复垦方式对农村宅基地土壤性质的影响研究

2016-03-23周青云孙书洪王仰仁韩娜娜李松敏天津农学院水利工程学院天津300384

中国农村水利水电 2016年9期

周青云，孙书洪，王仰仁，韩娜娜，李松敏(天津农学院水利工程学院，天津 300384)

0 引言

中国是一个农业大国，人多地少，随着农村城镇化发展，一方面越来越多的农民搬出原来的旧房，住进楼房，原有的宅基地被废弃、闲置，造成土地资源浪费，另一方面要坚守国家“18亿亩”耕地红线，出现建设用地占用耕地的用地紧张状况。废旧宅基地复垦是解决农村宅基地粗放利用的一种有效方法。

在滨海盐碱化地区，随着农村社会经济发展水平提高和城镇化速度加快，越来越多的农民搬进新城，而原来的村庄基本废弃急需整理。天津市是全国率先进行增减挂钩试点的地区，2006年国土资源部向天津市下达了城乡建设用地增减挂钩周转指标[1]，此后分别于2008年至2010年连续3次下达增减挂钩指标，共3 472 hm2[2]。但由于缺乏统一的标准，导致复垦耕地质量差，复垦土地生产力不能快速恢复等问题。因此，针对滨海盐碱化地区村庄土地的特点，进行土地复垦技术的研究有一定的实际意义。目前，对于盐碱化地区村庄土地复垦技术的研究较少，但对盐碱土地的复垦技术研究较多，主要改良技术有物理改良措施[3]、化学改良措施[4-6]、生物改良措施[7-9]和工程改良措施，这些单一的盐碱土壤改良方法显然不能满足滨海盐碱化地区村庄土地复垦的要求，一方面宅基地土壤由于长期占压土壤密实，作物难以种植，土壤生产力几乎为零，另一方面土壤含盐量高、地下水埋深较浅，严重影响作物生长。针对上述问题，论文主要开展不同复垦方式对土壤理化性质的影响研究，以期为北方滨海宅基地复垦方式提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于天津市津南区的农村宅基地复垦区(N 38°98′、E 117°38′)。暖温带季风型大陆性气候，年日照时数2 711 h，年平均气温11.7℃；极端年最高气温39.9 ℃，极端年最低气温-22.0 ℃；全年无霜期平均216 d，平均年降水量为556.4 mm，雨季一般从6月下旬开始，8月下旬结束，平均持续59 d，丰水年最大降水量为747 mm，枯水年降水量仅244.5 mm。复垦前，试验区为农村居民点，土壤表层(0～20 cm土层)土壤有机质含量为0.46%，pH值为8.4，土壤含盐量为5.77 g/kg，土壤有效磷18.33 mg/kg，土壤硝态氮7.18 mg/kg，土壤速效钾336.68 mg/kg，土壤微生物0 mg/kg，土壤容重1.62 g/cm3。

1.2 样品采集及测定

复垦前，在原拆旧村庄的院子和房屋处采用土钻进行取样，在整个拆旧区的院子和房屋处各设置10个取样点，取样深度为60 cm，每20 cm一层，共计60个土样，取均值获得院子和房屋处各层土样参数；复垦后，分别在不同复垦方式的田块采用土钻进行土样采集，采集深度为60 cm，每20 cm一层。将土壤样品带回实验室进行土壤化学性质的测定，土壤有机质采用K2Cr2O7-H2SO4溶液外加热法测定，土壤碱解氮采用碱扩散法测定，土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法，土壤速效钾采用NH4OAC浸堤的火焰光度法测定，土壤含盐量采用EC110便携式盐分计测定，并用蒸干法率定，土壤pH值采用pH计测定，土壤微生物碳含量采用熏蒸提取-容量分析法测定。为研究不同复垦方式对土壤物理性质的影响，宅基地复垦前后，在样地各开挖3个土壤剖面，采用环刀法测定土壤容重；土壤饱和导水率采用Guelph入渗仪(2008KI，Stana Barbara，CA，U.S.A)进行测定。

2 复垦模式

选择在天津市津南区葛沽镇扬岑子村的拆旧区进行复垦模式研究，拆旧区面积3.84 hm2。扬岑子村于2012年3月完成建筑物拆除和垃圾清运，土地复垦于2012年5月开始，复垦模式主要有两种，复垦模式I包括水盐调控技术和土壤功能重构技术，复垦模式II包括水盐调控技术、土壤功能重构技术和生物物种选择技术。水盐调控技术有土壤淋洗技术、明沟排水技术和暗管排水技术；土壤功能重构技术有土壤培肥技术、种植绿肥技术和土壤调理剂技术。生物选择技术主要指种植耐盐碱作物。水盐调控的3种技术和土壤功能重构的三种技术可自由组合。复垦模式I中水盐调控技术采用暗管排水，暗管埋深1.2 m，间距10 m，暗管直径90 mm；土壤功能重构技术采用种植绿肥(苜蓿)。复垦模式II中水盐调控技术采用明沟排水，排水沟深1.5 m，间距200 m，边坡系数1∶1.25；土壤功能重构技术采用施有机肥，在作物种植前，撒施37 500 kg/hm2的有机肥，生物物种选择技术主要种植番茄、茄子和玉米3种作物，分析复垦土壤对作物生长的影响。试验过程中采用滴灌进行灌溉。

3 结果与分析

3.1 复垦对土壤物理性质的影响

图1是复垦前后宅基地和院子土壤剖面密度变化情况。复垦前，房屋和院子在整个剖面的土壤密度较大，均大于1.6 g/cm3，说明村庄土地经过多年的占压变得密实，难以满足作物生长的需要。采用复垦技术后土壤密度明显减小，特别是0～20 cm土层土壤密度变化明显，复垦前房屋和院子的0～40 cm土层平均土壤密度分别为1.65和1.73 g/cm3，复垦后土壤密度变为1.48和1.42 g/cm3，说明复垦对宅基地土壤复垦效果明显。

图1 宅基地复垦前后土壤密度变化

土壤的渗透性能是土壤重要的物理性质之一，直接反应灌溉后土壤水分的入渗能力，土壤饱和导水率是反应土壤渗透能力的重要指标，饱和导水率越大说明土壤的渗透性能越好。表1是宅基地复垦前后土壤饱和导水率对比情况，从表中可以看出，复垦前房屋和院子土壤饱和导水率很小，仅为0.021和0.025 cm/min，说明复垦前土壤密实，透水性差。复垦后，房屋和院子土壤饱和导水率增大为0.212和0.551 cm/min，增大了10多倍，说明复垦有利于提高土壤的渗透性能。与周围农田相比，复垦后田间土壤饱和导水率还没有达到农田水平，这与宅基地土壤复垦的时间有关，经过多次的种植，预计可以达到周围农田水平。

表1 复垦前后土壤饱和导水率对比 cm/min

3.2 复垦方式对土壤化学性质的影响

3.2.1复垦模式I对土壤化学性质的影响

复垦模式I中水盐调控技术采用暗管排水，土壤功能重构技术采用种植绿肥(苜蓿)。图2是复垦模式I对土壤有机质含量的影响，从图2中可以看出，种植苜蓿后土壤有机质含量明显提高，0～20 cm土层有机质含量变化波动性较大，20～40 cm土层和40～60 cm土层土壤有机质含量有所提高，但波动性较小。虽然种植绿肥对土壤有机质含量的提高幅度低于施用复合肥的，但从生态角度来说，应尽量施用有机肥和绿肥。图2中各曲线呈现微弱的先升高后降低的趋势，在2013年11月份到达顶点，即苜蓿各取样点的有机质含量呈现增大后减小的趋势，在2013年11月份有机质含量达到极值(最大值)。造成这种趋势的原因是苜蓿为一年生或多年生宿根草本植物，从春季3月份已经开始生长，一直持续到冬季10、11月份，然后地上部分开始枯萎，地下的根存活，直到第二年的春天又开始复苏，周而复始。

图3为复垦模式I对土壤微生物量的影响，复垦前的土壤微生物量为零，测定日期为2011年11月22日，复垦后土壤微生物含量有明显的增加趋势和季节变化规律。图4、图5和图6分别表示的是土壤碱解氮、土壤速效钾和土壤有效磷含量的变化，土壤养分含量的变化与作物的生长有关，复垦后，土壤养分含量比复垦前有一定的增加，且波动较大，这与土壤水分含量的变化及苜蓿的生长有一定的关系。

图2 不同深度土层土壤有机质质量分数变化(苜蓿)

图3 土壤微生物量变化

图4 土壤碱解氮含量变化

图5 土壤速效钾含量变化

图6 土壤有效磷含量变化

土壤剖面盐分分布与所处季节关系密切，从图7中可以看出春季由于地表蒸发较大，土壤盐分有增加的趋势，但由于采用了复垦模式I，对地下水位进行了控制，因此，整个试验阶段土壤盐分含量基本小于2 g/kg，比复垦前有明显的降低。土壤pH值在作物种植过程中变化较小(图8)，说明该集成技术对土壤的酸碱程度影响较小。

图7 土壤含盐量变化

图8 土壤pH值变化

3.2.2复垦模式II对土壤化学性质的影响

复垦模式II中水盐调控技术采用明沟排水、土壤功能重构技术采用施有机肥，生物物种选择技术主要种植番茄、茄子和玉米三种作物。由于种植3种作物需要施化肥，对土壤的氮、磷、钾含量影响较大，因此，仅对土壤有机质含量、土壤微生物含量、土壤含盐量进行分析比较。

图9是复垦后不同土层深度土壤含盐量的变化情况。从图9中可以看出，采用复垦集成技术后，土壤含盐量明显降低。种植番茄后，土壤含盐量从4～6 g/kg降低到2～3 g/kg，种植茄子后土壤含盐量从4～6 g/kg降低到1～3 g/kg，种植玉米后，土壤含盐量从4～6 g/kg降低到0～2 g/kg，种植玉米的复垦土壤盐分降低最为明显。图10是土壤微生物含量变化情况。从图中可以看出，种植不同的作物对0～20 cm土层复垦土壤微生物量影响不同，土壤微生物含量增大排序为番茄土壤>种玉米土壤>种茄子土壤。作物的根系层主要在0～40 cm土层，因此0～40 cm土层土壤微生物量的增大程度大于40～60 cm土层，特别是0～20 cm土层土壤微生物量增大程度明显。图11是复垦前后种植不同作物的土壤有机质含量变化，复垦前土壤属有机质极缺型土壤，种植作物显著提高了土壤有机质含量。但不同作物对土壤剖面有机质含量影响不同，种植番茄和玉米的复垦土壤中有机质含量提高较多，而种植茄子后土壤有机质虽然有所提高，仍处于缺乏状态。