不同有机物覆盖对滨海盐渍土改良效应的研究

2018-04-11李新举李俊颖

山东农业大学学报（自然科学版） 2018年2期

杨东,李新举*,许燕,李俊颖

1.山东农业大学资源与环境学院,山东泰安 271018 2.山东省济宁市国土资源局,山东济宁 272017

黄河三角洲地区盐碱地面积占该地区总面积70%左右[1]，土壤盐碱化是该区农业发展的主要限制因素[2]，盐碱地改良是提高该区粮食产量的重要途径。盐渍土改良的方式较多，施用土壤改良剂如石膏、保水剂等可以提高盐渍土土壤有效磷、有效钾含量[3]，种植耐盐植物碱蓬可以有效降低土壤表层含盐量，增加有机质含量[4]。地面覆盖是改良盐渍土的一种有效方式，李新举[5]等研究结果表明，麦秸可明显减少盐渍土水分蒸发，覆盖量在1.5～6.75 t/hm2范围内，土壤水分蒸发减少40%～70%；并且可明显控制土壤盐分的表聚[6]，郑九华[7]等研究表明，秸秆覆盖还可以有效减少微咸水灌溉条件下土壤盐分的表聚，降低对作物生长的不利影响；吕彪[8]等研究结果表明，麦秸覆盖还田可以增加土壤有机质和N、P、K等养分含量，改良盐化潮土；鲁天平等[9]研究表明，4a深沟造林下的麦秆覆盖有效降低表层土壤盐分，使盐分呈“底聚型”空间分布。目前对地面覆盖改良盐渍土的研究较多，但对覆盖类型和覆盖量选择方面的研究较少，缺乏对覆盖类型与覆盖量组合改良效果的系统对比。因此，本文以滨海盐渍土作为研究对象，通过玉米田间试验，研究不同类型及覆盖量对土壤含盐量、pH和玉米产量的影响，筛选较优的地面覆盖还田方式，为改良盐渍土提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于山东省无棣县“渤海粮仓”试验示范基地（N37°56′42.93″，E117°57′43.02″），该区域属北温带季风气候区，多年平均气温12.1℃，无霜期206 d，日照时数2724.5 h，年降水量为570.1 mm，汛期降水量为436.8 mm，年蒸发量1285.5 mm。研究区地处沿海和诸河末梢，境内淡水资源十分匮乏。选择土壤性质均匀的地块作为试验地，土壤为重度滨海盐渍土，2014年5月测得试验区土壤基本性状(表1)。

表1 试验区土壤基本性状Table 1 Basic properties of soil in test area

1.2 试验设计

试验期为2014年～2015年。设计选择自然风干的小麦秸秆（A）、30 cm玉米秸秆（B1）、50 cm玉米秸秆（B2）、玉米整杆（B3）、杂草（T）五种不同类型进行地面覆盖对比试验，其中杂草为狗尾草，小麦秸秆和杂草长度均为自然长度；设计4种梯度覆盖量：0.3 kg/m2（F1）、0.6 kg/m2（F2）、0.9 kg/m2（F3）、1.2 kg/m2（F4），以不覆盖处理作为试验对照（CK），共21个处理（表2），每个处理3次重复，合计63个小区。每个试验区长5 m，宽3 m，面积为15 m2，各小区之间设置0.5 m宽的隔离带。

试验于2014年5月19日至5月21日设计实施，各试验区盖少量土以防覆盖物被风吹走，试验区一年内作免耕处理，不进行人工活动，避免作物种植与人工扰动对土壤含盐量与土壤pH的影响。2015年5月以玉米作为试种作物进行种植试验，玉米品种为郑单958，采用人工种植方式，种植密度约6万株/公顷，11月初计算玉米产量，同时取样测定土壤含盐量和土壤pH。2015年4月18日进行黄河水灌溉，灌水定额均约1500 m3/hm2，播种时施底肥，施肥量为磷酸二铵375 kg/hm2，尿素270 kg/hm2，作物种植期间，其它田间管理工作是由“渤海粮仓无棣示范区”的工作人员统一安排进行，田间管理同当地一致。

表2 试验处理设计Table 2 Experimental treatment design

1.3 样品采集分析

2015年11月，各试验小区中心位置挖剖面取样，分为0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～100 cm共5层，每层剖面四面混合土壤作为该土层最终土样。电导率法测定土壤含盐量；电位法测定土壤pH；各小区玉米单独收割晾晒后计算玉米产量。采用Microsoft Office Excel 2003和SPSS 17.0软件进行制图与数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖处理对土壤含盐量的影响

与对照相比，所有覆盖处理均能降低滨海盐渍土土壤含盐量（表3）。盐渍土具有“盐随水去”的特点，地面覆盖可以提高土壤的入渗能力[10]，增加降水和灌溉对土壤中可溶性盐分的淋洗效果，有效降低上层土壤含盐量。土壤蒸发是土壤积盐的重要途径，地面覆盖阻碍了土壤空气与大气的直接接触，减弱水分蒸发强度抑制地表积盐[6]。覆盖处理对0～40 cm土层土壤含盐量降低幅度较大，对0～20 cm土层抑盐效果最为显著，这与李芙蓉等[11]研究结果一致；降低幅度整体表现出0～10 cm＞10～20 cm＞20～40 cm的顺序；40～60 cm土层土壤含盐量变化较平缓；随土层深度的增加地面覆盖对土壤含盐量影响趋于一致，60～100 cm土层土壤含盐量与对照地块相比均无显著性差异。

表3 不同覆盖处理对土壤含盐量的影响Table 3 Effects of different mulching treatments on soil salt content（g/kg）

A、B1、T处理地块土壤含盐量随地面覆盖量的增加均呈现降低趋势，覆盖量为0.9 kg·m-2时，土壤含盐量达到本类型较低水平且保持稳定，继续增加覆盖量为1.2 kg·m-2时，各土层土壤含盐量与覆盖量为0.9 kg·m-2时相比均无显著性差异。B2、B3处理地块土壤含盐量随秸秆覆盖量的增加表现出整体下降趋势，覆盖量为1.2 kg·m-2时土壤含盐量仍保持较高水平，因此不建议采用B2、B3类型作为覆盖材料。

不同覆盖类型与覆盖量组合，覆盖后的秸秆分解速度、覆盖厚度、密实程度、覆盖层次等均不一致，对盐分的淋洗效率和土壤蒸发强度不同，从而影响土壤含盐量。玉米秸秆较易被分解，且植株以茎杆部位为主，地面裸露面积相对较大，且随玉米秸秆长度的增加裸露面积增大，增大土壤蒸发强度导致土壤含盐量较高。相同覆盖量，不同秸秆类型处理下土壤含盐量降低幅度不同，表现出A＞T＞B1＞B2＞B3的顺序，A与T、B2与B3处理地块各土层土壤含盐量之间均无显著性差异。玉米秸秆覆盖处理土壤脱盐效果较差，玉米秸秆较优处理组合对土壤脱盐的效果表现出B1F3＞B2F4＞B3F4的顺序，说明玉米秸秆长度越短，脱盐效果越好。

不同类型较优处理组合对土壤脱盐的效果表现出AF3＞TF3＞B1F3＞B2F4＞B3F4的顺序。AF3处理地块土壤脱盐效果较好，0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～100 cm土层土壤含盐量分别为2.05 g/kg，3.39 g/kg，4.13 g/kg，7.39 g/kg，9.35 g/kg，较CK处理分别降低86.42%，72.55%，61.11%，21.71%，0.64%。

2.2 不同覆盖处理对土壤pH的影响

与对照相比，地面覆盖处理土壤pH出现不同程度升高（表4），这与张建兵等[12]研究结果一致。杂草覆盖处理对土壤pH提升幅度最大，0～10 cm，10～20 cm土层提升效果较明显，原因可能是杂草本身碱度较高，大量碱性材料还田提高了土壤的pH，20 cm以下土层则与对照基本一致；其它类型覆盖还田对土壤pH影响与对照差异不显著。

A、B1、T处理地块，0～40 cm土层土壤pH随覆盖量的增加均呈现先升高后降低的趋势，其拐点覆盖量分别为0.9 kg·m-2、0.9 kg·m-2、0.6 kg·m-2，继续增加覆盖量土壤pH呈持续下降趋势，但与拐点覆盖量相比均无显著性差异；B2处理在覆盖量为0.3 kg·m-2时为本类型最高值，增加覆盖量土壤pH降低且保持稳定；B3处理地块各土层土壤pH随秸秆覆盖量的增加始终保持相对稳定。

A、B1、B2、B3处理地块土壤pH提升幅度相对较小，与对照地块相比均无显著性差异。T处理地块土壤pH提升效果最为明显，TF2处理地块土壤pH最高，0～10 cm，10～20 cm，20～40 cm，40～60 cm和60～100 cm土层土壤pH值为9.05，9.03，8.92，8.80，8.67，较CK处理分别提高6.60%，5.86%，3.84%，2.01%，0.46%。

表4 不同覆盖处理对土壤pH值的影响Table 4 Effects of different mulching treatments on soil pH

2.3 不同覆盖处理对玉米产量的影响

2.3.1 玉米产量的变化地面覆盖处理可显著提高玉米产量（表5），不同覆盖类型处理玉米产量随覆盖量的增加变化特征具有一致性，均出现先升高后下降的变化趋势，随覆盖量的增加玉米产量先呈增加趋势，覆盖量为0.9 kg/m2时达到最大值，继续增加覆盖量玉米产量则略有降低，原因是覆盖量为0.9 kg/m2时土壤含盐量较低，而继续增加覆盖量会影响土壤的通气性，阻碍玉米的生长。相关性分析表明，玉米产量与地面覆盖量之间并无显著相关性，作物产量与覆盖量不成正比，这与王晖[13]、梁建财[14]等人的研究结果一致。

不同类型较优处理组合对玉米产量的提升效果表现出AF3＞TF3＞B1F3＞B2F3＞B3F3的顺序，AF3处理地块玉米产量最高为2474 kg/hm2，分别比TF3、B1F3、B2F3、B3F3处理高23.26%、32.87%、145.92%、175.81%。覆盖量相同时，玉米产量表现出A＞T＞B1＞B2＞B3的顺序，不同覆盖类型之间存在较大的差异，B2、B3处理地块玉米产量远远低于其它处理，这与该类型处理下土壤含盐量较高有关。

表5 不同覆盖处理对玉米产量的影响Table 5 Effects of different mulching treatments on maize yield （kg/hm2）

2.3.2 玉米产量影响因素分析主体间效应的检验结果表明（表6），覆盖类型和覆盖量均可以导致玉米产量产生显著性差异，均为影响玉米产量的显著性因素。根据偏Eta方值，覆盖类型是玉米产量总体变异的最大变异来源。覆盖类型与覆盖量的交互作用也具有统计学意义（表6），从偏Eta方值可以看出，其交互作用产生的贡献模型远小于两者的主效应。

就覆盖类型而言（表7），不同覆盖类型之间对玉米产量均具有显著性差异；就覆盖量而言（表8），不同梯度覆盖量之间均具有显著性差异，不同有机物覆盖还田处理对作物产量的有不同促进效应，有必要对覆盖类型和覆盖量因素的进行选择。

表6 主体间效应的检验分析Table 6 Inspection and analysis of subject effects

表7 不同处理方式下覆盖类型对玉米产量的多重比较Table 7 Multiple comparison of mulching types on maize yield under different treatment

表8 不同处理方式下覆盖量对玉米产量的多重比较Table 8 Multiple comparison of mulching amount on maize yield under different treatment

3 结论

（1）不同有机物覆盖均可降低土壤含盐量，0～40 cm上层土壤降低幅度较大，整体表现出0～10 cm＞10～20 cm＞20～40 cm的顺序，A、B1、T与B2、B3分别在覆盖量为0.9 kg/m2与1.2 kg/m2时抑盐效果较好。杂草覆盖对盐渍土土壤耕层具有碱化的趋势，而其它类型处理对土壤pH几乎没有影响；

（2）与对照相比，不同处理均可显著提高玉米产量，产生积极的生态和经济效益，有效提高盐渍土土地的利用率。有机物覆盖类型与覆盖量都是影响玉米产量的显著性因素，而覆盖类型是玉米产量总体变异的最大变异来源。玉米产量随覆盖量的增加表现出先增加后降低的变化趋势，不同类型较优处理组合对玉米产量的提升效果表现出AF3＞TF3＞B1F3＞B2F3＞B3F3的顺序；

（3）地面覆盖还田可以起到改良盐渍土的作用，不同覆盖类型和覆盖量组合对盐渍土改良效果有差异。小麦秸秆在覆盖量为0.9 kg/m2时，对土壤pH的影响程度较低，在抑制土壤盐分表聚和玉米增产方面效果较好，是该区域比较适宜的改良盐渍土的方式。

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