刘吉利，刘晓侠，周世虎，刘晓刚，吴 娜，杨亚亚，程彦弟，俞超凡

（1.宁夏大学环境工程研究院，宁夏银川750021；2.宁夏大学农学院，宁夏 银川750021）

柳枝稷种植年限对土壤盐分离子的影响

刘吉利1，刘晓侠2，周世虎2，刘晓刚2，吴 娜2，杨亚亚2，程彦弟2，俞超凡2

（1.宁夏大学环境工程研究院，宁夏银川750021；2.宁夏大学农学院，宁夏 银川750021）

为探明能源植物柳枝稷对盐碱土的改良效果，于2014—2015年，在宁夏大学西大滩盐碱地改良试验站田间条件下，设置1、3、5 a3个不同种植年限柳枝稷处理（T1、T3、T5），以附近未种植柳枝稷的盐碱荒地作为对照（CK），研究了不同种植年限柳枝稷对盐碱土盐分离子的影响。结果表明，随着种植年限增加，柳枝稷对土壤盐分离子的作用效果增强，土壤中的Na＋、SO42－、Cl－含量随种植年限增加而降低，在柳枝稷生育末期T5处理与CK相比，Na＋、SO42－、Cl－含量分别下降了 52.64%、40.37%和 63.68%；土壤中的 Ca2＋、Mg2＋含量与柳枝稷种植年限呈正相关关系，在柳枝稷生育末期T5处理Ca2＋、Mg2＋含量分别比CK增加了2.22%、48.08%。本试验条件下，柳枝稷种植5年后对土壤Na＋、SO42－和Cl－等盐分离子的降低作用最为明显。

盐碱地；柳枝稷；种植年限；土壤盐分离子

世界干旱半干旱地区有超过10亿hm2的盐渍化土地，并且由于不合理灌溉和管理，世界上超过40%的灌区土壤含盐水平在增加［1－3］，严重影响着干旱区生态环境建设和可持续发展［4］。宁夏银北平原位于干旱、半干旱地区，降水稀少、蒸发强烈，土地盐渍化问题严重，盐渍化土壤面积占耕地面积的39.5%～54.7%［5］。目前，治理和改造盐渍化土壤的方法主要包括水利工程改良、农业改良、生物改良和化学改良等［6－8］。多年的研究证实，生物改良措施是集改良、开发和利用最经济有效的盐碱地改良途径之一［9－10］。在盐碱地种植耐盐植物，利用植株集聚盐分的特性，收获植株并加以利用，可达到拔盐抽碱和改良土壤的效果［11－12］。孙国荣［13］等研究表明，种植星星草对盐碱地土壤有一定的改良作用，在种植星星草3年以后，土壤中可溶性Na＋含量比未栽种星星草的碱斑土壤降低80%左右，Ca2＋则呈现上升趋势。罗廷彬［14］等在新疆盐碱地生物改良的研究表明，土壤盐分较高时，通过直接种植耐盐碱的禾本科牧草，0～40 cm土壤的脱盐率可达67.3%以上。

柳 枝 稷 （Pɑnicum virgɑtum），属 于 禾 本 科（Grɑmineɑe）黍属（Pɑnicum），起源于北美洛基山脉以东55°N以南的大草原［15］，是一种多年生暖季型草本C4植物，生长迅速，植株高大，根系发达［16］。柳枝稷具有适应性广、生物质产量高、品质优良、抗逆性强等优点［17］，被美国能源部确定为最有前景的生物质能源模式植物，在世界范围内受到广泛关注［18］。柳枝稷具有一定的耐盐碱性，可在盐渍化土壤上种植［19］，其根系发达，能固定土壤碳、增加土壤有机质含量、保持水土、提高土地生产力，是提高盐碱地生产力和区域经济水平的重要途径［20－21］。研究表明，草本植物根系对土壤有穿插挤压效果，能明显改变盐渍化土壤的物理性质，使土壤结构朝着良好的方向发展［22－23］。但是，能源植物柳枝稷作为盐碱地生物改良的一种可利用植物，其对盐碱地的改良效果与改良机制尚不清楚，关于柳枝稷种植年限对土壤盐分离子的影响更是鲜见报道。因此，本试验以能源植物柳枝稷为材料，在宁夏银北西大滩开展柳枝稷种植年限对盐碱土改良效应的田间试验研究，旨在探明柳枝稷种植年限对土壤盐分离子的含量和运移规律的影响，为我国西北干旱盐渍化地区的土壤生物改良提供理论参考，对于改善生态环境，带动区域经济发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地点概况

试验在宁夏大学西大滩盐碱地试验站进行，研究区域位于宁夏银北平原（38°50′N，106°24′E），属干旱暖温带季风气候，年均降水量为205 mm，年蒸发量1 875mm，地势相对较为平坦，海拔约1 100 m。此地区常年日照充足，干旱少雨，昼夜温差较大，区域蒸发量与降水量严重失衡，蒸发量约是降水量的10倍，降水不足和蒸发量大等是造成该地区盐碱化土壤形成的重要气候因素［24］。本试验地块为中度盐碱地，其土壤理化性状见表1。

表1 供试土壤的理化性状（0～30 cm）Table 1 Main soil properties of the study site in the top 0～30 cm

1.2 试验材料

试验材料为柳枝稷（Pɑnicum virgɑtum），品种为Cave－in－Rock。目前试验站柳枝稷种植年限最长的为5年，最短的1年，种植前土壤为新开垦中度盐碱荒地。柳枝稷采用育苗移栽方式种植，行距50 cm，株距20 cm，种植当年施纯 N 60 kg·hm－2、P2O550 kg·hm－2和 K2O 50 kg·hm－2，第二年开始在每年返青后施用纯N 120 kg·hm－2，不施用磷钾肥。试验期间按当地旱地作物进行灌溉管理，柳枝稷生物质于每年10月底一次性收获。

1.3 试验设计

试验设置柳枝稷1年、3年、5年3个不同种植年限处理，以附近未种植柳枝稷的盐碱荒地作为对照。分别在不同种植年限的柳枝稷地块（1年、3年和5年）内设置试验小区，分别标记为 T1、T3、T5处理，每个处理三次重复。小区面积5 m×4 m＝20 m2，分别在不同种植年限柳枝稷的分蘖期、拔节期、开花期和成熟期测定盐碱土壤中盐分离子 Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－和 SO42－含量变化。

1.4 测定指标和方法

土壤盐分离子的测定：Ca2＋、Mg2＋采用EDTA滴定法；Na＋、K＋采用火焰光度法；SO42－采用 EDTA间接络合滴定法；Cl－采用硝酸银滴定法［23］。

1.5 数据统计分析

利用Excel 2007、SPSS 19.0进行试验数据统计分析和显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 柳枝稷种植年限对盐碱土壤钠离子含量的影响

由图1～图4可知，随柳枝稷种植年限增加，除分蘖期外，0～40 cm土层钠离子含量均显著降低。在柳枝稷分蘖期40～100 cm土层钠离子含量亦随着柳枝稷种植年限的增加而降低，尤其是T5处理钠离子降低幅度最大。在柳枝稷拔节期，T1处理40～100 cm土层土壤钠离子含量高于CK，这可能是由于1年生柳枝稷拔节期生长量较小，地表蒸发量较大，造成钠离子含量随着蒸发而上移。在柳枝稷拔节期和开花期，随着土层深度增加土壤钠离子逐渐下降，这可能是柳枝稷处于生长的旺盛时期，对根际土壤钠离子活化和吸附作用较强，土壤深层钠离子向上运移的结果。柳枝稷成熟期，随柳枝稷种植年限增加，各土层钠离子含量均显著降低，土壤钠离子含量表现为CK＞T1＞T3＞T5。此外，柳枝稷不同种植年限处理土壤钠离子含量自分蘖期到开花期逐渐降到最低值，开花期到成熟期土壤钠离子含量有所回升并且高于分蘖期柳枝稷土壤钠离子含量，其中T5处理钠离子含量回升幅度最小。由此可见，柳枝稷种植3年后能够显著降低土壤钠离子含量，柳枝稷生长对地表的覆盖作用能够抑制土壤返盐。

图1 柳枝稷分蘖期土壤钠离子含量的变化Fig.1 Concentration of Na＋in the different soil depth during tillering stage

图2 柳枝稷拔节期土壤钠离子含量的变化Fig.2 Concentration of Na＋in the different soil depth during jointing stage

图3 柳枝稷开花期土壤钠离子含量的变化Fig.3 Concentration of Na＋in the different soil depth during flowering stage

2.2 柳枝稷种植年限对盐碱土壤钾离子含量的影响

总体上，土壤水溶性钾离子含量与柳枝稷种植年限呈现负相关关系，同时表层土壤（0～20 cm）钾离子含量明显高于深层土壤。方差分析表明，T5处理各生育时期土壤钾离子含量均显著低于CK。随着柳枝稷生育时期推进，土壤钾离子含量基本呈现先降低再升高的趋势，开花期土壤钾离子含量最低，成熟期又有所回升（图5～图8）。这可能是由于开花期柳枝稷茎、穗的大量生长对土壤钾元素吸收较多，而生育后期柳枝稷对土壤中钾离子可能具有一定的释放作用，因此成熟期土壤中钾离子含量有所升高。

2.3 柳枝稷种植年限对盐碱土壤钙离子含量的影响

图4 柳枝稷成熟期土壤钠离子含量的变化Fig.4 Concentration of Na＋in the different soil depth duringmature stage

由图9～图12可知，盐碱地条件下，土壤钙离子含量随着柳枝稷种植年限的增加而逐年增加，即土壤的钙离子含量和柳枝稷的种植年限呈正相关关系。随着生育时期的推进，0～20 cm土层钙离子含量呈升高趋势，且种植柳枝稷处理的土壤钙离子含量明显高于未种植柳枝稷处理。不同种植年限处理柳枝稷各生育期表层土壤（0～20 cm）钙离子含量均明显高于深层土壤钙离子含量。方差分析结果表明，T3和T5处理0～20 cm土壤钙离子含量均显著高于CK。在柳枝稷的成熟期，T5处理20～40 cm、60～80 cm土壤钙离子含量显著高于CK和T1、T3处理，但在40～60 cm、80～100 cm土壤钙离子含量在各处理间无显著性差异。可见，盐碱地种植柳枝稷后土壤表层的钙离子含量得到了显著的提高。

图5 柳枝稷分蘖期土壤钾离子含量的变化Fig.5 Concentration of K＋ in the different soil depth during tillering stage

图6 柳枝稷拔节期土壤钾离子含量的变化Fig.6 Concentration of K＋ in the different soil depth during jointing stage

图7 柳枝稷开花期土壤钾离子含量的变化Fig.7 Concentration of K＋ in the different soil depth during flowering stage

图8 柳枝稷成熟期土壤钾离子含量的变化Fig.8 Concentration of K＋ in the different soil depth duringmature stage

图9 柳枝稷分蘖期土壤钙离子含量的变化Fig.9 Concentration of Ca2＋ in the different soil depth during tillering

图10 柳枝稷拔节期土壤钙离子含量的变化Fig.10 Concentration of Ca2＋ in the different soil depth during jointing

图11 柳枝稷开花期土壤钙离子含量的变化Fig.11 Concentration of Ca2＋in the different soil depth during flowering stage

图12 柳枝稷成熟期土壤钙离子含量的变化Fig.12 Concentration of Ca2＋ in the different soil depth duringmature stage

2.4 柳枝稷种植年限对盐碱土壤镁离子含量的影响

与盐碱地荒地相比（CK），盐碱地种植柳枝稷后能显著提高0～20 cm土层镁离子含量。柳枝稷分蘖期0～20 cm土层土壤镁离子含量表现为T3＞T5＞T1＞CK。在柳枝稷拔节期和成熟期0～20 cm土层土壤镁离子含量随着柳枝稷种植年限的增加而升高。种植柳枝稷处理20～100 cm土层镁离子含量除个别时期外总体上高于CK，但是增幅低于0～20 cm土层（图13～图16）。由此可见，种植柳枝稷后对土壤深层镁离子含量的影响要低于对土壤表层镁离子含量的影响，多年生柳枝稷对土壤镁离子含量的影响大于1年生柳枝稷。0～20 cm、40～60 cm的土层镁离子含量随柳枝稷生育期推进呈现先下降后上升的趋势，在成熟期达到最大值；20～40 cm土层镁离子含量随着柳枝稷生育期的推进而逐渐增加，并且在成熟期达到最大值。

图13 柳枝稷分蘖期土壤镁离子含量的变化Fig.13 Concentration of Mg2＋ in the different soil depth during tillering

图14 柳枝稷拔节期土壤镁离子含量的变化Fig.14 Concentration of Mg2＋ in the different soil depth during jointing

图15 柳枝稷开花期土壤镁离子含量的变化Fig.15 Concentration ofMg2＋ in the different soil depth during flowering stage

2.5 柳枝稷种植年限对盐碱土壤氯离子含量的影响

由图17～图20可知，在盐碱地条件下，随着柳枝稷种植年限增加，各时期各土层土壤氯离子含量总体上呈下降趋势，尤其以5年生柳枝稷处理土壤氯离子含量最低。方差分析表明，T1、T3、T5处理0～20 cm土层氯离子含量均显著低于对照，T3与T5处理间无显著性差异。这说明柳枝稷种植后能够显著降低盐碱土壤中的氯离子含量，且多年生柳枝稷对土壤氯离子含量的降低效果优于1年生柳枝稷，但3年生柳枝稷和5年生柳枝稷对表层土壤氯离子的降低作用差异性不显著。柳枝稷不同种植年限处理土壤氯离子含量随生育期推进基本呈现先下降后上升的趋势，在柳枝稷的拔节期氯离子含量降到最低值，在柳枝稷的生育末期土壤中氯离子含量达到最大值，这可能由于随着柳枝稷在生育末期对盐分离子的吸收能力下降，同时养分开始向地下回流，造成土壤中氯离子含量的上升。

图16 柳枝稷成熟期土壤镁离子含量的变化Fig.16 Concentration ofMg2＋ in the different soil depth duringmature stage

2.6 柳枝稷种植年限对盐碱土壤硫酸根离子含量的影响

由图21～图24可知，柳枝稷种植处理（T1、T3、T5）0～20 cm土壤硫酸根离子含量显著低于盐碱荒地（CK），且柳枝稷种植年限越长，对于表层土壤硫酸根离子含量的降低作用越明显。在柳枝稷不同生育时期各土层深度土壤的硫酸根离子含量均表现为T1＞T3＞T5，随着种植年限的增加硫酸根离子含量呈降低趋势。方差分析表明，除个别土层外，柳枝稷各生育期土壤硫酸根离子含量在不同种植年限处理之间均有显著性差异，T5处理和CK之间差异最为显著，可见多年生柳枝稷对土壤硫酸根离子的降低作用最为明显。在柳枝稷各生育时期，表层土壤硫酸根离子含量均低于深层土壤，表现为SO42－底聚，这可能是由于柳枝稷对土壤深层硫酸根离子的吸收作用要低于表层土壤，或者是土壤硫酸根离子向下运移的结果。

图17 柳枝稷分蘖期土壤氯离子含量的变化Fig.17 Concentration of Cl－ in the different soil depth during tillering

图18 柳枝稷拔节期土壤氯离子含量的变化Fig.18 Concentration of Cl－ in the different soil depth during jointing

图19 柳枝稷开花期土壤氯离子含量的变化Fig.19 Concentration of Cl－ in the different soil depth during flowering

图20 柳枝稷成熟期土壤氯离子含量的变化Fig.20 Concentration of Cl－ in the different soil depth duringmature stage

图21 柳枝稷分蘖期土壤硫酸根离子含量的变化Fig.21 Concentration of SO42－in the different soil depth during tillering

图22 柳枝稷拔节期土壤硫酸根离子含量的变化Fig.22 Concentration of SO42－ in the different soil depth during jointing

图23 柳枝稷开花期土壤硫酸根离子含量的变化Fig.23 Concentration of SO42－in the different soil depth during flowering stage

图24 柳枝稷成熟期土壤硫酸根离子含量的变化Fig.24 Concentration of SO42－ in the different soil depth duringmature stage

3 讨 论

盐渍土中的可溶性盐类，在溶液中常以离子形式存在，K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、SO42－、Cl－是土壤中的盐分主要组成部分。研究表明，在盐碱地种植耐盐植物能够促进土壤表层淋洗、脱盐，土壤脱盐过程中各离子的相对含量也随之发生变化［7，25］。孙国荣［13］等对星星草的研究发现，星星草随着种植年限的增加土壤Na＋含量逐年减少。郭全恩［22］等研究发现在盐渍化土壤种植柳枝稷能明显减少土壤剖面的Na＋含量。本研究亦得出类似结论，柳枝稷种植3年后能够显著降低土壤Na＋含量，尤其以5年生柳枝稷对土壤Na＋的降低效果最为明显，原因是柳枝稷根系活动可以激活土壤中CaCO3，释放Ca2＋以替代Na＋，从而改善了土壤结构，促进了Na＋向下淋洗，同时柳枝稷生长对地表的覆盖作用抑制了土壤返盐［26］。本试验条件下，土壤水溶性钾离子含量与柳枝稷种植年限呈负相关关系，种植年限越长土壤K＋含量越低。这一方面是由于多年没有施用钾肥，柳枝稷生长消耗了土壤中的部分速效钾，另一方面，部分K＋被活化后随灌水被淋洗出了0～100 cm土体［25］。

本研究中，在柳枝稷不同生育期及不同土层中钙离子含量变化不同，但Ca2＋含量均随种植年限增加呈现上升趋势，范亚文［27］等研究也表明，随着星星草种植年限的增加表层土壤Ca2＋含量升高，与本研究结果一致。郭全恩［22］等的结果表明，种植柳枝稷处理土壤剖面0～100 cm土层Mg2＋的含量降低，但本研究得出了相反的结果，即盐碱地种植柳枝稷后能显著提高表层土壤镁离子含量，出现这种差异可能是试验地点的盐碱土类型和盐碱程度不同所致。氯离子和硫酸根离子是土壤的主要阴离子，其迁移主要受土壤水分运动的影响，本研究表明柳枝稷种植后能够显著降低盐碱土壤中的氯离子和硫酸根离子含量，且种植年限越长对氯离子和硫酸根离子的降低效果越好，这主要是由于柳枝稷种植改善了盐碱土壤结构和水分环境，促进了Cl－和SO42－随灌水被淋洗。

肖克飚［7］等通过种植耐盐植物柽柳、苇状羊茅、油葵等发现，不同类型耐盐植物对土壤盐分的影响程度有差异，种植柽柳使土壤中各盐分离子明显下降，表层土尤其明显。本研究结果亦表明，柳枝稷对0～40 cm土层土壤可溶性盐分离子影响较大，而对深层盐分离子的影响相对较小。从土壤不同深度盐分离子含量来看，K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、SO42－、Cl－都呈现随着土层深度的增加而上升的趋势。原因可能是一方面柳枝稷根系对浅层土壤盐分离子的活化和吸收作用较强，另一方面柳枝稷种植使土壤结构向着良性发展，促进了盐分的向下淋溶。

4 结 论

本研究表明盐碱地种植柳枝稷后土壤中的Na＋、SO42－、Cl－含量均呈现下降趋势，Ca2＋、Mg2＋含量呈升高趋势。土壤中的Ca2＋、Mg2＋含量与柳枝稷种植年限呈正相关关系，Ca2＋、Mg2＋含量的增加可以置换出土壤中有害Na＋，降低盐碱地中钠离子的含量来达到脱盐目的，从而降低土壤的盐碱程度。综合来看能源作物柳枝稷能够对宁夏盐碱荒地起到改良作用，且柳枝稷种植年限越长，对土壤中有害盐分离子的降低作用越明显。本试验条件下5年生柳枝稷能显著降低有害盐分离子的含量，对盐碱土的改良效果最好。由于本试验柳枝稷最长的种植年限为5年，其对土壤盐分离子的长期效应还有待于进一步研究。

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Effect of different sw itchgrass（Panicum virgatum L.）planting years on soil salt ions

LIU Ji-li1，LIU Xiao-xia2，ZHOU Shi-hu2，LIU Xiao-gang2，WU Na2，YANG Ya-ya2，CHENG Yan-di2，YU Chao-fan2
（1.Institute of Environmentɑl Engineering，NingxiɑUniversity，Yinchuɑn，Ningxiɑ750021，Chinɑ；2.College of Agronomy，NingxiɑUniversity，Yinchuɑn，Ningxiɑ750021，Chinɑ）

The field trialswere conducted to explore the ameliorative effect of switchgrass（Pɑnicum virgɑtum L.）on saline alkali soil in Ningxia Xidatan.This paper studied the effects of 1，3 and 5 years（T1，T3，T5）of planting switchgrass on the salt ions，taking the uncropped saline waste land adjacent to the experimental site as the control（CK）.The results showed that the effects of switchgrass on soil salt ionswere enhanced，and the concentration of Na＋，SO42－and Cl－in soil decreased gradually with the increase of planting years.Compared with CK，the concentration of Na＋，SO42－and Cl－of T5 decreased by 52.64%，40.37%and 52.64%in the lastgrowth period of switchgrass.The concentration of Ca2＋，Mg2＋was positively correlated with planting years of switchgrass，the concentration of Ca2＋，Mg2＋of T5 increased 2.22%and 48.08%than thatof CK in the lastgrowth period of switchgrass.Under conditions of the present study，the effects of switchgrass on soil salt ionswere themost significantat the 5th year after establishment.

saline alkali land；switchgrass；planting years；soil salt ions

S156.4

A

1000-7601（2017）05-0035-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.05.06

2016-09-02

2016-10-09

国家自然科学基金（31560361）；宁夏自治区级大学生创新创业训练计划项目（20150130）

刘吉利（1982—），男，副研究员，博士，主要从事作物栽培与耕作方面研究。E-mail：tim11082003＠163.com。

吴 娜（1980—），女，副教授，主要从事作物栽培与耕作方面研究。E-mail：nawu2000＠163.com。