耐盐碱植物对滨海盐碱地的改良效果1)

高彦花 张华新 杨秀艳 刘 涛

(中国林业科学研究院林业研究所，北京，100091)

在盐碱地中，土壤盐分是影响土壤微生物和土壤养分的主要限制因子，而土壤微生物和土壤养分是陆地生态系统的重要组成成分，也是衡量土壤肥力的重要指标［1］。所以，研究滨海盐碱地的土壤微生物和土壤养分的分布状况及其与土壤盐分的关系，对于合理利用滨海和改善生态环境具有重大意义。天津地处华北平原东北部，该地区盐碱地分布广泛，据第二次天津土壤普查资料统计，天津盐碱地面积达49.3万hm2，占全市土地总面积的42.3%［2］，对于该地区盐碱地的改良与利用一直备受重视。近年来，有学者对该地区盐碱土做了相关研究［3-4］，然而，对于如何有效地改良该地区盐碱地的研究鲜有报道。

种植耐盐碱植物是改良盐碱地的最佳措施之一，如张丽珍等［5］在大同盆地盐碱滩地上进行柠条的种植试验。结果表明，种植柠条的试验地同原生盐碱滩地相比，土壤盐分质量分数明显减少，土壤养分含量增加。林学政等［6］通过比较种植盐地碱蓬土壤和对照土壤的电导率、有机质和微生物差异，电导率与对照相比下降13%，有机质和总氮与对照土壤相比分别增加43%和18%，微生物数量明显增加，表明种植盐地碱蓬对改善滨海盐碱地的生态环境有明显效果。系统、深入地研究不同耐盐碱植物对土壤肥力状况的影响，选择适宜的树种对盐碱土进行改良，对开发滨海地区盐碱化土地，改善生态环境具有重要意义。

白刺(Nitraria tangutorum)、杜梨(Pyrus betulaefolia)和银水牛果(Shepherdia argentea)是重要的耐盐碱植物。笔者以在天津滨海盐碱地栽植这3种植物4 a后的林地土壤为研究对象，对林地土壤微生物、养分、盐分质量分数及其相关关系进行分析，研究不同耐盐碱植物对该地区盐碱地的改良情况，旨在为滨海盐碱地的开发利用和生态环境植物修复提供科学依据。

1 研究地概况

试验地位于天津滨海新区耐盐碱植物科技园内(38°76'N，117°22'E)。地势平坦，平均海拔为3 m，属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季高温高湿。年平均气温12.1℃，年平均无霜期为211 d，年平均降水量593.6mm，约75%的降水量集中于7—9月份，年蒸发量为1 800 mm，是降水量的3倍。该区属于华北平原滨海沉积区，地质结构简单。土壤属于滨海盐土，土质黏重，渗透性很差。土壤pH=7.5～8.5，偏碱性，肥力较低，天然地被植物主要有油蒿(Artemisia ordosica)、稗草(Echinochloa crusgalli)、芨芨草(Achnatherum splendens)等杂草。

2 材料与方法

样地设置与土壤样品采集：2006年春，在耐盐碱植物科技园内布设相邻的3块30 m×30 m试验林地，各林地间隔5 m，分别栽植1年生苗木白刺、杜梨、银水牛果3种耐盐碱植物，株行距分别为：白刺0.5 m×0.5 m、杜梨 2 m×2 m、银水牛果2 m×2 m。2010年8月份在3块林分中分别随机选取5个点进行土样采集，因为在3块林地中植物根系主要分布在0～30 cm土层中，所以采样深度(h)为0＜h≤10 cm、10 cm＜h≤20 cm、20 cm＜h≤30 cm，取适量土壤装入无菌袋，每个样装2份。1份保存在4℃冰箱中，用于微生物的测定;另一份风干后测定土壤养分和盐分质量分数。另取林地间隔地带中间处土壤作为对照，取样方法同上。

土壤微生物数量测定：细菌、放线菌、真菌利用稀释平板法测定［7］。细菌：采用牛肉膏蛋白胨培养基，土壤稀释质量分数为10-3、10-4、10-5;放线菌：采用改良高氏一号培养基，土壤稀释质量分数为10-3、10-4、10-5;真菌：采用马丁氏培养基，土壤稀释质量分数为10-1、10-2、10-3，每一质量分数分别做3次重复。细菌在35℃温度下恒温培养24 h，真菌和放线菌在28℃条件下恒温培养72 h，然后选取每皿菌落数量为15～150个的一个稀释质量分数统计菌落数量，按如下公式计算微生物数量。

土壤养分和盐分质量分数测定：土壤盐分质量分数采用常规的残渣烘干法进行测定;有机质采用重铬酸钾容量法测定;全N用半微量凯氏法;全P用H2SO4-HClO4消煮，钼蓝比色法测定;有效N用碱解扩散法测定;有效P利用0.15 mol/L的碳酸氢钠提取样品后，用钼蓝比色法测定;有效K用1 mol/L的醋酸钠提取土壤样品后，用火焰光度计测定［8］。

数据处理与分析：用Excel进行图表处理，SPSS16.0进行数据分析。

3 结果与分析

3.1 耐盐碱植物对土壤盐分的影响

白刺、杜梨和银水牛果林地土壤盐分质量分数显著低于对照土壤盐分质量分数(表1)。3种耐盐碱植物林地不同土层土壤盐分质量分数为1.426～1.900 g·kg-1，在空间分布上比较均匀，基本没有变化。对照土壤盐分质量分数随深度增加盐分质量分数逐渐降低，在0＜h≤10 cm、10 cm＜h≤20 cm、2 0cm＜h≤30cm土层盐分质量分数分别为2.143、4.286、5.717 g·kg-1，显著高于同层耐盐碱植物林地土壤盐分质量分数。白刺、杜梨和银水牛果林地土壤盐分在0～30 cm土层分布均匀，原因可能是由于植物根系对矿质离子的吸收作用，使得矿质离子均匀分布在植物根系周围。而在对照土壤中没有植物根系的作用，在夏季雨水较多的情况下土壤中的盐分随雨水入渗向下层土壤移动，出现下层土壤盐分质量分数高于上层土壤。可见，种植耐盐碱植物可以有效降低盐碱土盐分质量分数。

表1 各林地土壤盐分的空间分布

3.2 耐盐碱植物对土壤微生物数量的影响

3.2.1 土壤微生物在不同土层深度的分布

对试验样地土壤细菌、放线菌和真菌的数量进行测定。结果表明，3大类土壤微生物数量随深度增加而减少，微生物主要分布在0＜h≤20 cm土壤深度范围内，其中0＜h≤10 cm微生物数量要略高于10 cm＜h≤20 cm土层微生物数量，20 cm＜h≤30 cm土壤微生物数量明显低于10 cm＜h≤20 cm微生物数量(表1)。土壤微生物的这种垂直变化规律主要受两方面影响：一是土壤养分的供应，植物的枯枝落叶使得土壤表层有机质含量丰富［9］，而且植物根系基本分布于0＜h≤20 cm土层范围内，根系分泌物和脱落物也为微生物的生长繁殖提供了有机养料;二是土壤的通气状况，土壤通气性良好可以为促进好气性微生物生长繁殖创造有利条件［10］。试验样地中3大类土壤微生物数量排序为：细菌＞放线菌＞真菌，放线菌数量和细菌相差1个数量级，数量相差不是很大，真菌和细菌相差3个数量级，真菌数量最少。这是因为细菌和放线菌适宜在pH为中性或微碱性的环境中生长，而真菌只有在酸性环境中才能生长良好［11］，实验地区为滨海盐碱地，pH=7.5～8.5，土壤呈碱性，所以真菌数量很少。

表2 林地不同土层深度土壤微生物分布

3.2.2 土壤微生物在不同林地的分布

由表3可知，3种林地与对照土壤中细菌和放线菌数量呈现出一致的规律性，数量大小排序为：白刺＞杜梨＞对照＞银水牛果，其中白刺和杜梨林地土壤中的细菌数量为对照土壤的2.29和1.92倍，放线菌数量为对照土壤的4.05和3.89倍，差异都达到了显著水平(P＜0.05)。银水牛果林地和对照土壤细菌和放线菌数量较少，且无显著差异(P＞0.05)。土壤中真菌数量排序为：银水牛果＞白刺＞杜梨＞对照，银水牛果、白刺和杜梨林地土壤中真菌数量为对照的4.65、4.21和3.06倍，达到显著差异水平(P＜0.05)。

表3 不同林地土壤微生物数量分布

从微生物总量来看，白刺林下土壤微生物数量最多，杜梨林下土壤微生物数量次之，银水牛果林地和对照土壤微生物数量相当，数量较少。银水牛果林地土壤真菌数量较多，可能是其特有的植物残体分解致使林下土壤环境适宜真菌的生长繁殖。

3.3 耐盐碱植物对土壤养分的影响

3.3.1 土壤养分在不同土层深度的分布

有机质是土壤养分的主要来源，可以促进土壤结构形成，改善土壤物理性质，提高土壤的保肥能力和缓冲性。白刺、杜梨林地土壤在0＜h≤20 cm土层有机质较多，20 cm＜h≤30 cm土层有机质明显减少;银水牛果林地土壤有机质主要分布在0＜h≤10 cm土层，10 cm＜h≤30 cm 土层有机质较少;对照土壤有机质在各土层中都较少，且随深度增加呈逐渐下降的趋势。N、P、K是植物生长所必需的大量营养元素，在3种耐盐碱植物林地和对照土壤中都呈现随土层深度加深而减少的趋势。由于植物的枯枝落叶和根系分泌物是土壤养分的重要来源，这些植物残体处于土壤表层，所以上层土壤养分高于下层。3.3.2 土壤养分在不同林地的分布

表4 4种植被类型下土壤养分

由表5可以看出，土壤中有机质、全N和碱解N质量分数在3种林地和对照土壤的排序都为：白刺＞杜梨＞银水牛果＞对照，且有机质和碱解N质量分数在3林地和对照土壤中均达到显著差异(P＜0.05);在土壤全N质量分数方面，白刺、杜梨和银水牛果林地之间差异达到显著水平(P＜0.05)，银水牛果林地和对照差异不显著(P＞0.05)。全P和速效P质量分数排序都为：银水牛果＞杜梨＞白刺＞对照，对照土壤全P和速效P质量分数明显低于另外3种林地土壤，均达到显著差异水平(P＜0.05)。速效K的质量分数排序为：白刺＞银水牛果＞杜梨＞对照，白刺林地土壤速效K质量分数远远高于另外3种林地土壤，杜梨和银水牛果林地土壤速效K质量分数差异不显著(P＞0.05)，对照土壤速效K质量分数均明显低于另外3种林地土壤。

表5 不同林地土壤养分分布

华北地区不同肥力等级土壤的有机质质量分数约为：高肥力地＞15.0 g·kg-1;中等肥力地 10.0～14.0 g·kg-1;低等肥力地 5.0～10.0 g·kg-1［8］。本研究中白刺、杜梨、银水牛果和对照土壤有机质质量分数分别为：24.65、18.87、14.25、8.51 g·kg-1。因此可知白刺和杜梨林地土壤达到高肥力水平，银水牛果林地土壤为中等肥力水平，对照土壤属低等肥力。总体来看，对照土壤盐分质量分数远高于另外3种林地，土壤有机质质量分数排序为：白刺＞杜梨＞银水牛果＞对照。所以，白刺、杜梨和银水牛果具有改良滨海盐碱土的效果，其中白刺对盐碱地的改良效果最好，杜梨次之，银水牛果较差。

3.4 耐盐碱植物林地土壤盐分、养分和微生物数量的相关分析

3种耐盐碱植物林地土壤微生物、土壤养分和盐分相关性分析结果表明(表6)，细菌、放线菌和真菌数量与有机质、全N、碱解N、速效K呈极显著的正相关关系(P＜0.01)，真菌与全P、速效P呈极显著正相关关系(P＜0.01);放线菌和真菌与土壤盐分质量分数呈显著负相关(P＜0.05);速效P与土壤盐分质量分数呈极显著负相关(P＜0.01)，有机质和全P与土壤盐分质量分数呈显著负相关关系(P＜0.05)。可知，土壤微生物与土壤养分及土壤盐分质量分数密切相关，微生物数量和土壤养分随盐分质量分数增加而减少，微生物数量随土壤养分的增加而增加。因此，在滨海盐碱地区种植耐盐碱植物可以有效降低土壤盐分质量分数，增加土壤养分和微生物数量，对盐碱地的改良效果显著。

表6 土壤微生物与土壤养分、盐分数之间的相关分析

4 结论与讨论

对天津滨海盐碱地白刺、杜梨、银水牛果造林地进行了土壤微生物、土壤养分和盐分质量分数的分析测定，结果表明：土壤盐分质量分数在0～30 cm土层中基本没有变化，都较低;土壤微生物和土壤养分在0～30 cm深度土层范围内随深度加深而减少，这可能是因为枯枝落叶和根系分泌物集中在上层土壤，土壤养分高，加之表层土壤的水热条件和通气状况良好，为微生物生长创造了有利环境。本研究结果与大多数学者研究结果一致［9，12-15］。

土壤微生物和土壤养分密切相关［16］，土壤养分主要是来源于植物的枯枝落叶，枯枝落叶转化为植物能吸收利用的土壤养分需要微生物作为推动力，土壤微生物参与土壤有机质的分解，腐殖质的合成和养分转化等过程，而土壤中的植物残体和根系分泌物为微生物生命活动提供所需要的各种元素和多种营养物质。

盐碱土中高的盐分质量分数会引起土壤物理性质的恶化，同时也对植物产生严重危害［17］，从而导致土壤养分匮乏和微生物数量的降低。所以土壤养分和土壤微生物具有相互依存、相互促进的关系，而土壤盐分质量分数与土壤养分和土壤微生物数量呈负相关关系。

不同植物由于新陈代谢和土壤中残留的根、茎、叶的差异，造成土壤中有机质和氮、磷、钾等养分含量不尽相同［18］，同时也对土壤中微生物数量和分布状况产生影响。植被覆盖度增加可以较少地面水分蒸发，降低土壤毛管水的运动，从而减少盐分随水分通过毛管向上层土壤运行，降低土壤盐分质量分数。白刺、杜梨、银水牛果在造林4a后，同对照土壤相比，其土壤养分和微生物数量明显增加，盐分质量分数显著降低。这表明此3种耐盐碱植物可以有效地促进土壤脱盐，改善土壤结构，提高土壤肥力。总体来看白刺对于盐碱地的改良效果最好，其次是杜梨，银水牛果的改良效果较差。

种植耐盐碱植物是改良滨海盐碱土的一种有效途径，为了取得最佳的盐碱地改良效果，对于耐盐碱植物的选择、配置以及采用何种造林方式，还需在以后的实践过程中不断探索。另外，值得注意的是，在本研究中，银水牛果林地土壤养分和微生物含量明显低于前两者，而其土壤中真菌数量和P质量分数显著高于白刺和杜梨林地土壤，可能因为银水牛果对其林下土壤状况的影响同其它植物相比有其特殊性，这一问题有待于今后进行深入研究。

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