不同改良措施對沙化土壤水分、pH值和電導率的影響

鄭亞楠 支金虎* 劉海江 努爾曼古麗·麥麥提尼亞孜

（1塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300）

（2塔里木大學南疆綠洲農業資源與環境研究中心，新疆 阿拉爾 843300）

土地退化已成為全球面臨的重要生態問題之一［1］，全球土壤退化面積已超過 1.965×104km2［2］。據聯合國生物多樣性和生態系統服務科學政策平臺（IPBES）發布的相關數據顯示：人類活動干預使全球約80%的農用地出現生態功能退化現象［3］，而土地沙化是土地退化的主要表現形式之一［4］。

沙化是干旱、半干旱及部分半濕潤地區由于人地關系不相協調所造成的以風沙活動為主要標志的土地退化。土地沙化導致可利用土地資源減少［5］、土地生產力下降［6］、自然災害加劇［7］，大面積蔓延會演變成土地荒漠化。

新疆是我國沙漠化最嚴重的地區［8］。尤其南疆地區，極端的氣候條件導致土壤沙化現象嚴重，而南疆地區又是我國重要的棉花生產基地之一，如何改良沙化土壤是亟待解決的問題。

土壤沙化評價指標主要分為植被蓋度［9］、有機質含量［10］、土地利用類型。改善沙化土壤的主要方式之一是改良土壤質地。傅淋等［11］研究發現翻壓綠肥能夠降低土壤容重，改善土壤化學成分；王永齊等［12］發現冬耕曬垡、深耕深翻和綠肥翻壓能夠顯著降低烤煙土傳病害；于江等［13］應用生物腐植酸進行改良，結果表明施用生物腐植酸可在較短時間內提高土壤全氮和有機碳等主要養分的含量。

土壤含水量、土壤pH值及電導率是土壤質量的重要屬性，影響著土壤的生產性能和土壤環境質量［14］，用其衡量沙化土壤的改良效果，具有指導意義。本研究以南疆第一師十二團不同種植方式下的沙化土壤為研究對象，研究幾種改良措施下水分變異、土壤酸堿性以及電導率變化，旨在為南疆沙化土壤的改良和生態環境保護提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗研究區位于新疆生產建設兵團第一師阿拉爾市國家農業科技園區內，平均海拔1 000 m，屬溫帶大陸性干旱氣候，全年干旱少雨，年均降雨量不足50 mm，年均蒸發量高達2 500 mm，試驗區土壤質地類型為砂性壤土，前期土地利用方式為休閑田。試驗地塊基礎土樣0～20 cm、20～40 cm的pH值為8.22、電導率為412 ms/cm。

1.2 試驗處理土壤樣品采集與指標測定

本試驗于2019年進行，采用完全隨機區組設計，設置5個處理，3個區組。其中處理1為種植燕麥（A1），處理2為種植油菜+燕麥（A2），處理3為種植燕麥+油菜秸稈翻耕+生物菌肥（A3），處理4為種植燕麥+農家肥（A4），處理5為種植燕麥+農家肥+生物菌肥（A5）。每個處理重復3次，重復區與區組重合，小區面積為105 m2。

土壤樣品采集時間為2019年的7月25日、8月30日和10月20日，各樣點采集0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和80～100 cm土層的樣品。含水量采用質量烘干法測定，pH值采用2.5:1液土比pH計（ModelIQ150）測定，電導率采用2.5:1液土比電導率儀（DDS-307型）測定。

土壤變異系數=標準差/平均數×100%，土壤變異系數小于20%時為弱變異、在20%～50%之間為中等變異、大于50%為強變異［15］。

1.3 數據處理

采用Excel 2019和DPS7.05進行數據處理和分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理下土壤含水量的特征

由圖1可知，隨著土層深度的增加，土壤含水量逐漸增加，7月到10月表層土壤平均水分含量均在10%左右。出現此變化的原因主要有兩個方面，一是受氣候因素的影響，研究區氣候干燥，降雨稀少，強烈的蒸發加劇了表層土壤水分的散失；二是研究區于7月中旬除草，清除雜草一定程度上改變了表層土壤的疏松程度，使土壤水分散失加劇。

圖1 不同時期不同處理0～100 cm土壤水分分布圖

對不同時期各處理的土壤水分含量進行差異性比較可知（圖2），7月份0～20 cm土層，A1處理含水量最高，A5處理含水量最低。A1與A3處理間無顯著差異，A5處理與A1、A3處理間均存在顯著差異，8月、10月各處理間無差異。7月、8月和10月，在20～40 cm土層，各處理間土壤含水量均無差異。

根據7月、8月及10月數據結果表明不同處理在不同土層的保水性上有所差異，A4、A5處理在0～20 cm土層保水性能最佳；A2處理在20～40 cm土層保水性能最佳。

圖2 不同時期不同土層土壤含水量差異

對不同時期不同土層的土壤含水量的變異系數進行分析（表1），5個處理的變異系數均小于20%，為弱變異。7月、8月和10月時，以A1、A5、A2處理的土壤含水量的變異系數在0～20 cm土層最高，與基礎土樣的含水量變異系數相比分別上升7.19%、6.41%、7.55%；以A2、A3、A5處理的土壤含水量的變異系數在0～20 cm土層最低，與基礎土樣的含水量變異系數相比分別下降5.71%、8.04%、7.38%。

在7月和10月，以A2、A4處理的土壤含水量的變異系數在20～40 cm土層處最高，與基礎土樣的含水量變異系數相比分別上升5.24%、0.49%；8月的土壤含水量的變異系數以A5處理最高，與基礎土樣的含水量變異系數相比下降3.08%。

表1 不同時期不同土層各處理間土壤含水量的變異系數（%）

2.2 不同處理下土壤pH值的特征

土壤pH值是土壤基礎屬性之一，影響土壤化學反應和化學過程，支配著化學物質在土壤中的移動［14］。由圖3可知，隨著土壤深度的增加，5個處理在不同時期的土壤pH差異不顯著。7月份土壤pH值的平均值在7.62，8月份土壤pH值的平均值在7.74，而10月份土壤pH值的平均值則在7.66。因此，同一處理下在未通過措施改良時，土壤pH值不會隨著時間推移而發生變化。

pH值主要受成土母質、氣候條件、植被等因素的影響［16］。不同土層處不同處理的土壤pH值不同。A1、A5處理在0～20 cm土層處的土壤pH值在不同時期先降低后增加；A2、A3和A4處理在0～20 cm土層處的土壤pH值在不同時期先增加再降低。A1、A2和A3處理在20～40 cm土層的土壤pH值在不同時期先增加后降低；A4、A5處理在20～40 cm土層的土壤pH值在不同時期先降低后增加。

出現這種結果的原因是兩方面的：一是因為土壤水分的變化會影響土壤中鹽分含量的變化，而水分又受氣候等條件的影響。7～9月份，南疆氣候炎熱，導致土壤水分蒸發，水分蒸發帶動土壤中鹽分從土壤底層上升到表層積聚。二是因為種植作物以后作物根系的呼吸作用產生CO2，CO2溶于水產生H+，使土壤的pH值降低，不同改良措施下土壤植物根系的分泌物及作物根莖的降解過程都會降低土壤pH值。從而導致不同種植方式對降低土壤pH值的作用有差異。

圖3 不同時期不同處理0～100 cm土壤pH分布圖

對不同時期不同處理的土壤pH值進行差異性比較（圖4），可以看出，在7月份A1處理下0～20 cm土層處的pH值跟其他處理間存在極顯著差異。在8月份，A1處理下0～20 cm土層pH值低，而A3處理最高。對20～40 cm土層的pH值來講，A4與其他處理間差異極顯著。在10月份，各處理下0～20 cm、20～40 cm土層的土壤pH值均無差異。

圖4 不同時期不同土層土壤pH差異

由表2可以看出，7月份A1處理下0～20 cm、20～40 cm土壤的pH值變異系數相比于其他土層最大，變異性強；而其他處理的各土層土壤pH值變異系數變化不大。

8月份各處理土壤pH值均表現為弱變異性，其中，A3處理在0～20 cm土層中土壤pH值變異性最強；A3、A5處理在20～40 cm土層處土壤pH值變異性最強。

10月份各處理土壤pH值均表現為弱變異，其中，A4處理在0～20 cm土層處土壤pH值變異性最強；A5處理在20～40 cm土層處土壤pH值變異性最強。

2.3 不同處理下土壤電導率的分布特征

圖5 不同時期不同處理0～100 cm土壤電導率分布圖

由圖5可知，隨著土壤深度的增加，土壤電導率逐漸降低。A3處理下的土壤電導率值在0～20 cm土層先上升后下降，其他處理在0～20 cm土層的電導率值呈現先下降后上升。A4處理下的土壤電導率值在20～40 cm土層先升高后降低，而其他處理在20～40 cm土層的土壤電導率值先降低后升高。其原因主要有以下兩點：一是受人為施肥和改良措施的影響，降低了土壤電導率；二是受氣候因素的影響，表層土壤水分的強烈蒸發加劇了可溶性鹽向土壤表層積聚。

對不同時期各處理的土壤電導率進行差異性比較（圖6），7月份0～20 cm、20～40 cm土層中各處理間土壤電導率均無顯著差異。8月份0～20 cm、20～40 cm土層，各處理間土壤電導率均無差異。10月份0～20 cm、20～40 cm土層，各處理間土壤電導率均無差異。

圖6 不同時期不同土層土壤電導率差異

由表3可知，7月份A4處理在0～20 cm土層的土壤電導率變異為強變異，A1、A2處理在0～20 cm土層的電導率為中等變異，A4處理在20～40 cm土層的電導率為強變異，而A1、A2處理在20～40 cm土層的電導率為中等變異，A3和A5處理在20～40 cm土層的電導率為弱變異。

8月份A3處理在0～20 cm土層的土壤電導率為強變異，A1、A2和A5處理的土壤電導率為中等變異；A5處理在20～40 cm土層的土壤電導率為強變異，其他處理的土壤電導率為中等強度變異。

10月份A4處理在0～20 cm土層的土壤電導率變異性最強，為強變異。A1、A2和A5處理在0～20 cm土層的土壤電導率表現為中等強度變異，A3處理的土壤電導率均表現為弱變異；A3處理在20～40 cm土層的土壤電導率變異性最強，為強變異；A4、A5處理在20～40 cm土層的土壤電導率為中等強度變異，A1、A2處理在20～40 cm土層的土壤電導率為弱變異。

表3 不同時期不同土層各處理間土壤電導率的變異系數（%）

3 結論

在0～40 cm土層中，不同時期各處理土壤含水量與土壤深度有一定關系，隨著土壤深度的增加，土壤水分含量升高，20～40 cm土層土壤水分變異性強。

各處理間土壤pH值差異較小，A1和A3處理在0～20 cm土層pH值與其他處理存在顯著差異，A4處理在20～40 cm土層與其他處理存在顯著差異。因此對降低土壤pH來講，A1、A2和A3處理在40 cm土層以上效果最好。

土壤電導率值是評價土壤鹽分的重要指標。各處理0～20 cm土層，電導率均大于250 ms/cm，0～20 cm土層，土壤電導率降低，最終穩定在200 ms/cm。不同處理均對土壤電導率產生了一定影響，其中A3和A4處理的土壤電導率與其他處理間存在顯著差異。

土壤水分變異系數越小，表明土壤保水性越強；土壤電導率越小，表明土壤鹽分含量越低。綜上所述，不同處理均有效提高土壤保水性和降低土壤鹽漬化程度，其中，通過長期施用油菜翻耕+生物菌肥+燕麥與農家肥+生物菌肥+燕麥，能夠達到改良沙質土壤的效果。