隔鹽層對濱海地區(qū)鹽分動態(tài)及國槐生長的影響

翟鵬輝，李素艷?，孫向陽，張冬華，張濤，張薇，程龍

(1.北京林業(yè)大學(xué)，水土保持與荒漠化防治重點實驗室，100083，北京;2.天津市濱海新區(qū)大港林業(yè)工作站，300270，天津)

隔鹽層對濱海地區(qū)鹽分動態(tài)及國槐生長的影響

翟鵬輝1，李素艷1?，孫向陽1，張冬華2，張濤1，張薇1，程龍2

(1.北京林業(yè)大學(xué)，水土保持與荒漠化防治重點實驗室，100083，北京;2.天津市濱海新區(qū)大港林業(yè)工作站，300270，天津)

以天津市大港區(qū)的鹽漬土為研究對象，通過大田試驗分別在栽植穴底部和側(cè)壁鋪設(shè)10 cm厚的陶粒、蛭石和沸石作為隔鹽層，研究種植國槐后不同隔鹽措施對中度鹽堿地的改良效果。通過每月定期測定土壤鹽分質(zhì)量含量及國槐的生長指標(biāo)，分析不同隔鹽措施的降鹽效果及對國槐生長狀況的影響。結(jié)果表明:不同隔鹽措施的表層土壤鹽分質(zhì)量含量受當(dāng)?shù)貧夂驐l件的影響發(fā)生積鹽和脫鹽的周期性變化，在此期間出現(xiàn)2次顯著的聚鹽高峰期，分別是春末和夏末;3種隔鹽材料都能夠降低該地區(qū)土壤中的主要鹽離子和全鹽量，其中以沸石作為隔鹽層處理的降鹽效果最佳;不同隔鹽措施都能夠改善國槐生長環(huán)境，其中以沸石作為隔鹽材料最有利于改善國槐生長環(huán)境，可最大程度地促進國槐生長。

沸石;蛭石;陶粒;水鹽運動;國槐;濱海地區(qū)

全球約有10億hm2的鹽漬土，約占世界陸地面積的7.6%。我國鹽漬土面積為3 665.8萬hm2，相當(dāng)于我國耕地面積的30.2%［1－2］。天津市共有鹽漬化土壤42萬2 038.7 hm2，占全市總面積的38.9%，鹽漬化耕地面積為20.73萬hm2，幾乎占全市耕地面積的1/2，為全國各省市鹽堿地所占比例最大的一個地區(qū);因此，土壤鹽漬化成為影響本市農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)的最大的障礙因素［3］。

目前，國內(nèi)外就鹽漬化土壤鹽分特征、水鹽運移機制和水鹽動態(tài)方面的研究主要集中在內(nèi)陸干旱地區(qū)［4－6］，而對濱海鹽漬土，尤其是人工林地水鹽運移機制缺乏系統(tǒng)研究［7］。濱海地區(qū)土壤中的鹽分具有典型的“鹽隨水來，鹽隨水去”的特點，只要土壤中有鹽源，就會有返鹽現(xiàn)象的發(fā)生，土壤就會發(fā)生鹽堿化;因此，阻斷鹽堿來源才能從根本上達到鹽堿地改良的目的［8］。史文娟等［9］針對西北地區(qū)土壤春季強烈返鹽的特點，通過室內(nèi)一維土柱蒸發(fā)實驗，研究了土柱中夾砂層的層位對水鹽運移的影響，結(jié)果表明，層位為35 cm時，砂層對潛水蒸發(fā)量和土壤表層返鹽的抑制率可達70% ～80%。曲晨曉等［10］通過對模擬土柱的入滲和供水等一系列實驗得出，土壤剖面中的砂質(zhì)夾層對水分的入滲會產(chǎn)生暫時的阻礙作用和較長時間的保水作用。可知在雨季這將有助于隔砂層上部土壤中的鹽分得以充分的溶解，促進土壤洗鹽。劉玉濤等［11］造林時，在離地表80～100 cm處鋪設(shè)沙子作為隔鹽層，結(jié)果表明，鋪設(shè)隔鹽層不僅可以顯著降低土壤電導(dǎo)率，而且還能夠促進植物生長和代謝。筆者以陶粒、蛭石和沸石作為隔鹽層，探索不同處理對土壤鹽分運移及植物生長狀況的影響，旨在找出適宜該地區(qū)的最佳降鹽措施，以期為該地區(qū)鹽堿地改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地位于天津市大港區(qū)，鹽漬土分布廣泛。該區(qū)屬于北半球暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，由于瀕臨渤海，受季風(fēng)環(huán)流影響很大，全年平均氣溫為12.3℃，年平均降雨量為593.6 mm;但降雨分布不均，6—8月降雨量占全年降雨量的70%左右。平均蒸發(fā)量1 979 mm，是降雨量的3倍多。所選試驗地造林前為棄耕裸荒地，裸荒前曾種植過中華金葉榆(Ulmus pumilacv.jinye)、玫瑰(Rosa rugosa)和美國白蠟(Fraxinus americana)。

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計及樣品采集

在鹽堿水平一致的同一塊試驗地栽植國槐(Sophora japonicaL.)，株行距3 m×3 m，樹穴規(guī)格為直徑60 cm，深度60 cm。試驗地分為4個小區(qū)，每個小區(qū)為一個處理。栽植時分別在樹穴底部和側(cè)壁鋪設(shè)10 cm的隔鹽材料。第1個處理底部和側(cè)壁的隔鹽材料為陶粒(隔鹽措施1)，第2個處理底部和側(cè)壁的隔鹽材料為蛭石(隔鹽措施2)，第3個處理底部和側(cè)壁的隔鹽材料為沸石(隔鹽措施3)，第4個為對照不設(shè)置隔鹽層(CK)。不同隔鹽措施和對照各種植國槐30株。自2011年5月25日起到2011年10月28日為止，土壤指標(biāo)及植物生長指標(biāo)每月測定1次。每次取土在4個試驗區(qū)樹穴內(nèi)隨機采集0～10 cm的土壤樣本，每個區(qū)內(nèi)重復(fù)取樣6次，土樣經(jīng)自然態(tài)風(fēng)干后待分析。國槐生物量(株高、胸徑)采用米尺和千分尺測量，每種處理分別測定30株。

2.2 分析測試

3 結(jié)果與分析

3.1 不同隔鹽措施對土壤鹽分的影響

不同隔鹽措施對0～10 cm土層鹽分運動的影響見圖1?？芍摰貐^(qū)在一年內(nèi)有2次顯著的聚鹽高峰期，即春末和夏末。春季(3—5月)，因氣溫回升、土壤融化、表層土壤溫度低于氣溫，在太陽輻射和風(fēng)力作用下產(chǎn)生強烈蒸發(fā)作用［12］，使地表強烈積鹽，形成一個聚鹽高峰;而從5月25日后，天津市大港區(qū)開始進入雨季，隨著降雨量的增加，不同隔鹽措施土壤表層的鹽分隨水向下淋洗，鹽分顯著降低，直到7月末降雨才有所減緩;8月，該地區(qū)氣溫和地溫又達到一年中較高值，土壤鹽分又呈現(xiàn)上升趨勢，形成第2個聚鹽高峰期;秋季(9—10月)降雨量減少，蒸降比適中，土壤含鹽量較為穩(wěn)定。

圖1 不同隔鹽措施對0～10 cm土層鹽分運動的影響Fig．1 Effect of different salt－isolated treatments on soil salt movement for 0 － 10 cm layer

從圖1還可以看出，在整個監(jiān)測期，不同隔鹽措施的主要離子和土壤全鹽量質(zhì)量含量均低于對照，隔鹽效果排名為隔鹽措施3＞隔鹽措施2＞隔鹽措施1＞對照。這是由于在天津濱海地區(qū)，當(dāng)蒸發(fā)量強烈時(春季)，土壤水分主要以毛管水的形式向地表運動，土壤中的鹽分離子也隨著毛管水向上運移，使得該地區(qū)鹽分表聚強烈。當(dāng)設(shè)置隔鹽層后，由于隔鹽材料和土壤毛管孔隙度的不同，隔鹽層阻斷了上下土層間的水力聯(lián)系，使得土壤水分運行到沙層下界面時發(fā)生停滯［13］，從而使得隨著土壤水分的遷移，鹽離子也在隔鹽層下界面積累，表層土壤鹽分就會相對減少;在雨季(夏季)，當(dāng)開始下雨且田間持水量還未達到飽和時，根據(jù)王文焰等［14］的研究結(jié)果，當(dāng)入滲峰到達夾層上界面時，由于土和夾層的水分含量與能量間的關(guān)系不同，根據(jù)土壤水的能量原理，入滲水流將被夾層所阻滯，從而使上層的土壤水分逐漸增大，直至夾層上界面土壤含水量的能量(基質(zhì)勢)開始大于夾層所具有的能量水平后，入滲水流才能滲入夾層，這樣有助于隔鹽層上層土壤中的鹽分得以充分溶解。當(dāng)土壤中的水分完全滲透隔鹽層且達到飽和時，溶解的鹽分隨著水分的滲透速率主要取決于土壤中的毛管孔隙和非毛管孔隙。由于不同隔鹽措施均會對土壤的毛管孔隙度和非毛管孔隙度有所改善，脫鹽率也得以提高。隔鹽措施3的隔鹽措施最佳，是因為在底部和側(cè)壁以沸石為填料的隔鹽層除了能夠有效抑制表土層聚鹽和促進土壤洗鹽外，沸石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有一定大小的窗口，只有尺寸比窗口小的分子才能通過窗口進入沸石內(nèi)部而被吸附，土壤中的Na+、Cl－都可以通過此窗口進入沸石內(nèi)部被沸石吸附［15］，因此，使用沸石能夠有效地降低土壤中的鹽分。

3.2 不同隔鹽措施對植物生長狀況的影響

樹高和胸徑的生長快慢能夠直接體現(xiàn)林木的生長速度。國槐株高(y)生長隨時間(x)變化的擬合方程見圖2(a)。隔鹽措施1方程為y=0.845 7lnx+1.122 4(R2=0.987 5)，隔鹽措施2方程為y=1.246 9lnx+0.403 7(R2=0.988 7)，隔鹽措施3方程為y=1.381 3lnx+0.319 8(R2=0.982 6)，對照為y=0.647 6lnx+1.420 1(R2=0.995 6)，表明國槐株高的增長隨時間的變化存在著極為顯著的對數(shù)相關(guān)關(guān)系。這與王文杰等［16］在重度鹽堿地施加不同改良劑，楊樹(Poplar sapling)株高隨時間變化的趨勢相一致。上述方程中斜率的大小反映了國槐生長速率的大小。通過方程可以看出，不同隔鹽措施國槐株高增長的斜率排名為隔鹽措施3(1.381 3)＞隔鹽措施2(1.2469)＞不同隔鹽措施1(0.845 7)＞對照(0.647 6)。2011年5月到2011年10月胸徑的增長量見圖2(b)?？芍瑖毙貜皆鲩L量的大小排序為隔鹽措施3＞隔鹽措施2＞隔鹽措施1＞對照。

圖2 不同隔鹽措施對國槐生長的影響Fig．2 Effects on the growth of Sophora japonica L.after treated by different salt－isolated treatments

由以上分析可知，不同隔鹽措施均有助于促進林木的生長，其中隔鹽措施3的效果最佳。由于鹽堿地含有過多的可溶性鹽類，可提高土壤溶液的滲透壓，從而引起植物生理干旱，同時使其養(yǎng)分供應(yīng)受阻，嚴(yán)重時可導(dǎo)致植物死亡。沸石類似一種疏松多孔的海綿體，起著水肥貯藏庫的作用，可提高土層含水量，有利于蓄水保墑，其次沸石能夠改善土壤通透性，提高排水滲透能力［15］;因此，以沸石作為隔鹽材料最有利于改善國槐生長環(huán)境，促進國槐生長。

4 結(jié)論

1)不同隔鹽措施的表層土壤鹽分變化隨時間發(fā)生積鹽和脫鹽的周期性變化，而且差異明顯，2次顯著的聚鹽高峰期是春季和夏末。在整個監(jiān)測期，不同隔鹽措施的主要離子和土壤全鹽量均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于對照，其中沸石的降鹽效果最佳。

2)以陶粒、蛭石和沸石作為隔鹽層均有助于促進林木的生長，其中以沸石作為隔鹽材料最有利于改善林木生長環(huán)境，促進林木生長。

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Effects of the salt-isolation layer on dynamic changes of soil salinity and growth ofSophora japonicaL．in coastal area

Zhai Penghui1，Li Suyan1，Sun Xiangyang1，Zhang Donghua2，Zhang Tao1，Zhang Wei1，Cheng Long2
(1.Beijing Forestry University，Key Lab.of Soil＆ Water Conservation and Desertification Combating of Ministry of Education，100083，Beijing;2.The Forestry Workstation in Coastal District of Tianjin，300270，Tianjin:China)

This article took the saline－alkali soil in Dagang District，Tianjin as the object of study and chose ceramicite，vermiculite and zeolite respectively as the salt－isolated layer at the bottom and side wall of planting hole.Based on the treatments，Sophora japonicaL.was planted，and then the dynamic changes of soil salinity and growth of plants were measured every month.At the same time，we analyzed the effects of different treatments on the salt reduction and growth ofSophora japonicaL.After the whole year measurement，the results showed that salinity accumulation and desalinization of surface soil were influenced by periodic property of local climate conditions.The salt accumulation peak period appeared at the end of spring and summer.Those three salt－isolated treatments had significant effects on the main salt ions，total salt content and growth ofSophora japonicaL..Zeolite was not only the most effective saltsegregation material，but also the most useful material for accelerating the rate of plant growth.

ceramicite;vermiculite;zeolite;water－saline dynamics;Sophora japonicaL.;coastal area

2012－04－05

2012－06－13

“十一五”林業(yè)科技支撐計劃“沿海防護林鹽堿地工程治理及植被恢復(fù)技術(shù)研究與示范”(2009BADB2B0504);北京市與中央在京高校共建項目“學(xué)科建設(shè)與研究生培養(yǎng)項目”(2011－04—2012－12)

翟鵬輝(1986—)，男，碩士研究生。主要研究方向:工程措施改良鹽堿地。E－mail:zhaipenghui666@126.com

?責(zé)任作者簡介:李素艷(1968—)，女，博士，副教授。主要研究方向:土壤與植物營養(yǎng)。E－mail:lisuyan@bjfu.edu.cn

(責(zé)任編輯:宋如華)