肖弘揚(yáng)，溫國昌，林啟美，李貴桐，趙小蓉

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100193)

內(nèi)蒙古河套地區(qū)是我國內(nèi)陸鹽堿土主要分布地區(qū)之一，現(xiàn)有鹽堿地面積約4.31×105hm2[1]。本地區(qū)屬于典型的半干旱大陸性氣候，年平均降雨量約為140～330 mm，年平均蒸發(fā)量約為1 800～2 000 mm。春季多大風(fēng)且干旱少雨，地表蒸發(fā)十分強(qiáng)烈，土壤解凍融化，地下水位上升最高1.0 m以下，大量鹽分隨著水分蒸發(fā)聚集到表層土壤[2-3]，3—5月初表層土壤積鹽量可達(dá)全年土壤總積鹽量的80%以上[4]。因此，春季播種前必須進(jìn)行大水漫灌洗鹽，灌溉量一般超過3 000 t·hm-2，占全年灌溉量一半左右[5]。不僅消耗寶貴的黃河水資源，而且退水時(shí)間比較長，一般需要2周以上。本地區(qū)本來熱量不充足，延期播種將縮短作物生長時(shí)間，顯著降低產(chǎn)量[6-8]。因此，降低春季地表蒸發(fā)，減輕鹽分表聚，成為本地區(qū)降低土壤鹽漬化的技術(shù)關(guān)鍵之一[9-10]。

降低春季地表蒸發(fā)的措施很多，如耙地切斷毛細(xì)管；種植生物藜降低風(fēng)速，其中增加地表覆蓋較為簡單而有效。農(nóng)作物秸稈、地膜和植物殘?bào)w等是常用的覆蓋物，都能顯著地降低鹽分表聚[11-12]。李新舉等[13]報(bào)道小麥秸稈覆蓋可以阻斷土壤水分向大氣擴(kuò)散，同時(shí)還可以增加光的反射率，降低地表溫度，從而減少土壤水分蒸發(fā)，減輕鹽分在地表聚集。譚軍利等[14]研究發(fā)現(xiàn)長期實(shí)行玉米秸稈覆蓋栽培，不僅降低表層土壤鹽分含量，底層土壤鹽分含量也呈下降的趨勢。河套地區(qū)植被類型很多，不同植被殘?bào)w覆蓋對土壤鹽分表聚的影響，目前還缺乏數(shù)據(jù)。鑒于此，本研究在內(nèi)蒙古河套地區(qū)典型鹽漬土壤上種植4種多年生植物、1種兩年生植物和2種一年生植物，翌年春季采取表層土壤樣品，比較不同植被殘?bào)w覆蓋下，表層土壤鹽分含量的差異，以期了解不同植被殘?bào)w覆蓋下鹽漬化土壤冬春季鹽分表聚的影響，篩選出合適的冬春季覆蓋地表的植被類型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采取單因素完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)置草木樨(MelilotusMill)、紫花苜蓿(MedicagosativaL)、羊草(Leymuschinensis)、堿茅(Puccinelliadistans)、柳枝稷(Panicumvirgatum)、豬毛菜(Salsolacollina)、燕麥(Avenasativa)殘茬覆蓋及裸地8個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，比較不同植株殘茬冬春季地表覆蓋下，表層土壤pH、EC及鹽分離子含量的差異。試驗(yàn)地點(diǎn)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市十二連城鄉(xiāng)東不拉村黃河灘鹽堿地，試驗(yàn)于2013年春季開始，土壤pH 9.67，EC值1.6 mS·cm-1，鹽分離子組成及含量分別為Na+14.47 cmol·kg-1、K+0.27 cmol·kg-1、Ca2+0.73 cmol·kg-1、Mg2+0.87 cmol·kg-1、CO32-0.00 cmol·kg-1、HCO3-1.47 cmol·kg-1、SO42-3.93 cmol·kg-1、Cl-1.65 cmol·kg-1。

1.2 植被殘?bào)w類型

2013年春季種植的1種兩年生植物草木樨，當(dāng)年秋季收獲期的地上部生物量11.10 t·hm-2，4種多年生植物分別為紫花苜蓿、羊草、堿茅、柳枝稷，當(dāng)年秋季收獲期的地上部生物量分別為1.87、5.54、0.86 t·hm-2和3.34 t·hm-2，2種一年生植物分別為豬毛菜和燕麥，地上部生物量分別為6.09 t·hm-2和4.16 t·hm-2。每種植物播種面積360 m2。植株殘茬留作地表覆蓋。2014年冬春季植被殘?bào)w覆蓋度分別為紫花苜蓿95%、羊草100%、堿茅95%、柳枝稷100%、草木樨80%、豬毛菜95%、燕麥70%，幾乎無植被的裸地作為對照。

1.3 土壤樣品采集與處理

2014年4月中旬，從7種植被覆蓋的樣地，用土鉆“S”形隨機(jī)采取0～10 cm土層土壤，每個(gè)土樣取15土鉆，混合均勻后，四分法取約2 kg，每種植被3次重復(fù)。采集的土壤室內(nèi)風(fēng)干后過篩，并揀除植物根系和石塊，測定土壤pH、EC和八大鹽分離子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+、CO32-、HCO3-、Cl-、SO42-)。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

pH值用無CO2去離子水浸提(2.5∶1水土比)，UB-7精密pH計(jì)測定。EC用去離子水浸提(5∶1水土比)，雷磁DDS-307A電導(dǎo)儀測定。8大鹽分離子用無CO2蒸餾水浸提(水土比5∶1)，K+、Na+用火焰光度法測定，Ca2+、Mg2+用EDTA滴定法測定，SO42-用EDTA間接絡(luò)合滴定法測定，Cl-用硝酸銀滴定法測定，HCO3-、CO32-用雙指示劑-中和滴定法測定[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

所有指標(biāo)用烘干土壤質(zhì)量表示，為3個(gè)試驗(yàn)重復(fù)的平均值。用SPSS Statistics17.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 不同植被覆蓋對土壤EC值和pH值的影響

裸地土壤EC值高達(dá)2.94 mS·cm-1，相當(dāng)于鹽分含量16.32 g·kg-1(換算系數(shù)為5.55)[16]；而植被殘?bào)w覆蓋的土壤EC只有0.84～1.69 mS·cm-1，相當(dāng)于鹽分含量4.66～9.38 g·kg-1，只有裸地土壤的28.7%～57.5%，平均為39%。尤其是多年生植被殘?bào)w覆蓋的土壤，其EC值平均只有裸地土壤的31%(圖1)。EC值與地表覆蓋度存在顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=0.96，P<0.01)，即地表植被殘?bào)w覆蓋度越高，土壤EC值就越低。顯然，冬春季地表覆蓋能夠大幅度地降低了地表蒸發(fā)，從而降低了鹽分向表層土壤聚集，且植物殘?bào)w覆蓋度越高，地表蒸發(fā)越弱，鹽分表聚也就越少，EC值就越低。相關(guān)研究也顯示，地表秸稈或麥草覆蓋具有明顯的抑制鹽分表聚的作用，隨著秸稈覆蓋量的增加，土壤蒸發(fā)的抑制率逐漸增大，土壤表層的含鹽量也相應(yīng)降低[9,17]。

裸地土壤pH 8.83，而植被覆蓋的土壤pH 8.88～9.27，比裸地土壤高0.6%～5.1%，平均高3.2%(圖1)。尤其是羊草和豬毛菜覆蓋的土壤pH值達(dá)9.25和9.27，比裸地土壤高出0.42～0.45個(gè)單位，而其他植被覆蓋的土壤與裸地土壤沒有顯著性差異。土壤pH值與地表覆蓋度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.71，P<0.05)，說明在一定范圍內(nèi)，地表覆蓋度越高，土壤pH也越高。但是，土壤pH值與EC值之間沒有顯著的相關(guān)性(r=0.64，P>0.05)，這說明酸堿度不僅與鹽分總量有關(guān)，而且還取決于鹽分種類。鹽基離子中，Na+、CO32-和HCO3-是導(dǎo)致土壤pH升高的主要原因，其離子含量多表現(xiàn)為春季休閑期高于收獲期[18-19]。有植被覆蓋的土壤，尤其是羊草和豬毛菜殘?bào)w覆蓋的土壤，可能含有比較多的堿性物質(zhì)，尤其是蘇打鹽類，這些鹽分可能與植物冠層的淋出鹽分有關(guān)[20]。

圖1不同植被殘?bào)w覆蓋下0～10 cm土層土壤EC值(A)和pH值(B)的差異

Fig.1 The difference in EC values(A) and pH values(B) of the soils collected from 0～10 cm surface covered with different plant residues

2.2 不同植被覆蓋對土壤主要鹽分離子含量的影響

植物殘?bào)w覆蓋對表層土壤鹽分離子含量產(chǎn)生顯著的影響(表1) 。植物殘?bào)w覆蓋顯著地降低了表層土壤陽離子含量，其中，Na+含量降低了48%～67%，平均為56%，多年生植被殘?bào)w覆蓋的效果較好，其中堿茅殘?bào)w覆蓋降低的幅度最大；K+含量降低了62%～81%，平均為73%，不同植被殘?bào)w覆蓋的差異比較小，其中柳枝稷和豬毛菜殘?bào)w覆蓋降低的幅度大一些；Ca2+含量降低了60%～78%，平均為72%，不同植被殘?bào)w覆蓋的沒有顯著性差異；Mg2+降低了9%～42%，平均為22%，不同植被殘?bào)w覆蓋的差異很大，其中羊草降低的幅度最大，而堿茅殘?bào)w覆蓋降低的幅度最小。Na+、K+、Ca2+、Mg2+含量均與地表植物覆蓋度存在顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，即地表植被殘?bào)w覆蓋度越高，表層土壤的陽離子含量就越低，EC值也越低，陽離子含量與EC值之間顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)就說明了這一點(diǎn)。但是，Na+等陽離子含量與pH值之間沒有顯著的相關(guān)性(P>0.05)，說明土壤pH并不取決于土壤陽離子濃度，而可能取決于陰離子濃度。

植被殘?bào)w覆蓋對表層土壤SO42-含量沒有顯著的影響(P>0.01) (表1)，但顯著地降低了陰離子Cl-含量，較裸地土壤下降了66%～87%，平均為77%，柳枝稷和紫花苜蓿殘?bào)w覆蓋降低的幅度最大；Cl-含量與pH值之間沒有顯著的相關(guān)性(rCl-=0.71，PCl->0.05)。與其他離子不同，植被殘?bào)w覆蓋的表層土壤CO32-和HCO3-含量顯著提高，其中CO32-從未檢出，最多提高到0.07 cmol·kg-1，HCO3-含量也增加了11%～71%，平均增加了43%，豬毛菜和紫花苜蓿殘?bào)w覆蓋的增加幅度較大。CO32-和HCO3-含量均與pH值之間存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)。這顯然與這些植物凋落物在地表分解有關(guān)，凋落物被微生物分解過程中，釋放出的CO2溶于水產(chǎn)生CO32-和HCO3-；所產(chǎn)生的有機(jī)鹽通常都是弱酸鹽，如葡萄糖酸鈣(Calcium gluconate)與乙酸鈣(Calcium oxalate)分解后實(shí)際轉(zhuǎn)化為CaCO3，水解后呈堿性反應(yīng)，使pH上升[21]。Cl-含量與地表植物覆蓋度存在顯著的線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，即地表植被殘?bào)w覆蓋度越高，土壤表層Cl-含量就越低，而其他陰離子含量與植被覆蓋度之間沒有顯著的相關(guān)性(P>0.05)。

表1 不同植被殘?bào)w覆蓋下0～10 cm土層土壤主要鹽分離子含量/(cmol·kg-1)

注：同一列不同字母表示同一指標(biāo)不同植被之間的顯著性差異(P<0.05)。

Note: The different letters in the same column indicate the significant difference between two data (P<0.05).

從以上分析可知，冬春季植物殘?bào)w地表覆蓋，能夠有效地阻止鹽分隨蒸發(fā)向地表聚集，從而降低表層土壤鹽分離子含量。不少研究者獲得相似的結(jié)果[17,22]。但是，不同覆蓋植被的影響有差異，也因陰離子和陽離子的種類而異。總體來看，多年生植被殘?bào)w覆蓋的抑鹽效果更好一些。本試驗(yàn)中，羊草、柳枝稷等多年生植被種植當(dāng)年的地上部生物量和覆蓋度都明顯高于一年生植被。生物量越大，地表覆蓋度越高，降低風(fēng)速和抑制地表水分蒸發(fā)的效果就越好，從而降低地下水中的鹽分沿著毛細(xì)管隨水向地表集聚[17]。此外，多年生植物根系及其代謝活動可以加速土壤CaCO3的溶解，釋放的Ca2+替代Na+，促進(jìn)Na+等鹽分離子淋洗，降低鹽分含量[23]；柳枝稷等多年生植物在鹽分脅迫下通過增加根系生物量來達(dá)到適應(yīng)性生長，在種植當(dāng)年其0～10 cm土層的地下部生物量已顯著高于燕麥等一年生植物，根系吸收養(yǎng)分離子，也是土壤鹽分離子降低的原因之一。但枯枝落葉腐解，以及微生物代謝活動，也產(chǎn)生更多的可溶性碳酸鹽，提高土壤pH值。從試驗(yàn)當(dāng)年的結(jié)果看，紫花苜蓿、羊草及柳枝稷等多年生牧草較適于用作本地區(qū)冬春季地表覆蓋植被。

3 結(jié) 論

在內(nèi)蒙河套地區(qū)，冬春季植被殘?bào)w地表覆蓋，顯著降低表層土壤EC值和Na+、K+、Ca2+、Mg2+及Cl-含量，但提高土壤pH值和CO32-和HCO3-含量。總體來看，多年生植被殘?bào)w覆蓋抑制鹽分表聚的效果更好一些，其中紫花苜蓿、羊草和柳枝稷，較適于用作本地區(qū)冬春季地表覆蓋植被。

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在表征群落多樣性的指數(shù)中，Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（H）在土壤動物群落多樣性分析比較中運(yùn)用最廣。土壤動物不同類群生態(tài)功能不同，不同類群的個(gè)體數(shù)量往往存在巨大的差異，使群落多樣性與均勻度顯著相關(guān)而與豐富度關(guān)系不密切，因此那些組成簡單、各類群數(shù)量較低群落的值可能會比組成豐富、各類群數(shù)量較高群落的更高[9]。本研究中群落多樣性與均勻度呈正相關(guān)而與豐富度指數(shù)無關(guān)，均勻度與優(yōu)勢度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。農(nóng)田中，大型土壤動物個(gè)體數(shù)最少、種群數(shù)量少，而豐富度指數(shù)最高。

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