魯西北黃泛區土壤障礙因子應對策略研究進展

董艷芳 周曉琳 李洪杰 王玉霞 杜夢揚 李子雙

摘要 ?魯西北黃泛區農田面臨著鹽堿、干旱和澇漬3種常見的土壤障礙因子，綜述了3種土壤障礙因子對土壤性質和植物生長的危害，從植物生理和技術措施兩個層面闡述了3種土壤障礙因子的應對策略研究進展，分析了土壤障礙因子應對研究中存在的問題，對魯西北黃泛區農田土壤未來合理高效利用的研究方向進行了展望，以期為魯西北黃泛區農田土壤的合理高效利用提供理論參考。

關鍵詞 ?魯西北黃泛區；土壤障礙因子；鹽堿；干旱；澇漬

中圖分類號 ?S155.3 ??文獻標識碼 ?A ??文章編號 ?0517-6611（2023）05-0015-06

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2023.05.005

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Progress on Countermeasures of Soil Obstacle Factors in the Yellow River Flood Area of Northwestern Shandong Province

DONG Yan-fang， ZHOU Xiao-lin，LI Hong-jie ?et al

（ Dezhou Academy of Agricultural Science， Dezhou， Shandong 253015）

Abstract ?The farmland in Yellow River flood area of Northwestern Shandong Province is faced with three common soil obstacle factors： saline-alkali， drought and waterlogging. In this article， the hazards of three soil obstacle factors to soil properties and plant growth were summarized. The research progress of countermeasures for the three soil obstacle factors was expounded from the perspectives of plant physiology and technical measures. The problems existing in the study of soil obstacle factors were analyzed. The future research direction of rational improvement and utilization of farmland soil in Yellow River flood area of Northwestern Shandong Province was prospected. In order to provide a theoretical reference for the rational and efficient utilization of farmland soil in the Yellow River flood area of Northwestern Shandong Province.

Key words ?Yellow River flood area;Soil obstacle factors;Saline-alkali;Drought;Waterlogging

基金項目 ??國家重點研發計劃項目（2021YFD1901002）；山東省重大科技創新工程項目（2019JZZY010716）；山東省重點研發計劃項目（2021CXGC010804）；山東省農業重大應用技術創新項目“山東省冬小麥種肥混播技術模式集成創新與示范”；德州市市級研發計劃項目“德州農田土壤改良機理與新技術研究”；德州市市級研發計劃項目“德州地區綠肥應用模式及利用技術研究與示范”。

魯西北黃泛區屬于黃泛沖積平原的一部分，是山東省內潮土的主要分布區［1］，地表坦蕩，土層深厚，光、熱、水充足，糧食作物增產潛力巨大。該區地貌主要因黃河多次遷徙、泛濫而形成。

鹽堿、干旱和澇漬是魯西北黃泛區農田所面臨的常見土壤障礙因子。魯西北黃泛區需積極有效應對農田土壤障礙因子，才能真正確保魯西北農業的可持續發展。該研究綜述了鹽堿、干旱和澇漬3種土壤障礙因子的危害，從作物生理和技術措施2個層面闡述了應對3種土壤障礙因子的研究進展，分析了土壤障礙因子應對研究中存在的問題，對魯西北黃泛區農田土壤未來合理利用的研究方向進行了展望，以期為魯西北黃泛區農田土壤的合理高效利用提供理論依據和參考。

1 3種土壤障礙因子的危害

魯西北黃泛區最主要的地貌類型是緩坡平地、河灘高地和淺灘洼地，面積占比見圖1。其中，緩坡平地地勢平緩，排水不暢，地下水埋藏淺，鹽度高，土壤屬鈣質潮土，易鹽漬化；河灘高地地形部位相對較高，由黃河干流洪水沖積而成，土壤質地較輕，地下水埋藏較深，易受干旱威脅；淺灘洼地由黃河泛濫時主河道以外的靜水沉積而形成，地勢低于周邊，易積水，易受內澇威脅［2-3］。

1.1 鹽堿的危害

鹽堿地通氣透水性差，易積水，土壤質地黏重，會抑制土壤微生物的活性，導致土壤養分分解緩慢，從而使土壤養分供應不足［4］，鹽堿危害示意見圖2。土壤鹽堿化會阻礙地表土壤溫度升高，降低土壤酶活性和好氧微生物活性，降低土壤有機質含量和土壤肥力，增加土壤容重，加劇表層土壤鹽分的積累，影響植物的正常生長［5］。土壤鹽堿化會破壞植物組織，影響氣孔收縮和養分吸收［6］。鹽堿化土壤溶液中含有大量可溶性鹽分，使滲透壓升高，導致植物根系難以吸收水分和養分，抑制植物生長并對植物產生毒性作用，從而引起植物生理干旱［7］，同時，鹽堿化會導致植物體內活性氧的積累，從而損害甚至殺死植物細胞［8］。在鹽堿地中生長的植物往往會因缺鈣離子和鉀離子而產生營養脅迫，會造成植物營養失調，表現為抑制植物組織和器官的生長［9］。

1.2 干旱的危害

干旱導致土壤水分嚴重不足，威脅土壤微生物的生長，使土壤微生物數量急劇減少，導致土壤各種生化活動減弱［10］，干旱危害示意見圖3。研究表明，干旱可以通過影響土壤溫度、氣體交換和微生物的養分輸送來影響微生物種群的活動和分布，導致土壤微生物碳減少［11-13］。干旱會促使植物發生一系列生理生化反應來適應環境，影響農藝性狀的正常形成［14-15］。干旱會降低光合效率、葉片光合速率和蒸騰速率，降低葉面積指數，最終降低生態系統的總初級生產力［16-17］。在干旱條件下，植物細胞內產生活性氧，與生物大分子反應生成具有強氧化性的膜質過氧化物和各種小分子降解物，導致膜過氧化，破壞膜的完整性，降低保護膜的活性［18-19］。研究表明，干旱在一定程度上抑制小麥種子萌發和幼苗生長［20］，苗期干旱顯著影響小麥器官生長，從而影響小麥產量［21］；干旱可抑制苗期植物和根系的生長，降低株高，減少葉面積，降低植物生物量，增加根冠比［22-23］。

1.3 澇漬的危害

澇漬地濕黏土壤持水能力強，釋水力弱，導水能力差［24］，土壤與外界的氣體交換受阻時植物呼出二氧化碳，空氣中的氧氣只能通過分子在土壤中擴散的形式在土壤中擴散，這是由于氧氣在土壤中的分子態擴散速率極慢，限制對氧的需求，根區土壤呈強還原性，土壤有機質分解消耗溶解氧，產生大量毒害植物根系的有毒物質，影響根系生長，阻礙根系養分運輸吸收利用，嚴重時產量低下甚至停產［25-26］，澇漬危害示意見圖4。澇漬會導致作物營養失調，品質和產量下降［27-28］；延緩葉片生長速度，使葉片失綠、萎蔫、老化等［29-30］；影響作物干物質的積累，降低穗粒數、千粒重，繼而影響產量［31］，此外，澇漬還顯著降低谷物中與淀粉和蛋白質合成相關的關鍵酶的活性，影響各成分的含量，從而影響谷物品質［25］。

2 3種土壤障礙因子的應對策略研究進展

2.1 鹽堿的應對策略研究進展

目前，植物耐鹽堿的研究主要集中在種子萌發、幼苗生長、生理生化等方面，通過加入外源物質、與真菌的協同效應、利用生物技術手段、培育耐鹽堿品種等方式，可以提高植物的耐鹽堿能力。在低濃度鹽溶液條件下，紫花苜蓿種子的發芽特性優于蒸餾水［32］。苜蓿種子在高鹽濃度下能夠發芽，在低鹽濃度下獲得較高的發芽率［33］。外源硅誘抗可以提高在堿脅迫下紫花苜蓿抗氧化、滲透調節以及離子平衡調控能力，進而提高堿脅迫下紫花苜蓿的耐堿性［34-35］。野生大豆S-腺苷蛋氨酸合成酶基因的過表達通過增加抗氧化酶和羥基氧化酶的活性及相關基因的表達來提高轉基因水稻的耐鹽堿性［36-38］。在鹽脅迫情況下，絨毛白蠟植株通過增加脯氨酸含量提高過氧化物酶的活性來保護植物免受傷害，以提高耐鹽堿性［39-42］。在鹽堿脅迫下，增加鈣離子含量可以提高水稻、小麥、番茄的耐鹽堿能力［43-45］。葉面噴施亞精胺會明顯促進番茄生長，提高其耐鹽堿性［46］。在小麥上接種內生菌可提高植物的耐鹽堿性［47］。過表達SlSAMS1在番茄中可以促進多胺的積累，提高過氧化氫酶的活性，減緩細胞的氧化損傷，增強其耐鹽堿能力［48］。發芽前用不同梯度的鹽水溶液浸泡種子，種子吸水膨脹后，可提高植物的耐鹽堿能力［49］。

鹽堿地改良主要通過工程措施、農藝措施、化學措施、生物措施［50-51］。工程措施包括水利工程措施和土地整治工程措施，其中，水利工程措施主要有灌溉洗鹽、排水脫鹽、節水控鹽和改排為蓄［4］。陜西鹵泊灘鹽堿地治理工程堅持因地制宜，探索了“改排水為蓄、水地共生、和諧生態”的治理模式［52］。土地整治工程措施主要有平整土地、客土改良、鋪沙壓堿［4］。宮秀杰等［53］采用“土層置換+秸稈阻斷”的方法，顯著降低了松嫩平原北部鹽堿地土壤耕層的鹽分。農藝措施主要有耕作、覆蓋及培肥。研究表明，地膜覆蓋種植油葵結合沙封種植孔，可促進鹽堿地油葵生長［54］。樂陵鹽堿地高粱田試驗研究表明，壟溝深松、耕深松能促進作物根系發育，顯著提高作物產量［4，55］。化學措施主要在土壤里施入改良劑來改善土壤理化性質和土壤團聚體結構。高肥力結合土壤改良劑和高肥結合有機肥的施肥模式可以顯著降低土壤鹽分含量，促進土壤養分積累，顯著提高小麥和玉米的產量［56］。在沿海鹽堿土壤中添加生物炭和EM可降低鹽分含量并改善土壤質量，改善植物養分吸收刺激植物生長［57］。在沿海鹽堿地作物栽培中，施用造紙干粉和糠醛渣可緩解鹽堿脅迫，提高土壤微生物代謝活性［4，58］。生物措施主要是植物改良措施和微生物改良措施，其中，植物改良措施主要包括種植耐鹽植物和種植綠肥植物［4，50］。研究表明，耐鹽植物顯著降低土壤容重和地表土壤鹽分，增加土壤微生物量［59］。從美國引進的多年生阿爾岡金苜蓿在西哈茂草原大面積種植，改善了土壤理化性質，增強了保水保肥能力［4，60］。微生物改良措施包括利用微生物提高植物的耐鹽性和施用微生物肥料［50］。麥稈和纖維素分解真菌同時接種麥稈可提高豆科植物在鹽環境中的固氮能力，增強抗鹽性［4，61］。在鹽堿地施用生物菌肥可促進可溶性蛋白質的增加，降低葉片中脯氨酸的含量，增加土壤養分，提高作物的耐鹽堿性［62］。

2.2 干旱的應對策略研究進展

干旱條件下，作物會形成一系列應對干旱脅迫的反應和抵御干旱的機制［63］。近年來，作物抗旱性的研究主要集中在作物種子的發芽特征、形態特征、生理生化等方面。適度的干旱促進藜麥種子中游離氨基酸含量的增加，促進過氧化物酶活性提高，促進種子萌發［64］。干旱脅迫下，藜麥葉片蒸騰減少，葉片保持較好的水勢，形成較低的滲透勢，提高水分利用效率，增強抗旱性［62，65-66］。在干旱條件下，根系會增加土壤中的體積和根長密度，從而改善土壤水分供應［67］。在一定的干旱脅迫下，植物細胞可以通過合成更多的可溶性蛋白質和可溶性糖來提高滲透勢，促進根系對水分的吸收，適應干旱［68-69］。在干旱脅迫下，脫落酸在根部積累并通過木質部運輸到枝條保衛細胞，調節氣孔開放和葉片生長［70-71］。對甜菜抗旱生理生化及分子機制進行系統研究發現，干旱脅迫下增加脯氨酸和甜菜堿含量可提高甜菜抗旱性［72-75］。

為了提高應對干旱災害的能力，減少干旱對農業生產帶來的損失，學者們進行了大量研究，提出了一系列因地制宜的防旱抗旱措施。玉米栽培實踐中，采取秸稈覆蓋、深耕深翻、推廣應用節水灌溉技術等抗旱措施［76］。對茶園茶樹通過淺耕除草，蓋遮陽網、蓋膜，培土鋪草覆蓋的方式抗旱［77］。豫北麥區抗旱措施有對干旱災害預測預警、培育耐高溫抗熱害高光效的新品種、深耕打破犁底層、采用農家肥與化肥結合、科學灌溉等抗旱措施［78］。蘋果果園抗旱管理措施主要有覆膜、覆草、覆沙等覆蓋措施，全園生草，穴貯肥水，節水灌溉等［79］。我國南方干旱應對策略主要有在旱災高危地區實施人工天氣和開發空氣水資源，在脆弱地區實施生態環境改造，保障糧食安全與實施策略降低農業風險，合理利用水資源等［80］。

2.3 澇漬的應對策略研究進展

澇漬條件下，植物積極適應和抵抗澇漬的環境［81］。植物在淹水條件下形成不定根，降低氧擴散阻力，增加吸氧面積［82］。大豆淹莖基部逐漸增厚產生不定根，不定根和主根的皮層均形成通氣組織［83］。一些水稻植株在淹水過程中通過節間伸長、葉片伸長和葉鞘伸長獲得氧氣［84］。在澇漬脅迫下，植物體內誘導合成了一些新的蛋白質和酶［85］。花生根部在澇漬脅迫下表現出一定的增粗現象，這與發育良好的通氣組織的形成有關［81］。水澇脅迫下，菊花谷胱甘肽含量隨脅迫程度的加深而升高［86］。耐澇性高的大麥品種不定根切片中存在大量通氣組織，促進了氧氣向根系的運動，提高了作物的耐澇性［87］。通過基因工程技術將甘露醇、脯氨酸、果聚糖等滲透保護物質生物合成的關鍵酶基因引入植物中，使其過表達，可在一定程度上提高植物的抗澇性［88-89］。黃瓜淹水后，游離脯氨酸在植物體內迅速積累，清除羥基自由基，降低細胞滲透勢，減輕淹水對植物的傷害［90］。通過基因改造將一些耐澇基因引入植物中，可獲得抗澇材料［91］。

澇漬地管理的原則是及時排出田間多余的水分，控制地下水位，為作物提供適宜生長的水土環境。澇漬地的管理方式包括明渠排水、暗管排水、聯合排水和控制排水。其中，明渠排水加快了農田水分的運動［92］。暗管排水可降低地下水位和土壤含水量，提高土壤溫度，降低土壤容重，提高總空隙度，提高滲透系數，改善土壤理化性質［93］。農田控制排水具有節水、提高農業水肥利用效率、提高雨水利用率、減少農業污染物排放的綜合作用［94-95］。澇漬地治理的最終目標是提高澇漬地的綜合利用效益［92］。澇漬地具有巨大的生產潛力，可用于農業種植和水上種植及多種經營的開發［96-97］。采用棉花秸稈還田技術改良澇地，對提高土壤有機質含量、土壤肥力、土地自然生產力，增加土壤速效養分含量，減少化肥消耗及降低農業生產成本具有積極作用［94］。

3 研究中存在的問題

近年來，國內外在應對3種土壤障礙因子方面進行了很多有益探索，提供了大量可靠的數據和理論支持，但也存在一定的局限。

（1）對鹽堿條件下的植物生理層面的研究存在著模糊鹽化條件和堿化條件的現象，雖然鹽化與堿化經常同時發生，相互影響，但是在研究中需明確主導影響因子，才能確保研究的科學性。此外，植物生理層面的研究缺少對植物生命全過程的關注，僅僅集中在種子萌發、幼苗生長等方面，缺少對植物不同生長時期不同部位的研究及分子機制方面更深層次的研究。在鹽堿地的改良措施中，工程措施投資高且易帶來次生鹽漬化現象，農藝措施作用時間短，化學措施容易帶來二次污染，生物措施周期相對較長［51］。目前各地對鹽堿地進行統籌規劃的重視程度尚不夠，未能充分發揮出鹽堿地的土地資源優勢。

（2）對干旱條件下的植物生理層面的研究存在分子機理研究不深入，缺乏綜合性指標鑒定體系，育種進程緩慢等問題。在不同抗旱措施方面，干旱監測體系建設不夠完善，多種抗旱措施結合的研究不夠，作物抗旱性與各種抗旱措施相結合研究的重視程度不高。

（3）對澇漬條件下的植物生理層面的研究存在耐澇漬機制基因型研究少，對耐澇漬基因的遺傳特性、耐澇漬育種的研究力度不足等問題。在應對澇漬措施上，澇漬監測不夠及時精準，抗澇技術理論體系尚未建立，對作物抗澇性的適應機理研究還不夠。

4 展望

針對魯西北黃泛區農田土壤所面臨的3種土壤障礙因子現狀，除應統籌應對3種土壤障礙因子，統一規劃堿旱澇，完善排灌系統，推廣多元化種植，完善農業產業結構，改善耕地質量，提升土壤肥力，充分發揮地方資源優勢外，建議今后從以下幾個方面開展相關研究。

（1）在農田鹽堿地改良利用方面，需結合農田土壤實際情況，采取物理改良、化學改良與生物改良相結合的方式，突出多種措施的優點，因地制宜，并進一步加大培育耐鹽堿植物的研究力度，加大對耐鹽堿植物不同生長時期不同部位的研究力度，更深入地研究耐鹽堿植物分子機制方面，積極篩選土壤改良劑、選擇和培育耐鹽堿的植物新品種，盡快建立起完善的植物耐鹽堿體系。

（2）在農田防旱抗旱方面，在生產實際中需創新思路，在完善干旱監測體系、制定好因地制宜的防旱抗旱措施的同時需著力對作物抗旱生理生化及分子機制進行研究，完善干旱綜合性指標鑒定體系，加快抗旱植物育種進程，培育高產穩產作物新品種。

（3）在農田防澇抗澇方面，利用多種土壤水分監測方法及時做好作物澇漬監測，結合實際地形特點選取適合的排澇與除澇措施，加大作物抗澇性的適應機理的研究，建立完善的抗澇技術理論體系，選育優良耐澇的種質資源。

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