堿蓬施肥對蘇北灘涂鹽漬土的改良效果

孟慶峰

(1.中國科學院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008；2.鹽城綠苑海篷子開發有限公司，江蘇 鹽城 224001)

土壤鹽漬化與次生鹽漬化是當今世界土壤退化的主要問題之一，全世界鹽堿地面積約為9.55億hm2，我國鹽堿土面積約為9.913×107hm2,其中現代鹽堿土面積約為3.693×107hm2，主要分布在東北、華北、西北內陸地區以及長江以北沿海地帶[1]。江蘇鹽城海岸帶位于中國海岸帶的中部，是典型的粉砂淤泥質海岸，沿海灘涂面積為45.7萬hm2，約占江蘇省沿海灘涂的70%，全國沿海灘涂的14.3%，是江蘇沿海面積最大的后備土地資源，現階段鹽城海岸北部以5～45 m·a-1速度后退，以5～10 cm·a-1的平均速度下蝕；新洋港以南高灘不斷向海推進，平均淤進速度為50～200 m·a-1，淤高速度為2～5 cm·a-1；灘涂濕地高等植物面積迅速增長，平均增長率為2 000 hm2·a-1，濕地植被結構和生態服務功能有所改變[2]。為保證18億畝(合1.2億hm2)耕地“紅色底線”，實現耕地總面積的動態平衡，灘涂開發將起到重要的戰略意義。然而，灘涂圍墾土壤鹽漬化嚴重，制約著種植業的發展，已引起人們的高度重視。研究表明[3-5]，利用鹽生植物對鹽堿地和濱海鹽漬土進行生物修復，一方面，具有一定的經濟價值；另一方面，對鹽漬土有明顯改善的作用。

堿蓬(Suaedasalsa)屬于藜科堿蓬屬,是一種典型的鹽堿指示植物, 也是由陸地向海岸方向發展的先鋒植物[6]。堿蓬屬植物對土壤中的鹽分具有累積效應，它能從土壤中吸收大量的可溶性鹽類，并將這些鹽聚集在體內，作為有益的滲透調節劑，增強植物抵御生理干旱的能力。因此，種植鹽地堿蓬可明顯降低土壤含鹽量，是鹽堿地改良的優勢草種[7-11]。另外，種植鹽地堿蓬能顯著增加土壤的總孔隙度,降低土壤容重，增加土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀以及土壤細菌、放線菌、真菌的數量[12]。目前，鹽地堿蓬主要以自然野生為主，產量極低。在低產情況下，盡管鹽地堿蓬植株中鹽分累積濃度很高，但鹽分總吸收累積量卻很小，這在很大程度上限制了其在鹽堿地改良中的應用。因此，對鹽地堿蓬進行馴化栽培，實現高產，并維持或提高其總的鹽分累積量，是快速改良鹽堿地的重要途徑之一[13]。以產量為目標,就要投入較高的施肥量；以經濟效益為目標,就要求適宜的施肥量[14]。本研究選擇蘇北灘涂圍墾土壤和鹽地堿蓬為對象，通過施入氮磷肥探討不同肥料對灘涂圍墾土壤水鹽運移規律及堿蓬生物量的影響，尋求經濟效益、生態效益、社會效益相統一的鹽土農業技術模式，旨在為灘涂鹽漬土改良和灘涂土地資源的利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1試驗區概況 試驗區設在江蘇省鹽城市弶港鎮，地點位于新舊海堤之間32°44′32.2″ N，120°51′24.6″ E，海拔5.4 m，距海8 km。地處北亞熱帶北緣，海洋性季風氣候特征明顯。氣候溫暖濕潤，日照充分，雨量充沛，四季分明。年平均氣溫14.6 ℃，全年無霜期213 d，常年降水量1 042 mm，年平均蒸發量1 417 mm，年平均相對濕度為81%，年平均風速3.3 m·s-1。土壤為潮鹽土亞類，是典型的淤泥質海岸帶鹽漬土。土壤沉積母質為近代泥沙沉積物，全剖面土質均勻，以粉砂占優勢。

1.2試驗設計 試驗共設置17個處理，采用完全隨機區組設計，3次重復。氮肥、磷肥兩種肥料因素，各4個水平，共計16個處理，其中，氮肥施入量為N0(0)、N1(60 kg·hm-2)、N2(120 kg·hm-2)、N3(180 kg·hm-2)，磷肥施入量為P0(0)、P1(35 kg·hm-2)、P2(70 kg·hm-2)、P3(105 kg·hm-2)，以不生長植被的裸地作為對照(CK)，氮肥采用尿素(含N 46%)，磷肥采用過磷酸鈣(含P2O512%)，氮肥總量的40%作為基肥，60%作為追肥，磷肥作為基肥一次性施入。試驗于2010年4月上旬進行，堿蓬播種量為10 g·m-2，均勻撒播后覆土2 cm。

1.3測定指標及方法 堿蓬生育期內，逐月采集0～20、20～40 cm層次土壤樣品，測定土壤陽離子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)及陰離子(CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-)。K+、Na+采用火焰光度法；Ca2+、Mg2+采用原子吸收分光光度法；CO32-、HCO3-采用雙指示劑滴定法；Cl-采用AgNO3滴定法；SO42-采用EDTA滴定法[15]。8種離子的總和為土壤鹽分含量。堿蓬生育期結束后進行測產，每試驗小區任意選取遠離邊緣的3個1 m2測產單元，分別測定地上部生物量、根系、總生物量，并計算各處理的均值。測定堿蓬植株根、莖、葉部位K+和Na+含量，并計算Na+/K+，離子選擇性吸收(SA)及離子運輸能力(ST)。

2 結果

2.1不同處理對土壤鹽分的影響 在堿蓬生育期內，0～20 cm土層的土壤鹽分隨時間呈現出一定的變化規律(圖1)。4月中旬-7月上中旬，種植堿蓬的各肥料處理土壤鹽分呈現出下降的趨勢，到7月中下旬土壤鹽分含量達到最低；從7月中下旬-10月末堿蓬收獲期，土壤鹽分含量均有增加。對于裸地的土壤鹽分而言，4-5月表現為下降的趨勢，5-6月又表現出明顯地上升趨勢，6月到堿蓬收獲期的變化趨勢與種植堿蓬的肥料處理基本一致(圖1)。裸地的土壤鹽分含量明顯高于同時期種植堿蓬的肥料處理；種植堿蓬的各處理中，施入氮、磷肥后土壤鹽分含量高于無氮磷肥的處理。

20～40 cm土層的裸地鹽分含量與0～20 cm土層具有相同的變化趨勢，并且高于該層同時期種植堿蓬的處理(圖1)。在種植堿蓬的各處理中，4月中旬-7月上中旬，20～40 cm土層的鹽分含量均低于同時期的0～20 cm土層，并且種植堿蓬各處理的土壤鹽分含量變化幅度較??；7月上中旬-10月末，磷肥處理與氮磷處理的土壤鹽分含量變化較大，磷肥處理于8月中旬達到最大值，氮磷處理于9月中下旬達到最大值，無氮磷肥與氮肥處理的土壤鹽分含量在堿蓬的整個生育期內變化幅度很小(圖1)。

圖1 不同施肥處理下不同土層土壤鹽分的變化趨勢

2.2不同處理對植株Na+的影響 氮肥與磷肥對堿蓬葉、莖、根的Na+含量有顯著影響(圖2)。對各處理而言，植株各部分Na+含量為葉>莖>根，變化范圍分別為3.00%～6.33%、2.48%～5.08%、1.19%～4.30%，植株各部分的Na+含量最小值均為N0P0處理，在同一肥料處理水平，莖、葉中Na+含量隨氮肥或磷肥施用量的增大而增加，根系中Na+含量的最大值為N2P1處理，隨肥料用量的增加沒有明顯的變化規律。

經雙因素方差分析，氮肥與磷肥對堿蓬葉(F氮肥=418.390；F磷肥=30.024)、莖(F氮肥=99.293；F磷肥=4.874)、根(F氮肥=62.712；F磷肥=68.687)中Na+的含量均有顯著的影響，并且，尿素與過磷酸鈣之間存在交互作用(圖2)。對于堿蓬莖、葉的Na+含量，氮肥起到主導因素，而根系的Na+含量，氮磷肥的交互作用占主導因素。

圖2 不同施肥處理對堿蓬植株的Na+含量的影響

2.3不同處理對植株K+的影響 堿蓬莖、葉、根的K+含量變化范圍為0.90%～1.91%、0.65%～1.91%、0.90%～2.42%，在不施入氮肥情況下，莖中的K+含量普遍較高，隨氮磷肥施用量的增加根系中K+含量普遍高于莖葉(圖3)。莖葉中K+含量最高和最低的處理為N0P0和N3P3，并且在同一水平磷肥下，隨著氮肥施入量增加而減??；根系中K+含量最高值的處理為N1P3，最低值的處理為N3P2，在同一磷肥水平下，隨著氮肥施用量的增加呈現出先增加后降低的變化趨勢。經雙因素方差分析，氮磷肥對堿蓬植株各部分K+的含量，均有著顯著的影響，并且，氮磷肥之間存在交互作用。其中，氮肥對葉、莖、根的K+含量的影響起到主導作用，其次是氮磷肥交互作用的影響。

2.4不同處理對植株Na+/K+、離子運輸能力及選擇性吸收的影響 不同處理對植株葉、莖、根Na+/K+有著明顯影響，具體表現為葉>莖>根；同一水平的氮肥處理下，隨磷肥施入量的增加，植株Na+/K+增加較為緩慢，而在同水平磷肥下，隨氮肥施入量的增加而迅速增長，并且隨著氮磷肥施入量的增大，莖葉Na+/K+增長幅度較大，對于植株根系Na+/K+而言，N2P1處理達到最大，其他各處理變化幅度很小(圖4)。

氮磷肥的施入顯著影響堿蓬植株離子選擇性運輸能力(STK，Na)，各處理STK，Na變化范圍0.24～0.72，隨著氮磷肥施用量的增加，STK，Na的變化幅度明顯增大，最大值為N2P1處理，最小值為N3P0處理(圖5)。K、Na選擇性吸收系數SA的變化范圍為2.41～9.56，最大值為N0P0處理，最小值為N2P1處理。在同一氮肥水平下，隨著磷肥施入量的增加SA呈現出現下降后上升的變化趨勢；在P0與P2水平下，SA隨氮肥施用量的增加呈現出下降的趨勢(圖5)。

圖3 不同施肥處理對堿蓬植株的K+含量的影響

圖4 不同施肥處理對堿蓬Na+/K+的影響

圖5 不同施肥處理對堿蓬ST與SA的影響

2.5不同處理對生物量的影響 不同水平的氮磷肥處理對堿蓬地上部、地下部及總生物量有明顯的影響(圖6)。由于堿蓬生物量是在氮素與磷素兩種肥料控制下的結果，將氮素與磷素進行雙因素互作分析可知，施入氮肥(尿素)與磷肥(過磷酸鈣)對堿蓬的總生物量(F氮肥=27.972，sig=0.000；F磷肥=12.047，sig=0.000)、地上部生物量(F氮肥=27.358，sig=0.000；F磷肥=13.871)、地下部生物量(F氮肥=20.418；F磷肥=2.287)均有著顯著的影響，并且氮肥(尿素)與磷肥(過磷酸鈣)之間存在交互作用，即兩種因素同時影響著堿蓬的生物量(總生物量：F氮×磷=1.335；地上部生物量：F氮×磷=1.700；地下部生物量：F氮×磷=14.147)。其中，氮肥對堿蓬生物量的影響起到了主導作用(總生物量：SS氮肥=2.174；SS磷肥=0.936；地上部生物量：SS氮肥=1.958；SS磷肥=0.993；地下部生物量：SS氮肥=0.017；SS磷肥=0.002)。

各處理對堿蓬總生物量的影響表現為N3P3>N3P2>N2P3>N3P1>N2P2>N3P0>N1P3>N2P1>N1P2>N1P1>N0P3>N2P0>N0P1>N1P0>N0P2>N0P0。經LSD多重比較可知：施入氮磷肥的各處理與對照相比差異顯著(P≤0.05)，N3P3、N3P2、N2P3與N3P1、N2P2、N3P0、N1P3、N2P1、N1P2、N1P1、N0P3、N2P0、N0P1、N1P0、N0P2之間差異顯著(P≤0.05)，而N3P1、N2P2、N3P0、N1P3、N2P1、N1P2、N1P1、N0P3、N2P0、N0P1、N1P0、N0P2之間差異不顯著(P>0.05)；N3P3與N2P3之間差異顯著(P≤0.05)，而N3P2與N3P3之間差異不顯著。地下部生物量與總生物量的變化趨勢基本一致，而地上部生物量與總生物量略有不同。對于地上部與地下部生物量而言，氮磷肥對其影響的趨勢分別為：N3P3>N3P2>N2P3>N2P2>N3P1>N1P3>N3P0>N2P1>N1P2>N0P3>N1P1>N0P1>N2P0>N1P0>N0P2>CK；N3P3>N3P2>N2P3>N3P0>N1P3>N3P1>N2P2>N2P1>N1P2>N1P1>N0P3>N2P0>N0P1>N1P0>N0P2>N0P0，經LSD多重比較可知，施入肥料后的地上部生物量與對照相比均差異顯著(P≤0.05)，而地下部生物量只有N3P3、N3P2、N2P3、N3P0、N1P3、N3P1、N2P2、N2P1、N1P2、N1P1處理與N0P0差異顯著(P≤0.05)。

圖6 不同施肥處理對堿蓬生物量的影響

2.6總生物量與土壤鹽分的關系 表層(0～20 cm)土壤鹽分隨堿蓬總生物量的增加呈現出遞增的趨勢，二者極顯著正相關(圖7)。而堿蓬的總生物量與20～40 cm土層的土壤鹽分呈現出負相關，總生物量隨著土壤鹽分含量的增加而降低(圖7)。隨著總生物量的增加，表層土壤鹽分含量呈現出上升的趨勢，通過耐鹽植物總生物量的變化，可以推斷耕作層土壤鹽分變化的一般規律。

3 討論

本研究0～20、20～40 cm土層的土壤鹽分變化規律主要受天氣、耐鹽植物的影響。在堿蓬出苗前的一段時間內，地表裸露，陰雨天氣導致氣溫相對較低，蒸發量減少，土壤含水量在5月中旬達到最大，各處理的土壤水鹽狀況沒有明顯差異；隨后的干旱天氣加劇了土壤水分的蒸發，土壤含水量并于6月中旬達到最低值；當進入雨熱同期的夏季(7、8月)，降水量與溫度均增大，致使蒸降比較低，土壤鹽分隨降水向下淋洗，表層土壤(0～20 cm)呈現出明顯的脫鹽狀態，隨著水分向更深層次進一步淋洗，在土壤剖面的20～40 cm，甚至是40～60 cm土層，土壤鹽分表現為升高的趨勢；進入秋季，降水量減少，地表蒸發加強，雨季淋洗到下層的土壤鹽分隨上升的水分遷移到土壤表層，使鹽分再次呈現表聚現象。自堿蓬出苗到生育期結束，種植堿蓬處理的水鹽狀況明顯優于裸地，尤其是在6月最為突出。主要原因可能是：一方面，鹽生植物種植后，田間空氣濕度增加，氣溫和風速降低，水分蒸發減少，并可抑制地表返鹽[3]；另一方面，種植鹽生植物可以將鹽堿土地面覆蓋起來，減少土壤水分的蒸發，將部分土壤水分蒸發由植物蒸騰所取代，從而減少土壤返鹽，進一步降低耕作層中的鹽分[11]；此外，鹽地堿蓬是葉肉質化真鹽生植物，可以從土壤中吸收大量鹽分，并積累在植物體中，而且主要積累在地上部分，因而隨著鹽地堿蓬的收獲，土壤鹽分就實現了轉移[16-17]。

圖7 堿蓬總生物量與不同土層土壤鹽分含量的關系

鹽漬環境對植物的傷害主要包括滲透脅迫和離子脅迫[18-19],堿蓬能夠在鹽漬環境中生長，并且可以吸收鹽分，主要通過將鹽分限制在液泡或區隔在其他組織器官以完成正常的生理代謝功能[20],一方面可以使過多的Na+離開代謝位點,減輕Na+對酶類和膜系統的傷害;另一方面,植物可以利用積累在液泡內的Na+作為滲透調節劑,降低細胞水勢,促進細胞吸水,抵抗鹽分造成的滲透脅迫[21]，氮磷肥的施入顯著地影響著Na+與K+在堿蓬植株的分布，研究表明，堿蓬根和莖基部Na+、Cl-含量顯著低于葉片[22]，而根部對K+的選擇性則高于葉片[23]。灘涂鹽漬土環境中，Na+在植株體內的分布規律為葉>莖>根；植株根部K+含量隨著氮磷肥的施入普遍高于莖葉。這種現象的出現，一方面是鹽漬環境下，滲透導致的細胞內缺水會造成細胞質中高濃度的Na+的積累；另一方面，施入氮磷肥使堿蓬的生物量得到增加，地上部的蒸騰作用也隨之增強,Na+通過木質部蒸騰徑流進入到葉片中，由于水分蒸騰作用而滯留在葉中，植物的根組織比較容易維持NaCl含量的相對穩定，根可以通過將Na+轉運到葉中或者排入到土壤中來維持根中NaCl濃度的相對穩定，Na+可以通過木質部在蒸騰徑流的驅動下從根中轉運到葉中，但是只能通過韌皮部返回到根中[24]，磷肥選用過磷酸鈣，通過添加Ca2+，阻止Na+不定向流入，對莖葉中Na+濃度的影響比根的大[25]。K+是植物所必需的唯一一種以相對高濃度存在的陽離子[26]。此外，保持胞質中高于一特定值的K+離子濃度，對于植物生長及耐鹽性是非常必要的[27]。鹽漬環境中，K+的吸收尤其顯得重要，因為Na+、K+的離子半徑和水合能相似，Na+對K+吸收呈現出明顯的競爭性抑制作用，Na+、K+的吸收存在競爭關系，從而對Na+/K+、離子運輸能力及離子選擇性吸收產生了影響。

針對退化的草甸草原，有報道指出，施氮肥能夠明顯改善草地植物種群結構,增加牧草種類,提高草地生物量；隨著施氮肥量的增加,草層分層、草層高度、地上部生物量均得到明顯增加[28]。鹽漬化土壤中的有效態氮磷含量一般較低，難以滿足植物生長發育所需的氮磷素[13]。研究表明，對生長在鹽漬土上的植物增施氮磷肥，不僅可以明顯改善植株體內的氮磷素養分狀況，而且還能明顯提高植物的耐鹽能力與滲透調節能力，緩解鹽分脅迫對植物的危害，從而促進其生長發育和產量的形成[29-35]，隨著氮磷肥用量增加，堿蓬生物量呈現出遞增的趨勢。在生物量增加的同時，表層土壤鹽分含量也發生了變化，將堿蓬總生物量與土壤鹽分進行相關性分析，堿蓬總生物量與表層土壤鹽分之間極顯著正相關(P≤0.01)，說明種植堿蓬的處理表層土壤鹽分變化與總生物量聯系密切，這主要是因為堿蓬的生物量越大，地上部的蒸騰作用就越強，為維持堿蓬正常生理功能，根系對土壤水分的需求也就越大，致使根系周圍及下層水分向根系遷移，堿蓬根系多數集中在表層，土壤鹽分作為溶質，也隨土壤水分的遷移而在表層聚集，生物量越大表層土壤鹽分聚集越多。盡管20～40 cm土層的土壤鹽分與總生物量呈現出了負相關，但是沒有達到顯著水平，堿蓬根系可以從其他土層吸收水分，然而堿蓬根系到達20 cm以下土層的數量很少，向根系遷移的程度很弱，堿蓬對表層以下的土壤影響微小。

4 結論

鹽漬土種植堿蓬后，0～20 cm土壤水鹽狀況能夠明顯得到改善；氮磷肥顯著影響Na+、K+在堿蓬植株體內的含量及分布；施入氮磷肥能夠顯著增加堿蓬生物量，氮磷肥對堿蓬生物量的影響存在交互作用，氮肥對生物量的增加起主導作用；相關性分析表明，表層土壤鹽分隨總生物量的增加呈現遞增趨勢，且二者極顯著相關。

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