蒲小劍，杜文華，吳建平,2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學 動物科學技術學院，甘肅 蘭州 730070)

甘肅酒泉邊灣農(nóng)場土壤速效養(yǎng)分及含鹽量分析

蒲小劍1，杜文華1，吳建平1,2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室/甘肅省草業(yè)工程實驗室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學 動物科學技術學院，甘肅 蘭州 730070)

試驗對甘肅酒泉邊灣農(nóng)場土壤以鹽堿梯度設為6個區(qū)域，測得土壤速效養(yǎng)分及含鹽量，分析得出結論：該農(nóng)場土壤鹽堿化極其嚴重，土壤含鹽量為10.68 g/kg(六區(qū))～27.53 g/kg(二區(qū))，大多數(shù)屬于堿土，僅六區(qū)屬重度鹽堿化土壤。土壤中速效氮含量極低，為19.85 mg/kg(二區(qū))～33.01 mg/kg(三區(qū))，種植作物前應補充氮肥；土壤中速效磷含量較低，為3.54 mg/kg (六區(qū))～22.70 mg/kg(一區(qū))，應根據(jù)種植飼草類型適當補充磷肥；土壤中速效鉀含量豐富，為905.77 mg/kg(二區(qū))～1 175.06 mg/kg(六區(qū))。農(nóng)場土壤符合西北地區(qū)缺磷、少氮、富鉀的現(xiàn)狀；含鹽量與速效磷呈現(xiàn)極顯著正相關(P<0.01)。酒泉邊灣農(nóng)場應該首先改良利用含鹽量較低，土壤養(yǎng)分較豐富的六區(qū)；其他區(qū)域應進行土壤改良或另作他用。

酒泉；土壤；含鹽量；速效氮；速效磷；速效鉀

土壤是植物賴以生存的空間，土壤中含鹽量、速效氮、速效磷及速效鉀含量的多少對植物的生長發(fā)育以及最終產(chǎn)量和品質影響較大。近年來片面追求產(chǎn)量、大量施用化肥造成了許多地區(qū)土壤營養(yǎng)元素含量嚴重超標，從而影響到農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1-5]。我國鹽堿地面積約為0.36億hm2，占全國可利用土地面積的4.88%[6]。如何改良鹽堿土、提高土地資源利用效率對保障國家未來糧食安全也具有重要意義。

國外對鹽堿地的研究始于20世紀初，期間對鹽堿地的地理分布、形成過程及機理進行了初步研究。20世紀30年代形成了以水利措施為中心的灌排、防滲等鹽堿地改良的基本理論，二戰(zhàn)結束后，又提出了鹽堿地的化學改良和植物改良措施[7]。1964年以薩烏緬BA為代表的學者認為，干旱地區(qū)的大多數(shù)灌溉地，土壤次生鹽漬化的形成和發(fā)展是由于不合理灌溉使地下水位提高所致[8]。國內有關土壤鹽堿的研究及改良主要集中在中國東部濱海地區(qū)[9]。張瑜等[10]對蘭州市黃河風情線行道柳樹樹窩土壤有機質及鹽堿特征進行了分析，李朝剛等[11]研究了甘肅景泰地區(qū)干旱高揚黃灌區(qū)鹽堿地的恢復治理，龐新安等[12]對塔里木盆地荒漠區(qū)檉柳屬植物生境土壤鹽堿度進行了研究，張義田[13]研究了新疆紅星二場“免申耕”土壤鹽堿改良劑的應用效果。通過分析甘肅省酒泉邊灣農(nóng)場土壤養(yǎng)分及含鹽量，以期為土地的合理利用提供指導意見。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

甘肅省酒泉邊灣農(nóng)場位于酒泉市北10 km，地理位置E 98°29′,N 39°49′。其東面與酒泉市懷茂鄉(xiāng)懷中村、北面與六分村接壤，并與巴丹吉林沙漠相連；南面與果園鄉(xiāng)屯莊堡村、西面與西溝村，西北面與嘉峪關市新城鄉(xiāng)鸛蒲村接壤。年降水量36.8～176.0 mm，潛在蒸發(fā)量達2 148.8～3 140.6 mm，干燥度極高，氣溫年較差為26.4～35.3℃，日較差為12.1～16.4℃。試驗地概況見表1。

1.2 取樣方法

將試驗區(qū)按照鹽堿梯度(目測法)分為6個區(qū)(表1)，在每個區(qū)內按“Z”字型的路線取土，用內徑為4 cm土鉆取0～20、20～40 cm土層土樣，每個區(qū)同一層土分別取8次，后將同一層土樣混勻，再用四分法將混勻土樣分成3份裝入鋁盒，寫好標簽。帶回實驗室風干、過篩后分析土壤鹽堿含量和速效氮、速效磷、速效鉀。土壤鹽堿含量用質量法，速效氮采用堿解擴散法，速效磷采用碳酸氫鈉浸提比色法，速效鉀采用NH4Ac浸提火焰光度計法[14]。

表1 試驗地概況Table1 The situation of experimental fields

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行圖表制作與SPSS 19.0進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 全鹽量

各小區(qū)、不同土層間全鹽量、速效氮、速效磷和速效鉀的3個重復的平均值見表2。

2.1.1 方差分析和F測驗F測驗表明，小區(qū)間、土層間、小區(qū)×土層互作間差異均為極顯著(表3)，需對小區(qū)間含鹽量、土層間含鹽量、小區(qū)×土層互作效應進行多重比較。

2.1.1 小區(qū)間含鹽量 一區(qū)、二區(qū)含鹽量均顯著高于五區(qū)和六區(qū)(P<0.05)，其中，二區(qū)含鹽量最高，為27.53 g/kg，六區(qū)最低，為10.68 g/kg，三區(qū)與四區(qū)含量相近，三區(qū)較高。六個小區(qū)含鹽量均值在兩個土層呈極顯著差異。各小區(qū)含鹽量按植被蓋度從高到低的順序依次升高(表2)。

表2 酒泉邊灣農(nóng)場的土壤全鹽量、速效氮、速效磷和速效鉀含量Table2 The salt,available nitrogen,phosphorus and potassium content at Bianwan Farm of Jiuquan

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，同列不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)

2.1.2 土層間含鹽量 0～20 cm含鹽量在6個小區(qū)的均值為26.45 g/kg，比20～40 cm土層(9.91 g/kg)高16.46 g/kg，2個土層含鹽量均值間有極顯著差異,(P<0.01)。

2.1.3 小區(qū)×土層含鹽量 小區(qū)和土層間存在較強的交互作用。一區(qū)0～20 cm土層含鹽量最高，為35.82 g/kg，且顯著高于二區(qū)0～20 cm土層外的其他區(qū)的各土層(P<0.05)0～20 cm土層含鹽量按照一區(qū)到六區(qū)的順序依次降低。二區(qū)20～40 cm土層含鹽量最高，為23.70 g/kg，其余各區(qū)同層含鹽量均小于同區(qū)0～20 cm土層。五區(qū)20～40 cm含鹽量最低,為3.31 g/kg(圖1)。

圖1 酒泉邊灣農(nóng)場各區(qū)不同層土壤含鹽量Fig.1 The soil slat content with different depth at Bianwan Farm of Jiuquan 注：橫坐標數(shù)字表示小區(qū)，字母A表示土層為0～20 cm土層，B為20～40 cm土層，下同

圖2 酒泉邊灣農(nóng)場各區(qū)不同圖層速效氮含量Fig.2 The available nitrogen content with different depth at Bianwan Farm of Jiuquan

2.2 速效氮

2.2.1 方差分析和F測驗F測驗表明，小區(qū)間、小區(qū)×土層互作間差異均為極顯著，需對小區(qū)間速效氮含量、小區(qū)×土層互作效應進行多重比較(表3)。

2.2.1 小區(qū)間速效氮含量 三區(qū)速效氮含量最高，為33.01 mg/kg，二區(qū)最低，為19.85 mg/kg，其他試驗區(qū)的速效氮含量按四區(qū)，六區(qū)，五區(qū)，一區(qū)的順序依次升高。一區(qū)和二區(qū)含量低于三區(qū)且差異顯著(P<0.05)，四區(qū)含量顯著高于含量最低的二區(qū)(P<0.05)(表4)。

表3 酒泉邊灣農(nóng)場土壤各小區(qū)含鹽量的方差分析Table3 Variance analysis of soil salt content at Bianwan Farm of Jiuquan

表4 各小區(qū)速效氮含量的方差分析Table4 Variance analysis of available nitrogen content at Bianwan Farm of Jiuquan

2.2.2 土層間速效氮含量 6個小區(qū)兩個土層間土壤速效氮平均含量無顯著差異(表2)。

2.2.3 小區(qū)×土層速效氮含量 四區(qū)、五區(qū)和六區(qū)0～20 cm土層速效氮含量極顯著高于20～40 cm土層，而三區(qū)0～20 cm土層含鹽量極顯著低于20～40 cm土層(P<0.05)。其他兩個區(qū)域土層之間速效氮含量差異不顯著。另外，0～20 cm土層平均速效氮含量為26.18 mg/kg，四區(qū)速效氮含量顯著高于其他區(qū)域(P<0.05)。速效氮含量最小的為二區(qū)和六區(qū)，顯著低于三區(qū)，四區(qū)和五區(qū)。20～40 cm土層平均速效氮含量為26.76 mg/kg，三區(qū)和六區(qū)的速效氮含量顯著大于其他4個區(qū)域，且這4個區(qū)域的速效氮含量比較接近(表3)。

2.3 速效磷

2.3.1 方差分析和F測驗F測驗表明，小區(qū)間、小區(qū)×土層互作間差異均為極顯著(表5)，需對小區(qū)間速效磷含量、小區(qū)×土層互作效應進行多重比較。

表5 各小區(qū)速效磷含量的方差分析Table5 Variance analysis of available phosphorus content at Bianwan Farm of Jiuquan

2.3.1 小區(qū)間速效磷含量 速效磷含量高低依次為一區(qū)>二區(qū)>四區(qū)>三區(qū)>五區(qū)>六區(qū)。其中一區(qū)速效磷含量均值22.70 mg/kg，而六區(qū)僅3.54 mg/kg。一區(qū)和二區(qū)含量相近，而且都顯著高于三、五、六區(qū)，而四區(qū)速效磷含量較五區(qū)和六區(qū)高，而且，差異都顯著(P<0.05)。

2.3.2 土層間速效磷含量 0～20 cm土層含鹽量均值為16.92 mg/kg，較20～40 cm土層的6.09 mg/kg高出10.83 mg/kg。6個區(qū)域速效磷含量平均值有極顯著的差異(P<0.01)(表3)。

2.3.3 小區(qū)×土層速效磷含量 0～20 cm土層速效磷含量以一區(qū)最大，為36.70 mg/kg，顯著高于其他區(qū)域；六區(qū)的速效磷含量(4.99 mg/kg)顯著低于一區(qū)、二區(qū)和四區(qū)，與三區(qū)、五區(qū)相近。20～40 cm土層速效磷含量為6.09 mg/kg，其中二區(qū)最大，為12.56 mg/kg，顯著大于其他5個區(qū)域；六區(qū)速效磷含量最低，為2.09 mg/kg，與三區(qū)、五區(qū)比較接近(圖3)。

圖3 酒泉邊灣農(nóng)場速效磷含量Fig.3 The soil potassium content with different depth at Bianwan Farm of Jiuquan

2.4 速效鉀

2.4.1 方差分析和F測驗F測驗表明，小區(qū)間、小區(qū)×土層互作間差異均為極顯著，需對小區(qū)間速效鉀含量、小區(qū)×土層互作效應進行多重比較(表6)。

表6 各小區(qū)速效鉀含量的方差分析Table6 Variance analysis of available potassium content at Bianwan Farm of Jiuquan

2.4.1 小區(qū)間速效鉀含量 六區(qū)速效鉀含量最高，為1175.06 mg/kg，較含量最低的二區(qū)(905.77 mg/kg)高出269.30 mg/kg，但各區(qū)域之間無明顯差異。其由高到低順序依次為六區(qū)，一區(qū)，四區(qū)，五區(qū)，三區(qū)，二區(qū)(表3)。

2.4.2 土層間速效鉀含量 0～20 cm土層速效鉀量含量為1 371.29 mg/kg，20～40 cm土層速效鉀含量為686.79 mg/kg，6個區(qū)域兩個土層間速效鉀含量差異極顯著(P<0.01)(表3)。

2.4.3 小區(qū)×土層速效鉀含量 0～20 cm土層六區(qū)速效鉀含量最大，為1 646.57 mg/kg，顯著高于二區(qū)、三區(qū)和四區(qū)；速效鉀最小為二區(qū)(703.70 mg/kg)，顯著低于其他5個區(qū)域；20～40 cm含量最小的為五區(qū)(400.58 mg/kg)，顯著低于其他5個區(qū)域。而在6個區(qū)域中，五區(qū)2個土層之間差距最大達到了1 211.26 mg/kg；只有二區(qū)0～20 cm土層小于20～40 cm土層；其余則相反(圖4)。

圖4 酒泉邊灣農(nóng)場速效鉀含量Fig.4 The available potassium content with different depth at Bianwan Farm of Jiuquan

2.5 速效氮、速效磷及速效鉀與含鹽量的相關性分析

在6個所采土樣的小區(qū)里，0～20 cm土層含鹽量與速效磷含量極顯著正相關(R=0.800)；20～40 cm土層速效磷和速效鉀含量與含鹽量極顯著正相關，相關系數(shù)分別為0.923和0.764，速效磷和速效鉀極顯著正相關(R=0.792)，另外，速效氮和速效磷顯著負相關(R=-0.577)(表7)。

表7 酒泉邊灣農(nóng)場速效氮、速效磷及速效鉀與含鹽量的相關性Table7 The correlation between available nitrogen,available phosphorus,available potassium and salinity

注：*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關，**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關

3 討論與結論

3.1 含鹽量

土壤鹽漬化作為一種環(huán)境災害，導致了土地退化，從而削弱和破壞了土地的生產(chǎn)力，使農(nóng)業(yè)區(qū)糧食產(chǎn)量下降，嚴重威脅著生態(tài)及國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[15，16]。在生態(tài)功能區(qū)劃暫行規(guī)程中規(guī)定西北地區(qū)含鹽量>2.0%(20 g/kg)即為鹽土，不能種植農(nóng)作物。酒泉邊灣農(nóng)場6個區(qū)0～40 cm土層平均含鹽量>20 g/kg的為一區(qū)(25.72 g/kg)和二區(qū)(27.53 g/kg)，其他個區(qū)的平均含鹽量都小于這一閾值，這與各區(qū)的植被蓋度大小相對應，且因土壤鹽分的強烈表聚作用導致0～20 cm土層含鹽量極顯著高于20～40 cm土層[17]。0～20 cm土層中只有六區(qū)(17.07 g/kg)低于這一標準，屬于強度鹽堿化土(1.2%～2.0%)，可以種植作物。20～40 cm土層含鹽量較低，一區(qū)河灘土為重度鹽堿土，二區(qū)沙丘土達到了鹽土標準，其余區(qū)域鹽堿化嚴重。試驗結果表明，水源遠近及水源質量對鹽堿濃度具有決定性影響[18]。0～20 cm土層平均含鹽量顯著高于20～40 cm土層，主要是因為，土壤含鹽量與當?shù)氐匦螚l件、地下水臨界深度、堿化度和pH等有關，并且隨著地下水位的降低，鹽漬化程度加大，即土壤含鹽量的表聚作用[17,19]，為了解決水源枯竭，土壤養(yǎng)分貧瘠，草地退化沙化加劇，生態(tài)環(huán)境脆弱的酒泉地區(qū)的環(huán)境問題，必須首先從改良土壤入手，有研究者對柴達木盆地土壤和環(huán)境進行了研究，酒泉土壤類型與塔里木盆地有一定相似性，都有質地較輕的特性，且多為砂壤，土壤結構簡單，營養(yǎng)成分單調，土壤底層多為砂卵石，故具有良好的排洗鹽性能[20]。所以可以利用排堿溝和排鹽站，降低地下水位高度，降低鹽堿含量[17,20]，另外，通過大水漫灌，可以利用水的重力作用起到洗鹽壓堿的效果[22]。

3.2 速效養(yǎng)分

酒泉邊灣農(nóng)場速效氮含量處于極低水平(<45 mg/kg)，這與該地區(qū)極低的植被蓋度密不可分，因土壤中氮素有很大一部分來自地上植被凋落部分的分解，但速效氮又是植物生長所必需的營養(yǎng)物質[18,23]，所以為了植被的建植就需要及時補充氮肥。除四區(qū)和五區(qū)外，所有區(qū)域0～20 cm土層的速效氮含量略低于20～40 cm土層，這是由于速效氮含量與生物量成反比[24]，因該區(qū)域植被以須根系的禾本科雜草為主，根系主要分布于0～20 cm土層。所以植物對速效氮的利用主要表現(xiàn)在淺表土層。導致0～20 cm土層速效氮含量較20～40 cm低。與速效氮相比，速效磷含量受地表植被影響更為明顯，0～40 cm土層上速效磷的平均含量是按照植被蓋度由高到低依次增加的，因為磷的流動性差，且其為植物生長直接需要的的營養(yǎng)元素。酒泉邊灣農(nóng)場0～20 cm土層平均速效磷含量顯著高于20～40 cm土層。這與賈倩民等[18]的研究結果一致，是因磷的移動性小，向下磷溶少所致。而隨著蓋度降低，兩土層的速效磷含量整體降低是可以預見的，并且前人也有相似的研究與本試驗結論一致[25]。植被蓋度較小的一區(qū)，二區(qū)和四區(qū)的速效磷含量顯著高于植被蓋度較高的三區(qū)、五區(qū)和六區(qū)，可能是因為當?shù)靥赜兄参锓N類對磷素有較大的需求而引起的，但這還需進一步研究。0～20 cm土層平均速效鉀含量顯著高于20～40 cm土層，且均處于極高水平(>155 mg/kg)，具有較明顯的表聚現(xiàn)象，這與丁文廣等研究一致[23]，因本地水資源匱乏造成植被稀少，且以淺根植物居多。主要是因為本地植物(玉米等)能較好地利用土壤速效鉀，滿足對鉀肥的需要[26]。另外，土壤中較高的速效鉀含量可能與土壤礦化程度高并且鹽堿中含有鉀鹽有關，有待進一步研究。0～20 cm土層含鹽量與速效磷含量極顯著正相關，20～40 cm土層速效磷和速效鉀含量與含鹽量，速效磷和速效鉀極顯著正相關，速效氮和速效磷顯著負相關，與前人研究[23]有一致性，而這可能與土壤鹽堿化過程有關系[27]。酒泉邊灣農(nóng)場的開發(fā)利用，應先從含鹽量較低、土壤養(yǎng)分較豐富的六區(qū)開始，經(jīng)過簡單的物理措施(灌溉排堿)和合理施肥，就可以種植牧草或其他飼料作物。而對于一、二、四等區(qū)域可以用淺翻耕、施有機肥、磷石膏、糠醛渣、建植星星草(Puccinelliatenuiflora)人工草地或星星草+羊草(Aegilops)人工草地等方法進行改良[28]。其他區(qū)域建議以生物改良為主，建議種植沙打旺(Astragalusadsurgens)、白刺(Nitrariasibirica)和堿蓬(Suaedaheteroptera)等耐鹽植物[29]。

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PU Xiao-jian1,DU Wen-hua1,WU Jian-ping1,2

(CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China)

The soil available nutrients and salt content of Bianwan farm located in Jiuquan were analyzed in this paper and the results showed that the soil salinization at Bianwan farm was extremely severe,most of the lands could not be used as cropland;The content of the available nitrogen was very low,which varied from 10.68 g/kg(No.6 plot) to 27.53 g/kg(No.2 plot)，and the nitrogen fertilizer should be used before sowing;The content of the available phosphorus was also very low varying from 19.85 mg/kg(No.2 plot) to 33.01 mg/kg(No.3 plot) and the phosphorus fertilizer should be used according to the forage being planted;The soil contained large amount of available potassium varying from 905.77 mg/kg(No.2 plot) to 175.06 mg/kg(No.6 plot),which meets the soil characteristic of the northwestern area of China.In conclusion,those areas contained more nutrients and less salt in the soil could be used as the farmland and the others should be improved firstly or used in other ways.

salt content;available nitrogen;available phosphorus;available kalium

2015-03-04；

2015-05-13

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201003019)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金(CARS-40-09B)資助

蒲小劍(1990-)，男，甘肅天水人，在讀研究生。 E-mail：puxiaojian_2013@163.com 吳建平為通訊作者。

S 153.6

A

1009-5500(2015)06-0059-07