5種C₄作物對菜田土壤次生鹽漬化的改良作用

瞿云明

摘要：C₄作物具有良好的除鹽作用，為篩選適宜的除鹽作物，減緩土壤次生鹽漬化的發生和改良次生鹽漬化土壤，以甜高粱、甜玉米、墨西哥玉米、高丹草、蘇丹草5種C₄作物為試材測試了他們對菜田土壤次生鹽漬化的改良效果。結果表明，種植上述5種C₄作物53 d可降低表層土壤鹽分20.70%以上，其中甜玉米除鹽效果最好，為46.60%，甜高粱次之，墨西哥玉米位列第3。同時秸稈還田，可為下茬作物提供養分。綜合除鹽率和秸稈還田效果，甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱位可作為改良菜田土壤次生鹽漬化的優選作物。

關鍵詞：菜田土壤；C₄作物；土壤次生鹽漬化

土壤鹽漬化與次生鹽漬化是當今世界土壤退化的主要問題之一，土壤鹽漬化是世界范圍內影響作物產量的重要非生物逆境，我國鹽漬土總面積約3.3×10⁷hm²，特別是沿海地區，土地鹽漬化十分嚴峻嘲。過量施用化肥及不合理的灌溉管理措施造成土壤次生鹽漬化等問題，從而導致蔬菜等作物產量、品質降低，不僅造成了水分和肥料的大量浪費，同時也產生了突出的生態與環境問題。一般情況下，土壤次生鹽漬化在設施栽培中比較常見。隨著蔬菜產業的發展，由于蔬菜種植的集約化，露地蔬菜種植也出現不同程度的土壤次生鹽漬化危害。甜玉米作為填閑作物種植，可降低土壤剖面電導率，延緩由于降雨或灌水而造成大部分鹽分向深層次土壤淋失的風險。種植毛苕子、蘇丹草、甜玉米和莧菜均能降低土壤中可溶性鹽分含量，且其與種植密度呈正相關。近年來，國內外對利用C₄作物改良鹽漬土壤的研究取得了明顯進展，但大都集中在C₄作物耐鹽品種的選育、耐鹽機制及改良鹽漬土機制的研究。涉及到有關C₄作物的具體品種對鹽漬土的改良研究不多，對于墨西哥玉米、高丹草及常規密度種植甜玉米改良蔬菜土壤次生鹽漬化鮮有報道。蓮都區地處浙西南山區，是全國蔬菜重點縣，蔬菜產業上日益嚴重的次生鹽漬化土壤急需改良，而禾本科牧草為鹽堿地改良的首選牧草。種植C₄類禾本科牧草是一種較為理想的生物除鹽措施翻，但該技術研究在本地尚未開展。為此，以適應性強、產量高、兼具牧草和綠肥功能的C₄作物為標準選擇耐鹽作物，開展試驗，探索土壤次生鹽漬化改良新技術，以改良本地次生鹽漬化土壤和減緩土壤次生鹽漬化的進程。

1材料與方法

1.1材料

試驗地位于蓮都區郎奇村設施蔬菜基地大棚內，已連續4 a（年）種植黃瓜、番茄，前茬作物為番茄，每年休閑期間為6月中下旬至9月。重壤質土壤，土壤表層干燥時有明顯的白色返鹽并板結表象，破碎后呈灰白色粉狀，呈典型的土壤次生鹽漬化狀況。該土壤有機質含量14.6 g·kg^-1，有效磷含量394.2 mg·kg^-1，可溶性鹽分含量為6.2 g·kg^-1，Na⁺含量為219.0 mg·kg^-1，C1^-含量為623.8 mg·kg^-1，速效鉀含量為133.0 mg·kg^-1，pH 7.88。試驗于2016年6—8月進行，參試的C₄作物品種有5個，分別為從百綠公司購買的大力士甜高粱、先鋒高丹草、草優12墨西哥玉米（簡稱墨玉米）、普通蘇丹草，及由金華雙依種子有限公司提供的雙依甜玉米；其中甜玉米、甜高粱、蘇丹草3種材料是從已有報道的除鹽效果顯著的植物中挑選而來。設置5個作物和1個對照（休閑）。每小區1畦，面積32 m²，畦面寬1.2m，每畦種2行；6月26日播種，甜玉米穴播，穴播2粒，株距30 cm；其余撒播，播種量150 g；3次重復，隨機區組排列。試驗期間大棚揭膜，不施肥料；出苗期灌溉5次水。8月18日收獲，整個生育期53 d。

1.2樣品采集

于6月26日播種采集土樣，以“S”形混合采樣法，采集耕層0～20 cm土樣，每小區取5點混合樣，共3份平行樣，當天內帶回實驗室。8月18日收獲時采集植株樣及土樣，植株樣以整株采集，每處理隨機取20株，現場稱鮮質量，并挑選3株帶回實驗室；土樣采集方法同上。

1.3測定指標及測定方法

2次土樣均測定土壤可溶性鹽、速效鉀、硝酸根、硫酸根、鈣、鎂、鉀、鈉、氯離子含量，播種日土樣增測土壤有機質、有效磷含量。

土壤可溶性鹽總量按NY/T1121.16-2006測定，速效鉀含量按NY/T 889-2004測定，NO₃^-含量采用紫外分光光度法，SO₄^2-含量采用EDTA滴定法測定，土壤交換性鈣/鎂按NY/T1121.13-2006測定，Na+含量采用火焰分光光度法測定，Cl^-含量采用硝酸銀滴定法測定。

植株測定株高、根長、鮮質量、干質量，全氮含量、全磷含量、全鉀含量。全氮含量采用凱氏定氮法測定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測定，全鉀含量采用火焰分光光度計法測定。

1.4數據處理

試驗數據經Excel 2007處理，采用SPSS 11.0軟件進行生物統計學分析。

2結果與分析

2.1 5種C₄作物生物學性狀

從表1可知，種植53 d時，平均株高、根系下扎深度、鮮質量和干質量之間存在差異。株高由高至低呈現為甜玉米>高丹草>甜高粱>墨玉米>蘇丹草；根系深度由深至淺呈現為甜高粱>甜玉米>高丹草>墨玉米>蘇丹草；鮮質量和干質量最高的為甜玉米，其次是墨玉米，鮮質量和干質量最小的為蘇丹草；墨玉米中含水量最高，蘇丹草最低。

2.2種植5種C₄作物對0～20 cm土壤鹽含量的影響

從表2可知，與對照相比，種植5種C₄作物53 d后可顯著降低0～20 cm土壤的鹽含量；其中以甜玉米除鹽效果最佳，較對照降低46.6%；其次是甜高粱，降低44.8%；墨玉米位次為3；最低的為蘇丹草，降低20.7%。但總體上均達到除鹽20%以上的效果。

2.3種植5種C₄作物對0～20 cm土壤中鹽基離子含量的影響

由表3可知，與對照相比，種植5種C₄作物后，（1）0～20 cm土壤鹽基離子含量都顯著降低；（2）鈣、鎂、鉀、鈉4種鹽基陽離子分別平均降低21.0%、19.2%、19.7%、27.7%；硝酸根、硫酸根、氯離子3種鹽基陰離子分別降低39.8%、33.9%和37.0%；（3）甜高粱處理鈉離子降幅最大，為33.2%，其次甜玉米處理，降幅32.7%，墨玉米位次為第3，降幅31.3%，蘇丹草處理降幅最小，僅為18.4%；（4）陰離子平均降幅是陽離子的1.68倍。可見，種植5種C₄作物后土壤鹽含量明顯降低，與C₄作物吸收鹽分離子，特別是與吸收次生鹽漬化土壤中的硝酸根、硫酸根、氯這3種重要酸根陰離子的能力關系甚為密切。

2.4種植5種C₄作物對0～20 cm土壤K⁺/Na⁺比值的影響

從表4可知，種植5種C₄作物后土壤中的K⁺/Na⁺比值均有增加，以甜玉米處理增幅最大，為21.7%；其次是墨玉米處理；增幅最小是蘇丹草處理，僅為3.3%。K⁺/Na⁺比值的增加，有利于農作物的生長和產量的增加。

2.5種植5種C₄作物的生物量及秸稈還田后帶入的養分情況

從表5可知，經53 d種植的5種C₄作物每667 m²生物量以墨玉米最高，其次為甜高粱，蘇丹草最低。墨玉米因產量高，且含氮鉀量高，每667 m²秸稈最終還田后帶入的養分，相當于施用36.8 kg尿素、41.3 kg過磷酸鈣和30.9 kg硫酸鉀。5種C₄作物秸稈還田皆可帶人數量可觀的養分。

3討論與結論

土壤次生鹽漬化對作物的危害不僅是生理f生的，還直接危害作物的生長。土壤中鹽分的積累影響土壤微生物活性，導致微生物種群和數量的變化。作物正常生長需要適宜的鹽度，已經或者趨于次生鹽漬化的土壤超過作物適宜的鹽度就必須采取相應的措施。生物除鹽是一項種植吸收能力強的植物吸收土壤的鹽分，達到降低土壤鹽分的技術。

筆者研究了甜高粱、甜玉米、墨西哥玉米、高丹草、蘇丹草5種C₄作物對次生鹽漬化菜田土壤的除鹽效果，結果表明5種C₄作物經53 d的種植，土壤中各鹽基離子大幅降低，表層土壤鹽分都能降低20.7%以上；其中甜玉米除鹽效果最好，為46.6%，甜高粱次之，這一研究結果與已有的研究結果基本相同，同時說明生物除鹽對次生鹽漬化菜田土壤的改良是可行的。

土壤中的K⁺/Na⁺比這一參數對鹽堿地作物的生長十分重要，且絕大多數鹽堿地都存在K⁺/Na⁺比值過小的現象。特別是多年過量施用雞糞的土壤，土壤中Na⁺大量存在，導致植物體中K⁺、Na⁺平衡和正常代謝受到破壞，植物細胞膜透性增加，體內是K⁺外流，致使農作物產量下降。增加土壤溶液中K⁺/Na⁺比，可緩和K⁺、Na⁺平衡，促進當季及下茬植物體內K⁺、Na⁺平衡，維護植物的正常代謝，實現作物產量的提高。種植上述5種C₄作物后，土壤的K⁺/Na⁺比都有增加，其中甜玉米處理增幅最大，其次是墨玉米處理，蘇丹草處理的增幅不顯著，這一結果也說明生物除鹽對次生鹽漬化菜田土壤的改良是可行的，但同時也表明生物除鹽時的植物選擇對改良的效果非常重要。

筆者所分析土壤中各種鹽分時所選擇的土壤層為0～20 cm，是基于多數作物70%～80%的根系都分布于此層，分析此層的情況對于目標作物的生長意義重大。研究所設計的種植密度是在本地已有的試驗結果中優選的，所選的除鹽植物中墨西哥玉米和高丹草對改良蔬菜土壤次生鹽漬化鮮有報道；特別是研究發現了常規密度種植甜玉米也具有良好的除鹽效果，這對改良次生鹽漬化土壤具有重要現實意義，也促進了以后該技術向農民的推廣。研究所選作物綠肥和牧草皆可，最終還田為有機肥，可改善土壤質地，增強土壤保肥供肥能力，減少化肥投入，對構建蔬菜土壤次生鹽漬化的循環系統也具重要現實意義。筆者發現墨西哥玉米具除鹽效果好、產量高、養分高之特點，也利于今后的推廣。關于對所試的C₄作物作為綠肥還田后改良土質及土壤改良后種植后茬作物產量和品質等方面的研究有待下一步展開。

種植甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱、高丹草、蘇丹草可在較短的時間內降低土壤鹽分，可作為改良菜田土壤次生鹽漬化的重要技術措施；甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱位可作為改良菜田土壤次生鹽漬化的優選除鹽作物。