不同覆砂年限果园土壤水盐及矿质元素变化与砂田衰退关系研究

摘要：通过研究不同覆砂年限砂田土壤水分特征和矿质元素变化规律，探索砂田衰退的机理。对可用砂田和废弃砂田的砂土混合层变化、土壤含水量、矿质元素及盐分含量进行了长期定位的分析测定。结果表明，种植1、3、7、15 a砂田砂土比由9.16降低至1.60，而撂荒地为3.59。砂覆盖3 a后土壤平均水分含量较原生地高13.1 mg/g；砂覆盖15 a后土壤0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 mm土层含水量比原生地分别高2.4、3.5、4.0、4.4、4.7 mg/g。不同覆砂年限果园0～60 cm土壤有机质、土壤全氮与碱解氮、全磷与速效磷、全钾与速效钾及全盐含量变化随覆砂年限增加均呈先增加后降低的趋势，这与砂田功效及衰退密切相关，也是中老砂田衰退的主要特征。

关键词：覆砂年限；砂田；土壤水分；矿质元素；衰退

中图分类号：S158.1 文献标志码：A 文章编号：2097-2172（2024）12-1118-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.12.008

Study on the Relationship between Soil Water， Salt， Mineral Element

Changes and Gravel-sand Mulched Field Degradation in

Orchards with Different Mulching Durations

KANG Enxiang 1， ZHANG Yuxin 1， KUAI Jialin 1， CHANG Tao 2

（1. Institute of Vegetables， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： This study investigated the changes in soil moisture3QhFWNPNVLNN/GKvLkV2pf1p+lBvG0V4hjh0047ER0o= characteristics and mineral elements in gravel-sand mulched fields with different mulching durations to explore the degradation mechanism of gravel-sand mulched fields. Long-term analysis and measurement of the mixed sand layer， soil moisture， mineral elements， and salt content in usable and abandoned gravel-sand mulched fields were conducted in a fixed location. The results showed that the sand-to-soil ratio in gravel-sand mulched fields planted for 1， 3， 7， and 15 years decreased from 9.16 to 1.60， while the ratio in abandoned gravel-sand mulched fields was 3.59. After 3 years of mulching， the average soil moisture content increased by 13.06 mg/g compared to the native land. After 15 years of mulching， soil moisture content in the 0 to 20， 20 to 40， 40 to 60， 60 to 80， and 80 to 100 mm layers was 2.4， 3.5， 4.0， 4.4， and 4.7 mg/g higher than that in the native land， respectively. In orchards with different sand-mulched durations， changes in organic matter， total nitrogen and alkali-hydrolyzable nitrogen， total phosphorus and available phosphorus， total potassium and available potassium， and total salt contents in the 0 to 60 cm soil layer followed a pattern of increasing followed by decreasing with the length of gravel-sand mulching. This trend is closely related to the effectiveness and degradation of gravel-sand mulched fields and represents a major feature of the degradation of middle-aged and old gravel-sand mulched fields.

Key words： Gravel-sand mulching duration; Gravel-sand mulched field; Field soil moisture; Mineral Element; Degradation

砂田（Gravel-Sand Mulched Field，GSMF）是地表覆盖了一层厚6～15 cm粗砂砾或卵石砂砾混合的田地，是我国西北干旱、半干旱地区为适应干旱少雨及盐碱不毛之地而创造的独特、传统的抗旱耕作形式，距今已有四五百年历史［1 - 2 ］。砂田栽培是一种具有综合效能的旱作覆盖保护性耕作技术，它恰当适应了当地气候、地理、土壤等自然条件，具有明显改良和调节农田小气候的功效［3 ］。采用砂田法，粮菜瓜果可在降水量200～300 mm的干旱条件下获得高产。砂田作为基本农田和特色优势产品生产基地，因其独特的富硒产品而广受青睐，在甘肃和宁夏等地发展势头良好［4 ］。近年来，受气候干旱化趋势加剧和水资源短缺的影响，该技术受到越来越多的重视和发展。

土壤退化是一个错综复杂的进程，具有时间上的动态性、空间上异质性和趋势的无序性。土壤退化涉及植物营养学、作物栽培学、生态学及资源环境科学等诸多研究领域，而且与社会学、经济学及国家有关方针政策也密切关联。国内外学者从土壤类型、时空分布、影响因素、评价指标、退化机理、生态系统等多维度进行了大量研究［5 - 7 ］。然而，有关土壤退化的诸多问题及过程机理尚不明确，国内外还没有统一的指标和定量化评价土壤退化［8 ］。砂田铺砂后经过几十年的耕种，必然会产生衰退趋势，土壤的理化性质和生物性状变化以及衰退机理也不同于普通田地。目前关于砂田衰老退化的研究多侧重于土壤退化阶段性和砂田退化所造成的不良影响及改良措施［9 - 10 ］，而不同年限砂覆盖下土壤水盐及矿质元素变化特征及与砂田衰退的关系研究报道相对较少［11 - 12 ］。本研究选择不同覆砂年限及废弃砂田为研究对象，探明不同年限砂田水盐和矿质元素变化规律，以期为研究砂田退化机制和探求解决措施提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在甘肃省农业科学院庄浪试验站万泉镇试验田进行（35° 2′ N，106° 5′ E，海拔1 507 m），当地位于六盘山西麓，属于黄土高原丘陵沟壑区，属大陆性季风气候，年平均气温8.4 ℃，年均降水量547.8 mm，60%以上集中在7 — 9月，降水量年际变化大，年均日照时数2 179 h，无霜期150 d左右。

1.2 试验设计

试验于2010 — 2018年选择海拔相近、坡向一致、水肥管理统一的砂覆盖果园和撂荒压砂地进行。共设5个处理，分别为连续种植1、3、7、15 a的压砂地和连续种植18 a以上且撂荒1～2 a的撂荒压砂地（wasted）。原生地为梯田地，不覆砂，大田作物常规种植方式。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 砂土比测定 采集果园耕作层（0～30 cm）土砂混合均匀，在试验室将土样分别过孔径0.30、1.00、8.00 mm的筛子，分别称重，以混合层含土量、含砂量的百分比反映，计算砂土比。

砂土比=含砂量/含土量

1.3.2 土壤含水量测定 采用烘干称重法。每个处理按照等高线设置5个样点，在每个样点处用土钻分别取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土层的土样装入铝盒称湿土重，然后将样品置于烘箱，105 ℃烘干8 h以上至恒重，称重得到干土重［13 ］。

土壤含水量=（湿土重-干土重）/干土重

1.3.3 土壤养分含量测定 每个处理按照等高线设置5个样点，每个样方内去除表面的砂石层后，钻取0～60 cm土层的土壤样品，均匀混合成一个样品，分成2份，1份常温保存，1份置于4 ℃的便携式冰箱保存，土壤样品带回试验室后进行下一步测定。采用重铬酸钾滴定法测定有机质，半微量开氏法测定全氮，碱解扩散法测定速效氮，0.5 mol/L NaHCO3法测定速效磷，火焰光度计法测定速效钾，NaOH熔融—钼蓝比色法测定全磷，NaOH熔融—火焰光度计法测定土壤全钾，电导率法测定土壤盐分［14 - 15 ］。

1.4 数据统计与分析

采用Excel 2007软件处理数据和作图，采用SPSS 12.0软件的LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆砂年限果园砂土混合层变化规律

不同覆砂年限果园砂土混合层变化分析结果见表1。种植1 a的新果园，砂土比为9.16，含土量仅为9.84%，而含砂量高达90.16%；覆砂7 a时，砂土比下降为5.54，含土量为15.30%，含砂量达84.70%。说明随着覆砂年限的延长，压砂地覆砂层砂土比、含砂量呈下降趋势。连续砂覆盖15 a后，砂土比低于2.0，砂层含土量38.48%，含砂量降至61.55%。而撂荒砂地砂土比和含砂量有所增加，砂土比为3.58，含砂量为78.19%。

2.2 不同覆砂年限果园土壤水分变化规律

由表2可以看出，砂覆盖后土壤各层次的含水量均明显高于原生地，随覆砂年限的增加呈先升高后降低的趋势，撂荒砂地又增加。砂覆盖1 a后，土壤的平均含水量比原生地增加了8.6 mg/g，而砂覆盖植3 a后土壤各层平均水分含量相对于原生地高13.1 mg/g。砂覆盖15 a后，土壤0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 mm土层含水量比原生地高2.4、3.5、4.0、4.4、4.7 mg/g。撂荒地由于人为扰动较少，土壤含水量较高。

2.3 不同覆砂年限果园土壤养分变化规律

2.3.1 有机质 不同覆砂年限果园0～60 cm土壤有机质变化规律如表3、图1所示。果园土壤砂覆盖经多年种植后，土壤有机质随年限增加呈先增加后降低的趋势，各处理变化幅度为6.20～12.49 g/kg，多年平均含量为9.78 g/kg。砂覆盖15 a果园土壤平均有机质含量较砂覆盖3、7 a分别降低了4.03、2.37 g/kg，而撂荒砂覆盖地平均有机质含量比砂覆盖15 a增加了2.48 g/kg。

2.3.2 全氮、碱解氮 从表3、图2可以看出，不同覆砂年限果园0～60 cm土壤全氮与碱解氮含量呈抛物线变化规律，不同覆砂年限果园土壤全氮含量为0.49～0.98 g/kg，多年平均含量为0.70 g/kg。1～3 a砂覆盖全氮含量呈增加趋势，随覆盖时间的延长，耕层全氮含量逐渐降低。与3 a砂覆盖土壤相比，15 a砂覆盖土壤平均全氮含量降低了0.22 g/kg，撂荒地降低了0.40 g/kg。砂覆盖碱解氮含量为24.14～38.49 mg/g，多年平均含量为31.80 mg/g。3 a砂覆盖土壤平均碱解氮含量达38.49 mg/g，比砂覆盖1 a增加了11.81 mg/g；撂荒地土壤平均碱解氮含量比3 a砂地降低了14.35 mg/g。

2.3.3 速效磷、速效钾   由表3、图3可以看出，长期砂覆盖后速效磷含量为3.21～15.72 mg/kg，多年平均含量为8.13 mg/kg。长期砂覆盖后速效钾含量为71.17～223.03 mg/kg，多年平均含量为157.04 mg/kg。3 a覆砂土壤速效磷含量最高，撂荒地含量最低。

2.4 不同覆砂年限果园土壤全盐变化规律

由表3、图4可以看出，随覆砂年限增长土壤全盐含量呈先升高后降低的趋势，砂田可有效地降低土壤盐渍化程度。在砂覆盖1、3、7 a，土壤全盐含量随种植年限的增加呈增加的趋势，砂覆盖7 a时最高，为0.236 g/kg，砂覆盖15 a后随种植年限增加而降低。

3 讨论与结论

随种植年限的增加，新砂田过渡到老砂田，砂田的土砂比、含水量、养分含量、盐分含量都发生了明显的变化，加速了砂田的退化。砂田覆砂层土砂比和含土量随覆砂年限呈上升趋势，研究表明连续种植1～17 a砂田的土砂比由0.1增加至0.8，含土量由9.4%增加至36.2%［16 ］。胡景田［17 ］通过对连续种植1、3、5、10、15、25 a的砂田与土田对比发现，砂田土壤中砂粒含量年均增加14.6%～19.0%，土壤含砂量随砂田种植年限的增加呈逐渐增加趋势。许强等［18 ］研究表明，砂田连续种植36 a后，覆砂层含土量从9.2%增加到36.2%，土砂比从0.1增加到0.6，含砂量从90.8%降低到63.9%。杜延珍［19 ］研究发现，当砂石层混入土粒超过2/3时，砂田特殊功效几乎丧失。本研究发现，种植1、3、7、15 a砂田砂土比由9.16降低至1.60，而撂荒地增加至3.59，可能是由于撂荒地长期没有耕种，减少了人畜的践踏和生态扰动，加之砂石中含土量被降水冲刷至底部土壤所致。说明压砂地连续种植数年后休闲1～2 a，砂地性能有一定的恢复。

新铺设砂田与中老砂田相比，不同深度土壤含水量不同，且随着种植年限的增加缓慢下降。白晓宁［20 ］研究发现覆砂2、10、17、36 a年砂e5dc1162c1546101f03ed589b7a1c6cc田0～70 cm各土层含水量随种植年限的增加变化较大，不同覆砂年限与36 a相比均有所下降，平均土壤含水量下降了5.0%，土壤保水蓄水性能随覆砂年限的延长而下降。许强等［21 ］通过比较1 a砂田不同时期土壤含水量变化，发现砂田土壤含水量均高于裸田，砂田不同深度土壤水分含量呈上高下低的规律；4 — 5月份0～40 cm砂田土壤平均含水量为14.6%，裸田为11.1%。谭军利等［22 ］研究发现，与不覆砂相比，不同覆砂厚度均能大幅度保蓄土壤水分，抑制土壤盐分表聚。本研究发现，砂田近地表含水量较低，砂覆盖植3 a后土壤各层平均水分含量较原生地高13.06%，可能是因为3 a砂覆盖后，砂砾石的增温保墒抑蒸功效初步显现。撂荒地人为扰动较少，土壤含水量较高，接近地表的土壤由于砂土的混合使得土壤的毛细管得以修复，砂砾石的覆盖使水分上传功能减弱，故地表土壤含水量较低；而深层土壤的水分蒸发较慢，含水量较高。砂覆盖15 a后，土壤0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 mm土层含水量比原生地高2.4、3.5、4.0、4.4、4.7 mg/g。本研究结果进一步表明，在干旱、半干旱丘陵沟壑区，砂覆盖能抑蒸蓄墒，即便是撂荒废弃砂田，其功能仍优于原生田地。

土壤有效养分含量随种植年限增加，先升后降的变化规律寓意砂田潜在肥力由于地温升高和水分含量增加所带来的积极作用是有限的，一定种植后，潜在肥力基本消失，造成土壤肥力下 降［23 - 25 ］。本研究中，不同覆砂年限果园0～60 cm土壤有机质、土壤全氮与碱解氮、全磷及速效磷、全钾及速效钾、全盐含量变化均呈抛物线变化趋势，即先增加后降低。3 a砂覆盖土壤全氮和碱解氮含量增加，可能是砂覆盖后地温和土壤含水量的增加，加速了有机质的分解，提高了肥料利用率。之后全氮和碱解氮都迅速下降，则是由于长期不施肥或少施肥，土壤肥力下降，砂田耕地质量变差。砂层砂土比、含砂量下降，土砂混合程度加大，土壤水分、矿质元素、全盐含量表现先增后降的规律，这是砂田衰退的主要特征。

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