堿蓬播種量對(duì)濱海鹽堿地土壤酶活性和團(tuán)聚性的影響

王思霽, 國(guó)艷春, 曾路生*, 孫顯旻, 初慶剛, 王勝

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院, 山東 青島 266109; 2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 山東 青島 266109; 3.山東勝偉鹽堿地科技有限公司, 山東 濰坊 262737)

鹽堿地土壤理化性質(zhì)差，不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)。近年來(lái)，由于自然因素和人類(lèi)活動(dòng)的影響，生態(tài)環(huán)境遭到破壞，使土壤退化，鹽堿地的面積不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重危害了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

積鹽植物鹽地堿蓬(SuaedasalsaL.)是一年生葉肉質(zhì)化真鹽草本植物，能夠在含鹽量2.5%左右的鹽土上正常生長(zhǎng)[2-3]。鹽地堿蓬能夠吸收土壤中的大量可溶性鹽類(lèi)，降低鹽土含鹽量，增強(qiáng)土壤理化性狀，改善生態(tài)環(huán)境[4-5]。李從娟等[6]研究表明，鹽地堿蓬具有較強(qiáng)的耐鹽能力，能夠在含鹽量高的土壤中正常生長(zhǎng)。鹽地堿蓬的吸收能力與土壤鹽分含量變化密切相關(guān)[7]。隨著鹽地堿蓬種植年限的增加，土壤中全鹽含量逐年下降，但各種土壤養(yǎng)分含量明顯提高，土壤容重降低，鹽堿土的不良性狀得到修復(fù)，為植物根系和土壤微生物提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境。連續(xù)三年在濱海鹽漬土(含鹽量15～20 g·kg-1)種植鹽地堿蓬，鹽堿地的脫鹽率高達(dá)27%，脫鹽效果顯著，且土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷和速效鉀含量均有所提高[8]。據(jù)報(bào)道，種植鹽地堿蓬能夠促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，降低土壤中的含鹽量，增加土壤養(yǎng)分含量，土壤中的微生物數(shù)量和土壤酶活性也有顯著提高[9-10]。管博等[11]也發(fā)現(xiàn),種植鹽地堿蓬能夠明顯降低鹽堿地的土壤含鹽量，調(diào)節(jié)土壤中可溶性離子含量，提高土壤中脲酶和磷酸酶的活性，有利于增加有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤肥力。

前人研究多針對(duì)不同改良方法，而針對(duì)鹽地堿蓬播種量的研究較少。因此本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)比大田環(huán)境條件下，撒播不同數(shù)量的鹽地堿蓬種子，分析測(cè)定不同播種量下種植鹽地堿蓬對(duì)土壤團(tuán)聚體、pH、鹽分，以及土壤中酶活性和養(yǎng)分含量的影響，以評(píng)價(jià)不同播量的鹽地堿蓬對(duì)鹽漬土的修復(fù)效果，為探究積鹽植物修復(fù)濱海重度鹽堿地提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究采用大田試驗(yàn)，試驗(yàn)在濰坊濱海開(kāi)發(fā)區(qū)(北緯37.09°，東經(jīng)119.21°)進(jìn)行。該地區(qū)屬于北溫帶季風(fēng)氣候，年平均降水量650 mm。土壤質(zhì)地為砂壤，適宜堿蓬(SuaedaglaucaBunge)、鹽地堿蓬(Suaedasalsa)和檉柳(Tamarixchinensis)生長(zhǎng)。選取鹽地堿蓬為試驗(yàn)材料，試驗(yàn)采用平地撒播，共設(shè)置4個(gè)播種量處理，分別為0(CK)、30(SF)、45(LF)和 60(BF)kg·hm-2。于3月中上旬翻耕松土，撒播堿蓬種子，播種后澆或噴透水一次，其余均靠自然降水，不再人工補(bǔ)水，全程不施肥。待堿蓬成熟后，于11月9日進(jìn)行土樣采集。鹽地堿蓬成熟后，植株地上部全部刈清，運(yùn)出試驗(yàn)地。小區(qū)面積30 m2，小區(qū)間距40 cm，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。

1.2 測(cè)定指標(biāo)及方法

于鹽地堿蓬收獲期，采集0～20 cm的土樣，每個(gè)小區(qū)按“S”型路線(xiàn)選取6個(gè)點(diǎn)位的土樣混合后測(cè)定。將采集的土樣采用“四分法”保留1 kg左右，進(jìn)行風(fēng)干處理。土壤中的堿解氮、速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、pH、八大離子及全鹽量等均采用鮑士旦[12]中的方法測(cè)定。土壤中蔗糖酶、脲酶及堿性磷酸酶活性采用關(guān)松蔭[13]方法測(cè)定。采用干篩法[14]對(duì)土壤團(tuán)聚體進(jìn)行分級(jí)，平均重量直徑(mean weight diameter，MWD)與幾何平均直徑(geometric mean diameter，GWD)采用Rrez-Boem等[15]的計(jì)算模型，公式如下。

(1)

(2)

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD方法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽地堿蓬播種量對(duì)鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響

不同鹽地堿蓬播種量的土壤理化性質(zhì)結(jié)果見(jiàn)表1。與CK相比，SF、LF和BF處理的土壤全鹽量均顯著下降30.41%～42.48%；土壤中速效鉀、堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量顯著增加；BF處理的土壤pH較CK顯著下降；僅土壤速效磷含量與CK無(wú)顯著差異。其中，BF處理的土壤速效鉀含量增幅最大，為89.55%；LF處理的土壤堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量最高，與CK相比分別增加46.90%和80.52%。由此可見(jiàn)，三種不同鹽地堿蓬播種量處理的濱海鹽堿土土壤養(yǎng)分均高于對(duì)照，說(shuō)明不同播種量鹽地堿蓬均能夠提高濱海鹽堿土土壤養(yǎng)分含量，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤肥力。

表1 不同處理的鹽堿土壤理化性質(zhì)

2.2 不同鹽地堿蓬播種量對(duì)鹽堿土壤養(yǎng)分離子含量的影響

不同鹽地堿蓬播種量的土壤陽(yáng)離子含量見(jiàn)圖1。與CK相比，SF、LF和BF處理的土壤可溶性K+含量顯著增加，其中LF處理的土壤可溶性K+含量最高，較CK增加了4倍。SF、LF和BF處理的土壤可溶性Na+含量較CK顯著下降78.94%～86.84%；土壤可溶性Ca2+含量與CK無(wú)顯著差異；SF與LF處理的土壤可溶性Mg2+含量與CK無(wú)顯著差異，而B(niǎo)F處理的土壤可溶性Mg2+含量較CK顯著下降，降幅為37.69%。

注：不同小寫(xiě)字母表示同一指標(biāo)不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。

注：不同小寫(xiě)字母表示同一指標(biāo)不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。

2.3 不同鹽地堿蓬播種量處理對(duì)土壤酶活性的影響

不同鹽地堿蓬播種量的土壤酶活性結(jié)果見(jiàn)表2。SF、LF和BF處理的過(guò)氧化氫酶活性均較CK顯著增強(qiáng)19.92%～30.24%。較CK而言，LF處理的蔗糖酶活顯著增加，增幅為126.67%；而SF和BF處理與CK無(wú)顯著差異。BF處理的土壤堿性磷酸酶活性較CK處理顯著增強(qiáng)，增幅為256.67%；而SF和LF處理與CK無(wú)顯著性差異。較CK而言，不同播種量(SF、LF和BF處理)的土壤呼吸強(qiáng)度顯著增加，其中，LF處理的土壤呼吸強(qiáng)度最大，較CK增加24.85%。由此可見(jiàn)，三種不同鹽地堿蓬播種量處理的濱海鹽堿土土壤酶活性均高于對(duì)照處理，說(shuō)明濱海鹽堿土種植鹽地堿蓬有利于土壤酶活性的提高，促進(jìn)土壤中養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。

表2 不同處理的土壤酶活性

2.4 不同鹽地堿蓬播種量處理對(duì)土壤團(tuán)聚體粒徑分布影響

不同鹽地堿蓬播種量的土壤各粒徑團(tuán)聚體的質(zhì)量含量結(jié)果見(jiàn)圖3。SF、LF和BF處理中>5 mm的土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量均較CK處理顯著增加160.93%～369.54%。SF與LF處理的2～5 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量與CK無(wú)顯著差異，而B(niǎo)F處理的2～5 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量較CK顯著增加，增幅為1.45%。較CK而言，SF處理的1～2 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量顯著下降，降幅為34.29%；BF處理的0.25～0.5 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量顯著下降，降幅為28.95%，其效果最顯著。SF和LF處理的0.5～1 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量與CK存在顯著性差異。SF處理的0.25 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量與CK無(wú)顯著差異，而LF和BF處理的<0.25 mm土壤團(tuán)聚體質(zhì)量含量顯著下降，其中，BF處理的降幅更大。三種不同鹽地堿蓬播種量處理的濱海鹽堿土土壤大團(tuán)聚體含量均高于對(duì)照處理，說(shuō)明不同播種量鹽地堿蓬能夠促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成，有利于增加土壤機(jī)械穩(wěn)定性，改善土壤物理性能，提高土壤通氣透水性。

圖3 不同處理的土壤各粒徑團(tuán)聚體的質(zhì)量含量(干篩法)

2.5 不同鹽地堿蓬播種量處理土壤平均重量直徑和土壤幾何平均直徑的變化

不同鹽地堿蓬播種量的土壤平均重量直徑和土壤幾何平均重量直徑結(jié)果見(jiàn)圖4。3種播種量處理(SF、LF和BF處理)均顯著增加土壤平均重量直徑，其中，BF處理的土壤平均重量直徑最大，與CK相比增加了66%。而土壤幾何平均直徑上，BF處理的土壤幾何平均重量直徑較CK顯著增加，其增加幅度為0.61%；SF和LF處理與CK無(wú)顯著差異。土壤幾何平均直徑與土壤團(tuán)聚體分布狀況相關(guān)，而土壤團(tuán)聚體平均重量直徑值越大，則土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[16]，說(shuō)明不同播種量鹽地堿蓬能夠增強(qiáng)濱海鹽堿土土壤穩(wěn)定性。

注：不同小寫(xiě)字母表示同一指標(biāo)不同處理間差異在P<0.05水平具有顯著性。

3 討論

鹽堿地土壤內(nèi)鹽分大量積累，導(dǎo)致土壤粘滯，通氣性差，土壤好氧微生物活動(dòng)能力弱，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化釋放緩慢。種植鹽地堿蓬可以提高土壤酶活性，改善土壤養(yǎng)分狀況，增強(qiáng)濱海鹽堿地土壤修復(fù)能力。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中堿性磷酸酶活性與鹽地堿蓬播種量呈正相關(guān)，這可能與種植鹽地堿蓬促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)和土壤微生物的分泌有關(guān)[17]。土壤的呼吸強(qiáng)度和微生物活動(dòng)與土壤中過(guò)氧化氫酶活性密切相關(guān)[18]。過(guò)氧化氫酶作為一種氧化還原酶，可以促進(jìn)生物呼吸過(guò)程和有機(jī)物的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的過(guò)氧化氫分解，降低其對(duì)土壤和生物的毒害作用。土壤中蔗糖酶可增加土壤中可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供植物和微生物吸收利用。隨著鹽地堿蓬播種量增加，土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶活性和土壤呼吸強(qiáng)度在播種量45 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最大，之后隨播種量增大而減少。種植鹽地堿蓬增強(qiáng)根系的呼吸作用，同時(shí)促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)，增加土壤中CO2含量，而播種量大于45 kg·hm-2時(shí)，單位面積播種量可以增加種群密度，但是由于土壤養(yǎng)分有限個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)大，光合作用能力弱，植物生長(zhǎng)狀況差[19]，根系呼吸作用減弱，土壤酶活性下降。由此可見(jiàn)，不合理的播種密度不利于改善土壤中酶活性，降低鹽堿地修復(fù)效果。因此在種植鹽地堿蓬修復(fù)濱海鹽堿土?xí)r，需確定合理播種密度，從而達(dá)到最佳改良效果。

土壤中酶活性與土壤中有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量正相關(guān)，土壤酶活性能夠反映土壤養(yǎng)分狀況[20-21]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同播種量下鹽地堿蓬可不同程度提高土壤酶活性，增加土壤中堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量。土壤中速效磷的含量隨播種量的增加逐漸增加，這與土壤中堿性磷酸酶活性增強(qiáng)密切相關(guān)。堿性磷酸酶活性提高，將土壤中有機(jī)磷轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)磷，供植物吸收利用，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。而種植不同播種量鹽地堿蓬后土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量得到改善，究其原因是鹽地堿蓬的吸鹽能力和根系的分泌作用改善了土壤的理化性質(zhì)，增強(qiáng)了土壤酶活性，從而促進(jìn)土壤中有機(jī)、無(wú)機(jī)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化釋放。其次，在生長(zhǎng)過(guò)程中枯枝落葉等殘?bào)w殘留在土壤中，提高土壤中有機(jī)質(zhì)及氮素含量，從而增加土壤中微生物數(shù)量。土壤中微生物活動(dòng)增強(qiáng)，呼吸作用釋放的CO2含量增多，CO2轉(zhuǎn)化為碳酸可促進(jìn)土壤中難溶性養(yǎng)分釋放，供鹽地堿蓬的生長(zhǎng)。此外，根系分泌的檸檬酸等對(duì)土壤中難溶性養(yǎng)分也具有一定作用[22]。而土壤中堿解氮和有機(jī)質(zhì)含量在播種量超過(guò)45 kg·hm-2時(shí)下降，這可能與種群間競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)。

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，在鹽漬化嚴(yán)重地區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤大團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)破壞，土壤團(tuán)聚性差[23]。本試驗(yàn)表明，鹽地堿蓬播種量同土壤中大團(tuán)聚質(zhì)量含量與土壤平均重量直徑呈正相關(guān)，因此在濱海鹽堿地種植不同播種量鹽地堿蓬，可促進(jìn)土壤大顆粒團(tuán)聚體的形成，改善土壤的團(tuán)聚性，提高土壤穩(wěn)定性。土壤中有機(jī)質(zhì)的含量與土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性密切相關(guān)[24-25]，土壤有機(jī)質(zhì)含量越高，土壤團(tuán)聚體的平均重量直徑值越大，土壤團(tuán)聚體的水穩(wěn)性越強(qiáng)，土壤結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定[26]。土壤酶活性的提高、根系的分泌作用等都可增加土壤中有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤大團(tuán)聚體的形成，改善土壤結(jié)構(gòu)性[27]。因此，研究不同播種量鹽地堿蓬修復(fù)濱海鹽堿地具有十分重要的意義。