金合歡-檀香樹聯種在防治次生鹽堿化、改良土壤性質中的優勢分析

涂張煥, 蘇祎純, 夏德強, 盧飛宏

(長安大學 土地工程學院, 陜西 西安 710054)

近十幾年來，農業種植者為了在單位土地上得到最大的經濟效益，不斷加大化肥、農藥等的投入，對可耕作土地帶來了難以修復性的破壞。我國曾為了擴大耕地面積，各地區均有毀林開荒的舉措，雖然后來有退耕還林等保護措施，但這一行為仍對多地的生態系統造成了短時間內難以恢復的后果，且不良影響隨著時間推移逐漸顯現、加重。如今我國大面積地區都面臨因不合理利用土地而產生的土壤板結、次生鹽堿化的侵害，這類土地治理難度較大，一般治理措施效果不明顯、不持久。針對此類問題應該從源頭分析，兼顧環境適宜性應用生態學原理來自我修復。

1 次生鹽堿化

1.1 次生鹽堿化形成分析

土壤次生鹽漬化又被稱為土壤次生鹽堿化。當地下水位較高，土地表面蒸發強度較大時，地下水在毛細管的作用下通過毛細作用被牽拉到土壤表層，在這個過程中地下水攜帶土壤深層的鹽分到達地表，水分蒸發散失而鹽分被留在了地表。土壤次生鹽堿化主要發生在干旱、半干旱、半濕潤蒸發量大的區域。在灌區因排水渠系水流下滲和不合理灌溉使得地下水位升高時，也易形成次生鹽堿化。

在我國灌區出現的土壤次生鹽堿化現象,一方面是由于不利的自然條件,另一方面是沒有認識到預防土壤鹽堿化的重要性，盲目的發展灌溉農業，忽視了土壤的耐受力，排澇抗堿的配套工程措施跟不上，導致灌區地下水位的上升,結果造成土壤鹽堿化。其次還有平原水庫的位置選擇，沒有進行生態影響的評估，出現渠系滲漏，使得旱作地區地下水位的抬高,引起土壤鹽堿化。

1.2 常用的治理手段及其弊端

1.2.1 灌水洗鹽 一般田塊上的鹽分無法通過化學措施消除，只能通過物理溶解，利用水分將土壤中的可溶性礦物質帶走，該方法需要用水漫灌田塊，沖洗鹽分，將地表鹽分溶解在水通過水利設施帶出田塊。

1.2.2 施用改良劑 一些發達國家如澳洲和美國在治理鹽漬化上，特別是在解決堿土問題上常采用施化學改良劑的方法，如：石膏、礦渣(磷石膏)等。因地塊情況、資金狀況等原因施用量和使用時長也有所不同，但在施用后往往需要大量水來沖洗，這一方法在水資源匱乏的地方難以實現且成本較高。

在以上解決土壤鹽漬化問題中，人們往往考慮不夠全面，或是不合理的灌溉，或是更多需要考量經濟效益，我們在改善的過程中就不得不考慮生態系統需要遵循的原則。生態修復應遵循人和自然和諧共處的原則，約束人類資源應用方式，在保護的前提下開發自然資源，在人類輔助下，依靠大自然自身力量實現自我修復。為此，我們提出了金合歡-檀香樹聯種在改良土壤性質和治理次生鹽堿化的方案。

2 金合歡-檀香樹聯種

2.1 模式介紹

金合歡是一種喬木或灌木樹種，豆科植物，原產于熱帶美洲、澳洲等地，其具有耐干旱、耐鹽堿等特性，其根系生長有根瘤，其中根瘤菌具有固氮的效應，被譽為“荒山造林的先鋒樹”。金合歡也能產生巨大的經濟效益。檀香樹廣泛分布于印度、澳洲等地，其具有巨大的經濟效益和廣泛的用途，被稱為“綠色黃金”。檀香樹是一種半寄生的樹種，這種樹木必須寄生在其他護理樹木的根系上才可以存活。檀香樹的根系前端會生成形似吸盤的結構，通過這個“吸盤”牢牢吸附在護理樹木的根系上。經研究將金合歡樹與檀香樹聯種可以產生理想的生態價值與經濟價值。

金合歡樹具有發達的根系，在干旱地區其龐大的根系網絡，汲取地下深層的水分。而檀香樹扎根較淺，在沙土地區吸附在金合歡樹的根系上能夠保持植株穩定，吸收金合歡根系中的水分和無機養分。金合歡大的樹冠能夠有效的降低檀香樹生長環境的氣溫、水溫，為其庇蔭避免遭受太陽的直射。

經研究雖然檀香木寄生于金合歡樹，但其并不會對金合歡樹生長造成大的影響。將這兩種樹木結合的模式與農作物進行間隔種植能夠有效控制地下水位。每組樹木種植的間隔在2.5 m左右，行距大于3m能夠為每組樹木提供廣闊的生長空間，避免金合歡樹快速增長造成過量庇蔭影響檀香樹光合作用。這種組合在田間與作物間隔種植，借鑒塞內戈爾等國綠籬環繞農業種植模式，可實現地下水位的控制以及改善農業環境，促進作物生長。

2.2 該模式在我國的適宜性

金合歡喜溫暖、濕潤、陽光充足的環境，同時也耐鹽堿、干旱環境。在水、熱、氣、肥充足的地域，金合歡生長迅速，常常生長為高大的喬木，而在干旱或者嚴寒的惡劣環境中則生長為矮小的喬木或者灌木，它可以生長在碎石地、水浸地等嚴苛的地域，常常被作為先鋒樹，可在長江流域大力推廣與開發。

檀香樹為檀香屬樹種總稱，該屬有15種，我國并沒有檀香原生樹種，該樹種引進我國已經有千年的歷史。檀香樹適宜種植在陽光充足、雨水適量的地方，年降雨量在850～1 200 mm之間較為適宜。其種植土壤環境也較廣泛，可生長于沙壤、紅粘壤、礫石土中。

我國華北平原地區近年來次生鹽堿化發展呈遞增趨勢，黃淮地區年均溫14～15℃，降水在500～1 000 mm之間，光資源豐富，年日照在2 300 h～2 800 h左右，完全可以滿足金合歡與檀香樹的生長需求。因此建議在華北平原地區可以建立試點試驗田，應用該種改良模式。

2.3 金合歡-檀香樹聯種在防治次生鹽堿化中的作用

金合歡的發達根系能夠從土壤中汲取大量水分，通過植物蒸騰作用將水分排放到大氣中，有效避免了地下水上升將土壤中的鹽分富集在土壤表層。金合歡兩年苗齡平均苗徑在1.5cm左右，苗高在1.45 m上下，冠幅0.45 m左右。日平均蒸騰速率在3 mmolH2O·m-2s-1左右，屬于中高蒸騰速率樹種，在段愛國《干熱河谷主要植被恢復樹種蒸騰耗水特性及適應機制評價》研究中表明在干旱與非干旱環境中，金合歡蒸騰耗水作用變化較小，其根系有完整的供水體系，對干旱條件適應能力很強。

金合歡樹木能夠適應干旱、鹽堿環境，其根系分布特征呈現倒三角狀，根系發達，能夠吸收較深層土壤水分。當根系總面積一定時，根系隨深度分布函數可表示為：

式中：a(d)為形函數，rd為根系深度。

金合歡根系形函數可表示為圖1，其根系量分布從上層土壤到深層逐漸減少，這種分布模式能在干旱時汲取深層土壤水分，保證植株的存活需求，水分充足時大部分水分由上層根系吸收獲取。同時此種根系形能夠有效控制地下水深度，防止地下水上升過高，將下層鹽分帶到地表。植株的根系吸水速率與根形、蒸騰速率等呈正相關，金合 歡作為中高蒸騰速率的植物其相較于其他生態環境改良植物材料擁有著很強的優勢性。檀香樹依附于金合歡就可以在較為干旱的土層中生存，它的干旱環境脅迫耐受力也會得到提高。這兩種植物聯合種植模式充分利用了生態學原理，模擬原始土地的生態運轉模式達到防治鹽堿化的目的，促進生態良性循環。

圖1 金合歡根系形函數變化

3 金合歡-檀香木聯種對土壤性質的改良

鹽堿地土壤的最主要特性之一是土壤中含有大量可溶性鹽，這一特征會使土壤中的滲透壓升高，從而導致眾多不良后果。在鹽堿的影響下，土壤中的微生物數量減少，使N、P等微量元素釋放緩慢；此外，土壤的理化性質也會惡化，使土壤團粒結構變差，衍生出土壤板結、肥力差、土壤PH高等問題。而金合歡-檀香樹生態系統中，可以改良鹽堿地部分不良性質。

3.1 固氮

土壤供氮能力一方面是評價土壤肥力的重要指標，另一方面它又是估算氮肥用量的重要依據。共生固氮對農林業生產、改良土壤有著重要的意義。金合樹是一種多年生木本豆科植物，它的根部寄生根瘤菌，豆科植物可通過根瘤固氮來改善土壤的養分含量，尤其增加土壤氮元素含量。根據實驗數據，正常條件下金合歡根瘤菌固氮酶活性較高，在大氣溫度25～30℃，地表溫度30～36℃，土壤水分適中的條件下，根瘤固氮酶活性可達6.4～9.5 μmol·C2H4·g-1鮮瘤·h。檀香是半寄生植物，通過根系吸盤吸收寄主植物營養，檀香與金合歡混交，金合歡不僅可以為檀香木提供所需要的氮元素，促進檀香木的生長，此外，金合歡樹固定的氮元素一部分還可以進入土壤中，增加土壤氮元素含量，提高土壤肥力。

3.2 改善土壤團粒結構

在鹽堿地中，有機質的含量少，使土壤肥力和土壤團粒結構差。根據資料顯示，四年生的金合歡林地的枯枝落葉層的平均厚度可達到3.16 cm，年凋落物干重為600～800 g·m-2；檀香木林地的年凋落物干重可達760～860 g·m-2。考慮到系統內部存在養分競爭，粗略估計在金合歡-檀香樹系統中，年凋落物干重可達1 100～1 600 g·m-2，凋落物經腐爛分解后，有機質返還到土壤中可大大提高鹽堿地微量元素含量，改善土壤團粒結構，遏制土壤性質惡化，增加土壤肥力。

3.3 調節土壤pH

金合歡根瘤菌生長pH范圍為 4.5～9.0，在中性偏堿性條件下生長更旺，輕度鹽堿地的pH范圍在7.0～8.5左右，中度鹽堿地pH為 8.5～9.5左右。可見金合歡樹具有較大的鹽堿耐受范圍，并且輕度鹽堿地更適合金合歡樹的生長。此外，金合歡根瘤菌代時均在3～4 h之間，代謝產酸。根據酸堿中和原理，金合歡樹可以有效調節土壤pH,抑止鹽堿地pH的升高，同時在對某些pH過高的鹽堿地還可以起到降低pH的效果。檀香木在酸性條件下生長更加旺盛，在金合歡根瘤菌代謝產生酸的作用下，還可以促進檀香木的生長，提高生態與經濟效益。

3.4 其他

金合歡樹成年后可達2～4 m，檀香木成年高度一般在2～2.5 m，二者種植可以起到籬墻防風的作用，緩解風沙對耕作區的侵蝕；金合歡和檀香木樹冠較大，且二者生長速度不同會形成垂直分層，有利于吸收太陽輻射，可維持局地氣溫，保持空氣濕度，從而在間改善土質。

4 經濟效益

在進行土地整治的過程中應該綜合考慮，不僅要考慮生態適宜性，還要兼顧經濟效益。而金合歡和檀香樹在土壤改良和收益方面都有一定的價值，是十分理想的應用材料。

4.1 金合歡用途

作為一種經濟樹木，金合歡全樹均可被利用。例如金合歡樹的花可以提煉精油和香精；金合歡樹種還可以進行藥用，藥用提煉產物有治療腹瀉、口瘡、扁桃體炎等功效；同時金合歡能夠生產阿拉伯樹膠，它被廣泛應用于制藥和食品等行業。根據這一功用，金合歡在非洲多國FAO廣泛推廣，為那些最為貧困的地區帶來了經濟收益。金合歡種子含油量為14.7%，可以作為油料產物；金合歡的樹葉擁有十分豐富的碳水化合物，可以作為牛羊的飼料等。

4.2 檀香樹用途

檀香樹具有很高的藥用價值，它具有治療頭痛發熱、調理睡眠、滋補強心、治療皮膚病等功效。樹干及根等部位經蒸餾可得檀香油，其檀香醇含量在90%左右，是名貴的天然香料。檀香木的碎屑也具有廣泛的用途，可作為高品質線香、盤香、香囊等的原料。原產于澳洲的一些種類其果實還可以作為一種水果，具有治療牙齦腫痛、潰瘍等功效，其果核可以作為堅果食用，作為蛋糕、餡餅的輔料。

在實際種植中要同時兼顧環境與經濟效益，在獲取經濟效益的同時要注意對樹種的保護，實現可持續的利用。

5 結語

生態原則是我們在進行土地整治、環境治理過程中必須要考慮的原則，進行生態治理的過程中應該先進性環境適宜性、物種適宜性的評價，選擇合適的工程材料。治理效益應該從長遠的時間尺度去衡量，盡量實現可持續發展，丟棄以往改造自然的思路，尊重自然發展的客觀規律，這才是生態治理、土地整治的核心思想。

在金合歡-檀香樹聯種的模式中充分利用了生態學原理，檀香樹長成需要漫長的時間，金合歡作為豆科樹種，以其快速的長勢、固氮的能力可作為良好護理樹種。這種聯種模式彌補了以往經濟效益與生態效益單方面側重的弊端，更易于推廣。同時金合歡樹發達的根系與檀香樹扎根較淺；金合歡樹生長較快，檀香樹生長緩慢形成垂直層次結構都體現了生態適宜性的原則。