5種C₄作物對(duì)菜田土壤次生鹽漬化的改良作用

瞿云明

摘要：C₄作物具有良好的除鹽作用，為篩選適宜的除鹽作物，減緩?fù)寥来紊}漬化的發(fā)生和改良次生鹽漬化土壤，以甜高粱、甜玉米、墨西哥玉米、高丹草、蘇丹草5種C₄作物為試材測(cè)試了他們對(duì)菜田土壤次生鹽漬化的改良效果。結(jié)果表明，種植上述5種C₄作物53 d可降低表層土壤鹽分20.70%以上，其中甜玉米除鹽效果最好，為46.60%，甜高粱次之，墨西哥玉米位列第3。同時(shí)秸稈還田，可為下茬作物提供養(yǎng)分。綜合除鹽率和秸稈還田效果，甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱位可作為改良菜田土壤次生鹽漬化的優(yōu)選作物。

關(guān)鍵詞：菜田土壤；C₄作物；土壤次生鹽漬化

土壤鹽漬化與次生鹽漬化是當(dāng)今世界土壤退化的主要問(wèn)題之一，土壤鹽漬化是世界范圍內(nèi)影響作物產(chǎn)量的重要非生物逆境，我國(guó)鹽漬土總面積約3.3×10⁷hm²，特別是沿海地區(qū)，土地鹽漬化十分嚴(yán)峻嘲。過(guò)量施用化肥及不合理的灌溉管理措施造成土壤次生鹽漬化等問(wèn)題，從而導(dǎo)致蔬菜等作物產(chǎn)量、品質(zhì)降低，不僅造成了水分和肥料的大量浪費(fèi)，同時(shí)也產(chǎn)生了突出的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題。一般情況下，土壤次生鹽漬化在設(shè)施栽培中比較常見(jiàn)。隨著蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由于蔬菜種植的集約化，露地蔬菜種植也出現(xiàn)不同程度的土壤次生鹽漬化危害。甜玉米作為填閑作物種植，可降低土壤剖面電導(dǎo)率，延緩由于降雨或灌水而造成大部分鹽分向深層次土壤淋失的風(fēng)險(xiǎn)。種植毛苕子、蘇丹草、甜玉米和莧菜均能降低土壤中可溶性鹽分含量，且其與種植密度呈正相關(guān)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)利用C₄作物改良鹽漬土壤的研究取得了明顯進(jìn)展，但大都集中在C₄作物耐鹽品種的選育、耐鹽機(jī)制及改良鹽漬土機(jī)制的研究。涉及到有關(guān)C₄作物的具體品種對(duì)鹽漬土的改良研究不多，對(duì)于墨西哥玉米、高丹草及常規(guī)密度種植甜玉米改良蔬菜土壤次生鹽漬化鮮有報(bào)道。蓮都區(qū)地處浙西南山區(qū)，是全國(guó)蔬菜重點(diǎn)縣，蔬菜產(chǎn)業(yè)上日益嚴(yán)重的次生鹽漬化土壤急需改良，而禾本科牧草為鹽堿地改良的首選牧草。種植C₄類禾本科牧草是一種較為理想的生物除鹽措施翻，但該技術(shù)研究在本地尚未開(kāi)展。為此，以適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、兼具牧草和綠肥功能的C₄作物為標(biāo)準(zhǔn)選擇耐鹽作物，開(kāi)展試驗(yàn)，探索土壤次生鹽漬化改良新技術(shù)，以改良本地次生鹽漬化土壤和減緩?fù)寥来紊}漬化的進(jìn)程。

1材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)地位于蓮都區(qū)郎奇村設(shè)施蔬菜基地大棚內(nèi)，已連續(xù)4 a（年）種植黃瓜、番茄，前茬作物為番茄，每年休閑期間為6月中下旬至9月。重壤質(zhì)土壤，土壤表層干燥時(shí)有明顯的白色返鹽并板結(jié)表象，破碎后呈灰白色粉狀，呈典型的土壤次生鹽漬化狀況。該土壤有機(jī)質(zhì)含量14.6 g·kg^-1，有效磷含量394.2 mg·kg^-1，可溶性鹽分含量為6.2 g·kg^-1，Na⁺含量為219.0 mg·kg^-1，C1^-含量為623.8 mg·kg^-1，速效鉀含量為133.0 mg·kg^-1，pH 7.88。試驗(yàn)于2016年6—8月進(jìn)行，參試的C₄作物品種有5個(gè)，分別為從百綠公司購(gòu)買的大力士甜高粱、先鋒高丹草、草優(yōu)12墨西哥玉米（簡(jiǎn)稱墨玉米）、普通蘇丹草，及由金華雙依種子有限公司提供的雙依甜玉米；其中甜玉米、甜高粱、蘇丹草3種材料是從已有報(bào)道的除鹽效果顯著的植物中挑選而來(lái)。設(shè)置5個(gè)作物和1個(gè)對(duì)照（休閑）。每小區(qū)1畦，面積32 m²，畦面寬1.2m，每畦種2行；6月26日播種，甜玉米穴播，穴播2粒，株距30 cm；其余撒播，播種量150 g；3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。試驗(yàn)期間大棚揭膜，不施肥料；出苗期灌溉5次水。8月18日收獲，整個(gè)生育期53 d。

1.2樣品采集

于6月26日播種采集土樣，以“S”形混合采樣法，采集耕層0～20 cm土樣，每小區(qū)取5點(diǎn)混合樣，共3份平行樣，當(dāng)天內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室。8月18日收獲時(shí)采集植株樣及土樣，植株樣以整株采集，每處理隨機(jī)取20株，現(xiàn)場(chǎng)稱鮮質(zhì)量，并挑選3株帶回實(shí)驗(yàn)室；土樣采集方法同上。

1.3測(cè)定指標(biāo)及測(cè)定方法

2次土樣均測(cè)定土壤可溶性鹽、速效鉀、硝酸根、硫酸根、鈣、鎂、鉀、鈉、氯離子含量，播種日土樣增測(cè)土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷含量。

土壤可溶性鹽總量按NY/T1121.16-2006測(cè)定，速效鉀含量按NY/T 889-2004測(cè)定，NO₃^-含量采用紫外分光光度法，SO₄^2-含量采用EDTA滴定法測(cè)定，土壤交換性鈣/鎂按NY/T1121.13-2006測(cè)定，Na+含量采用火焰分光光度法測(cè)定，Cl^-含量采用硝酸銀滴定法測(cè)定。

植株測(cè)定株高、根長(zhǎng)、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量，全氮含量、全磷含量、全鉀含量。全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定，全磷含量采用鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀含量采用火焰分光光度計(jì)法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007處理，采用SPSS 11.0軟件進(jìn)行生物統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2結(jié)果與分析

2.1 5種C₄作物生物學(xué)性狀

從表1可知，種植53 d時(shí)，平均株高、根系下扎深度、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量之間存在差異。株高由高至低呈現(xiàn)為甜玉米>高丹草>甜高粱>墨玉米>蘇丹草；根系深度由深至淺呈現(xiàn)為甜高粱>甜玉米>高丹草>墨玉米>蘇丹草；鮮質(zhì)量和干質(zhì)量最高的為甜玉米，其次是墨玉米，鮮質(zhì)量和干質(zhì)量最小的為蘇丹草；墨玉米中含水量最高，蘇丹草最低。

2.2種植5種C₄作物對(duì)0～20 cm土壤鹽含量的影響

從表2可知，與對(duì)照相比，種植5種C₄作物53 d后可顯著降低0～20 cm土壤的鹽含量；其中以甜玉米除鹽效果最佳，較對(duì)照降低46.6%；其次是甜高粱，降低44.8%；墨玉米位次為3；最低的為蘇丹草，降低20.7%。但總體上均達(dá)到除鹽20%以上的效果。

2.3種植5種C₄作物對(duì)0～20 cm土壤中鹽基離子含量的影響

由表3可知，與對(duì)照相比，種植5種C₄作物后，（1）0～20 cm土壤鹽基離子含量都顯著降低；（2）鈣、鎂、鉀、鈉4種鹽基陽(yáng)離子分別平均降低21.0%、19.2%、19.7%、27.7%；硝酸根、硫酸根、氯離子3種鹽基陰離子分別降低39.8%、33.9%和37.0%；（3）甜高粱處理鈉離子降幅最大，為33.2%，其次甜玉米處理，降幅32.7%，墨玉米位次為第3，降幅31.3%，蘇丹草處理降幅最小，僅為18.4%；（4）陰離子平均降幅是陽(yáng)離子的1.68倍?？梢?jiàn)，種植5種C₄作物后土壤鹽含量明顯降低，與C₄作物吸收鹽分離子，特別是與吸收次生鹽漬化土壤中的硝酸根、硫酸根、氯這3種重要酸根陰離子的能力關(guān)系甚為密切。

2.4種植5種C₄作物對(duì)0～20 cm土壤K⁺/Na⁺比值的影響

從表4可知，種植5種C₄作物后土壤中的K⁺/Na⁺比值均有增加，以甜玉米處理增幅最大，為21.7%；其次是墨玉米處理；增幅最小是蘇丹草處理，僅為3.3%。K⁺/Na⁺比值的增加，有利于農(nóng)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的增加。

2.5種植5種C₄作物的生物量及秸稈還田后帶入的養(yǎng)分情況

從表5可知，經(jīng)53 d種植的5種C₄作物每667 m²生物量以墨玉米最高，其次為甜高粱，蘇丹草最低。墨玉米因產(chǎn)量高，且含氮鉀量高，每667 m²秸稈最終還田后帶入的養(yǎng)分，相當(dāng)于施用36.8 kg尿素、41.3 kg過(guò)磷酸鈣和30.9 kg硫酸鉀。5種C₄作物秸稈還田皆可帶人數(shù)量可觀的養(yǎng)分。

3討論與結(jié)論

土壤次生鹽漬化對(duì)作物的危害不僅是生理f生的，還直接危害作物的生長(zhǎng)。土壤中鹽分的積累影響土壤微生物活性，導(dǎo)致微生物種群和數(shù)量的變化。作物正常生長(zhǎng)需要適宜的鹽度，已經(jīng)或者趨于次生鹽漬化的土壤超過(guò)作物適宜的鹽度就必須采取相應(yīng)的措施。生物除鹽是一項(xiàng)種植吸收能力強(qiáng)的植物吸收土壤的鹽分，達(dá)到降低土壤鹽分的技術(shù)。

筆者研究了甜高粱、甜玉米、墨西哥玉米、高丹草、蘇丹草5種C₄作物對(duì)次生鹽漬化菜田土壤的除鹽效果，結(jié)果表明5種C₄作物經(jīng)53 d的種植，土壤中各鹽基離子大幅降低，表層土壤鹽分都能降低20.7%以上；其中甜玉米除鹽效果最好，為46.6%，甜高粱次之，這一研究結(jié)果與已有的研究結(jié)果基本相同，同時(shí)說(shuō)明生物除鹽對(duì)次生鹽漬化菜田土壤的改良是可行的。

土壤中的K⁺/Na⁺比這一參數(shù)對(duì)鹽堿地作物的生長(zhǎng)十分重要，且絕大多數(shù)鹽堿地都存在K⁺/Na⁺比值過(guò)小的現(xiàn)象。特別是多年過(guò)量施用雞糞的土壤，土壤中Na⁺大量存在，導(dǎo)致植物體中K⁺、Na⁺平衡和正常代謝受到破壞，植物細(xì)胞膜透性增加，體內(nèi)是K⁺外流，致使農(nóng)作物產(chǎn)量下降。增加土壤溶液中K⁺/Na⁺比，可緩和K⁺、Na⁺平衡，促進(jìn)當(dāng)季及下茬植物體內(nèi)K⁺、Na⁺平衡，維護(hù)植物的正常代謝，實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量的提高。種植上述5種C₄作物后，土壤的K⁺/Na⁺比都有增加，其中甜玉米處理增幅最大，其次是墨玉米處理，蘇丹草處理的增幅不顯著，這一結(jié)果也說(shuō)明生物除鹽對(duì)次生鹽漬化菜田土壤的改良是可行的，但同時(shí)也表明生物除鹽時(shí)的植物選擇對(duì)改良的效果非常重要。

筆者所分析土壤中各種鹽分時(shí)所選擇的土壤層為0～20 cm，是基于多數(shù)作物70%～80%的根系都分布于此層，分析此層的情況對(duì)于目標(biāo)作物的生長(zhǎng)意義重大。研究所設(shè)計(jì)的種植密度是在本地已有的試驗(yàn)結(jié)果中優(yōu)選的，所選的除鹽植物中墨西哥玉米和高丹草對(duì)改良蔬菜土壤次生鹽漬化鮮有報(bào)道；特別是研究發(fā)現(xiàn)了常規(guī)密度種植甜玉米也具有良好的除鹽效果，這對(duì)改良次生鹽漬化土壤具有重要現(xiàn)實(shí)意義，也促進(jìn)了以后該技術(shù)向農(nóng)民的推廣。研究所選作物綠肥和牧草皆可，最終還田為有機(jī)肥，可改善土壤質(zhì)地，增強(qiáng)土壤保肥供肥能力，減少化肥投入，對(duì)構(gòu)建蔬菜土壤次生鹽漬化的循環(huán)系統(tǒng)也具重要現(xiàn)實(shí)意義。筆者發(fā)現(xiàn)墨西哥玉米具除鹽效果好、產(chǎn)量高、養(yǎng)分高之特點(diǎn)，也利于今后的推廣。關(guān)于對(duì)所試的C₄作物作為綠肥還田后改良土質(zhì)及土壤改良后種植后茬作物產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的研究有待下一步展開(kāi)。

種植甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱、高丹草、蘇丹草可在較短的時(shí)間內(nèi)降低土壤鹽分，可作為改良菜田土壤次生鹽漬化的重要技術(shù)措施；甜玉米、墨西哥玉米、甜高粱位可作為改良菜田土壤次生鹽漬化的優(yōu)選除鹽作物。