范倩玉，李 晉，劉振華，黃春國，楊珍平，高志強

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，山西 太谷 030801； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

土壤鹽堿化是一個世界性難題,全球鹽漬土面積約10億hm2。我國鹽漬土面積約3 460萬hm2,其中，鹽堿化耕地760萬hm2，占耕地總面積的近1/5，原生鹽化型、次生鹽化型和各種堿化型土壤分別占土壤總面積的52%、40%和8%[1]。土壤鹽漬化是指土壤底層或地下水中的鹽分隨毛管水上升到土壤表面或近表面積累的過程[2]。在潛在蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量的干旱和半干旱地區(qū)，鹽是陸地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)乃至當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵制約因素[3]。山西省共有鹽堿土地30.13萬hm2，占全省平川區(qū)總土地面積的9.9%，主要分布在大同、朔州、忻州、晉中、呂梁、臨汾、運城和太原等8個市51個縣[4]。山西省應(yīng)縣位于大同盆地南部，是雁北地區(qū)的一個重度鹽堿縣。土壤鹽堿化影響植株正常生長，甚至造成植株死亡，嚴(yán)重影響農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)[5]，改良鹽堿地迫在眉睫。改良鹽堿地的方法有很多，種植耐鹽植物是其中一個有效措施[6]，鄭普山等[7]研究得出，鹽堿地種植紫花苜蓿可使0～40 cm土壤脫鹽率高達(dá)42.4%，同時還提高了土壤肥力；王文等[8]研究得出，鹽堿地種植白莖鹽生草可以顯著降低土壤全鹽含量和pH值；張陽等[9]研究得出，高粱可以降低鹽堿地電導(dǎo)率和鹽離子含量。油菜是一種耐鹽堿、適應(yīng)性廣的油料作物[10-12]，飼用油菜則兼具飼用和油用2種特點。目前，關(guān)于飼用油菜的研究主要集中在產(chǎn)量品質(zhì)、青貯飼喂、土壤肥力及麥后復(fù)種等方面[13-18]，而有關(guān)鹽堿地改良的研究相對較少。鑒于此，通過在鹽堿地種植飼用油菜，研究油菜對收獲后鹽堿地土壤全鹽、養(yǎng)分及礦質(zhì)元素含量的影響，為有效改良鹽堿地提供可行的新作物，并為拓寬飼用油菜功能提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗田概況

試驗于2018年7月在山西省應(yīng)縣進(jìn)行。應(yīng)縣位于山西省境北部，E 112°58′～113°37′，N 39°17′～39°45′，年均氣溫7 ℃左右，年降雨量360 mm。試驗田總面積1.4 hm2。試驗田土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗田土壤基本理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties of soil in the test field

1.2 油菜品種

供試油菜品種為華油雜62，屬甘藍(lán)型“雙低”優(yōu)質(zhì)雜交油菜品種，芥酸含量0，硫苷含量29.64 μmol/g(餅)，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)國家油菜工程技術(shù)研究中心提供。

1.3 試驗方法

根據(jù)試驗地實際土壤鹽分含量設(shè)高鹽(Hs)、中鹽(Ms)、低鹽(Ls)3個處理。每個處理重復(fù)3次，共計9個小區(qū)，每個小區(qū)面積約1 555 m2，播前機械撒施氮、磷、鉀復(fù)合肥(總養(yǎng)分含量51%，N∶P2O5∶K2O=17∶17∶17)600 kg/hm2，油菜播量為15 kg/hm2。

1.4 土壤樣品和植株樣品采集

2018年7月18日進(jìn)行播前土壤樣品采集，7月19日播種，10月4日(初花期)采集土壤和植株樣品。各小區(qū)按對角線法選擇3個取樣地點，將地上部作物收獲，然后以植株根軸為中心，采用直徑8 cm的螺旋式土鉆，垂直地面獲取0～20 cm土層的土壤樣品，裝入滅菌塑料自封袋，初花期土壤和植株樣品(分為根、莖、葉3部分)用于測定養(yǎng)分含量、pH值、全鹽含量、礦質(zhì)元素含量等指標(biāo)。土壤樣品去除石頭和雜物后，自然風(fēng)干，過直徑1.00、0.15 mm篩備用，進(jìn)行土壤養(yǎng)分含量、pH值、全鹽含量、礦質(zhì)元素含量的測定。

1.5 測定指標(biāo)和方法

1.5.1 土壤和植株養(yǎng)分含量測定 土壤有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定；速效氮含量采用堿解擴散法測定；速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀含量采用火采焰光度計比色法測定。植株氮含量采用H2SO4-H2O2消煮，奈氏比色法測定；磷含量采用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法測定；鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計法測定；有機碳含量采用K2Cr2O7-H2SO4容量法測定[19]。

1.5.2 土壤和植株有效態(tài)礦質(zhì)元素含量測定 土壤和植株Na+、有效Mn、有效Fe、有效B、有效Ca、有效Mg含量由全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(5300-ICP，Perkin Eimer)采用電感耦合等離子體發(fā)射原子光譜法測定。

1.5.3 土壤全鹽含量及pH值測定 土壤全鹽含量采用電導(dǎo)率法測定；土壤pH值采用pH計法(水∶土=2.5∶1)測定[19]。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel(2016)進(jìn)行分析，并用SAS進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽堿條件對飼用油菜植株Na+含量及土壤pH值和全鹽含量的影響

按照土壤鹽漬化分級標(biāo)準(zhǔn)，試驗田土壤全鹽含量在0.5%～1.0%，一般情況下作物生長困難。在低鹽堿土壤中(Ls)飼用油菜出苗整齊，且植株高大健壯，長勢最好；高鹽堿土壤中(Hs)長勢最差，苗少且弱(圖1)。表明飼用油菜具有一定程度的耐鹽堿性。3個處理下，Na+含量在油菜根系中的分布均大于50%，且隨土壤鹽堿程度增加比例升高，而地上部植株中Na+含量分布比例則呈相反趨勢(圖2A)。說明飼用油菜從土壤中吸收的Na+主要富集于根系，其中Ls處理向地上部植株轉(zhuǎn)移量相對較多；隨著鹽堿程度逐漸加重，大量Na+富集在根部(Hs)，造成鹽害，限制了油菜生長發(fā)育。Ls、Ms和Hs 3個處理下，初花期土壤Na+含量與播前相比分別降低68.19%、65.62%和32.31%，pH值和全鹽含量與播前相比也均有所下降，但差異未達(dá)顯著水平(圖2B)。說明飼用油菜對降低鹽堿地土壤Na+含量具有明顯效果。

圖1 不同鹽堿度土壤中飼用油菜生長情況Fig.1 Feed rapeseed growth in soil with different salinity

不同小寫字母表示同一指標(biāo)不同處理差異顯著(P<0.05)，下同Different lowercase letters represent significant differences in the same indicator at different treatments(P<0.05),the same as below

2.2 不同鹽堿條件對飼用油菜植株養(yǎng)分元素含量及土壤養(yǎng)分含量的影響

不同鹽堿度條件下，磷、鉀及有機碳含量在油菜根系中均在50%以上(圖3B、C、D)，Ms、Ls和Hs鹽堿條件下根系中氮含量分別為62.68%、60.38%和47.58%(圖3A)。鹽堿程度高低與根系中氮含量成相反的趨勢。這說明飼用油菜吸收的磷、鉀、有機碳主要儲存在根系當(dāng)中，且鹽堿程度在一定程度上影響了飼用油菜對氮的積累，進(jìn)而影響了其生長。

圖3 不同鹽堿條件下飼用油菜植株氮(A)、磷(B)、鉀(C)、有機碳(D)含量及土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀含量(E)Fig.3 The contents of N(A),P(B),K(C) and organic carbon(D) content in feed rapeseed plants and contents of organic matter,available N,available P and available K(E) under different salinity

與播前相比，Ls、Ms和Hs 3個處理油菜初花期土壤速效磷、速效鉀含量分別增長125.99%、34.72%、62.27%和13.14%、17.94%、44.63%；對速效氮含量

無顯著影響；而有機質(zhì)含量分別降低35.08%、32.12%和44.67%。說明當(dāng)年種植飼用油菜在一定程度上可以提高鹽堿地土壤速效磷和速效鉀含量(圖3E)。

2.3 不同鹽堿條件對飼用油菜植株及土壤有效態(tài)礦質(zhì)元素含量的影響

從飼用油菜中5種有效態(tài)礦質(zhì)元素(圖4A、B、C、D、E)含量分布來看，有效B、Ca、Mg 3種元素在植株中的分布相似，主要存在于根系中；而有效Mn在Ms處理下主要分布于根系中(54.44%)，Ls(54.07%)、Hs(53.15%)處理下則主要分布于地上部植株中；有效Fe在Ms(85.52%)和Ls(85.59%)處理下主要存在于地上部植株中，Hs(57.22%)處理下主要存在于根系。有效Fe作為多種酶的輔基，在植物光合電子傳遞鏈中起著至關(guān)重要的作用。本研究中，隨著鹽堿程度的增加，油菜地上部植株中有效Fe含量逐漸降低，影響了植物的光合作用。因此，這也不難解釋隨著鹽堿程度增加，植株長勢更差的原因。

與播前相比，Ls、Ms和Hs 3個處理油菜初花期土壤有效Fe含量分別升高了37.05%、11.29%和14.39%，而土壤有效B、Ca、Mg、Mn含量呈不同程度降低。有效Mn含量降低了22.99%～79.40%，有效B含量降低了25.89%～41.77%，有效Mg含量降低了3.73%～42.90%，均達(dá)到顯著差異(P<0.05)(Ms處理有效Mg含量除外)，土壤有效Ca含量降低了2.20%～9.14%，未達(dá)到顯著差異(圖4F)。說明種植飼用油菜有利于提高鹽堿地土壤有效Fe含量；但土壤中有效B、Mg、Mn、Ca含量損失較大，尤其是有效B、Mg、Mn，因此鹽堿地土壤種植飼用油菜可適當(dāng)增施B、Mn、Mg肥。

圖4 不同鹽堿條件下飼用油菜植株有效Mn(A)、Fe(B)、B(C)、Ca(D)、Mg(E)含量及土壤有效Mn、Fe、B、Ga、Mg(F)含量Fig.4 The contents of available Mn(A),Fe(B),B(C),Ca(D),Mg(E) in feed rapeseed plants and contents of available Mn,Fe,B,Ga,Mg(F) under different salinity

3 結(jié)論與討論

油菜是耐鹽堿作物[20-21],不僅可以增加土壤有機質(zhì)，提高土壤肥力，還可以促進(jìn)鹽堿地土壤改良,改善土壤環(huán)境[22-23]。飼用油菜能夠在鹽堿地上生長，一是由于其體內(nèi)能夠積累較多的可溶性糖、氨基酸等類似化合物，提高細(xì)胞液濃度，進(jìn)而從土壤溶液濃度較高的鹽堿土壤中吸收水分和養(yǎng)料；二是當(dāng)其植物組織內(nèi)可溶性鹽少量積累時，原生質(zhì)中的蛋白質(zhì)與鹽離子結(jié)合，增加原生質(zhì)的含水量[24]，進(jìn)而降低了鹽堿危害。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，種植飼用油菜可以不同程度降低鹽堿地土壤的Na+含量、全鹽含量及pH值，這是因為油菜生長發(fā)育過程中改善了土壤膠體種類和數(shù)量，減少了土壤膠體對堿性陽離子的吸附作用，從而降低了鹽害[25]。本研究以低鹽(Ls)處理下土壤Na+含量降低幅度最大。其原因可能是該區(qū)植株枝葉繁茂，能迅速覆蓋地表，減少蒸發(fā)，減少土壤水分上升，抑制鹽分上移；也可能是因為飼用油菜根系更易吸收土壤Na+并向莖葉轉(zhuǎn)移富集，詳細(xì)機制尚待進(jìn)一步研究。

土壤養(yǎng)分是指土壤能夠提供植物生活所必需的營養(yǎng)元素，是評價土壤自然肥力的重要因素之一[26]。油菜為十字花科植物，具有活化土壤磷素的作用，同時富含氮、磷、鉀元素，其植物殘體進(jìn)入土壤后，可增加土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分含量[27]。本研究中，與播前土壤相比，種植飼用油菜后3個處理區(qū)土壤速效磷、速效鉀含量明顯提高。這一方面可能是由于飼用油菜生長過程中產(chǎn)生的一些根系分泌物，增加土壤酶活性，活化土壤中的有機物質(zhì)，起到了提高土壤肥力的效果；另一方面，飼用油菜植株形成的大量落葉進(jìn)入土壤后，將吸收的一部分營養(yǎng)元素通過落葉返還到土壤，并通過微生物活動釋放到土壤中，為土壤提供大量優(yōu)質(zhì)綠肥[28]，同時油菜中富含磷、鉀元素，其植株殘體進(jìn)入土壤后，也增加了土壤中速效磷和速效鉀含量。土壤有機質(zhì)可為作物提供生長發(fā)育所需的各種營養(yǎng)成分及能量，其主要來源于植物、動物及微生物殘體。本研究中，與播前土壤相比，種植飼用油菜后，3個處理區(qū)土壤有機質(zhì)含量有所下降，可能是因為油菜生長期間，土壤中有機質(zhì)被分解利用，而油菜形成的落葉進(jìn)入土壤后，轉(zhuǎn)化成的有機質(zhì)少于土壤中分解的有機質(zhì)，從而使土壤有機質(zhì)含量降低，具體原因需進(jìn)一步進(jìn)行研究。

土壤礦質(zhì)元素是植物生長所需的重要元素，它們既影響植物的生長又與其他代謝因子(如水和CO2等)共同作用調(diào)節(jié)植被的組成[29]。本研究中，種植飼用油菜后3個處理土壤有效B、Ca、Mg、Mn含量明顯下降，有效Fe含量呈不同程度的升高，這可能由于隨著土壤pH值的降低，促進(jìn)了Fe元素從難溶態(tài)向可溶態(tài)轉(zhuǎn)化，提高了有效Fe含量。因此，在種植飼用油菜改良鹽堿地時，可適當(dāng)增施B、Ca、Mg、Mn肥，促進(jìn)鹽堿地土壤飼用油菜植株生長健壯，增加土壤有效Fe含量。

綜上所述，鹽堿地種植飼用油菜，提高了土壤肥力和有效Fe含量，且對低鹽處理土壤效果最好。但是，種植飼用油菜會消耗土壤中的B、Ca、Mn、Mg等礦質(zhì)元素。所以，在鹽堿地種植飼用油菜可以在一定程度上起到改良土壤的效果。