不同覆砂年限果園土壤水鹽及礦質元素變化與砂田衰退關系研究

摘要：通過研究不同覆砂年限砂田土壤水分特征和礦質元素變化規律，探索砂田衰退的機理。對可用砂田和廢棄砂田的砂土混合層變化、土壤含水量、礦質元素及鹽分含量進行了長期定位的分析測定。結果表明，種植1、3、7、15 a砂田砂土比由9.16降低至1.60，而撂荒地為3.59。砂覆蓋3 a后土壤平均水分含量較原生地高13.1 mg/g；砂覆蓋15 a后土壤0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 mm土層含水量比原生地分別高2.4、3.5、4.0、4.4、4.7 mg/g。不同覆砂年限果園0～60 cm土壤有機質、土壤全氮與堿解氮、全磷與速效磷、全鉀與速效鉀及全鹽含量變化隨覆砂年限增加均呈先增加后降低的趨勢，這與砂田功效及衰退密切相關，也是中老砂田衰退的主要特征。

關鍵詞：覆砂年限；砂田；土壤水分；礦質元素；衰退

中圖分類號：S158.1 文獻標志碼：A 文章編號：2097-2172（2024）12-1118-06

doi：10.3969/j.issn.2097-2172.2024.12.008

Study on the Relationship between Soil Water， Salt， Mineral Element

Changes and Gravel-sand Mulched Field Degradation in

Orchards with Different Mulching Durations

KANG Enxiang 1， ZHANG Yuxin 1， KUAI Jialin 1， CHANG Tao 2

（1. Institute of Vegetables， Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China;

2. Gansu Academy of Agricultural Sciences， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： This study investigated the changes in soil moisture3QhFWNPNVLNN/GKvLkV2pf1p+lBvG0V4hjh0047ER0o= characteristics and mineral elements in gravel-sand mulched fields with different mulching durations to explore the degradation mechanism of gravel-sand mulched fields. Long-term analysis and measurement of the mixed sand layer， soil moisture， mineral elements， and salt content in usable and abandoned gravel-sand mulched fields were conducted in a fixed location. The results showed that the sand-to-soil ratio in gravel-sand mulched fields planted for 1， 3， 7， and 15 years decreased from 9.16 to 1.60， while the ratio in abandoned gravel-sand mulched fields was 3.59. After 3 years of mulching， the average soil moisture content increased by 13.06 mg/g compared to the native land. After 15 years of mulching， soil moisture content in the 0 to 20， 20 to 40， 40 to 60， 60 to 80， and 80 to 100 mm layers was 2.4， 3.5， 4.0， 4.4， and 4.7 mg/g higher than that in the native land， respectively. In orchards with different sand-mulched durations， changes in organic matter， total nitrogen and alkali-hydrolyzable nitrogen， total phosphorus and available phosphorus， total potassium and available potassium， and total salt contents in the 0 to 60 cm soil layer followed a pattern of increasing followed by decreasing with the length of gravel-sand mulching. This trend is closely related to the effectiveness and degradation of gravel-sand mulched fields and represents a major feature of the degradation of middle-aged and old gravel-sand mulched fields.

Key words： Gravel-sand mulching duration; Gravel-sand mulched field; Field soil moisture; Mineral Element; Degradation

砂田（Gravel-Sand Mulched Field，GSMF）是地表覆蓋了一層厚6～15 cm粗砂礫或卵石砂礫混合的田地，是我國西北干旱、半干旱地區為適應干旱少雨及鹽堿不毛之地而創造的獨特、傳統的抗旱耕作形式，距今已有四五百年歷史［1 - 2 ］。砂田栽培是一種具有綜合效能的旱作覆蓋保護性耕作技術，它恰當適應了當地氣候、地理、土壤等自然條件，具有明顯改良和調節農田小氣候的功效［3 ］。采用砂田法，糧菜瓜果可在降水量200～300 mm的干旱條件下獲得高產。砂田作為基本農田和特色優勢產品生產基地，因其獨特的富硒產品而廣受青睞，在甘肅和寧夏等地發展勢頭良好［4 ］。近年來，受氣候干旱化趨勢加劇和水資源短缺的影響，該技術受到越來越多的重視和發展。

土壤退化是一個錯綜復雜的進程，具有時間上的動態性、空間上異質性和趨勢的無序性。土壤退化涉及植物營養學、作物栽培學、生態學及資源環境科學等諸多研究領域，而且與社會學、經濟學及國家有關方針政策也密切關聯。國內外學者從土壤類型、時空分布、影響因素、評價指標、退化機理、生態系統等多維度進行了大量研究［5 - 7 ］。然而，有關土壤退化的諸多問題及過程機理尚不明確，國內外還沒有統一的指標和定量化評價土壤退化［8 ］。砂田鋪砂后經過幾十年的耕種，必然會產生衰退趨勢，土壤的理化性質和生物性狀變化以及衰退機理也不同于普通田地。目前關于砂田衰老退化的研究多側重于土壤退化階段性和砂田退化所造成的不良影響及改良措施［9 - 10 ］，而不同年限砂覆蓋下土壤水鹽及礦質元素變化特征及與砂田衰退的關系研究報道相對較少［11 - 12 ］。本研究選擇不同覆砂年限及廢棄砂田為研究對象，探明不同年限砂田水鹽和礦質元素變化規律，以期為研究砂田退化機制和探求解決措施提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗在甘肅省農業科學院莊浪試驗站萬泉鎮試驗田進行（35° 2′ N，106° 5′ E，海拔1 507 m），當地位于六盤山西麓，屬于黃土高原丘陵溝壑區，屬大陸性季風氣候，年平均氣溫8.4 ℃，年均降水量547.8 mm，60%以上集中在7 — 9月，降水量年際變化大，年均日照時數2 179 h，無霜期150 d左右。

1.2 試驗設計

試驗于2010 — 2018年選擇海拔相近、坡向一致、水肥管理統一的砂覆蓋果園和撂荒壓砂地進行。共設5個處理，分別為連續種植1、3、7、15 a的壓砂地和連續種植18 a以上且撂荒1～2 a的撂荒壓砂地（wasted）。原生地為梯田地，不覆砂，大田作物常規種植方式。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 砂土比測定 采集果園耕作層（0～30 cm）土砂混合均勻，在試驗室將土樣分別過孔徑0.30、1.00、8.00 mm的篩子，分別稱重，以混合層含土量、含砂量的百分比反映，計算砂土比。

砂土比=含砂量/含土量

1.3.2 土壤含水量測定 采用烘干稱重法。每個處理按照等高線設置5個樣點，在每個樣點處用土鉆分別取0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層的土樣裝入鋁盒稱濕土重，然后將樣品置于烘箱，105 ℃烘干8 h以上至恒重，稱重得到干土重［13 ］。

土壤含水量=（濕土重-干土重）/干土重

1.3.3 土壤養分含量測定 每個處理按照等高線設置5個樣點，每個樣方內去除表面的砂石層后，鉆取0～60 cm土層的土壤樣品，均勻混合成一個樣品，分成2份，1份常溫保存，1份置于4 ℃的便攜式冰箱保存，土壤樣品帶回試驗室后進行下一步測定。采用重鉻酸鉀滴定法測定有機質，半微量開氏法測定全氮，堿解擴散法測定速效氮，0.5 mol/L NaHCO3法測定速效磷，火焰光度計法測定速效鉀，NaOH熔融—鉬藍比色法測定全磷，NaOH熔融—火焰光度計法測定土壤全鉀，電導率法測定土壤鹽分［14 - 15 ］。

1.4 數據統計與分析

采用Excel 2007軟件處理數據和作圖，采用SPSS 12.0軟件的LSD法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同覆砂年限果園砂土混合層變化規律

不同覆砂年限果園砂土混合層變化分析結果見表1。種植1 a的新果園，砂土比為9.16，含土量僅為9.84%，而含砂量高達90.16%；覆砂7 a時，砂土比下降為5.54，含土量為15.30%，含砂量達84.70%。說明隨著覆砂年限的延長，壓砂地覆砂層砂土比、含砂量呈下降趨勢。連續砂覆蓋15 a后，砂土比低于2.0，砂層含土量38.48%，含砂量降至61.55%。而撂荒砂地砂土比和含砂量有所增加，砂土比為3.58，含砂量為78.19%。

2.2 不同覆砂年限果園土壤水分變化規律

由表2可以看出，砂覆蓋后土壤各層次的含水量均明顯高于原生地，隨覆砂年限的增加呈先升高后降低的趨勢，撂荒砂地又增加。砂覆蓋1 a后，土壤的平均含水量比原生地增加了8.6 mg/g，而砂覆蓋植3 a后土壤各層平均水分含量相對于原生地高13.1 mg/g。砂覆蓋15 a后，土壤0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 mm土層含水量比原生地高2.4、3.5、4.0、4.4、4.7 mg/g。撂荒地由于人為擾動較少，土壤含水量較高。

2.3 不同覆砂年限果園土壤養分變化規律

2.3.1 有機質 不同覆砂年限果園0～60 cm土壤有機質變化規律如表3、圖1所示。果園土壤砂覆蓋經多年種植后，土壤有機質隨年限增加呈先增加后降低的趨勢，各處理變化幅度為6.20～12.49 g/kg，多年平均含量為9.78 g/kg。砂覆蓋15 a果園土壤平均有機質含量較砂覆蓋3、7 a分別降低了4.03、2.37 g/kg，而撂荒砂覆蓋地平均有機質含量比砂覆蓋15 a增加了2.48 g/kg。

2.3.2 全氮、堿解氮 從表3、圖2可以看出，不同覆砂年限果園0～60 cm土壤全氮與堿解氮含量呈拋物線變化規律，不同覆砂年限果園土壤全氮含量為0.49～0.98 g/kg，多年平均含量為0.70 g/kg。1～3 a砂覆蓋全氮含量呈增加趨勢，隨覆蓋時間的延長，耕層全氮含量逐漸降低。與3 a砂覆蓋土壤相比，15 a砂覆蓋土壤平均全氮含量降低了0.22 g/kg，撂荒地降低了0.40 g/kg。砂覆蓋堿解氮含量為24.14～38.49 mg/g，多年平均含量為31.80 mg/g。3 a砂覆蓋土壤平均堿解氮含量達38.49 mg/g，比砂覆蓋1 a增加了11.81 mg/g；撂荒地土壤平均堿解氮含量比3 a砂地降低了14.35 mg/g。

2.3.3 速效磷、速效鉀   由表3、圖3可以看出，長期砂覆蓋后速效磷含量為3.21～15.72 mg/kg，多年平均含量為8.13 mg/kg。長期砂覆蓋后速效鉀含量為71.17～223.03 mg/kg，多年平均含量為157.04 mg/kg。3 a覆砂土壤速效磷含量最高，撂荒地含量最低。

2.4 不同覆砂年限果園土壤全鹽變化規律

由表3、圖4可以看出，隨覆砂年限增長土壤全鹽含量呈先升高后降低的趨勢，砂田可有效地降低土壤鹽漬化程度。在砂覆蓋1、3、7 a，土壤全鹽含量隨種植年限的增加呈增加的趨勢，砂覆蓋7 a時最高，為0.236 g/kg，砂覆蓋15 a后隨種植年限增加而降低。

3 討論與結論

隨種植年限的增加，新砂田過渡到老砂田，砂田的土砂比、含水量、養分含量、鹽分含量都發生了明顯的變化，加速了砂田的退化。砂田覆砂層土砂比和含土量隨覆砂年限呈上升趨勢，研究表明連續種植1～17 a砂田的土砂比由0.1增加至0.8，含土量由9.4%增加至36.2%［16 ］。胡景田［17 ］通過對連續種植1、3、5、10、15、25 a的砂田與土田對比發現，砂田土壤中砂粒含量年均增加14.6%～19.0%，土壤含砂量隨砂田種植年限的增加呈逐漸增加趨勢。許強等［18 ］研究表明，砂田連續種植36 a后，覆砂層含土量從9.2%增加到36.2%，土砂比從0.1增加到0.6，含砂量從90.8%降低到63.9%。杜延珍［19 ］研究發現，當砂石層混入土粒超過2/3時，砂田特殊功效幾乎喪失。本研究發現，種植1、3、7、15 a砂田砂土比由9.16降低至1.60，而撂荒地增加至3.59，可能是由于撂荒地長期沒有耕種，減少了人畜的踐踏和生態擾動，加之砂石中含土量被降水沖刷至底部土壤所致。說明壓砂地連續種植數年后休閑1～2 a，砂地性能有一定的恢復。

新鋪設砂田與中老砂田相比，不同深度土壤含水量不同，且隨著種植年限的增加緩慢下降。白曉寧［20 ］研究發現覆砂2、10、17、36 a年砂e5dc1162c1546101f03ed589b7a1c6cc田0～70 cm各土層含水量隨種植年限的增加變化較大，不同覆砂年限與36 a相比均有所下降，平均土壤含水量下降了5.0%，土壤保水蓄水性能隨覆砂年限的延長而下降。許強等［21 ］通過比較1 a砂田不同時期土壤含水量變化，發現砂田土壤含水量均高于裸田，砂田不同深度土壤水分含量呈上高下低的規律；4 — 5月份0～40 cm砂田土壤平均含水量為14.6%，裸田為11.1%。譚軍利等［22 ］研究發現，與不覆砂相比，不同覆砂厚度均能大幅度保蓄土壤水分，抑制土壤鹽分表聚。本研究發現，砂田近地表含水量較低，砂覆蓋植3 a后土壤各層平均水分含量較原生地高13.06%，可能是因為3 a砂覆蓋后，砂礫石的增溫保墑抑蒸功效初步顯現。撂荒地人為擾動較少，土壤含水量較高，接近地表的土壤由于砂土的混合使得土壤的毛細管得以修復，砂礫石的覆蓋使水分上傳功能減弱，故地表土壤含水量較低；而深層土壤的水分蒸發較慢，含水量較高。砂覆蓋15 a后，土壤0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 mm土層含水量比原生地高2.4、3.5、4.0、4.4、4.7 mg/g。本研究結果進一步表明，在干旱、半干旱丘陵溝壑區，砂覆蓋能抑蒸蓄墑，即便是撂荒廢棄砂田，其功能仍優于原生田地。

土壤有效養分含量隨種植年限增加，先升后降的變化規律寓意砂田潛在肥力由于地溫升高和水分含量增加所帶來的積極作用是有限的，一定種植后，潛在肥力基本消失，造成土壤肥力下 降［23 - 25 ］。本研究中，不同覆砂年限果園0～60 cm土壤有機質、土壤全氮與堿解氮、全磷及速效磷、全鉀及速效鉀、全鹽含量變化均呈拋物線變化趨勢，即先增加后降低。3 a砂覆蓋土壤全氮和堿解氮含量增加，可能是砂覆蓋后地溫和土壤含水量的增加，加速了有機質的分解，提高了肥料利用率。之后全氮和堿解氮都迅速下降，則是由于長期不施肥或少施肥，土壤肥力下降，砂田耕地質量變差。砂層砂土比、含砂量下降，土砂混合程度加大，土壤水分、礦質元素、全鹽含量表現先增后降的規律，這是砂田衰退的主要特征。

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