不同材料覆盖对黄河三角洲盐碱地土壤理化性质的影响

祝德玉，许宗泉，韩猛，朱望帅，李卓成，胡一涵，王建林

(1. 青岛农业大学农学院/山东省旱作农业技术重点实验室，山东青岛 266109；2.利津县农业农村局，山东东营 257400；3. 中国科学院遗传与发育生物学研究所/中国科学院种子创新研究院，北京100101)

土壤是人类赖以生存的自然资源，土壤质量高低是人为因素和自然因素共同作用的结果[1]。大量研究发现，不合理的土地利用方式会造成土地退化和土壤盐渍化[2-4]，近年来中国土地盐渍化现象严重。随着经济和社会的持续发展，土地供需矛盾日益突出。黄河三角洲作为重要后备土地资源，其开发和利用能有效缓解我国人地矛盾，但土壤盐碱化严重制约着黄河三角洲的农业生产和可持续利用。目前国内外关于盐碱地开发改良方式主要有化学改良、生物改良、工程改良，这些改良措施要么成本高，要么对生态环境影响大[5-7]。通过不同材料覆盖对盐渍化土壤、盐碱地改良的研究较少。笔者采用3种不同材料覆盖黄河三角洲盐碱地，研究不同材料覆盖对土壤理化性质的影响，以期为盐碱地和盐渍化的土壤改良及其可持续发展利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验于2020年6月至9月进行。试验地点位于山东省东营市现代农业示范区盐碱荒地(118.53°E,37.42°N),该地区为典型的暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，多年平均气温12.8 ℃，年平均降水量555.9 mm，约70%分布在夏季，平均蒸发量为1 900～2 400 mm。

1.2 供试土壤

土壤主要类型为滨海潮土，土壤表层积盐重，地下水矿化度高(约31.4 g/L)，地下水位约1.5 m。试验土壤机械组成成分，砂粒(0.05～1 mm)5.40%，粒粉(0.01～0.05 mm)36.80%，黏粒(< 0.001 mm)57.8%。

1.3 试验设计

试验设4个处理，分别为：(1)水稻秸秆覆盖(JG)，覆盖厚度为5 cm；(2)0.08 mm PO膜覆盖(FM)；(3)碱蓬植被覆盖(ZB)，4月初在裸地上播种；(4)裸地(LD)，去除杂草、无任何覆盖。试验小区面积为4 m ×4 m，小区间设置0.5 m宽保护带，随机区组排列，3 次重复。覆盖4个月，除裸地进行人工除去杂草外，无其他人为干扰。各小区采用对角线5点取样法分别采集0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm土层土样，将所取得的土壤样品去除根系等杂物，充分混匀后装入无菌自封袋内。土壤样品带回实验室内，取一定量样品用烘干法测定土壤含水率，其余样品自然风干，磨碎，过筛(20目和100目)后，进行相关指标测定。

1.4 测定指标和方法

采用环刀法[8]测定土壤容重、总孔隙度；土壤有机质采用重铬酸钾容量法[9]测定；采用凯氏定氮法[10]测定全氮含量；采用扩散吸收法[11]测定碱解氮含量；采用碳酸氢钠法[12]测定速效磷含量；采用醋酸铵——火焰光度计法[13]测定速效钾含量；采用烘干法[14]测定土壤含水率；采用电位法测定土壤pH；土壤盐度用土壤原位盐度计PNT3000(STEPS，德国)测定。

1.5 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2013对试验数据进行处理；采用SPSS 18.0对数据进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同材料覆盖对土壤物理性质的影响

2.1.1 不同材料覆盖对土壤容重及其总孔隙度的影响

由表1可知，4种不同覆盖处理下0～20 cm土层，LD与JG、ZB相比土壤容重有明显差异，与FM差异不显著，平均土壤容重：LD>FM>JG>ZB。0～20 cm土层的总孔隙度，与LD相比FM无显著差异，JG、ZB差异显著，而JG与ZB相比差异不显著；与LD相比JG对土壤总孔隙度的增加最为明显，提高约20.98%。在20～40 cm土层中4种不同处理间土壤容重及其总孔隙度差异不显著。

表1 不同材料覆盖下土壤容重、总孔隙度Table 1 Soil bulk density and total porosity covered with different materials

2.1.2 不同材料覆盖对土壤含水率的影响

图1可以看出，随着土层深度增加，LD、JG、FM处理土壤含水率整体呈下降趋势，ZB处理土壤含水率先增加后降低。0～10 cm土层，与LD相比其他3种处理土壤含水率差异显著，FM和JG之间差异不显著，但高于其他处理，ZB土壤含水率较低；10～20 cm土层，与LD相比FM、JG差异显著，FM的含水率较高；20～30 cm土层，与LD相比其他3种处理土壤含水率均显著升高：JG>ZB>FM>LD；30～40 cm土层，与LD相比FM土壤含水率差异不显著，JG、ZB土壤含水率较高。

图1 不同材料覆盖下0～40 cm土层土壤含水率Fig. 1 Soil water content of 0-40 cm soil layer covered with different materials注：图中柱子上不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著。下同。

2.2 不同材料覆盖对土壤化学性质的影响

2.2.1 不同材料覆盖对土壤pH的影响

由图2可知，LD、JG、ZB不同覆盖处理下的土壤pH随着土层深度增加先减小后增大，FM处理各土层深度pH差异不显著。0～10 cm土层，LD的土壤pH高于其他处理，JG、ZB与LD相比有显著降低，而FM与其他处理相比差异不显著；10～20 cm土层，与LD相比ZB降低显著，FM处理土壤pH高于其他处理；20～40 cm土层，与LD相比JG、ZB处理pH降低，而FM处理土壤pH高于其他处理。

图2 不同材料覆盖下0～40 cm土层土壤pHFig. 2 Soil pH of 0-40 cm soil layer covered with different materials

2.2.2 不同材料覆盖对土壤含盐量的影响

由图3可以看出LD土壤含盐量0～20 cm明显高于20～40 cm土层，JG、ZB处理与之相反；随着土层深度增加FM处理土壤含盐量无明显差异。相同土层不同覆盖处理对土壤含盐量有显著影响，在0～10 cm、10～20 cm土层，与LD相比FM、JG、ZB处理土壤含盐量差异显著，LD>FM>ZB>JG；20～30 cm土层，与LD相比JG、ZB处理的土壤含盐量显著降低，而FM与LD相比差异不显著；30～40 cm土层，与LD相比，JG土壤含盐量显著降低，LD、FM、ZB三者相比差异不显著。

图3 不同材料覆盖下0～40 cm土层土壤含盐量Fig. 3 Soil salt content of 0-40 cm soil layer covered with different materials

2.2.3 不同材料覆盖对土壤有机质和氮、磷、钾元素含量的影响

土壤有机质是形成土壤结构的重要因素，能直接影响土壤的理化性状，是植物矿质营养和有机营养的源泉，有机质的含量在一定程度上代表土壤肥沃程度[15]。由表2可以看出，黄河三角洲盐碱地有机质的含量低于5 g/kg，不同材料覆盖对土壤有机质含量能够产生显著影响。0～20 cm土层，JG和ZB与LD相比土壤有机质含量分别提高了51.24%、38.87%；与LD相比，FM覆盖土壤有机质含量反而降低；而20～40 cm，各覆盖处理间土壤有机质含量相近，差异不显著。

全氮含量是衡量土壤氮素基础肥力的重要指标[14]。由表2可以看出，0～20 cm土层，土壤全氮含量存在显著差异：JG>ZB>LD>FM；ZB处理土壤碱解氮含量25.54 mg/kg，低于其他处理；JG处理土壤碱解氮含量48.40 mg/kg，与LD相比增加了44.61%；FM与LD差异不显著。与LD相比，ZB处理土壤速效磷含量降低了25.38%，而JG、FM增加土壤速效磷含量分别为26.18%、5.98%，JG速效磷含量高于FM。ZB处理土壤速效钾含量明显低于其他处理，其他处理间差异不显著。20～40 cm土层，各处理下土壤全氮含量差异不显著；LD、FM、JG三种处理间土壤碱解氮含量差异不显著，但与ZB相比显著提高；与LD相比，FM、JG、ZB处理土壤速效磷含量差异不显著，但ZB与JG、FM相比速效磷含量差异显著；与LD相比，FM、JG处理土壤速效钾含量差异不显著，ZB处理与LD相比速效钾含量降低46.14%。

表2 不同材料覆盖下土壤有机质和氮、磷、钾含量Table 2 Contents of soil organic matter and nitrogen, phosphorus,and potassium covered with different materials

3 讨论与结论

研究发现，不同材料覆盖对黄河三角洲盐碱地土壤理化性质影响效果显著。不同材料覆盖均能降低土壤容重，提高土壤孔隙度，0～20 cm土层的土壤容重LD>FM>JG>ZB，ZB、JG的土壤总孔隙度较LD显著提高，这与南镇武等[16]研究结果相近。研究发现材料覆盖能够减少雨水冲刷，有利于有机质分解疏松土壤，增加了土壤团聚体数量，从而提高了土壤总孔隙度。LD、FM、JG处理下土壤含水率随土层深度增加而降低，这可能与取样前连续有效降雨有关。赵文举等[17]研究发现土壤表层进行覆盖可改变地表结构，从而影响土壤水分蒸发，本研究结果与之相近，说明覆盖物能够阻止水分输送到地表蒸发。本文研究发现JG、ZB能显著降低土壤pH，且JG处理下0～40 cm土层土壤含盐量明显低于其他处理。有机物分解能够产生酸性物质[18]，碱蓬在生长过程中也会吸收土壤中的碱性物质，改变土壤中的微生物和酶活性[19]；盐生或耐盐植物能够通过吸收土壤盐离子聚集于体内，从而降低土壤盐分；也有研究发现秸秆覆盖条件下的土壤水、盐动态较裸地变化显著[20]。在0～20 cm土层，JG、ZB较LD土壤有机质含量显著提高，这是因为秸秆分解能够给土壤提供大量的有机质[21]，ZB中碱蓬的根系、枯枝、落叶则是土壤有机质的重要来源[22]；与裸地相比，FM土壤有机质降低，可能是由于地膜阻断了土壤与外界的物质交换，但对氮、磷、钾营养元素含量影响不显著，这与李桢等[23]的研究相吻合。表层土壤，秸秆覆盖增肥效果显著，可以提高表层土壤的全氮、碱解氮、速效磷、速效钾，其主要原因是当地土壤的基础肥力太差，而秸秆分解后营养物质淋溶下渗，供应了土壤肥力[24]。时连辉等[25]研究发现秸秆覆盖可以防治土壤盐渍化，秸秆还田方式均可降低土壤盐分并起到保水保肥的作用。研究发现，在0～20 cm土层，ZB较LD相比能够提高土壤全氮含量约46.55%，而土壤中氮素绝大部分为有机的结合形态[26]。综上所述，FM、JG、ZB能较好提高土壤含水率，降低土壤容重，提高总孔隙度；JG、ZB抑盐、抑碱效果显著，能提高土壤有机质含量；JG提高土壤速效养分效果较好。研究不同材料覆盖对黄河三角洲盐碱地土壤理化性质影响，其主要目的是改良盐碱地，使盐碱荒地得到有效利用，本研究的结果可以进一步在盐碱地改良、开发、利用等方面发挥重要作用。今后将重点探究不同材料覆盖对农作物不同生长季节的影响，这对于指导黄河三角洲盐碱荒地的农业生产和土地开发利用意义重大。