景电灌区次生盐渍化土地枸杞林的土壤特征研究

李银科，马全林，王耀琳，孙涛，靳虎甲，宋德伟，朱国庆，杜娟

(甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室，省部共建国家重点实验室培育基地，甘肃省治沙研究所，甘肃 兰州 730070)



景电灌区次生盐渍化土地枸杞林的土壤特征研究

李银科，马全林，王耀琳，孙涛，靳虎甲，宋德伟，朱国庆，杜娟

(甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室，省部共建国家重点实验室培育基地，甘肃省治沙研究所，甘肃 兰州 730070)

为评价种植枸杞对改良次生盐渍化土壤的效果，实现次生盐渍化土地资源的持续利用，对次生盐渍化土地不同利用方式的弃耕地、不同种植年限枸杞地和小麦地的土壤理化性质进行了调查研究。结果表明，与弃耕地相比，枸杞地土壤有机质、全氮、碱解氮含量显著增加；水溶性盐离子除HCO3-显著增加、Ca2+降低不明显外，K+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、全盐量、电导率均显著降低，离子组成中Na+降幅最大，达70.1%～82.9%，全盐量降低70.9%～82.8%；砂砾含量降低、粉粒和粘粒含量升高，CaCO3含量升高，pH值降低，容重先降低后升高，孔隙度先升高后降低。枸杞地Na+和全盐量比小麦地分别高118.1%～282.3%和84.0%～211.5%，其他土壤理化指标和小麦地没有差异。这些说明种植枸杞改善了次生盐渍化土壤质量，除占盐分主导地位的Na+含量明显较高外，其他土壤性状恢复至与盐渍化程度低的传统农耕地相当。种植枸杞的前4年间土壤理化性质发生了迅速变化，之后变化速度很缓慢。土地利用方式的变化对次生盐渍化土壤性状具有重要影响。

次生盐渍化土壤；枸杞种植；土地利用方式；土壤性状

土壤是人类赖以生存和发展的生产资料，也是人类社会最基本、最重要的自然资源之一[1]。土壤盐渍化问题是困扰农业生产的一大难题，我国盐渍化土壤主要分布在中纬度地带的干旱区、半干旱区或滨海地区，目前约有20%的灌溉土壤受到盐害的影响[2]。土壤的盐渍化问题和灌溉引起的土壤次生盐渍化问题是干旱区农业发展的主要障碍，也是影响绿洲生态环境稳定的重要因素。人类的土地利用和管理活动会在很大程度上影响土壤质量的时空变化[3]，由此引起的土壤质量演变受到人们的重视[4]。景电灌区位于甘肃省中部，地处黄土高原与腾格里沙漠的过渡地带，该区光热资源充足，但水资源缺乏。黄河水使大片土地得到灌溉，然而由于特殊的地质地貌、母质、气候和不合理的灌溉等诸多因素的影响造成大面积土壤发生次生盐渍化，传统农业生产受到严重影响，灌区土壤的可持续利用已成为人们关注的焦点问题[5]。

我国目前普遍采用的土壤盐渍化分级标准主要按地区和盐分类型不同大体分为两个含盐量系列，一是滨海、半湿润、半干旱地区；二是干旱及漠境地区。在干旱及漠境地区，土壤含盐量小于0.2%者为非盐化土壤，0.2%～0.3%(0.4%)为轻度盐化，0.3%(0.4%)～0.5%(0.6%)为中度盐化，0.5%(0.6%)～1.0%(2.0%)为强度盐化，大于1.0%或2.0%者为盐土[6]。盐渍土的改良利用是一项复杂的工程，关于盐渍土改良利用的研究很多，多年来，盐渍土的治理上采用了水利工程、农业耕作、化学改良、生物改良等措施，并取得了一定的成效，但每一单项措施都有一定的局限性。而将植被恢复重建和种植业有机结合、配套，形成农林草复合生物系统，辅之合理灌溉等其他措施，不仅可以治理盐渍土，充分发挥盐渍土的资源优势，而且还是防治土地荒漠化，改善生态环境的有效措施之一[7]。

盐渍土壤的生物修复是近年来广为关注的修复方法，对提高盐渍土壤养分、恢复地力效果明显[8-10]。研究表明，在盐渍土壤地区种植盐地碱蓬(Suaedasalsa)[11-12]、碱茅草(Puccimelliadistans)[7]、鲁梅克斯草[13]、棉花(Gossypiumhirsutum)、白蜡(Fraxinuschinensis)、杂草[14]，以及稻麦轮作模式[15]，能有效降低土壤盐分及其危害。枸杞(Lyciumchinense)是抗盐耐旱的逆境植物材料，常作为盐碱化土地改良的先锋植物[16]，枸杞也是经济作物，近年来种植面积逐年扩大。学者们对盐渍化土壤枸杞栽培技术和枸杞耐盐生理开展了大量研究[17-20]，但种植枸杞对改良盐渍化土壤的效果如何，土壤质量改善程度多大，目前还缺乏这方面系统的定量研究。本文以甘肃景电引黄灌区次生盐渍化弃耕地和盐渍化程度较轻的传统农耕地为对照，比较研究种植枸杞对次生盐渍化土壤理化性质的影响，为灌区次生盐渍化土壤的改良和持续利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地点位于甘肃省景泰县草窝滩镇红跃村，地处103°51′-104°13′ E，37°13′-37°20′ N之间，海拔1565 m。气候干旱少雨，降水量185 mm，蒸发量3040 mm，平均气温8.5℃。地带性土壤为荒漠灰钙土，土壤母质包括黄土、风积物和洪积物。该区水资源缺乏，景电高扬程电力引黄提灌工程为农业生产提供了灌溉水资源，然而由于特殊的地质地貌、母质、气候和不合理的灌溉等因素又造成土壤的次生盐渍化现象非常严重，大面积土地弃耕。1998年以来，该区陆续种植耐盐碱经济作物枸杞，取得了较好的效果。本研究以弃耕盐碱地(视种植枸杞年限为0年)和盐渍化程度低的传统农耕地为对照，选取种植年限为4,7,11年的枸杞地为研究对象，各枸杞地管理基本一致。各利用地块邻近，地势平坦，土壤母质类型一致，地下水位均为1 m。弃耕地主要植被为盐爪爪(Kalidiumfoliatum)，盖度3%～4%。传统农耕地采样前茬为小麦(Triticumaestivum)地，每年灌水4次，每次1350～1800 m3/hm2，漫灌；每年施农家肥约11 t/hm2，尿素约450 kg/hm2，磷酸二铵约750 kg/hm2，过磷酸钙约600 kg/hm2，复合肥(N、P、K各占17%)约400 kg/hm2。枸杞地地块间开挖渠道，灌水洗盐，年灌水7～8次，每次灌溉量和灌溉方式同小麦地，枸杞果实每年采摘7～8次，年修剪2次；每年施农家肥约34.5 t/hm2，尿素约790 kg/hm2，磷酸二铵约1690 kg/hm2，过磷酸钙约750 kg/hm2，复合肥(N、P、K各占17%)约1500 kg/hm2。

1.2 样品采集与分析

2010年8月，在上述5个处理中分别随机选取3块样地作为3个重复，每个样地约667 m2，土壤取样深度为1 m，每10 cm取1个样，共分10个层次进行采样，同时用环刀法测定容重[21]。每块样地按“S”形线路取5个样点，同层次土样混合作为1个混合样。

土样风干后过2和0.25 mm筛备用。有机质测定用重铬酸钾氧化-外加热法[22]，全氮用半微量凯氏法，全磷用氢氧化钠熔融-钼锑抗比色法[22]，全钾用氢氧化钠熔融-火焰光度法[22]，碱解氮用碱解扩散法[22]，速效磷测定用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法[22]，速效钾测定用醋酸铵浸提-火焰光度法[22]，盐分测定水土比为5∶1，电导率用电导仪法[23]，机械组成用粒度仪法(仪器型号：APA2000;产地：英国)，碳酸钙用气量法[23]，pH值的测定用电极法[23]，比重用比重瓶法[23]，孔隙度=1-(容重/比重)。

1.3 数据统计分析

以土地利用方式作为固定因素，以土壤各指标为随机因素，用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析，用LSD(P<0.05)法进行差异显著性比较。

2 结果与分析

2.1 枸杞种植年限对次生盐渍化土壤养分的影响

土地利用方式对0～100 cm土壤有机质、全氮、碱解氮含量有显著或极显著的影响，对全磷、全钾、速效磷、速效钾的影响不显著(表1)。与弃耕地相比，枸杞地土壤有机质、全氮、碱解氮含量显著增加，枸杞地不同种植年限之间差异不显著；各养分因子枸杞地和小麦地之间也无显著差异。说明种植枸杞可以显著增加次生盐渍化土壤有机质和氮素含量，土壤养分状况得到改善至与盐渍化程度较低的传统农耕地相当。

表1 不同利用方式对土壤养分特征的影响

注：表中数据为0～100 cm土层平均值；同列不同字母表示样地之间达到5%的显著差异；*P<0.05，**P<0.01，***P<0.001，NS：不显著。下同。

Note: Values in Table are average value in 0-100 cm soil layer. The different small letters within the same column mean the significant differences at the 5% level. *:P<0.05; **:P<0.01; ***:P<0.001; NS: Not significant, the same below.

从养分的垂直变化看出(图1)，0～20 cm土层，弃耕地和枸杞地土壤有机碳和全氮上层大下层小，小麦地则相反，这与小麦地的耕作扰动有关；0～40 cm和50～80 cm层，枸杞地有机质明显高于弃耕地；0～40 cm层，枸杞地有机质也明显高于小麦地；0～20 cm和30～40 cm土层，枸杞地全氮含量均明显高于弃耕地和小麦地；除30～40 cm层之外的其他土层，枸杞地碱解氮含量均高于弃耕地。作物枯枝落叶、根系分泌物及脱落物增加了土壤有机质和全氮含量(枸杞地表层土壤最为明显)，施肥也增加了枸杞地和小麦地有机质和氮素含量。弃耕地40～50 cm土层有机质含量较高,可能与盐爪爪主要毛细根系分布在该层有关。

图1 不同利用方式地有机质、全氮和碱解氮的垂直变化Fig.1 Vertical variation of organic matter, total nitrogen and available nitrogen under different land useAF：弃耕地Abandoned field；MF：枸杞地Medlar field；WF：小麦地Wheat field；下同 The same below.

2.2 枸杞种植年限对次生盐渍化土壤盐分的影响

研究区土壤水溶性盐分组成中无CO32-，以Na+占绝对优势。根据土壤盐化分级标准，弃耕地属于盐土，各枸杞地均属于强度盐化土，小麦地属于轻度盐化土。按盐化类型划分，弃耕地为氯化物盐土，各枸杞地均为硫酸盐-氯化物盐化土，小麦地为氯化物-硫酸盐盐化土[6]。土地利用方式对除Ca2+之外的其他离子、全盐量、电导率均有显著或极显著的影响(表2)。与弃耕地相比，枸杞地除HCO3-显著增加、Ca2+降低不明显外，其他离子、全盐量、电导率均显著降低，离子组成中Na+降幅最大，达70.1%～82.9%，全盐量降低70.9%～82.8%；不同种植年限枸杞地之间各离子、全盐量、电导率无显著差异；枸杞地Na+和全盐量显著高于小麦地，其他离子和电导率均与小麦地差异不显著，枸杞地Na+和全盐量比小麦地分别高出118.1%～282.3%和84.0%～211.5%。说明种植枸杞可以大幅降低次生盐渍化土壤盐化程度，使盐土演变为强度盐化土，但由于Na+的含量还较高，这种降低与盐渍化程度较低的传统农耕地还有很大的差距。

盐分的垂直变化显示(图2)，弃耕地盐分各离子(除HCO3-外)和全盐量随土层深度的增加迅速下降，尤其在0～20 cm土层，说明弃耕地盐分的表聚现象非常明显；弃耕地HCO3-的垂直变化不明显，枸杞地和小麦地HCO3-均在0～40 cm土层明显高于弃耕地；枸杞地和小麦地K+、HCO3-随深度增加而降低，其他离子、全盐量则随深度增加有升高趋势。人类生产活动降低了次生盐渍化土壤盐分含量，也改变了盐分十分明显的表聚现象。

表2 不同利用方式地土壤盐分特征

图2 不同利用方式地土壤盐分组成及全盐量的垂直变化Fig.2 Vertical variation of soil salt component and total salt content under different land use

2.3 枸杞种植年限对次生盐渍化土壤其他理化性质的影响

表3所示，土地利用方式对土壤机械组成、CaCO3、pH、容重、孔隙度均有显著或极显著的影响，对比重无显著影响。与弃耕地相比，枸杞地砂砾含量显著降低、粉粒和粘粒含量显著增加，CaCO3含量显著增加，pH值显著降低；机械组成、CaCO3、pH不同种植年限枸杞地、小麦地相互之间差异不显著；随着枸杞种植年限的增加，容重先减小后增加，孔隙度先增加后减小。次生盐渍化土壤种植枸杞后土壤质地、酸碱度向好的方向发展，CaCO3含量的增加与施用过磷酸钙有关。土壤有机质的增加可以降低容重，增加土壤孔隙度，但随着种植年限的增加，长期踩踏使容重增加，孔隙度减小。

从机械组成的垂直变化看出(图3)，与弃耕地相比，枸杞地在0～20 cm土层砂砾的降低、粉粒和粘粒的增加比较明显，60～100 cm土层砂砾的降低、粉粒的增加最为明显；枸杞地与小麦地机械组成的垂直变化相似。

表3 不同利用方式地其他土壤理化特征

图3 不同利用方式地土壤机械组成的垂直变化Fig.3 Vertical variation of soil mechanical composition under different land use

图4显示，0～20 cm土层枸杞地CaCO3含量比弃耕地增加明显，60～100 cm土层也比较明显；枸杞地pH值在各土层都明显低于弃耕地；各利用地土壤容重在0～30 cm土层均随深度增加而减小，30 cm以下又逐渐增大，这与土壤孔隙度的垂直变化恰好相反；在0～20 cm土层，枸杞地容重明显低于弃耕地，孔隙度则枸杞地明显高于弃耕地；枸杞地与小麦地CaCO3含量、pH值、容重、孔隙度的垂直变化均相似。

图4 不同利用方式地土壤CaCO3含量、pH值、容重和孔隙度的垂直变化Fig.4 Vertical variation of soil CaCO3 content, pH value, bulk density and porosity under different land use

3 讨论

植物凋落物及根系向土壤中释放的有机酸和酶及脱落的根冠细胞和残留根系既增加了土壤有机质含量，又有利于土壤微生物的活动，促进营养物质的溶解，提高土壤肥力；有机酸可中和土壤中OH-，降低土壤pH值；土壤有机质的增加又促进了土壤团粒结构的形成，使土壤疏松，增加土壤通透性。研究表明[7,13]，在草甸盐土上种植紫花苜蓿(Medicagosativa)、鲁梅克斯草，3年后土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾增加，pH值降低，容重降低，孔隙度增大，本研究结果与之基本一致。本研究中土壤全磷、全钾、速效磷、速效钾含量变化不明显，这可能与枸杞的采摘和修剪从枸杞林系统中移出大量物质、以及施肥结构中磷素和钾素相对较少有关。植被的建植有效地减弱了地表风蚀，拦截细粒的沉降，改善了土壤机械组成[24]。随着种植年限的增加，由于长期踩踏，枸杞种植后期土壤容重又增大，孔隙度减小。

盐碱地种植植物后，随着植物生长年限的增加，土壤盐含量逐年下降。含盐量下降的主要原因是[25]：1)灌溉淋洗盐分；2)植被盖度增加，减少地表蒸发，减少盐分从深层上升；3)枯枝落叶和根系增加有机质含量，有机质分解产生各种有机酸，使土壤中阴阳离子溶解度增加，有利于脱盐；4)每年收获、修剪带走一部分盐。本研究中，种植枸杞4～11年，土壤全盐量降低70.9%～82.8%。以往研究结果表明，在盐碱地种植植物2～4年后，土壤脱盐率为61%～85%[7,13,26-27]，本研究结果与之相符合。

研究区土壤CaCO3含量很高，为石灰性土壤，枸杞地和小麦地施用过磷酸钙使得CaCO3含量更高。石灰性土壤中存在着CaCO3+H+HCO3-+Ca2+这种平衡，枸杞地有机质含量升高，分解形成的有机酸增多，加之根系分泌的有机酸使得土壤溶液中H+增加，平衡向右移动，HCO3-升高。又由于土壤盐分离子中HCO3-和Na+不易被淋洗[28]，所以弃耕地种植枸杞后HCO3-浓度升高。不同盐分离子在土壤中的分布特征主要与离子的浓度与电荷数有关：Na+浓度明显高于Ca2+与Mg2+浓度，使得土壤胶体吸附的Ca2+与Mg2+易于被Na+置换而进入土壤溶液，随水分迁移[29]。弃耕地种植枸杞后，除HCO3-离子外，Na+虽然显著降低，但还显著高于小麦地，其他盐分离子已降至和小麦地相当。过量施肥[30-31]和不合理的灌溉方式是引起土壤次生盐渍化的重要因素，枸杞地化肥使用量和灌水量很高，而且都远高于小麦地，使得枸杞地盐渍化程度高于小麦地。

4 结论

与弃耕地相比，枸杞地土壤有机质、全氮、碱解氮含量升高，砂砾含量降低、粉粒和粘粒含量升高，CaCO3含量升高，pH值降低，容重先降低后升高，孔隙度先升高后降低。水溶性盐分组成中(除HCO3-升高外)各离子含量、全盐量、电导率降低，表明种植枸杞可以改善次生盐渍化土壤养分状况、降低盐渍化程度、改变土壤盐化类型和盐分垂直分布，并改善土壤质地、降低酸碱度、减小容重、增加孔隙度。

研究区土壤水溶性盐离子组成中无CO32-，以Na+占绝对优势，弃耕地盐分的表聚现象非常明显。按土壤盐化分级标准，弃耕地属于盐土，各枸杞地均属强度盐化土，小麦地属轻度盐化土；按盐化类型划分，弃耕地为氯化物盐土，各枸杞地均为硫酸盐-氯化物盐化土，小麦地为氯化物-硫酸盐盐化土。枸杞地只有水溶性Na+含量和全盐量显著高于小麦地，其他土壤理化指标和小麦地没有差异。表明次生盐渍化土地种植枸杞后除占盐分主导地位的Na+含量明显较高外，其他土壤性状恢复至和盐渍化程度低的传统农耕地相当。

枸杞种植的4～11年期间，只有容重显著地先降低后升高、孔隙度先升高后显著降低，其他土壤理化性质变化均不显著。表明次生盐渍化土地种植枸杞的前4年间土壤理化性质发生了迅速改变，之后变化速度很缓慢。引起这种变化的原因是土地利用发生了改变，相同土地利用类型下土壤性质变化缓慢，种植枸杞所采取的灌水洗盐、施肥等管理措施以及枸杞生长对土壤的影响是该区次生盐渍化土壤性状发生改变的主要原因，也表明了人类管理措施对土壤性质影响的重要性。

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Soil characteristics of medlar wood growing on secondary salinization land in Jingdian irrigation zone

LI Yin-Ke, MA Quan-Lin, WANG Yao-Lin, SUN Tao, JIN Hu-Jia, SONG De-Wei, ZHU Guo-Qing, DU Juan

StateKeyLaboratoryofDesertificationandAeolianSandDisasterCombating,GansuDesertControlResearchInstitute,Lanzhou730070,China

This study evaluates the effect of planting medlar on the sustainable use of secondary salinized land. The physical and chemical properties of secondary salinized soil were investigated under different land use patterns, including an abandoned field (AF), medlar fields with different planting years (MF) and a wheat field (WF). Compared to AF, the MF soils showed significant increases in organic matter, total nitrogen, available nitrogen, and HCO3-, while total salt content and electrical conductivity significantly decreased. The most significant decrease was in Na+(70.1%-82.9%). Results also showed that in MF soils the sand content decreased and silt and clay content increased. CaCO3content increased and pH value decreased. However, bulk density firstly decreased and then increased over time, while porosity showed an opposite trend when compared with AF. K+and total salt content were higher in MF than in WF by 118.1%-282.3% and 84.0%-211.5% respectively. Other soil physical and chemical properties showed no significant differences between MF and WF. The results show that secondary salinized soil quality is improved by planting medlar. Although Na+content was significantly higher, other soil characteristics were relatively low compared to salinization of traditional cropland. The improvement of soil characteristics was rapid during the first 4 years of medlar planting and then slowed considerably. The study thus shows that changes in land use patterns greatly influence the soil characteristics of secondary salinized land.

secondary salinized soil; medlar planting; land use patterns; soil characteristics

10.11686/cyxb20150508

http://cyxb.lzu.edu.cn

2014-04-08；改回日期：2014-08-15

甘肃省青年科学基金项目(1208RJYA067，1208RJYA093)，全球环境基金项目(GEF/53-4280)和甘肃省省属科研院所科技创新团队(1207TTCA002)资助。

李银科(1982-)，男，甘肃徽县人，助理研究员，硕士。E-mail：lyk819@163.com

李银科， 马全林， 王耀琳， 孙涛， 靳虎甲， 宋德伟， 朱国庆， 杜娟. 景电灌区次生盐渍化土地枸杞林的土壤特征研究. 草业学报, 2015, 24(5): 66-74.

Li Y K, Ma Q L, Wang Y L, Sun T, Jin H J, Song D W, Zhu G Q, Du J. Study on soil characteristics of medlar wood in secondary salinization land in Jingdian irrigation zone. Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(5): 66-74.