景電灌區次生鹽漬化土地枸杞林的土壤特征研究

李銀科，馬全林，王耀琳，孫濤，靳虎甲，宋德偉，朱國慶，杜娟

(甘肅省荒漠化與風沙災害防治重點實驗室，省部共建國家重點實驗室培育基地，甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070)

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景電灌區次生鹽漬化土地枸杞林的土壤特征研究

李銀科，馬全林，王耀琳，孫濤，靳虎甲，宋德偉，朱國慶，杜娟

(甘肅省荒漠化與風沙災害防治重點實驗室，省部共建國家重點實驗室培育基地，甘肅省治沙研究所，甘肅 蘭州 730070)

為評價種植枸杞對改良次生鹽漬化土壤的效果，實現次生鹽漬化土地資源的持續利用，對次生鹽漬化土地不同利用方式的棄耕地、不同種植年限枸杞地和小麥地的土壤理化性質進行了調查研究。結果表明，與棄耕地相比，枸杞地土壤有機質、全氮、堿解氮含量顯著增加；水溶性鹽離子除HCO3-顯著增加、Ca2+降低不明顯外，K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、全鹽量、電導率均顯著降低，離子組成中Na+降幅最大，達70.1%～82.9%，全鹽量降低70.9%～82.8%；砂礫含量降低、粉粒和粘粒含量升高，CaCO3含量升高，pH值降低，容重先降低后升高，孔隙度先升高后降低。枸杞地Na+和全鹽量比小麥地分別高118.1%～282.3%和84.0%～211.5%，其他土壤理化指標和小麥地沒有差異。這些說明種植枸杞改善了次生鹽漬化土壤質量，除占鹽分主導地位的Na+含量明顯較高外，其他土壤性狀恢復至與鹽漬化程度低的傳統農耕地相當。種植枸杞的前4年間土壤理化性質發生了迅速變化，之后變化速度很緩慢。土地利用方式的變化對次生鹽漬化土壤性狀具有重要影響。

次生鹽漬化土壤；枸杞種植；土地利用方式；土壤性狀

土壤是人類賴以生存和發展的生產資料，也是人類社會最基本、最重要的自然資源之一[1]。土壤鹽漬化問題是困擾農業生產的一大難題，我國鹽漬化土壤主要分布在中緯度地帶的干旱區、半干旱區或濱海地區，目前約有20%的灌溉土壤受到鹽害的影響[2]。土壤的鹽漬化問題和灌溉引起的土壤次生鹽漬化問題是干旱區農業發展的主要障礙，也是影響綠洲生態環境穩定的重要因素。人類的土地利用和管理活動會在很大程度上影響土壤質量的時空變化[3]，由此引起的土壤質量演變受到人們的重視[4]。景電灌區位于甘肅省中部，地處黃土高原與騰格里沙漠的過渡地帶，該區光熱資源充足，但水資源缺乏。黃河水使大片土地得到灌溉，然而由于特殊的地質地貌、母質、氣候和不合理的灌溉等諸多因素的影響造成大面積土壤發生次生鹽漬化，傳統農業生產受到嚴重影響，灌區土壤的可持續利用已成為人們關注的焦點問題[5]。

我國目前普遍采用的土壤鹽漬化分級標準主要按地區和鹽分類型不同大體分為兩個含鹽量系列，一是濱海、半濕潤、半干旱地區；二是干旱及漠境地區。在干旱及漠境地區，土壤含鹽量小于0.2%者為非鹽化土壤，0.2%～0.3%(0.4%)為輕度鹽化，0.3%(0.4%)～0.5%(0.6%)為中度鹽化，0.5%(0.6%)～1.0%(2.0%)為強度鹽化，大于1.0%或2.0%者為鹽土[6]。鹽漬土的改良利用是一項復雜的工程，關于鹽漬土改良利用的研究很多，多年來，鹽漬土的治理上采用了水利工程、農業耕作、化學改良、生物改良等措施，并取得了一定的成效，但每一單項措施都有一定的局限性。而將植被恢復重建和種植業有機結合、配套，形成農林草復合生物系統，輔之合理灌溉等其他措施，不僅可以治理鹽漬土，充分發揮鹽漬土的資源優勢，而且還是防治土地荒漠化，改善生態環境的有效措施之一[7]。

鹽漬土壤的生物修復是近年來廣為關注的修復方法，對提高鹽漬土壤養分、恢復地力效果明顯[8-10]。研究表明，在鹽漬土壤地區種植鹽地堿蓬(Suaedasalsa)[11-12]、堿茅草(Puccimelliadistans)[7]、魯梅克斯草[13]、棉花(Gossypiumhirsutum)、白蠟(Fraxinuschinensis)、雜草[14]，以及稻麥輪作模式[15]，能有效降低土壤鹽分及其危害。枸杞(Lyciumchinense)是抗鹽耐旱的逆境植物材料，常作為鹽堿化土地改良的先鋒植物[16]，枸杞也是經濟作物，近年來種植面積逐年擴大。學者們對鹽漬化土壤枸杞栽培技術和枸杞耐鹽生理開展了大量研究[17-20]，但種植枸杞對改良鹽漬化土壤的效果如何，土壤質量改善程度多大，目前還缺乏這方面系統的定量研究。本文以甘肅景電引黃灌區次生鹽漬化棄耕地和鹽漬化程度較輕的傳統農耕地為對照，比較研究種植枸杞對次生鹽漬化土壤理化性質的影響，為灌區次生鹽漬化土壤的改良和持續利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地點位于甘肅省景泰縣草窩灘鎮紅躍村，地處103°51′-104°13′ E，37°13′-37°20′ N之間，海拔1565 m。氣候干旱少雨，降水量185 mm，蒸發量3040 mm，平均氣溫8.5℃。地帶性土壤為荒漠灰鈣土，土壤母質包括黃土、風積物和洪積物。該區水資源缺乏，景電高揚程電力引黃提灌工程為農業生產提供了灌溉水資源，然而由于特殊的地質地貌、母質、氣候和不合理的灌溉等因素又造成土壤的次生鹽漬化現象非常嚴重，大面積土地棄耕。1998年以來，該區陸續種植耐鹽堿經濟作物枸杞，取得了較好的效果。本研究以棄耕鹽堿地(視種植枸杞年限為0年)和鹽漬化程度低的傳統農耕地為對照，選取種植年限為4,7,11年的枸杞地為研究對象，各枸杞地管理基本一致。各利用地塊鄰近，地勢平坦，土壤母質類型一致，地下水位均為1 m。棄耕地主要植被為鹽爪爪(Kalidiumfoliatum)，蓋度3%～4%。傳統農耕地采樣前茬為小麥(Triticumaestivum)地，每年灌水4次，每次1350～1800 m3/hm2，漫灌；每年施農家肥約11 t/hm2，尿素約450 kg/hm2，磷酸二銨約750 kg/hm2，過磷酸鈣約600 kg/hm2，復合肥(N、P、K各占17%)約400 kg/hm2。枸杞地地塊間開挖渠道，灌水洗鹽，年灌水7～8次，每次灌溉量和灌溉方式同小麥地，枸杞果實每年采摘7～8次，年修剪2次；每年施農家肥約34.5 t/hm2，尿素約790 kg/hm2，磷酸二銨約1690 kg/hm2，過磷酸鈣約750 kg/hm2，復合肥(N、P、K各占17%)約1500 kg/hm2。

1.2 樣品采集與分析

2010年8月，在上述5個處理中分別隨機選取3塊樣地作為3個重復，每個樣地約667 m2，土壤取樣深度為1 m，每10 cm取1個樣，共分10個層次進行采樣，同時用環刀法測定容重[21]。每塊樣地按“S”形線路取5個樣點，同層次土樣混合作為1個混合樣。

土樣風干后過2和0.25 mm篩備用。有機質測定用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[22]，全氮用半微量凱氏法，全磷用氫氧化鈉熔融-鉬銻抗比色法[22]，全鉀用氫氧化鈉熔融-火焰光度法[22]，堿解氮用堿解擴散法[22]，速效磷測定用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法[22]，速效鉀測定用醋酸銨浸提-火焰光度法[22]，鹽分測定水土比為5∶1，電導率用電導儀法[23]，機械組成用粒度儀法(儀器型號：APA2000;產地：英國)，碳酸鈣用氣量法[23]，pH值的測定用電極法[23]，比重用比重瓶法[23]，孔隙度=1-(容重/比重)。

1.3 數據統計分析

以土地利用方式作為固定因素，以土壤各指標為隨機因素，用SPSS 13.0軟件進行單因素方差分析，用LSD(P<0.05)法進行差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 枸杞種植年限對次生鹽漬化土壤養分的影響

土地利用方式對0～100 cm土壤有機質、全氮、堿解氮含量有顯著或極顯著的影響，對全磷、全鉀、速效磷、速效鉀的影響不顯著(表1)。與棄耕地相比，枸杞地土壤有機質、全氮、堿解氮含量顯著增加，枸杞地不同種植年限之間差異不顯著；各養分因子枸杞地和小麥地之間也無顯著差異。說明種植枸杞可以顯著增加次生鹽漬化土壤有機質和氮素含量，土壤養分狀況得到改善至與鹽漬化程度較低的傳統農耕地相當。

表1 不同利用方式對土壤養分特征的影響

注：表中數據為0～100 cm土層平均值；同列不同字母表示樣地之間達到5%的顯著差異；*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，NS：不顯著。下同。

Note: Values in Table are average value in 0-100 cm soil layer. The different small letters within the same column mean the significant differences at the 5% level. *:P<0.05; **:P<0.01; ***:P<0.001; NS: Not significant, the same below.

從養分的垂直變化看出(圖1)，0～20 cm土層，棄耕地和枸杞地土壤有機碳和全氮上層大下層小，小麥地則相反，這與小麥地的耕作擾動有關；0～40 cm和50～80 cm層，枸杞地有機質明顯高于棄耕地；0～40 cm層，枸杞地有機質也明顯高于小麥地；0～20 cm和30～40 cm土層，枸杞地全氮含量均明顯高于棄耕地和小麥地；除30～40 cm層之外的其他土層，枸杞地堿解氮含量均高于棄耕地。作物枯枝落葉、根系分泌物及脫落物增加了土壤有機質和全氮含量(枸杞地表層土壤最為明顯)，施肥也增加了枸杞地和小麥地有機質和氮素含量。棄耕地40～50 cm土層有機質含量較高,可能與鹽爪爪主要毛細根系分布在該層有關。

圖1 不同利用方式地有機質、全氮和堿解氮的垂直變化Fig.1 Vertical variation of organic matter, total nitrogen and available nitrogen under different land useAF：棄耕地Abandoned field；MF：枸杞地Medlar field；WF：小麥地Wheat field；下同 The same below.

2.2 枸杞種植年限對次生鹽漬化土壤鹽分的影響

研究區土壤水溶性鹽分組成中無CO32-，以Na+占絕對優勢。根據土壤鹽化分級標準，棄耕地屬于鹽土，各枸杞地均屬于強度鹽化土，小麥地屬于輕度鹽化土。按鹽化類型劃分，棄耕地為氯化物鹽土，各枸杞地均為硫酸鹽-氯化物鹽化土，小麥地為氯化物-硫酸鹽鹽化土[6]。土地利用方式對除Ca2+之外的其他離子、全鹽量、電導率均有顯著或極顯著的影響(表2)。與棄耕地相比，枸杞地除HCO3-顯著增加、Ca2+降低不明顯外，其他離子、全鹽量、電導率均顯著降低，離子組成中Na+降幅最大，達70.1%～82.9%，全鹽量降低70.9%～82.8%；不同種植年限枸杞地之間各離子、全鹽量、電導率無顯著差異；枸杞地Na+和全鹽量顯著高于小麥地，其他離子和電導率均與小麥地差異不顯著，枸杞地Na+和全鹽量比小麥地分別高出118.1%～282.3%和84.0%～211.5%。說明種植枸杞可以大幅降低次生鹽漬化土壤鹽化程度，使鹽土演變為強度鹽化土，但由于Na+的含量還較高，這種降低與鹽漬化程度較低的傳統農耕地還有很大的差距。

鹽分的垂直變化顯示(圖2)，棄耕地鹽分各離子(除HCO3-外)和全鹽量隨土層深度的增加迅速下降，尤其在0～20 cm土層，說明棄耕地鹽分的表聚現象非常明顯；棄耕地HCO3-的垂直變化不明顯，枸杞地和小麥地HCO3-均在0～40 cm土層明顯高于棄耕地；枸杞地和小麥地K+、HCO3-隨深度增加而降低，其他離子、全鹽量則隨深度增加有升高趨勢。人類生產活動降低了次生鹽漬化土壤鹽分含量，也改變了鹽分十分明顯的表聚現象。

表2 不同利用方式地土壤鹽分特征

圖2 不同利用方式地土壤鹽分組成及全鹽量的垂直變化Fig.2 Vertical variation of soil salt component and total salt content under different land use

2.3 枸杞種植年限對次生鹽漬化土壤其他理化性質的影響

表3所示，土地利用方式對土壤機械組成、CaCO3、pH、容重、孔隙度均有顯著或極顯著的影響，對比重無顯著影響。與棄耕地相比，枸杞地砂礫含量顯著降低、粉粒和粘粒含量顯著增加，CaCO3含量顯著增加，pH值顯著降低；機械組成、CaCO3、pH不同種植年限枸杞地、小麥地相互之間差異不顯著；隨著枸杞種植年限的增加，容重先減小后增加，孔隙度先增加后減小。次生鹽漬化土壤種植枸杞后土壤質地、酸堿度向好的方向發展，CaCO3含量的增加與施用過磷酸鈣有關。土壤有機質的增加可以降低容重，增加土壤孔隙度，但隨著種植年限的增加，長期踩踏使容重增加，孔隙度減小。

從機械組成的垂直變化看出(圖3)，與棄耕地相比，枸杞地在0～20 cm土層砂礫的降低、粉粒和粘粒的增加比較明顯，60～100 cm土層砂礫的降低、粉粒的增加最為明顯；枸杞地與小麥地機械組成的垂直變化相似。

表3 不同利用方式地其他土壤理化特征

圖3 不同利用方式地土壤機械組成的垂直變化Fig.3 Vertical variation of soil mechanical composition under different land use

圖4顯示，0～20 cm土層枸杞地CaCO3含量比棄耕地增加明顯，60～100 cm土層也比較明顯；枸杞地pH值在各土層都明顯低于棄耕地；各利用地土壤容重在0～30 cm土層均隨深度增加而減小，30 cm以下又逐漸增大，這與土壤孔隙度的垂直變化恰好相反；在0～20 cm土層，枸杞地容重明顯低于棄耕地，孔隙度則枸杞地明顯高于棄耕地；枸杞地與小麥地CaCO3含量、pH值、容重、孔隙度的垂直變化均相似。

圖4 不同利用方式地土壤CaCO3含量、pH值、容重和孔隙度的垂直變化Fig.4 Vertical variation of soil CaCO3 content, pH value, bulk density and porosity under different land use

3 討論

植物凋落物及根系向土壤中釋放的有機酸和酶及脫落的根冠細胞和殘留根系既增加了土壤有機質含量，又有利于土壤微生物的活動，促進營養物質的溶解，提高土壤肥力；有機酸可中和土壤中OH-，降低土壤pH值；土壤有機質的增加又促進了土壤團粒結構的形成，使土壤疏松，增加土壤通透性。研究表明[7,13]，在草甸鹽土上種植紫花苜蓿(Medicagosativa)、魯梅克斯草，3年后土壤有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀增加，pH值降低，容重降低，孔隙度增大，本研究結果與之基本一致。本研究中土壤全磷、全鉀、速效磷、速效鉀含量變化不明顯，這可能與枸杞的采摘和修剪從枸杞林系統中移出大量物質、以及施肥結構中磷素和鉀素相對較少有關。植被的建植有效地減弱了地表風蝕，攔截細粒的沉降，改善了土壤機械組成[24]。隨著種植年限的增加，由于長期踩踏，枸杞種植后期土壤容重又增大，孔隙度減小。

鹽堿地種植植物后，隨著植物生長年限的增加，土壤鹽含量逐年下降。含鹽量下降的主要原因是[25]：1)灌溉淋洗鹽分；2)植被蓋度增加，減少地表蒸發，減少鹽分從深層上升；3)枯枝落葉和根系增加有機質含量，有機質分解產生各種有機酸，使土壤中陰陽離子溶解度增加，有利于脫鹽；4)每年收獲、修剪帶走一部分鹽。本研究中，種植枸杞4～11年，土壤全鹽量降低70.9%～82.8%。以往研究結果表明，在鹽堿地種植植物2～4年后，土壤脫鹽率為61%～85%[7,13,26-27]，本研究結果與之相符合。

研究區土壤CaCO3含量很高，為石灰性土壤，枸杞地和小麥地施用過磷酸鈣使得CaCO3含量更高。石灰性土壤中存在著CaCO3+H+HCO3-+Ca2+這種平衡，枸杞地有機質含量升高，分解形成的有機酸增多，加之根系分泌的有機酸使得土壤溶液中H+增加，平衡向右移動，HCO3-升高。又由于土壤鹽分離子中HCO3-和Na+不易被淋洗[28]，所以棄耕地種植枸杞后HCO3-濃度升高。不同鹽分離子在土壤中的分布特征主要與離子的濃度與電荷數有關：Na+濃度明顯高于Ca2+與Mg2+濃度，使得土壤膠體吸附的Ca2+與Mg2+易于被Na+置換而進入土壤溶液，隨水分遷移[29]。棄耕地種植枸杞后，除HCO3-離子外，Na+雖然顯著降低，但還顯著高于小麥地，其他鹽分離子已降至和小麥地相當。過量施肥[30-31]和不合理的灌溉方式是引起土壤次生鹽漬化的重要因素，枸杞地化肥使用量和灌水量很高，而且都遠高于小麥地，使得枸杞地鹽漬化程度高于小麥地。

4 結論

與棄耕地相比，枸杞地土壤有機質、全氮、堿解氮含量升高，砂礫含量降低、粉粒和粘粒含量升高，CaCO3含量升高，pH值降低，容重先降低后升高，孔隙度先升高后降低。水溶性鹽分組成中(除HCO3-升高外)各離子含量、全鹽量、電導率降低，表明種植枸杞可以改善次生鹽漬化土壤養分狀況、降低鹽漬化程度、改變土壤鹽化類型和鹽分垂直分布，并改善土壤質地、降低酸堿度、減小容重、增加孔隙度。

研究區土壤水溶性鹽離子組成中無CO32-，以Na+占絕對優勢，棄耕地鹽分的表聚現象非常明顯。按土壤鹽化分級標準，棄耕地屬于鹽土，各枸杞地均屬強度鹽化土，小麥地屬輕度鹽化土；按鹽化類型劃分，棄耕地為氯化物鹽土，各枸杞地均為硫酸鹽-氯化物鹽化土，小麥地為氯化物-硫酸鹽鹽化土。枸杞地只有水溶性Na+含量和全鹽量顯著高于小麥地，其他土壤理化指標和小麥地沒有差異。表明次生鹽漬化土地種植枸杞后除占鹽分主導地位的Na+含量明顯較高外，其他土壤性狀恢復至和鹽漬化程度低的傳統農耕地相當。

枸杞種植的4～11年期間，只有容重顯著地先降低后升高、孔隙度先升高后顯著降低，其他土壤理化性質變化均不顯著。表明次生鹽漬化土地種植枸杞的前4年間土壤理化性質發生了迅速改變，之后變化速度很緩慢。引起這種變化的原因是土地利用發生了改變，相同土地利用類型下土壤性質變化緩慢，種植枸杞所采取的灌水洗鹽、施肥等管理措施以及枸杞生長對土壤的影響是該區次生鹽漬化土壤性狀發生改變的主要原因，也表明了人類管理措施對土壤性質影響的重要性。

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Soil characteristics of medlar wood growing on secondary salinization land in Jingdian irrigation zone

LI Yin-Ke, MA Quan-Lin, WANG Yao-Lin, SUN Tao, JIN Hu-Jia, SONG De-Wei, ZHU Guo-Qing, DU Juan

StateKeyLaboratoryofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China

This study evaluates the effect of planting medlar on the sustainable use of secondary salinized land. The physical and chemical properties of secondary salinized soil were investigated under different land use patterns, including an abandoned field (AF), medlar fields with different planting years (MF) and a wheat field (WF). Compared to AF, the MF soils showed significant increases in organic matter, total nitrogen, available nitrogen, and HCO3-, while total salt content and electrical conductivity significantly decreased. The most significant decrease was in Na+(70.1%-82.9%). Results also showed that in MF soils the sand content decreased and silt and clay content increased. CaCO3content increased and pH value decreased. However, bulk density firstly decreased and then increased over time, while porosity showed an opposite trend when compared with AF. K+and total salt content were higher in MF than in WF by 118.1%-282.3% and 84.0%-211.5% respectively. Other soil physical and chemical properties showed no significant differences between MF and WF. The results show that secondary salinized soil quality is improved by planting medlar. Although Na+content was significantly higher, other soil characteristics were relatively low compared to salinization of traditional cropland. The improvement of soil characteristics was rapid during the first 4 years of medlar planting and then slowed considerably. The study thus shows that changes in land use patterns greatly influence the soil characteristics of secondary salinized land.

secondary salinized soil; medlar planting; land use patterns; soil characteristics

10.11686/cyxb20150508

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-04-08；改回日期：2014-08-15

甘肅省青年科學基金項目(1208RJYA067，1208RJYA093)，全球環境基金項目(GEF/53-4280)和甘肅省省屬科研院所科技創新團隊(1207TTCA002)資助。

李銀科(1982-)，男，甘肅徽縣人，助理研究員，碩士。E-mail：lyk819@163.com

李銀科， 馬全林， 王耀琳， 孫濤， 靳虎甲， 宋德偉， 朱國慶， 杜娟. 景電灌區次生鹽漬化土地枸杞林的土壤特征研究. 草業學報, 2015, 24(5): 66-74.

Li Y K, Ma Q L, Wang Y L, Sun T, Jin H J, Song D W, Zhu G Q, Du J. Study on soil characteristics of medlar wood in secondary salinization land in Jingdian irrigation zone. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 66-74.