翅碱蓬施用不同肥料对滨海盐碱地土壤理化性质、酶活性及团聚性的影响

来源:用户上传      作者:国艳春 王思霁 曾路生 初庆刚 王胜

　　 摘要：通过田间小区试验研究不同肥料配施促进翅碱蓬生长及其对盐碱土修复的影响。结果表明，施肥不同程度地改善了盐碱地土壤的营养状况，促进翅碱蓬的生长，增强吸收土壤中盐分离子的能力，降低盐碱度，从而提高了土壤酶活性和土壤团聚性。其中，氮肥处理效果最佳，与对照比，土壤全盐量降低30.3%，碱性磷酸酶活性提高68.4%，脲酶活性增加1.5倍，土壤团聚性增加，土壤平均重量直径增加28.7%。其次是钾肥处理，碱性磷酸酶活性提高43.5%，脲酶活性增加50.0%，土壤平均重量直径增加25.8%。因此，本研究认为，氮肥对盐碱地碱蓬生长及土壤营养改善效果较好，而氮肥配施钾肥对促进碱蓬生长以改良盐碱地更具有生态意义。
　　关键词：翅碱蓬;滨海盐碱土;土壤酶活性;土壤团聚性;施肥
　　中图分类号：S156.4+2  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）01-0076-06
　　Abstract The field plot experiment was conducted to study the effects of different fertilizer treatments on saline-alkali soil improvement through promoting the growth of Suaeda salsa. The results showed that fertilization improved the nutrient status of saline-alkali soils， promoted the growth of S. salsa， enhanced the ability to absorb salt segregants in soil， and reduce the salinity， thus the soil enzyme activities and soil agglomeration were improved. Among them， the nitrogen treatment （NF） had the best effect; compared with the control， the soil total salt decreased by 30.3%， the alkaline phosphatase activity increased by 68.4%， the urease activity increased by 1.5 times， the soil agglomeration increased and the soil average weight diameter increased by 28.7%. It was followed by the potassium fertilizer treatment， and the alkaline phosphatase activity increased by 43.5%， the urease activity increased by 50.0% and the soil average weight diameter increased by 25.8%. Therefore， nitrogen fertilizer was more beneficial to the growth of Suaeda salsa and the improvement of soil nutrition; the combined application of potassium fertilizer and nitrogen fertilizer had more ecological significances to the growth of Suaeda salsa and the improvement of saline-alkali soil.
　　Keywords Suaeda salsa; Coastal saline-alkali soil; Soil enzyme activity; Soil agglomeration; Fertilization
　　 鹽地碱蓬（Suaeda salsa）又名翅碱蓬、黄须菜，为藜科（Chenopodiaceae）一年生草本真盐生植物[1，2]，生长于海涂或盐场的盐滩之上，具有耐盐碱、耐旱、耐涝等特性[3]。盐地碱蓬在改善并利用盐碱地、降低土壤盐分、减少土壤水分蒸发、促进植物抗盐机制研究、提供抗盐种质资源和抗盐基因工程等方面有着非常重要的意义[4]。
　　土壤盐碱化是长期制约农业发展的重要因素。滨海盐碱地生态系统脆弱，受人为影响严重，土壤盐分含量高，营养状况差。采用生物修复方法即在滨海盐碱地种植碱蓬，通过碱蓬自身具有的吸盐能力，可将土壤中的盐分携出。碱蓬具有很强的耐盐能力，在土壤含盐量为25.0 g·kg-1的滨海盐渍土上能够正常生长[5]。在盐化土壤中，氮肥是制约盐地碱蓬生长和吸盐的限制性因子[6]。在0～450 kg·hm-2范围内，盐地碱蓬的各部分生物量均随着追施氮量增加呈直线增长趋势，追施氮肥能够促进碱蓬对盐分的吸收，使土壤表层中的Na+、K+含量降低[7]。起德花等[8]模拟野外环境，在外源氮输入情况下，盐地碱蓬生物量增加幅度更大，对盐地碱蓬生长的促进作用更强，更有利于碱蓬对盐碱地的修复。通常盐碱地土壤营养缺乏。周翠香等[9]在盐地土壤中添加生物炭，发现生物炭可以调节碱蓬体内的渗透压，降低抗氧化酶活性，促进生长。
　　本研究通过比较翅碱蓬施加不同肥料对盐碱土壤修复和改善理化性质的影响，试图挖掘翅碱蓬的经济价值和生态价值，探寻低成本的滨海盐碱土壤修复方法。
　　1 材料与方法 　　1.1 试验地概况
　　试验设在潍坊市滨海开发区。该区属北温带季风气候，年平均降水量在650 mm左右。土壤为滨海盐碱土，质地为砂壤。该区优势植物为碱蓬[Suaeda glauca （Bunge） Bunge]、翅碱蓬（Suaeda salsa）和柽柳（Tamarix chinensis）。土壤有机质含量为2.56 g·kg-1，全盐量10.02 g·kg-1，Na+含量为12.4 g·kg-1 ，Cl-含量为1.1 g·kg-1。
　　1.2 试验设计
　　试验设置5个处理，分别为CK：不施肥不种植翅碱蓬;NF：种植翅碱蓬基础上666.7m2施氮肥 （尿素，N含量为46%）30 kg;KF：种植翅碱蓬基础上666.7m2施钾肥（硫酸钾，K2O含量为50%）30 kg;PF：种植翅碱蓬基础上666.7m2施磷肥（过磷酸钙，P2O5含量为20%）30 kg;CF：种植翅碱蓬基础上666.7m2施氮磷钾复合肥（N-P2O5-K2O含量为15%-15%-15%）50 kg。随机区组排列，重复3次。小区面积为667 m2，每小区撒播碱蓬种子30 kg。
　　1.3 测定指标及方法
　　种植前基施肥料。翅碱蓬成熟期采集0～20 cm土层土样，每小区采用S形路线取6个点位土样进行混合。土壤碱解氮采用碱解扩散法测定;速效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提、钼锑抗比色法测定;有机碳采用重铬酸钾容量法-外加热法测定。蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定;脲酶活性采用苯酚钠比色法测定;碱性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定;过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定。
　　土壤pH值采用pH计按水土5∶ 1比例进行测定;土壤总盐分含量按水土比例5∶ 1采用质量法测定;钙、镁离子采用EDTA滴定法测定;钾、钠离子采用火焰光度法测定;碳酸根、碳酸氢根采用双指示剂中和滴定法测定;氯离子采用硝酸银、硫酸根采用EDTA间接络合滴定法测定。
　　采用干筛法测定土壤粒径，计算平均重量直径（MWD）、分形维数（D）。采用杨培岭等[10]提出的用粒径重量分布表征土壤分形模型。
　　1.4 数据处理
　　利用Microsoft Excel 2010和SPSS 20.0软件进行数据处理和统计分析。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同施肥处理对盐碱地土壤理化性状的影响
　　翅碱蓬种植前施肥增加了土壤养分，促进其生长，改善了盐碱土壤理化性质（表1）。与CK相比，各处理pH值下降不明显;土壤盐分均下降，降幅为5.4%～30.3%，其中施用氮肥后盐分降幅最大，为30.3%，除磷肥处理外其它处理均与对照差异显著。土壤养分各项指标值都比对照有不同程度的增加，施尿素、钾肥、磷肥和复合肥后土壤速效磷分别提高70.7%、61.7%、53.9%、60.1%，均与对照差异显著;而施用磷肥后土壤碱解氮含量上升1.12倍，钾肥处理的土壤碱解氮增加95.1%，差异均达显著水平。综上，四种肥料处理的土壤养分均高于对照，但pH值下降不明显，土壤盐渍化程度仍较高，应加大改良力度。
　　2.2 不同施肥处理对盐碱地土壤离子含量的影响
　　由图1看出，施肥对土壤钾离子含量影响由高到低依次是：NF>CF>KF>CK>PF，与CK相比，CF处理土壤钾离子含量提高40.3%，作用明显。在施磷肥和复合肥后土壤Na+含量下降明显，其中CF处理Na+含量下降 36.0%。土壤中Ca2+含量高，施肥后明显下降，各处理中Ca2+含量由高到低表现为：CK>PF>KF>NF>CF，其中CF处理显著降低土壤中钙离子含量，降幅达82.0%。PF、KF处理下的土壤Mg2+含量接近，与CK相比上升约12.8%。
　　土壤中未检测到CO2-3，NF处理的HCO-3含量降低9.4%，Cl-含量增加78.69%，PF、CF处理后Cl-含量降低45.9%、47.8%。KF、PF处理的土壤SO2-4含量分别下降21.5%、11.3%，其余处理与CK相比均无明显变化。
　　2.3 不同施肥处理对盐碱地土壤酶活性的影响
　　由表2可知，与对照相比，不同处理对四种土壤酶活性影响不同。翅碱蓬种植地施肥后过氧化氢酶活性无明显变化。碱性磷酸酶活性施尿素后增加明显，比对照提高68.4%，差异达显著水平;其次为钾肥处理，土壤碱性磷酸酶活性提高43.5%;复合肥处理提高幅度最小，仅增加10.8%。施用四种肥料后，土壤脲酶活性从高到低顺序为NF>KF、PF>CF、CK， 氮肥处理脲酶活性增加1.50倍，鉀肥处理增加50.0%。
　　蔗糖酶能促进蔗糖水解生成葡萄糖和果糖，增加土壤中易溶性营养物质，在碳素循环中具有重要作用。四种肥料处理中，仅氮肥处理的土壤蔗糖酶活性比CK明显增加，增幅为11.5%;磷肥处理蔗糖酶活性则明显下降，降幅为42.3%;钾肥和复合肥处理蔗糖酶活性相差不明显，但都低于CK。
　　2.4 不同施肥处理对盐碱地土壤团聚体粒径分布影响
　　由图2看出，施肥均不同程度地影响土壤各粒径团聚体的百分含量。试验地土壤为砂壤土，>5 mm的粒级所占百分比小，以<0.25 mm的粒级为主，占总量的82.0%～88.0%。与CK比较，氮肥和钾肥处理后>5 mm 粒级质量增加两倍，<0.25 mm粒级质量减少2.7%～3.5%。
　　
　　2.5 不同施肥处理盐碱地土壤平均重量直径（MWD）的变化
　　由图3看出，不同施肥处理对土壤平均重量直径的影响不同。氮肥和钾肥处理的土壤平均重量直径均高于CK，其中氮肥处理增加28.7%;钾肥处理增加25.8%;磷肥和复合肥处理MWD值则下降，复合肥处理与CK相比下降18.9%，差异显著。 　　
　　2.6 不同施肥处理对盐碱地土壤分形维数的影响
　　由图4看出，各处理土壤分形维数D大小依次是CK>CF>PF>NF>KF。施肥后各处理土壤分形维数下降0.9%～3.3%，施钾肥后土壤团聚体分形维数明显降低，比CK下降3.3%，氮肥处理与钾肥处理分形维数数值接近。PF和CF土壤团聚体稳定性也提高，但效果比NF、KF略差。
　　
　　3 讨论
　　碱蓬修复盐碱地促进了土壤酶活性的提高。盐渍化土壤中的有效氮磷含量一般较低，难以满足植物生长发育的需求。研究表明，对生长在盐渍土上的植物（无论是盐生植物还是非盐生植物）增施氮磷肥，不仅可以明显改善植株体内的氮磷素养分状况，而且还能明显提高植物的耐盐能力与渗透调节能力，缓解盐分胁迫对植物的危害，从而促进其生长发育和产量的形成[11-13]。盐地碱蓬因具有超强的耐盐能力，被广泛应用于盐碱地修复。种植碱蓬3年后盐碱地土壤有机质增加56.1%，全氮增加 166.7%，速效磷增加937%，速效钾增加38.1%[14]。
　　弋良朋等[15]利用四种盐生植物进行对比，采用根袋法研究盐生植物对土壤根际与非根际土壤养分和酶活性影响，发现碱蓬对根际土壤酶活性的影响最大。土壤盐碱度的增加抑制了脱氢酶、β-葡糖苷酶、脲酶、蛋白酶、碱性和酸性磷酸酶、芳基硫酸酯酶等酶活性[16，17]。研究发现磷酸酶活性与有机质和有机质/磷呈显著正相关[18]。有机质是影响酶活性的主要限制性物质，地上部生物量相对较大的植物在提高有机质方面表现出巨大潜力，不仅可以增加土壤酶活性，还能促进养分循环和利用。因此提高盐碱植物的生物量对土壤酶活性大小有重要意义。本试验中施用不同肥料促进了碱蓬生长，从而改善土壤酶活性。这是因为氮肥和钾肥促进翅碱蓬地上部生物量提高，可吸收大量盐分，促进土壤中微生物数量增长， 进而提高了土壤肥力[19]。地上植物生长使土壤有机质增加，土壤酶活性提高，从而加快盐渍土的修复速度[20]。
　　碱蓬修复盐碱地提高了土壤团聚性。一般认为，土壤团聚体可分为大团聚体（粒径>0.25 mm） 和微团聚体（粒径<0.25 mm），而大团聚体含量越高说明土壤结构越稳定。刘中良等[21]研究表明，土壤有机质含量越高，土壤团聚体稳定性越高。刘恩科[22]研究表明土壤有机碳、微生物量碳与水稳性大团聚体呈显著正相关，而与水稳性小团聚体呈显著负相关;土壤全氮、微生物量氮与水稳性小团聚体呈显著负相关。本试验碱蓬地中氮肥组和钾肥组土壤分形维数明显低于其他处理，是因为氮肥和钾肥处理能提高盐地碱蓬的地上部生物量、根系干质量、种子产量和总矿物质累积量[23]，从而提高了土壤有机质含量，使大团聚体胶结物质含量增加及作用增强[24]。但本研究只是分析了0～20 cm土层有机质含量，不能全面反映更深土层有机质的空间变化规律，因此在今后试验中需要研究20～40 cm及更深土层有机质的变化。另外相关研究表明，适量施氮可以抑制土壤积盐[25]。由此可见，在改良修复盐碱地的过程中应增加氮源的输入。
　　我国有大面积盐碱荒地和滩涂湿地，还有丰富的地下咸水和取之不尽的海水资源，但这些资源无法用于传统农业[26]。碱蓬的作物化使作物由传统的淡生扩大到盐生，从而使贫瘠的盐碱地、地下咸水以至海水能够直接用于生产蔬菜、饲料和食用油[27]。近几年大多是关于碱蓬作物种植培育研究，而有关碱蓬的基础研究（如化学成分分析）和产业化研究鲜见报道，需要更加深入的研究，充分发挥碱蓬的经济价值和生态价值，达到自然资源可持续发展的目的。
　　4 结论
　　翅碱蓬种植中施用不同种类肥料对土壤盐碱地改良有明显效果，能够促进翅碱蓬生长，土壤全盐量降低，有机质含量增加，土壤营养状况得到改善，从而使土壤酶活性提高，土壤团聚体稳定性增加，土壤大团聚体所占百分比增加，土壤环境及理化性质得到改善，有助于滨海盐碱地土壤的修复。种植碱蓬需要施氮，另外需要施钾促进碱蓬生长，提高碱蓬的生物量，加快盐碱地的改良修复进程，进而能取得良好的经济效益和生态效益。
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