金合歡-檀香樹聯(lián)種在防治次生鹽堿化、改良土壤性質(zhì)中的優(yōu)勢(shì)分析

涂張煥, 蘇祎純, 夏德強(qiáng), 盧飛宏

(長(zhǎng)安大學(xué) 土地工程學(xué)院, 陜西 西安 710054)

近十幾年來，農(nóng)業(yè)種植者為了在單位土地上得到最大的經(jīng)濟(jì)效益，不斷加大化肥、農(nóng)藥等的投入，對(duì)可耕作土地帶來了難以修復(fù)性的破壞。我國(guó)曾為了擴(kuò)大耕地面積，各地區(qū)均有毀林開荒的舉措，雖然后來有退耕還林等保護(hù)措施，但這一行為仍對(duì)多地的生態(tài)系統(tǒng)造成了短時(shí)間內(nèi)難以恢復(fù)的后果，且不良影響隨著時(shí)間推移逐漸顯現(xiàn)、加重。如今我國(guó)大面積地區(qū)都面臨因不合理利用土地而產(chǎn)生的土壤板結(jié)、次生鹽堿化的侵害，這類土地治理難度較大，一般治理措施效果不明顯、不持久。針對(duì)此類問題應(yīng)該從源頭分析，兼顧環(huán)境適宜性應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理來自我修復(fù)。

1 次生鹽堿化

1.1 次生鹽堿化形成分析

土壤次生鹽漬化又被稱為土壤次生鹽堿化。當(dāng)?shù)叵滤惠^高，土地表面蒸發(fā)強(qiáng)度較大時(shí)，地下水在毛細(xì)管的作用下通過毛細(xì)作用被牽拉到土壤表層，在這個(gè)過程中地下水?dāng)y帶土壤深層的鹽分到達(dá)地表，水分蒸發(fā)散失而鹽分被留在了地表。土壤次生鹽堿化主要發(fā)生在干旱、半干旱、半濕潤(rùn)蒸發(fā)量大的區(qū)域。在灌區(qū)因排水渠系水流下滲和不合理灌溉使得地下水位升高時(shí)，也易形成次生鹽堿化。

在我國(guó)灌區(qū)出現(xiàn)的土壤次生鹽堿化現(xiàn)象,一方面是由于不利的自然條件,另一方面是沒有認(rèn)識(shí)到預(yù)防土壤鹽堿化的重要性，盲目的發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，忽視了土壤的耐受力，排澇抗堿的配套工程措施跟不上，導(dǎo)致灌區(qū)地下水位的上升,結(jié)果造成土壤鹽堿化。其次還有平原水庫的位置選擇，沒有進(jìn)行生態(tài)影響的評(píng)估，出現(xiàn)渠系滲漏，使得旱作地區(qū)地下水位的抬高,引起土壤鹽堿化。

1.2 常用的治理手段及其弊端

1.2.1 灌水洗鹽 一般田塊上的鹽分無法通過化學(xué)措施消除，只能通過物理溶解，利用水分將土壤中的可溶性礦物質(zhì)帶走，該方法需要用水漫灌田塊，沖洗鹽分，將地表鹽分溶解在水通過水利設(shè)施帶出田塊。

1.2.2 施用改良劑 一些發(fā)達(dá)國(guó)家如澳洲和美國(guó)在治理鹽漬化上，特別是在解決堿土問題上常采用施化學(xué)改良劑的方法，如：石膏、礦渣(磷石膏)等。因地塊情況、資金狀況等原因施用量和使用時(shí)長(zhǎng)也有所不同，但在施用后往往需要大量水來沖洗，這一方法在水資源匱乏的地方難以實(shí)現(xiàn)且成本較高。

在以上解決土壤鹽漬化問題中，人們往往考慮不夠全面，或是不合理的灌溉，或是更多需要考量經(jīng)濟(jì)效益，我們?cè)诟纳频倪^程中就不得不考慮生態(tài)系統(tǒng)需要遵循的原則。生態(tài)修復(fù)應(yīng)遵循人和自然和諧共處的原則，約束人類資源應(yīng)用方式，在保護(hù)的前提下開發(fā)自然資源，在人類輔助下，依靠大自然自身力量實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)。為此，我們提出了金合歡-檀香樹聯(lián)種在改良土壤性質(zhì)和治理次生鹽堿化的方案。

2 金合歡-檀香樹聯(lián)種

2.1 模式介紹

金合歡是一種喬木或灌木樹種，豆科植物，原產(chǎn)于熱帶美洲、澳洲等地，其具有耐干旱、耐鹽堿等特性，其根系生長(zhǎng)有根瘤，其中根瘤菌具有固氮的效應(yīng)，被譽(yù)為“荒山造林的先鋒樹”。金合歡也能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。檀香樹廣泛分布于印度、澳洲等地，其具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的用途，被稱為“綠色黃金”。檀香樹是一種半寄生的樹種，這種樹木必須寄生在其他護(hù)理樹木的根系上才可以存活。檀香樹的根系前端會(huì)生成形似吸盤的結(jié)構(gòu)，通過這個(gè)“吸盤”牢牢吸附在護(hù)理樹木的根系上。經(jīng)研究將金合歡樹與檀香樹聯(lián)種可以產(chǎn)生理想的生態(tài)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

金合歡樹具有發(fā)達(dá)的根系，在干旱地區(qū)其龐大的根系網(wǎng)絡(luò)，汲取地下深層的水分。而檀香樹扎根較淺，在沙土地區(qū)吸附在金合歡樹的根系上能夠保持植株穩(wěn)定，吸收金合歡根系中的水分和無機(jī)養(yǎng)分。金合歡大的樹冠能夠有效的降低檀香樹生長(zhǎng)環(huán)境的氣溫、水溫，為其庇蔭避免遭受太陽的直射。

經(jīng)研究雖然檀香木寄生于金合歡樹，但其并不會(huì)對(duì)金合歡樹生長(zhǎng)造成大的影響。將這兩種樹木結(jié)合的模式與農(nóng)作物進(jìn)行間隔種植能夠有效控制地下水位。每組樹木種植的間隔在2.5 m左右，行距大于3m能夠?yàn)槊拷M樹木提供廣闊的生長(zhǎng)空間，避免金合歡樹快速增長(zhǎng)造成過量庇蔭影響檀香樹光合作用。這種組合在田間與作物間隔種植，借鑒塞內(nèi)戈?duì)柕葒?guó)綠籬環(huán)繞農(nóng)業(yè)種植模式，可實(shí)現(xiàn)地下水位的控制以及改善農(nóng)業(yè)環(huán)境，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

2.2 該模式在我國(guó)的適宜性

金合歡喜溫暖、濕潤(rùn)、陽光充足的環(huán)境，同時(shí)也耐鹽堿、干旱環(huán)境。在水、熱、氣、肥充足的地域，金合歡生長(zhǎng)迅速，常常生長(zhǎng)為高大的喬木，而在干旱或者嚴(yán)寒的惡劣環(huán)境中則生長(zhǎng)為矮小的喬木或者灌木，它可以生長(zhǎng)在碎石地、水浸地等嚴(yán)苛的地域，常常被作為先鋒樹，可在長(zhǎng)江流域大力推廣與開發(fā)。

檀香樹為檀香屬樹種總稱，該屬有15種，我國(guó)并沒有檀香原生樹種，該樹種引進(jìn)我國(guó)已經(jīng)有千年的歷史。檀香樹適宜種植在陽光充足、雨水適量的地方，年降雨量在850～1 200 mm之間較為適宜。其種植土壤環(huán)境也較廣泛，可生長(zhǎng)于沙壤、紅粘壤、礫石土中。

我國(guó)華北平原地區(qū)近年來次生鹽堿化發(fā)展呈遞增趨勢(shì)，黃淮地區(qū)年均溫14～15℃，降水在500～1 000 mm之間，光資源豐富，年日照在2 300 h～2 800 h左右，完全可以滿足金合歡與檀香樹的生長(zhǎng)需求。因此建議在華北平原地區(qū)可以建立試點(diǎn)試驗(yàn)田，應(yīng)用該種改良模式。

2.3 金合歡-檀香樹聯(lián)種在防治次生鹽堿化中的作用

金合歡的發(fā)達(dá)根系能夠從土壤中汲取大量水分，通過植物蒸騰作用將水分排放到大氣中，有效避免了地下水上升將土壤中的鹽分富集在土壤表層。金合歡兩年苗齡平均苗徑在1.5cm左右，苗高在1.45 m上下，冠幅0.45 m左右。日平均蒸騰速率在3 mmolH2O·m-2s-1左右，屬于中高蒸騰速率樹種，在段愛國(guó)《干熱河谷主要植被恢復(fù)樹種蒸騰耗水特性及適應(yīng)機(jī)制評(píng)價(jià)》研究中表明在干旱與非干旱環(huán)境中，金合歡蒸騰耗水作用變化較小，其根系有完整的供水體系，對(duì)干旱條件適應(yīng)能力很強(qiáng)。

金合歡樹木能夠適應(yīng)干旱、鹽堿環(huán)境，其根系分布特征呈現(xiàn)倒三角狀，根系發(fā)達(dá)，能夠吸收較深層土壤水分。當(dāng)根系總面積一定時(shí)，根系隨深度分布函數(shù)可表示為：

式中：a(d)為形函數(shù)，rd為根系深度。

金合歡根系形函數(shù)可表示為圖1，其根系量分布從上層土壤到深層逐漸減少，這種分布模式能在干旱時(shí)汲取深層土壤水分，保證植株的存活需求，水分充足時(shí)大部分水分由上層根系吸收獲取。同時(shí)此種根系形能夠有效控制地下水深度，防止地下水上升過高，將下層鹽分帶到地表。植株的根系吸水速率與根形、蒸騰速率等呈正相關(guān)，金合 歡作為中高蒸騰速率的植物其相較于其他生態(tài)環(huán)境改良植物材料擁有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)性。檀香樹依附于金合歡就可以在較為干旱的土層中生存，它的干旱環(huán)境脅迫耐受力也會(huì)得到提高。這兩種植物聯(lián)合種植模式充分利用了生態(tài)學(xué)原理，模擬原始土地的生態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)模式達(dá)到防治鹽堿化的目的，促進(jìn)生態(tài)良性循環(huán)。

圖1 金合歡根系形函數(shù)變化

3 金合歡-檀香木聯(lián)種對(duì)土壤性質(zhì)的改良

鹽堿地土壤的最主要特性之一是土壤中含有大量可溶性鹽，這一特征會(huì)使土壤中的滲透壓升高，從而導(dǎo)致眾多不良后果。在鹽堿的影響下，土壤中的微生物數(shù)量減少，使N、P等微量元素釋放緩慢；此外，土壤的理化性質(zhì)也會(huì)惡化，使土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)變差，衍生出土壤板結(jié)、肥力差、土壤PH高等問題。而金合歡-檀香樹生態(tài)系統(tǒng)中，可以改良鹽堿地部分不良性質(zhì)。

3.1 固氮

土壤供氮能力一方面是評(píng)價(jià)土壤肥力的重要指標(biāo)，另一方面它又是估算氮肥用量的重要依據(jù)。共生固氮對(duì)農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、改良土壤有著重要的意義。金合樹是一種多年生木本豆科植物，它的根部寄生根瘤菌，豆科植物可通過根瘤固氮來改善土壤的養(yǎng)分含量，尤其增加土壤氮元素含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，正常條件下金合歡根瘤菌固氮酶活性較高，在大氣溫度25～30℃，地表溫度30～36℃，土壤水分適中的條件下，根瘤固氮酶活性可達(dá)6.4～9.5 μmol·C2H4·g-1鮮瘤·h。檀香是半寄生植物，通過根系吸盤吸收寄主植物營(yíng)養(yǎng)，檀香與金合歡混交，金合歡不僅可以為檀香木提供所需要的氮元素，促進(jìn)檀香木的生長(zhǎng)，此外，金合歡樹固定的氮元素一部分還可以進(jìn)入土壤中，增加土壤氮元素含量，提高土壤肥力。

3.2 改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)

在鹽堿地中，有機(jī)質(zhì)的含量少，使土壤肥力和土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)差。根據(jù)資料顯示，四年生的金合歡林地的枯枝落葉層的平均厚度可達(dá)到3.16 cm，年凋落物干重為600～800 g·m-2；檀香木林地的年凋落物干重可達(dá)760～860 g·m-2?？紤]到系統(tǒng)內(nèi)部存在養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)，粗略估計(jì)在金合歡-檀香樹系統(tǒng)中，年凋落物干重可達(dá)1 100～1 600 g·m-2，凋落物經(jīng)腐爛分解后，有機(jī)質(zhì)返還到土壤中可大大提高鹽堿地微量元素含量，改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，遏制土壤性質(zhì)惡化，增加土壤肥力。

3.3 調(diào)節(jié)土壤pH

金合歡根瘤菌生長(zhǎng)pH范圍為 4.5～9.0，在中性偏堿性條件下生長(zhǎng)更旺，輕度鹽堿地的pH范圍在7.0～8.5左右，中度鹽堿地pH為 8.5～9.5左右?？梢娊鸷蠚g樹具有較大的鹽堿耐受范圍，并且輕度鹽堿地更適合金合歡樹的生長(zhǎng)。此外，金合歡根瘤菌代時(shí)均在3～4 h之間，代謝產(chǎn)酸。根據(jù)酸堿中和原理，金合歡樹可以有效調(diào)節(jié)土壤pH,抑止鹽堿地pH的升高，同時(shí)在對(duì)某些pH過高的鹽堿地還可以起到降低pH的效果。檀香木在酸性條件下生長(zhǎng)更加旺盛，在金合歡根瘤菌代謝產(chǎn)生酸的作用下，還可以促進(jìn)檀香木的生長(zhǎng)，提高生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 其他

金合歡樹成年后可達(dá)2～4 m，檀香木成年高度一般在2～2.5 m，二者種植可以起到籬墻防風(fēng)的作用，緩解風(fēng)沙對(duì)耕作區(qū)的侵蝕；金合歡和檀香木樹冠較大，且二者生長(zhǎng)速度不同會(huì)形成垂直分層，有利于吸收太陽輻射，可維持局地氣溫，保持空氣濕度，從而在間改善土質(zhì)。

4 經(jīng)濟(jì)效益

在進(jìn)行土地整治的過程中應(yīng)該綜合考慮，不僅要考慮生態(tài)適宜性，還要兼顧經(jīng)濟(jì)效益。而金合歡和檀香樹在土壤改良和收益方面都有一定的價(jià)值，是十分理想的應(yīng)用材料。

4.1 金合歡用途

作為一種經(jīng)濟(jì)樹木，金合歡全樹均可被利用。例如金合歡樹的花可以提煉精油和香精；金合歡樹種還可以進(jìn)行藥用，藥用提煉產(chǎn)物有治療腹瀉、口瘡、扁桃體炎等功效；同時(shí)金合歡能夠生產(chǎn)阿拉伯樹膠，它被廣泛應(yīng)用于制藥和食品等行業(yè)。根據(jù)這一功用，金合歡在非洲多國(guó)FAO廣泛推廣，為那些最為貧困的地區(qū)帶來了經(jīng)濟(jì)收益。金合歡種子含油量為14.7%，可以作為油料產(chǎn)物；金合歡的樹葉擁有十分豐富的碳水化合物，可以作為牛羊的飼料等。

4.2 檀香樹用途

檀香樹具有很高的藥用價(jià)值，它具有治療頭痛發(fā)熱、調(diào)理睡眠、滋補(bǔ)強(qiáng)心、治療皮膚病等功效。樹干及根等部位經(jīng)蒸餾可得檀香油，其檀香醇含量在90%左右，是名貴的天然香料。檀香木的碎屑也具有廣泛的用途，可作為高品質(zhì)線香、盤香、香囊等的原料。原產(chǎn)于澳洲的一些種類其果實(shí)還可以作為一種水果，具有治療牙齦腫痛、潰瘍等功效，其果核可以作為堅(jiān)果食用，作為蛋糕、餡餅的輔料。

在實(shí)際種植中要同時(shí)兼顧環(huán)境與經(jīng)濟(jì)效益，在獲取經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)要注意對(duì)樹種的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的利用。

5 結(jié)語

生態(tài)原則是我們?cè)谶M(jìn)行土地整治、環(huán)境治理過程中必須要考慮的原則，進(jìn)行生態(tài)治理的過程中應(yīng)該先進(jìn)性環(huán)境適宜性、物種適宜性的評(píng)價(jià)，選擇合適的工程材料。治理效益應(yīng)該從長(zhǎng)遠(yuǎn)的時(shí)間尺度去衡量，盡量實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，丟棄以往改造自然的思路，尊重自然發(fā)展的客觀規(guī)律，這才是生態(tài)治理、土地整治的核心思想。

在金合歡-檀香樹聯(lián)種的模式中充分利用了生態(tài)學(xué)原理，檀香樹長(zhǎng)成需要漫長(zhǎng)的時(shí)間，金合歡作為豆科樹種，以其快速的長(zhǎng)勢(shì)、固氮的能力可作為良好護(hù)理樹種。這種聯(lián)種模式彌補(bǔ)了以往經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益單方面?zhèn)戎氐谋锥?，更易于推廣。同時(shí)金合歡樹發(fā)達(dá)的根系與檀香樹扎根較淺；金合歡樹生長(zhǎng)較快，檀香樹生長(zhǎng)緩慢形成垂直層次結(jié)構(gòu)都體現(xiàn)了生態(tài)適宜性的原則。