冬春季植被残体覆盖对内蒙古河套地区盐碱土盐分的影响

肖弘扬，温国昌，林启美，李贵桐，赵小蓉

(中国农业大学资源与环境学院， 北京 100193)

内蒙古河套地区是我国内陆盐碱土主要分布地区之一，现有盐碱地面积约4.31×105hm2[1]。本地区属于典型的半干旱大陆性气候，年平均降雨量约为140～330 mm，年平均蒸发量约为1 800～2 000 mm。春季多大风且干旱少雨，地表蒸发十分强烈，土壤解冻融化，地下水位上升最高1.0 m以下，大量盐分随着水分蒸发聚集到表层土壤[2-3]，3—5月初表层土壤积盐量可达全年土壤总积盐量的80%以上[4]。因此，春季播种前必须进行大水漫灌洗盐，灌溉量一般超过3 000 t·hm-2，占全年灌溉量一半左右[5]。不仅消耗宝贵的黄河水资源，而且退水时间比较长，一般需要2周以上。本地区本来热量不充足，延期播种将缩短作物生长时间，显著降低产量[6-8]。因此，降低春季地表蒸发，减轻盐分表聚，成为本地区降低土壤盐渍化的技术关键之一[9-10]。

降低春季地表蒸发的措施很多，如耙地切断毛细管；种植生物藜降低风速，其中增加地表覆盖较为简单而有效。农作物秸秆、地膜和植物残体等是常用的覆盖物，都能显著地降低盐分表聚[11-12]。李新举等[13]报道小麦秸秆覆盖可以阻断土壤水分向大气扩散，同时还可以增加光的反射率，降低地表温度，从而减少土壤水分蒸发，减轻盐分在地表聚集。谭军利等[14]研究发现长期实行玉米秸秆覆盖栽培，不仅降低表层土壤盐分含量，底层土壤盐分含量也呈下降的趋势。河套地区植被类型很多，不同植被残体覆盖对土壤盐分表聚的影响，目前还缺乏数据。鉴于此，本研究在内蒙古河套地区典型盐渍土壤上种植4种多年生植物、1种两年生植物和2种一年生植物，翌年春季采取表层土壤样品，比较不同植被残体覆盖下，表层土壤盐分含量的差异，以期了解不同植被残体覆盖下盐渍化土壤冬春季盐分表聚的影响，筛选出合适的冬春季覆盖地表的植被类型。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验采取单因素完全随机试验设计，设置草木樨(MelilotusMill)、紫花苜蓿(MedicagosativaL)、羊草(Leymuschinensis)、碱茅(Puccinelliadistans)、柳枝稷(Panicumvirgatum)、猪毛菜(Salsolacollina)、燕麦(Avenasativa)残茬覆盖及裸地8个处理，每个处理3次重复，比较不同植株残茬冬春季地表覆盖下，表层土壤pH、EC及盐分离子含量的差异。试验地点位于内蒙古鄂尔多斯市十二连城乡东不拉村黄河滩盐碱地，试验于2013年春季开始，土壤pH 9.67，EC值1.6 mS·cm-1，盐分离子组成及含量分别为Na+14.47 cmol·kg-1、K+0.27 cmol·kg-1、Ca2+0.73 cmol·kg-1、Mg2+0.87 cmol·kg-1、CO32-0.00 cmol·kg-1、HCO3-1.47 cmol·kg-1、SO42-3.93 cmol·kg-1、Cl-1.65 cmol·kg-1。

1.2 植被残体类型

2013年春季种植的1种两年生植物草木樨，当年秋季收获期的地上部生物量11.10 t·hm-2，4种多年生植物分别为紫花苜蓿、羊草、碱茅、柳枝稷，当年秋季收获期的地上部生物量分别为1.87、5.54、0.86 t·hm-2和3.34 t·hm-2，2种一年生植物分别为猪毛菜和燕麦，地上部生物量分别为6.09 t·hm-2和4.16 t·hm-2。每种植物播种面积360 m2。植株残茬留作地表覆盖。2014年冬春季植被残体覆盖度分别为紫花苜蓿95%、羊草100%、碱茅95%、柳枝稷100%、草木樨80%、猪毛菜95%、燕麦70%，几乎无植被的裸地作为对照。

1.3 土壤样品采集与处理

2014年4月中旬，从7种植被覆盖的样地，用土钻“S”形随机采取0～10 cm土层土壤，每个土样取15土钻，混合均匀后，四分法取约2 kg，每种植被3次重复。采集的土壤室内风干后过筛，并拣除植物根系和石块，测定土壤pH、EC和八大盐分离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-)。

1.4 测定项目与方法

pH值用无CO2去离子水浸提(2.5∶1水土比)，UB-7精密pH计测定。EC用去离子水浸提(5∶1水土比)，雷磁DDS-307A电导仪测定。8大盐分离子用无CO2蒸馏水浸提(水土比5∶1)，K+、Na+用火焰光度法测定，Ca2+、Mg2+用EDTA滴定法测定，SO42-用EDTA间接络合滴定法测定，Cl-用硝酸银滴定法测定，HCO3-、CO32-用双指示剂-中和滴定法测定[15]。

1.5 数据处理及分析

所有指标用烘干土壤质量表示，为3个试验重复的平均值。用SPSS Statistics17.0软件对数据进行单因素方差分析和相关性分析。

2 结果分析与讨论

2.1 不同植被覆盖对土壤EC值和pH值的影响

裸地土壤EC值高达2.94 mS·cm-1，相当于盐分含量16.32 g·kg-1(换算系数为5.55)[16]；而植被残体覆盖的土壤EC只有0.84～1.69 mS·cm-1，相当于盐分含量4.66～9.38 g·kg-1，只有裸地土壤的28.7%～57.5%，平均为39%。尤其是多年生植被残体覆盖的土壤，其EC值平均只有裸地土壤的31%(图1)。EC值与地表覆盖度存在显著的线性负相关关系(r=0.96，P<0.01)，即地表植被残体覆盖度越高，土壤EC值就越低。显然，冬春季地表覆盖能够大幅度地降低了地表蒸发，从而降低了盐分向表层土壤聚集，且植物残体覆盖度越高，地表蒸发越弱，盐分表聚也就越少，EC值就越低。相关研究也显示，地表秸秆或麦草覆盖具有明显的抑制盐分表聚的作用，随着秸秆覆盖量的增加，土壤蒸发的抑制率逐渐增大，土壤表层的含盐量也相应降低[9,17]。

裸地土壤pH 8.83，而植被覆盖的土壤pH 8.88～9.27，比裸地土壤高0.6%～5.1%，平均高3.2%(图1)。尤其是羊草和猪毛菜覆盖的土壤pH值达9.25和9.27，比裸地土壤高出0.42～0.45个单位，而其他植被覆盖的土壤与裸地土壤没有显著性差异。土壤pH值与地表覆盖度呈显著的正相关关系(r=0.71，P<0.05)，说明在一定范围内，地表覆盖度越高，土壤pH也越高。但是，土壤pH值与EC值之间没有显著的相关性(r=0.64，P>0.05)，这说明酸碱度不仅与盐分总量有关，而且还取决于盐分种类。盐基离子中，Na+、CO32-和HCO3-是导致土壤pH升高的主要原因，其离子含量多表现为春季休闲期高于收获期[18-19]。有植被覆盖的土壤，尤其是羊草和猪毛菜残体覆盖的土壤，可能含有比较多的碱性物质，尤其是苏打盐类，这些盐分可能与植物冠层的淋出盐分有关[20]。

图1不同植被残体覆盖下0～10 cm土层土壤EC值(A)和pH值(B)的差异

Fig.1 The difference in EC values(A) and pH values(B) of the soils collected from 0～10 cm surface covered with different plant residues

2.2 不同植被覆盖对土壤主要盐分离子含量的影响

植物残体覆盖对表层土壤盐分离子含量产生显著的影响(表1) 。植物残体覆盖显著地降低了表层土壤阳离子含量，其中，Na+含量降低了48%～67%，平均为56%，多年生植被残体覆盖的效果较好，其中碱茅残体覆盖降低的幅度最大；K+含量降低了62%～81%，平均为73%，不同植被残体覆盖的差异比较小，其中柳枝稷和猪毛菜残体覆盖降低的幅度大一些；Ca2+含量降低了60%～78%，平均为72%，不同植被残体覆盖的没有显著性差异；Mg2+降低了9%～42%，平均为22%，不同植被残体覆盖的差异很大，其中羊草降低的幅度最大，而碱茅残体覆盖降低的幅度最小。Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量均与地表植物覆盖度存在显著的线性负相关关系(P<0.01)，即地表植被残体覆盖度越高，表层土壤的阳离子含量就越低，EC值也越低，阳离子含量与EC值之间显著的线性负相关关系(P<0.01)就说明了这一点。但是，Na+等阳离子含量与pH值之间没有显著的相关性(P>0.05)，说明土壤pH并不取决于土壤阳离子浓度，而可能取决于阴离子浓度。

植被残体覆盖对表层土壤SO42-含量没有显著的影响(P>0.01) (表1)，但显著地降低了阴离子Cl-含量，较裸地土壤下降了66%～87%，平均为77%，柳枝稷和紫花苜蓿残体覆盖降低的幅度最大；Cl-含量与pH值之间没有显著的相关性(rCl-=0.71，PCl->0.05)。与其他离子不同，植被残体覆盖的表层土壤CO32-和HCO3-含量显著提高，其中CO32-从未检出，最多提高到0.07 cmol·kg-1，HCO3-含量也增加了11%～71%，平均增加了43%，猪毛菜和紫花苜蓿残体覆盖的增加幅度较大。CO32-和HCO3-含量均与pH值之间存在显著的线性正相关关系(P<0.01)。这显然与这些植物凋落物在地表分解有关，凋落物被微生物分解过程中，释放出的CO2溶于水产生CO32-和HCO3-；所产生的有机盐通常都是弱酸盐，如葡萄糖酸钙(Calcium gluconate)与乙酸钙(Calcium oxalate)分解后实际转化为CaCO3，水解后呈碱性反应，使pH上升[21]。Cl-含量与地表植物覆盖度存在显著的线性负相关关系(P<0.01)，即地表植被残体覆盖度越高，土壤表层Cl-含量就越低，而其他阴离子含量与植被覆盖度之间没有显著的相关性(P>0.05)。

表1 不同植被残体覆盖下0～10 cm土层土壤主要盐分离子含量/(cmol·kg-1)

注：同一列不同字母表示同一指标不同植被之间的显著性差异(P<0.05)。

Note: The different letters in the same column indicate the significant difference between two data (P<0.05).

从以上分析可知，冬春季植物残体地表覆盖，能够有效地阻止盐分随蒸发向地表聚集，从而降低表层土壤盐分离子含量。不少研究者获得相似的结果[17,22]。但是，不同覆盖植被的影响有差异，也因阴离子和阳离子的种类而异。总体来看，多年生植被残体覆盖的抑盐效果更好一些。本试验中，羊草、柳枝稷等多年生植被种植当年的地上部生物量和覆盖度都明显高于一年生植被。生物量越大，地表覆盖度越高，降低风速和抑制地表水分蒸发的效果就越好，从而降低地下水中的盐分沿着毛细管随水向地表集聚[17]。此外，多年生植物根系及其代谢活动可以加速土壤CaCO3的溶解，释放的Ca2+替代Na+，促进Na+等盐分离子淋洗，降低盐分含量[23]；柳枝稷等多年生植物在盐分胁迫下通过增加根系生物量来达到适应性生长，在种植当年其0～10 cm土层的地下部生物量已显著高于燕麦等一年生植物，根系吸收养分离子，也是土壤盐分离子降低的原因之一。但枯枝落叶腐解，以及微生物代谢活动，也产生更多的可溶性碳酸盐，提高土壤pH值。从试验当年的结果看，紫花苜蓿、羊草及柳枝稷等多年生牧草较适于用作本地区冬春季地表覆盖植被。

3 结 论

在内蒙河套地区，冬春季植被残体地表覆盖，显著降低表层土壤EC值和Na+、K+、Ca2+、Mg2+及Cl-含量，但提高土壤pH值和CO32-和HCO3-含量。总体来看，多年生植被残体覆盖抑制盐分表聚的效果更好一些，其中紫花苜蓿、羊草和柳枝稷，较适于用作本地区冬春季地表覆盖植被。

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在表征群落多样性的指数中，Shannon-Weiner多样性指数（H）在土壤动物群落多样性分析比较中运用最广。土壤动物不同类群生态功能不同，不同类群的个体数量往往存在巨大的差异，使群落多样性与均匀度显著相关而与丰富度关系不密切，因此那些组成简单、各类群数量较低群落的值可能会比组成丰富、各类群数量较高群落的更高[9]。本研究中群落多样性与均匀度呈正相关而与丰富度指数无关，均匀度与优势度呈现负相关。农田中，大型土壤动物个体数最少、种群数量少，而丰富度指数最高。

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