植碱蓬的各处理中，施入氮、磷肥后土壤盐分含量高于无氮磷肥的处理。

20～40 cm土层的裸地盐分含量与0～20 cm土层具有相同的变化趋势，并且高于该层同时期种植碱蓬的处理(图1)。在种植碱蓬的各处理中，4月中旬-7月上中旬，20～40 cm土层的盐分含量均低于同时期的0～20 cm土层，并且种植碱蓬各处理的土壤盐分含量变化幅度较小；7月上中旬-10月末，磷肥处理与氮磷处理的土壤盐分含量变化较大，磷肥处理于8月中旬达到最大值，氮磷处理于9月中下旬达到最大值，无氮磷肥与氮肥处理的土壤盐分含量在碱蓬的整个生育期内变化幅度很小(图1)。

图1 不同施肥处理下不同土层土壤盐分的变化趋势

2.2不同处理对植株Na+的影响氮肥与磷肥对碱蓬叶、茎、根的Na+含量有显著影响(图2)。对各处理而言，植株各部分Na+含量为叶>茎>根，变化范围分别为3.00%～6.33%、2.48%～5.08%、1.19%～4.30%，植株各部分的Na+含量最小值均为N0P0处理，在同一肥料处理水平，茎、叶中Na+含量随氮肥或磷肥施用量的增大而增加，根系中Na+含量的最大值为N2P1处理，随肥料用量的增加没有明显的变化规律。

经双因素方差分析，氮肥与磷肥对碱蓬叶(F氮肥=418.390；F磷肥=30.024)、茎(F氮肥=99.293；F磷肥=4.874)、根(F氮肥=62.712；F磷肥=68.687)中Na+的含量均有显著的影响，并且，尿素与过磷酸钙之间存在交互作用(图2)。对于碱蓬茎、叶的Na+含量，氮肥起到主导因素，而根系的Na+含量，氮磷肥的交互作用占主导因素。

图2 不同施肥处理对碱蓬植株的Na+含量的影响

2.3不同处理对植株K+的影响碱蓬茎、叶、根的K+含量变化范围为0.90%～1.91%、0.65%～1.91%、0.90%～2.42%，在不施入氮肥情况下，茎中的K+含量普遍较高，随氮磷肥施用量的增加根系中K+含量普遍高于茎叶(图3)。茎叶中K+含量最高和最低的处理为N0P0和N3P3，并且在同一水平磷肥下，随着氮肥施入量增加而减小；根系中K+含量最高值的处理为N1P3，最低值的处理为N3P2，在同一磷肥水平下，随着氮肥施用量的增加呈现出先增加后降低的变化趋势。经双因素方差分析，氮磷肥对碱蓬植株各部分K+的含量，均有着显著的影响，并且，氮磷肥之间存在交互作用。其中，氮肥对叶、茎、根的K+含量的影响起到主导作用，其次是氮磷肥交互作用的影响。

2.4不同处理对植株Na+/K+、离子运输能力及选择性吸收的影响不同处理对植株叶、茎、根Na+/K+有着明显影响，具体表现为叶>茎>根；同一水平的氮肥处理下，随磷肥施入量的增加，植株Na+/K+增加较为缓慢，而在同水平磷肥下，随氮肥施入量的增加而迅速增长，并且随着氮磷肥施入量的增大，茎叶Na+/K+增长幅度较大，对于植株根系Na+/K+而言，N2P1处理达到最大，其他各处理变化幅度很小(图4)。

氮磷肥的施入显著影响碱蓬植株离子选择性运输能力(STK，Na)，各处理STK，Na变化范围0.24～0.72，随着氮磷肥施用量的增加，STK，Na的变化幅度明显增大，最大值为N2P1处理，最小值为N3P0处理(图5)。K、Na选择性吸收系数SA的变化范围为2.41～9.56，最大值为N0P0处理，最小值为N2P1处理。在同一氮肥水平下，随着磷肥施入量的增加SA呈现出现下降后上升的变化趋势；在P0与P2水平下，SA随氮肥施用量的增加呈现出下降的趋势(图5)。

图3 不同施肥处理对碱蓬植株的K+含量的影响

图4 不同施肥处理对碱蓬Na+/K+的影响

图5 不同施肥处理对碱蓬ST与SA的影响

2.5不同处理对生物量的影响不同水平的氮磷肥处理对碱蓬地上部、地下部及总生物量有明显的影响(图6)。由于碱蓬生物量是在氮素与磷素两种肥料控制下的结果，将氮素与磷素进行双因素互作分析可知，施入氮肥(尿素)与磷肥(过磷酸钙)对碱蓬的总生物量(F氮肥=27.972，sig=0.000；F磷肥=12.047，sig=0.000)、地上部生物量(F氮肥=27.358，sig=0.000；F磷肥=13.871)、地下部生物量(F氮肥=20.418；F磷肥=2.287)均有着显著的影响，并且氮肥(尿素)与磷肥(过磷酸钙)之间存在交互作用，即两种因素同时影响着碱蓬的生物量(总生物量：F氮×磷=1.335；地上部生物量：F氮×磷=1.700；地下部生物量：F氮×磷=14.147)。其中，氮肥对碱蓬生物量的影响起到了主导作用(总生物量：SS氮肥=2.174；SS磷肥=0.936；地上部生物量：SS氮肥=1.958；SS磷肥=0.993；地下部生物量：SS氮肥=0.017；SS磷肥=0.002)。

各处理对碱蓬总生物量的影响表现为N3P3>N3P2>N2P3>N3P1>N2P2>N3P0>N1P3>N2P1>N1P2>N1P1>N0P3>N2P0>N0P1>N1P0>N0P2>N0P0。经LSD多重比较可知：施入氮磷肥的各处理与对照相比差异显著(P≤0.05)，N3P3、N3P2、N2P3与N3P1、N2P2、N3P0、N1P3、N2P1、N1P2、N1P1、N0P3、N2P0、N0P1、N1P0、N0P2之间差异显著(P≤0.05)，而N3P1、N2P2、N3P0、N1P3、N2P1、N1P2、N1P1、N0P3、N2P0、N0P1、N1P0、N0P2之间差异不显著(P>0.05)；N3P3与N2P3之间差异显著(P≤0.05)，而N3P2与N3P3之间差异不显著。地下部生物量与总生物量的变化趋势基本一致，而地上部生物量与总生物量略有不同。对于地上部与地下部生物量而言，氮磷肥对其影响的趋势分别为：N3P3>N3P2>N2P3>N2P2>N3P1>N1P3>N3P0>N2P1>N1P2>N0P3>N1P1>N0P1>N2P0>N1P0>N0P2>CK；N3P3>N3P2>N2P3>N3P0>N1P3>N3P1>N2P2>N2P1>N1P2>N1P1>N0P3>N2P0>N0P1>N1P0>N0P2>N0P0，经LSD多重比较可知，施入肥料后的地上部生物量与对照相比均差异显著(P≤0.05)，而地下部生物量只有N3P3、N3P2、N2P3、N3P0、N1P3、N3P1、N2P2、N2P1、N1P2、N1P1处理与N0P0差异显著(P≤0.05)。

图6 不同施肥处理对碱蓬生物量的影响

2.6总生物量与土壤盐分的关系表层(0～20 cm)土壤盐分随碱蓬总生物量的增加呈现出递增的趋势，二者极显著正相关(图7)。而碱蓬的总生物量与20～40 cm土层的土壤盐分呈现出负相关，总生物量随着土壤盐分含量的增加而降低(图7)。随着总生物量的增加，表层土壤盐分含量呈现出上升的趋势，通过耐盐植物总生物量的变化，可以推断耕作层土壤盐分变化的一般规律。

3 讨论

本研究0～20、20～40 cm土层的土壤盐分变化规律主要受天气、耐盐植物的影响。在碱蓬出苗前的一段时间内，地表裸露，阴雨天气导致气温相对较低，蒸发量减少，土壤含水量在5月中旬达到最大，各处理的土壤水盐状况没有明显差异；随后的干旱天气加剧了土壤水分的蒸发，土壤含水量并于6月中旬达到最低值；当进入雨热同期的夏季(7、8月)，降水量与温度均增大，致使蒸降比较低，土壤盐分随降水向下淋洗，表层土壤(0～20 cm)呈现出明显的脱盐状态，随着水分向更深层次进一步淋洗，在土壤剖面的20～40 cm，甚至是40～60 cm土层，土壤盐分表现为升高的趋势；进入秋季，降水量减少，地表蒸发加强，雨季淋洗到下层的土壤盐分随上升的水分迁移到土壤表层，使盐分再次呈现表聚现象。自碱蓬出苗到生育期结束，种植碱蓬处理的水盐状况明显优于裸地，尤其是在6月最为突出。主要原因可能是：一方面，盐生植物种植后，田间空气湿度增加，气温和风速降低，水分蒸发减少，并可抑制地表返盐[3]；另一方面，种植盐生植物可以将盐碱土地面覆盖起来，减少土壤水分的蒸发，将部分土壤水分蒸发由植物蒸腾所取代，从而减少土壤返盐，进一步降低耕作层中的盐分[11]；此外，盐地碱蓬是叶肉质化真盐生植物，可以从土壤中吸收大量盐分，并积累在植物体中，而且主要积累在地上部分，因而随着盐地碱蓬的收获，土壤盐分就实现了转移[16-17]。

图7 碱蓬总生物量与不同土层土壤盐分含量的关系

盐渍环境对植物的伤害主要包括渗透胁迫和离子胁迫[18-19],碱蓬能够在盐渍环境中生长，并且可以吸收盐分，主要通过将盐分限制在液泡或区隔在其他组织器官以完成正常的生理代谢功能[20],一方面可以使过多的Na+离开代谢位点,减轻Na+对酶类和膜系统的伤害;另一方面,植物可以利用积累在液泡内的Na+作为渗透调节剂,降低细胞水势,促进细胞吸水,抵抗盐分造成的渗透胁迫[21]，氮磷肥的施入显著地影响着Na+与K+在碱蓬植株的分布，研究表明，碱蓬根和茎基部Na+、Cl-含量显著低于叶片[22]，而根部对K+的选择性则高于叶片[23]。滩涂盐渍土环境中，Na+在植株体内的分布规律为叶>茎>根；植株根部K+含量随着氮磷肥的施入普遍高于茎叶。这种现象的出现，一方面是盐渍环境下，渗透导致的细胞内缺水会造成细胞质中高浓度的Na+的积累；另一方面，施入氮磷肥使碱蓬的生物量得到增加，地上部的蒸腾作用也随之增强,Na+通过木质部蒸腾径流进入到叶片中，由于水分蒸腾作用而滞留在叶中，植物的根组织比较容易维持NaCl含量的相对稳定，根可以通过将Na+转运到叶中或者排入到土壤中来维持根中NaCl浓度的相对稳定，Na+可以通过木质部在蒸腾径流的驱动下从根中转运到叶中，但是只能通过韧皮部返回到根中[24]，磷肥选用过磷酸钙，通过添加Ca2+，阻止Na+不定向流入，对茎叶中Na+浓度的影响比根的大[25]。K+是植物所必需的唯一一种以相对高浓度存在的阳离子[26]。此外，保持胞质中高于一特定值的K+离子浓度，对于植物生长及耐盐性是非常必要的[27]。盐渍环境中，K+的吸收尤其显得重要，因为Na+、K+的离子半径和水合能相似，Na+对K+吸收呈现出明显的竞争性抑制作用，Na+、K+的吸收存在竞争关系，从而对Na+/K+、离子运输能力及离子选择性吸收产生了影响。

针对退化的草甸草原，有报道指出，施氮肥能够明显改善草地植物种群结构,增加牧草种类,提高草地生物量；随着施氮肥量的增加,草层分层、草层高度、地上部生物量均得到明显增加[28]。盐渍化土壤中的有效态氮磷含量一般较低，难以满足植物生长发育所需的氮磷素[13]。研究表明，对生长在盐渍土上的植物增施氮磷肥，不仅可以明显改善植株体内的氮磷素养分状况，而且还能明显提高植物的耐盐能力与渗透调节能力，缓解盐分胁迫对植物的危害，从而促进其生长发育和产量的形成[29-35]，随着氮磷肥用量增加，碱蓬生物量呈现出递增的趋势。在生物量增加的同时，表层土壤盐分含量也发生了变化，将碱蓬总生物量与土壤盐分进行相关性分析，碱蓬总生物量与表层土壤盐分之间极显著正相关(P≤0.01)，说明种植碱蓬的处理表层土壤盐分变化与总生物量联系密切，这主要是因为碱蓬的生物量越大，地上部的蒸腾作用就越强，为维持碱蓬正常生理功能，根系对土壤水分的需求也就越大，致使根系周围及下层水分向根系迁移，碱蓬根系多数集中在表层，土壤盐分作为溶质，也随土壤水分的迁移而在表层聚集，生物量越大表层土壤盐分聚集越多。尽管20～40 cm土层的土壤盐分与总生物量呈现出了负相关，但是没有达到显著水平，碱蓬根系可以从其他土层吸收水分，然而碱蓬根系到达20 cm以下土层的数量很少，向根系迁移的程度很弱，碱蓬对表层以下的土壤影响微小。

4 结论

盐渍土种植碱蓬后，0～20 cm土壤水盐状况能够明显得到改善；氮磷肥显著影响Na+、K+在碱蓬植株体内的含量及分布；施入氮磷肥能够显著增加碱蓬生物量，氮磷肥对碱蓬生物量的影响存在交互作用，氮肥对生物量的增加起主导作用；相关性分析表明，表层土壤盐分随总生物量的增加呈现递增趋势，且二者极显著相关。

[1]王遵亲.中国盐渍土[M].北京:科学出版社,1993.

[2]张学勤，王国祥，王艳红，等.江苏盐城沿海滩涂淤蚀及湿地植被消长变化[J].海洋科学，2006,30(6):35-39.

[3]陈玉华,周春霖.种草改良江苏滨海盐土效果的研究[J].中国草地,1996(3):26-29.

[4]董晓霞,郭洪海,孔令安.滨海盐渍地种植紫花苜蓿对土壤盐分特性和肥力的影响[J].山东农业科学,2001(1):24-25.

[5]赵可夫.盐生植物资源及盐碱土改良利用[J].资源与环境,1989,1(1):40-43.

[6]中国科学院《中国植物志》编辑委员会.中国植物志: 第二十五卷第二分册[M].北京:科学出版社,1979:115-135.

[7]张立宾，徐化凌，赵庚星.碱蓬的耐盐能力及其对滨海盐渍土的改良效果[J].土壤，2007,39(2):310-313.

[8]邵秋玲，谢小丁，张方申，等.盐地碱蓬人工栽培与品系选育初报[J].中国生态农业学报，2004,12(1):17-49.

[9]林学政，沈继红，刘克斋，等.种植盐地碱蓬修复滨海盐渍土效果的研究[J].海洋科学进展，2005,23(1):65-69.

[10]孙宇梅，赵进，周威，等.我国盐生植物碱蓬开发的现状与前景[J].北京工商大学学报：自然科学版，2005,23(1):1-4.

[11]赵可夫，范海，江行玉，等.盐生植物在盐渍土壤改良中的作用[J].应用与环境生物学报，2002,8(1):31-35.

[12]邹桂梅，苏德荣，黄明勇，等.人工种植盐地碱蓬改良吹填土的试验研究[J].草业科学，2010,27(4):51-56.

[13]王界平,田长彦.施用氮磷肥对盐土中碱蓬生长及矿物质吸收累积特征的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版)，2010,38(11):201-207.

[14]李志坚，祝廷成，秦明.不同施肥水平与组合对饲用黑麦经济效益的影响及施肥决策[J].草业学报，2009,18(3):148-153.

[15]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[16]俞仁培,陈德明.我国盐渍土资源及其开发利用[J].土壤通报,1999,30(4):158-159.

[17]秦嘉海,吕彪,赵芸晨.河西走廊盐土资源及耐盐牧草改土培肥效应的研究[J].土壤，2004,36(1):71-75.

[18]Story R，Wyn Jones R G.Salt stress and comparative physiology in the Gramieae. Ⅰ Ion relation of two salt and water stressed barley cultivars，California Mariout and Arimar [J].Australian Journal of Plant Physiology，1978(5):801-818.

[19]Serrano R.A glimps of the mechanisms of ion homeostasis during salt-stress[J].Journal of Experimental Botany，1990(50):1023-1036.

[20]Zhu J K.Regulation of ion homeostasis under salt stress [J].Current Opinion in Plant Biology,2003,6:441-445.

[21]Greanway H，Munns R.Mechanisms of salt tolerance in nonhalophytes[J].Annual Review of Plant Physiology，1980,31:149-190.

[22]张海燕.盐胁迫下盐地碱蓬体内无机离子含量分布特点的研究[J].西北植物学报，2002，22(1)：129-135.

[23]车永梅，赵可夫.盐地碱蓬在不同盐度和发育阶段离子含量的变化[J].莱阳农学院学报，2000,17(1):1-6.

[24]贾亚雄.盐草耐盐生理及Na+转运机理研究[D].北京：中国农业科学院，2008：1-2.

[25]Reid R J，Smith F A.The limits of sodium/calcium interactions in plant growth[J].Australian Journal of Plant Physiology,2000,27(7):709-715.

[26]邱全胜.植物质膜钾离子转运体研究进展[J].植物学通报，2000，17(1):34-38.

[27]Ding L，Zhu J K.Reduced Na+uptake in the NaCl-hyersensitive sosl mutant ofAarbidopsisthaliana[J].Plant Physiology，1997,113(3):795-799.

[28]黄军，王高峰，安沙舟，等.施氮对退化草甸植被结构和生物量及土壤肥力的影响[J].草业科学,2009,26(3):75-78.

[29]宁建凤，郑青松，刘兆普，等.外源N对NaCl胁迫下库拉索芦荟生理特性的影响[J].植物营养与肥料学报，2008,14(4):728-833.

[30]邵晶，郑青松，刘兆普，等.磷对海水胁迫下芦荟幼苗离子分布的影响[J].生态学报，2005,25(12):3167-3171.