5种C4作物对菜田土壤次生盐渍化的改良作用

瞿云明

摘要：C₄作物具有良好的除盐作用，为筛选适宜的除盐作物，减缓土壤次生盐渍化的发生和改良次生盐渍化土壤，以甜高粱、甜玉米、墨西哥玉米、高丹草、苏丹草5种C₄作物为试材测试了他们对菜田土壤次生盐渍化的改良效果。结果表明，种植上述5种C₄作物53 d可降低表层土壤盐分20.70%以上，其中甜玉米除盐效果最好，为46.60%，甜高粱次之，墨西哥玉米位列第3。同时秸秆还田，可为下茬作物提供养分。综合除盐率和秸秆还田效果，甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱位可作为改良菜田土壤次生盐渍化的优选作物。

关键词：菜田土壤；C₄作物；土壤次生盐渍化

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，土壤盐渍化是世界范围内影响作物产量的重要非生物逆境，我国盐渍土总面积约3.3×10⁷hm²，特别是沿海地区，土地盐渍化十分严峻嘲。过量施用化肥及不合理的灌溉管理措施造成土壤次生盐渍化等问题，从而导致蔬菜等作物产量、品质降低，不仅造成了水分和肥料的大量浪费，同时也产生了突出的生态与环境问题。一般情况下，土壤次生盐渍化在设施栽培中比较常见。随着蔬菜产业的发展，由于蔬菜种植的集约化，露地蔬菜种植也出现不同程度的土壤次生盐渍化危害。甜玉米作为填闲作物种植，可降低土壤剖面电导率，延缓由于降雨或灌水而造成大部分盐分向深层次土壤淋失的风险。种植毛苕子、苏丹草、甜玉米和苋菜均能降低土壤中可溶性盐分含量，且其与种植密度呈正相关。近年来，国内外对利用C₄作物改良盐渍土壤的研究取得了明显进展，但大都集中在C₄作物耐盐品种的选育、耐盐机制及改良盐渍土机制的研究。涉及到有关C₄作物的具体品种对盐渍土的改良研究不多，对于墨西哥玉米、高丹草及常规密度种植甜玉米改良蔬菜土壤次生盐渍化鲜有报道。莲都区地处浙西南山区，是全国蔬菜重点县，蔬菜产业上日益严重的次生盐渍化土壤急需改良，而禾本科牧草为盐碱地改良的首选牧草。种植C₄类禾本科牧草是一种较为理想的生物除盐措施翻，但该技术研究在本地尚未开展。为此，以适应性强、产量高、兼具牧草和绿肥功能的C₄作物为标准选择耐盐作物，开展试验，探索土壤次生盐渍化改良新技术，以改良本地次生盐渍化土壤和减缓土壤次生盐渍化的进程。

1材料与方法

1.1材料

试验地位于莲都区郎奇村设施蔬菜基地大棚内，已连续4 a（年）种植黄瓜、番茄，前茬作物为番茄，每年休闲期间为6月中下旬至9月。重壤质土壤，土壤表层干燥时有明显的白色返盐并板结表象，破碎后呈灰白色粉状，呈典型的土壤次生盐渍化状况。该土壤有机质含量14.6 g·kg^-1，有效磷含量394.2 mg·kg^-1，可溶性盐分含量为6.2 g·kg^-1，Na⁺含量为219.0 mg·kg^-1，C1^-含量为623.8 mg·kg^-1，速效钾含量为133.0 mg·kg^-1，pH 7.88。试验于2016年6—8月进行，参试的C₄作物品种有5个，分别为从百绿公司购买的大力士甜高粱、先锋高丹草、草优12墨西哥玉米（简称墨玉米）、普通苏丹草，及由金华双依种子有限公司提供的双依甜玉米；其中甜玉米、甜高粱、苏丹草3种材料是从已有报道的除盐效果显著的植物中挑选而来。设置5个作物和1个对照（休闲）。每小区1畦，面积32 m²，畦面宽1.2m，每畦种2行；6月26日播种，甜玉米穴播，穴播2粒，株距30 cm；其余撒播，播种量150 g；3次重复，随机区组排列。试验期间大棚揭膜，不施肥料；出苗期灌溉5次水。8月18日收获，整个生育期53 d。

1.2样品采集

于6月26日播种采集土样，以“S”形混合采样法，采集耕层0～20 cm土样，每小区取5点混合样，共3份平行样，当天内带回实验室。8月18日收获时采集植株样及土样，植株样以整株采集，每处理随机取20株，现场称鲜质量，并挑选3株带回实验室；土样采集方法同上。

1.3测定指标及测定方法

2次土样均测定土壤可溶性盐、速效钾、硝酸根、硫酸根、钙、镁、钾、鈉、氯离子含量，播种日土样增测土壤有机质、有效磷含量。

土壤可溶性盐总量按NY/T1121.16-2006测定，速效钾含量按NY/T 889-2004测定，NO₃^-含量采用紫外分光光度法，SO₄^2-含量采用EDTA滴定法测定，土壤交换性钙/镁按NY/T1121.13-2006测定，Na+含量采用火焰分光光度法测定，Cl^-含量采用硝酸银滴定法测定。

植株测定株高、根长、鲜质量、干质量，全氮含量、全磷含量、全钾含量。全氮含量采用凯氏定氮法测定，全磷含量采用钼锑抗比色法测定，全钾含量采用火焰分光光度计法测定。

1.4数据处理

试验数据经Excel 2007处理，采用SPSS 11.0软件进行生物统计学分析。

2结果与分析

2.1 5种C₄作物生物学性状

从表1可知，种植53 d时，平均株高、根系下扎深度、鲜质量和干质量之间存在差异。株高由高至低呈现为甜玉米>高丹草>甜高粱>墨玉米>苏丹草；根系深度由深至浅呈现为甜高粱>甜玉米>高丹草>墨玉米>苏丹草；鲜质量和干质量最高的为甜玉米，其次是墨玉米，鲜质量和干质量最小的为苏丹草；墨玉米中含水量最高，苏丹草最低。

2.2种植5种C₄作物对0～20 cm土壤盐含量的影响

从表2可知，与对照相比，种植5种C₄作物53 d后可显著降低0～20 cm土壤的盐含量；其中以甜玉米除盐效果最佳，较对照降低46.6%；其次是甜高粱，降低44.8%；墨玉米位次为3；最低的为苏丹草，降低20.7%。但总体上均达到除盐20%以上的效果。

2.3种植5种C₄作物对0～20 cm土壤中盐基离子含量的影响

由表3可知，与对照相比，种植5种C₄作物后，（1）0～20 cm土壤盐基离子含量都显著降低；（2）钙、镁、钾、钠4种盐基阳离子分别平均降低21.0%、19.2%、19.7%、27.7%；硝酸根、硫酸根、氯离子3种盐基阴离子分别降低39.8%、33.9%和37.0%；（3）甜高粱处理钠离子降幅最大，为33.2%，其次甜玉米处理，降幅32.7%，墨玉米位次为第3，降幅31.3%，苏丹草处理降幅最小，仅为18.4%；（4）阴离子平均降幅是阳离子的1.68倍。可见，种植5种C₄作物后土壤盐含量明显降低，与C₄作物吸收盐分离子，特别是与吸收次生盐渍化土壤中的硝酸根、硫酸根、氯这3种重要酸根阴离子的能力关系甚为密切。

2.4种植5种C₄作物对0～20 cm土壤K⁺/Na⁺比值的影响

从表4可知，种植5种C₄作物后土壤中的K⁺/Na⁺比值均有增加，以甜玉米处理增幅最大，为21.7%；其次是墨玉米处理；增幅最小是苏丹草处理，仅为3.3%。K⁺/Na⁺比值的增加，有利于农作物的生长和产量的增加。

2.5种植5种C₄作物的生物量及秸秆还田后带入的养分情况

从表5可知，经53 d种植的5种C₄作物每667 m²生物量以墨玉米最高，其次为甜高粱，苏丹草最低。墨玉米因产量高，且含氮钾量高，每667 m²秸稈最终还田后带入的养分，相当于施用36.8 kg尿素、41.3 kg过磷酸钙和30.9 kg硫酸钾。5种C₄作物秸秆还田皆可带人数量可观的养分。

3讨论与结论

土壤次生盐渍化对作物的危害不仅是生理f生的，还直接危害作物的生长。土壤中盐分的积累影响土壤微生物活性，导致微生物种群和数量的变化。作物正常生长需要适宜的盐度，已经或者趋于次生盐渍化的土壤超过作物适宜的盐度就必须采取相应的措施。生物除盐是一项种植吸收能力强的植物吸收土壤的盐分，达到降低土壤盐分的技术。

笔者研究了甜高粱、甜玉米、墨西哥玉米、高丹草、苏丹草5种C₄作物对次生盐渍化菜田土壤的除盐效果，结果表明5种C₄作物经53 d的种植，土壤中各盐基离子大幅降低，表层土壤盐分都能降低20.7%以上；其中甜玉米除盐效果最好，为46.6%，甜高粱次之，这一研究结果与已有的研究结果基本相同，同时说明生物除盐对次生盐渍化菜田土壤的改良是可行的。

土壤中的K⁺/Na⁺比这一参数对盐碱地作物的生长十分重要，且绝大多数盐碱地都存在K⁺/Na⁺比值过小的现象。特别是多年过量施用鸡粪的土壤，土壤中Na⁺大量存在，导致植物体中K⁺、Na⁺平衡和正常代谢受到破坏，植物细胞膜透性增加，体内是K⁺外流，致使农作物产量下降。增加土壤溶液中K⁺/Na⁺比，可缓和K⁺、Na⁺平衡，促进当季及下茬植物体内K⁺、Na⁺平衡，维护植物的正常代谢，实现作物产量的提高。种植上述5种C₄作物后，土壤的K⁺/Na⁺比都有增加，其中甜玉米处理增幅最大，其次是墨玉米处理，苏丹草处理的增幅不显著，这一结果也说明生物除盐对次生盐渍化菜田土壤的改良是可行的，但同时也表明生物除盐时的植物选择对改良的效果非常重要。

笔者所分析土壤中各种盐分时所选择的土壤层为0～20 cm，是基于多数作物70%～80%的根系都分布于此层，分析此层的情况对于目标作物的生长意义重大。研究所设计的种植密度是在本地已有的试验结果中优选的，所选的除盐植物中墨西哥玉米和高丹草对改良蔬菜土壤次生盐渍化鲜有报道；特别是研究发现了常规密度种植甜玉米也具有良好的除盐效果，这对改良次生盐渍化土壤具有重要现实意义，也促进了以后该技术向农民的推广。研究所选作物绿肥和牧草皆可，最终还田为有机肥，可改善土壤质地，增强土壤保肥供肥能力，减少化肥投入，对构建蔬菜土壤次生盐渍化的循环系统也具重要现实意义。笔者发现墨西哥玉米具除盐效果好、产量高、养分高之特点，也利于今后的推广。关于对所试的C₄作物作为绿肥还田后改良土质及土壤改良后种植后茬作物产量和品质等方面的研究有待下一步展开。

种植甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱、高丹草、苏丹草可在较短的时间内降低土壤盐分，可作为改良菜田土壤次生盐渍化的重要技术措施；甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱位可作为改良菜田土壤次生盐渍化的优选除盐作物。