復墾方式對農村宅基地土壤性質的影響研究

2016-03-23 01:37:04周青云孫書洪王仰仁韓娜娜李松敏天津農學院水利工程學院天津300384

中國農村水利水電 2016年9期

周青云，孫書洪，王仰仁，韓娜娜，李松敏(天津農學院水利工程學院，天津 300384)

0 引言

中國是一個農業大國，人多地少，隨著農村城鎮化發展，一方面越來越多的農民搬出原來的舊房，住進樓房，原有的宅基地被廢棄、閑置，造成土地資源浪費，另一方面要堅守國家“18億畝”耕地紅線，出現建設用地占用耕地的用地緊張狀況。廢舊宅基地復墾是解決農村宅基地粗放利用的一種有效方法。

在濱海鹽堿化地區，隨著農村社會經濟發展水平提高和城鎮化速度加快，越來越多的農民搬進新城，而原來的村莊基本廢棄急需整理。天津市是全國率先進行增減掛鉤試點的地區，2006年國土資源部向天津市下達了城鄉建設用地增減掛鉤周轉指標[1]，此后分別于2008年至2010年連續3次下達增減掛鉤指標，共3 472 hm2[2]。但由于缺乏統一的標準，導致復墾耕地質量差，復墾土地生產力不能快速恢復等問題。因此，針對濱海鹽堿化地區村莊土地的特點，進行土地復墾技術的研究有一定的實際意義。目前，對于鹽堿化地區村莊土地復墾技術的研究較少，但對鹽堿土地的復墾技術研究較多，主要改良技術有物理改良措施[3]、化學改良措施[4-6]、生物改良措施[7-9]和工程改良措施，這些單一的鹽堿土壤改良方法顯然不能滿足濱海鹽堿化地區村莊土地復墾的要求，一方面宅基地土壤由于長期占壓土壤密實，作物難以種植，土壤生產力幾乎為零，另一方面土壤含鹽量高、地下水埋深較淺，嚴重影響作物生長。針對上述問題，論文主要開展不同復墾方式對土壤理化性質的影響研究，以期為北方濱海宅基地復墾方式提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于天津市津南區的農村宅基地復墾區(N 38°98′、E 117°38′)。暖溫帶季風型大陸性氣候，年日照時數2 711 h，年平均氣溫11.7℃；極端年最高氣溫39.9 ℃，極端年最低氣溫-22.0 ℃；全年無霜期平均216 d，平均年降水量為556.4 mm，雨季一般從6月下旬開始，8月下旬結束，平均持續59 d，豐水年最大降水量為747 mm，枯水年降水量僅244.5 mm。復墾前，試驗區為農村居民點，土壤表層(0～20 cm土層)土壤有機質含量為0.46%，pH值為8.4，土壤含鹽量為5.77 g/kg，土壤有效磷18.33 mg/kg，土壤硝態氮7.18 mg/kg，土壤速效鉀336.68 mg/kg，土壤微生物0 mg/kg，土壤容重1.62 g/cm3。

1.2 樣品采集及測定

復墾前，在原拆舊村莊的院子和房屋處采用土鉆進行取樣，在整個拆舊區的院子和房屋處各設置10個取樣點，取樣深度為60 cm，每20 cm一層，共計60個土樣，取均值獲得院子和房屋處各層土樣參數；復墾后，分別在不同復墾方式的田塊采用土鉆進行土樣采集，采集深度為60 cm，每20 cm一層。將土壤樣品帶回實驗室進行土壤化學性質的測定，土壤有機質采用K2Cr2O7-H2SO4溶液外加熱法測定，土壤堿解氮采用堿擴散法測定，土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法，土壤速效鉀采用NH4OAC浸堤的火焰光度法測定，土壤含鹽量采用EC110便攜式鹽分計測定，并用蒸干法率定，土壤pH值采用pH計測定，土壤微生物碳含量采用熏蒸提取-容量分析法測定。為研究不同復墾方式對土壤物理性質的影響，宅基地復墾前后，在樣地各開挖3個土壤剖面，采用環刀法測定土壤容重；土壤飽和導水率采用Guelph入滲儀(2008KI，Stana Barbara，CA，U.S.A)進行測定。

2 復墾模式

選擇在天津市津南區葛沽鎮揚岑子村的拆舊區進行復墾模式研究，拆舊區面積3.84 hm2。揚岑子村于2012年3月完成建筑物拆除和垃圾清運，土地復墾于2012年5月開始，復墾模式主要有兩種，復墾模式I包括水鹽調控技術和土壤功能重構技術，復墾模式II包括水鹽調控技術、土壤功能重構技術和生物物種選擇技術。水鹽調控技術有土壤淋洗技術、明溝排水技術和暗管排水技術；土壤功能重構技術有土壤培肥技術、種植綠肥技術和土壤調理劑技術。生物選擇技術主要指種植耐鹽堿作物。水鹽調控的3種技術和土壤功能重構的三種技術可自由組合。復墾模式I中水鹽調控技術采用暗管排水，暗管埋深1.2 m，間距10 m，暗管直徑90 mm；土壤功能重構技術采用種植綠肥(苜蓿)。復墾模式II中水鹽調控技術采用明溝排水，排水溝深1.5 m，間距200 m，邊坡系數1∶1.25；土壤功能重構技術采用施有機肥，在作物種植前，撒施37 500 kg/hm2的有機肥，生物物種選擇技術主要種植番茄、茄子和玉米3種作物，分析復墾土壤對作物生長的影響。試驗過程中采用滴灌進行灌溉。

3 結果與分析

3.1 復墾對土壤物理性質的影響

圖1是復墾前后宅基地和院子土壤剖面密度變化情況。復墾前，房屋和院子在整個剖面的土壤密度較大，均大于1.6 g/cm3，說明村莊土地經過多年的占壓變得密實，難以滿足作物生長的需要。采用復墾技術后土壤密度明顯減小，特別是0～20 cm土層土壤密度變化明顯，復墾前房屋和院子的0～40 cm土層平均土壤密度分別為1.65和1.73 g/cm3，復墾后土壤密度變為1.48和1.42 g/cm3，說明復墾對宅基地土壤復墾效果明顯。

圖1 宅基地復墾前后土壤密度變化

土壤的滲透性能是土壤重要的物理性質之一，直接反應灌溉后土壤水分的入滲能力，土壤飽和導水率是反應土壤滲透能力的重要指標，飽和導水率越大說明土壤的滲透性能越好。表1是宅基地復墾前后土壤飽和導水率對比情況，從表中可以看出，復墾前房屋和院子土壤飽和導水率很小，僅為0.021和0.025 cm/min，說明復墾前土壤密實，透水性差。復墾后，房屋和院子土壤飽和導水率增大為0.212和0.551 cm/min，增大了10多倍，說明復墾有利于提高土壤的滲透性能。與周圍農田相比，復墾后田間土壤飽和導水率還沒有達到農田水平，這與宅基地土壤復墾的時間有關，經過多次的種植，預計可以達到周圍農田水平。

表1 復墾前后土壤飽和導水率對比 cm/min

3.2 復墾方式對土壤化學性質的影響

3.2.1復墾模式I對土壤化學性質的影響

復墾模式I中水鹽調控技術采用暗管排水，土壤功能重構技術采用種植綠肥(苜蓿)。圖2是復墾模式I對土壤有機質含量的影響，從圖2中可以看出，種植苜蓿后土壤有機質含量明顯提高，0～20 cm土層有機質含量變化波動性較大，20～40 cm土層和40～60 cm土層土壤有機質含量有所提高，但波動性較小。雖然種植綠肥對土壤有機質含量的提高幅度低于施用復合肥的，但從生態角度來說，應盡量施用有機肥和綠肥。圖2中各曲線呈現微弱的先升高后降低的趨勢，在2013年11月份到達頂點，即苜蓿各取樣點的有機質含量呈現增大后減小的趨勢，在2013年11月份有機質含量達到極值(最大值)。造成這種趨勢的原因是苜蓿為一年生或多年生宿根草本植物，從春季3月份已經開始生長，一直持續到冬季10、11月份，然后地上部分開始枯萎，地下的根存活，直到第二年的春天又開始復蘇，周而復始。

圖3為復墾模式I對土壤微生物量的影響，復墾前的土壤微生物量為零，測定日期為2011年11月22日，復墾后土壤微生物含量有明顯的增加趨勢和季節變化規律。圖4、圖5和圖6分別表示的是土壤堿解氮、土壤速效鉀和土壤有效磷含量的變化，土壤養分含量的變化與作物的生長有關，復墾后，土壤養分含量比復墾前有一定的增加，且波動較大，這與土壤水分含量的變化及苜蓿的生長有一定的關系。

圖2 不同深度土層土壤有機質質量分數變化(苜蓿)

圖3 土壤微生物量變化

圖4 土壤堿解氮含量變化

圖5 土壤速效鉀含量變化

圖6 土壤有效磷含量變化

土壤剖面鹽分分布與所處季節關系密切，從圖7中可以看出春季由于地表蒸發較大，土壤鹽分有增加的趨勢，但由于采用了復墾模式I，對地下水位進行了控制，因此，整個試驗階段土壤鹽分含量基本小于2 g/kg，比復墾前有明顯的降低。土壤pH值在作物種植過程中變化較小(圖8)，說明該集成技術對土壤的酸堿程度影響較小。

圖7 土壤含鹽量變化

圖8 土壤pH值變化

3.2.2復墾模式II對土壤化學性質的影響

復墾模式II中水鹽調控技術采用明溝排水、土壤功能重構技術采用施有機肥，生物物種選擇技術主要種植番茄、茄子和玉米三種作物。由于種植3種作物需要施化肥，對土壤的氮、磷、鉀含量影響較大，因此，僅對土壤有機質含量、土壤微生物含量、土壤含鹽量進行分析比較。

圖9是復墾后不同土層深度土壤含鹽量的變化情況。從圖9中可以看出，采用復墾集成技術后，土壤含鹽量明顯降低。種植番茄后，土壤含鹽量從4～6 g/kg降低到2～3 g/kg，種植茄子后土壤含鹽量從4～6 g/kg降低到1～3 g/kg，種植玉米后，土壤含鹽量從4～6 g/kg降低到0～2 g/kg，種植玉米的復墾土壤鹽分降低最為明顯。圖10是土壤微生物含量變化情況。從圖中可以看出，種植不同的作物對0～20 cm土層復墾土壤微生物量影響不同，土壤微生物含量增大排序為番茄土壤>種玉米土壤>種茄子土壤。作物的根系層主要在0～40 cm土層，因此0～40 cm土層土壤微生物量的增大程度大于40～60 cm土層，特別是0～20 cm土層土壤微生物量增大程度明顯。圖11是復墾前后種植不同作物的土壤有機質含量變化，復墾前土壤屬有機質極缺型土壤，種植作物顯著提高了土壤有機質含量。但不同作物對土壤剖面有機質含量影響不同，種植番茄和玉米的復墾土壤中有機質含量提高較多，而種植茄子后土壤有機質雖然有所提高，仍處于缺乏狀態。