大慶市內陸鹽堿地改良實驗研究

大慶市內陸鹽堿地改良實驗研究

松嶺平原位于中國東北的中部。該地區(qū)廣泛分布于鹽堿地上，總面積為23000萬hm。這里的鹽漬土大多屬蘇打型,土體總含鹽量不算太高,但Na離子和碳酸根含量高,對植物的危害大,出現(xiàn)不少的斑狀光板地類型的重度鹽堿地,所占比例高達總面積的41%以上。這類土壤不但理化性質差,而且土壤的肥力也比較差,嚴重危害著農林牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。近年來,有關高聚物改良劑的降鹽堿研究已引起了國際上的廣泛關注,Kazanskii等人論述了高吸水性樹脂的合成、性質和在土壤改良中的作用及其對植物生長的影響,并從化學計量學出發(fā),分析了高聚化合物有效改良土壤效果的可能性。聚馬來酸酐與聚炳烯酸均被用來作為水體除垢劑,通過與水垢主要成分碳酸鈣、硫酸鈣的相互作用,使之分散并溶于水中不產生沉淀的功能。高聚化合物土壤改良劑往往能對土壤性能、作物出苗和生長有一定影響,聚馬來酸酐和聚丙烯酸是否能夠在野外條件下改良鹽堿土值得探討。為此,選擇上述2種聚合物對松嫩平原內陸鹽堿土進行了改良試驗。區(qū)別于以往的研究所采取單一的理化方法來改良鹽堿土,如:單獨加入石膏等提供大量鈣離子已改變土壤結構,而本實驗通過高聚化合物做為降鹽堿劑,采用阻鹽堿層、表土成膜劑以及土壤有機質等土壤孔隙改善劑相結合的方法,試圖綜合改良鹽堿地,并種植多種的草本植物對改良方法進行比較,對改良效果進行驗證。1樣品、材料和方法1.1樣地的選擇樣地設在大慶市大同區(qū)太陽升鎮(zhèn)雙榆樹村(N4559.928°,E12429.795°),海拔為138m。該區(qū)屬于退化草原,經調查該地區(qū)中度鹽堿土(含鹽量0.2%～0.4%)為4036hm2,重度鹽堿土(含鹽量0.4%以上)為2873hm2,合計6909hm2。本實驗樣地選擇在重度鹽堿地上,所選樣地總面積100m2。該區(qū)年年平均氣溫49℃,年活動積溫2700～2800℃,日照時數(shù)2658h,無霜期168d,年均降雨量437.5mm。1.2木醋液和土壤改造布降鹽堿劑:聚馬來酸酐、聚丙烯酸,用于和鹽堿土等混合,有效降低鹽堿毒害;表土成膜劑:65份聚丙烯酸+35份木醋液混合,用于噴灑于鹽堿土表層,形成約2cm厚的固定表土成膜層,阻止水分蒸發(fā);阻鹽堿層:65份聚丙烯酸+20份聚馬來酸酐木焦油混合+15份木醋液混合,在改良土壤坑的底部和四周,噴灑與鹽堿土反應形成厚約2cm的形成阻鹽堿層,用于阻止深層鹽堿向上運輸?shù)酵寥辣韺?土壤空隙改善劑:草炭土。1.3降鹽堿、選擇植物、增加生物量所選擇5種植物包括白菜(BrassicaoleraceaL.)、蘿卜(RaphanussativusL.)、豚草(AmbrosiatrifidaL.)、長春花(Catharanthusroseus(L.)G.Don)和菠菜(SpinaciaoleraceaL.)。其中降鹽堿處理如下:樣方面積1m2(1m×1m),施工深度為30cm。先對樣方四周和底部進行噴施阻鹽堿劑構筑阻鹽堿層,將取出的鹽堿土和草炭土按照1份草炭土∶1份鹽堿土(包含2份的含沙量低的鹽堿土和1份含沙量高的鹽堿土)的比例進行混和。先在底部上平鋪一層混合好的土,之后澆上水,待水趨于飽和的狀態(tài),回填混合好的土,使其添平,在土壤表層噴施25L聚馬來酸酐降低鹽堿度。之后散播上白菜、菠菜和蘿卜種子,在種子表面覆上混合土,種子密度為2500粒/m2;豚草和長春花采取移栽方法,株間距約4cm。此外菠菜的降鹽堿處理有:處理1加入25L聚馬來酸酐;處理2加入25L聚馬來酸酐+表土成膜劑;處理3加入25L聚丙烯酸。用于探討不同降鹽堿劑、覆膜與否對改良效果的影響。1.4土壤鹽分的測定土壤鹽堿動態(tài)調查:一般均從實驗初期(7月)到9月份,約10d左右采樣1次,用于室內測量,處理前依樣地定點取樣并測定各樣方的含鹽量及pH值。先將5g土壤用去離子水制備成溶液,水土比為5∶1,采取電導率法測定含鹽量。以碳酸鈉為標準品,配制系列濃度,并測定電導率,之后測出標準曲線方程:含鹽量=(電導率-0.0868)×0.363,用于土壤樣品含鹽量的測定;pH計直接測定5∶1水土混合溶液的pH值,采用SartoriusPB-10pH計和雷磁DDS-307電導率儀測量。處理后,仍調查同一樣點的土壤含鹽量及pH值(取深度為表層0～5cm、中層10cm左右和深層30cm左右),土壤鹽堿測定重復數(shù)3～5個。在每個處理樣方及對照區(qū)各選5株以上植物進行定株調查株高、基徑和葉片大小。生物量測量采用卷尺和游標卡尺。土壤鹽堿動態(tài)數(shù)據(jù)在分析過程中,選擇表層和深層進行動態(tài)比較分析,而把不同層(表層,15cm和30cm深層)所有動態(tài)數(shù)據(jù)作平均處理,進行綜合分析比較。植物生長狀態(tài)數(shù)據(jù)分析,一般以葉片總量大小(葉片總數(shù)與平均單個葉片面積大小的乘積,葉面積使用Li-3000葉面積儀測定投影面積),單位,葉面積(cm2)、株高(cm)、基部直徑(mm)隨實驗天數(shù)的線性擬合直線來表示,當植物在生長期間出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象時,采用分時間段方法分別擬合。直線的斜率反映了植物的生長速率,而出現(xiàn)萎縮時,則反映了植物的凋謝減小速率。如圖1～圖8所示。2結果與討論2.1改良區(qū)土壤理化性狀的變化對改良后土壤的鹽堿動態(tài)和每種深度土壤的平均鹽堿含量作圖發(fā)現(xiàn)(圖1):總體來看,改良后的土壤明顯好于對照鹽堿土。雖然在30d到60d之間二者都有所上升,不過還是明顯低于對照鹽堿土,各差異均達到了顯著水平(p<0.05)。改良后表層總鹽量降低了0.12%,深層降低了0.08%。pH值方面,表層(0cm)和30cm分別平均降低了1.2、0.7(p<0.05),表層土好于深層土。pH值每點都低于對照鹽堿土,雖然從15d開始有所上升,最高值達到9.58,不過還是明顯低于對照鹽堿土。3種處理深度的平均值方面,改良區(qū)含鹽量和pH值都低于對照。含鹽量方面表土改良效果最好,已經達到0.18%;30cm最差,已經升到0.4%左右。pH值不同深度相差0.1左右,表層略低,為8.5左右。對植物的株高、葉面積和基徑的生長速率進行分析表明(表1):白菜在對照鹽堿土中并沒有發(fā)芽,而在處理后土壤中顯著發(fā)芽,處理后的前35d株高和葉片面積都有明顯增長,而35d以后葉片開始出現(xiàn)萎蔫。這一結果說明,改良措施有一定效果,但是在改良持續(xù)時間方面尚不足。2.2不同處理下表層土生長狀況的差異施加降鹽堿劑種植蘿卜后土壤的鹽堿動態(tài)的結果顯示(圖2):改良后各參數(shù)都有一定程度下降,而且都是在第一周降到最低,之后多回升,不過都明顯低于對照未改良鹽堿土(p<0.05)。含鹽量平均降低0.25%,pH值表層平均降低1.12。不足的是,改良土深層土壤在實驗末期的含鹽量已達到0.56%,pH值最高值已升到9.39,說明改良功能較差,效果還有待于提高。整體來看,表層土改良效果好于深層土,含鹽量數(shù)值在0.02%～0.2%之間;平均值表土為0.13%,pH值達到8.2,均遠低于對照;15cm和30cm效果稍次之,但也都明顯低于對照(p<0.05)。對植物的株高、葉面積和基徑的生長速率進行分析表明(表1):鹽堿土對照沒有發(fā)芽,而在改良土壤中生長的有著明顯的生長趨勢,其中葉片分為前期生長和后期逐漸萎縮死亡的趨勢,生長速率(即擬合直線的斜率)分別為0.1479cm2d-1和-0.1333cm2d-1;株高和基徑又都有一定程度的增長,生長速率分別是:0.074cmd-1和0.013cmd-1,能一定程度地說明改良效果。2.3膜劑對鹽堿土的改良作用對施加聚馬來酸酐和聚丙烯酸改良后土壤的鹽堿動態(tài)和每種深度土的平均鹽堿含量分別作圖發(fā)現(xiàn)(圖3):2種改良方法實施后,土壤含鹽量變化趨勢相似,在20d到30d之間微有上升,之后又明顯下降,而且始終低于對照(p<0.05)。從整體改良效果看,施加聚馬來酸酐和聚丙烯酸的表層土含鹽量平均降低了0.39%和0.37%,pH值平均降低了1.3和1.0;30cm層土的含鹽量降低了0.22%和0.20%,pH值降低了1.12和0.53,聚馬來酸酐略好于聚丙烯酸,但是差異并沒有達到顯著性水平(p>0.05),同時也可以看出表層土的改良效果都優(yōu)于深層土。對菠菜的株高的分析發(fā)現(xiàn)(表2):菠菜在對照土壤沒有發(fā)芽,而在加入2種降鹽堿劑鹽堿土顯著發(fā)芽,并且有一定程度生長,生長速率分別為聚馬來酸酐0.09cmd-1;聚丙烯酸0.072cmd-1,說明兩種降鹽堿劑均對鹽堿土有改良作用,而以聚馬來酸酐的效果更好。從理論上看,表土成膜劑能夠有效防止水分蒸發(fā),減小土壤表層的返鹽現(xiàn)象,從而是表層和深層的土壤的含鹽量較穩(wěn)定。實際情況如圖4所示,施加成膜劑的表層土的含鹽量低于未施加土壤,而深層則高于未施加的土壤,這符合上述理論值。從平均值來看,無膜和有膜的處理表層土的含鹽量平均降低了0.39%和0.4%,pH值平均降低1.6和1.3;30cm層土含鹽量降低0.22%和0.17%,pH值平均降低1.1和0.8,表層土的改良效果都優(yōu)于深層土,但是統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),施加表土成膜劑的影響長期來看,并沒有達到顯著水平(p>0.05)。這些參數(shù)都說明改良后的土壤已經能滿足植物的生長下限,即含鹽量<0.2%,pH值<8.5。2.4鹽堿土改良對就業(yè)年齡生長和生長的影響由圖5可以看出,改良后pH值變化趨勢為大幅上升后趨向穩(wěn)定,從總體上看,改良后pH值低于對照(p<0.05);含鹽量也是經過一段時間降低后有所升高,但改良后均明顯低于對照(p<0.05)。對多次測定的結果取平均值發(fā)現(xiàn),表層土改良的pH值與對照平均相差1.7左右,深層土較對照低1.1左右;表層土的含鹽量低于對照0.35%左右,深層低于對照0.2%左右,可見降鹽堿劑的施用有效地降低了鹽堿度。鹽堿土改良對移栽豚草的生長產生積極影響(表1)。對照的葉片明顯有減小的趨勢,即呈現(xiàn)了負增長,萎謝減小速率為0.5859cm2d-1,而改良土中生長的則有明顯增長,生長速率為0.4114cm2d-1。在基徑和株高方面,雖然在改良土和對照土中豚草都能生長,不過可以看出在改良土中的生長速率是明顯高于對照土的相關指標30%～47%。2.5不同深度土壤ph值的變化由圖6可以看出改良后的土壤,無論是表層和30cm層的土壤含鹽量和pH值均比對照低(p<0.05)。3個深度土壤的含鹽量平均絕對下降0.3%左右;表層土壤pH值平均由10降到8,而30cm深土壤pH值平均由10降到9。而且40d以后不同深度土壤的pH值都達到了一個較平穩(wěn)的值。在3種深度分別的平均值方面,pH值都降到了8.5以下,含鹽量都降到了0.2%左右。由表1中長春花的數(shù)據(jù)可以看出,改良土中長春花的株高分別為0.1417cmd-1,明顯高于對照土中的0.1039cmd-1;同樣,改良土中的葉面積生長速率也高于對照,說明改良后的土壤已經可以使長春花在該基質中生存。2.6改良植物的生長和土壤條件經過對土壤的幾種改良后發(fā)現(xiàn),在施加改良劑條件下,不同處理之間土壤鹽堿動態(tài)變化十分相似,即整體的趨勢基本相同,說明改良實驗具有一定的重復性。而且種植幾種植物的土壤鹽堿動態(tài)變化范圍分別都比較接近(圖1～圖6):白菜(含鹽量0.02%～0.45%;pH值:7～8.5);蘿卜(含鹽量0.01%～0.55%;pH值6.5～8.5);菠菜(含鹽量0.01%～0.4%;pH值6～8.5);豚草(含鹽量0.1%～0.6%;pH值6.5～8.5);長春花(含鹽量0.01%～0.35%;pH值6.5～8.5),所有的改良后的土壤在pH值和含鹽量方面都明顯低于對照。在測量植物的生長狀況時發(fā)現(xiàn),不同的植物存在著一定的差異,以株高的生長狀況為例:白菜在35d之后株高出現(xiàn)了負增長,而其它4種并沒有這種現(xiàn)象,所以,其它4種比白菜更能適應改良后的土壤。在生長速率方面:豚草>長春花>蘿卜>菠菜>白菜。因為豚草和長春花為移栽苗,其本身存在較多的儲存能量,使其更能適應改良的土壤。3種蔬菜根際土與遠根土存在同樣的情況(圖7):pH值方面,蘿卜遠根高于根際0.07、白菜高0.13、菠菜基本持平;而含鹽量方面,菠菜的遠根土高于根際土壤的1.6倍、白菜高于2.6倍、蘿卜高出3.1倍。pH值是影響根養(yǎng)分有效性的重要因素,某些營養(yǎng)元素如磷、鋅、銅、鐵、錳等的有效性隨土壤pH值的下降而增降。植物根系活動如分泌有機酸等過程都可提高土壤酸度,增加根際土壤的有