胡延濤,王雙銀,樊建瓊,高 健,郭 強(qiáng),趙愛衛(wèi)
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100;2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 陜西 西安 710000)
不同生育期水稻對鹽堿地不同土層土壤理化性質(zhì)的影響
胡延濤1,2,王雙銀1,樊建瓊2,高 健2,郭 強(qiáng)2,趙愛衛(wèi)2
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院, 陜西 楊凌 712100;2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司, 陜西 西安 710000)
通過在鹽堿地種植水稻,采集試驗(yàn)田原裸地時(shí)期與插秧后、分蘗期、孕穗期、成熟期0 cm~20 cm與20 cm~40 cm土層土壤樣品,比較分析了不同生育期水稻對鹽堿地不同土層土壤pH、電導(dǎo)率、質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷及速效鉀含量的影響。結(jié)果表明:種植水稻可緩解土壤鹽漬化,在水稻各生育期0 cm~20 cm與20 cm~40 cm土層土壤pH、電導(dǎo)率均有所降低,土壤中砂粒含量顯著減少,粉粒含量顯著增加;土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀含量也顯著提高。種植水稻可有效改良鹽堿地土壤質(zhì)地,改善土壤養(yǎng)分狀況。
鹽堿地;水稻;生育期;土層;土壤養(yǎng)分
鹽漬土(又稱鹽堿土)是一系列受土體中鹽堿成分作用的、包括各種鹽土和堿土以及其他不同程度鹽化和堿化的各種類型土壤的統(tǒng)稱[1]。土壤鹽漬化在很大程度上會(huì)危害作物的生長發(fā)育,在鹽漬化嚴(yán)重的土地上農(nóng)作物幾乎不能生存,從而導(dǎo)致土地利用率低,阻礙農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。目前,關(guān)于鹽堿地的改良,多集中在東北、華北及濱海鹽堿地區(qū)[2-4],且多數(shù)采用農(nóng)業(yè)措施進(jìn)行改良[5-6],并不能從根本上探究土壤鹽漬化的問題。
我國面臨著耕地面積減少,鹽漬土占地面積大、分布廣的情形,鹽漬土作為潛在耕地的后備資源,存在巨大的開發(fā)潛力。國內(nèi)外大量科學(xué)研究及生產(chǎn)實(shí)踐證明,鹽堿地種植水稻是鹽堿化土地改良利用中最有效的途徑之一[7-8]。探究鹽堿地種植水稻過程中土壤理化性質(zhì)的變化過程,對于合理開發(fā)利用鹽堿地,發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)和恢復(fù)生態(tài)環(huán)境、堅(jiān)守1.2億hm2耕地紅線及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。在鹽堿地種植水稻,以不同土壤層為基礎(chǔ),研究水稻不同生育期對鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響,深入探究水稻種植對土壤鹽漬化的影響機(jī)理,對農(nóng)業(yè)發(fā)展有重要意義,目前這方面的研究還較少。
依據(jù)第二次全國土地調(diào)查,陜西省大荔縣鹽堿地面積為1 445 hm2,占全省鹽堿地面積的9.43%,大面積的土壤鹽漬化已嚴(yán)重阻礙當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn),是全省重點(diǎn)治理區(qū)域。因此,本試驗(yàn)以大荔縣嚴(yán)重鹽漬化的土壤為樣地,通過在鹽堿地種植水稻,分析種植過程中土壤pH、電導(dǎo)率、顆粒組成及養(yǎng)分含量情況,以期全面掌握水稻不同生育期對鹽堿地不同土層土壤理化性質(zhì)的影響,為當(dāng)?shù)佧}堿地的改良提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)樣地約3 hm2,曾作魚塘,因鹽堿化嚴(yán)重,后廢棄,雜草叢生。后經(jīng)除草、排水溝清淤、截水溝開挖、灌排渠修筑、土地平整、翻耕、晾曬等一系列措施后整改為水稻實(shí)驗(yàn)田。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)于2015年4月—10月進(jìn)行。試驗(yàn)田經(jīng)前期整地后,深翻晾曬15 d后刮平、泡田、打漿,5月20日按112.5 kg/hm2撒施復(fù)合肥(N∶P∶K=15∶15∶15),2015年5月30日插秧,水稻品種為‘黃金晴’。水稻返青后,1 hm2采用10%呲蟲啉450 g、18%殺蟲雙4 498 mg和70%甲基托布津1 499 g等藥,綜合防治1遍飛虱、稻苞蟲、紋枯病和稻瘟病等。試驗(yàn)田水稻生育期內(nèi)輔以人工除草,于水稻不同生育期采集土樣。
1.3 樣品采集
試驗(yàn)共采集土樣5次,時(shí)間分別為試驗(yàn)田原裸地時(shí)期(2015年5月27日)、水稻插秧后(2015年6月2日)、水稻分蘗期(2015年6月25日)、水稻孕穗期(2015年9月8日)和水稻成熟期(2015年10月11日)。試驗(yàn)田按S形分別采集0 cm~20 cm、20 cm~40 cm土層土樣,共48個(gè)土樣,每個(gè)代表土樣由5~10個(gè)樣點(diǎn)混合而成,取混合樣土1 kg左右,用四分法去除多余的土壤,風(fēng)干后測定土壤指標(biāo)。
1.4 測定指標(biāo)與方法
土壤有機(jī)質(zhì)測定采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)[9];土壤pH采用電位法測定;土壤電導(dǎo)率采用測定土壤水溶性鹽法測定[9];顆粒組成(質(zhì)地)采用激光顆粒分析儀法測定;全氮含量采用半微量凱氏法測定;土壤有效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3法測定;土壤速效鉀含量采用火焰光度法測定[9]。
1.5 數(shù)據(jù)處理與分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007處理與分析,SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析和差異性檢驗(yàn)。
2.1 不同生育期水稻對鹽堿地土壤pH和電導(dǎo)率的影響
土壤酸堿度和含鹽量是鹽堿地土壤區(qū)別于其它類型土壤的兩項(xiàng)指示性指標(biāo),也是影響該地區(qū)植物生長的最重要的障礙性指標(biāo)[10],土壤電導(dǎo)率與土壤鹽分含量之間關(guān)系密切,常被作為反映土壤鹽分含量的指標(biāo),一般電導(dǎo)率與鹽分含量成線性關(guān)系,電導(dǎo)率越高,鹽分含量越高,反之亦然[11]。表1結(jié)果表明,在0 cm~20 cm與20 cm~40 cm土層中土壤pH均表現(xiàn)為原裸地>插秧后>孕穗期>成熟期>分蘗期的趨勢。與原裸地相比,在0 cm~20 cm土層中插秧后、分蘗期、孕穗期和成熟期土壤pH值分別顯著降低了3.33%、11.24%、3.67%和6.65%(α<0.05);在20 cm~40 cm土層中插秧后、分蘗期、孕穗期和成熟期土壤pH值分別降低了0.24%、8.64%、0.36%和4.26%,其中分蘗期與成熟期達(dá)顯著水平(α<0.05),說明土壤pH在不同土層中隨著水稻生長總體呈降低的趨勢,0 cm~20 cm土層較20 cm~40 cm土層土壤pH值對種植水稻敏感性更強(qiáng)。
土壤電導(dǎo)率在0 cm~20 cm土層中呈現(xiàn)原裸地>插秧后>孕穗期>成熟期>分蘗期的趨勢,土壤電導(dǎo)率隨著水稻的生長而降低,除插秧后,其他生育期均達(dá)到顯著水平(α<0.05);在20 cm~40 cm土層中表現(xiàn)為原裸地>分蘗期>插秧后=成熟期>孕穗期,呈波動(dòng)式下降的趨勢,僅在孕穗期顯著下降。水稻成熟之后,較原裸地0 cm~20 cm土層土壤電導(dǎo)率降低22.10%,20 cm~40 cm土層則降低14.77%,說明土壤電導(dǎo)率在0 cm~20 cm與20 cm~40 cm土層對種植水稻均比較敏感,即種植水稻能有效降低土壤電導(dǎo)率。
表1 不同生育期水稻對鹽堿地土壤pH、電導(dǎo)率的影響
注:同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。
2.2 不同生育期水稻對鹽堿地土壤質(zhì)地的影響
土壤質(zhì)地及顆粒含量極大地影響了土壤的水土流失狀況[12],土壤中黏粉粒含量是影響土壤養(yǎng)分貯存狀況和能力的決定性因素之一[13]。表2結(jié)果表明,隨著水稻的生長,與原裸地相比,水稻各生育期黏粒含量均有所提高,但差異不顯著;粉粒含量明顯提高,水稻各生育期差異顯著(α<0.05);與此同時(shí),砂粒含量明顯降低,水稻各生育期也都差異顯著(α<0.05),表明隨著水稻的生長,黏粒含量較為穩(wěn)定,粉粒含量顯著提高,砂粒含量顯著降低,尤其是成熟期。
表2 不同生育期水稻對鹽堿地土壤質(zhì)地的影響
注:同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。
2.3 不同生育期水稻對鹽堿地土壤養(yǎng)分含量的影響
土壤有機(jī)質(zhì)是形成土壤理化性狀的基礎(chǔ),是聯(lián)系成土過程中生物要素與土壤發(fā)生、演化的紐帶[14],是土壤肥力的一個(gè)重要方面,也是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)之一[15]。氮、磷、鉀是作物生長必需的三要素[16],直接影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)[17]。表3結(jié)果表明,在0 cm~20 cm土層中,土壤有機(jī)質(zhì)含量在水稻插秧后、分蘗期、孕穗期和成熟期較原裸地分別顯著提高了55.85%、39.16%、38.71%與50.28%(α<0.05);在20 cm~40 cm土層中,較原裸地,插秧后、分蘗期、孕穗期和成熟期分別提高了55.67%、31.91%、20.92%和57.92%,僅插秧后和成熟期差異顯著(α<0.05),土壤有機(jī)質(zhì)在不同土層均呈波動(dòng)式增長。土壤全N含量在不同土層中和有機(jī)質(zhì)含量有著相同的變化趨勢,即表現(xiàn)為波動(dòng)式增長趨勢,較原裸地水稻成熟后在0 cm~20 cm土層提高了12.35%,在20 cm~40 cm土層提高了57.14%,在水稻各生育期均達(dá)到顯著水平(α<0.05)。
表3結(jié)果還表明,試驗(yàn)田土壤速效P在0 cm~20 cm與20 cm~40 cm土層中表現(xiàn)出相同的趨勢,即原裸地<成熟期<孕穗期<分蘗期<插秧后,差異顯著(α<0.05);土壤速效K在0 cm~20 cm與20 cm~40 cm土層中也表現(xiàn)出相同的趨勢,即原裸地<孕穗期<成熟期<分蘗期<插秧后,差異顯著(α<0.05)。土壤速效P與速效K總體均呈波動(dòng)式增長,較原裸地,在插秧后增長幅度都最大,說明鹽堿地土壤速效P和速效K對種植水稻響應(yīng)迅速、響應(yīng)較大。
本研究表明,鹽堿地種植水稻能顯著降低0 cm~20 cm、20 cm~40 cm土層土壤的pH。這可能是因?yàn)殡S著水稻的生長,水稻根系分泌離子、有機(jī)酸、氨基酸等物質(zhì)來降低土壤pH,孕穗期和成熟期土壤磷素的減少誘導(dǎo)根系分泌更多的H+和檸檬酸等有機(jī)酸及螯合物質(zhì),導(dǎo)致根際土壤進(jìn)一步酸化[16,18]。水稻成熟后,土壤pH呈現(xiàn)0 cm~20 cm土層降低幅度高于20 cm~40 cm土層,可能是因?yàn)樗靖抵饕植荚? cm~20 cm土層,0 cm~10 cm表層占80%以上,20 cm以下土壤中就更少[19]。
表3 不同生育期水稻對鹽堿地土壤養(yǎng)分含量的影響
注:同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。
研究表明,鹽堿地種植水稻也能顯著降低0 cm~20 cm、20 cm~40 cm土層土壤電導(dǎo)率。從插秧后到分蘗期、孕穗期到成熟期下降幅度均較大,可能是因?yàn)樗镜臓I養(yǎng)生長和生殖生長均對離子需求量較大,0 cm~20 cm土層較20 cm~40 cm土層明顯,也可能是水稻根系主要分布在0 cm~20 cm土層[19],導(dǎo)致0 cm~20 cm土層土壤電導(dǎo)率較為敏感。
試驗(yàn)田種植水稻后,與原裸地相比,土壤黏粒含量較為穩(wěn)定,粉粒含量顯著提高,砂粒含量顯著減少。這可能是因?yàn)樗靖祵ν寥赖淖饔?,水稻根系和土壤交互作用形成?土界面特定的微生態(tài)環(huán)境,活根為土壤提供分泌物,死根提供有機(jī)質(zhì),土壤以此作為土壤團(tuán)粒的膠結(jié)劑,同時(shí)配合須根的穿插擠壓和纏繞的作用,從而增加了土壤的孔隙度,改善了土壤的物理結(jié)構(gòu),優(yōu)化了土壤質(zhì)地,使土壤粉粒含量顯著提高,砂粒含量顯著減少,合理的土壤顆粒組成能避免或減少土壤耕作層的沙化及流失,提高土壤的抗侵蝕性能[20]。
有機(jī)質(zhì)是土壤質(zhì)量與功能的核心,在改善土壤結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)根區(qū)水、肥、氣、熱關(guān)系,穩(wěn)定植物養(yǎng)分供應(yīng)等方面有著極為重要的作用,是反映土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[21]。研究表明,種植水稻后土壤有機(jī)質(zhì)含量顯著提高。一方面插秧前對試驗(yàn)田進(jìn)行了除草、翻耕,翻耕增大了土壤孔隙度,土壤呼吸作用強(qiáng),改善了土壤的水、氣、熱狀況,增加了土壤微生物數(shù)量,加強(qiáng)了酶的代謝活動(dòng),促進(jìn)了雜草殘?bào)w及其凋落物分解,形成有機(jī)酸、無機(jī)酸及其酚類物質(zhì),使有機(jī)質(zhì)含量升高[21];另一方面隨著水稻的生長發(fā)育,水稻落葉及根系的分泌物、降解物增加,土壤pH、電導(dǎo)率降低,微生物與酶代謝活動(dòng)進(jìn)一步加強(qiáng),同時(shí)水稻根系保證了土壤的穩(wěn)定性,防止了土壤水分與養(yǎng)分的流失,使有機(jī)質(zhì)含量在水稻各生育期相對穩(wěn)定。
磷素與鉀素的豐缺以及動(dòng)態(tài)變化,直接影響水稻的生長發(fā)育狀況[16,22],較高的磷水平能增強(qiáng)雜交水稻根系活力并保持較長時(shí)間,極大地促進(jìn)雜交水稻根系的生長發(fā)育和植株干重的增加。近根土層中保持較高的速效鉀水平,才能保證植株吸收較充足的鉀,維持細(xì)胞組織中較高的鉀濃度,有利于植株生長發(fā)育[23]。研究表明,種植水稻后,土壤速效P與速效K含量均顯著提高??赡苁且?yàn)殡S著水稻生長,電導(dǎo)率降低,水稻植株的根系活力上升[24],導(dǎo)致根系分泌物增多,水稻根系分泌物中離子、有機(jī)酸、氨基酸、維生素、酶和植物生長調(diào)節(jié)劑等物質(zhì)為植物根際微生物的生長和繁殖提供了充足的營養(yǎng)和能源,可以促進(jìn)土壤中有機(jī)化合物的分解和礦化作用,提高土壤中有效養(yǎng)分的含量。在插秧后試驗(yàn)田土壤速效P與速效K含量急劇上升,是因?yàn)榉痔Y期以營養(yǎng)生長為主,孕穗期是營養(yǎng)生長和生殖生長的并進(jìn)期,水稻對P、K的吸收也主要集中在分蘗盛期到孕穗期之間,故土壤速效P與速效K在分蘗期、孕穗期和成熟期較插秧后在0 cm~20 cm土層顯著降低。本研究與王軍在松嫩平原西部的研究結(jié)論相同,鹽堿地向新增耕地轉(zhuǎn)化,在土壤理化性質(zhì)層面是鹽漬化指標(biāo)降低、肥力指標(biāo)升高的過程[2]。
(1) 鹽堿地種植水稻可使0 cm~20 cm、20 cm~40 cm土層土壤pH、電導(dǎo)率均有所降低,緩解土壤鹽漬化。
(2) 鹽堿地種植水稻可有效改良土壤質(zhì)地,使砂粒含量顯著減少,粉粒含量顯著增加。
(3) 鹽堿地種植水稻可提高0 cm~20 cm、20 cm~40 cm土層土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀含量,改善土壤養(yǎng)分狀況。
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Effects of Rice at Different Growth Stages on Soil Physical and Chemical Properties of Different Layers of Saline-alkali Soil
HU Yantao1,2, WANG Shuangyin1, FAN Jianqiong2, GAO Jian2, GUO Qiang2, ZHAO Aiwei2
(1.CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.ShaanxiProvincialLandEngineeringConstructionGroupCo.,Ltd.,Xi'an,Shaanxi710000,China)
In this study rice was planted in saline-alkali soil. Then we collected soil samples at 0~20 cm and 20~40 cm soil layers at the experimental site at the periods of original bare land, after transplanting, tillering stage, booting stage, and ripening stage. The different effects of rice growth on soil physical and chemical properties were analyzed which are pH, electrical conductivity, texture, organic matter, total nitrogen, available phosphorus, and potassium content of the saline alkali soil. The results showed that rice growth could alleviate soil salinity. The values of pH and electrical conductivity of 0~20 cm and 20~40 cm soil layers decreased at different periods of rice growth. The soil sand content decreased, while silt content increased significantly. The values of soil organic matter, total nitrogen, available phosphorus, and available potassium content also increased significantly. Generally, rice growth could effectively improve the texture of saline-alkali soil and ameliorate soil nutrient status.
saline alkali soil; rice; growth stage; soil layer; soil nutrient
10.3969/j.issn.1672-1144.2017.04.017
2017-04-10
2017-05-11
陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)大荔縣鹽堿地工程-生物綜合改良效果研究課題
胡延濤(1983—),男,河南平頂山人,工程師,主要從事土地整治項(xiàng)目的實(shí)施與相關(guān)研究。E-mail:254410261@qq.com
王雙銀(1969—),男,甘肅鎮(zhèn)原人,副教授,主要從事水文與水資源方面的教學(xué)與研究工作。E-mail:wshy0806@nwsuaf.edu.cn
S511
A
1672—1144(2017)04—0091—05