不同改良措施对沙化土壤水分、pH值和电导率的影响

2020-10-29郑亚楠支金虎刘海江努尔曼古丽麦麦提尼亚孜

塔里木大学学报 2020年3期

郑亚楠支金虎* 刘海江努尔曼古丽·麦麦提尼亚孜

（1塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300）

（2塔里木大学南疆绿洲农业资源与环境研究中心，新疆阿拉尔 843300）

土地退化已成为全球面临的重要生态问题之一［1］，全球土壤退化面积已超过 1.965×104km2［2］。据联合国生物多样性和生态系统服务科学政策平台（IPBES）发布的相关数据显示：人类活动干预使全球约80%的农用地出现生态功能退化现象［3］，而土地沙化是土地退化的主要表现形式之一［4］。

沙化是干旱、半干旱及部分半湿润地区由于人地关系不相协调所造成的以风沙活动为主要标志的土地退化。土地沙化导致可利用土地资源减少［5］、土地生产力下降［6］、自然灾害加剧［7］，大面积蔓延会演变成土地荒漠化。

新疆是我国沙漠化最严重的地区［8］。尤其南疆地区，极端的气候条件导致土壤沙化现象严重，而南疆地区又是我国重要的棉花生产基地之一，如何改良沙化土壤是亟待解决的问题。

土壤沙化评价指标主要分为植被盖度［9］、有机质含量［10］、土地利用类型。改善沙化土壤的主要方式之一是改良土壤质地。傅淋等［11］研究发现翻压绿肥能够降低土壤容重，改善土壤化学成分；王永齐等［12］发现冬耕晒垡、深耕深翻和绿肥翻压能够显著降低烤烟土传病害；于江等［13］应用生物腐植酸进行改良，结果表明施用生物腐植酸可在较短时间内提高土壤全氮和有机碳等主要养分的含量。

土壤含水量、土壤pH值及电导率是土壤质量的重要属性，影响着土壤的生产性能和土壤环境质量［14］，用其衡量沙化土壤的改良效果，具有指导意义。本研究以南疆第一师十二团不同种植方式下的沙化土壤为研究对象，研究几种改良措施下水分变异、土壤酸碱性以及电导率变化，旨在为南疆沙化土壤的改良和生态环境保护提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验研究区位于新疆生产建设兵团第一师阿拉尔市国家农业科技园区内，平均海拔1 000 m，属温带大陆性干旱气候，全年干旱少雨，年均降雨量不足50 mm，年均蒸发量高达2 500 mm，试验区土壤质地类型为砂性壤土，前期土地利用方式为休闲田。试验地块基础土样0～20 cm、20～40 cm的pH值为8.22、电导率为412 ms/cm。

1.2 试验处理土壤样品采集与指标测定

本试验于2019年进行，采用完全随机区组设计，设置5个处理，3个区组。其中处理1为种植燕麦（A1），处理2为种植油菜+燕麦（A2），处理3为种植燕麦+油菜秸秆翻耕+生物菌肥（A3），处理4为种植燕麦+农家肥（A4），处理5为种植燕麦+农家肥+生物菌肥（A5）。每个处理重复3次，重复区与区组重合，小区面积为105 m2。

土壤样品采集时间为2019年的7月25日、8月30日和10月20日，各样点采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土层的样品。含水量采用质量烘干法测定，pH值采用2.5:1液土比pH计（ModelIQ150）测定，电导率采用2.5:1液土比电导率仪（DDS-307型）测定。

土壤变异系数=标准差/平均数×100%，土壤变异系数小于20%时为弱变异、在20%～50%之间为中等变异、大于50%为强变异［15］。

1.3 数据处理

采用Excel 2019和DPS7.05进行数据处理和分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下土壤含水量的特征

由图1可知，随着土层深度的增加，土壤含水量逐渐增加，7月到10月表层土壤平均水分含量均在10%左右。出现此变化的原因主要有两个方面，一是受气候因素的影响，研究区气候干燥，降雨稀少，强烈的蒸发加剧了表层土壤水分的散失；二是研究区于7月中旬除草，清除杂草一定程度上改变了表层土壤的疏松程度，使土壤水分散失加剧。

图1 不同时期不同处理0～100 cm土壤水分分布图

对不同时期各处理的土壤水分含量进行差异性比较可知（图2），7月份0～20 cm土层，A1处理含水量最高，A5处理含水量最低。A1与A3处理间无显著差异，A5处理与A1、A3处理间均存在显著差异，8月、10月各处理间无差异。7月、8月和10月，在20～40 cm土层，各处理间土壤含水量均无差异。

根据7月、8月及10月数据结果表明不同处理在不同土层的保水性上有所差异，A4、A5处理在0～20 cm土层保水性能最佳；A2处理在20～40 cm土层保水性能最佳。

图2 不同时期不同土层土壤含水量差异

对不同时期不同土层的土壤含水量的变异系数进行分析（表1），5个处理的变异系数均小于20%，为弱变异。7月、8月和10月时，以A1、A5、A2处理的土壤含水量的变异系数在0～20 cm土层最高，与基础土样的含水量变异系数相比分别上升7.19%、6.41%、7.55%；以A2、A3、A5处理的土壤含水量的变异系数在0～20 cm土层最低，与基础土样的含水量变异系数相比分别下降5.71%、8.04%、7.38%。

在7月和10月，以A2、A4处理的土壤含水量的变异系数在20～40 cm土层处最高，与基础土样的含水量变异系数相比分别上升5.24%、0.49%；8月的土壤含水量的变异系数以A5处理最高，与基础土样的含水量变异系数相比下降3.08%。

表1 不同时期不同土层各处理间土壤含水量的变异系数（%）

2.2 不同处理下土壤pH值的特征

土壤pH值是土壤基础属性之一，影响土壤化学反应和化学过程，支配着化学物质在土壤中的移动［14］。由图3可知，随着土壤深度的增加，5个处理在不同时期的土壤pH差异不显著。7月份土壤pH值的平均值在7.62，8月份土壤pH值的平均值在7.74，而10月份土壤pH值的平均值则在7.66。因此，同一处理下在未通过措施改良时，土壤pH值不会随着时间推移而发生变化。

pH值主要受成土母质、气候条件、植被等因素的影响［16］。不同土层处不同处理的土壤pH值不同。A1、A5处理在0～20 cm土层处的土壤pH值在不同时期先降低后增加；A2、A3和A4处理在0～20 cm土层处的土壤pH值在不同时期先增加再降低。A1、A2和A3处理在20～40 cm土层的土壤pH值在不同时期先增加后降低；A4、A5处理在20～40 cm土层的土壤pH值在不同时期先降低后增加。

出现这种结果的原因是两方面的：一是因为土壤水分的变化会影响土壤中盐分含量的变化，而水分又受气候等条件的影响。7～9月份，南疆气候炎热，导致土壤水分蒸发，水分蒸发带动土壤中盐分从土壤底层上升到表层积聚。二是因为种植作物以后作物根系的呼吸作用产生CO2，CO2溶于水产生H+，使土壤的pH值降低，不同改良措施下土壤植物根系的分泌物及作物根茎的降解过程都会降低土壤pH值。从而导致不同种植方式对降低土壤pH值的作用有差异。

图3 不同时期不同处理0～100 cm土壤pH分布图

对不同时期不同处理的土壤pH值进行差异性比较（图4），可以看出，在7月份A1处理下0～20 cm土层处的pH值跟其他处理间存在极显著差异。在8月份，A1处理下0～20 cm土层pH值低，而A3处理最高。对20～40 cm土层的pH值来讲，A4与其他处理间差异极显著。在10月份，各处理下0～20 cm、20～40 cm土层的土壤pH值均无差异。

图4 不同时期不同土层土壤pH差异

由表2可以看出，7月份A1处理下0～20 cm、20～40 cm土壤的pH值变异系数相比于其他土层最大，变异性强；而其他处理的各土层土壤pH值变异系数变化不大。

8月份各处理土壤pH值均表现为弱变异性，其中，A3处理在0～20 cm土层中土壤pH值变异性最强；A3、A5处理在20～40 cm土层处土壤pH值变异性最强。

10月份各处理土壤pH值均表现为弱变异，其中，A4处理在0～20 cm土层处土壤pH值变异性最强；A5处理在20～40 cm土层处土壤pH值变异性最强。

2.3 不同处理下土壤电导率的分布特征

图5 不同时期不同处理0～100 cm土壤电导率分布图

由图5可知，随着土壤深度的增加，土壤电导率逐渐降低。A3处理下的土壤电导率值在0～20 cm土层先上升后下降，其他处理在0～20 cm土层的电导率值呈现先下降后上升。A4处理下的土壤电导率值在20～40 cm土层先升高后降低，而其他处理在20～40 cm土层的土壤电导率值先降低后升高。其原因主要有以下两点：一是受人为施肥和改良措施的影响，降低了土壤电导率；二是受气候因素的影响，表层土壤水分的强烈蒸发加剧了可溶性盐向土壤表层积聚。

对不同时期各处理的土壤电导率进行差异性比较（图6），7月份0～20 cm、20～40 cm土层中各处理间土壤电导率均无显著差异。8月份0～20 cm、20～40 cm土层，各处理间土壤电导率均无差异。10月份0～20 cm、20～40 cm土层，各处理间土壤电导率均无差异。

图6 不同时期不同土层土壤电导率差异

由表3可知，7月份A4处理在0～20 cm土层的土壤电导率变异为强变异，A1、A2处理在0～20 cm土层的电导率为中等变异，A4处理在20～40 cm土层的电导率为强变异，而A1、A2处理在20～40 cm土层的电导率为中等变异，A3和A5处理在20～40 cm土层的电导率为弱变异。

8月份A3处理在0～20 cm土层的土壤电导率为强变异，A1、A2和A5处理的土壤电导率为中等变异；A5处理在20～40 cm土层的土壤电导率为强变异，其他处理的土壤电导率为中等强度变异。

10月份A4处理在0～20 cm土层的土壤电导率变异性最强，为强变异。A1、A2和A5处理在0～20 cm土层的土壤电导率表现为中等强度变异，A3处理的土壤电导率均表现为弱变异；A3处理在20～40 cm土层的土壤电导率变异性最强，为强变异；A4、A5处理在20～40 cm土层的土壤电导率为中等强度变异，A1、A2处理在20～40 cm土层的土壤电导率为弱变异。