耐盐牧草对南疆地区盐渍土的适应和改良研究

景鹏成,王树林,陈乙实,鲁为华,马春晖

(石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832000)

耐盐牧草对南疆地区盐渍土的适应和改良研究

景鹏成,王树林,陈乙实,鲁为华*,马春晖

(石河子大学动物科技学院，新疆 石河子 832000)

以4种耐盐碱牧草(紫花苜蓿、苏丹草、美国饲用甜高粱和墨西哥玉米)为研究对象，采用生物防治盐碱化方法来分析其对南疆地区盐碱化土壤改良的可行性，以期为改良利用盐渍土壤提供理论基础。结果表明，墨西哥玉米对南疆盐渍土的改良最为显著(P<0.05)，其农艺性状和产草量也最佳；其次是紫花苜蓿，其抗逆性强、生产性能较好、营养丰富、经济价值高以及兼有固氮和提高土壤肥力等优点，使其成为改良南疆盐渍土合适的选择。在南疆盐渍区形成以墨西哥玉米和紫花苜蓿为主，美国饲用甜高粱和苏丹草为辅的种植模式，可有效地降低土壤盐分。

盐渍土；耐盐牧草；牧草改良

盐碱胁迫对目前农业生产有着重要的影响，全球的盐渍化土地面积约占土地总面积的25%，并且盐碱地的面积每年都在以(1～15)×106hm2的速度不断增加[1-2]。我国土地面积辽阔，位居世界前三，但是有效耕地面积却有限，不能满足农业发展需求，其原因是有大面积的地区属于植物难以生长的区域。盐渍土壤的困扰不仅是全球农业面临的难题，也是限制我国农业发展的主要瓶颈之一。我国的盐渍土面积达到35万km2，约占全球盐碱地总面积的10%，但仅仅只有20%的盐碱地可以利用，还有80%的盐碱地尚未得到开发利用[3-4]。盐碱地在全国23个省市都有分布，是世界上土壤盐渍化最严重的国家[5]。在农业生产过程中，随着人口的增长、经济的发展，人多地少的矛盾日渐突出，盐渍土的改良和利用也随之成为国内外研究的热点问题之一。

新疆的盐碱土种类繁多[6]，有着“世界盐碱土博物馆”之称。新疆地区的盐渍土面积[7]达到8.426万hm2，约占全疆耕地面积的3.58%，尤其是在南疆地区分布最广。南疆由于气候因子的影响，常年干旱，季度总降水量只有4.5 mm，再加上蒸发强度大，造成了土壤的盐渍化较为严重。近年来，南疆地区耕地盐渍化[8]的现象虽然有了改观，但是并没有从根本上得到遏制，严重影响了南疆区域的农业发展。在目前我国人均耕地面积严重不足的情况下，合理的改善盐渍化土壤，不但可以增加可利用耕地的面积，促进农业经济的健康发展，还能解决当前新疆的一个重要生态环境问题。

经过长期对盐碱胁迫的适应和研究，国内外学者对许多盐生植物的耐盐碱机理有了新的发现[9-10]。近年来，利用生物措施改良盐渍化土壤的研究不断深入，在盐渍化土壤中直接种植耐盐植物，进行常规田间管理，通过植物根系和水向下运动的双重作用，将土壤盐分随根系向下推移[11]，利用盐生植物自身特性来吸收盐分。生物措施改良盐渍化土壤的整个过程不需要大量的经济投资，在操作管理上也比较简单可行，既没有严格的条件要求，也不会造成大量的水资源浪费[12]。为了改善我国盐渍化土壤，恢复生态环境，有学者提出了种稻洗盐[13]的方法，其原理是运用重力将表层的盐碱溶到根层后通过排渠排出，这种方法虽然可以暂时性降低土壤盐碱度，但是其用水量对于水资源相对匮乏的南疆来说是很难支撑的。本研究通过对4种耐盐碱牧草[紫花苜蓿(Medicagosativa)、苏丹草(Sorghumsudanense)、美国饲用甜高粱(Sorghumbicolor)和墨西哥玉米(Purusfrumentum)]的试验，分析这些牧草对南疆地区盐碱化土壤改良的可行性，为探索新疆地区生态环境保护提供了科学的依据。

1 材料与方法

1.1试验区概况

试验地设在新疆生产建设兵团农一师沙井子灌区，海拔1053.9 m，东经79°57′，北纬45°43′，年平均气温10.7 ℃，多年平均蒸发量为1905.2 mm，多年平均降水量为47.8 mm，气候类型属于暖温带大陆性荒漠气候，土壤类型是盐碱土，0～1 m土层含盐量2%～10%，土壤质地为重壤。

1.2试验材料

由石河子大学草学实验室提供紫花苜蓿(三得利品种)、苏丹草、美国饲用甜高粱和墨西哥玉米4种牧草种子。

1.3试验方法

试验设5个处理：(A)种植紫花苜蓿；(B)种植苏丹草；(C)种植美国饲用甜高粱；(D)种植墨西哥玉米；(E)盐渍土荒地杂草(CK)。

2015年5月14日种植，人工整地、撒播，播深5 cm。紫花苜蓿、苏丹草、美国饲用甜高粱和墨西哥玉米播种量分别为18 kg/hm2、12 kg/hm2、16 kg/hm2和22 kg/hm2。小区面积为2 m×3 m，每个处理3次重复，随机区组设计。牧草的整个生育期不施任何肥料，完全自然状态生长，仅进行田间人工除草。

1.4测定项目与方法

2015年9月18日分别在试验小区内按S形路线布点，采集0～20 cm土层土样4 kg，用四分法带回1 kg混合土样，风干后过1 mm筛，供室内化验分析。土壤容重采用环刀法测定，用环刀采集原状土，不进行风干，大于0.25 mm团聚体使用干筛法[14-15]。土壤中的全N用半微量凯氏法测定；碱解N采用碱解扩散法测定[16]；全P和速效P采用分光光度法测定[17]；全K和速效K采用火焰光度法测定[18]；有机质采用重铬酸钾容量法测定[19]；株高测定时每种牧草随机选10株,不够10株的全部测定,共3次重复；根系生物量测定时，在小区内选取标准地段，在标准地段内选取标准株为待测样株，采用挖掘剖面壁法挖取根系，挖取深度为30 cm，然后测出鲜重，105 ℃烘箱杀青30 min，80 ℃烘干至恒重后测定干重。

土壤总孔隙度=(1-土壤容重/土壤比重)×100%

土壤毛管孔隙度(%)=土壤毛管持水量(%)×土壤容重

土壤非毛管孔隙度=总孔隙度-毛管孔隙度

土壤自然含水量=(湿土重-烘干土重)/烘干土重×1000

饱和持水量=面积×总孔隙度×土层深度

毛管持水量=面积×毛管孔隙度×土层深度

非毛管持水量=面积×非毛管孔隙度×土层深度

1.5数据处理

用Excel 2003软件对试验基本数据进行了求和及排序，采用DPS 13.0软件进行数据分析，LSR法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1不同类型牧草的农艺性状变化和产量变化特征

2.1.1农艺性状分析 从表1可以看出，墨西哥玉米、美国饲用甜高粱、苏丹草和紫花苜蓿的株高、单株鲜重、单株干重、根系鲜重和根系干重均明显的上升了。与CK相比，墨西哥玉米、美国饲用甜高粱、苏丹草和紫花苜蓿的株高分别上升了3.08，2.48，2.42和2.15倍，均为差异极显著(P<0.01)，4种耐盐牧草的株高上升幅度由大到小依次为：墨西哥玉米>美国饲用甜高粱>苏丹草>紫花苜蓿>CK。4种耐盐牧草的单株鲜重、单株干重、根系鲜重和根系干重与CK相比明显的升高了，都表现为差异极显著(P<0.01)，墨西哥玉米的单株鲜重、单株干重、根系鲜重和根系干重与CK相比分别增大了13.91，12.13，5.93和5.98倍；美国饲用甜高粱的单株鲜重、单株干重、根系鲜重和根系干重与CK相比分别增大了11.69，11.61，5.80和5.86倍；紫花苜蓿的单株鲜重、单株干重、根系鲜重和根系干重与CK相比分别增大了10.20，10.13，5.24和5.19倍；苏丹草单株鲜重、单株干重、根系鲜重和根系干重与CK相比分别增大了3.01，3.00，2.99和3.02倍；它们的上升幅度由大到小依次为：墨西哥玉米>美国饲用甜高粱>紫花苜蓿>苏丹草>CK。

表1 不同类型牧草的农艺性状变化和产草量变化Table 1 Changes of agronomic characters and yield of different types of forage grasses

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下同。

Note： The different lowercase letters indicate significant difference (P<0.05), different capital letters indicate significant difference (P<0.01). The same below.

2.1.2产草量分析 由表1可知，4种耐盐牧草的产草量与CK相比有了明显的提高，不同类型的耐盐牧草之间，产量提高的程度有着差异。与CK相比，墨西哥玉米的产草量提高最为明显，鲜草产量和干草产量分别提高了9.58和9.57倍，差异极显著(P<0.01)；美国饲用甜高粱的产草量仅次于墨西哥玉米，鲜草产量和干草产量分别提高了4.79和4.78倍，差异极显著(P<0.01)；紫花苜蓿和苏丹草的产草量依次排于墨西哥玉米和美国饲用甜高粱之后，也表现为差异极显著(P<0.01)。

2.2耐盐牧草对土盐碱土物理性质的影响

土壤容重是土壤重要的物理性质，是计算土壤孔隙度的重要参数[20-25]。由表2可以看出4种牧草对土壤容重的影响各不相同，都不同程度地降低了耕作层的土壤容重。与CK相比，墨西哥玉米和紫花苜蓿的表层土壤容重分别下降了8.15%和5.93%，差异极显著(P<0.01)；美国饲用甜高粱和苏丹草的表层土壤容重分别下降了2.22%和0.70%,差异不显著(P>0.05)。不同类型的牧草对表层土壤容重的降低程度不同，其主要原因是因为不同牧草的根系分布以及根系活动强度不同。

从表2可以看出，栽种4种牧草后，土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和团聚体都不同程度的有了提高。与CK相比，墨西哥玉米和紫花苜蓿的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度增加最为显著，总孔隙度分别增加了5.46%和6.16%，毛管孔隙度分别增加了8.42%和6.11%，非毛管孔隙度分别增加了8.47%和6.17%，都表现为差异极显著(P<0.01)；美国饲用甜高粱和苏丹草的总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度也略有增加，但不是很明显，表现为差异不显著(P>0.05)。墨西哥玉米、紫花苜蓿、美国饲用甜高粱和苏丹草的团聚体与CK相比都明显增大，分别增大了38.16%，31.91%，29.29%和7.92%，都表现为差异极显著(P<0.01)。

表2 对土壤物理性质的影响Table 2 Effect on soil physical properties

土壤水分运动直接影响土壤盐分含量的变化[26]，其可以作为盐分的载体，使盐分随着水分而运动。由表2可知，4种不同类型的牧草种植后，土壤的持水量整体呈增加的趋势。墨西哥玉米和紫花苜蓿的饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量增加最为明显，饱和持水量分别增加了8.46%和6.16%，毛管持水量分别增加了8.42%和6.11%，非毛管持水量分别增加了8.47%和6.14%，都表现为差异显著(P<0.05)；美国饲用甜高粱和苏丹草的饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量也略有增加，表现为差异不显著(P>0.05)。

2.3盐渍土有机质和速效养分变化特征

从表3可以看出，通过种植耐盐牧草，盐渍土的有机质和速效养分整体呈上升趋势，不同类型的耐盐牧草之间，上升程度有差异。种植墨西哥玉米的盐碱土有机质和速效养分上升趋势最为明显，有机质、碱解氮、速效磷、速效钾分别上升了46.83%，63.75%，57.96%和12.64%。种植紫花苜蓿和美国饲用甜高粱的盐碱土有机质和速效养分上升幅度依次次于墨西哥玉米，种植苏丹草的盐碱土有机质和速效养分上升幅度最小，但是种植了4种耐盐牧草的盐碱土有机质和速效养分的含量与CK相比，都表现为差异极显著(P<0.01)。

2.4盐渍土全盐量及pH值变化分析

由表4可以看出，耐盐牧草的种植能够有效降低盐渍土壤全盐含量，改善土壤肥力水平。与CK相比，种植墨西哥玉米、紫花苜蓿、美国饲用甜高粱和苏丹草盐渍土的pH值、EC值和全盐量均有不同程度的降低，其中种植墨西哥玉米的下降幅度最大，分别降低了2.60%，50.65%和50.63%，种植紫花苜蓿、美国饲用甜高粱和苏丹草盐渍土的pH值、EC值和全盐量降低幅度依次低于种植墨西哥玉米的盐渍土的值。整体上，种植4种耐盐牧草的盐渍土的EC值和全盐量与CK相比，表现为差异极显著(P<0.01)。不同类型的耐盐牧草脱盐率也有所差异，种植墨西哥玉米后的盐渍土脱盐率最高，达到50.63%，种植紫花苜蓿和美国饲用甜高粱后的盐渍土脱盐率次于种植墨西哥玉米的脱盐率，分别为50.00%和49.62%，种植苏丹草的盐渍土脱盐率最低，为45.36%。

表3 对土壤有机质和速效养分的影响Table 3 Effects on soil organic matter and available nutrients

表4 对土壤化学性质的影响Table 4 Effect on soil chemical properties

3 讨论

容重是土壤主要的物理性质，与作物根系穿透阻力、土壤的含水量、土壤的通气性有很大的关联[27-29]，4种耐盐牧草的种植，都不同程度降低了土壤容重，4种牧草降低土壤容重的程度按大小依次为：墨西哥玉米>紫花苜蓿>美国饲用甜高粱>苏丹草>CK。耐盐牧草的种植降低了盐渍土壤容重，究其原因是4种不同类型的耐盐牧草种植后，土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和团聚体都有所增大，增大程度按大小依次为：墨西哥玉米>紫花苜蓿>美国饲用甜高粱>苏丹草>CK，牧草的根系活动可以增大土壤的孔隙度，从而直接降低土壤容重。不同类型的牧草对盐渍土土壤容重的影响不同，是因为它们的生活型各不相同。本试验所选耐盐牧草品种根系都很发达，因此4种耐盐牧草不但可以降低土壤容重，还可以提高土壤孔隙度和团聚体。

土壤水分运动直接影响土壤盐分含量的变化，其可以作为盐分的载体，使盐分随着水分而运动，“盐随水来、盐随水去”就是这个道理。在高温干旱地区种植牧草，可以有效地保持土壤水分[30-31]，这是因为良好的牧草覆盖度能够降低土壤水分蒸发。不同类型耐盐牧草对盐渍土的土壤持水量影响很大，本试验中所选的牧草品种都提高了盐渍土的土壤持水量，依据提高幅度按大小依次为：墨西哥玉米>紫花苜蓿>美国饲用甜高粱>苏丹草>CK，由此可以看出墨西哥玉米对盐渍土的地表覆盖效果最好，紫花苜蓿次之，而苏丹草由于形态结构的不同，对盐渍土的地表覆盖效果最小。

土壤中的有机质主要由动植物和土壤微生物残体分解后提供,耐盐牧草脱落的枯枝败叶在土壤中分解[32-33],再由生草改善土壤的理化性质,使土壤微生物的数量增加,从而提高了土壤有机质的含量。氮、磷、钾是植物生长所必需的3种元素[34]，也是最容易缺乏的元素,当土壤中缺乏这3种元素时,植物生长就会受到抑制。一般认为,牧草本身的生长需要从土壤中吸收各种养分,种植牧草后会降低土壤中各种速效养分的含量。在本试验中，通过种植耐盐牧草，盐渍土的有机质和速效养分整体呈上升趋势，不同类型的耐盐牧草之间，上升程度有差异。有机质和速效磷二者之间存在正相关关系[35]，速效磷的含量随着有机质含量的增加而升高；土壤中的氮含量也相继提高，一是由于4种牧草都具有固氮作用，增加了土壤中的氮元素[36-38]；另一方面牧草植株死亡后氮素归还到土壤中，使土壤氮素更加丰富。种植墨西哥玉米的盐碱土有机质和速效养分上升趋势最为明显，是由于墨西哥玉米的根系较为发达，其固氮能力最为良好，紫花苜蓿次之。

与CK相比，4种耐盐牧草的农艺性状和产量都明显或显著高于对照，不同类型的耐盐牧草之间，提高的程度有着差异。4种耐盐牧草中，墨西哥玉米的农艺性状和产量都排在首位，由此可以看出墨西哥玉米是盐碱地区种植牧草的首选。

耐盐牧草的种植能够有效降低盐渍土壤全盐含量，改善土壤肥力水平。与CK相比，种植墨西哥玉米、紫花苜蓿、美国饲用甜高粱和苏丹草盐渍土的pH值、EC值和全盐量均有不同程度的降低，其中种植墨西哥玉米的下降幅度最大，其盐渍土脱盐率也最高，达到50.63%。

4 结论

在盐渍土荒地上种植耐盐牧草，降低了土壤容重，增大了土壤孔隙度和团聚体，使得土壤结构改善，从而改善了土壤的持水量，改善程度按大小依次为：墨西哥玉米>紫花苜蓿>美国饲用甜高粱>苏丹草>CK。

耐盐牧草显著增加了土壤的有机质和速效养分，与CK相比，4种耐盐牧草都不同程度改良土壤的物理性状，增加有机质等土壤养分，降低土壤pH值，墨西哥玉米表现最明显；产量也明显高于对照，按大小依次为：墨西哥玉米>美国饲用甜高粱>紫花苜蓿>苏丹草>CK。

耐盐牧草显著降低了盐渍土的盐分，土壤盐分降低顺序为：墨西哥玉米>紫花苜蓿>美国饲用甜高粱>苏丹草>CK，种植墨西哥玉米后的盐渍土脱盐率最高，达到50.63%，种植紫花苜蓿和美国饲用甜高粱后的盐渍土脱盐率次于种植墨西哥玉米的脱盐率，分别为50.00%和49.62%，种植苏丹草的盐渍土脱盐率最低，为45.36%。

墨西哥玉米对南疆盐渍土的改良最为显著，其农艺性状和产草量也是最理想的牧草选择；其次为紫花苜蓿，紫花苜蓿可作南疆盐渍土合适的选择。因此在南疆盐渍区可以形成以墨西哥玉米和紫花苜蓿为主，美国饲用甜高粱和苏丹草为辅的种植模式，从而较好的改善周围的生态环境。

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Adaptationofsalt-tolerantforagegrassestosalinesoilandtheirabilitytoimprovesalinesoilutilizationinsouthernXinjiangregion

JING Peng-Cheng, WANG Shu-Lin, CHEN Yi-Shi, LU Wei-Hua*, MA Chun-Hui

CollegeofAnimalScienceandTechnology,ShiheziUniversity,Shihezi832000,China

In order to provide a theoretical basis for the utilization of saline soil, we used controlled salinization to analyze the feasibility of improving saline soil utilization using four different salt-tolerant forage grasses (alfalfa, Sudan grass, wild forage sorghum and Mexico corn) in southern Xinjiang. The results show that maize had significantly better yield performance on saline soil (P<0.05), followed by alfalfa which also produced good yields with good nutritive value and with the advantages of biological nitrogen fixation and high economic value, making it the most appropriate plant species for saline soil in southern Xinjiang. The use of both maize and alfalfa with selective use of sweet sorghum and Sudan grass can effectively reduce the limitation of saline soil in southern Xinjiang.

saline soil; salt tolerant forage grass; forage improvement

10.11686/cyxb2016467http//cyxb.lzu.edu.cn

景鹏成, 王树林, 陈乙实, 鲁为华, 马春晖. 耐盐牧草对南疆地区盐渍土的适应和改良研究. 草业学报, 2017, 26(10): 56-63.

JING Peng-Cheng, WANG Shu-Lin, CHEN Yi-Shi, LU Wei-Hua, MA Chun-Hui. Adaptation of salt-tolerant forage grasses to saline soil and their ability to improve saline soil utilization in southern Xinjiang region. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(10): 56-63.

2016-12-08；改回日期：2017-02-10

国家牧草产业技术体系项目(CARS-35)和兵团博士资金专项(2012BB017)资助。

景鹏成(1992-)，男，甘肃民勤人，硕士。E-mail:1107463928@qq.com

*通信作者Corresponding author. E-mail:winnerlwh@sina.com