秸稈覆蓋和磷石膏對蘇打鹽堿土性狀及牧草生長的影響

［摘要］ 為研究秸稈覆蓋和磷石膏對重度蘇打鹽堿土理化性質和高丹草生長、產量的影響，通過野外改良、栽培試驗觀測獲得數據，并運用SPSS 25.0和Canoco 4.5進行數據分析，結果表明：①秸稈覆蓋能顯著改善重度蘇打鹽堿土物理性質和養分狀況，但降低土壤鹽堿化效果較差，結合施用磷石膏后改良效果更好。②相同覆蓋量時，配合施用磷石膏比單獨秸稈覆蓋效果好。③在0.5～1.5 kg/m2施用范圍內秸稈覆蓋量越高，高丹草生長、生物量提高效果越明顯，但覆蓋量2.0 kg/m2的促進效果不如1.5 kg/m2；相同秸稈覆蓋量時，結合使用磷石膏比單獨覆蓋增產效果更明顯。④綜合考慮土壤改良、增產效果和成本，最佳處理為覆蓋秸稈1.0 kg/m2+磷石膏20 t/hm2。⑤CCA分析結果顯示，影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。綜上所述，秸稈覆蓋配合施用磷石膏能夠很好地改善蘇打鹽堿土理化性質，且具有較好的牧草增產效果，適合在鹽堿地區域推廣、應用。

［中圖分類號］ S544[文獻標識碼] ADOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.08.013

［引用格式］ 徐子棋，張瑜，王博宇，等.秸稈覆蓋和磷石膏對蘇打鹽堿土性狀及牧草生長的影響[J].中國水土保持，2024（8）：47-52.

土壤鹽堿化是世界范圍內的重要環境問題，不僅降低水土資源質量，造成資源浪費，而且對生態環境構成了嚴重的威脅[1]。吉林省西部是我國重要的農業和畜牧業生產基地，該區域地勢平坦，水土資源具有較高的農業生產潛力[2]。然而，由于自然原因和人類不合理的開發利用，因此近50 a來吉林省西部鹽堿地面積不斷擴大。2016年，吉林省鹽堿化土地已擴張至218萬hm2，占省域土地總面積的11.5%[3]。因此，治理吉林省西部鹽堿地并將其合理化利用已成為近年來的研究熱點。

秸稈覆蓋是地面覆蓋的一種，因其良好的保溫和蓄水能力，加之有機覆蓋材料廉價且環保，已成為目前鹽堿土改良的重要措施之一。眾多學者研究表明，秸稈覆蓋不僅可以保持土壤溫度穩定，降低土壤水分蒸發，抑制土壤返鹽，提高土壤肥力，還可以促進鹽堿地植物生長和生物量的提高[4-8]。但部分關于冬小麥的研究發現，秸稈覆蓋存在降溫效應和溫度不穩定情況，從而會導致冬小麥產量降低[9]。磷石膏是生產磷酸的工業副產品，近年來隨著碳酸利用量的逐年增加，大量的磷石膏露天堆積不僅占用土地資源，而且污染環境，因此進行資源的再次利用顯得格外重要[10]。農業資源化利用是磷石膏綜合利用的重要途徑之一。國外的相關研究發現施用磷石膏能夠降低土壤pH值和鈉離子含量，增加一些有效的微量元素，可防止土壤退化和水土流失，從而促進植物生長，并且施用磷石膏種植的作物，品質和產量均顯著提高[11-14]。然而，秸稈覆蓋結合磷石膏對蘇打鹽堿土性質和牧草產量影響的研究卻鮮有報道。

本研究在重度蘇打鹽堿土上開展秸稈覆蓋結合施用磷石膏改良土壤試驗，分析不同施用量組合下土壤理化性質變化及優質牧草高丹草（Sorghum bicolor × sudanense）增產效果，以期為重度蘇打鹽堿土改良和牧草增產提供理論支持。

1研究區域概況

本研究試驗田位于吉林省通榆縣北部鴻興鎮，地理坐標為122°02′～123°30′E、44°13′～45°16′N。該區域屬于松嫩平原，地勢起伏較小，海拔140～180 m。土壤為蘇打鹽堿土，包括鹽堿土、淡黑鈣土、風沙土等。氣候為中溫帶半干旱大陸性季風氣候，四季分明，年日照時數2 900 h，年降水量為390 mm，無霜期為160 d。境內有霍林河、額木太河（支流）、文牛格尺河3條季節性河流流過。

2材料與方法

2.1供試材料

2.1.1土壤樣本

試驗田土壤為重度蘇打鹽堿土。試驗共分為7個處理：空白對照（CK）、覆蓋0.5 kg/m2秸稈（F1）、覆蓋1.0 kg/m2秸稈（F2）、覆蓋1.5 kg/m2秸稈（F3）、覆蓋2.0 kg/m2秸稈（F4）、覆蓋0.5 kg/m2秸稈+磷石膏10 t/hm2（F1L1）、覆蓋1.0 kg/m2秸稈+磷石膏20 t/hm2（F2L2）、覆蓋1.5 kg/m2秸稈+磷石膏30 t/hm2（F3L3）。處理田塊規格均為5 m×20 m，田塊之間留1.5 m寬道路。秸稈為粉碎后的玉米秸稈。

2.1.2植物樣本

試驗植物品種為高丹草，于2019年5月初播種，播種方法為壟作，行距為60 cm，播種量為15 kg/hm2。

2.2測定方法

2.2.1土壤指標

于2018年11月5—10日進行S形采樣，測定土壤理化性狀本底值，采樣深度0～20 cm，結果取平均值，具體見表1。參考潘保原[15]的研究，試驗田塊土壤為重度蘇打鹽堿土。改良后土壤取樣時間為2019年11月5—10日。土壤密度、含水量、總孔隙度用環刀法測定。全鹽含量應用TZS-pHW-4G土壤多參數測定儀測定， 徐子棋等：秸稈覆蓋和磷石膏對蘇打鹽堿土性狀及牧草生長的影響電導率應用DDB-305A型便攜式電導率儀測定，全氮（TN）采用半微量開氏法測定，全磷（TP）采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定，全鉀（TK）采用NaOH熔融法測定，有機質采用重鉻酸鉀容量法（外加熱）測定，pH值采用Spectrum pH400測定。

2.2.2植物指標

每個田塊選取20株長勢具有代表性的植株測定高丹草生長指標，取平均值。株高測定時間為2019年6月20日至10月18日，每20 d測定一次，其余生長指標于2019年10月18日測定。葉長、葉寬選取倒2葉測定[16]。每個田塊選取10株長勢具代表性的植株，測定單株鮮質量，取平均值。每個田塊設置5個1 m×1 m樣方，取樣方內所有植株，測定鮮草產量，之后帶回實驗室，烘箱105 ℃烘干24 h至恒定質量，測干草產量，結果取平均值，換算為每公頃生物量。

2.3數據處理及分析

利用Excel進行數據的整理，利用SPSS 25.0進行方差分析（ANNOVA單因素方差分析Duncan法），利用Sigma Plot 12.0進行柱狀圖繪制，利用Canoco 4.5進行典范對應分析（CCA）。

3結果與分析

3.1秸稈覆蓋與磷石膏對重度蘇打鹽堿土理化性質的影響

3.1.1對重度蘇打鹽堿土物理性質的影響

由圖1可知，秸稈覆蓋能顯著降低重度蘇打鹽堿土密度，提高其含水量和總孔隙度，各處理與CK差異顯著（Plt;0.05）。在0.5～1.5 kg/m2范圍內，秸稈覆蓋量越大改良效果越明顯，例如，相比較CK，F1、F2、F3分別降低土壤密度2.3%、2.9%和6.4%，分別提高含水量12.8%、15.8%和12.3%；但F4與F3各項土壤物理性質差異不顯著。覆蓋量相同時，秸稈覆蓋結合施用磷石膏降低重度蘇打鹽堿土密度、提高含水量和總孔隙度效果優于單獨秸稈覆蓋處理，且差異顯著（Plt;0.05），例如，相比較CK，F1、F1L1分別提高土壤總孔隙度7.5%和9.4%，且差異顯著；但F3L3與F2L2土壤密度和含水量差異不顯著，孔隙度差異顯著。這說明，秸稈覆蓋結合施用磷石膏具有較好的改良重度蘇打鹽堿土物理性質的效果，在考慮成本前提下，F2L2為最優處理。

3.1.2對重度蘇打鹽堿土化學性質的影響

由圖2可知，降低土壤pH值效果較好的處理為F2L2、F3L3，且對比CK改良效果顯著（Plt;0.05），降低pH值百分比分別為8.83%和9.16%；降低土壤電導率效果較好的處理為F1L1、F2L2、F3L3，其降低電導率百分比分別為44.49%、55.89%、61.21%，此外F3、F4降低電導率效果也較好，降低電導率百分比分別為18.25%、23.57%；提高土壤有機質效果較好的處理為F3、F4、F3L3，提高土壤有機質百分比分別為12.82%、13.14%和14.10%，組內差異不顯著，對比CK改良效果顯著（Plt;0.05）；提高土壤全氮效果最好的處理為F3、F4、F3L3，提高土壤全氮百分比分別為11.48%、11.91%、11.27%，組內差異不顯著，對比CK改良效果顯著（Plt;0.05）。綜合分析，單獨使用秸稈覆蓋降低土壤鹽堿化效果較差，秸稈覆蓋結合施用磷石膏降低土壤鹽堿化、改善土壤養分狀況效果較好。圖2不同處理下重度蘇打鹽堿土化學性質

3.2秸稈覆蓋與磷石膏對高丹草生長及生物量的影響

3.2.1秸稈覆蓋與磷石膏對高丹草生長的影響

由圖3可知，各處理高丹草株高生長總趨勢均為“慢—快—慢”，生長速度由慢變快的拐點為7月10日，7月10日至8月19日為速生期，該時期各處理株高生長量占總生長量的56.25%～63.50%。

由表2可知，單獨使用秸稈覆蓋時，株高總生長量在F2、F4之間差異不顯著，但F1、F2、F3、F4處理的高丹草株高總生長量均顯著大于CK（Plt;0.05）。高丹草的株高總生長量基本隨秸稈用量增加而增加，但株高總生長量F4lt;F3，說明F4秸稈覆蓋量過多，對比F3開始產生株高生長抑制作用。在秸稈覆蓋量相同時，除F1與F1L1間、F3與F3L3間的分蘗數、F1與F1L1間的倒2葉長和倒2葉寬差異不顯著，其他指標秸稈覆蓋結合施用磷石膏比單獨使用秸稈覆蓋對高丹草生長促進效果更好，差異顯著（Plt;0.05），即F1L1優于F1，F2L2優于F2，F3L3優于F3。單獨使用秸稈覆蓋和秸稈覆蓋結合施用磷石膏均能顯著促進高丹草地上部分生長指標的提高，0.5～1.5 kg/m2施用范圍內秸稈覆蓋量越高，促進作用越明顯，但覆蓋量為2.0 kg/m2時，效果不如1.5 kg/m2；相同秸稈覆蓋量時，添加磷石膏比單獨覆蓋促進作用更佳。雖然F3L3對高丹草地上生長促進效果優于F2L2，但增幅較小，綜合考慮成本和促進高丹草地上部分生長效果，最佳處理為F2L2。

3.2.2秸稈覆蓋與磷石膏對高丹草生物量的影響

不同處理高丹草生物量狀況見表3。由表3可知，單獨使用秸稈覆蓋和秸稈覆蓋結合施用磷石膏均能提高高丹草單株鮮質量、鮮草產量和干草產量，除F1鮮草產量與CK差異不顯著外，其余指標均與CK差異顯著（Plt;0.05）。單獨使用秸稈覆蓋時，各處理提高高丹草單株鮮質量、鮮草產量和干草產量排序為F1lt;F2lt;F4lt;F3；秸稈覆蓋結合施用磷石膏時，各處理高丹草單株鮮質量、鮮草產量和干草產量排序為F1L1lt;F2L2lt;F3L3，但F3L3對比F2L2增幅較小，F2L2、F3L3相比CK鮮草產量分別增加52.4%、55.7%。相同秸稈覆蓋量時，結合使用磷石膏比單獨覆蓋提高生物量效果更明顯，例如F2、F2L2相比CK增加單株鮮質量百分比分別為94.9%和134.4%。綜合考慮成本和促進高丹草生物量增加效果，最佳處理為F2L2。

3.3高丹草生長因子、生物量因子與鹽堿土理化性質因子CCA分析

由表4可知，排序軸1中，物種與環境關系的變化累計比例為81.2%，超過40%，故本分析方法可行[16]，并且在排序軸1和排序軸2中，物種因子與環境因子相關系數分別為0.92和0.89，說明所選環境因子與物種因子相關度較高。研究區重度蘇打鹽堿土土壤因子與生物排庫軸的相關系數見表5，土壤因子與生長因子、生物量因子CCA排序關系見圖4，其中土壤因子與排序軸1的相關系數絕對值范圍為0.140 1～0.593 1，絕對值超過0.5的有3個，依次為含水量、密度和pH值；土壤因子與排序軸2的相關系數絕對值范圍為0.116 5～0.790 9，絕對值超過0.5的有4個，依次為總孔隙度、有機質含量、含水量和密度。由于排序軸1貢獻度更大（見表4），因此影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。

4討論

秸稈覆蓋是一種常見的、對環境負面影響較小的鹽堿地改良措施[4]。磷石膏是一種工業廢料，將其用于鹽堿地治理不僅能夠改善土壤環境，而且能夠防止磷石膏對其他地區造成環境污染[10]。本研究結果表明，秸稈覆蓋能顯著降低重度蘇打鹽堿土密度、提高含水量和總孔隙度，在覆蓋量0.5～1.5 kg/m2范圍內，秸稈覆蓋量越大效果越顯著，當覆蓋量相同時，結合施用磷石膏會大幅改善各指標。單獨秸稈覆蓋處理中，F1、F2降低土壤pH值、電導率的效果較差，F1提高有機質的效果較差，當秸稈覆蓋結合施用磷石膏后，在降低土壤鹽堿程度、改善土壤養分狀況方面效果明顯；綜合考慮土壤改良效果和成本問題，本研究最佳措施為F2L2。多位學者也認為秸稈覆蓋對于鹽堿土具有較好的改良效果，秸稈能夠改善土壤密度、孔隙度等物理指標，減少土壤水分蒸發量，增加降水入滲，促進鹽分淋溶，防止土壤返鹽[4]。在一定范圍內，隨著秸稈覆蓋量增加，提高土壤保水降鹽效果越來越明顯[6]。雖然秸稈等生物炭降低土壤pH值的作用較小，但能夠顯著改善土壤養分狀況，從而提高土壤陽離子交換量、速效養分含量[13]。楊東等[7]研究發現秸稈覆蓋量在0.9 kg/m2與1.2 kg/m2時改良土壤效果無顯著差異，即超過一定覆蓋量改良效果不再提升，而本研究結果表明覆蓋量1.5 kg/m2與2.0 kg/m2改良效果差異較小，結論相似。此外，多位學者的研究結果表明，磷石膏具有很好的改良鹽堿地效果，可以降低土壤pH值、堿化度，促進有效養分的釋放[14-15，17]，從而改善土壤理化性質，這與本研究結合施用磷石膏土壤改善效果一致。

高丹草是蘇丹草和高粱草的雜交品種，具有耐鹽堿、耐旱性強、草質好、產量高等特點[18]。本研究結果表明，高丹草較為耐鹽堿，能夠適應pH值8.13～8.95、電導率0.102～0.263 mS/cm的蘇打鹽堿土；同時秸稈覆蓋能促進高丹草生長指標的提高，并能提高其產量，在0.5～1.5 kg/m2施用范圍內覆蓋量越高，促進作用越明顯，相同覆蓋量時，添加磷石膏比單獨覆蓋促進作用更佳。綜合考慮成本和促進高丹草生物量增加效果，最佳處理為F2L2。由CCA分析結果可知，影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。也有學者對鹽堿地作物的研究表明，秸稈能夠改善土壤理化性狀，增加土壤微生物，提高土壤酶活性，從而促進植物生長和生物量積累[4]。

5結論

1）秸稈覆蓋能顯著改善重度蘇打鹽堿土物理性質和養分狀況，但降低土壤鹽堿程度效果較差，當結合施用磷石膏時改良效果會相對更好。

2）在0.5～1.5kg/m2施用范圍內，覆蓋量越高，高丹草生長、生物量提高效果越明顯，但2.0 kg/m2覆蓋量促進效果不如1.5 kg/m2；相同秸稈覆蓋量時，結合使用磷石膏比單獨覆蓋增產效果更明顯。

3）綜合考慮土壤改良效果、高丹草增產效果和成本，最佳處理為F2L2。

4）CCA分析結果顯示，影響重度蘇打鹽堿土高丹草生長、生物量最重要的土壤因子為含水量、密度和pH值。

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收稿日期： 2023-04-10

基金項目： 長春市科技局項目（21ZGM07）;吉林省財政廳基本科研經費項目（吉林省西部固沙植物種選擇與植被配置研究與示范，吉林省西部平緩沙地地力提升及植被構建技術體系研究）

第一作者： 徐子棋（1990—），女，吉林白山人，工程師，碩士，主要從事水土保持生態修復研究。

E-mail： 235175758@qq.com

（責任編輯楊傲秋）