種植綠肥對濱海鹽漬土養(yǎng)分及鹽分動態(tài)變化的影響

朱小梅，溫祝桂，趙寶泉，劉 沖，邢錦城，董 靜，丁海榮，洪立洲

種植綠肥對濱海鹽漬土養(yǎng)分及鹽分動態(tài)變化的影響

朱小梅，溫祝桂，趙寶泉，劉 沖，邢錦城，董 靜，丁海榮，洪立洲*

(江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇鹽城 224002)

【目的】明確不同綠肥作物對土壤理化性狀的影響，為濱海鹽漬土改良利用提供理論依據(jù)。【方法】通過田間種植豆科綠肥田菁、草木樨，分析了綠肥生長季濱海鹽漬土容重、孔隙度、pH、養(yǎng)分、有機質(zhì)及鹽離子總量的動態(tài)變化。【結(jié)果】與種植前相比，一個生長季后，種植田菁、草木樨土壤容重減輕6.72%～8.82%，孔隙度增加6.90%～9.43%;土壤有機質(zhì)、有效氮含量分別較種植前增加4.56%～6.80%和9.49%～10.7%，且含量最高的是1月和3月;土壤速效磷含量降低，降幅范圍為2.17%～35.6 %;0～20 cm土層pH降低，可溶性鹽離子總量及氯離子含量分別由種植前的3.36～5.92和1.12～1.89 g/kg降低到種植后的1. 44～2.08和0.178～0.247 g/kg，脫鹽效果顯著。【結(jié)論】種植豆科綠肥田菁、草木樨可明顯改善土壤物理結(jié)構(gòu)，降低土壤pH與鹽分水平，提高土壤有機質(zhì)與有效氮含量。

綠肥;鹽漬土;養(yǎng)分;鹽分;動態(tài)變化

【研究意義】我國有鹽漬土3.6×107hm2，主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)以及濱海地帶，且大部分淤積型海岸帶和海涂土壤由于鹽分含量高而嚴(yán)重阻礙其開發(fā)利用[1]。通過不同的土壤改良培肥措施合理開發(fā)利用濱海鹽漬土資源對擴大我國的耕地面積，保障國家糧食安全具有重要作用。【前人研究進展鹽漬土的改良主要有工程措施、化學(xué)措施和生物措施，但因工程措施與化學(xué)措施改良鹽漬土投資成本均較高，目前國內(nèi)外廣泛采用的是通過生物措施改良鹽漬土[2]。【本研究切入點】隨著國家沿海大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，江蘇沿海灘涂大面積開發(fā)利用的步伐也在加快。在濱海鹽漬土上種植具有一定耐鹽能力的豆科綠肥作物，利用其根瘤固氮作用，增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤肥力狀況是生物改良鹽漬土的有效途徑之一[3]。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文通過對田菁、草木樨一個生長季中土壤基本理化性狀的分析和研究，揭示濱海鹽漬化土壤pH、養(yǎng)分、有機質(zhì)及鹽分的動態(tài)變化規(guī)律，以期為濱海鹽漬土的改良利用提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2015年5-11月在江蘇省大豐市灘涂農(nóng)業(yè)示范基地金海農(nóng)場進行，地理位置北緯32。59′、東經(jīng)120。49′，年均氣溫13～16℃，無霜期208～220 d，年均降雨量900～1300 mm，年日照時數(shù)2100～2600 h。供試作物為豆科綠肥田菁、草木樨，試驗用地為3塊肥力基本一致的輕質(zhì)沙壤地塊，地塊1與地塊2分別種植綠肥作物田菁、草木樨，地塊3留作空白對照。2015年5月4日播種，10月28日收獲。分別于2015年5月、7月、9月、11月和2016年1月、3月，采集0～20 cm土樣，測定土壤的有效氮、速效磷、有效鉀、有機質(zhì)、pH、水溶性鹽離子總量及氯離子含量，種植前后(5月和11月)分別采集0～20 cm環(huán)刀樣品供土壤容重和孔隙度測定。

1.2 測定項目和方法

土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法測定，水溶性鹽離子總量采用殘渣烘干-質(zhì)量法測定，氯離子含量采用硝酸銀滴定法，pH用電位法，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法，有效氮采用堿解-擴散法，速效磷用碳酸氫銨浸提-鉬銻抗比色法，有效鉀采用醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植綠肥對土壤物理性狀的影響

土壤容重是在未破壞土壤自然結(jié)構(gòu)的情況下，單位容積的土壤重。表1中，種植綠肥后，土壤容重均明顯降低，且與對照相比，種植田菁的效果優(yōu)于草木樨。土壤孔隙度是土壤中孔隙的體積分?jǐn)?shù)，結(jié)構(gòu)良好的土壤孔隙度較高，反之孔隙度低。種植綠肥一季后，土壤孔隙度分別比對照增加9.3%和10.7 %，這是因為綠肥作物殘根及一定量的枯葉落在地上，經(jīng)腐爛分解后促進了土壤耕層團粒結(jié)構(gòu)的形成和鞏固，使土壤容重減輕，孔隙度增加，物理結(jié)構(gòu)得到明顯改善。

2.2 種植綠肥對土壤基本農(nóng)化性狀動態(tài)變化的影響

2.2.1 種植綠肥對不同月份土壤pH的影響 土壤pH值是影響土壤肥力的重要因素之一，對土壤養(yǎng)分存在的形態(tài)和有效性、微生物活動及對作物本身生長發(fā)育都有著密切的關(guān)系。圖1中，5月初種植綠肥前土壤pH較高，均在7.90以上。7-11月種植田菁與草木樨的土壤pH值較種植前均明顯降低，但二者動態(tài)變化過程并不一致，這可能是受植物根系分泌物的影響所致。綠肥作物收獲后，11月至翌年3月，土壤pH整體呈先上升再下降的趨勢，且均以對照明顯高于種植綠肥的處理。

2.2.2 種植綠肥對不同月份土壤有效氮含量的影響 由圖2可知，7月種植田菁和草木樨的土壤有效氮含量均顯著降低，而在9月又呈升高趨勢。這可能是因為7月正是豆科綠肥田菁與草木樨旺長期，其根際根瘤菌固定的氮素不足以提供植物生長所需的全部養(yǎng)分，從而消耗土壤中貯存的較多養(yǎng)分，而9月由于植株所需的氮素養(yǎng)分減少，根瘤菌固定的氮素及土壤中礦化氮未被全部利用，使土壤有效氮含量有所上升。綠肥作物收獲后，11月至翌年1月，土壤有效氮含量呈持續(xù)走低趨勢。3月由于氣溫回暖及微生物作用，種植田菁和草木樨的土壤有機質(zhì)礦化作用加快，土壤有效氮含量顯著上升，但對照有效氮含量在7月份下降后再無明顯增加趨勢。

2.2.3 種植綠肥對不同月份土壤速效磷含量的影響 圖3中，5-9月，種植田菁的土壤速效磷含量呈直線上升趨勢，且含量顯著高于種植草木樨的土壤，這可能是因為田菁的根系較強大，根際微生物活動范圍較廣，從而使更多難溶性磷轉(zhuǎn)化為植物可吸收利用的礦化態(tài)磷。而種植草木樨的土壤速效磷含量則呈先下降再上升的趨勢，7月草木樨生長迅速，對土壤速效磷的索取大于積累，使其含量下降。9月可能因為植株消耗的速效磷小于其礦化積累量，從而使土壤速效磷含量有所增加。11月植株收獲后，3個地塊土壤中速效磷含量均降低至16.1～17. 4 mg·kg-1，較種植綠肥前的20.1～22.5 mg·kg-1含量明顯降低。

表1 種植綠肥對土壤物理性狀的影響Table 1 Effects of planting green manure on soil physical properties

2.2.4 種植綠肥對不同月份土壤有效鉀含量的影響 由圖4知，綠肥田菁與草木樨生長期內(nèi)，土壤速效鉀含量從5月種植前的136.7～140.8 mg·kg-1降低到11月收獲后的86.2～102.4 mg·kg-1，含量顯著下降。至翌年1-3月，田菁與草木樨種植地土壤有效鉀含量均回歸到86.7～92.4mg·kg-1，趨于穩(wěn)定，而對照地塊的有效鉀含量呈直線上升趨勢，這可能是蒸騰作用使底層土壤中鉀離子隨土壤毛細(xì)管上升的緣故。總體來說，綠肥作物生長一季后，土壤中有效鉀含量降低。對照處理在綠肥生長期內(nèi)的有效鉀含量變化趨勢與種植草木樨地塊基本一致，但含量均低于種植草木樨與田菁的土壤，這可能是因為田菁與草木樨均為根系較強大的草本植物，可以富集吸收底層土壤中的鉀，而對照地塊由于自然降水的淋鹽作用，有效鉀含量降低。

圖1 不同月份土壤pH動態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of soil pH in differentmonths

圖2 不同月份土壤有效氮含量動態(tài)變化Fig.2 Dynamic changes of soil available nitrogen in differentmonths

2.2.5 種植綠肥對不同月份土壤有機質(zhì)含量的影響 土壤有機質(zhì)是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，同時也是影響土壤穩(wěn)定性和生產(chǎn)力的主要因素之一。圖5顯示，7月土壤有機質(zhì)含量較5月顯著降低，這是因為7月氣溫較高，有機質(zhì)分解礦化速度加快，釋放大量養(yǎng)分以供植株生長，從而使土壤中有機質(zhì)含量顯著降低。9月植株生長減緩，消耗土壤中養(yǎng)分減少，輸入土壤的植物根系、根系分泌物及枯枝落葉含量增加，從而使有機質(zhì)含量較7月顯著增加，且高于種植前水平，之后增勢逐漸趨于平緩，3月時含量又有所降低。總體來看，種植田菁、草木樨與對照的有機質(zhì)含量變化趨勢基本一致，但對照有機質(zhì)含量在各個月份都明顯低于種植綠肥的處理。

圖3 不同月份土壤速效磷含量動態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of soil available phosphorus in differentmonths

圖4 不同月份土壤有效鉀含量動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of soil available potassium in differentmonths

圖5 不同月份土壤有機質(zhì)含量動態(tài)變化Fig.5 Dynamic changes of soil organicmatter in differentmonths

圖6 不同月份土壤鹽離子總量動態(tài)變化Fig.6 Dynamic changes of soil soluble salt ions in differentmonths

圖7 不同月份土壤氯離子含量動態(tài)變化Fig.7 Dynamic changes of soil chloride ion contents in differentmonths

2.3 種植綠肥對土壤鹽離子總量及氯離子含量動態(tài)變化的影響

2.3.1 種植綠肥對不同月份土壤鹽離子總量的影響 7月種植綠肥與對照土壤的鹽離子總量均顯著降低(圖6)，含量從5月種植前的3.36～5.92 g· kg-1下降到7月的1.86～2.10 g·kg-1，一方面原因是綠肥的生長吸收了土壤中的部分鹽離子，另一方面可能是7月雨水比較集中，使得0～20 cm土層的鹽離子隨自然降水的淋鹽作用下降到底層土壤。9月土壤中鹽離子總量均明顯提高，且對照處理的鹽離子總量顯著高于種植田菁與草木樨的處理，可能原因是其地表植被覆蓋率低導(dǎo)致地面蒸發(fā)作用加強，底層鹽離子隨土壤毛細(xì)管上升，從而使表土層的鹽離子含量增加。總體來看，種植綠肥田菁、草木樨的土壤中鹽離子總量在一年中呈現(xiàn)出“下降-上升-下降-上升”的過程，但均較種植前明顯降低。

2.3.2 種植綠肥對不同月份土壤氯離子含量的影響 由于離子間存在著吸收競爭性抑制作用，大量氯離子的存在會抑制植物對NO3-及H2PO4-的吸收，造成植物養(yǎng)分不平衡，從而影響植物生長。圖7可知，一年中，種植田菁、草木樨及對照土壤中氯離子含量變化趨勢與鹽離子總量變化趨勢基本一致。7月土壤氯離子含量較5月種植前顯著降低，這可能是氯離子較難被土壤吸附，隨徑流轉(zhuǎn)移的原因。除9月，對照氯離子含量顯著高于種植田菁與草木樨處理外，其余月份均以種植田菁土壤中氯離子含量較高，這可能是田菁植株較草木樨相對高大，其根系吸收富集土壤中離子的能力也較強的緣故。

3 討 論

眾多研究表明，種植綠肥作物田菁、沙打旺、草木樨、紫花首蓿等可不同程度地提高濱海鹽漬土有效氮、有效鉀和有機質(zhì)含量[5-7]。本研究中，種植綠肥一季后，翌年3月土壤中有效氮、有機質(zhì)含量較種植前分別增加9.49%～10.7%和4.56%～6.80 %，這與前人種植豆科綠肥可提高土壤有效氮、有機質(zhì)含量的研究結(jié)論是一致的。本試驗中種植田菁、草木樨后土壤有效鉀含量較種植前明顯降低，這與李月芬等闡述的黃花草木樨對鉀的吸收量很大，而無補給量，所以鉀含量呈下降趨勢的結(jié)論較吻合[8]。魏忠平等的研究顯示，種植田菁、首蓿、草木樨一個生長季后，土壤速效磷含量顯著降低或呈明顯下降趨勢[8-9]。張立賓等的研究結(jié)果卻表明，紫花首蓿、沙打旺、田菁的種植可有效增加土壤中的速效磷含量[10-11]。本試驗中，種植豆科綠肥田菁、草木樨一個生長季后，土壤速效磷含量較種植前分別降低2.17%和35.5%，原因可能與不同作物吸收土壤中難溶性養(yǎng)分的能力強弱不均及土壤本身閉蓄態(tài)磷含量的多少有關(guān)。

土壤水溶性鹽是鹽堿土的一個重要屬性，也是限制植物生長的障礙因素[12]。資料顯示，在含鹽量0.35%以上時，鹽漬土上大量的可溶性鹽可導(dǎo)致土壤水勢及水分有效性顯著降低，使作物立苗困難[13]。本試驗種植田菁、草木樨一年后，表層土壤水溶性鹽離子總量由種植前的5.92和3.36 g· kg-1降低到種植后的2.08和1.44 g·kg-1，脫鹽效果顯著，特別是田菁的脫鹽率更是達(dá)到64.9%。而前人對田菁改良鹽漬土的研究結(jié)果顯示，田菁可使表層土壤的脫鹽率達(dá)到6.09%～46.0%，這可能與土壤鹽分的季節(jié)性變化有一定關(guān)系[10-11，14]。

氯是農(nóng)作物生長發(fā)育不可缺少的微量元素，在一定濃度范圍內(nèi)，它能促進作物的生長發(fā)育，但當(dāng)濃度過高時，它又抑制作物的正常生長，產(chǎn)生氯毒，致使作物減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)。前人研究證明，種植紫花首蓿和牛尾草4年后，0～60 cm土層平均含氯鹽由種前的1.70 g·kg-1，逐年下降到種后第4年的0.375 g·kg-1[15]。本研究中，種植田菁、草木樨一年后，0～20 cm土層氯離子含量即由5月份種植前的1.12～1.89 g·kg-1降低到翌年3月的0.128～0.247 g ·kg-1。可見，由于植株根系主要集中在耕作層，0～20 cm土層的脫氯速度較0～60 cm土層快，但翌年是否會出現(xiàn)回升情況還有待繼續(xù)研究。

4 結(jié) 論

本試驗中，一個生長季后，種植田菁、草木樨土壤容重分別較對照降低6.72%和8.82%，孔隙度分別增加6.90%和9.43%，土壤物理結(jié)構(gòu)得到明顯改善;土壤有機質(zhì)、有效氮含量分別由種植前的8.34～9.03 g/kg和80.6～82.3 mg/kg增加至種植后的8.72～9.64 g/kg和89.2～90.1 mg/kg，且含量最高的分別是翌年1月和3月;土壤速效磷與有效鉀含量均有所下降，整體來看，速效磷含量下降趨勢較平緩，而速效鉀含量降勢較劇烈;0～20 cm土層pH降低，可溶性鹽離子總量及氯離子含量分別較種植前降低57.1～64.9%和84.1～86.9%，脫鹽效果顯著。

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(責(zé)任編輯 李 潔)

Effects of Planting Green M anure on Dynam ic Changes of Saline Soil Nutrients and Soluble Salt Ions

ZHU Xiao-mei，WEN Zhu-gui，ZHAO Bao-quan，LIU Chong，XING Jin-cheng，DONG Jing，DING Hai-rong，HONG Li-zhou*
(Institute of Agriculture Sciences In Coastal Area Jiangsu，Jiangsu Yancheng 224002，China)

【Objective】In order to provide a theoretical basis for improvementand utilization of coastal saline soil by using greenmanure，the effects of planting different species of green manure on saline-soil physical and chemical propertieswere analyzed.【Method】Two species of leguminous greenmanure，Sesbania cannabina and Melilotussuaveolens，were used in field experiments.Changes of soil properties，like soil bulk density，porosity，pH，nutrients，organicmatter and soluble salt ions contents，were tested in one growing season of green manure.【Result】Compared to without planting，soil bulk density and contents of soil available phosphorus of soil collected from planting field was decreased from 6.72%to 8.82%and 2.17%to35.6%，respectively.In themeanwhile，the contents of soil available nitrogen and organic matter increased by 4.56%-6.80%and 9.49%-10.7%，respectively，ofwhich the highest periodswere in January and March. And the soil porosity increased from 6.90%to9.43%.Besides，pH of0-20 cm soil-layer decreased，the contentsof soluble salt ions and chloride ion were significantly reduced from 3.36-5.92 and 1.12-1.89 g/kg to 1.44-2.08 and 0.178-0.247 g/kg，respectively.【Conclusion】Planting S.cannabina and M.suaveolens could improve saline soil physical and chemical properties，such as pH，organicmatter，available nitrogen，as well as has obvious effects on desalting effects.

Green manure;Saline soil;Nutrients;Soluble salt ions;Dynamic changes

S55

A

1001-4829(2017)8-1894-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.034

2016-08-23

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金(CX(15)1005);江蘇沿海地區(qū)農(nóng)科所所基金項目(YHS201501);農(nóng)業(yè)部沿海鹽堿地科學(xué)觀測實驗站開放課題(YHS201607)

朱小梅(1982-)，女，碩士，江蘇鹽城人，助理研究員，主要從事植物營養(yǎng)與鹽土改良利用方面的研究，E-mail:xiaomeizhu301@163.com，*為通訊作者:洪立洲(1968-)，男，碩士研究生，江蘇鹽城人，研究員，主要從事土壤肥料與農(nóng)業(yè)工程研究，E-mail:ychonglz@163.com。