施肥对海水倒灌后土壤盐分时空分布的影响研究初报

王永鹏 曹启民 覃姜薇 周玉杰 何俊龄 张永北 胡聃

摘 要 针对海水倒灌后土壤盐渍化引发农田生产障碍的现状，以撂荒水稻田为研究对象，分析土壤盐分动态变化。结果显示，土壤含盐量随种植年限呈递减趋势。两季水稻栽培后，施有机肥处理土壤含盐量降为0.91 g·kg-1;三季栽培后，不施肥处理、施无机肥处理土壤含盐量分别降为0.81 g·kg-1、1.01 g·kg-1;四季栽培后，撂荒区土壤盐分含量降低到0.90 g·kg-1。说明弃耕条件下，受灾农田自我修复达到符合生产要求的时间需要3年以上;在常规耕作的基础上，增施有机肥可以加速土壤含盐量的降低，使农田恢复生产的时间提前1年。从时空分布看，表层土壤全盐含量与pH及养分含量均呈显著负相关关系，即土壤pH、养分随土壤全盐量的降低而逐渐增加。随着弃耕时间推移及降雨不断淋洗，Na+、Cl–、SO42-等离子含量在全盐含量中所占比例不断下降，而Ca2+、Mg2+等盐基离子在全盐中的相对比例上升，反应出阴阳离子之间相互转化特征及水盐相互作用的内在关系。

关键词 海水倒灌;施肥;盐分动态;撂荒地

中图分类号：S156 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.23.089

海水倒灌是指海水经地表到达陆地，对沿海低洼地区的种植、养殖及生活区域造成破坏，同时影响内河的排水，使陆地更容易受洪涝灾害，是我国沿海地区普遍存在且日趋严重的资源问题和生态问题。海水的短期浸渍和田面滞水使海盐成分迅速积累在土壤中，不但污染水源，还会造成农田土壤向盐渍化演变[1]。根据王遵亲1993年报道的我国土壤盐化分级指标，滨海、半湿润、半干旱、干旱区，含盐量<1 g·kg-1为非盐渍化，含盐量在1～2 g·kg-1为轻度盐渍化，含盐量在2～4 g·kg-1为中度盐渍化，含盐量在4～10 g·kg-1为重度盐渍化，而含盐量>10 g·kg-1则为盐土[2]。研究表明，土壤盐渍化是土地退化的主要原因之一[3]，也是影响农业可持续发展和农田环境改善的战略问题[4-5]。徐小菊等[6]研究显示，海水淹没超120 h，橘树全部落叶，超过168 h树体大部分死亡。石普芳等[7]调研显示，1997年浙东海水倒灌后水田平均土壤全盐量比倒灌前上升312.5%～482.3%;河水NaCl含量超倒灌前1～3倍。

2014年7月，海南省东北部因超级台风而引发海水倒灌，造成当地0.27万公顷农田被淹[8];海水倒灌后文昌地区农田表层（0～5cm）平均含盐量超过9 g·kg-1，盐渍化影响深度达40 cm以上[9]，大量农田被迫弃耕。

本研究通过水稻栽培，跟踪耕作状态（灌溉、施肥）与自然条件下（自然降雨）土壤含盐量及其盐分组成的动态变化，明确传统耕作与自然条件下土壤修复的最大期限，为采取更快、更适合的土壤改良措施提供理论依据和基础参照。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

以海南省罗豆农场海水倒灌后水稻种植示范区为研究对象，该区域东、北、南三面临海，属热带北缘沿海地带，具有热带和亚热带气候特点，属热带季风岛屿型气候，海拔1～4 m，地势平坦，年平均日照时间1 953.8 h，年平均气温23.9 ℃，年降水量1 721.6 mm，年均蒸发量为1 981 mm，受台风影响严重，年均发生强热带风暴和台风2.6次，成土母质以浅海沉积物和砂页岩风化物为主，土壤偏酸性，质地为砂质壤土。2014年前该地为水稻农田，海水倒灌后弃而撂荒。试验布置前耕层土壤检测平均结果如表1所示。

1.2 试验材料

供试肥料：生物有机肥（有机质≥45%，总养分N-P2O5-K2O≥5%）;硅钙镁钾复混肥（N-P2O5-K2O=5-5-8≥18%，CaO-SiO2-MgO=14-13-3≥30%）;尿素（N≥46%）;过磷酸钙（P2O5≥16%）;钾肥（KCl≥17%）。

供试作物：供试水稻品种为海南省农业科学院粮食作物研究所选育的特优458。

1.3 试验设计

试验设撂荒、不施肥种植、无机肥种植、有机肥种植4个处理，3次重复，随机排列，每小区200 m2，小区间以田埂隔开，间距2m，撂荒为对照。生物有机肥

（4500 kg·hm-2）作为基肥播前施入;硅钙镁钾复混肥（750 kg·hm-2）为苗期追肥;尿素（720 kg·hm-2）、过磷酸钙（930 kg·hm-2）、钾肥（255 kg·hm-2）用量按当地传统施肥量标准计算，苗期撒施。试验区布置前表层土壤平均含盐量为6.82 g·kg-1。土样采集分4层，分别为0～10 cm、10～30 cm、30～50 cm、50～70 cm，布置试验前及作物收获后各采集一次，测定土壤平均含盐量即相关养分含量。水稻播种为人工育苗，人工抛秧。播种前分别进行2次灌水和机械翻耕，收获后作物残留秸秆翻埋还田。

1.4 统计分析

试验数据用SPSS 19.0进行单因素方差分析，不同处理差异显著性的多重比较采用最小显著差异（LSD0.05）法。各图标中的数据均为3次重复的平均值。

2 结果与分析

2.1 施肥对土壤含盐量的影响

2.1.1 表层土壤含盐量

各处理表层土壤含盐量如图1所示。可以看出，撂荒、不施肥、无机肥、有机肥4个处理表层土壤水溶性盐总量随时间推移均呈下降趋势，四季栽培后分别降低85.21%、92.34%、90.56%、95.19%;大部分土壤盐分是在自然条件下降低的，且海水倒灌三年后，撂荒区表层土壤盐分含量降低到0.90 g·kg-1。说明天然降雨是该地区洗盐的主要推力，而且试验区域降雨充沛，自然蒸发和降雨条件下，如不受其他因素干扰，3年后受灾农田可以恢复到非盐渍化状态。究其原因，一方面可能與海南近两年较多的强降雨有关，暴雨对土壤盐分的脱盐作用很明

显[10]，据海南气象观测数据显示，2016年海南省平均降雨量为历史最多值，其中，1月平均降雨量达86.1 mm，较常年同期偏多313.9%，8月平均降水量达552.6 mm，较常年同期偏多96%;2017年内共有16个热带气旋影响海南，区域性暴雨次数达17次，为历史以来最多的年份，其中单次最大降雨量在文昌地区，为214.7 mm。另一方面，与土壤盐分主要聚集在表土层有关，研究显示，海水倒灌后农田盐渍化有明显的“表聚”现象，盐渍水田的盐分主要积聚在耕层[11]。耕层土壤盐分是“无根之盐”，若有充足的雨水或灌水，土壤盐分溶于水易于脱除[12]。

两季栽培后，有机肥处理表层土壤含盐量为0.91 g·kg-1，显著低于其他3个处理，说明施有机肥能有效加快降盐速度，缩短土壤恢复时间。相关研究表明，增施有机肥料，可以改善盐渍土土壤物化特性、土壤胶体和生物学性状，改善盐渍土土壤生态环境，促进脱盐、抑制返盐，以有机物质调控土壤水盐平衡和肥盐平衡[13-14]。

三季栽培后，不施肥处理表层土壤含盐量降为0.81 g·kg-1，说明利用灌水、翻耕等农业措施可以起到降盐的辅助效果。且有相关研究表明，翻耕既有利于土壤排水，又有利于充分利用雨水泡田洗盐，加速土壤脱盐，还能将含盐量高的土壤带到下层[12]。沈荷芳[11]研究表明，翻耕比不翻耕的脱盐效果可提高60%以上。三季栽培后无机肥处理表层土壤含盐量为1.01 g·kg-1，降盐效果弱于不施肥处理，说明无机肥对表层土壤盐分淋洗有一定拮抗作用，这一结果与胡育骄等[15]的研究结果相似。

2.1.2 剖面土壤含盐量

如图2所示，研究区域土壤表层（0～10 cm）含盐量最高，并且区域内整体含盐量随深度迅速降低，40 cm以下趋于稳定。这是由于海水倒灌前，伴随台风而来的大暴雨使得田间土壤持水量已呈饱和状态，由于淡水的顶托和犁底层的阻隔，使盐渍水田的盐分主要积聚在表土层，一部分盐分离子随水分下渗进入下层，但比例远远小于表层[9]，而另一方面，海水中钠盐和氯化物的溶解度大且运移活跃，在高温蒸发作用下聚集在土壤表层，形成盐霜层，随着作物种植以及持续灌溉，土壤盐分不断被雨水或灌溉水淋溶移走，土体中的盐分平均含量逐年递减，脱盐明显。

由图2可以看出，撂荒区土壤含盐量明显高于其他3个处理，说明施有机肥和一定的耕作措施在洗盐阶段有助于加快脱盐速率。原因可能是高温返盐阶段，由于野生杂草与栽培作物的不同导致撂荒区与种植区地表覆盖度不同，地表蒸发量存在差异，而地表蒸发加强可加速盐分在地表积累[16]，从而造成耕层土壤不同的盐分表聚特性。郭全恩等[17]研究发现，裸地比种植地具有更明显的表层盐分聚集，常年小麦种植可以明显减少土壤中0～100cm的盐分含量。Zhao等[18]研究表明，植被可以减少地表土壤水分蒸发，而其根系活动可以激活土壤中CaCO3，使其分解出更多的Ca2+以替换Na+，从而改善土壤理化性质并加速脱盐。

由图2可知，试验期间，无机肥处理表层土壤含盐量高于不施肥处理，而在下层剖面中则接近或小于不施肥处理。原因可能是无机肥含有较多的游离态离子，在土壤表层比较活跃，短期内对土壤盐分影响明显，在高温蒸发条件下形成返盐汇集，而下层土壤中游离态离子更易溶于水，随水下渗。也有相关研究表明，土壤水溶性Na+的含量随气温升高而快速递增，10～15 cm剖面最为明显，但与空气湿度关系不是很密切[19]。此外，还有相关文献说明，20～150 cm土层剖面，单施化肥比其他施肥方式更易造成盐分淋溶[20]。

2.2 自然条件下土壤盐分组成

土壤盐分组成主要是受成土母质和海水离子组成的影响，不同离子在土壤中具有不同的迁移特征。罗豆地区因其地理临海，海拔接近海平面，受台风影响海水倒灌严重，气象条件使得积盐与脱盐过程频繁交替进行，以及受各类盐基离子的化学特性差异和在土壤介质中移動能力等因素的影响，导致土壤离子组成及其离子平衡程度的时空分布具有差异[21-22]。

从表2可以看出，海水倒灌后罗豆地区盐渍地表层土壤中盐离子含量在短期内变化较大。对于阳离子来说，海水倒灌后土壤中阳离子则以Na+为主，占阳离子总量的76.91%，其次为Ca2+，占阳离子总量的18.05%，K+和Mg2+含量相对较小。随弃耕时间推移，Na+含量逐渐减小，Ca2+含量随之增加。对于阴离子来说，海水倒灌后主要则以Cl-和SO42-为主，分别占阴离子总量的67.77%、25.13%，均随弃耕时间推移逐渐减小;CO32-和HCO3-含量相对较小，随弃耕时间推移逐渐增加。且阴、阳离子含量的变化幅度随时间推移逐渐减弱，可能在一定时期后，离子间会达到一种平衡而稳定下来[23-24]。

由此可以看出，罗豆地区随弃耕时间推移土壤阳离子及阴离子之间相互转化的特征反映了盐分在形成过程中水盐相互作用的内在关系：当有盐渍化现象发生时，硫酸盐、碳酸盐类相继沉淀生成;当土壤盐渍化程度降低时，低溶解度的碳酸盐类首先析出沉淀，盐分对作物的抑制作用随之减缓[25-27]。相关研究表明，土壤中高浓度的Na+对植物的茎发育具有较高毒性[28]，Na+会改变植物中离子平衡，极易造成植物营养失调;Mg2+会阻碍植物光合作用，减少叶绿素的产生;而Ca2+可增大局部土壤黏重度，使土壤透水性降低，具有隔盐作用。高浓度的Na+抑制植物对K+和Ca2+的吸收，使土壤中交换性Ca2+下降，造成Ca2+大量淋失，当土壤盐类以Na2CO3或NaHCO3为主时，即使总盐量、渗透压不高，也会对作物产生致命危害[29-31]。

2.3 施肥对海水倒灌区土壤养分的影响

如图3所示，随作物栽培时间推移，撂荒与不施肥处理的土壤养分呈先降低后增加的趋势，两个施肥处理则呈逐渐增加的趋势。与播种前相比，2017年收获时撂荒、不施肥、无机肥、有机肥处理分别提高土壤有机质含量8.25%、15.29%、29.34%、55.09%;提高水解性氮含量13.57%、27.82%、66.09%、81.37%;提高有效磷含量17.46%、46.48%、101.24%、111.14%;提高速效钾含量6.67%、9.64%、51.19%、59.06%。4个处理中，施有机肥恢复地力的效果最佳。

随着耕作带来的土壤不断熟化，土壤有机质不断升高，土壤盐分呈不断下降趋势。由图3可以看出，土壤有机质含量与土壤含盐量呈显著负相关（p<0.001），这表明土壤有机质含量增加能够显著降低土壤含盐量;土壤速效氮、磷、钾含量也与土壤含盐量呈显著负相关（p<0.001），主要是由于有机肥在改善土壤结构性质的同时能快速增加土壤有机质、氮、磷钾等养分含量，有利于盐渍土壤的淋盐和抑盐。此外，研究区域作物收获后将大量残余秸秆直接还田，在提高土壤有机质同时，显著增加了土壤水解性氮、有效磷、速效钾含量，也在一定程度上增加了土壤储水量，协调团聚体稳定性，抑制盐分表聚，有效改善土壤水盐环境。且也有研究表明，土壤有机质是肥力抑盐作用的核心，增加有机质含量能够显著降低土壤含盐量[32-33]。土壤有机质含量增加时，土壤容重降低，非毛管空隙增加，而毛管空隙降低，当地下水随毛管引力上升至有机质含量高的土层时，毛管断裂，水只能以气态形式向上运行，而可溶性盐分则滞留在液态水部位，进而减少了盐在表层的聚

集[34]。此外，有机质还能通过协调激素平衡来降低盐胁迫给植物带来的伤害，提高耐盐能力。

3 结论

1）海水倒灌后，土壤盐分离子以Na+和Cl–为主，随弃耕时间推移，阴阳离子之间相互作用，朝有利于土壤生态修复的方向转变。

2）雨季时节，强降雨是罗豆地区盐渍化农田洗盐的主要推力。自然条件下，3年后土壤含盐量可以降到作物生育障碍临界点以下（即土壤含盐量<1 g·kg-1）。

3）应用灌溉、翻耕、施肥等农作措施均能起到相应的抑盐效果，恢复地力，其中施有机肥的效果最佳。在耕作的基础上，增施外援有机物，可在增加土壤养分含量的同时，加速缩短降盐期限。

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（责任编辑：刘昀）

收稿日期：2019-07-13

作者简介：王永鹏（1977—），男，甘肃静宁人，博士，农艺师，研究方向为土壤修复、农业生态。

※为通信作者，E-mail： wangyongpeng06@126.com。