耐鹽堿植物對濱海鹽堿地的改良效果1)

高彥花 張華新 楊秀艷 劉 濤

(中國林業科學研究院林業研究所，北京，100091)

在鹽堿地中，土壤鹽分是影響土壤微生物和土壤養分的主要限制因子，而土壤微生物和土壤養分是陸地生態系統的重要組成成分，也是衡量土壤肥力的重要指標［1］。所以，研究濱海鹽堿地的土壤微生物和土壤養分的分布狀況及其與土壤鹽分的關系，對于合理利用濱海和改善生態環境具有重大意義。天津地處華北平原東北部，該地區鹽堿地分布廣泛，據第二次天津土壤普查資料統計，天津鹽堿地面積達49.3萬hm2，占全市土地總面積的42.3%［2］，對于該地區鹽堿地的改良與利用一直備受重視。近年來，有學者對該地區鹽堿土做了相關研究［3-4］，然而，對于如何有效地改良該地區鹽堿地的研究鮮有報道。

種植耐鹽堿植物是改良鹽堿地的最佳措施之一，如張麗珍等［5］在大同盆地鹽堿灘地上進行檸條的種植試驗。結果表明，種植檸條的試驗地同原生鹽堿灘地相比，土壤鹽分質量分數明顯減少，土壤養分含量增加。林學政等［6］通過比較種植鹽地堿蓬土壤和對照土壤的電導率、有機質和微生物差異，電導率與對照相比下降13%，有機質和總氮與對照土壤相比分別增加43%和18%，微生物數量明顯增加，表明種植鹽地堿蓬對改善濱海鹽堿地的生態環境有明顯效果。系統、深入地研究不同耐鹽堿植物對土壤肥力狀況的影響，選擇適宜的樹種對鹽堿土進行改良，對開發濱海地區鹽堿化土地，改善生態環境具有重要意義。

白刺(Nitraria tangutorum)、杜梨(Pyrus betulaefolia)和銀水牛果(Shepherdia argentea)是重要的耐鹽堿植物。筆者以在天津濱海鹽堿地栽植這3種植物4 a后的林地土壤為研究對象，對林地土壤微生物、養分、鹽分質量分數及其相關關系進行分析，研究不同耐鹽堿植物對該地區鹽堿地的改良情況，旨在為濱海鹽堿地的開發利用和生態環境植物修復提供科學依據。

1 研究地概況

試驗地位于天津濱海新區耐鹽堿植物科技園內(38°76'N，117°22'E)。地勢平坦，平均海拔為3 m，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高溫高濕。年平均氣溫12.1℃，年平均無霜期為211 d，年平均降水量593.6mm，約75%的降水量集中于7—9月份，年蒸發量為1 800 mm，是降水量的3倍。該區屬于華北平原濱海沉積區，地質結構簡單。土壤屬于濱海鹽土，土質黏重，滲透性很差。土壤pH=7.5～8.5，偏堿性，肥力較低，天然地被植物主要有油蒿(Artemisia ordosica)、稗草(Echinochloa crusgalli)、芨芨草(Achnatherum splendens)等雜草。

2 材料與方法

樣地設置與土壤樣品采集：2006年春，在耐鹽堿植物科技園內布設相鄰的3塊30 m×30 m試驗林地，各林地間隔5 m，分別栽植1年生苗木白刺、杜梨、銀水牛果3種耐鹽堿植物，株行距分別為：白刺0.5 m×0.5 m、杜梨 2 m×2 m、銀水牛果2 m×2 m。2010年8月份在3塊林分中分別隨機選取5個點進行土樣采集，因為在3塊林地中植物根系主要分布在0～30 cm土層中，所以采樣深度(h)為0＜h≤10 cm、10 cm＜h≤20 cm、20 cm＜h≤30 cm，取適量土壤裝入無菌袋，每個樣裝2份。1份保存在4℃冰箱中，用于微生物的測定;另一份風干后測定土壤養分和鹽分質量分數。另取林地間隔地帶中間處土壤作為對照，取樣方法同上。

土壤微生物數量測定：細菌、放線菌、真菌利用稀釋平板法測定［7］。細菌：采用牛肉膏蛋白胨培養基，土壤稀釋質量分數為10-3、10-4、10-5;放線菌：采用改良高氏一號培養基，土壤稀釋質量分數為10-3、10-4、10-5;真菌：采用馬丁氏培養基，土壤稀釋質量分數為10-1、10-2、10-3，每一質量分數分別做3次重復。細菌在35℃溫度下恒溫培養24 h，真菌和放線菌在28℃條件下恒溫培養72 h，然后選取每皿菌落數量為15～150個的一個稀釋質量分數統計菌落數量，按如下公式計算微生物數量。

土壤養分和鹽分質量分數測定：土壤鹽分質量分數采用常規的殘渣烘干法進行測定;有機質采用重鉻酸鉀容量法測定;全N用半微量凱氏法;全P用H2SO4-HClO4消煮，鉬藍比色法測定;有效N用堿解擴散法測定;有效P利用0.15 mol/L的碳酸氫鈉提取樣品后，用鉬藍比色法測定;有效K用1 mol/L的醋酸鈉提取土壤樣品后，用火焰光度計測定［8］。

數據處理與分析：用Excel進行圖表處理，SPSS16.0進行數據分析。

3 結果與分析

3.1 耐鹽堿植物對土壤鹽分的影響

白刺、杜梨和銀水牛果林地土壤鹽分質量分數顯著低于對照土壤鹽分質量分數(表1)。3種耐鹽堿植物林地不同土層土壤鹽分質量分數為1.426～1.900 g·kg-1，在空間分布上比較均勻，基本沒有變化。對照土壤鹽分質量分數隨深度增加鹽分質量分數逐漸降低，在0＜h≤10 cm、10 cm＜h≤20 cm、2 0cm＜h≤30cm土層鹽分質量分數分別為2.143、4.286、5.717 g·kg-1，顯著高于同層耐鹽堿植物林地土壤鹽分質量分數。白刺、杜梨和銀水牛果林地土壤鹽分在0～30 cm土層分布均勻，原因可能是由于植物根系對礦質離子的吸收作用，使得礦質離子均勻分布在植物根系周圍。而在對照土壤中沒有植物根系的作用，在夏季雨水較多的情況下土壤中的鹽分隨雨水入滲向下層土壤移動，出現下層土壤鹽分質量分數高于上層土壤。可見，種植耐鹽堿植物可以有效降低鹽堿土鹽分質量分數。

表1 各林地土壤鹽分的空間分布

3.2 耐鹽堿植物對土壤微生物數量的影響

3.2.1 土壤微生物在不同土層深度的分布

對試驗樣地土壤細菌、放線菌和真菌的數量進行測定。結果表明，3大類土壤微生物數量隨深度增加而減少，微生物主要分布在0＜h≤20 cm土壤深度范圍內，其中0＜h≤10 cm微生物數量要略高于10 cm＜h≤20 cm土層微生物數量，20 cm＜h≤30 cm土壤微生物數量明顯低于10 cm＜h≤20 cm微生物數量(表1)。土壤微生物的這種垂直變化規律主要受兩方面影響：一是土壤養分的供應，植物的枯枝落葉使得土壤表層有機質含量豐富［9］，而且植物根系基本分布于0＜h≤20 cm土層范圍內，根系分泌物和脫落物也為微生物的生長繁殖提供了有機養料;二是土壤的通氣狀況，土壤通氣性良好可以為促進好氣性微生物生長繁殖創造有利條件［10］。試驗樣地中3大類土壤微生物數量排序為：細菌＞放線菌＞真菌，放線菌數量和細菌相差1個數量級，數量相差不是很大，真菌和細菌相差3個數量級，真菌數量最少。這是因為細菌和放線菌適宜在pH為中性或微堿性的環境中生長，而真菌只有在酸性環境中才能生長良好［11］，實驗地區為濱海鹽堿地，pH=7.5～8.5，土壤呈堿性，所以真菌數量很少。

表2 林地不同土層深度土壤微生物分布

3.2.2 土壤微生物在不同林地的分布

由表3可知，3種林地與對照土壤中細菌和放線菌數量呈現出一致的規律性，數量大小排序為：白刺＞杜梨＞對照＞銀水牛果，其中白刺和杜梨林地土壤中的細菌數量為對照土壤的2.29和1.92倍，放線菌數量為對照土壤的4.05和3.89倍，差異都達到了顯著水平(P＜0.05)。銀水牛果林地和對照土壤細菌和放線菌數量較少，且無顯著差異(P＞0.05)。土壤中真菌數量排序為：銀水牛果＞白刺＞杜梨＞對照，銀水牛果、白刺和杜梨林地土壤中真菌數量為對照的4.65、4.21和3.06倍，達到顯著差異水平(P＜0.05)。

表3 不同林地土壤微生物數量分布

從微生物總量來看，白刺林下土壤微生物數量最多，杜梨林下土壤微生物數量次之，銀水牛果林地和對照土壤微生物數量相當，數量較少。銀水牛果林地土壤真菌數量較多，可能是其特有的植物殘體分解致使林下土壤環境適宜真菌的生長繁殖。

3.3 耐鹽堿植物對土壤養分的影響

3.3.1 土壤養分在不同土層深度的分布

有機質是土壤養分的主要來源，可以促進土壤結構形成，改善土壤物理性質，提高土壤的保肥能力和緩沖性。白刺、杜梨林地土壤在0＜h≤20 cm土層有機質較多，20 cm＜h≤30 cm土層有機質明顯減少;銀水牛果林地土壤有機質主要分布在0＜h≤10 cm土層，10 cm＜h≤30 cm 土層有機質較少;對照土壤有機質在各土層中都較少，且隨深度增加呈逐漸下降的趨勢。N、P、K是植物生長所必需的大量營養元素，在3種耐鹽堿植物林地和對照土壤中都呈現隨土層深度加深而減少的趨勢。由于植物的枯枝落葉和根系分泌物是土壤養分的重要來源，這些植物殘體處于土壤表層，所以上層土壤養分高于下層。3.3.2 土壤養分在不同林地的分布

表4 4種植被類型下土壤養分

由表5可以看出，土壤中有機質、全N和堿解N質量分數在3種林地和對照土壤的排序都為：白刺＞杜梨＞銀水牛果＞對照，且有機質和堿解N質量分數在3林地和對照土壤中均達到顯著差異(P＜0.05);在土壤全N質量分數方面，白刺、杜梨和銀水牛果林地之間差異達到顯著水平(P＜0.05)，銀水牛果林地和對照差異不顯著(P＞0.05)。全P和速效P質量分數排序都為：銀水牛果＞杜梨＞白刺＞對照，對照土壤全P和速效P質量分數明顯低于另外3種林地土壤，均達到顯著差異水平(P＜0.05)。速效K的質量分數排序為：白刺＞銀水牛果＞杜梨＞對照，白刺林地土壤速效K質量分數遠遠高于另外3種林地土壤，杜梨和銀水牛果林地土壤速效K質量分數差異不顯著(P＞0.05)，對照土壤速效K質量分數均明顯低于另外3種林地土壤。

表5 不同林地土壤養分分布

華北地區不同肥力等級土壤的有機質質量分數約為：高肥力地＞15.0 g·kg-1;中等肥力地 10.0～14.0 g·kg-1;低等肥力地 5.0～10.0 g·kg-1［8］。本研究中白刺、杜梨、銀水牛果和對照土壤有機質質量分數分別為：24.65、18.87、14.25、8.51 g·kg-1。因此可知白刺和杜梨林地土壤達到高肥力水平，銀水牛果林地土壤為中等肥力水平，對照土壤屬低等肥力。總體來看，對照土壤鹽分質量分數遠高于另外3種林地，土壤有機質質量分數排序為：白刺＞杜梨＞銀水牛果＞對照。所以，白刺、杜梨和銀水牛果具有改良濱海鹽堿土的效果，其中白刺對鹽堿地的改良效果最好，杜梨次之，銀水牛果較差。

3.4 耐鹽堿植物林地土壤鹽分、養分和微生物數量的相關分析

3種耐鹽堿植物林地土壤微生物、土壤養分和鹽分相關性分析結果表明(表6)，細菌、放線菌和真菌數量與有機質、全N、堿解N、速效K呈極顯著的正相關關系(P＜0.01)，真菌與全P、速效P呈極顯著正相關關系(P＜0.01);放線菌和真菌與土壤鹽分質量分數呈顯著負相關(P＜0.05);速效P與土壤鹽分質量分數呈極顯著負相關(P＜0.01)，有機質和全P與土壤鹽分質量分數呈顯著負相關關系(P＜0.05)。可知，土壤微生物與土壤養分及土壤鹽分質量分數密切相關，微生物數量和土壤養分隨鹽分質量分數增加而減少，微生物數量隨土壤養分的增加而增加。因此，在濱海鹽堿地區種植耐鹽堿植物可以有效降低土壤鹽分質量分數，增加土壤養分和微生物數量，對鹽堿地的改良效果顯著。

表6 土壤微生物與土壤養分、鹽分數之間的相關分析

4 結論與討論

對天津濱海鹽堿地白刺、杜梨、銀水牛果造林地進行了土壤微生物、土壤養分和鹽分質量分數的分析測定，結果表明：土壤鹽分質量分數在0～30 cm土層中基本沒有變化，都較低;土壤微生物和土壤養分在0～30 cm深度土層范圍內隨深度加深而減少，這可能是因為枯枝落葉和根系分泌物集中在上層土壤，土壤養分高，加之表層土壤的水熱條件和通氣狀況良好，為微生物生長創造了有利環境。本研究結果與大多數學者研究結果一致［9，12-15］。

土壤微生物和土壤養分密切相關［16］，土壤養分主要是來源于植物的枯枝落葉，枯枝落葉轉化為植物能吸收利用的土壤養分需要微生物作為推動力，土壤微生物參與土壤有機質的分解，腐殖質的合成和養分轉化等過程，而土壤中的植物殘體和根系分泌物為微生物生命活動提供所需要的各種元素和多種營養物質。

鹽堿土中高的鹽分質量分數會引起土壤物理性質的惡化，同時也對植物產生嚴重危害［17］，從而導致土壤養分匱乏和微生物數量的降低。所以土壤養分和土壤微生物具有相互依存、相互促進的關系，而土壤鹽分質量分數與土壤養分和土壤微生物數量呈負相關關系。

不同植物由于新陳代謝和土壤中殘留的根、莖、葉的差異，造成土壤中有機質和氮、磷、鉀等養分含量不盡相同［18］，同時也對土壤中微生物數量和分布狀況產生影響。植被覆蓋度增加可以較少地面水分蒸發，降低土壤毛管水的運動，從而減少鹽分隨水分通過毛管向上層土壤運行，降低土壤鹽分質量分數。白刺、杜梨、銀水牛果在造林4a后，同對照土壤相比，其土壤養分和微生物數量明顯增加，鹽分質量分數顯著降低。這表明此3種耐鹽堿植物可以有效地促進土壤脫鹽，改善土壤結構，提高土壤肥力。總體來看白刺對于鹽堿地的改良效果最好，其次是杜梨，銀水牛果的改良效果較差。

種植耐鹽堿植物是改良濱海鹽堿土的一種有效途徑，為了取得最佳的鹽堿地改良效果，對于耐鹽堿植物的選擇、配置以及采用何種造林方式，還需在以后的實踐過程中不斷探索。另外，值得注意的是，在本研究中，銀水牛果林地土壤養分和微生物含量明顯低于前兩者，而其土壤中真菌數量和P質量分數顯著高于白刺和杜梨林地土壤，可能因為銀水牛果對其林下土壤狀況的影響同其它植物相比有其特殊性，這一問題有待于今后進行深入研究。

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