施肥對海水倒灌后土壤鹽分時空分布的影響研究初報

王永鵬 曹啟民 覃姜薇 周玉杰 何俊齡 張永北 胡聃

摘 要 針對海水倒灌后土壤鹽漬化引發農田生產障礙的現狀，以撂荒水稻田為研究對象，分析土壤鹽分動態變化。結果顯示，土壤含鹽量隨種植年限呈遞減趨勢。兩季水稻栽培后，施有機肥處理土壤含鹽量降為0.91 g·kg-1;三季栽培后，不施肥處理、施無機肥處理土壤含鹽量分別降為0.81 g·kg-1、1.01 g·kg-1;四季栽培后，撂荒區土壤鹽分含量降低到0.90 g·kg-1。說明棄耕條件下，受災農田自我修復達到符合生產要求的時間需要3年以上;在常規耕作的基礎上，增施有機肥可以加速土壤含鹽量的降低，使農田恢復生產的時間提前1年。從時空分布看，表層土壤全鹽含量與pH及養分含量均呈顯著負相關關系，即土壤pH、養分隨土壤全鹽量的降低而逐漸增加。隨著棄耕時間推移及降雨不斷淋洗，Na+、Cl–、SO42-等離子含量在全鹽含量中所占比例不斷下降，而Ca2+、Mg2+等鹽基離子在全鹽中的相對比例上升，反應出陰陽離子之間相互轉化特征及水鹽相互作用的內在關系。

關鍵詞 海水倒灌;施肥;鹽分動態;撂荒地

中圖分類號：S156 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.23.089

海水倒灌是指海水經地表到達陸地，對沿海低洼地區的種植、養殖及生活區域造成破壞，同時影響內河的排水，使陸地更容易受洪澇災害，是我國沿海地區普遍存在且日趨嚴重的資源問題和生態問題。海水的短期浸漬和田面滯水使海鹽成分迅速積累在土壤中，不但污染水源，還會造成農田土壤向鹽漬化演變[1]。根據王遵親1993年報道的我國土壤鹽化分級指標，濱海、半濕潤、半干旱、干旱區，含鹽量<1 g·kg-1為非鹽漬化，含鹽量在1～2 g·kg-1為輕度鹽漬化，含鹽量在2～4 g·kg-1為中度鹽漬化，含鹽量在4～10 g·kg-1為重度鹽漬化，而含鹽量>10 g·kg-1則為鹽土[2]。研究表明，土壤鹽漬化是土地退化的主要原因之一[3]，也是影響農業可持續發展和農田環境改善的戰略問題[4-5]。徐小菊等[6]研究顯示，海水淹沒超120 h，橘樹全部落葉，超過168 h樹體大部分死亡。石普芳等[7]調研顯示，1997年浙東海水倒灌后水田平均土壤全鹽量比倒灌前上升312.5%～482.3%;河水NaCl含量超倒灌前1～3倍。

2014年7月，海南省東北部因超級臺風而引發海水倒灌，造成當地0.27萬公頃農田被淹[8];海水倒灌后文昌地區農田表層（0～5cm）平均含鹽量超過9 g·kg-1，鹽漬化影響深度達40 cm以上[9]，大量農田被迫棄耕。

本研究通過水稻栽培，跟蹤耕作狀態（灌溉、施肥）與自然條件下（自然降雨）土壤含鹽量及其鹽分組成的動態變化，明確傳統耕作與自然條件下土壤修復的最大期限，為采取更快、更適合的土壤改良措施提供理論依據和基礎參照。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

以海南省羅豆農場海水倒灌后水稻種植示范區為研究對象，該區域東、北、南三面臨海，屬熱帶北緣沿海地帶，具有熱帶和亞熱帶氣候特點，屬熱帶季風島嶼型氣候，海拔1～4 m，地勢平坦，年平均日照時間1 953.8 h，年平均氣溫23.9 ℃，年降水量1 721.6 mm，年均蒸發量為1 981 mm，受臺風影響嚴重，年均發生強熱帶風暴和臺風2.6次，成土母質以淺海沉積物和砂頁巖風化物為主，土壤偏酸性，質地為砂質壤土。2014年前該地為水稻農田，海水倒灌后棄而撂荒。試驗布置前耕層土壤檢測平均結果如表1所示。

1.2 試驗材料

供試肥料：生物有機肥（有機質≥45%，總養分N-P2O5-K2O≥5%）;硅鈣鎂鉀復混肥（N-P2O5-K2O=5-5-8≥18%，CaO-SiO2-MgO=14-13-3≥30%）;尿素（N≥46%）;過磷酸鈣（P2O5≥16%）;鉀肥（KCl≥17%）。

供試作物：供試水稻品種為海南省農業科學院糧食作物研究所選育的特優458。

1.3 試驗設計

試驗設撂荒、不施肥種植、無機肥種植、有機肥種植4個處理，3次重復，隨機排列，每小區200 m2，小區間以田埂隔開，間距2m，撂荒為對照。生物有機肥

（4500 kg·hm-2）作為基肥播前施入;硅鈣鎂鉀復混肥（750 kg·hm-2）為苗期追肥;尿素（720 kg·hm-2）、過磷酸鈣（930 kg·hm-2）、鉀肥（255 kg·hm-2）用量按當地傳統施肥量標準計算，苗期撒施。試驗區布置前表層土壤平均含鹽量為6.82 g·kg-1。土樣采集分4層，分別為0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm，布置試驗前及作物收獲后各采集一次，測定土壤平均含鹽量即相關養分含量。水稻播種為人工育苗，人工拋秧。播種前分別進行2次灌水和機械翻耕，收獲后作物殘留秸稈翻埋還田。

1.4 統計分析

試驗數據用SPSS 19.0進行單因素方差分析，不同處理差異顯著性的多重比較采用最小顯著差異（LSD0.05）法。各圖標中的數據均為3次重復的平均值。

2 結果與分析

2.1 施肥對土壤含鹽量的影響

2.1.1 表層土壤含鹽量

各處理表層土壤含鹽量如圖1所示?？梢钥闯?，撂荒、不施肥、無機肥、有機肥4個處理表層土壤水溶性鹽總量隨時間推移均呈下降趨勢，四季栽培后分別降低85.21%、92.34%、90.56%、95.19%;大部分土壤鹽分是在自然條件下降低的，且海水倒灌三年后，撂荒區表層土壤鹽分含量降低到0.90 g·kg-1。說明天然降雨是該地區洗鹽的主要推力，而且試驗區域降雨充沛，自然蒸發和降雨條件下，如不受其他因素干擾，3年后受災農田可以恢復到非鹽漬化狀態。究其原因，一方面可能與海南近兩年較多的強降雨有關，暴雨對土壤鹽分的脫鹽作用很明

顯[10]，據海南氣象觀測數據顯示，2016年海南省平均降雨量為歷史最多值，其中，1月平均降雨量達86.1 mm，較常年同期偏多313.9%，8月平均降水量達552.6 mm，較常年同期偏多96%;2017年內共有16個熱帶氣旋影響海南，區域性暴雨次數達17次，為歷史以來最多的年份，其中單次最大降雨量在文昌地區，為214.7 mm。另一方面，與土壤鹽分主要聚集在表土層有關，研究顯示，海水倒灌后農田鹽漬化有明顯的“表聚”現象，鹽漬水田的鹽分主要積聚在耕層[11]。耕層土壤鹽分是“無根之鹽”，若有充足的雨水或灌水，土壤鹽分溶于水易于脫除[12]。

兩季栽培后，有機肥處理表層土壤含鹽量為0.91 g·kg-1，顯著低于其他3個處理，說明施有機肥能有效加快降鹽速度，縮短土壤恢復時間。相關研究表明，增施有機肥料，可以改善鹽漬土土壤物化特性、土壤膠體和生物學性狀，改善鹽漬土土壤生態環境，促進脫鹽、抑制返鹽，以有機物質調控土壤水鹽平衡和肥鹽平衡[13-14]。

三季栽培后，不施肥處理表層土壤含鹽量降為0.81 g·kg-1，說明利用灌水、翻耕等農業措施可以起到降鹽的輔助效果。且有相關研究表明，翻耕既有利于土壤排水，又有利于充分利用雨水泡田洗鹽，加速土壤脫鹽，還能將含鹽量高的土壤帶到下層[12]。沈荷芳[11]研究表明，翻耕比不翻耕的脫鹽效果可提高60%以上。三季栽培后無機肥處理表層土壤含鹽量為1.01 g·kg-1，降鹽效果弱于不施肥處理，說明無機肥對表層土壤鹽分淋洗有一定拮抗作用，這一結果與胡育驕等[15]的研究結果相似。

2.1.2 剖面土壤含鹽量

如圖2所示，研究區域土壤表層（0～10 cm）含鹽量最高，并且區域內整體含鹽量隨深度迅速降低，40 cm以下趨于穩定。這是由于海水倒灌前，伴隨臺風而來的大暴雨使得田間土壤持水量已呈飽和狀態，由于淡水的頂托和犁底層的阻隔，使鹽漬水田的鹽分主要積聚在表土層，一部分鹽分離子隨水分下滲進入下層，但比例遠遠小于表層[9]，而另一方面，海水中鈉鹽和氯化物的溶解度大且運移活躍，在高溫蒸發作用下聚集在土壤表層，形成鹽霜層，隨著作物種植以及持續灌溉，土壤鹽分不斷被雨水或灌溉水淋溶移走，土體中的鹽分平均含量逐年遞減，脫鹽明顯。

由圖2可以看出，撂荒區土壤含鹽量明顯高于其他3個處理，說明施有機肥和一定的耕作措施在洗鹽階段有助于加快脫鹽速率。原因可能是高溫返鹽階段，由于野生雜草與栽培作物的不同導致撂荒區與種植區地表覆蓋度不同，地表蒸發量存在差異，而地表蒸發加強可加速鹽分在地表積累[16]，從而造成耕層土壤不同的鹽分表聚特性。郭全恩等[17]研究發現，裸地比種植地具有更明顯的表層鹽分聚集，常年小麥種植可以明顯減少土壤中0～100cm的鹽分含量。Zhao等[18]研究表明，植被可以減少地表土壤水分蒸發，而其根系活動可以激活土壤中CaCO3，使其分解出更多的Ca2+以替換Na+，從而改善土壤理化性質并加速脫鹽。

由圖2可知，試驗期間，無機肥處理表層土壤含鹽量高于不施肥處理，而在下層剖面中則接近或小于不施肥處理。原因可能是無機肥含有較多的游離態離子，在土壤表層比較活躍，短期內對土壤鹽分影響明顯，在高溫蒸發條件下形成返鹽匯集，而下層土壤中游離態離子更易溶于水，隨水下滲。也有相關研究表明，土壤水溶性Na+的含量隨氣溫升高而快速遞增，10～15 cm剖面最為明顯，但與空氣濕度關系不是很密切[19]。此外，還有相關文獻說明，20～150 cm土層剖面，單施化肥比其他施肥方式更易造成鹽分淋溶[20]。

2.2 自然條件下土壤鹽分組成

土壤鹽分組成主要是受成土母質和海水離子組成的影響，不同離子在土壤中具有不同的遷移特征。羅豆地區因其地理臨海，海拔接近海平面，受臺風影響海水倒灌嚴重，氣象條件使得積鹽與脫鹽過程頻繁交替進行，以及受各類鹽基離子的化學特性差異和在土壤介質中移動能力等因素的影響，導致土壤離子組成及其離子平衡程度的時空分布具有差異[21-22]。

從表2可以看出，海水倒灌后羅豆地區鹽漬地表層土壤中鹽離子含量在短期內變化較大。對于陽離子來說，海水倒灌后土壤中陽離子則以Na+為主，占陽離子總量的76.91%，其次為Ca2+，占陽離子總量的18.05%，K+和Mg2+含量相對較小。隨棄耕時間推移，Na+含量逐漸減小，Ca2+含量隨之增加。對于陰離子來說，海水倒灌后主要則以Cl-和SO42-為主，分別占陰離子總量的67.77%、25.13%，均隨棄耕時間推移逐漸減小;CO32-和HCO3-含量相對較小，隨棄耕時間推移逐漸增加。且陰、陽離子含量的變化幅度隨時間推移逐漸減弱，可能在一定時期后，離子間會達到一種平衡而穩定下來[23-24]。

由此可以看出，羅豆地區隨棄耕時間推移土壤陽離子及陰離子之間相互轉化的特征反映了鹽分在形成過程中水鹽相互作用的內在關系：當有鹽漬化現象發生時，硫酸鹽、碳酸鹽類相繼沉淀生成;當土壤鹽漬化程度降低時，低溶解度的碳酸鹽類首先析出沉淀，鹽分對作物的抑制作用隨之減緩[25-27]。相關研究表明，土壤中高濃度的Na+對植物的莖發育具有較高毒性[28]，Na+會改變植物中離子平衡，極易造成植物營養失調;Mg2+會阻礙植物光合作用，減少葉綠素的產生;而Ca2+可增大局部土壤黏重度，使土壤透水性降低，具有隔鹽作用。高濃度的Na+抑制植物對K+和Ca2+的吸收，使土壤中交換性Ca2+下降，造成Ca2+大量淋失，當土壤鹽類以Na2CO3或NaHCO3為主時，即使總鹽量、滲透壓不高，也會對作物產生致命危害[29-31]。

2.3 施肥對海水倒灌區土壤養分的影響

如圖3所示，隨作物栽培時間推移，撂荒與不施肥處理的土壤養分呈先降低后增加的趨勢，兩個施肥處理則呈逐漸增加的趨勢。與播種前相比，2017年收獲時撂荒、不施肥、無機肥、有機肥處理分別提高土壤有機質含量8.25%、15.29%、29.34%、55.09%;提高水解性氮含量13.57%、27.82%、66.09%、81.37%;提高有效磷含量17.46%、46.48%、101.24%、111.14%;提高速效鉀含量6.67%、9.64%、51.19%、59.06%。4個處理中，施有機肥恢復地力的效果最佳。

隨著耕作帶來的土壤不斷熟化，土壤有機質不斷升高，土壤鹽分呈不斷下降趨勢。由圖3可以看出，土壤有機質含量與土壤含鹽量呈顯著負相關（p<0.001），這表明土壤有機質含量增加能夠顯著降低土壤含鹽量;土壤速效氮、磷、鉀含量也與土壤含鹽量呈顯著負相關（p<0.001），主要是由于有機肥在改善土壤結構性質的同時能快速增加土壤有機質、氮、磷鉀等養分含量，有利于鹽漬土壤的淋鹽和抑鹽。此外，研究區域作物收獲后將大量殘余秸稈直接還田，在提高土壤有機質同時，顯著增加了土壤水解性氮、有效磷、速效鉀含量，也在一定程度上增加了土壤儲水量，協調團聚體穩定性，抑制鹽分表聚，有效改善土壤水鹽環境。且也有研究表明，土壤有機質是肥力抑鹽作用的核心，增加有機質含量能夠顯著降低土壤含鹽量[32-33]。土壤有機質含量增加時，土壤容重降低，非毛管空隙增加，而毛管空隙降低，當地下水隨毛管引力上升至有機質含量高的土層時，毛管斷裂，水只能以氣態形式向上運行，而可溶性鹽分則滯留在液態水部位，進而減少了鹽在表層的聚

集[34]。此外，有機質還能通過協調激素平衡來降低鹽脅迫給植物帶來的傷害，提高耐鹽能力。

3 結論

1）海水倒灌后，土壤鹽分離子以Na+和Cl–為主，隨棄耕時間推移，陰陽離子之間相互作用，朝有利于土壤生態修復的方向轉變。

2）雨季時節，強降雨是羅豆地區鹽漬化農田洗鹽的主要推力。自然條件下，3年后土壤含鹽量可以降到作物生育障礙臨界點以下（即土壤含鹽量<1 g·kg-1）。

3）應用灌溉、翻耕、施肥等農作措施均能起到相應的抑鹽效果，恢復地力，其中施有機肥的效果最佳。在耕作的基礎上，增施外援有機物，可在增加土壤養分含量的同時，加速縮短降鹽期限。

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（責任編輯：劉昀）

收稿日期：2019-07-13

作者簡介：王永鵬（1977—），男，甘肅靜寧人，博士，農藝師，研究方向為土壤修復、農業生態。

※為通信作者，E-mail： wangyongpeng06@126.com。