四翅濱藜主要土層養(yǎng)分變化研究

四翅濱藜主要土層養(yǎng)分變化研究

土壤鹽分和次生鹽分的增加已成為一個緊迫的解決方案之一，引起了全球農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的關(guān)注。我國現(xiàn)有2×107hm2鹽堿荒地和7×106hm2鹽堿化土壤,約占耕地面積的25%,主要分布在新疆、甘肅等西北干旱、半干旱開發(fā)區(qū)及沿海、海岸地區(qū)。甘肅河西地區(qū)有鹽堿土面積179.8萬hm2,占土地總面積的6.66%,其中耕地中鹽化耕地面積達(dá)10.62萬hm2,占河西地區(qū)總耕地面積的15%左右。大片的鹽堿地不能種植農(nóng)作物,長期處于荒廢狀態(tài)。由于河西地區(qū)干旱少雨,蒸發(fā)強(qiáng)烈,風(fēng)大沙多,水資源短缺,灌溉水礦化度高,導(dǎo)致了土壤鹽堿地和受鹽害的耕地面積逐漸擴(kuò)大,不僅直接危害耕地的生產(chǎn)能力和穩(wěn)定性,使大片耕地棄耕變?yōu)辂}荒地,嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展,而且危及生態(tài)安全。如何進(jìn)行鹽堿地改良和防治,提高土地綜合利用率,己引起有關(guān)部門的高度重視。很多專家進(jìn)行了大量的改良鹽堿地的研究,并取得了一定的成效。目前,治理和改造鹽堿地的方法主要包括水利工程改良、農(nóng)業(yè)改良、生物改良和化學(xué)改良等,而水利工程改良對于河西干旱荒漠區(qū)來說是相對困難的,難以推廣。多年的研究證實,生物改良措施是鹽堿地治理的最為經(jīng)濟(jì)有效的措施之一。四翅濱藜(Atriplexcanescens)屬藜科濱藜屬常綠或準(zhǔn)常綠灌木,是美國科羅拉多州立大學(xué)等單位歷經(jīng)25a選育出的一個優(yōu)良品系。該植物種耐干旱、耐寒冷、耐鹽堿,營養(yǎng)豐富,其葉表皮向內(nèi)分化形成鹽腺,可以將體內(nèi)過多的鹽分排除掉,起脫鹽作用,可用于牧場改良、水土保持和鹽堿地治理等方面,被稱為“生物脫鹽器”。據(jù)研究,每公頃四翅濱藜1a能從土壤中吸收2t以上的鹽分。棄耕地種植四翅濱藜后,其鹽堿度可以降到能夠種植作物的程度。對于四翅濱藜改良鹽堿方面的作用,國外學(xué)者對此做了部分研究,McKell研究認(rèn)為四翅濱藜可加速土壤發(fā)育。與灌木間的土壤相比較,灌木下的土壤層更厚,pH值稍偏堿性,N、P、K及有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、微生物活性及土壤通透性均較高。Rumbough也提出了一致的觀點(diǎn),認(rèn)為生長在四翅濱藜附近的牧草,產(chǎn)草量明顯增加,主要?dú)w功于灌木附近土壤肥力的增加。由于四翅濱藜容易被菌根感染,作為菌根的安全立地和菌根的資源,可有效地增強(qiáng)土壤肥力。目前,我國對四翅濱藜的研究報道多集中于各種惡劣立地條件下的造林情況,李彩霞、張新華等研究了四翅濱藜鹽脅迫下的生理反應(yīng),但這些多限于室內(nèi)單因子脅迫研究,而對自然生長狀況下四翅濱藜適應(yīng)鹽堿生境的研究則少見報道,特別是對四翅濱藜改良土壤作用方面未見報道。因此開展四翅濱藜改良鹽堿地的田間試驗,不僅為西北荒漠鹽堿地的生物改良利用提供理論依據(jù),而且對四翅濱藜推廣發(fā)展和定位具有重要的指導(dǎo)意義。1干旱漠大陸性氣候區(qū)試驗地位于甘肅省張掖市林業(yè)科學(xué)研究院,地理位置為東經(jīng)100°26′,北緯38°56′,屬綠洲灌溉農(nóng)業(yè)區(qū),地處河西走廊中段。氣候?qū)僦袦貛Ц珊祷哪箨懶詺夂騾^(qū),年平均氣溫7℃,1月平均氣溫-10℃,7月平均氣溫29.5℃,極端最高氣溫38.6℃,極端最低氣溫-28.7℃,≥10℃的活動積溫2870℃。年平均降水量129mm,而年蒸發(fā)量高達(dá)2047.9mm,是降水量的16倍。年均相對濕度52%。無霜期156d,春季多大風(fēng),平均風(fēng)速2.2m/s,8級以上大風(fēng)日數(shù)為14.9d。土壤類型主要有灌溉灰棕漠土、鹽化灰棕漠土和風(fēng)沙土,pH值為8.3左右。2材料和方法2.1鹽化灰流土苗樹建立于2005年4月23日從青海省樂都縣引進(jìn)四翅濱藜1年生幼苗,定植于林科院苗圃東區(qū),定植株行距60cm×100cm,土壤為鹽化灰棕漠土。2.2土壤肥力測定方法土壤取樣采用定點(diǎn)取樣法,以避免土壤鹽堿地的斑塊狀分布影響數(shù)據(jù)分析。苗木定植前在不同地塊采用取土器按不同土層深度(h)取樣,分0<h≤20cm、20cm<h≤40cm、40cm<h≤60cm3個土層,3個小區(qū),重復(fù)3次取平均值,以鄰地垂柳造林地為對照(CK)。各取樣小區(qū)試驗期內(nèi)均停止施肥,雜草及時清理出小區(qū),以免堆積表層影響土壤肥力測定。取樣后設(shè)定標(biāo)樁固定取樣位置。以后每年在固定地進(jìn)行取土測定,每年10月份對小區(qū)內(nèi)四翅濱藜地上部分進(jìn)行刈割。取土?xí)r間:定植前在2005年4月20日,定植后第一年在2006年4月28日,定植后第二年在2007年4月23日。測定項目及方法:全鹽(電導(dǎo)法)、pH(酸度計法)、土壤有機(jī)質(zhì)(重鉻酸鉀法)、全氮(凱氏定氮法)、速效P(碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法)、速效K(火焰光度計法)。室內(nèi)分析土壤樣品,利用Excel處理數(shù)據(jù),SPSS統(tǒng)計分析軟件Tukey法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。3結(jié)果與分析3.1土層含鹽量的變化四翅濱藜定植后全鹽動態(tài)變化見表1,可以看出,土壤含鹽量分布0<h≤20cm、20cm<h≤40cm土層明顯高于40cm<h≤60cm土層,土壤鹽分主要聚集在0~40cm土層。經(jīng)多重比較得出,四翅濱藜定植前試驗地各土層全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)與對照地差異不顯著,定植后,0<h≤20cm、20cm<h≤40cm土層含鹽量與對照差異顯著。定植后2a四翅濱藜地全鹽下降57.19%,對照下降15.25%,比對照降幅高41.95%。從四翅濱藜地各土層的全鹽降幅來看,20cm<h≤40cm土層降幅最大,達(dá)64.04%;40cm<h≤60cm次之,達(dá)54.77%;0<h≤20cm最次,達(dá)52.24%;而對照垂柳地全鹽降幅0<h≤20cm大于20cm<h≤40cm大于40cm<h≤60cm。這說明四翅濱藜較垂柳可明顯使全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降,主要是由于四翅濱藜莖葉具有鹽腺,通過鹽腺可將體內(nèi)過多的鹽分排除掉,起到脫鹽作用;另外四翅濱藜為速生灌木,生長季覆蓋地表減少了地面蒸騰,抑制中下層鹽分上移,而根系從土壤中吸收水分,變土壤蒸發(fā)為植物蒸騰,進(jìn)一步阻止了鹽分隨水分向地表的聚集。而對照地垂柳,覆蓋度小,表層抑鹽效果較四翅濱藜差,同時根系吸收鹽分作用不明顯,這更進(jìn)一步證實了四翅濱良好的脫鹽效果。四翅濱藜速生、匍匐,極易迅速覆蓋地面,定植第一年全鹽下降幅度較第二年大,說明四翅濱藜在種植第一年后即產(chǎn)生較明顯的脫鹽效果。3.2土壤ph值的變化四翅濱藜定植后pH值動態(tài)變化見表2,可以看出,土壤pH值0<h≤20cm大于20cm<h≤40cm大于40cm<h≤60cm,并且四翅濱藜定植地和對照垂柳地pH值隨土層深度增加呈下降趨勢。多重比較結(jié)果表明:四翅濱藜定植后第一年、第二年pH值較定植前、對照各年間差異顯著,其中定植四翅濱藜后第一年降幅比對照高1.66%,第二年降幅比對照高1.03%,定植四翅濱藜兩年累計降幅比對照高2.17%。從四翅濱藜地各土層的pH值降幅來看,20cm<h≤40cm大于40cm<h≤60cm大于0<h≤20cm;而對照垂柳地pH降幅以0<h≤20cm大于20cm<h≤40cm大于40cm<h≤60cm,主要是由于pH值的高低取決于土壤中的HCO-3、CO-3以及K+、Na+等陰陽離子的數(shù)量,土壤中各種鹽分離子的降低有利于pH值的減小。20cm<h≤40cm土層全鹽下降最明顯,pH值與全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降成正相關(guān),這與朱興運(yùn)等人的研究結(jié)果相一致。同時20cm<h≤40cm、40cm<h≤60cm土層根系活動最旺盛,通過根系分泌的有機(jī)酸及植物殘體經(jīng)微生物分解產(chǎn)生的有機(jī)酸能中和土壤堿性,使土壤的pH值有所下降。3.3有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與生長性狀的關(guān)系四翅濱藜定植后有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的動態(tài)變化見表3,可以看出,不同土層土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)各有不同,四翅濱藜定植地和對照有機(jī)質(zhì)呈增長趨勢。多重比較結(jié)果表明:四翅濱藜定植后2a有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與定植前差異顯著,20cm<h≤40cm、40cm<h≤60cm土層有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定植2a后與對照差異顯著,說明四翅濱藜較對照能明顯提高有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)。以20cm<h≤40cm、40cm<h≤60cm土層效果最明顯,達(dá)37.50%和31.96%。在停止施肥和清除枯枝落葉后,0<h≤20cm土層的有機(jī)質(zhì)積累較其它兩層明顯減弱,主要因為20cm<h≤40cm、40cm<h≤60cm土層根系活動較旺,對土壤的疏松、改良、各種陰陽離子的改良效果明顯,有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)得到提高,并隨著根系發(fā)育以第二年優(yōu)于第一年。3.4低速率磷和速鉀增注后各帶主要思想地項從表4可以看出四翅濱藜地和對照全氮、速效磷、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈上升趨勢,說明二者均不同程度提高了3種營養(yǎng)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。多重比較得出,四翅濱藜定植2a后全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對照以及定植前差異顯著,累計增幅達(dá)42.78%,比對照增幅高31.19%。速效磷、速效鉀相對較對照增幅小些,其中四翅濱藜地定植2a后速效磷增長14.38%,比對照增幅高2.38%;速效鉀增長9.81%,比對照增幅高5.11%。這可能與四翅濱藜具有菌根菌,固氮效果優(yōu)于垂柳的原因有關(guān)。全氮、速效磷、速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)增幅第二年優(yōu)于第一年,主要是因為第二年根系活動更加旺盛,其土層的殘留根系、根系分泌物、代謝過程等均有利于土壤有機(jī)物質(zhì)的增長,導(dǎo)致土壤微生物數(shù)量和土壤N素的增加。土壤微生物增加以后,土壤微生物的活動,植物根系呼吸作用放出的CO2溶于水后形成碳酸。此外,鹽生植物根系也能分泌檸檬酸和蘋果酸等有機(jī)酸,對土壤難溶物質(zhì)的溶解起到促進(jìn)作用,促進(jìn)P、K、Ca鹽等的溶解,從而全面改善土壤肥力,產(chǎn)生良性循環(huán),同時與鹽生植物的菌根、根系活動對物理性狀的改善等均有關(guān)。這種相互促進(jìn)的良性循環(huán)與郭艷玲提出的土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與全氮、全磷以及根系活動呈正相關(guān)的結(jié)論是一致的。4土壤理化性質(zhì)及物理性狀的變化通過引種泌鹽鹽生植物四翅濱藜,種植地土壤各土層化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)發(fā)生明顯變化,其中全鹽下降57.19%,pH值下降3.25%,有機(jī)質(zhì)提高26.34%,全氮增長42.8%,速效磷增長84.15%,速效鉀增長11.78%。較對照垂柳造林地,四翅濱藜全鹽降幅高41.95%,pH值降幅高2.17%,有機(jī)質(zhì)增幅高13.89%,全氮增幅高31.19%,速效磷增幅高17.69%,速效鉀增幅高6.49%,說明四翅濱藜是一種耐鹽能力很強(qiáng)的鹽生植物,較垂柳改良土壤作用明顯。整體上看,全鹽、pH值降幅以20cm<h≤40cm土層優(yōu)于其它土層,以第一年效果優(yōu)于第二年,主要是與各土層鹽分分布規(guī)律和改良機(jī)理有關(guān)。四翅濱藜種植前通過地表蒸騰聚集大量鹽分,種植后鹽腺吸收大量鹽分;通過刈割排鹽,植被覆蓋又減小了地表蒸騰,阻止了鹽分上移,定植兩年脫鹽效果顯著。0<h≤20cm土層雖然含鹽量高,但根系活動較其它土層弱,降幅較其它土層小。有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀以20cm<h≤40cm、40cm<h≤60cm土層改良效