程志博,周曉琴,費 茂,張鳳華*
(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 石河子 832000)
鹽堿化棄耕地開墾前后土壤養(yǎng)分含量的變化*
程志博,周曉琴,費 茂,張鳳華*
(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院,新疆 石河子 832000)
本研究采用田間定位試驗,以瑪納斯河流域鹽堿化棄耕地為研究對象,探究開墾前后土壤基本養(yǎng)分含量的變化。結(jié)果表明,棄耕地開墾后土壤有機碳較開墾前增加24.1%。土壤速效磷、堿解氮和速效鉀平均含量開墾后較開墾前顯著增加。從土層來看,開墾前后土層之間差異顯著,均隨土層加深呈現(xiàn)下降趨勢。開墾后土壤全磷和全鉀較開墾前顯著增加,開墾前后土壤全磷平均含量分別為0.7mg/kg和0.8 mg/kg;全鉀平均含量分別為22.9mg/kg和24.8mg/kg。土壤碳、氮、磷在整個土壤養(yǎng)分循環(huán)中是相互耦合的。
棄耕地;鹽堿化;開墾;養(yǎng)分循環(huán)
鹽堿地是重要的土地資源。新疆的土壤鹽漬化問題尤為突出,土壤鹽漬化一方面降低了土地利用率,影響綠洲生態(tài)的穩(wěn)定性,甚至在一定程度上加速了干旱區(qū)荒漠化的發(fā)生。另一方面造成作物產(chǎn)量的降低,耕地面積的縮小,嚴重制約當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展[1]。新疆由于長期不合理的灌溉破壞了原有的水鹽平衡,加之強烈的蒸發(fā)促使土地次生鹽漬化的加劇,導(dǎo)致土地生產(chǎn)力下降,大面積農(nóng)田被迫棄耕[2-3]。因此,鹽堿化棄耕地的恢復(fù)就顯得尤為重要。目前,鹽堿地的治理主要包括物理、化學(xué)和生物3個方面[4]。植物改良土壤鹽堿化的作用表現(xiàn)在植物覆蓋地表,可以減少地表蒸發(fā),減少鹽分在地表的積累。種植根系發(fā)達的作物,不但可以改變鹽堿地土壤養(yǎng)分狀況,而且由于根系發(fā)達,可以有效增加土壤中微生物含量,在一定程度上可以改良土壤。本研究采用田間定位試驗,以瑪納斯河流域鹽堿化棄耕地為研究對象,探究開墾前后土壤基本養(yǎng)分含量的變化,為鹽堿地的生物改良提供一定參考。
1.1 試驗點概況
試驗點位于瑪納斯河流域沖積平原典型的鹽漬化棄耕地,地理位置東經(jīng)85°37′E,北緯44°33′N,海拔378m,為典型大陸性氣候,干旱少雨,濕度小,蒸發(fā)量大,日照充足,≥10℃的活動積溫達到3570~3729℃,年日照時數(shù)為2721~2818h,無霜期為168~171d,年平均降水量153mm,年平均蒸發(fā)量為2005mm,超過自然降水量的13倍,易發(fā)生土壤次生鹽漬化棄耕現(xiàn)象,土質(zhì)多系鹽堿土、荒漠灰鈣土,研究區(qū)自然植被以荒漠植被為主,植物種類單一稀疏、群落結(jié)構(gòu)簡單是地表植被的主要特征。
1.2 試驗設(shè)計
試驗點選擇在新疆瑪納斯河流域中部沖積扇緣西古鎮(zhèn)(2008—2010年,一四七團復(fù)墾鹽漬化棄耕地0.19hm2),開墾前其植被主要有紅柳、豬毛柴、鹽爪爪、鹽穗木、補血草等植被,覆蓋率為50%~60%。試驗點選擇因鹽漬化嚴重而棄耕的地作為樣地,自2009年起于樣地種植棉花作物。2014年7月分別選取復(fù)墾前和復(fù)墾后的樣地進行采樣,按照“S”形取樣法,每塊樣地選取5個樣點挖取土壤剖面,分別取0~5cm、5~10cm、10~20cm、20~40cm和40~60cm土層土樣,帶回實驗室后分別將每層的5個土樣混合。自然風(fēng)干后,剔除粗根和小石塊,磨碎過2mm篩測定相關(guān)指標。
1.3 測定項目
土壤基本理化性質(zhì)的測定方法均來自 《土壤農(nóng)化分析》[5];土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法——外加熱法;土壤全磷采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法;土壤全鉀采用NaOH熔融-火焰光度計法;堿解氮采用堿解擴撒法;土壤速效磷采用0.5mol/L碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法;土壤速效鉀采用NH4OAc浸提-火焰光度法;數(shù)據(jù)采用 Microsoft Excel、SPSS19.0統(tǒng)計分析軟件進行分析。
2.1 開墾前后土壤有機碳含量的變化
圖1 復(fù)墾前后不同土層土壤有機碳含量的變化
土壤有機碳是土壤肥力的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。鹽堿化棄耕地開墾后土壤有機碳隨土層的變化如圖1所示。隨土層的加深,土壤有機碳含量呈現(xiàn)下降趨勢,并且土層之間差異顯著,說明土層顯著影響著有機碳的分布。開墾前后,土壤有機碳在0~5cm和10~20cm土層顯著高于其它土層;開墾前后有機碳差異顯著,開墾后顯著高于開墾前。棄耕地開墾后土壤有機碳較開墾前增加24.1%。
2.2 開墾前后土壤速效養(yǎng)分含量的變化
速效養(yǎng)分指當季作物能夠直接利用的養(yǎng)分,其含量高低是衡量土壤養(yǎng)分供給能力的重要指標。整體來看,土壤速效磷平均含量開墾后較開墾前顯著增加79.9%(圖2)。從土層來看,開墾前后土層之間差異顯著,均隨土層加深呈現(xiàn)下降趨勢。0~5cm和10~20cm土層土壤速效磷含量均顯著高于其它土層。從水平方向來看,40~60cm土層土壤速效磷差異不顯著,分別為2.3mg/kg和2.0mg/kg,但顯著低于其它土層。由圖3可知,開墾前后土壤堿解氮平均含量分別為10.7mg/kg和32.1mg/kg,開墾前后土壤堿解氮含量隨土層的變化與速效磷的分布相類似。開墾前后不同土層土壤速效鉀含量的變化如圖4所示,開墾前后土壤速效鉀含量差異顯著,平均含量分別為268.3mg/kg和336.5mg/kg。從土層來看,開墾前0~5cm土層速效鉀含量顯著高于其它土層,5~40cm土層差異不顯著;開墾后0~10cm土層速效鉀含量顯著高于其它土層,10~40cm土層差異不顯著。
圖2 開墾前后不同土層土壤速效磷含量的變化
圖3 開墾前后不同土層土壤堿解氮含量的變化
表1 土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)系數(shù)
圖4 開墾前后不同土層土壤速效鉀含量的變化
2.3 開墾前后土壤全量養(yǎng)分含量的變化
圖5 開墾前后不同土層土壤全磷和全鉀含量的變化
圖6 開墾前后不同土層土壤全鉀含量的變化
土壤全量養(yǎng)分狀況決定著土壤潛在供應(yīng)養(yǎng)分的能力,是氣候、地形、植被及土壤因素等自然條件的綜合反映。整體來看,開墾后土壤全磷和全鉀較開墾前顯著增加,開墾前后土壤全磷平均含量分別為0.7 mg/kg和0.8mg/kg;全鉀平均含量分別為22.9mg/kg和24.8mg/kg。從土層來看,開墾前5~10cm土層土壤全磷顯著高于其它土層,且土層之間差異顯著。開墾后0~5cm土層顯著高于其他土層,5~20cm土層差異不顯著。土壤全鉀含量隨土層的變化差異不顯著。
2.4 土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性
通過相關(guān)分析可知(表1),土壤有機碳與速效磷、堿解氮、速效鉀和全磷呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系;速效磷與堿解氮和全磷呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;土壤堿解氮與速效鉀、全磷和全鉀呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系;速效鉀與全磷、堿解氮呈顯著相關(guān)關(guān)系。
本研究發(fā)現(xiàn),鹽堿化棄耕地通過種植植被復(fù)墾,土壤有機碳含量顯著提高,這主要是由于開墾前,棄耕地上的植物群落結(jié)構(gòu)單一,有機物的輸入有限,開墾后植物的枯枝落葉、根系、動物及微生物殘體,大大增加了土壤中有機碳含量。開墾后土壤中速效磷、堿解氮、速效鉀、全磷和全鉀含量均顯著增加。其中土壤中速效鉀和全鉀的含量較高,這與研究區(qū)域的土壤化學(xué)背景有關(guān)。通過相關(guān)分析可以看出,土壤有機碳與速效磷、堿解氮和全磷呈極顯著相關(guān)關(guān)系,說明土壤磷素和氮素在碳素的累積與存儲中起到重要作用。全磷與速效磷、堿解氮以及速效鉀之間顯著相關(guān)。土壤全鉀除與堿解氮呈極顯著相關(guān)關(guān)系外,與其它養(yǎng)分之間相關(guān)性不顯著,這主要是由于土壤鉀素易受成土母質(zhì)影響,在研究區(qū)整體含量較高,因此與其他養(yǎng)分相關(guān)性不顯著。以上結(jié)論可以看出,土壤碳、氮、磷在整個土壤養(yǎng)分循環(huán)中是相互耦合的,這與王靜雅[6]的研究一致??傊?,開墾后較開墾前鹽堿化棄耕地的養(yǎng)分狀況得到了一定的改善。
[1]劉易,王新勇,趙振勇,等.施用改良劑后鹽漬化土壤養(yǎng)分和棉花產(chǎn)量變化[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2014,30(12):253.
[2]EynardA,SchumacherTE,LindstromMJ,etal.Effectsof agriculturalmanagementsystemsonsoilorganiccarbonin aggregatesofUstollsandUsterts.SoilandTillageResarch,2005,81(2):253-263.
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[4]朱虹,祖元剛,王文杰,等.鹽堿地的植被恢復(fù)與鹽堿地改良方法的評述[J].吉林林業(yè)科技,2007,36(5):14-27.
[5]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.
[6]王靜婭,張鳳華.干旱區(qū)典型鹽生植被群落土壤養(yǎng)分特征[J].水土保持學(xué)報,2014,28(5):235-241.
2016—03—11
國家自然科學(xué)基金(31360320)、教育部科學(xué)技術(shù)項目(213039A)和國家科技支撐項目(2014BAC14B03)的共同資助。
*通訊作者:張鳳華(1970-),女,博士生導(dǎo)師,教授,主要從事綠洲農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境研究。E-mail:zfh2000@126.com。