种植绿肥作物对河套灌区盐碱土改良效果研究

景宇鹏，张建中，李秀萍，杜二小，赵 强，白勇兴，陈 强，刘 梅，伊风艳，4，赵沛义

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.内蒙古农业大学 草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011；3.杭锦后旗农牧业技术推广中心，内蒙古 陕坝 015400；4.中国科学院内蒙古草业研究中心，内蒙古 呼和浩特 010031）

土壤盐渍化是一个世界性问题，已成为制约干旱半干旱地区生态环境与农业高效利用的一个重要因素[1]。全世界约有9.55×108hm2盐渍化土壤，占世界土地面积的10%～25%[2]，且每年以（1.0～1.5）×106hm2的速度增加[3-4]。我国盐碱化土地面积大，分布范围广[5]，盐渍土面积约0.27×108hm2，约占全球盐碱地总面积的10%，是世界上土壤盐渍化最为严重的国家，同时还有大面积的潜在盐渍化土壤[6]，尤其在西北干旱半干旱区更加严重[7-8]。内蒙古河套灌区地处内陆，是内蒙古盐渍化土壤主要分布区之一，也是我国西北最主要的农区与生态脆弱区，盐渍化耕地面积39.4×106hm2，占耕地面积的68.65%[9]，且以中重度盐渍化为主。

长期以来，河套灌区的生存和发展完全依靠黄河水，尤其是以水洗盐在盐碱地的改良和利用中发挥着重要作用，但使地下水位迅速提高，大量盐分又聚集于地表，长期持续的大水漫灌必然引起土壤盐碱化程度不断加重、次生盐渍化的发生。因此，采取科学合理的盐碱地治理措施仍是灌区农业持续发展研究的重点。前人对盐碱土改良主要有工程措施、化学措施和生物措施，但工程措施、化学措施投资成本较高，而生物改良措施因具有投入成本低、操作管理比较简单可行、也不会造成水资源的浪费等优点被国内外广泛应用[10-11]。因此，通过种植具有一定耐盐能力的豆科绿肥作物，利用其根瘤固氮作用，增加土壤养分含量，改善土壤肥力状况来达到治理盐碱地的目的。通过在盐碱地上种植绿肥作物田菁和草木樨，研究其对土壤的生物改良效果，以期为河套灌区盐碱土的改良利用提供理论依据与技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验地处河套平原地区杭锦后旗改盐增粮科技示范园区（三道桥镇澄泥村），该园区位于内蒙古自治区巴彦淖尔市西部，地理位置为北纬40°26′～41°13′、东经106°34～107°24′，海拔高度1 000 m，属中温带大陆性气候，降雨稀少，蒸发强烈，年均降水量135.9 mm，年均蒸发量1 984.3 mm，蒸降比10～15，年日照时数平均4 449.6 h，年均气温8.7℃，无霜期126 d。地下水埋深一般0.5～1.5 m，地下水矿化度10～20g/L，土壤类型以硫酸盐为主，并有多量氯化物和碳酸盐、重碳酸盐类。

1.2 试验设计

采用大田对比试验设计，设置3个处理，分别为田菁（Sesbania cannabina）、草木樨（Melilotus suaveolens）、对照CK（自然植被）。每一大区面积40 m×20 m=800 m2，于2016年6月15日种植，9月22日收获；2017年6月10日种植，9月20日收获。各处理均采取条播种植，播种量分别为田菁：75kg/hm2；草木樨：30kg/hm2。2017年10月18日分别采集耕层0～20 cm土样，对土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质、全氮、pH值、交换性钠、阳离子交换量、全盐量进行分析。植物的整个生育期不施任何肥料，完全自然状态生长，仅进行田间人工除草。种植前后分别采集0～20 cm 环刀样品测定土壤容重和孔隙度。

1.3 测定项目和方法

土壤pH值采用电位法测定；土壤可溶性盐含量采用1∶5的土水比浸提，八大离子加和法；阳离子交换量采用乙酸钠浸提，火焰光度计法；交换性钠采用乙酸铵浸提，火焰光度计法；有机质采用重铬酸钾外加热法；全氮用半微量凯氏法测定；碱解氮采用碱解扩散法；速效磷采用碳酸氢铵浸提，钼锑抗比色法；速效钾采用醋酸铵浸提，火焰光度法测定[12]。

式中，Ra代表土壤容重；Rb代表土壤比重，采用常规值2.65g/cm3。

式中，A、B分别代表交换性钠、阳离子交换量。

1.4 数据处理

试验数据用Excel 2007 整理数据，采用SPSS软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 种植绿肥作物对土壤物理性质的影响

由表1可知，连续种植2年田菁、草木樨耕层土壤容重均有不同程度地降低，与对照（CK）相比种植田菁、草木樨耕层土壤容重分别下降了4.08%，2.08%，且种植田菁土壤容重的降低幅度与对照差异显著（P＜0.05），而种植草木樨耕层土壤容重与对照（CK）相比差异不显著（P＞0.05）。同时种植田菁、草木樨2年后土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度均有不同程度的提高。与对照（CK）相比种植田菁耕层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度分别提高了5.08%，10.91%，3.55%，且土壤总孔隙度由种植前的差异不显著变为种植后差异显著；而种植草木樨耕层土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度也略有增加，分别较对照（CK）提高1.97%，2.74%，1.47%，但差异不显著（P＞0.05）。

2.2 种植绿肥作物对土壤养分的影响

由图1可知，连续种植2年绿肥作物盐渍化土壤有机质、全氮和速效养分较对照呈上升趋势，且种植不同种类的绿肥作物对土壤养分增加的程度有所不同。其中种植田菁土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾分别较对照（CK）分别增加49.0%，68.4%，43.8%，44.8%，36.5%；种植草木樨土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾较对照（CK）分别增加49.4%，36.8%，40.7%，36.7%，26.2%；且种植2种绿肥作物的盐渍化土壤有机质、全氮和速效养分含量都与对照（CK）表现出显著性差异（P＜0.05）。

图1 种植绿肥作物对土壤养分的影响

2.3 种植绿肥作物对土壤盐碱特征的影响

由图2可知，连续种植2年绿肥作物能够有效降低土壤pH、全盐含量、碱化度，与对照（CK）相比，种植田菁、草木樨盐渍化土壤pH值、全盐量、碱化度均有不同程度地降低。种植前后田菁土壤pH 下降了0.38个单位，全盐下降了1.30g/kg、碱化度下降了8.60 百分点；种植前后草木樨土壤pH 下降了0.18个单位，全盐下降了1.03g/kg、碱化度下降了7.70 百分点。与对照（CK）相比，种植田菁耕层土壤碱化度下降幅度较为显著，土壤碱化度降低了35.2%，且达显著水平（P＜0.05）。

图2 种植绿肥作物对土壤盐碱特征的影响

3 讨论

土壤容重是土壤主要的物理性质，与作物根系穿透阻力、土壤的含水量、土壤的通气性密切相关。本研究种植田菁和草木樨绿肥作物均不同程度降低了耕层土壤容重，究其原因是种植2种绿肥作物种植后土壤孔隙度（总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度）均增大，依次为：田菁＞草木樨＞对照，尤其是田菁发达的根系活动可增加土壤孔隙度，从而直接降低土壤容重。

一般认为植物在生长发育过程中需要从土壤中吸收大量的各种养分，从而降低土壤中各种速效养分的含量；而种植绿肥作物可提高土壤有机质、全氮和速效养分的含量[13]。在本试验中，通过种植绿肥作物土壤有机质、全氮和速效养分呈升高的变化趋势，且2种绿肥作物对土壤养分的提升程度差异显著。土壤有机质、全氮、碱解氮含量分别增加了49.0%～49.4%，36.8%～68.4%，40.7～43.8%，这与施朱峰[14]、张立宾等[15]、景鹏成等[16]研究认为种植豆科绿肥作物可提高土壤全氮、有效氮、有机质含量的研究结论相一致，这是由于绿肥具有固氮作用，增加了土壤中的氮元素，同时植株死亡后氮素归还到土壤中，使土壤有机质含量升高。种植田菁和草木樨土壤速效磷、速效钾含量也增加，分别增加了36.7%～44.8%，26.2%～36.5%，这与李月芬等[17]、魏忠平等[18]、朱小梅等[19]研究种植草木樨改良盐碱土对土壤速效钾含量以及种植田菁、草木樨一个生长季后对速效磷含量影响结果不一致。

土壤pH、全盐量、碱化度是评价盐渍化土壤的一个重要属性，也是区域盐渍化土壤改良利用最基本的依据。而种植绿肥作物不仅能有效降低盐渍土壤碱化度，而且还提高土壤肥力[20]。本试验研究表明，种植田菁和草木樨均能不同程度地降低土壤pH、全盐量、碱化度，这与黄丽萍等[21]的研究结果相一致。

4 结论

连续种植2年绿肥作物田菁和草木樨均不同程度的降低盐碱土土壤容重，增加孔隙度，土壤物理性状得到明显改善，其改善程度依次为：田菁＞草木樨＞对照。种植田菁和草木樨可显著增加土壤有机质、全氮等土壤养分含量，减轻盐碱的危害，降低土壤pH、全盐、碱化度等指标。