不同綠肥品種提升灘涂生地土壤養(yǎng)分及酶活性效應(yīng)的比較

朱小梅 王建紅 溫祝桂

摘要：采用田間試驗研究綠肥對灘涂生地土壤的改良作用。通過種植豆科綠肥田菁、決明和沙打旺，研究不同生長季灘涂生地土壤基本理化性狀、水溶性鹽離子總量、鉀鈉鈣鎂養(yǎng)分結(jié)構(gòu)及酶活性的變化。結(jié)果表明，與對照相比，種植綠肥使土壤容重降低，總孔隙度增加;土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷含量分別增加0.7～3.0 g/kg、0.9～8.3 mg/kg、0.9～4.4 mg/kg;種植田菁顯著降低土壤全鈣、全鈉、全鎂及水溶性鹽離子總量;種植田菁、沙打旺可使土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性較對照提高27.8%～246.9%。相關(guān)分析結(jié)果表明，土壤脲酶、磷酸酶活性與有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，與全鈣含量之間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系;土壤蔗糖酶活性與堿解氮含量、土壤過氧化氫酶活性與有效鉀含量之間均存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。表明種植豆科綠肥田菁、沙打旺可明顯改善灘涂生地土壤質(zhì)地、養(yǎng)分結(jié)構(gòu)與酶活性。

關(guān)鍵詞：綠肥;灘涂土壤;養(yǎng)分;酶活性

我國海岸線綿長，灘涂面積較大，而江蘇是沿海灘涂面積最大的省份，約占全國灘涂總面積的1/4，且每年還以0.13萬hm2的速度向東淤進(jìn)，這一廣袤的灘涂資源是我國東部地區(qū)最具潛力、最有價值的土地后備資源[1]。但沿海灘涂土壤具有高鹽分、低養(yǎng)分、高礦化度地下水和地表淡水資源缺乏等特點，一般作物難以生長。通過不同的土壤改良培肥措施合理開發(fā)利用灘涂生地資源對擴(kuò)大我國的耕地面積，保障國家糧食安全具有重要作用[2-3]。

綠肥是我國傳統(tǒng)的有機(jī)肥源，其種植利用在各地有悠久的歷史。種植綠肥對增加有機(jī)肥的來源，培肥耕地地力，控制和降低化肥用量，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)具有重要作用[4-5]。近年來，國際社會對糧食安全和環(huán)境生態(tài)問題日益重視，探求農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路已成為當(dāng)前政府和科學(xué)界普遍關(guān)注的焦點。目前，有關(guān)綠肥的研究大多集中在綠肥種質(zhì)資源篩選與評價、綠肥輪作制度及綠肥綜合利用方式等方面，而對生地綠肥改良方面的系統(tǒng)研究不多[5-8]。隨著沿海地區(qū)灘涂資源開發(fā)利用步伐的加快，通過擴(kuò)大種植耐鹽綠肥的面積這一生物措施改良灘涂生地重新引起廣泛關(guān)注。在灘涂生地上種植具有一定耐鹽能力的豆科綠肥，利用其根瘤固氮作用，增加土壤養(yǎng)分含量，改善土壤肥力狀況是當(dāng)前生地土壤改良的有效途徑之一。筆者通過田間試驗，從灘涂生地土壤養(yǎng)分狀況、相關(guān)酶活性等方面研究種植田菁、決明、沙打旺3種豆科綠肥對灘涂生地的改良效果，以期為沿海灘涂生地的改良利用提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2016年4—11月在江蘇省鹽城市灘涂農(nóng)業(yè)示范基地金海農(nóng)場進(jìn)行，地理位置為32°59′N、120°49′E。供試土壤為輕質(zhì)沙壤（基本農(nóng)化性狀見表1），綠肥品種為沙打旺、決明、田菁。試驗共設(shè)置4個處理，分別為種植沙打旺、決明、田菁以及對照（裸地）。每個處理重復(fù)3次，小區(qū)面積12.0 m2，共12個小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列。2016年4月20日播種，10月30日收獲綠肥地上部分。分別于2016年4月15日（播種前）、7月20日（旺長期）、11月1日（收獲期）采集各小區(qū)0～20 cm土層土壤樣品，每個試驗小區(qū)取多點混合土樣，并同時采集0～20 cm環(huán)刀樣品進(jìn)行土壤容重和孔隙度測定。采集的鮮土用四分法取一部分用于測定土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶、過氧化氫酶活性，其余土壤樣品風(fēng)干后用于測定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、堿解氮含量、速效磷含量、有效鉀含量、水溶性鹽離子總量及全鉀、全鈉、全鈣、全鎂含量等。

1.2 測定項目和方法

土壤容重、孔隙度采用環(huán)刀法測定;水溶性鹽離子總量采用殘渣烘干-質(zhì)量法測定;pH值采用電位法測定;有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定;堿解氮含量采用堿解-擴(kuò)散法測定;速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定;有效鉀含量采用醋酸銨浸提-原子吸收分光光度法測定測定;土壤全量鉀、鈉、鈣、鎂含量采用硝酸-高氯酸消煮，原子吸收分光光度法測定[9]。土壤脲酶活性采用苯酚鈉比色法測定，磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀滴定法測定[10]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同綠肥品種對灘涂生地土壤基本理化性狀的影響

2.1.1 不同綠肥品種對灘涂生地土壤物理性狀的影響 從表2可以看出，旺長期與收獲期的土壤容重均小于綠肥種植前（1.49 g/cm3），且總體表現(xiàn)為收獲期小于旺長期，表明種植綠肥可明顯降低土壤容重。與對照相比，種植田菁、沙打旺、決明使土壤孔隙度增加0.8%～10.0%，且以田菁、沙打旺效果較顯著。這是因為綠肥作物根系及一定數(shù)量的枯葉落在地上，經(jīng)腐爛分解后促進(jìn)了土壤耕層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成和鞏固，使得土壤容重降低，孔隙度增加，物理結(jié)構(gòu)得以改善。

2.1.2 不同綠肥品種對灘涂生地土壤基本農(nóng)化性狀的影響 從表3可以看出，旺長期種植綠肥的土壤pH值高于對照，收獲期pH值總體有所降低，且以田菁處理變化最大。種植綠肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量，且旺長期與收獲期表現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，其高低次序分別為沙打旺>田 菁> 決明>對照。與對照相比，種植沙打旺、田菁對提升土壤堿解氮、速效磷含量效果顯著，升幅為9.07%～34.65%。旺長期土壤有機(jī)質(zhì)含量明顯低于收獲期，可能原因有（1）旺長期的高溫高濕，加速了有機(jī)質(zhì)的分解;（2）旺長期植物生長旺盛，為滿足植物生長需求，有機(jī)質(zhì)被分解利用的速度加快。旺長期種植綠肥的土壤有效鉀含量與對照間差異不顯著，收獲期種植綠肥的土壤有效鉀含量較對照明顯降低，且田菁、沙打旺處理與對照差異顯著，降幅分別為9.3%和19.6%。

2.2 不同綠肥品種對灘涂生地土壤全鉀、全鈉、全鈣、全鎂含量的影響

從表4可以看出，種植綠肥明顯降低了土壤中全鉀含量，旺長期、收獲期全鉀含量均以種植決明處理最低，與對照相比，降幅分別為34.0%、13.5%。總體來看，土壤全鈣含量表現(xiàn)為決明>對照>田菁>沙打旺，種植沙打旺、田菁土壤中全鈣含量與對照相比顯著降低，降幅為6.7%～14.7%，而種植決明土壤的全鈣含量明顯高于對照，這可能與決明根系對鈣的活化利用能力較弱有關(guān)。與對照相比，種植田菁同時顯著降低了土壤中的全鈉、全鎂含量，由于田菁具有較強(qiáng)的耐鹽性及較大的生物量，其對灘涂生地土壤鈉、鎂的活化與吸收利用顯著高于其他綠肥作物。

2.3 不同綠肥品種對灘涂生地土壤水溶性鹽離子總量的影響

從圖1可以看出，旺長期土壤鹽離子總量為1.44～1.85 g/kg，收獲期土壤鹽離子總量為1.66～2.28 g/kg，鹽離子總量整體表現(xiàn)為收獲期高于旺長期，可能是由于旺長期降水比較集中，0～20 cm土層的鹽離子易隨自然降水淋溶到底層土壤。種植沙打旺、田菁顯著降低了土壤中水溶性鹽離子總量，降幅為18.6%～27.2%，可能原因有（1）田菁與沙打旺均為耐鹽性較強(qiáng)的草本植物，在有一定鹽分的土壤中生長旺盛，地表植被覆蓋率高，從而有效抑制了地面蒸騰導(dǎo)致的底層鹽離子隨土壤毛細(xì)管上升而在地表聚集;（2）植物生長本身需吸收大量的養(yǎng)分。決明耐鹽性不強(qiáng)，灘涂土壤鹽離子間的拮抗作用影響了其對必需養(yǎng)分的吸收利用，從而導(dǎo)致了其對根際土壤鹽離子的累積。

2.4 不同綠肥品種對灘涂生地土壤酶活性的影響

土壤酶是土壤的組成成分之一，是土壤生物化學(xué)過程的積極參與者，也是物質(zhì)生態(tài)循環(huán)和能量流動中表現(xiàn)最活躍的物質(zhì)之一，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中具有重要作用。從表5可以看出，種植綠肥可有效提高土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性，且呈現(xiàn)出沙打旺>田菁>決明>對照的規(guī)律性變化，與對照相比，種植沙打旺、田菁可使土壤中脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性分別提高49.1%～126.4%、116.3%～246.9%、27.8%～476%。種植田菁、決明、沙打旺后土壤過氧化氫酶活性與對照相比顯著降低8.2%～47.6%。對比2次取樣的酶活性，均表現(xiàn)為旺長期高于收獲期，這可能與植物根系活力、土壤溫度、土壤水分含量等環(huán)境因素均有著密切關(guān)系。

2.5 灘涂生地土壤養(yǎng)分與酶活性的關(guān)系

從表6可以看出，土壤脲酶、磷酸酶活性與有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，與全鈣含量之間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤蔗糖酶活性與pH值、堿解氮含量之間存在極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤過氧化氫酶活性與有機(jī)質(zhì)、速效磷含量間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與有效鉀含量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤全鉀、全鈉、全鎂含量與幾種酶之間無顯著相關(guān)性。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同綠肥品種對灘涂生地土壤基本理化性狀的影響

速效養(yǎng)分是指當(dāng)季作物能夠直接吸收利用的土壤養(yǎng)分，其對植物早期的生長發(fā)育起著重要的作用。目前，有關(guān)田菁、紫花苜蓿、草木樨等綠肥牧草改良利用鹽堿生地、酸化土壤等的研究均表明，種植綠肥可顯著增加土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷等速效養(yǎng)分含量[11-12]。本試驗中種植田菁、沙打旺對土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷的改良效果與前人研究結(jié)果基本一致，但種植決明后的堿解氮含量較種植前卻有所降低，原因可能是決明本身的耐鹽性不強(qiáng)，在鹽分含量為2.0‰左右的灘涂生地種植抑制了其根瘤形成及固氮作用，使其更多地通過吸收土壤中的氮素來滿足自身養(yǎng)分的需求。謝文軍等研究表明，種植田菁、紫花苜蓿等可明顯增加土壤速效鉀含量[13-14];林年豐等研究則表明，種植俄羅斯黃花草木樨后土壤速效鉀含量明顯下降[11]。本研究中種植田菁、沙打旺、決明后收獲期土壤中的有效鉀含量較種植前的129.5 mg/kg降低22.8%～37.0%，這可能與種植期間不施肥及綠肥自身旺盛生長對速效鉀的消耗等有關(guān)。

3.2 不同綠肥品種對灘涂生地土壤全鉀、全鈉、全鈣、全鎂含量及水溶性鹽離子總量的影響

一般來說，土壤表層的鹽分和營養(yǎng)元素變化取決于2個方面，一方面是與其上著生的植被交換，另一方面是與其下層土壤交換。土壤鉀是植物生長發(fā)育不可缺少的大量元素，同時也是一種易移動的元素，鉀的淋失是其利用效率低的一個重要因素。研究表明，植被的生長可以顯著降低土壤鉀的淋失[15]。本試驗中種植綠肥后土壤全鉀含量較種植前降低，且均以種植決明土壤最低，是否與鹽分抑制了決明根系的發(fā)育與生長，使其根際土壤對鉀的吸持能力減弱，從而大幅降低了土壤全鉀含量有關(guān)還有待進(jìn)一步研究。

總體來看，灘涂生地土壤中全鉀、全鈉、全鎂、全鈣含量在種植田菁、沙打旺、決明后都有不同程度的降低，以土壤中的全鈉含量降低最多，降幅達(dá)25.7%～88.7%，這從另一個側(cè)面表明綠肥的種植灘涂生地土壤的養(yǎng)分結(jié)構(gòu)有一定的改良作用，且以田菁、沙打旺效果較明顯。這與范亞文等對黃花草木樨、星星草等改良鹽堿土的研究結(jié)論[15-16]基本一致。

3.3 不同綠肥品種對灘涂生地土壤酶活性的影響

土壤酶來自動物、植物和微生物活體或殘體的分泌和釋放，對土壤中養(yǎng)分的循環(huán)至關(guān)重要，已被作為微生物的活性指標(biāo)和土壤肥力指標(biāo)。本研究中種植綠肥后土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性均較對照有明顯提高，且以田菁、沙打旺效果較顯著。這與前人得出的綠肥在大多情況下可激活土壤酶活性的研究結(jié)論[17]相吻合。在相關(guān)性研究方面，本研究中土壤脲酶、磷酸酶活性與土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量之間呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與相關(guān)研究結(jié)果[18-20]一致。葉協(xié)鋒等的研究顯示，土壤過氧化氫酶活性與速效磷、有效鉀含量之間呈顯著負(fù)相關(guān)，與堿解氮含量相關(guān)性不明顯，但又有研究結(jié)果表明，土壤過氧化氫酶活性與堿解氮、速效磷、有效鉀含量之間均存在顯著正相關(guān)關(guān)系[19-20]。本試驗中，土壤過氧化氫酶活性與速效磷含量、有機(jī)質(zhì)之間呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r= -0.918* *、r=-0.926* *），與有效鉀含量之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（r=0.820*，），與堿解氮含量之間無顯著相關(guān)性，這與前人研究結(jié)果并不完全一致，原因可能與不同植物群落生境、土壤水熱因素等對酶活性的影響有密切關(guān)系。

3.4 結(jié)論

種植田菁、沙打旺、決明可明顯降低土壤容重，增加土壤總孔隙度，且以田菁、沙打旺效果較顯著。收獲期土壤pH值均較對照有所下降，而有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷含量明顯提高，其高低次序分別為沙打旺>田菁>決明>對照。收獲期種植綠肥的土壤有效鉀含量較對照及種植前明顯降低，且田菁、沙打旺處理與對照差異顯著，降幅分別為9.3%、19.6%。

與對照相比，種植綠肥明顯降低了土壤中的全鉀含量，旺長期與收獲期全鉀含量均以種植決明土壤最低。與對照相比，種植沙打旺、田菁顯著降低土壤中的全鈣與水溶性鹽離子總量，降幅分別為6.7%～14.7%、18.6%～27.2%，且種植田菁同時顯著降低了土壤中的全鈉、全鎂含量。

種植沙打旺、田菁、決明可使土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶活性分別提高49.1%～126.4%、116.3%～246.9%、27.8%～47.6%，過氧化氫酶活性降低8.2%～47.6%。本試驗中土壤脲酶、磷酸酶活性與有機(jī)質(zhì)、堿解氮含量之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤蔗糖酶活性與pH值、堿解氮含量之間，過氧化氫酶活性與有效鉀含量之間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。土壤過氧化氫酶活性與有機(jī)質(zhì)、速效磷活性之間，土壤脲酶、磷酸酶與全鈣含量之間均存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

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