朱 浩，王 健，刘兴国，么宗利，来琦芳

(1 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092；2中国水产科学研究院东海水产研究所，上海 200090)

全球25%的土地面积受盐渍化影响[1-2]，且盐碱地面积每年都在增加[3]。目前，中国盐碱地面积约3 460万hm2[4]，已开垦种植面积576.84 hm2(8 652.58万亩)[5]，开发利用潜力巨大，合理利用改良和开发盐渍土地资源的潜力，已成为当前进一步发展农业生产的重要任务[6-9]。由于盐渍土分布地区生物气候等环境因素的差异，大致可将中国盐渍土分为滨海盐土与滩涂、黄淮海平原盐渍土、东北松嫩平原盐土和碱土、半漠境内陆盐土、青新极端干旱的漠境盐土等5大片区[10-12]。本文以西北宁夏硫酸盐型盐碱地为研究对象。2016年在宁夏石嘴山地区，针对盐碱水特点，设计并构建了一种内陆池塘—抬田生态工程化种养系统[13]。该系统利用抬田和预埋暗管结构实现洗盐压碱，利用排水渠、蓄水池收集盐碱水，利用池塘回用盐碱水，实现抬田盐碱水的综合利用，达到“节水、减排、生态”的渔农复合目的。为进一步研究该系统的运行效果，对复合种养系统中的土壤、水体中氮、磷营养盐进行综合分析，探讨该系统营养盐的变化规律，以期为该系统洗盐压碱工艺以及后续的优化管理提供理论依据，也为盐碱水综合利用提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

在宁夏石嘴山泰嘉渔业有限公司养殖场设计并构建了一套盐碱池塘生态工程化复合种养系统[13]。该试验系统地理坐标为经度106°21′31″～106°21′43″E 、纬度38°54′20″～38°55′25″N。试验地点属于温带大陆性气候，7月份降水量最大，约为24 mm。通过对高含盐土壤进行冲洗，冲洗后的土壤种植耐盐植物枸杞；洗脱后的水用于水产养殖，从而减轻土壤中盐分含量。

1.2 试验时间及采样

试验时间2017年8月10日—2018年2月10日。试验期间分别在排水渠(1#、2#、3#)、抬田(4#、5#)、蓄水池(6#)、养殖池塘(7#)选择了7个取样点(图1)，具体采样内容见表1。

试验期间，抬田枸杞种植不施肥、不用药。养殖池塘养殖南美白对虾，养殖负荷变动范围为50～100 kg/667 m2(亩)。灌水量3 000 m3/d。

1.3 水样土样采集与分析

水样采集和处理方法采用《水质和废水监测分析方法》[14]，土壤采样采用对0～20 cm 土层取样, 每次取样重复3次。水体和土壤中的氮磷营养盐的分析采用国标法[15]测定，试验数据用Excel 软件统计进行数据统计分析。

图1 盐碱池塘生态工程化种养系统平面布置图

2 结果与分析

2.1 盐碱池塘生态系统水体总氮、氨氮的变化规律

由图2可知，不同月份之间水体中的总氮、氨氮值有所波动，各采样点盐碱水体中总氮随时间的延长而上升，进入冬季结冰期后，土壤总氮的洗脱作用降低，盐碱水体中总氮降低，这表明通过土壤渗透、浸洗两种方式使得水体中的总氮得到积累；各采样点盐碱水体中氨氮随时间的延长而下降，但蓄水池(6#)中氨氮显著高于其他高点且呈上升趋势。这说明，通过土壤浸洗方式对土壤中的氨氮洗脱作用较弱，而土壤渗透对氨氮的洗脱作用较强。养殖试验期间，池塘养殖水体中的总氮<4 mg/L。

表1 采样点设置

图2 盐碱池塘生态系统水体中总氮、氨氮的变化规律

2.2 盐碱池塘生态系统水体总磷、正磷酸盐的变化规律

不同月份各采样点水体中总磷变化规律见图3。由图3可知，不同月份之间各采样点盐碱水体中总磷随时间的延长而上升，进入冬季结冰期后，土壤总磷的洗脱作用降低，6#水体中总磷低于其他各点，养殖试验期间，池塘养殖水体中的总磷<1.3 mg/L。水体中正磷酸盐的变化规律与总磷相类似，各采样点盐碱水体中正磷酸盐随时间的延长而上升，进入冬季结冰期后土壤正磷酸盐的洗脱作用也降低，1#、2#、3#和7#号盐碱水体中的正磷酸盐高于6#，这表明，通过土壤渗透的方式对正磷酸盐的洗脱作用较低。

图3 盐碱池塘生态系统水体中总磷、正磷酸盐的变化规律

2.3 盐碱池塘生态系统土壤氮营养盐的变化规律

由图4可知，2#排水渠、7#养殖池塘土壤总氮总体平稳且呈上升趋势，4#抬田、5#抬田以及6#蓄水池总氮随时间延长逐渐下降，土壤中的总氮在水体浸洗作用下向排水渠中迁移。各采样点土壤中氨氮总体平稳且呈上升趋势，其中2#排水渠和6#蓄水池显著高于其他各点，这表明氮营养盐经浸洗、渗透后在排水渠和蓄水池中富集并在土壤中转化成氨氮，且排水渠中收集浸洗水水量较大，氨氮富集作用较明显。

图4 盐碱池塘生态系统土壤中总氮、氨氮的变化规律

由图5可知，各采样点土壤中硝酸盐氮均有不同程度的上升，其中4#抬田先下降后上升，7#养殖池塘先上升后下降；土壤中亚硝酸盐氮变化波动较大，总体呈现上升趋势，这可能与土壤中硝化、反硝化细菌活动有关，硝酸盐氮和亚硝酸氮总量均显著低于土壤中总氮，这也反映出土壤中氮营养盐以其他形成存在。

图5 盐碱池塘生态系统土壤中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮的变化规律

2.4 盐碱池塘生态系统土壤磷营养盐的变化规律

各采样点土壤中总磷均有不同程度的下降，其中5#抬田下降较快且低于其他各点。这表明，抬田土壤经水体浸泡渗透后总磷下降，盐碱池塘生态系统对磷的去除效果较为明显。各采样点土壤中有效磷变化规律见图6，由图6可知，各采样点土壤中有效磷相对平稳，其中2#排水渠上升较快。这说明，通过土壤浸洗后盐碱水中的磷以有效磷的形态积累在排水渠中。

图6 盐碱池塘生态系统土壤中总磷、有效磷的变化规律

3 讨论

盐碱池塘生态复合种养系统主要将抬田中的盐碱洗脱至蓄水池和排水渠中，再由蓄水池抽至养殖池塘。该系统的主要目的是在改良盐碱土壤的过程中，综合利用洗盐脱盐的盐碱水，但在洗盐脱盐的过程中，也淋洗出土壤中的氮磷营养盐，从而导致水产养殖水体的富营养化[16]。本研究中，抬田土壤中总氮、总磷呈现不同程度的下降，而水体中的总氮、总磷呈现不同程度的上升，这说明盐碱池塘生态复合种养系统在洗盐脱碱的过程中，同时转移了一部分氮、磷营养盐[17-19]，有研究表明，盐碱土壤的氮磷营养盐表现出明显的随水迁移性[20]，这与本研究结果相一致。

含氮化合物在土壤中的转化是土壤代谢的中心环节之一，进入土壤和累积在土壤中的含氮有机化合物经复杂的生物化学转化，最后转变为植物可以利用的形式[21]。土壤中的氮，除被作物吸收外，还可随降水和灌溉水淋入到土壤深层，或经氨挥发、 反硝化作用, 以氨、氮氧化物[22]等气体形式进入大气中。其中铵态氮、硝态氮易随水淋失[23]。本研究中，通过土壤浸洗方式对水体中的氨氮洗脱作用较弱，而土壤渗透对氨氮的洗脱作用较强；氨氮向排水渠和蓄水池中迁移，且排水渠中收集浸洗水水量较大，氨氮富集作用较明显。氨氮作为水产养殖水质的重要指标，对鱼虾的生长影响较大[24]。本研究中，蓄水池中氨氮显著高于其他各点，不能直接作为水产养殖用水，需经稀释后才能用于养殖。

国内盐碱地改良的研究结果显示，土壤中不同离子洗脱效果差异较大[25-26]。前期研究[13]将蓄水池作为抬田盐碱水浸洗收集池，其pH、盐度、氯化物均显著高于其他各点。本次研究，水体中正磷酸盐却低于其他各点，这说明该系统对正磷酸盐的洗脱作用较弱，与国内的相关研究结果相一致[27]。试验过程中发现，有些营养盐指标呈现不规律的特征，这可能是由于室外抬田在实验周期内出现布水不均匀的现象，抬田中易形成斑块化湿地，使得营养盐在坑洼处富集，造成数据的波动和不规律。因此，在工程构建过程中还需进一步考虑布水方式和平整土地。

养殖试验期间，池塘养殖水体中的总氮<4 mg/L、总磷<1.3 mg/L，符合养殖需求[28]。但盐碱水在水产养殖中应用，目前国内研究相对较少，盐碱复合种养系统的推广应用还需根据种养品种做进一步的优化，这对于完善盐碱池塘生态工程化种养复合系统、实现技术推广是必要的。

4 结论

盐碱池塘生态复合种养系统通过渗透、浸洗两种方式对土壤进行洗盐脱碱，抬田土壤中一部分氮、磷营养盐得到转移，其中，通过土壤浸洗方式对土壤中氨氮、硝酸盐氮、正磷酸盐洗脱作用较弱，但通过土壤渗透方式对土壤中氨氮洗脱作用较强；蓄水池作为土壤渗透后的盐碱水收集池，水体中氨氮较高，可以作为养殖补充用水。在盐碱池塘生态工程化种养系统中，养殖水体总氮<4 mg/L，总磷<1.3 mg/L，符合养殖需求。