盐生植物和秸秆覆盖对滩涂极重度盐土养分和降盐效果的影响

张蛟 崔士友

摘要：【目的】研究盐生植物和秸秆覆盖对滩涂极重度盐土土壤养分和降盐效果的影响，为沿海滩涂土壤降盐改土提供科学依据。【方法】于2014年5月在江苏沿海滩涂极重度盐土（盐分10g/kg以上）中开展秸秆和植被覆盖的田间试验，设置对照（CK，裸地）、种植碱蓬（PS）、15 t/ha秸秆覆盖（SM-A）和30 t/ha秸秆覆盖（SM-2A）4种处理，测定各处理0～100 cm（即0～10、10～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm）土壤各层的盐分含量、pH、水分含量和表层养分含量。【结果】与CK相比，1年后SM-A和sM-2A处理的滩涂极重度盐土0～100 cm土壤盐分含量均显著降低（P<0.05，下同），且其0～60、60～80和80～100 cm土壤盐分分别降低96.0%、84.9%和55.8%以上；PS处理可显著降低滩涂表层土壤盐分含量，降低土壤盐分51.0%以上，但对20～80 cm土壤盐分无明显影响。与CK和PS处理相比，1年后SM-A和SM-2A处理的0～100 cm土壤pH和0～60 cm土壤水分含量显著提高；与CK相比，桔秆覆盖处理的表层土壤有机碳含量显著降低，但对土壤全氮、碳氮比和容重等无显著影响（P>0.05）。【结论】综合考虑降盐和培肥效果，秸秆覆盖处理结合适量有机肥施用可能是将来进行滩涂极重度盐土降盐和培肥改土的重要措施。

关键词：盐生植物；秸秆覆盖；沿海滩涂；极重度盐土；降盐效果

0引言

【研究意义】土壤盐渍化被认为是当今世界面临的最紧迫生态环境问题之一，也是全球农业生产力低下的主要环境限制因子之一（Griggs et al，2013；Giiler et al，2014；Rath and Rousk，2015）。世界范围内盐渍土分布广泛，据统计全世界受盐渍化影响的土地面积已达9.50x10^sha，且有连年增加的趋势（Wong et al，2010）。而全球约40%受重度盐渍化影响的滩涂湿地在未来将被围垦并作为农业生产进行利用（Lal，2010）。在我国，滩涂围垦开发已成为滨海地区获得土地资源的重要手段，近50年内我国滩涂围垦总面积在1.1x10⁶-1.2x10⁶ha，成为年滨海围垦力度最大的国家（王琪琪等，2016）。但沿海滩涂土壤具有高盐碱、低养分、高矿化度地下水和地表淡水资源缺乏等特点（He et al，2015；Abliz et al，2016），对开发利用带来一定不便。近年来我国面临的粮食短缺和土地资源不足的压力逐渐加大，因此，研究有效的方法进行滩涂土壤降盐控盐及肥力提升，对合理开发利用滩涂资源具有極其重要的意义。【前人研究进展】孙博等（2011，2012）以不同秸秆覆盖量的试验研究表明，秸秆覆盖后减少了土壤水分蒸发损失，增加了土壤各层的土壤水含率，且随着秸秆覆盖量的增加，蒸发量逐渐减少，水分利用率提高；当秸秆覆盖量达0.75 kg/㎡时，各土层水含率达到最佳状态，抑制盐渍化土壤可溶性盐分的表聚作用最好，土壤盐含量降低的趋势最大。张建兵等（2014）关于有机肥和覆盖的试验研究表明，覆盖具有良好的土壤水热调控能力及抑制土壤蒸发、盐分表聚的功能，从而使土壤生态过程向良性转化，且有机肥具有改善盐渍土土壤结构性质、提升土壤水动力学参数等功能，进而影响盐渍土壤的脱盐、洗盐效果；同时，植被生长也是影响土壤盐分的重要因素，植物根系的吸水聚盐作用可防止土壤盐分向表层积累，进而造成深层盐分大于浅层盐分（周剑虹等，2015），这与裸地盐分规律不同（He et al，2014）。前人也有关于田菁改良盐渍土的试验研究，结果表明种植田菁可降低土壤盐含量，提高土壤可溶性有机碳和有机质含量，进而达到改良盐渍土的目的（殷云龙等，2012；张立宾等，2012；谢文军等，2016）。【本研究切入点】前人关于地表覆盖对盐碱地降盐和改良的报道主要集中在已进行农业利用的地区，而在沿海滩涂围垦区极重度盐土中对土壤盐分和养分影响的研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】以江苏沿海滩涂极重度盐土（10g/kg以上）为研究对象，通过野外田间试验，研究裸地、种植碱蓬及不同秸秆覆盖量处理对滩涂极重度盐土的土壤盐分和养分的影响，讨论在不同覆盖措施下的滩涂极重度盐土土壤肥力变化及其降盐效果，确定合理的降盐控盐和肥力提升措施，为沿海滩涂围垦区极重度盐土降盐与改土技术提供科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况

试验区位于江苏如东东凌垦区（东经121°25'7”，北纬32°20'33"），为2007年新围垦潮上带，地下水位约1.2-1.5 m，土质为中壤土，土壤类型为滨海盐土，盐分离子主要以Na⁺和Cr为主。近10年来，年平均气温15.1℃，年平均日照时数2136 h，全年无霜期225 d，年均降水量1042mm。2014年4月～2015年5月试验期间月降水量和月平均温度如图1所示。2014年4月中旬，通过野外调查选择新围垦区地形较平整的极重度盐土地块作为试验样地，进行表层土壤取样并测定土壤理化性质，测定结果为：土壤有机质和全氮含量分别为5.55和0.57 g/kg，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为20.44、12.86和236.61 mg/kg，容重和总孔隙度分别为1.39 g/cm³和48.97%，pH8.47，盐含量11.88 g/kg，Na⁺、K⁺、S0^2-和c1^-含量分别为5.97、2.53、0.458和0.934 g/kg。试验样地初始大部分为裸露的盐斑地，仅生长着少量碱蓬（Suaedaglauca Bunge）等盐生植物。

1.2试验方法

1.2.1试验设计2014年4月底，在如东东凌垦区内选择地形平整、盐分含量基本一致的极重度盐土区域作为试验样地，进行野外试验布置。设4个处理：（1）对照（裸地，CK）；（2）种植碱蓬（PlantingSuaeda，PS）；（3）秸秆覆盖A（覆盖量为15 t/ha，SM-A）；（4）秸秆覆盖2A（覆盖量为30 t/ha，SM-2A）。随机区组设计，重复4次，试验小区面积为50 ㎡（5mx10m）。为利于排水，每相邻两个小区间挖沟隔开，沟宽约30cm，沟深约45 cm。2014年5月1～3日进行田间试验布置，秸秆覆盖小区分别进行不同量秸秆覆盖处理，秸秆为小麦自然风干全株秸秆；种植碱蓬小区进行碱蓬条播，行距40 cm，播种量为6 kg/ha，碱蓬自然生长至10月下旬～11月上旬成熟，不进行人工收获，整株植物叶片籽粒均自然脱落。试验期间不进行人为灌溉、施肥和机械耕作，为避免扰动土壤，用小刀或镰刀去除地面少量杂草，保持对照试验小区地表裸露。采样安排在碱蓬自然成熟后（12月初）和试验进行1年后左右（4月初），进行2次土壤剖面采样，分为0～10、10～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土层采样，并测定土壤水分、pH和盐分含量。同时，4月份进行0～20 cm土层采样，测定基本土壤有机碳、全氮、土壤容重等理化性质。种植碱蓬小区采样取行间土壤。

1.2.2土壤营养成分测定土壤pH、盐分含量、水分含量、容重、颗粒组成和孔隙度分别采用pH计法（土水比1：5）、电导率法（土水比1：5）、烘干法、环刀法、比重计法和计算法测算；土壤有机质、全氮含量、碱解氮、有效磷和速效磷分别采用重铬酸钾一外加热法、凯氏消煮法、碱解扩散法、碳酸氢钠浸提一钼蓝比色法和乙酸铵浸提一火焰光度法测定；Na⁺和K⁺含量采用火焰光度法测定；S04^2-和Cr含量分别采用硝酸银滴定法和容量法测定。以上测定方法均参照鲁如坤（2000）土壤农化分析方法。

1.2.3土壤降盐率

土壤降盐率（%）=[（对照盐分一覆盖处理盐分）/对照盐分]x100

1.3统计分析

利用Excel 2003和DPS 7.05进行数据分析及制图，使用随机区组单因素方差分析程序及LSD法进行多重比较。

2结果与分析

2.1种植碱蓬和秸秆覆盖对滩涂极重度盐土0-100 cm剖面盐分含量变化的影响

由图2可知，无论是2014年12月（图2-A）还是翌年4月（图2-B），与cK相比，PS处理能显著降低0-20cm土壤盐分含量（P<0.05，下同），而对20-100cm土壤含盐量变化无显著影响（P>0.05，下同）；2014年12月，与CK相比，SM-A和SM-2A处理的土壤0-80 cm土层深度盐分含量均显著降低；CK的0～10、10～20、20～40、40～60、60～80和80～100 cm土壤各层盐分含量分别为19.27，21.24、16.23、16.75、16.35和14.34 g/kg，SM=A处理土壤各层盐分含量分别下降96.94%、97.28%、91.36%、71.85%、36.98%和11.16%，SM-2A处理土壤各层盐分含量分别下降98.49%、98.46%、95.81%、82.87%、53.20%和7.98%。2015年4月，与CK相比，SM-A和SM-2A处理的土壤0～100 cm土层深度盐分含量降低均达到显著水平，SM-A处理各层土壤盐分分别下降99.19%、98.89%、97.80%、97.07%、84.92%和55.79%，SM-2A处理下分别下降98.84%、99.04%、98.34%、96.15%、89.52%和67.47%；同时，与2014年12月相比，SM-A和SM-2A处理的土壤0～100 cm土层深度盐分含量持续降低，特别是20-100cm土层土壤盐分下降更明显。

2.2种植碱蓬和秸秆覆盖对滩涂极重度盐土0-100 cm剖面pH和水分含量变化的影响

由图3可知，无论是2014年12月还是翌年4月，0～100 cm各层土壤pH基本表现为秸秆覆盖处理（SM-A和SM-2A）显著高于没有秸秆覆盖的处理（CK和PS处理），且SM-2A处理的各层土壤pH均高于SM-A处理；不同土层深度之间，12月份，CK处理下土壤pH表现为随土壤深度的增加而增加的变化趋势，而PS处理下表现为土壤pH随土壤深度的增加而降低的变化趋势；4月份，CK处理下土壤pH随着土壤深度没有明显的变化，而PS处理下土壤pH表现为40～100 cm土层高于0～20cm土层；同时，无论是12月还是翌年4月，SM-A和SM-2A处理土壤pH变化均表现为随着土层深度不断增加，呈现出先升高后降低的变化趋势。

由图4可知，2014年12月，0～20 cm土壤水分含量表现为SM-A处理显著高于CK和PS处理，且SM-A与SM-2A处理间无显著差异；4种处理问20～100 cm土壤水分含量均无显著差异；翌年4月，0～60 cm土层土壤水分含量表现为SM-A和SM-2A处理显著高于CK和PS处理，60～100 cm土壤水分含量表现为4种处理间均无显著差异。

2.3种植碱蓬和秸秆覆盖处理对滩涂极重度盐土土壤性质和降盐效果的影响

试验进行1年后的表层土壤性质测定结果如表1所示，与CK相比，秸秆覆盖处理（SM-A和SM-2A）显著降低了表层土壤有机碳含量，但对全氮含量、碳氮比、容重和孔隙度均无显著影响；PS处理下土壤有机碳、全氮、碳氮比、容重和孔隙度与CK均无显著差异；同时，与CK相比，Ps、SM-A和SM-2A处理在试验进行1年后，土壤盐分含量均有显著降低，分别降低51.10%、99.53%和99.53%，且秸秆覆盖条件下表层土壤盐分含量降低到0.1g/kg以下，能够满足大部分农作物的正常生长。

3讨论

3.1种植碱蓬和秸秆覆盖对滩涂极重度盐土盐分变化和降盐效果的影响

本研究结果表明，种植盐生植物碱蓬可显著降低滩涂表层土壤盐分含量，种植1年后土壤鹽分降到7.30 g/kg左右，相比裸地处理降低51.0%以上，与张立宾等（2007）在东营滨海盐土区和王立艳等（2014）在天津滨海盐土区的研究结果一致。其原因可能是种植碱蓬后植被的覆盖度增加，植物蒸腾作用很大程度上取代了地面蒸发作用，避免了地表蒸发造成的盐分表聚；同时，碱蓬为叶肉质化的真盐生植物，可从耕层土壤中吸收大量盐分积累在植物体内，进而随着碱蓬的种植表层土壤盐分实现转移（张立宾等，2007）。

大量研究表明，秸秆覆盖可改变滨海盐碱土土壤盐分的变化规律，增加土壤淋盐洗盐作用，达到降盐及控盐的作用，进而保证农作物安全生长（孙博等，2011，2012；张建兵等，2014）。本研究也发现，15 t/ha（SM-A）和30 t/ha秸秆覆盖（SM-2A）处理均可显著降低滩涂极重度盐土0-100cm土层土壤盐分含量；且在2014年12月，SM-A和SM-2A处理下0-20和20-40 cm土壤降盐率均可达96.0%和91.0%以上；2015年4月，在秸秆覆盖条件下，土壤盐分进一步明显下降，SM-A和SM-2A处理0-60、60-80和80-100cm土层土壤降盐率均达96.0%、84.9%和55.8%以上。其原因可能是：（1）滩涂新围垦盐碱裸地在6～8月雨季降雨集中，处于强烈的脱盐期（赵秀芳等，2010），大量秸秆覆盖起到增加土壤淋洗作用和脱盐作用（孙博等，2011，2012）；而9-10月江苏沿海滩涂降雨较少，在高蒸发力的作用下，伴随着雨季储存在土壤中水分的剧烈蒸发，土壤中盐分会在表层聚积（赵秀芳等，2010；朱宏伟等，2013），大量秸秆覆盖可更好地充当水汽蒸发的屏障，减少水分蒸发力，进而起到缓解耕层土壤盐分累积和调控盐分的作用（孙博等，2011，2012）；（2）随着大量秸秆覆盖时间的增加，土壤盐分下层不断向下淋洗，地表控盐，最终表现为2015年4月0～100 cm土层的土壤盐分含量相比2014年12月进一步下降。综上所述，相比种植碱蓬，15和30 t/ha秸秆覆盖处理对土壤降盐具有更快更好的效果，因此，秸秆覆盖处理应作为滩涂极重度盐土降盐的重要措施。

3.2种植碱蓬和秸秆覆盖对滩涂围极重度盐土土壤性质的影响

土壤有机碳和全氮含量是反映土壤质量或健康的重要指标，直接影响土壤肥力和作物产量的高低（候晓静等，2015；刘鑫等，2016）。本研究结果发现，秸秆覆盖处理能显著降低滩涂极重度盐土表层土壤有机碳含量，而对土壤全氮、碳氮比等无显著影响，与杨东等（2016）在黄河三角洲滨海盐土中的研究报道有一定差异，其研究发现，小麦秸秆覆盖对滨海盐土表层土壤有机质、速效钾和碱解氮含量均有明显提升。造成这一差异的原因可能是本研究对象为滩涂极重度盐土，裸地条件下只有碱蓬等少量盐生植物生长，秸秆覆盖处理后经过梅雨季节土壤盐分含量快速下降到2.0 g/kg以下，可满足大量杂草的生长，在不进行人为施肥的情况下，消耗土壤中的有机碳满足植物生长；加上秸秆覆盖后土壤表层水分含量增加，土壤表层处于湿热环境，有机质加速分解，进而造成土壤有机碳含量减少。同时，本研究也发现种植碱蓬处理对土壤有机碳、总氮、碳氮比和容重等均无显著影响。然而，潘洁等（2015）研究发现，连续种植碱蓬对盐碱地土壤有机质有明显的提高作用。可能是由于潘洁等（2015）在连续种植碱蓬过程中进行了人为浇水、施肥等农艺措施，特别是施肥保证了碱蓬生长过程的养分补充，同时长期种植碱蓬也可增加大量植物残渣如枝叶、根系等进入土壤，也可增加土壤有机碳含量；而本试验研究中不进行任何人为耕作措施，碱蓬生长消耗了土壤中的有机质。综上所述，在种植碱蓬和秸秆覆盖进行滩涂极重度盐土土壤脱盐和降盐的同时，应结合适量的有机肥共同进行，力求达到土壤降盐和培肥的效果。

4结论

在不进行其他农艺措施（如施肥、灌溉等）的条件下，15和30 t/ha秸秆覆盖均对滩涂极重度盐土降盐有极显著效果，但同时也显著降低了土壤有机碳。因此，综合考虑降盐和培肥效果，秸秆覆盖处理结合适量有机肥施用可能是将来进行滩涂极重度盐土降盐和培肥改土的重要措施。