NyPa牧草对滨海盐碱地土壤改良效应研究

乔艳辉，王月海

（山东省林业科学研究院，济南250014）

0 引言

黄河三角洲地区土地资源十分丰富，是东部沿海后备土地资源最富集、开发潜力最大的地区之一。区内有未利用的盐渍化土地面积约44.29万hm2，其中重度盐渍化和盐碱光板地约23.63万hm2[1-2]，以滨海盐土为主，土壤含盐量高、结构性能差、肥力低等问题突出，严重制约着区域农林业的发展。因此，如何开发利用大面积的盐碱地资源，实现该地区土地的永续利用、生态环境的稳定和区域经济的可持续发展，是目前《黄河三角洲高效生态经济发展规划》建设实施中的一项重要工作[3]。

目前，盐碱地治理成功的途径主要有两种。一是通过水利、物理、化学等方法进行的土壤改良，不仅成本高而且易出现反复[4]；二是以栽植耐盐植物来降低土壤盐碱含量的生物改良，这种方法不仅费用低而且改良盐碱地效果稳定、持久，是盐碱地治理中最根本、最稳定、最有效措施[5-8]。然而，黄河三角洲盐碱地区乡土植物资源较为贫乏，而且受本地原生耐盐植物改良盐碱地效果较差、可利用经济价值低等条件的制约，本土耐盐植物难以在生产中大面积推广应用。因此，大量引进国内外具有高效生态、经济效益的耐盐植物实施生物改良，是目前黄河三角洲地区盐碱地治理中的重要举措[9]。

笔者将美国引进的耐盐植物NyPa牧草栽植于黄河三角洲重度盐碱地，探究其在盐碱地的土壤改良效应及不同栽植年限的改良效果，旨在筛选适宜滨海盐碱地的高效生态植物并确立其合理栽植年限，为黄河三角洲盐碱地生物治理提供优良植物材料，加快黄河三角洲盐碱地生态治理步伐。

1 试验地概况

试验地点位于黄河三角洲地区北部的山东省东营市河口区东营黄河三角洲军马场投资集团有限公司基地的科技示范园(118°48'49.8"E，37°47'8.1"N)。研究区属于暖温带半湿润大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨。2000年以来的平均气温12.3℃，极端最高气温41.9℃，极端最低温度-23.3℃，年均降水量620 mm（多集中在夏季，7—8月降水量占全年降水量的50%以上），年均蒸发量年为1890 mm（春季是蒸发期较为强烈的时期，其蒸发量占全年的比例为51.7%），易形成旱涝灾害。试验区土壤为滨海盐化潮土，为冲积性黄土母质在海浸母质上沉淀而成，机械组成以粉沙为主，沙粘相间，层次变化复杂；含盐量在3.2‰～16.5‰，pH 8.2～8.9。参与试验的荒草地植物为天然乡土植物，以柽柳(Tamarix chinensis)、盐地碱蓬(Suaeda glauca)、白 茅 (Imperata cylindrica)、獐 毛(Aeluropus littoralis)、芦苇(Phragmites australis)、菌陈蒿(Artemisia capillaris)和萝藦(Metaplexis japonica)等耐盐植物为主，植被覆盖度60%～80%，可见斑块状光板地分布。

2 材料与方法

2.1 试验材料栽植

试验材料为分蘖5～7株繁殖的轻基质无纺布NyPa牧草容器苗。试验采用简单对比法，栽植牧草的小区和对照荒草地（天然乡土植物）小区面积均为120m2，5次重复。2011年3月中旬，在栽植牧草的地块上用旋耕机进行耕翻，深度约为30 cm，然后耙平土地。栽植前，为防止牧草蒸发散失水分，保留茎（叶）5～7 cm，其余茎（叶）全部剪掉。栽植时，挖深10 cm、直径10 cm的小穴，以能放入无纺布容器牧草苗为宜，株行距30 cm×40 cm，栽后踏实栽植穴，3～5 cm水深漫灌，水渗透后用白色地膜覆盖。

2.2 样品采集和处理

2011年3月对试验地进行土壤理化性质的基底测定，栽植后的2013年10月、2016年10月和2019年10月又进行了3次土壤改良状况的测定。土样采样方法按照多点混合采样法，每个样地按S形均匀布设5个样点，每个样点采集0～20 cm层次的土壤样品用于实验室测定土壤理化指标，同时以荒草地土壤作为对照。

2.3 土壤理化性质测定方法

土壤物理性质的测定，参照中国林业行业标准LY/T 1215—1999[10]，采用烘干法测定土壤含水量，环刀浸水法测定土壤密度、孔隙度，pH测定采用pH计（水土比5:1），可溶性盐含量采用重量法测定（水土比5:1）。土壤有机质采用重铬酸钾氧化-外加热法测定[11]，速效氮测定采用SmartChem全自动间断化学分析仪，有效磷用Olsen法（恒温水浴震荡浸提）测定，速效钾用中性NH4OAc浸提火焰光度法。

2.4 数据处理与分析

试验数据先用Excel软件进行统计处理，然后用SPSS 22.0软件将整理好的数据进行分析处理。土壤理化指标采用单因素方差分析(one-way ANOVA)检验，不同植被模式改良土壤效应的综合评价采用模糊数学隶属函数法，如果指标与改良土壤效应呈正相关计算如式(1)，如果指标与改良土壤效应呈负相关计算如式(2)。

式中，X(u)为隶属函数值，Xi为各植被模式某测试指标的平均值；Xmin、Xmax分别为不同植被模式中某测试指标的最小值和最大值。

3 结果与分析

3.1 土壤密度和孔隙度

土壤密度和孔隙度能够准确反映土壤透水性、持水性、结构性及疏松性等方面的状况，是评价土壤物理特性的基本指标[12]。一般情况下，密度越小，土壤越疏松，通气度越大，能够减缓径流冲刷和拦蓄水分的能力越强；密度越大，土壤通气度越小，土壤疏松性越差。

由表1可以看出，随着栽植时间的推移，NyPa牧草地的表层(0～20 cm)土壤密度呈现明显持续下降的趋势，在栽植3、6、9年后分别比栽植前降低8.1%、12.8%和14.1%，其中栽植第6年时的降幅达到最大；方差分析结果表明，在栽植3、6、9年的3个时间段皆与栽植前差异显著(P＜0.05)，栽植3年与栽植6年和9年之间亦达到显著差异，但6年与9年之间差异不明显。荒草地表层(0～20 cm)土壤密度与NyPa牧草地的变化一致，也逐步呈下降趋势，但降低幅度较缓慢，3、6、9年后仅比开始试验时分别降低2.0%、4.1%和5.4%，4个时段的差异不显著(P＞0.05)。NyPa牧草地的土壤密度在栽植3、6、9年时与同期的荒草地相比，分别降低5.5%、8.5%和8.6%，且差异皆显著(P＜0.05)，以栽植第6年时的降幅最大。

土壤总孔隙度的变化与土壤密度基本一致（表1），说明土壤密度降低后土壤总孔隙度相应增加。

表1 NyPa牧草地与荒草地的土壤容重和孔隙度

3.2 土壤盐碱度

土壤pH和含盐量是衡量盐碱地土壤环境质量的重要指标[12]。生长在盐碱地上的草本，可对裸露地面形成有效覆盖，以植物蒸腾代替土壤蒸发，降低土壤的积盐速度，减少盐分在表层的累积[13-15]。此外，草本植物能够吸收并积聚土壤中的盐分，通过刈割可将盐分带走。

由表2可以看出，随着栽植时间的增加，NyPa牧草地的土壤表层含盐量与土壤密度和孔隙度类似，也是在NyPa牧草栽植3、6、9年后呈持续明显下降趋势，分别比栽植前降低36.9%、55.4%和56.9%。试验地为氯化物盐土，依据LY/T 2992—2018的界定（土壤含盐量等级0.1%～0.2%为轻度盐碱地，0.2%～0.4%为中度，0.4%～0.6%为重度，0.6%以上为极重度）[16]可以看出，至栽植第3年时，由极重度盐碱地变为重度盐碱地，栽植第6年后又由重度盐碱地变为中度盐碱地，降幅达到最大，但到第9年时，NyPa牧草地的含盐量比第6年时略有降低；方差分析结果表明，在栽植3、6、9年的3个时间段均与栽植前差异显著(P＜0.05)，栽植3年与栽植6、9年之间亦达到显著差异，但6年与9年之间差异不明显(P＞0.05)。荒草地的土壤表层含盐量与NyPa牧草地的变化趋势一致，也呈下降状态，但降低幅度较缓慢，3、6、9年后仅比试验前分别降低3.2%、9.7%和14.5%，至试验的第6年后才成为中度盐碱地，但到试验9年后依然是中度盐碱地，试验的9年期间降低幅度较少，4个时段的差异不显著(P＞0.05)。NyPa牧草地的土壤盐分含量在栽植3、6、9年时与同期的荒草地相比，分别降低31.7%、48.2%和47.2%，且差异皆显著(P＜0.05)，以栽植第6年时的降幅最大。

表2 NyPa牧草地与荒草地的土壤盐碱度

土壤pH的变化与盐分含量变化规律基本一致（表2）。由于黄河三角洲地区盐碱地的土壤本身碱化程度比较严重（碱化本底值高）[17]，土壤仍然偏碱性，但NyPa牧草地与荒草地均不同程度地降低了土壤的酸碱度，以NyPa牧草地压碱效果最为明显，至栽植第6年时，土壤已降为pH 8以下，而荒草地至试验第9年时仍然在pH 8.4以上，压碱效果不明显。

3.3 土壤有机质和养分含量

草本植物栽植后，通过根颈繁殖扩大生长并形成庞大的根系网，根系主要分布在5～20 cm的土层并水平扩展，细根的寿命一般2年，之后腐烂，留下根系形成的网络通道和腐烂的有机物质及养分，能有效地改善土壤养分状况，增加土壤中有机质含量，提高土壤肥力[15]。

由表3可以看出，随着栽植年限的增加，NyPa牧草地的土壤有机质和速效氮、有效磷含量呈明显上升趋势，至第9年时，分别比栽植前增加212.5%、254.0%和238.0%，并且在这4个测定时段之间差异显著(P＜0.05)；土壤钾含量在栽植9年的时间里变化不大。荒草地的土壤有机质和速效氮、有效磷含量亦得到增加，但增加幅度较小，9年后仅比9年前分别增加51.6%、60.4%和56.2%，土壤有机质和速效氮在第3年时与3年前差异不显著，到第6年时与第3年和6年前达到显著差异，但第6年与第9年又表现为差异不显著；有效磷的情况相类似，不同之处是到6年时与试验前差异显著，但与3年时无显著差异；土壤钾的含量与NyPa牧草地类似，在9年时间里的变化不大。NyPa牧草地与荒草地相比，在不同测定时间（3、6、9年）的土壤有机质和速效氮、有效磷含量均大幅提高，达到显著性差异水平(P＜0.05)，但速效钾含量变幅较小。

表3 NyPa牧草地与荒草地的土壤有机质和养分含量

3.4 NyPa牧草改良土壤效应综合评价

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评价方法，即用模糊数学对受到多种因素制约的对象做出一个总体的评价。平均隶属函数值越大，表明模式的综合性能越好。选择上述分析的土壤容重、孔隙度、pH、全盐含量、有机质、速效氮、有效磷和速效钾这8个土壤理化指标来评价NyPa牧草不同栽植时间的改良土壤效应，得出主要因子的隶属函数值（表4）。NyPa牧草栽植3、6、9年后的土壤改良效应均明显大于荒草（天然乡土植物）地。

表4 不同测定时间NyPa牧草与乡土植物模式下主要土壤因子的隶属函数值

4 结论与讨论

在黄河三角洲滨海盐碱地上种植耐盐植物，能使得土壤的各项理化指标得到明显改善，土壤环境良性发展[5,12]。本研究中建植3、6、9年的NyPa牧草地与同期的荒草地相比，土壤的理化性能得到极大提高，具体表现为土壤密度、含盐量和pH明显降低，土壤总孔隙度、有机质含量、速效氮含量和有效磷含量显著增加，这7个土壤因子与同期的荒草地有显著性差异(P＜0.05)；而速效钾含量相反，不同测定时期的NyPa牧草地始终低于同期的荒草地，未能提高土壤K+的含量，这与王立艳等[7]、王苗等[14]、郑普山等[18]的研究结果一致。有研究表明，在植物中高K+/Na+选择能力被认为是一个耐盐性重要标准[19]，本研究的NyPa牧草是一个高耐盐草本，能耐2%以上的含盐量[20]，因而，这可能与耐盐植物生长发育期间对速效钾的选择性吸收有关[21]。

NyPa牧草地随着栽植年限的增加，对土壤理化指标（土壤密度、含盐量、pH、总孔隙度、有机质含量、速效氮含量和有效磷含量）呈现持续改善趋势，以栽植第6年时的改善作用为最大；方差分析结果表明，在栽植3、6、9年的3个时间段均与栽植前差异显著(P＜0.05)，栽植3年与栽植6、9年之间亦达到显著差异，但6年与9年之间差异不明显，这也与笔者对NyPa牧草“定植后前5年为旺盛生长期，以后生长逐步衰退”的观测试验结果吻合，因而出现栽植9年时对土壤理化性能的提高幅度不如第3年和6年时明显，以栽植第6年效果最好，尤其是对土壤的降盐效果，至第6年时，已从栽植前的极重度盐碱地(0.65%)成为中度盐碱地(0.29%)，可以考虑栽植白蜡、白榆等耐盐树种，进一步降低土壤深层的含盐量。作为以盐生植物为主的荒草地，除速效钾含量与NyPa牧草地情况相类似，也是变幅较小外，在土壤密度、含盐量、pH、总孔隙度、有机质含量、速效氮含量和有效磷含量这7个指标上从试验开始到第9年都有不同程度的持续改善，其中的土壤有机质含量、速效氮含量和有效磷含量这3个指标在第6年和第9年时与试验前有显著差异(P＜0.05)，而土壤密度、含盐量、pH和总孔隙度4个指标在4个测定时间差异均不显著(P＞0.05)，至试验第9年时，从最能反映土壤改良程度的盐分含量指标上看，虽然由试验前的极重度盐碱地(0.62%)成为重度盐碱地(0.53%)，但下降幅度较小，仅下降14.5%。由此可见，不同耐盐植物改良盐碱地效果和速度不同[12]，仅依靠乡土植物自然地改善盐碱地的环境条件不仅进程缓慢而且效果不明显。因此，要实现盐碱地生态改良效果的快速、稳定和持久，必须加大耐盐植物的引种力度，并筛选高效、生态、经济的耐盐植物，辅助切实可行的人工措施[6,12,21-23]。

林草复合系统作为一种重要的退化生态系统的修复重建技术，在植被生态恢复和实现可持续发展方面发挥的生态效益潜力巨大[24-26]。有研究发现，林草模式在提高土地生产力、改善生态环境和高效利用自然资源等方面具有明显优势，可较好促进林业-草业系统的相互融合及对退化生境的综合治理[24]。孙佳[27]的研究表明，在黄河三角洲盐碱地上，以竹柳纯林为对照，应用竹柳+NyPa草和旱柳+NyPa草2种种植模式4年后，可显著改善滨海盐碱地(0～40 cm)的土壤理化性能。本试验是以荒草地为对照，探究的是NyPa牧草在黄河三角洲滨海盐碱地的土壤改良效应及合理栽植年限，因是单一种植模式，在一定程度上存在制约盐碱地肥力进一步提升和地力自我维持、改良持续等问题。受条件的限制，本研究的试验数值亦只是反映了土壤的表层(0～20 cm)指标，土壤深层的改良效果有待于进一步研究。下一步拟将试验进一步拓展，以NyPa牧草与乔木、灌木配置形成林草混交模式进行试验研究，深入探究林草模式改良盐碱地的效应，进一步为盐碱地的治理提供技术支撑、优化配植模式。