甘薯种植对苏北沿海滩涂土壤环境的影响

刘 冲，王茂文，邢锦城，丁海荣，朱小梅，赵宝泉，董 静，温祝桂，洪立洲

(江苏沿海地区农业科学研究所，江苏 盐城 224002)



甘薯种植对苏北沿海滩涂土壤环境的影响

刘 冲，王茂文，邢锦城，丁海荣，朱小梅，赵宝泉，董 静，温祝桂，洪立洲*

(江苏沿海地区农业科学研究所，江苏 盐城 224002)

为明确在苏北沿海滩涂上种植甘薯对土壤环境的影响，在3个盐分梯度的盐碱土上进行甘薯栽培试验，研究甘薯在不同盐分土壤下生长性状的差异以及甘薯种植对土壤盐分、养分、土壤微生物碳含量的影响。结果表明，随着土壤盐分的增加，甘薯生长受到抑制，但在2.0～3.1g·kg-1土壤盐分水平下，甘薯生长性状与1.0～2.0g·kg-1盐分下差异不显著，说明甘薯具有一定的耐盐性。在3.1～4.8g·kg-1土壤盐分下甘薯各项生长指标显著下降，说明甘薯已受到严重的盐胁迫。随着甘薯生长进程，土壤盐分呈现逐渐下降的趋势，1.0～2.0、2.0～3.1g·kg-1盐分的土壤的呼吸强度呈现先上升后下降的趋势，但在甘薯收获后，其土壤呼吸强度依然高于甘薯种植前。在甘薯生长期内，土壤全氮含量以及有机质含量先升后降，土壤全钾含量先降后升。土壤盐分越大，土壤微生物碳含量越低，随着甘薯生长进程，1.0～2.0、2.0～3.1g·kg-1土壤盐分下，土壤微生物碳含量呈现逐渐增加的趋势。由此可见，甘薯具有一定的耐盐性。在苏北沿海滩涂上种植甘薯可降低土壤盐分，促进微生物繁殖，提高土壤养分，尤以对盐分含量为1.0～2.0、2.0～3.1g·kg-1的盐碱地的生态环境的改善效果较好。

甘薯；土壤盐分；土壤养分；土壤微生物碳

苏北沿海地区海涂资源十分丰富，滩涂面积占全国的1/4以上[1]，且年淤涨面积达1334hm2[2]，是非常宝贵的后备土地资源。滩涂土壤盐分高、养分低，且严重短缺淡水资源，这是滩涂开发的最大瓶颈[3]。为此，一些研究尝试利用盐生植物建植的人工植被改良土壤，治理盐渍化[4-5]。耐盐植物通过与土壤中细菌、真菌等微生物种群的相互作用，改变微生态环境，对盐碱环境进行修复，这其中包括许多物理的、化学的和生物的过程[6]。

甘薯是重要的能源作物，耐旱，耐盐碱，耐瘠薄，产量高[7]，具有在沿海滩涂规模种植的条件。本研究通过田间试验，研究其在不同土壤盐分上的生长性状，并分析甘薯生长对沿海滩涂土壤环境的影响，以期为沿海滩涂甘薯生长及沿海土壤改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点与试验材料

试验在江苏省盐城市大丰区金海农场滩涂实验基地进行。土壤为冲积盐土类潮盐土亚类，略呈碱性。试验地0—20cm土壤理化性质：pH值7.55；K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量分别为38.23、385.96、226.10、121.15、0.52mg·g-1；有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为10.28、0.51、0.49、17.20g·kg-1。试验地20—40cm土壤理化性质：pH值7.46；K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量分别为52.55、546.21、182.23、94.61、0.63mg·g-1；有机质、全氮、全磷、全钾含量分别为5.94、0.38、0.21、12.00g·kg-1。

试验用甘薯由江苏徐淮地区徐州农业科学研究所提供。

1.2 试验设计

以3种含盐量S1(1.0～2.0g·kg-1)、S2(2.0～3.1g·kg-1)、S3(3.1～4.8g·kg-1)的海涂盐土为试验用地，分别作为1个处理，在各盐分土地上起垄、分区，种植甘薯，6次重复。试验小区长5.0m，宽4.5m，四边均设有保护行，垄距90cm，甘薯株距25cm。平整小区时使用尿素作为氮肥、过磷酸钙作为磷肥，30%的氮肥(150kg·hm-2)和全部磷肥(P2O5)135kg·hm-2作基肥，剩余的氮肥均分3次，以尿素形态作为追肥施入。甘薯于2015年6月20日栽插，10月23日采收。其中，分别于种植前(6月19日)、分枝结薯期(种植后30d，7月20日)、封垄期(种植后60d，8月20日)、薯块膨大盛期(种植后90d，9月20日)、收获后(种植后130d，10月28日)，采取土壤表面下0—10cm耕作层土壤。

1.3 指标测定

采用SPAD-502型叶绿素仪测定叶绿素含量(SPAD值)；土壤全氮、全磷、全钾、有机质含量采用《土壤农化分析方法》[8]中的常规方法；碳-自动分析仪(Phoenix8000)测定土壤微生物碳[9]；采用Li-6400便携式土壤呼吸速率监测系统测定土壤呼吸速率[10]。

1.4 数据分析

所有的数据均采用SPSS 13.0进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 沿海滩涂甘薯生长情况

如表1所示，随着土壤盐分的增加，甘薯生长差异显著。在S2盐分水平下，甘薯生长性状与S1盐分差异不显著。以最长蔓长和甘薯鲜产为例，S2水平的最长蔓长和甘薯鲜产分别为S1的96.7%、97.9%，说明低浓度的土壤盐分对甘薯生长影响较小。当土壤盐分达到S3水平时，甘薯各项生长指标均显著下降。如茎叶鲜产和甘薯鲜产，S3水平只有S1的71.4%、73.0%，说明此时的甘薯已经受到较严重的生长抑制作用。

表1 不同盐分土壤上甘薯生长情况
Table 1 Growth of sweet potato on soils with different salt contents

处理TreatmentsLL/cmST/mmCC/(mg·g-1)FW/(t·hm-2)FY/(t·hm-2)S1140.2a7.01a44.5a15.8a28.4aS2135.6a6.46ab42.9ab13.5b27.8aS387.3b5.02b40.3b11.2c20.7b

2.2 沿海滩涂种植甘薯对土壤盐分的影响

如图1所示，在3种盐分的土壤上种植甘薯，土壤盐分均随着甘薯生长天数增加呈逐渐下降趋势。在甘薯收获后，S1、S2处理的土壤盐分比种植前分别下降了20%、10%，S3土壤盐分变化不显著。种植甘薯后，盐分含量在1.0～3.1g·kg-1的土壤盐分明显下降，这可能是因为盐生植物能够吸收和积累一定数量的盐分，并利用它们作为渗透调节物质以适应盐碱土的低水势，致使根际土壤含盐量下降。

2.3 沿海滩涂种植甘薯对土壤呼吸的影响

土壤呼吸是陆地生态系统碳循环的重要环节，是土壤碳素向大气输出的主要途径[11]，是土壤生态系统物质循环与能量转化的外在表现，对土壤有机质的矿化速率、异养代谢情况、土壤腐殖质和枯枝落叶层中碳代谢、植被地下碳分配和生态系统生产力等有重要指示作用[12]。

图1 沿海滩涂种植甘薯对土壤盐分的影响Fig.1 Effects of sweet potato plantation on soil salt content

从图2可以看出，随着甘薯生长天数增加，S1、S2处理的土壤呼吸强度呈现先上升后下降的趋势，在90d左右达到较大值，且低盐分下土壤呼吸强度显著高于高盐分土壤。如在生长90d时，S1、S2处理的土壤呼吸强度分别是S3处理的1.52、1.41倍。在甘薯收获后(130d),,S1、S2处理的土壤呼吸强度仍然比甘薯生长前分别增加6.8%、3.9%。可见，在轻、中度盐分(1.0～3.1g·kg-1)土壤环境下种植甘薯可有效提高土壤呼吸强度，但在较高盐度土壤上，土壤呼吸强度变化不显著。

2.4 沿海滩涂种植甘薯对土壤营养元素含量的影响

如图3所示，在甘薯生长期内，土壤全氮含量以及有机质含量在各盐分水平下均呈现先升后降的趋势。S1、S2处理的土壤全氮含量在封垄期(种植后60d)达到最大值，分别比种植前增加29.5%、9.8%；S3处理的土壤全氮含量在薯块膨大盛期(种植后90d)达到最大值，比种植前增加31.1%。S1处理的土壤有机质含量在薯块膨大盛期(种植后90d)达到最大值，比种植前增加37.7%；S2、S3处理的土壤有机质含量在封垄期(种植后60d)达到最大值，分别比种植前增加14.1%、25.0%。土壤全磷含量在甘薯生长期内变化不显著。

甘薯是典型的喜钾作物，合理补钾可以增加干物质生产量，提高干物质在块根中的分配率，提高块根产量[13]。从图3可以看出，在甘薯生长期内，土壤全钾含量呈现先降后升的趋势，S1、S2处理于封垄期(种植后60d)时达到最低值，分别为种植前的78.9%、76.8%，S3处理于薯块膨大盛期(种植后90d)达到最低值，为种植前的70.3%。

图2 沿海滩涂种植甘薯对土壤呼吸的影响Fig.2 Effects of sweet potato plantation on soil respiration

图3 沿海滩涂种植甘薯对土壤养分的影响Fig.3 Effects of sweet potato plantation on soil nutrients

另外，盐碱地上种植甘薯，甘薯收获后各土壤养分指标均比种植前有所提高，如S2处理的土壤全氮、有机质、全磷、全钾含量分别比种植前增加4.1%、2.1%、6.3%、4.2%。由此可见，在盐碱地上种植甘薯可显著提高土壤养分，改善土壤环境。

2.5 沿海滩涂种植甘薯对土壤微生物碳的影响

土壤微生物碳含量作为土壤有机质中最活跃和最易变化的组分，能在很大程度上反映土壤质量和土壤微生物数量，因而是评价土壤微生物量和活性的重要指标[14]。从图4可以看出，土壤盐分越大，土壤微生物碳含量越低。随着甘薯生长进程，S1、S2处理的土壤微生物碳含量呈现逐渐增加的趋势，在甘薯收获后，含量略有下降。如S2处理的土壤微生物碳含量于薯块膨大盛期(种植后90d)时达到最大值，比种植前增加41.4%，收获时(种植后130d)含量较之前略有下降，但仍比种植前增加33.1%。S3处理的土壤微生物碳含量在甘薯生长期内变化不显著。

图4 沿海滩涂种植甘薯对土壤微生物碳含量的影响Fig.4 Effects of sweet potato plantation on soil microbial carbon content

3 讨论

20世纪90年代，郭小丁等[15]已经在江苏省赣榆县滨海新垦盐渍地上发现甘薯具有较强的耐盐性。近几年，更是筛选出“泰中9号”“苏薯7号”“龙薯1号”“徐薯18”等耐盐碱甘薯品种，并且发现在盐碱地上种植甘薯可使盐碱地土壤中的含盐量显著降低[16-17]。李爱贤等[18]将栗子香的胚性悬浮细胞在含有0～3.0% NaCl和2.0mg·L-12，4-D的MS液体培养基中培养，结果表明，2.0% NaCl适合甘薯耐盐性的离体筛选。本研究中，在2.0～3.1g·kg-1的土壤盐分下，甘薯生长性状与在1.0～2.0g·kg-1盐分下差异不显著，也足以证明甘薯的耐盐性。

在沿海滩涂上种植耐盐植物是改良盐碱地最经济有效的方式之一，不仅能够带来显著的经济效益，还能显著降低土壤 Na+含量，增加土壤有机质、氮、磷、钾含量和微生物数量[19]。林学政等[20]利用盐生植物盐地碱蓬对天津河口滨海盐碱地进行生物修复，发现种植区域碱蓬根系土壤的可溶性盐分与对照土壤相比下降了41%，根系土壤的微生物数量明显增加。在宁夏银北盐碱地上种植耐盐植物红豆草、苜蓿、聚合草、小冠花、苇状羊茅，具有明显的脱盐作用，盐碱地0—20、0—100cm土层土壤脱盐率分别可达31.1%和19.1%[21]。本研究中，随着甘薯生长期的增加，土壤盐分逐渐下降。甘薯收获后，S1、S2处理的土壤盐分比种植前分别下降了20%、10%。这主要是因为当植物地上部分收获以后，植物体内所含的盐即可大部分被移走，从而有效地降低土壤的含盐量[20]。

土壤微生物量是植物营养物质的源和库，并积极参与养分循环。基本的土壤质量健康生物指标应当包括微生物碳、土壤呼吸，土壤基本养分等。土壤微生物量碳是土壤有机碳的灵敏指示因子，是评价长期耕作过程中土壤质量变化的生物学指标[22]。研究表明，将苜蓿引入盐碱地，可以显著改善盐碱地土壤物理环境，增加土壤肥力[23]。种植紫花苜蓿、碱蓬能够显著增加盐碱地土壤有机质含量，提高土壤中的氮磷钾含量[24-25]。本研究中，在1.0～3.1g·kg-1的土壤盐分下，土壤呼吸强度、土壤微生物碳、土壤有机质、全氮均随着甘薯生长天数的增加而上升，直到甘薯收获后，各指标略有下降，但都依然高于甘薯生长前数值。这与李娟等[26]对褐潮土的研究结论相似。对于甘薯而言，此现象主要是由于甘薯的生长发育过程中，根系及块茎的穿插作用、枯枝落叶及死根的腐殖作用使土壤的物理性质得到改善，土壤有机质增加，促进了土壤微生物的生长和繁殖，改善了土壤养分状况和化学性状，提高了土壤肥力[27]。与其他养分指标不同的是，土壤全钾含量随着甘薯生长期的增加呈现先降后升的趋势，在1.0～3.1g·kg-1的土壤盐分下于种植后60d，即封垄期时达到最低值，这主要是由于甘薯是典型的喜钾作物，多吸收土壤中钾元素可增加“源”端蔗糖含量，增加“源—库”间的膨压差，促进甘薯植株体内蔗糖的向外输出，促进块根的膨大[28]。

综上，甘薯具有一定的耐盐性。在苏北沿海滩涂上种植甘薯，可降低土壤盐分，并促进微生物生长，提高微生物及土壤养分，且以1.0～3.1g·kg-1的土壤盐分下效果较优。这可为沿海滩涂甘薯生长及沿海土壤环境改良提供依据。但是，沿海滩涂土壤环境较为复杂，今后还应深入研究滩涂地上甘薯的科学栽培管理，以更进一步增加甘薯产量，提高其品质。

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(责任编辑 高 峻)

Effects of sweet potato plantation on soil environment of coastal area in Northern Jiangsu

LIU Chong，WANG Mao-wen, XING Jin-cheng，DING Hai-rong，ZHU Xiao-mei，ZHAO Bao-quan，DONG Jing，WEN Zhu-gui，HONG Li-zhou*

(InstituteofAgriculturalSciencesinCoastalAreaofJiangsuProvince,Yancheng224002,China)

In order to explore the effect of sweet potato plantation on soil environment of coastal area in Northern Jiangsu，a field experiment with 3concentrations of soil salt was carried out.It was shown that the growth of sweet potato was restrained with the increase of soil salt concentration.The growth of sweet potato had no difference in soils with salt concentration of 2.0-3.1and 1.0-2.0g·kg-1，indicating a certain salt resistance of sweet potato.When soil salt content was increased to 3.1-4.8g·kg-1，the growth index of sweet potato dropped significantly.With the prolong of sweet potato growth，soil salt declined gradually，and the soil respiration intensity presented the downward trend after rising first in soils with 1.0-2.0and 2.0-3.1g·kg-1salt concentration.After harvest，soil respiration intensity was still higher than that before sweet potato plantation.During the whole growth period，soil total nitrogen content and organic content presented the downward trend after rising first，while soil total potassium content presented the upward trend after decreasing first.The greater the soil salt，the lower the soil microbial carbon content.Along with sweet potato growth，the soil microbial carbon content showed an increasing trend in soils with salt concentration of 1.0-2.0and 2.0-3.1g·kg-1.Thus，sweet potato had certain salt resistance.For the coastal areas in Northern Jiangsu，sweet potato plantation could reduce soil salt content，promote the growth of microorganisms，improve soil nutrition，and significantly improve the ecological environment of saline soil，and was especially beneficial for soils with 1.0-2.0and 2.0-3.1g·kg-1salt concentration.

sweet potato; soil salinity; soil nutrients; soil microbial carbon

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.11.16

2016-05-05

盐城市农业科技创新专项引导资金(YK2015013)

刘冲(1984—)，男，江苏盐城人，硕士，助理研究员，主要从事耐盐植物栽培利用研究。E-mail: cellbio@163.com

*通信作者，洪立洲，E-mail: ychonglz@163.com

S156.4；S531

A

1004-1524(2016)11-1908-07

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis，2016，28(11): 1908-1914

http://www.zjnyxb.cn

刘冲，王茂文，邢锦城，等.甘薯种植对苏北沿海滩涂土壤环境的影响[J].浙江农业学报，2016，28(11)： 1908-1914.