滨海盐渍土是一种近代浅海沉积物,它是由河流的搬运作用与海水的顶托和浸渍作用以及洋流、潮汐、海浪等因素共同作用下形成的。在成土过程中,土壤中已含有可溶性盐分达4~30g/kg。在自然作用下,由于水下沉积体的逐渐升高,大气降水的淋洗,土体逐渐脱盐,耐盐植物便逐渐繁殖(朱庭芸,1985)。我国是世界上滨海盐渍土分布最为广泛的国家之一。主要分布在辽、冀、鲁、苏、浙、闽、粤等沿海一带。滨海盐土的垦殖利用已有千年以上的历史,劳动人民创造了丰富的改良经验。苏北于756年已开始修筑海堤进行滨海盐土的垦殖。天津塘沽地区在300年前就在盐渍土上开渠引水种稻。新中国成立以来,加速了滨海盐渍土的改良利用,在1950至1985年期间,我国曾大力实施黄河下游、淮河及海河等流域的综合治理,已在挖掘数千千米骨干渠的基础上,使其灌排工程配套的面积已达1800万,现已成为高产稳产的肥沃良田。当今,滨海盐渍土仍是发展我国农牧业生产的一项重要自然资源。但它的盐碱含量高,危害植物,阻碍农业牧业的发展。
滨海盐渍化土壤中交换性钠使胶体分散,土壤结构遭到破坏。由此造成的粘闭状态,使土壤渗透性减小,阻碍灌溉水和雨水的进入,致使排水不良。在质地细的土壤中,土粒分散造成土壤紧实,通气性大大降低,形成了嫌气条件,从而产生对植物有毒的还原性化合物。
于1989~2000年在辽宁泥质海岸盐渍化土壤上做了如下土壤改良和工程造林配套技术试验。
土壤改良试验结果
1.重盐土改良
试验地位于辽宁大洼县三角洲南部双台河口与辽河口之间,为潮水经常浸没的盐荒地,南临渤海。为阻挡渤海大潮,在北起清水、南至二界河,修筑了26km的拦海防潮堤,该堤由滨海潮滩土筑成。大坝土壤为滨海潮滩盐土,土壤质地为粘壤质,结构不良,土壤坚实,渗透性差,容重大,孔隙度小,剖面层次不明显,有机质为0.7%~1.0%,pH 8.3~9。我们对大坝造林试验地点10km长地段,做土壤盐分取样分析,结果如表5-49。试验地土壤离子状况如表550。
表5-49 大坝土壤含盐量
取样地点
8km
9km
10km
11km
12km
13km
14km
15km
16km
17km
18km
土壤含盐量(g/kg)(0~40cm)
8.340
8.812
7.480
6.911
5.761
8.350
14.914
9.136
11.123
12.426
10.060
表5-50 试验地土壤盐离子状况
土层(cm)
全盐(g/kg)
盐离子组成(毫克当量/100g克土)
pH
0~40
9.471
0.08
0.0063
11.97
3.51
0.028
0.704
14.836
8.42
大坝平均土壤含盐量为9.390g/kg,坝顶土壤含盐量为9.72g/kg,坝下为5.7g/kg。土壤含水量14%~25%。
土壤改良试验,在拦海防潮堤上栽植中国柽柳、枸杞、沙枣、沙棘、杠柳、紫穗槐6个造林树种,每个树种有4个处理:① 造林穴内客土;② 造林穴内放稻壳;③ 造林穴内放稻乱;④ 造林穴内覆地膜;另设对照区,随机区组设计,3次重复,共布置90个小区,试验面积0.67,1989年9月14日调查造林成活率,列入表5-51。
表5-51 重盐土土壤改良措施造林成活率
树种
造林成活率(%)
客土
稻壳
稻乱
地膜
对照
柽柳
77.5
80
92.5
97.5
62.5
杠柳
0
0
0
0
0
沙棘
15
0
0
5
0
沙枣
0
0
0
0
0
枸杞
0
0
0
20
0
紫穗槐
0
0
0
0
0
重盐土构成的大坝上,经过土壤改良措施,只有柽柳各处理成活率平均达86.9%,平均高0.65m,根径0.67cm,4个处理以覆地膜效果最佳,成活率97.5%,比对照高35%,1992年10月调查柽柳保存率达85%,已郁闭成林,平均树高达1.63m,平均地径1.56cm,枸杞有少量成活,杠柳、沙枣、紫穗槐无一株成活。
大堤重盐土通过栽植柽柳,土壤得到改善:
(1)降盐抑碱。
柽柳防护林对土壤全盐量降低及盐分稳定性均有一定作用,从表552可以看出,9年生林分全盐量比造林前0~10cm土层降低80.1%,10~30cm层降低64.5%,30~50cm层降低53.5%,50~70cm层降低38.8%,70~100cm层降低35.55%,0~100cm层降低50.0%。从各年度定位测试结果看出,根系主要分布层(10~70cm)盐分较稳定降低,稳定性最强。
土壤pH是盐碱地土壤性能重要的综合性指标,它是制约树木生长、成活的主要因子,其变化规律在滨海盐渍土改良利用中逐渐为人们所认识,是降盐后而伴随的一个恶化土壤性能因子。在幼林期,土壤的pH上升幅度最大,表层0~50cm达9.0以上。随树木生长期增长郁闭及枯枝落叶层形成,表土层pH呈降低趋势,9年生林比3年生林降低0.8。
(2)盐分离子发生变化。
含量较高对树木产生毒害作用,它随林分年龄增加而呈下降趋势,在较为稳定的波动中下降,成林后土壤中表土层含量最低,随土层加深而其含量提高。
是盐碱地缺乏的一种离子,其含量提高,有助于土壤结构的形成,提高土壤透性。在7年生林中达最高,8年生的林中有所下降,根系层亦是如此,说明盐碱地的循环稳定性还有待进一步研究。
在较为稳定的波动中呈下降趋势,在土层中由表层至下层含量渐提高。
表5-52 柽柳林年度土壤盐分及pH变化情况
成分
土层
测定时间
1989年4月
1991年11月
1992年4月
1992年7月
1995年9月
1996年4月
1996年9月
1997年4月
全盐量(g/kg)
A
9.3
6.9
3.4
5.3
1.9
4.2
1.3
1.8
B
9.3
6.1
4.1
4.9
4.7
4.9
4.6
4.3
C
9.3
7.1
3.2
6.8
6.5
8.3
6.1
6.0
平均
9.3
6.5
3.7
5.5
5.0
5.9
4.7
4.6
pH
A
8.42
9.20
8.80
8.81
8.45
8.70
8.98
8.40
B
8.42
8.80
8.31
8.70
8.34
8.80
9.05
8.89
C
8.42
8.50
8.59
8.50
8.32
8.47
8.75
8.38
平均
8.42
8.75
8.44
8.65
8.35
8.69
8.95
8.69
A
12.152
6.956
4.687
7.296
2.274
5.574
1.004
1.917
B
12.152
8.991
5.762
6.787
5.974
6.778
6.196
5.961
C
12.152
13.913
4.435
9.526
8.843
11.848
8.326
8.670
平均
12.152
9.913
5.252
7.661
6.465
8.178
6.317
6.370
A
0.51
0.179
0.197
0.308
0.149
0.249
0.372
0.182
B
0.51
0.179
0.244
0.287
0.354
0.290
0.287
0.121
C
0.51
0.231
0.187
0.400
0.259
0.351
0.326
0.151
平均
0.51
0.205
0.223
0.323
0.305
0.305
0.308
0.136
A
0.716
1.084
0.30
0.4
0.292
0.284
0.126
0.25
B
0.716
0.258
0.234
0.334
0.708
0.366
0.45
0.366
C
0.716
0.44
0.176
0.25
0.566
0.558
0.658
0.408
平均
0.716
0.4
0.226
0.316
0.626
0.416
0.484
0.366
A
0.03
0.076
0.076
0.116
0.196
0.256
0.126
0.25
B
0.03
0.156
0.136
0.116
0.20
0.27
0.28
0.15
C
0.03
0.210
0.126
0.25
0.486
0.456
0.38
0.25
平均
0.03
0.166
0.136
0.156
0.286
0.326
0.296
0.19
A
11.972
4.859
3.606
4.808
1.732
4.000
0.549
1.276
B
11.972
5.803
4.608
4.808
4.825
5.234
0.456
3.808
C
11.972
7.839
3.414
6.851
7.425
10.00
7.251
6.375
平均
11.972
6.200
4.149
5.423
5.296
6.541
4.975
4.324
A
3.510
5.034
1.09
2.970
0.604
1.794
0.556
0.826
B
3.510
2.682
1.312
2.342
2.020
2.036
1.86
1.834
C
3.510
3.984
1.1014
3.366
2.614
2.904
2.170
2.60
平均
3.510
3.306
1.20
2.712
2.058
2.272
1.768
1.962
A
0.08
0.184
0.106
0.126
0.076
0.246
0.196
0.00
B
0.08
0.08
0.08
0.104
0.086
0.180
0.376
0.270
C
0.08
0.08
0.16
0.054
0.00
0.00
0.350
0.05
平均
0.08
0.09
0.106
0.09
0.06
0.19
0.350
0.176
A
0.007
0.495
0.593
0.407
0.574
0.490
0.589
0.626
B
0.007
0.431
0.525
0.390
0.508
0.454
0.597
0.764
C
0.007
0.415
0.459
0.428
0.456
0.551
0.490
0.551
平均
0.007
0.430
0.511
0.403
0.498
0.485
0.564
0.687
注:A:0~10cm;B:10~70cm;C:70~100cm;各离子单位为毫克当量/100g。
(3)土壤养分增加。
海堤重盐土的养分条件较差,土壤有机质、全N 、全P均较低,速效N、速效P极低。从各年度测定结果(表5-53)看出,有机质呈增长趋势,8年生林分含量最高,9年生林分其平均值虽稍有降低,表层中则呈显著增加。
全N含量增长速度较快,1~4年生幼树林中呈明显增加,8年生成林中有所下降,10~71cm层降至最低,说明林木生长消耗N,然而9年生时土壤表层0~10cm全N显著增长,达最高水平,N循环趋于良性。全P含量在林分成林后显著增加,8年生林分土壤表层呈现最高。
速N含量从幼林期至成林期逐年增加,8年生、9年生时显著高于造林前,分别增长13倍和18倍,最大幅度出现在表层。速效P增加较快,在幼林期增长速度增快,8年生林分出现高峰,70~100cm层最高值达19.84g/kg ,当9年生时,随着根系的发育,深土层中的P迅速被吸收。同时,近些年来枯枝落叶分解,使表土层速效P 达最高值,为21.58g/kg。
(4)改善了土壤物理性质。
海堤重盐土容量大,孔隙度小,通透性、结构性极差,通过定位对照观测表明,5年生林分和对照相比较,容量降低,总孔隙度、最大持水量、田间持水量均呈现增加,其中30~50cm根系层呈极显著增加,随林龄增加亦呈上述规律(见表5-54)。
表5-53 造林前后土壤养分测试结果
采样时间
土层(cm)
有机质(g/kg)
全N(g/kg)
全P(g/kg)
速效N(mg/kg)
速效P(mg/kg)
1989年4月(造林前)
0~100
2.6
2.260
—
0.02
0.56
1992年4月(造林后)
0~100
3.8
0.451
0.244
9.86
10.79
0~10
2.9
0.636
0.240
8.92
10.08
10~70
4.2
0.433
0.241
10.23
10.51
70~100
3.3
0.424
0.250
9.43
11.58
1996年4月
0~100
5.2
0.394
0.737
28.85
13.06
0~10
12.1
0.402
0.673
32.38
10.88
10~70
4.5
0.301
0.668
24.56
10.03
70~100
4.2
0.578
0.895
36.26
19.84
1997年4月
0~100
5.2
0.377
0.730
38.86
10.88
0~10
12.1
0.705
0.850
68.99
21.58
10~70
4.5
0.342
0.710
36.49
-9.66
70~100
4.2
0.337
0.730
33.57
9.76
表5-54 土壤物理性状测试结果
处理
林龄
容重(g/)
最大持水量(%)
田间持水量(%)
总孔隙度(%)
土壤质地
0~30
30~50
0~30
30~50
0~30
30~50
0~30
30~50
对照
—
1.53
1.67
25.48
14.14
14.58
11.98
38.74
23.61
粉沙黏土
柽柳林
5
1.44
1.50
27.71
28.74
19.15
22.27
39.60
39.95
粉沙壤土
柽柳林
7
1.43
1.39
27.69
31.77
24.22
26.42
39.87
47.66
粉沙壤土
总之,海堤重盐土柽柳林降盐性能稳定,有一定的抑制返碱作用,且能提高土壤养分,8年生、9年生成林中养分逐渐趋于良性循环,改善土壤物理性能,根系层效果显著。柽柳是泥质海岸生态系中的关键种,是改良重盐土造林优良树种,而且有重要的生态及经济价值,不能等闲视之。
2.滨海苏打盐渍土壤改良
1992年10月对建业乡河屯村苏打盐渍土进行土壤改良试验,选择台田3条,试验地1.47,实施以下处理:① 压沙,在台田表土10~15cm下埋5cm河沙;② 压稻乱,在台田表土5~10cm下埋稻乱;③ 覆山皮土,在台田表土上覆5~10cm山皮土。
1993年4月在每种处理的台田上栽植沙枣、绒毛白蜡、群众杨2年生苗,同年10月调查幼树成活率,1995年调查树木保存率,每年调查树木生长量,现将调查树木成活生长综合指标列入表5-55。
表5-55 苏打盐渍土各处理树木成活、生长综合指标
树种
压沙
压稻乱
覆山皮土
成活率(%)
保存率(%)
年均树高生长(m)
年均胸径生长(cm)
成活率(%)
保存率(%)年均树高生长(m)
年均胸径生长(cm)
年均胸径生长(cm)
成活率(%)
保存率(%)
年均树高生长(m)
年均胸径生长(cm)
沙枣
98
830.48
0.55
98
76
0.55
0.57
99
75
0.57
0.78
群众杨
85
64
0.6
0.56
79
67
0.87
0.96
89
69
0.84
0.76
绒毛白蜡
85
64
0.6
0.56
65
60
0.56
0.45
72
67
0.63
0.52
表5-56 土壤改良措施对苏打盐渍土盐碱的影响
项目\时间\处理
全盐量(%)
pH
总碱度
总碱度/∑阴离子
1992年
1995年
1997年
1992年
1995年
1997年
1992年
1995年
1997年
1992年
1995年
1997年
对照
0.35
0.33
0.35
10.2
9.59
9.1
0.90
1.91
2.76
56.74
36.5
31.96
压沙
0.41
0.25
0.41
10
8.46
8.41
0.91
1.53
0.51
24.3
55
21
压稻乱
0.41
0.15
0.21
10
8
8.75
0.97
0.74
0.53
43.3
34.5
20.5
覆山皮土
0.43
0.12
0.22
10
8.56
9.1
0.88
0.64
1.08
25.6
31.04
0.6
注:以上数据均为土层0~10cm、30~50cm、50~70cm加权平均值。
滨海苏打盐渍土经过土壤改良后,土壤盐分、养分、物理特性产生明显变化。
(1)土壤盐分变化,压稻乱和覆山皮土6年后使土壤含盐量分别下降0.2%和21%。压稻乱、覆山皮土分别使土壤pH下降1.25和0.90;压沙、压稻乱使总碱度/∑阴离子分别下降了3.3%和22.8%(见表5-56)。综合比较以压稻乱对于苏打盐渍土盐碱变化最明显。
(2)土壤养分变化,从表5-57看到,压稻乱和覆山皮土使有机质分别增加0.52%和0.59%;全N增加了0.024%和0.031%;速效N增加了19.11mg/kg和3.57mg/kg。压沙使速效N增加了18.12mg/kg。综合比较,覆山皮土使土壤养分增加明显。
表5-57 土壤改良措施对土壤养分影响
样地号\时间(年)\项目
土壤养分
全盐量(g/kg)
有机质(%)
pH
全N(%)
全P(%)
速效N(mg/kg)
速效P(mg/kg)
速效K(mg/kg)
对照
1992年
3.5
0.55
10.2
0.031
0.076
26.32
0.31
0.860
1995年
3.3
0.79
9.6
0.048
0.054
28.90
0.88
0.700
1997年
3.5
0.96
9.1
0.037
0.067
24.94
0.87
3.975
压沙
1992年
4.1
0.76
10
0.041
0.071
15.94
0.13
0.868
1995年
2.5
—
8.5
0.037
0.029
26.32
0.96
0.644
1997年
4.1
0.84
8.4
0.045
0.062
34.06
0.85
2.491
压稻乱
1992年
4.1
0.63
10
0.049
0.096
38.25
0.69
9.49
1995年
1.5
0.89
8
0.069
0.037
46.79
1.15
1.26
1997年
2.1
1.15
8.8
0.073
0.078
57.36
1.33
7.48
覆山皮土
1992年
4.3
0.77
10
0.030
0.069
23.03
0.46
0.596
1995年
1.2
1.48
—
0.074
0.041
61.01
1.19
1.053
1997年
2.2
1.36
9.13
0.061
0.077
46.59
1.79
4.988
注:以上数值为土层0~10cm、10~30cm、30~50cm、70~100cm的加权平均值。
表5-58 土壤改良措施对土壤物理性质的影响
样地号\时间(年)\项目
土壤物理特性
最大持水量(%)
田间持水量(%)
容重(g/)
总孔隙度(%)
对照
1992年
21.41
14.96
1.63
34.62
1995年
29.65
24.51
1.53
41.10
1997年
34.74
28.09
1.50
47.36
压沙
1992年
26.44
23.41
1.51
39.63
1995年
30.37
27.06
1.40
43.73
1997年
35.74
27.44
1.46
50.86
压稻乱
1992年
25.11
19.96
1.55
39.38
1995年
40.51
34.91
1.31
51.93
1997年
38.39
29.00
1.35
52.26
覆山皮土
1992年
22.59
15.73
1.61
35.38
1995年
25.62
19.33
1.52
38.60
1997年
38.44
30.05
1.36
52.21
注:以上数值为土层0~10cm、10~30cm、30~50cm、70~100cm的加权平均值。
从表5-58看出,压沙、压稻乱、覆山皮土使土壤最大持水量分别提高了8.61%、13.28%和15.85%,田间持水量分别提高了4.03%、9.1%和14.32%;容重下降分别为0.05%、0.20%和0.25%,总孔隙度分别增加11.23%、12.88%和16.83%。以上数字综合比较,覆山皮土对于改善土壤物理性质显著。
综合所述,根据土壤改良措施的效果,以上3种工程措施改良苏打盐渍土以压稻乱和覆山皮土改良效果最佳。
根据各处理的3个树种成活、生长综合指标(表5-55),借助于模糊数学多目标灰色局势决策方法,进行效果测度矩阵计算及计算综合决策矩阵[M(∑)]如下:
然后对[M(∑)]最优化局势选择和优序化决策矩阵和灰色局势决策。综合判定结果是:
第一,选择3种处理的排序为压稻乱、覆山皮土、压沙。
第二,压沙处理中,造林树种选择顺序:沙枣、群众杨、绒毛白蜡;压稻乱处理中,造林树种选择顺序:群众杨、沙枣、绒毛白蜡;覆山皮土处理中,造林树种选择顺序:群众杨、沙枣、绒毛白蜡。
3.中盐碱地土壤改良试验
(1)1992年在锦县建业乡,长500m、宽8m的条田上,布置中盐碱地土壤改良试验,试验地土壤含盐量为2.2~3.9g/kg,pH9.2~9.5,碱化度为9%~20%,地下水位0.56~1.2m。土壤质地为粉沙黏壤,土壤肥力低。处理有:盖地膜、压沙(地表下埋5cm厚河沙),施酸性改良剂,对照共4个处理,供试树种有群众杨、109柳、绒毛白蜡、小胡杨4个树种,随机区组排列,4次重复,每个处理4个树种,计16个小区。造林试验结果见表5-59。
从表5-59可见,压沙地4个树种造林成活率和保存率都有显著影响,特别对绒毛白蜡的作用比其他处理明显。幼苗成活保存率的高低直接影响着造林成功与否,盐碱地造林主要是过好幼苗关。3种处理比较,以压沙措施改良中度盐碱地最有效。
对中度盐碱地进行3种处理,3年后土壤盐分有显著变化,从表5-60看出,处理前和处理后土壤含盐量有明显的变化,由于进行土壤改良,使土壤含盐量从3.553g/kg下降到1.17g/kg(3个处理的平均值)。降低了土壤盐分,提高了幼苗成活保存率,压沙处理改善了土壤物理性质,改变了土壤的质地,有利于幼苗成活保存和生长。
表5-60 中度盐碱地土壤改良后土壤含盐量变化(%)
土壤层次(cm)
处理前
覆地膜
压沙
改良剂
0~10
0.4400
0.1243
0.1093
0.0924
10~30
0.3760
0.1262
0.1262
0.0988
30~50
0.2901
0.1317
0.1348
0.0988
50~70
0.3609
0.1307
0.1108
0.1080
加权平均值
0.3563
0.1288
0.1218
0.1005
覆膜及压沙处理不仅降低了土壤含盐量,而且也改善了土壤物理性质,如表5-61所示。处理后,中度盐碱地的土壤最大持水量比处理前平均提高了7.31%,压沙比覆膜处理提高1.45%,田间持水量平均提高6.62%,压沙比覆膜处理后提高1.50%,总孔隙度平均提高6.7%,压沙比覆膜处理前提高了4.07%,土壤容重处理后比处理前平均降低了0.11,压沙比覆膜处理好。经处理和种树后,土壤物理性质向良性方面发展。
表5-61 中度盐碱地土壤物理性质变化
处理时间
层次(cm)
最大持水量
田间持水量
总孔隙度
土壤容重
(%)
加权平均值(%)
(%)
加权平均值(%)
(%)
加权平均值(%)
(%)
加权平均值(%)
覆地膜
处理前92.4
0~30
26.78
—
24.18
—
42.28
—
1.58
—
30~50
28.99
27.66
25.87
24.85
44.09
43.00
1.52
1.56
处理后95.9
0~30
37.14
35.69
32.10
30.54
47.91
47.65
1.29
1.34
30~50
33.52
—
28.2
1—
47.26
—
1.41
—
压沙
处理前92.4
0~30
19.92
23.45
16.40
18.86
31.23
34.49
1.54
1.47
30~50
28.76
—
22.55
—
39.40
—
1.37
—
处理后95.9
0~30
29.47
30.03
25.31
26.13
42.44
43.23
1.44
1.44
30~50
30.86
—
27.37
—
44.44
—
1.44
—
(2)1990年4月,在营口市老边区曹家海堤的中度盐碱地上,土壤全盐量0.42%,pH7.5~8.5,进行造林及土壤改良试验,试验处理为造林穴客土、加沙和马粪混合物、施过磷酸钙3种处理,另设对照;栽植树种有1年生河南白榆、群众杨、109柳,株行距2m×1.5m,试验采用随机区组设计,3次重复,小区面积0.25。试验结果如表5-62、表5-63、表5-64。
表5-62 中度盐碱地土壤改良试验
处理
成活率/保存率(%)
树高年生长(m)
胸径生长量(cm)
河南白榆
刺槐
河南白榆
刺槐
河南白榆
刺槐
对照
73/51
80/60
1.10
1.37
1.21
1.54
沙+马粪
92.4/70
90/81
1.16
1.44
1.46
1.58
客土
87/60
91/70
1.28
1.46
1.75
1.60
磷酸二铵
90/76
93/84
1.45
1.56
2.17
1.76
表5-63 中度盐碱地土壤改良后土壤盐分及pH的变化
处理
pH
全盐量(g/kg)
土壤质地
对照
0.5737
5.9157
0.4999
0.1023
2.1419
0.7000
1.6394
7.48
3.92
黏壤土
客土
0.5249
0.4507
0.9790
0.1534
0.7415
0.3000
0.3279
8.67
1.48
粉沙—黏壤
沙+马粪
0.8195
0.3662
0.7915
0.1789
0.5114
0.3500
0.4098
8.46
1.32
—
磷酸二铵
0.4261
0.4507
0.7499
0.1534
0.5369
0.1500
0.2459
8.54
1.09
—
注:对照为1989年测定数据,其余处理为1996年(改良后)测定数据,单位为毫克当量/100克土。
表5-64 优势木树高生长过程(m)
树种
年度高生长
1989年
1990年
1991年
1992年
1993年
1994年
1995年
1996年
白榆
0.75
2.10
4.60
6.30
6.90
7.90
8.20
8.50
刺槐
0.75
2.08
2.82
4.28
4.92
6.10
8.00
—
研究结果表明,3种改良措施对提高造林成活率均有显著影响,其中以施磷肥和沙+马粪处理效果最好,成活率达到90%以上,经方差分析多重比较,河南白榆、刺槐树高及胸径生长量除客土与沙+马粪之间差异不显著外,其余处理间差异极显著,通过土壤改良,土壤含盐量及pH也均有显著变化,其中土壤含盐量从3.29g/kg下降到1.3g/kg。由于树木根系的穿插及土壤微生物的活动,降低了土壤含盐量,改善了土壤物理性质,有利于树木生长。3种处理措施以施磷肥效果最好,6年使土壤全盐量下降了72.2%;在盐分下降的同时,因土壤中重碳酸根相对增多,致使土壤pH有所上升,河南白榆、刺槐在海堤中盐碱地质地较黏重土壤上生长良好。
4.生物改良盐碱地
1992年我们在辽宁省凌海市建业乡何屯村滨海苏打盐碱地上种植豆科及非豆科植物改良盐碱地。
树木固氮活性,生物方法改良盐碱地既经济又持久有效,近年来备受人们的重视,主要是在盐碱地种植豆科及非豆科的固N植物,这些植物把空气的氮固定到土壤中,进行土壤施肥,增加有机质,改善土壤物理特性,减少地面蒸发,利于盐分下淋,也抑制土壤返盐所谓的“以肥压碱”。我们在整地的台田上种植固N树木用来改良土壤。1995年5~9月3次测定刺槐、紫穗槐、沙枣、沙棘的根系结瘤量、固氮活性、固氮量(表5-65)。
表5-65 不同林龄、季节林木固氮性性能测定结果
树种
土壤含量(g/kg)
pH
林龄(a)
采样时间
固氮酶活性(nMcH/gh)
平均固氮量(kg/hma)
平均根瘤重(g/株)
刺槐
1.1
8.83
1994年8月1日
1285.0
0.64
3.0
—
—
4
1995年平均
1915.9
11.93
17.1
紫穗槐
1.2
8.8
2
1994年8月1日
4410.0
0.83
5.2
—
—4
1995年平均
732.4
0.35
2.1
沙枣
2.3
9.0
2
1994年8月1日
4410.0
0.83
5.2
—
—3
1995年平均
3165.3
3.95
10.5
沙棘
2.3
8.2
7
1994年8月1日
5196.3
23.51
27.6
(1)沙枣改良土壤作用。
于1992年在建业乡何屯村修筑200m×8m×1m的长条台田25块,选1.3地,于1993年5月栽植沙枣、绒毛白蜡、群众杨2年生苗,株行距1m×1.5m,野外定位观测沙枣的改良土壤作用。1992年11月,造林前挖土壤剖面,测定土壤含盐量及8大离子组成,以确定土壤特性(表5-66)。
表5-66 苏打盐渍盐分组成
成分
土壤层次(cm)
加权平均值
0~10
10~30
30~50
50~70
1.4132
1.1099
0.2600
0.1200
0.6276
1.5553
0.9080
0.6457
0.4228
0.7869
0.6205
2.6824
0.8998
0.3216
1.2040
1.5470
1.8573
1.1993
0.3477
1.1937
0.2295
0.4641
0.3842
0.1148
0.3080
0.3456
0.7406
0.0411
0.0988
0.3009
0.0652
0.5739
0.2000
0.0565
0.2466
0.0230
0.0307
0.0026
0.0026
0.0135
全盐量(g/kg)
2.581
3.057
1.496
0.624
1.828
pH
10.4
10.5
9.7
9.8
10.1
碱化度(%)
57.34
61.48
47.36
55.04
表5-67 苏打盐渍土上沙枣与其他树种的对比
树种
活率(%)
保存率(%)
树高(m)
地径(cm)
年高生长(m)
年地径生长(cm)
MDAMmo/g·FW
膜透性(%)
沙枣
98.75
83.44
2.08
3.63
0.37
0.27
0.0510
24.65
群众杨
87.67
63.00
2.15
2.81
0.23
0.48
0.0820
30.70
绒毛白蜡
50.80
30.00
1.32
1.90
0.28
0.50
0.0650
48.17
从表5-67可见,无论造林成活率、保存率,沙枣都优于群众杨、绒毛白蜡。一般认为绒毛白蜡耐盐性较强,只不过是对而言。而对苏打盐渍土,绒毛白蜡不如沙枣。一般认为群众杨是速生树种,但在苏打盐渍土上生长不如沙枣生长快。参照Paul G.vander Moezd等人提出树木耐性指数(Toler-ance Index)(4),计算苏打盐渍土上沙枣、群众杨、绒毛白蜡耐性指数(TI)。
TI=S×[(lnH1—lnH2)/(t1-t2)]
式中,H1表示初植时树高,H2表示现在树高,t1为当前日期,t2为初植时间,S为现在树木保存率。
TI计算结果:沙枣为1742.13,绒毛白蜡为808.55,群众杨759.78。
因为沙枣为非豆科固氮树种,根部有一种称Frankia放线菌共生,主根、侧根均有根瘤着生,侧根上生长较多,是多年生根瘤簇瘤体逐年增大,瘤瓣多次分叉,成枝状或珊瑚状,部分根系每年均可感染结瘤,因此根系上并不存在不同发育阶段的根瘤。为了弄清沙枣固氮特性,于1995年5~9月在上述沙枣栽植试验地内,测定根瘤固氮活性、固氮量的年变化(表568)。从表5-68可知,沙枣的结瘤量、固氮活性、固氮量受季节影响。一年中春天树木开始复生,根部开始活动,根瘤开始生长,瘤少重量低,固氮活性达到一年的最高峰,固氮量增加。秋季树木将要停止生长,但沙枣根瘤系多年生,根瘤量达最大值,固氮活性下降。沙枣固氮特性不仅受季节而且也受土壤含盐量影响(表5-69)。
表5-68 沙枣固氮年变化
采样时间
土壤含盐量(%)
pH
平均瘤量(g/株)
平均固氮活性(nmolC2H4/h)
平均固氮量(mg/株·d)
1995年5月8日
0.1966
8.99
6.72
464.34
0.70
1995年7月28日
*
*
8.00
4580.90
7.84
1995年9月22日
0.1499
8.71
16.70
2775.98
5.80
平均值
0.1703
8.85
10.47
2607.07
4.78
*雨后土壤没采样。
表5-69 土壤含盐量对沙枣固氮的影响
采样时间
土壤含盐量(%)
pH
平均固氮活性(nmolC2H4/h)
平均固氮量(mg/株·d)
平均瘤量(g/株)
1995-09-22
0.2485
8.7
5235.6
5.39
4.6
0.1062
8.2
2312.9
13.8
26.7
从表5-69看到,同一时期,不同土壤含盐量地点的沙枣固氮活性不同。土壤含盐量高,pH高时,固氮活性反而高,表现出沙枣抗逆性,但根瘤少,固氮量低。但土壤含盐量过高,往往抑制沙枣的固氮活性。
树木的固氮和耐盐之间关系非常密切 ,一般来说,豆科与非豆科固氮树种都有着一定的耐盐特性,如众所周知的木黄、合欢、沙枣、沙棘、刺槐、牧豆树、木田青、槐树等固氮树种。它们把空气中的N固定到土壤中,进行土壤施肥,增加有机质和N,改善了土壤物理特性,减少了地面蒸发,利于盐下淋也抑制了土壤返盐,达到了改良盐碱地的作用。分别于造林前(1992年11月,以A代表)与成林后(1995年11月,以B代表)取样分析测定土壤养分、质地、盐分组成,研究沙枣固氮改良土壤作用。
(2)土壤养分变化。
从表5-70看出,沙枣成林后使土壤有机质增加了44.53%,全N增加了54.44%,增加了1.84倍,全P减少了28.96%,速效K减少了45.86%。特别是有机质的增加,微生物活动增强,产生各种有机酸,中和土壤酸碱,溶解土壤养分,改良土壤。
表5-70 造林前和成林后土壤养分变化
成分
土壤层次(cm)
加权平均
0~10
10~30
30~50
50~70
70~100
有机质(%)
A
1.0100
1.2500
0.4300
0.2200
0.2200
0.5480
B
1.255
30.9974
0.6879
0.5274
0.7452
0.7920
全N(%)
A
0.0617
0.0610
0.0274
0.0158
0.0130
0.0310
B
0.0673
0.0577
0.0415
0.0306
0.0515
0.0480
全P(%)
A
0.0792
0.0996
0.0724
0.0520
0.0763
0.0756
B
0.0387
0.0374
0.0212
0.0313
0.1060
0.0537
速效N(1×106mg/kg)
A
51.00
56.67
19.48
12.40
11.69
26.32
B
41.91
41.91
30.17
21.79
16.76
28.00
速效P(1×106mg/kg)
A
0.5690
0.7877
0.1323
0.1323
0.1323
0.3091
B
1.3568
0.7107
1.3070
0.7107
0.6610
0.8800
速效K(mg/100g)
A
14.14
22.49
16.16
8.10
7.24
12.93
B
10.70
10.90
7.03
5.61
3.98
7.00
表5-71 造林前和成林后土壤质地变化
土壤层次(cm)
各级颗粒含量(%)
土壤质地
2~1(mm)
1~0.5(mm)
0.5~0.25(mm)
0.25~0.05(mm)
0.05~0.02(mm)
0.02~0.002(mm)
<0.002(mm)
2~0.05(mm)
0.05~0.002(mm)
0~10
A
0.015
0.038
0.385
18.636
28.636
21.730
38.885
19.229
50.366
粉沙质壤土
B
0.0194
0.0302
0.1265
22.211
26.524
25.299
25.789
22.387
51.823
粉沙壤土
10~30
A
0
0.020
0.224
19.799
24.621
23.390
33.033
20.043
48.011
粉沙质黏土
B
0.0051
0.029
0.1669
17.973
27.588
27.384
26.852
18.174
54.972
粉沙壤土
30~50
A
0
0.005
0.014
31.766
36.470
14.049
27.692
31.785
40.519
黏壤土
B
0.0153
0.0105
0.0407
36.801
26.441
15.051
21.641
36.868
41.492
壤土
50~70
A
0
0
0.005
54.455
20.239
4.857
20.441
54.460
25.096
粉沙质黏壤
B
0.0061
0.0150
0.0185
40.91
25.420
13.014
20619
40.950
38.434
壤土
加权平均值
A
0.015
0.0126
0.1688
30.29
24.471
15.124
28.745
30.486
39.595
粉沙质黏壤
B
0.0103
0.0200
0.0826
30.51
26.485
19.455
23.431
30.623
45.942
壤土
表5-72 造林前和成林后土壤盐分变化
成分(毫克当量/100克土)
土壤层次(cm)
加权平均
0~10
10~30
30~50
50~70
70~100
A
0.0126
0.0063
0.0126
0.0057
0
0.0078
B
0.0036
0.0089
0
0
0
0.0071
A
0.9473
1.3997
1.1686
0.7474
0.3786
0.8715
B
0.8177
0.7031
0.4458
0.6228
0.3753
0.5458
A
0.8423
1.4423
0.8423
1.5634
1.5155
1.3099
B
0.7404
0.9887
0.9887
0.8676
0.6169
0.8000
A
0.2708
0.5166
0.4187
0.3687
0.4187
0.4145
B
0.7249
0.5562
0.3624
0.0479
0.3145
0.3603
A
0.1250
0.1500
0.2450
0.1000
0.1250
0.1450
B
0.2400
0.3400
0.1700
0.1700
0.1700
0.2100
A
0.1475
0.2459
0.0492
0.1475
0.1229
0.1393
B
0.3607
0.3853
0.1967
0.2131
0.3115
0.2787
A
1.2995
1.8673
1.5015
1.5425
1.2151
1.1204
B
0.8774
1.0718
0.8441
0.6778
0.4835
0.7521
全盐量(g/kg)
A
1.684
2.467
1.987
1.886
1.485
1.882
B
1.463
1.670
1.185
1.036
0.860
1.183
pH
A
9.09
8.88
9.09
8.68
8.59
8.82
B
8.88
8.96
8.96
8.80
8.80
8.83
(3)土壤质地变化。如表5-71所示,造林前后土体中颗粒<0.002mm粘粒百分率发生明显变化,从28.75%下降到23.43%,粘粒减少。表层土0~10cm、10~30cm内>0.002mm粘粒百分含量也减少了,从27.67%~38.88%,下降到21.64%~25.79%。成林后土体中0.02~0.002mm和0.05~0.005mm沙粒增加,造林前后土壤质地发生显著变化,从造林前粉沙质黏壤土变成成林后的壤土呈粉沙壤土。土壤容重也发生变化,从1.63g/下降到1.53g/,最大持水量从21.41%增加到29.05%,田间持水量从14.96%增加到41.10%。由于土壤结构改变,增加透水性,盐分易下淋。
由于沙枣具有较强的固氮能力,使土壤有机质和氮素增加,改变了土壤物理性质,土壤质地发生变化,使土壤含盐量下降。因此,可以说栽植沙枣是改良滨海盐碱地有效的生物措施。
邢存旺(1997)于1993年10月在河北省黄骅市排干、排支两边的废弃地上修筑试验台田;台穴整地布置在排支两边的台田上,台穴标准是60cm;大坑整地和条田整地在农耕地上进行的,大坑标准是1m×1m×1m,条田标准是50m×500m;对比试验是立地条件相同又未受人为干扰的滩地。物理常数的测定是在整地4年后进行的。按造林时采用的不同整地措施,分别选择有代表性的地段设立标准地。然后在标准地内挖掘土壤剖面,分别在0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm4个层次用容重取土器取原状土样,供室内分析土壤物理性质。
整地对土壤物理性状的影响
泥质海岸盐碱地,立地条件差,造林不易成活。在沿海防护林营造过程中,土壤物理性状的好坏,对林分生产力有很大的影响。整地可以在一定程度上改善土壤的物理性质,在造林初期对苗木的成活和生长具有非常重要的作用。整地的效果因整地方式不同而产生差异。
试验台田是在排干、排支两边的废弃地上修筑的;台空整地布置在排支两边的台田上,台穴标准是60cm;大坑整地和条田整地是在农耕地上进行的,大坑标准是1m×1m×1m,条田标准是50m×500m;对比试验是立地条件相同又未受人为干扰的滩地。物理常数的测定是在整地4年后进行的。
按造林时采用的不同整地措施,分别选择有代表性的地段设立标准地。然后在标准地内挖掘土壤剖面,分别在0~10cm、10~20cm、20~30cm、30~40cm层次用容重取土器取原状土样,供室内分析土壤物理性质。
(1)土壤比重、孔隙状况和三相率分析。
土壤比重大小,主要受固相物质的影响,土壤固相物质中,对比重影响最大的是土壤有机质的性质和含量。有机质含量愈高,结构愈复杂,土壤比重愈小。
由表5-73可以看出,各整地方式整地后土壤的4个层次的平均值和对照相比较,经台穴整地土壤比重最小,为2.4g/,较对照小0.2g/。经大坑、条田整地的土壤比重为2.56~2.58g/,彼此相差0.01g/,较对照小0.1g/。这就是说,台穴整地更有利于土壤有机质的积累。
土壤的孔隙系统由大小各不相同的枝节状孔道组成,这些孔道又由许多更细的狭窄孔道相互交织联结,形成非常复杂的三度空间网。土壤的水、气状况,归根结底是由土壤孔隙大小和多少制约的。
土壤三相率与孔隙系统是紧密关联的。水和空气占据着土壤孔隙,因此两者之间有一种相互消长的关系。表5-73还表明,经台田整地后土壤通透性较差。土壤经台穴整地后,不仅持水能力强,通透性能也好,两者得以兼顾。而且从数量上看,经台穴整地后,三相比也接近理想状态(45∶25∶30)。北方泥质海岸属温带大陆性季风气候,降水集中于夏季,具有春旱夏涝的特点。土壤的持水性能保证在旱季有利于保水保墒,有效地抑制土壤蒸发;通透性,使土壤在涝季能及时将多余水分排出。综上所述,4种整地方式,台穴整地最适合当地自然状况。
表5-73 土壤比重、孔隙状况和三相率比较
整地方式
层次(cm)
比重(g/)
非毛管孔隙度(%)
毛管孔隙度(%)
总孔隙度(%)
土壤固相率(%)
土壤水分率(%)
土壤空气率(%)
三相率(土∶水∶气)
台田整地
0~10
2.51
1.1
44.1
45.2
52.0
8.2
39.8
52∶8∶40
10~20
2.64
0.1
45.5
45.6
48.9
12.5
38.6
49∶12∶39
20~30
2.52
1.1
45.9
47.0
51.1
15.0
33.9
51∶15∶34
30~40
2.58
1.0
45.5
46.5
47.5
15.1
37.4
48∶15∶34
平均值
2.56
0.83
45.3
46.1
49.9
12.7
37.4
50∶13∶38
台穴整地
0~10
2.58
1.8
51.9
53.7
40.6
23.0
36.4
41∶23∶36
10~20
2.45
1.0
48.2
49.2
46.7
28.8
28.8
47∶24∶29
20~30
2.27
1.2
47.9
49.1
44.4
34.2
34.2
45∶21∶34
30~40
2.56
0.6
48.2
48.8
48.5
26.6
26.6
48∶25∶27
平均值
2.47
1.1
49.1
50.2
45.1
28.2
31.5
45∶23∶32
条田整地
0~10
2.50
1.4
45.6
47.0
41.8
20.7
37.5
42∶21∶37
10~20
2.60
1.1
45.7
46.8
46.7
22.5
30.8
47∶22∶31
20~30
2.56
1.4
40.1
41.5
58.4
27.4
14.2
59∶27∶14
30~40
2.68
1.8
41.8
43.6
55.5
25.9
18.6
55∶26∶19
平均值
2.59
1.4
43.3
44.5
50.6
24.1
25.3
51∶24∶25
大坑整地
0~10
2.60
0.6
44.9
45.5
47.5
22.7
29.8
47∶23∶30
10~20
2.64
0.8
42.6
43.4
52.2
26.4
21.4
52∶27∶22
20~30
2.52
1.4
41.8
43.2
53.2
28.3
18.5
53∶28∶19
30~40
2.55
0.8
43.2
44.0
53.1
28.9
18.0
53∶29∶18
平均值
2.58
0.9
43.1
44.0
51.5
26.6
21.9
51∶27∶22
对照
0~10
2.66
0.3
38.9
39.2
58.0
36.4
5.6
58∶36∶6
10~20
2.66
0.5
38.6
39.1
62.2
37.3
0.1
63∶37∶0
20~30
2.70
0.6
40.5
41.1
56.2
36.9
6.9
56∶37∶7
30~40
2.61
1.3
39.9
41.1
55.0
38.3
6.9
55∶38∶7
平均值
2.66
0.7
39.5
40.1
57.9
37.2
5.1
58∶37∶5
(2)土壤容重的数值大小,受质地、结构和松紧度等因子的综合影响。一个具体的土壤,如果它的孔隙粗大,数目较少,总的孔隙容积较小,容重就相对大;反之,容重就相对小。此外,土壤中还存在大量的根穴裂隙,它们的存在对土壤容重影响是非常大的。影响土壤容重的因素,都直接影响林木根系的生理活动。因此,土壤容重的大小就成了土壤物理性肥力的重要标志之一,根据土壤容重大小,就可初步推断土壤肥力状况。
由表5-74可以看出,经台穴整地后,土壤容重最小,为1.19g/,仅占对照的77%。而台田整地、条田整地和大坑整地,土壤容重在1.32~1.36g/,占对照的87%。也就是说,4种整地方式,以台穴整地对土壤容重影响最大。尤其在0~10cm、10~20cm两个层次,台穴整地和对照比较,前者容重是后者的69%和74%。大幅度地降低表层土壤容重,在防止土壤板结方面具有重要意义。
土壤含水量是土壤重要物理性状之一,在对作物供水和土壤水分运动上也能表明一定的关系,而土壤的持水量主要决定于土壤的孔隙状况。
由表5-74可以得出,经不同方式整地后,土壤的最大持水量(全容水量)、毛管持水量和最小持水量(田间持水量)较对照都有不同程度的提高,其中以台穴整地对上述3个水分常数影响最显著。经台穴整地后,最大持水量和毛管持水量较对照提高了30%,最小持水量提高了10%~25%。另外,台穴整地后,土壤现实含水率为19.7%(重量百分率),比其他方式整地后土壤的含水率都高。而土壤现实含水率又是土壤持水性能的综合反映。由此可以得出结论:台穴整地和其他整地措施相比较,最大限度地改善了土壤的持水性能,对改善土壤的水分条件具有重要意义。
表5-74 土壤容重、含水量和持水量
整地方式
层次 (cm)
容重(g/c )
土壤含水率(%)
最大持水量(%)
毛管持水量(%)
最大 持水量(%)
台田整地
0~10
1.38
5.9
32.8
32.0
22.0
10~20
1.30
9.6
35.2
35.1
26.2
20~30
1.35
11.1
34.7
33.9
24.1
30~40
1.26
12.0
36.9
36.1
24.6
平均值
1.32
9.7
34.9
34.3
24.2
台穴整地
0~10
1.06
21.4
50.0
48.3
37.4
10~20
1.22
19.8
39.7
38.9
29.5
20~30
1.18
18.2
41.7
40.7
32.8
30~40
1.29
19.4
38.0
37.5
24.7
平均值
1.19
19.7
42.4
41.4
31.3
条田整地
0~10
1.11
18.7
42.5
41.2
28.1
10~20
1.24
18.2
39.3
38.4
28.0
20~30
1.55
17.7
26.8
25.9
17.3
30~40
1.47
17.6
29.6
28.4
17.5
平均值
1.34
18.1
34.6
33.5
22.7
大坑整地
0~10
1.26
18.0
36.1
35.6
20.2
10~20
1.38
19.1
31.4
30.8
18.7
20~30
1.41
20.1
30.7
29.7
18.7
30~40
1.41
20.5
31.3
30.7
17.8
平均值
1.36
19.4
32.4
31.7
18.9
对照
0~10
1.54
23.7
25.5
25.3
18.3
10~20
1.66
22.5
23.6
23.3
18.1
20~30
1.49
24.8
27.6
27.2
20.9
30~40
1.46
26.3
28.3
27.4
19.8
平均值
1.54
24.3
26.3
25.8
19.3
北方泥质海岸土壤盐渍化程度高,又缺乏淡水资源,无灌溉条件,植树造林难以成活。必须在雨季前搞好造林工程,以增强伏雨淋洗,加速土壤脱盐。为此,我们从1992年以来,在雨季前把挖沟修渠堆积的高低不平的废弃地全部推平,围埝打埂修筑台田或条田,并在小型沟渠、路旁等四旁地进行穴状整地。经过几个雨季的淋洗后,使土壤含盐量比原来有了大幅度的降低,为提高造林成活率促进林木生长创造了条件。
造林前整地改土工程的标准是:一般地下水位小于1.0m的低洼地区,应修建台田,以抬高地面,相对地降低地下水位,使地下水位和台面距离大于1.0m以上。在常年地下水位大于1.0m的地方,则修建条田。台田台面的宽度,依土壤含盐量的大小及不同土质来决定。滨海盐土多数含盐较高,且土质黏重,一般台田面宽5~10m,条田面宽以50m为准。排水毛沟深度大于1m,以利排涝排盐。将台条面整平深翻,然后四周筑埂,埂高、宽各40cm,以便于蓄存雨水淋洗盐碱。在村旁、宅旁、院内及小型沟渠、路边,一般地势高又不便开挖排水沟,则采用0.6~1.0m的大坑整地。坑挖好后将土晒一晒,再回填80%。然后在坑边修筑高、宽各30cm的埂。以上造林前的整地改土工程都在雨季前完成。
表5-75 整地前土壤盐分状况
整地方式
层次(cm)
全盐(%)
pH
(毫克当量/100克土)
条田整地
0~10
0.0
0.5474
68.8700
3.0745
1.9500
9.1478
82.0100
4.5740
7.60
10~20
0.0
0.8326
20.2655
1.3881
0.4100
1.1476
18.1833
1.3194
7.99
20~30
0.0
0.7441
15.3498
1.3998
0.3150
0.6885
16.4963
1.0251
8.00
30~40
0.0
0.6163
14.6118
1.2519
0.4200
0.9017
15.1832
0.9792
7.83
平均值
0.0
0.6851
29.9306
1.7768
0.7700
2.9775
27.9807
1.6503
7.85
台田整地
0~10
0.0
0.4540
47.7171
2.0809
2.8050
6.0691
40.5755
3.1460
7.62
10~20
0.0
0.6015
15.3245
1.2344
0.5600
1.0000
15.6049
0.9736
7.90
20~30
0.0
0.6327
12.8681
1.2039
0.4700
0.8279
13.4005
0.8324
7.93
30~40
0.0
0.6949
14.1324
1.3435
0.5200
1.0574
14.5919
0.9459
8.05
平均值
0.0
0.5966
22.5106
1.4664
1.0900
2.4427
21.0443
1.2794
7.91
大坑整地
0~10
0.0
0.3130
30.9758
0.5181
1.5750
4.3280
25.9097
1.9586
7.76
10~20
0.06333
0.6507
4.8621
0.2958
0.155
0.1803
5.5350
0.3314
8.09
20~30
0.0
0.7637
3.4198
0.2354
0.0950
0.1639
4.1653
0.2568
8.00
30~40
0.06333
0.8441
2.8226
0.2645
0.1000
0.1229
3.7697
0.2348
8.13
平均值
0.0333
0.6425
10.5219
0.3291
0.4800
1.1968
9.8438
0.5455
8.02
表5-76 整地后土壤盐分状况
整地方式
层次(cm)
全盐(%)
pH
(毫克当量/100克土)
条田整地
0~10
0.0
1.6029
3.8452
0.4145
0.1050
0.1803
5.5785
0.3809
8.35
10~20
0.0599
2.5011
1.9071
0.1291
0.1050
0.1312
4.3610
0.3253
8.41
20~30
0.0
2.4585
1.9409
0.3229
0.0900
0.1803
4.4524
0.3396
8.33
30~40
0.0
1.9258
3.1043
0.1541
0.0650
0.1148
5.0045
0.3470
8.10
平均值
0.01667
2.1225
2.6987
0.2562
0.0900
0.1475
4.8480
0.3466
8.30
台田整地
0~10
0.0399
0.7441
5.2368
0.0499
0.02150
0.2869
5.9872
0.3807
8.20
10~20
0.1333
1.5882
0.9521
0.0
0.0750
0.1066
2.3697
0.1665
8.41
20~30
0.2799
1.8291
0.7493
0.0
0.0800
0.0574
2.7175
0.2328
8.70
30~40
0.4833
1.4866
0.8169
0.0604
0.0400
0.0574
2.7436
0.2064
8.65
平均值
0.3166
1.4128
1.9381
0.0229
0.1050
0.1312
3.4567
0.2376
8.55
大坑整地
0~10
0.0
0.5032
0.3268
0.6811
0.4800
0.2213
0.8087
0.1034
7.86
10~20
0.0
0.7752
0.9381
0.7103
0.1550
0.1475
2.1218
0.1562
7.97
20~30
0.0
0.4425
3.3860
0.6166
0.4600
0.5328
3.4523
0.2755
7.90
平均值
0.0
0.5737
1.5494
0.6686
0.3650
0.3033
2.1262
0.1783
7.84
表5-75和表5-76分别是1992年5月和1994年5月两次土壤盐分调查汇总表。由两表相比较可知,3种方式整地后,经过2个伏雨季的淋洗,土壤已大幅度地脱盐。整地前土壤平均含盐量为16.5g/kg的重盐碱地,通过条田整地已降为0.35g/kg,仅为整地前的21%。同样的,台田整地和大坑整地降盐效果也非常显著,分别使土壤平均含盐量降低了81.4%和67%。这三种整地方式对土壤表层的降盐效应特别突出,整地后仅占整地前的5.3%~12.1%,这说明整地工程标准是适宜的,有效防止了表层盐碱反复式的聚积,是整地降盐得以成功的关键因素。在促进土壤脱盐的同时,土壤中盐基离子相应地降低,为土壤结构改善和养分循环创造了条件。
综上所述:① 在滨海重盐碱地通过整地后,栽植中国柽柳可以改良土壤的物理及养分特性,降盐抑碱。我们实验试图证明柽柳在全盐量10g/kg情况成活率、保存率都在80%以上,突破过去认为的7g/kg的定论。② 在滨海中盐碱地通过筑台田下层埋沙可以改良土壤,提高造林成活率及保存率,施磷肥、沙+马粪也是改良中盐碱地的有效措施。③ 台田下压稻乱和覆山皮土是改良滨海苏打盐碱土的有效措施。④ 北方泥质海岸盐碱地土壤采用条田整地、台田整地和大坑整地这3种方式整地后,经过两个伏雨季的淋洗,含盐量已大幅度地下降,分别是整地前的21%、8.6%和23%。尤其对土壤表层的降盐效应特别显著,仅占整地前的5.3%~12.1%。整地脱盐能否成功的关键是整地工程标准是否有利于有效防止土壤表层盐碱重复式的聚积。⑤ 泥质海岸盐碱地,经过台田、台穴、条田、大坑4种方式整地后,土壤总孔隙度都有不同程度的提高,其中以台穴整地增幅最大。但这4种整地方式对土壤的非毛管孔隙没有实质性改变。和台田、条田、大坑等相比较,台穴整地最大限度地改善了土壤的持水性能,而且经台穴整地后,土壤三相比最接近理想状态,土壤现实含水率也较高。
山东省林业科学研究院(东北林业大学学报,2003),对黄河三角洲重盐地进行土壤改良,实施工程造林配套技术研究,试验基地设在济南军区黄河三角洲生产基地,土壤以滨海盐土为主,组成主要是以氧化物为主,含盐量10~26g/kg,局部在5~10g/kg,最高达35.6g/kg,地下水位1.2~2.5m ,土壤pH6.79~8.87,天然植物群落为柽柳和碱蓬群落,光板地(植被覆盖不足5%),分布也相当广泛,对重盐碱地改良利用主要有几种模式。
(一)土壤改良的主要模式
1.条台田模式
条台田整地是治理盐渍土常用的有效模式,早在20世纪50年代就已开始应用,但由于传统的条台田面积较大,土壤脱盐效果不理想。本试验对传统的条台田规格进行改进,实施规格是:条田宽约50m、长约300m,各条田之间挖深约2m排盐沟,排盐沟顶宽约3~5m,条田整好后,引黄河灌溉洗盐。
该模式适合在地下水埋深较浅、土壤含盐量在6~10g/kg的重度盐渍土上应用。根据多年来的试验观测,应用该模式土壤脱盐效果良好,在不使用黄河灌溉洗盐条件下,经1~2a的雨水淋洗,大部分地块可脱盐变轻、中度盐碱地,100cm深土层含盐量可下降到4g/kg,2~3a后,100cm深土层含盐量可由整地前的6~10g/kg降低到2g/kg,亦即经过2~3a的改良,原来的重度盐碱地可变为农田,适合种植大豆、棉花和小麦等;为加速土壤脱盐,试验中进行了引黄河水灌溉洗盐,即在条台田整好后,接着用黄河水漫灌1~2次,以加快土壤脱盐过程。试验表明,采取引黄灌溉洗盐措施后,100cm土层含盐量当年可下降到3~4g/kg,可用于种植苜蓿等耐盐牧草。2~3a后,100cm土层含盐量下降到2g/kg以下,土壤有机质等养分状况也明显得到改善。
该治理模式投资约2250元/,与传统条田相比,土壤脱盐效果提高,然而,由于缩减了条田宽度,排盐沟比重增加,土地利用率降低。另一方面,由于整地比较粗放,地面平整度差,盐分淋洗程度受到限制,导致牧草初期产量不高,而且随着使用年限的增加,排盐沟有淤积堵现象,后期土壤脱盐效果降低。20世纪50年代治理的一些条台田,局部地块有土壤返盐现象就是证明。
2.上农下渔模式
所谓上农下渔,就是在盐碱地上开挖池塘,利用挖掘的土壤抬高周围地面,然后在池塘内养鱼,在地面上种田,该模式一般以1.33为一个开发单元,其中可分为多种模式,常见的有两种:一种是台田0.54、稻田0.33 、鱼塘0.46;另一种是台田0.6、稻田0.33、鱼塘0.4。具体做法是:将鱼塘挖深约1.5m,挖出的土垫高附近土地,垫高部分为农田,挖掘部分为鱼塘,台田外侧挖一渗水碱沟,挖垫完成后,农田灌水洗盐,洼灌水养鱼,粮、稻、鱼,上、中、下立体开发。这样做的第二年,农田100cm土层含盐量即可下降到3g/kg,可用于种植棉花、大豆等耐盐能力较高的作用;第三年土壤继续脱盐,100cm土层含盐量即可下降到2g/kg以下,这时可种植花生、西瓜、玉米等。这种模式洗盐较快,农田加鱼塘收益较高,而且比较有效地解决了盐碱地旱、涝、碱多种灾害复合影响的难题。但该模式初期投入较高,并要求有较充足的水源,比较适合小面积推广应用。
3.深松土壤、化学改良与种植耐盐牧草相结合模式
该模式为主要试验模式,具体做法是:利用先进的松土机械深翻土壤100cm,深翻后根据土壤含盐量的高低施用硫黄,含盐量低的地段每公顷施硫黄约30~45kg,高含盐量地段每公顷施硫黄900~1050kg,之后灌水洗盐,当年种植耐盐牧草。牧草种类选用苜蓿、高冰草、鲁梅克斯、黑麦草等。土壤深翻当年和以后,每年每公顷施尿素37kg、二氨150~225kg,每年灭虫3~5遍。深翻后第5年开始,为促进牧草生长,提高牧草产量,每年重耙一次,每7~8a为一周期,7~8a后重新种植。5a的试验表明,该模式深翻土地每公顷投资约6750~7500元,地势高低起伏较大的地块投资约1800~2500元/,种植牧草当年可保苗,第二年开始,产牧草1.2万kg/。目前当地牧草收购价750~830元/t,出口价1200元/t,投资效益比见表5-77。
表5-77 综合治理种植耐盐牧草试验投资效益分析
投资(元·hm-2)
(元·hm-2)
产出/投入
整地费
施S
施肥
灭荒等
合计
平均
7125
200
5985
8000
21710
66360
3.06
最大
20250
525
5985
10500
37260
144000
3.86
上表表明,该模式尽管初期治理投资较高,平均每公顷需投资2万多元,但后期收益较高,种植牧草模式可谓一年投资,多年见效,产出/投入比高达3以上。
此外,该模式由于以种植耐盐牧草为主,增加了地表覆盖,不仅有效地抑制了土壤返盐,而且能够明显增加土壤有机质,提高土壤养分含量,改善土壤结构,具有可持续利用的特点。实践证明,该模式的应用不受土壤盐分含量高低的制约,适合在黄河三角洲大面积推广应用。
4.种植盐生植物实现土壤脱盐改良模式
试验研究了种植盐生植物白刺。选择4~5年生白刺林地。分别采集树冠下土壤、树冠外土壤或林内裸地土壤,测定分析土壤盐分、养分和容重的变化。由表5-78明显看出:白刺冠下0~20cm土层土壤含盐量下降了44.14%,达到显著水平;20~40cm土层土壤盐分略有降低,但差异不显著;40cm以下土层土壤含盐量的变化与上层土壤相反。冠下土盐分有所增加,但均未达到显著水平。表明白刺存在能够有效地抑制土壤返盐,促进土壤盐分的淋溶,达到土壤脱盐改良的效果。
表5-78 白刺生长对土壤盐分的影响
土层深度(cm)
样本数(n)
冠下土盐分含量(g/kg)
冠幅外1.5~2.0m土壤全盐量(g/kg)
降低率(%)
0~20
13
7.43
1.330
44.14
20~40
13
5.46
0.613
10.93
40~60
6
3.73
0.325
-14.77
60~100
6
4.54
0.431
-4.64
尽管白刺生长能显著地促进表层土壤脱盐,但对土壤pH的影响作用不明显,方差分析结果差异不显著(表5-79)。
表5-79 白刺生长对土壤pH的影响
土层深度(cm)
样本数(n)
pH
冠下
冠幅外1.5~2.0m
0~20
6
7.65
7.60
20~40
6
7.72
7.85
40~60
6
7.81
7.95
60~100
6
7.88
7.93
土壤容重是描述土壤物理性质的一个重要指标,较低的土壤容重表明土壤比较疏松,土壤通透性良好,有利于土壤微生物的活动和养分的积累活化;反之,土壤则比较紧实。白刺冠下土土壤容重无论是0~20cm表层土还是20~40cm深层土,均低于对应的冠外裸地。其中,0~20cm土层土壤容重的降低达到了显著的水平,但冠下土和冠外裸地20~40cm土层土壤容重无显著性差异。表明白刺生长起到了疏松土壤的作用。
对白刺冠下和林内裸地土壤养分含量的测定结果表明,白刺冠下0~60cm土层内有机质、全N、有效N、速效P含量均明显提高,尤其表层土壤提高得更快;速效K的变化略有不同,0~20cm土层中速效K含量略有下降,但下层土壤速效K含量均有提高。表明种植白刺不仅能够疏松土壤,促进土壤脱盐,达到重盐碱地脱盐改良的目的,而且白刺的生长还能明显提高土壤有机质,改善土壤养分状况。
通过白刺造林提高土壤养分的作用表现在多个方面。除土壤速效K林地表层土壤略有降低、土壤全N林地40~60cm土层土壤略有降低外,其他养分包括土壤有机质、土壤速效磷、土壤有效氮等在各层土壤中均表现出林地土壤高于裸地土壤的趋势,只是不同养分类型在不同深度土层土壤上提高的幅度有所不同。速效K的提高幅度最小,而有机质和速效磷几乎在所有层次的土壤上均明显高于裸地;各种养分在土壤垂直梯度上的变化更为明显,一致的趋势是林地肥力在表层土壤提高得较快。显然,林地土壤养分含量的提高是缘于白刺的生长,一方面,白刺的存在激活了大量土壤微生物的繁殖;另一方面,白刺的生长能使0~20cm土层土壤有机质、有效N和速效P的含量有很大提高。
重盐碱地段栽植白刺后,土壤迅速脱盐,5年后0~20cm土层土壤含盐量显著降低,而土壤容重则显著减小,起到了疏松土壤的作用。此外,白刺的生长还能有效提高土壤肥力,使得0~20cm土层土壤有机质、全N、速效P、有效N含量有很大提高,起到了改善土壤性状培肥地力的良好效果。
总之,对黄河三角洲重盐碱地土壤改良模式有三种:一是农田水利工程改良模式,如条台田模式、上农下渔模式等;二是生物改良模式,如种植盐生植物等;三是工程措施与生物措施相结合模式。实践表明,条台田模式和上农下渔模式具有投资大、见效快、收益高、一次性投资多年受益等优点,而且土壤脱盐比较彻底,2~3a,100cm土体中的盐分即可明显下降,但这两种模式应用的局限性也较大,要求有比较充足的水源,适合地下水位较高、资金比较多的情况下使用。这两种模式的主要缺点是:随着使用时间的延长,排盐沟容易淤积堵塞,洗盐排盐效果降低,导致土壤的次生盐渍化。利用盐生植物改良盐碱地模式,其投资小、效果稳定,不仅可以降低土壤盐分,而且能够培肥地力,只要植物种类选择得当,还可有一定的经济收入,但该模式见效较慢,而且仅耕层土壤脱盐效果明显,因此该模式的应用关键是要选择具有经济效益的盐生植物种类。深松土壤、化学改良与种植耐盐牧草相结合模式,将工程改土、化学改良与生态物利用相结合,综合了工程改良与生态改良两种模式的优点,具有很高的经济效益,适合在黄河三角洲地区大面积推广。
由于沿海困难立地自然条件恶劣,造林成活率一般维持在50%,其关键的问题是抗逆性树种较少,综合配套技术措施不完善。本项技术,筛选了40余种耐盐碱、耐水湿的适生树种,提出生态-经济复合经营模式15种,依据课题研究技术成果,在浙江、福建、上海等地试验示范,造林成活率普遍达到80%以上,较常规造林提高近30%。
在浙江省温岭市东海塘2006年新围滩涂重盐土(含盐量在0.62%~0.85%)上,2007年第一次造林试验基本失败。2008年采取开沟筑垛、林地覆盖和套种耐盐绿肥、施用有机底肥、选用抗风耐盐树种和采用带土苗或容器苗造林,取得初步成功。
采用开沟、筑台(垄),排水降盐;地面覆盖与套种,防止返盐、增进肥力;选用抗风耐盐树种,实行多树种带状混交;选用2~3年生带土大苗适时栽种,并施用有机底肥;搭防风支架,防止风倒;及时防治病虫害等6项关键技术,营建的基干防护林带,造林成活率达到85%以上。
(一)生物技术措施
营造泥质海岸沿海防护林要根据当地的自然环境和立地条件进行科学规划。首先要对立地的土壤含盐量和物理性状进行分析,选择耐盐碱树种,这是因为:可以提高造林成活率,并且耐盐碱树种植后,可降低土壤盐分含量,提高土壤有机质;可以降低造林养护和管理费用。选择耐盐碱树种造林必须坚持常绿树种与落叶树种结合、乔灌结合,形成多树种、多层次、复合型防护体系。充分利用土地空间,提高土壤肥力,有利于树木生长,形成植物的季相变化,有利于生态景观的形成和对生境条件合理利用。从生物学观点讲,树种多样性是群落稳定性的重要措施,是促进绿地自然化的基础,也是提高绿地生态系统功能的前提,树种的合理配置,能保持林带结构优化和防护功能稳定性,有效防止病虫害发生,适应环境的各种变化,增加抵抗自然灾害的能力。从生态学角度看,结构多层次性,有利于植物群落的稳定性,乔灌木多层次复合种植,形成多层林冠和发达的根系,增加土壤通透性,促进土壤淋溶,加快土壤脱盐,提早形成浓郁的绿色环境,减少地面水分蒸发,发挥种间互补互利,促进林木生长,提高整体防护效益。
由于泥质海岸沿海防护林试验地远离居民区,添加客土、煤渣,施稻草、猪粪,运输距离远,成本较高,投资大,大面积造林难以推广应用,而水葫芦生长在海岸内河,繁殖快,就地取材,简便易行,运输方便,成本低,是一种有推广应用前途和经济有效的生物技术措施。
(二)工程技术措施
在种植前,对造林地先进行规划,作好栽前的准备工作,采取以防盐治盐为重点,治盐防盐与改良土壤相结合,采取的措施有:开沟筑垄、深翻深施、破除“咸隔”、整地挖穴、增施绿肥、淡水浇灌等技术手段,这是盐碱地造林成功的有效途径。
滩涂地地下水位及含盐量高,土壤通透性差,严重影响树木正常生长和根系向下生长,如果根系向下伸长到地下水位会引起盐害。干旱季节地下水因地面蒸发量大,上升至表土,引起返盐,危害树木生长。营造防护林前,做好开沟、排水、洗盐等工作,“盐随水来,盐随水去”,开沟具有排水、排盐、防涝、防渍、调控地下水位等多种功能作用,是改良盐碱土和防止土壤盐渍化的有效措施。开沟要做到小沟通大沟,大沟通河流,排水流畅,改变盐分聚集而形成盐渍、盐霜现象,根治土壤返盐,加速土壤洗盐。筑垄有利于排水,降低地下水位,提升种植位置,防土壤返盐,改善苗木的根际环境,提高造林成活率,促进树木生长。
滩涂地底层有一层紧密而含盐量极高的隔离层,称“咸隔”,这是由于土层的土壤盐分,在自然淋洗向下渗透时,遇到黏性不透水的土层时,盐分积累于此,形成“咸隔”,它是引起土壤返盐的根源之一。干旱季节,隔层泥的盐分就随地面蒸发量加大,沿着毛细管上升至土表引起返盐现象。清除“咸隔”,要深翻深施:深翻可以增强土壤孔隙,土壤毛细管作用被破坏,可减少水分蒸发,使土壤蓄水性、透水性增加;深施可以阻止土壤返盐。在造林时,林带走向应与风向垂直,同时应做到条状多行多层次,林带宽度一般在20m以上,以三角形或“品”字形做平行林带栽植,形成隔离区,降低风速,减少风害。
(三)管理技术措施
实行防护林营建与管理并重的方针,防护林营造后要精心管理。
苗木栽植要做到随起随栽,常绿树种应适当修去部分枝叶,以减少蒸腾。裸根苗应及时打泥浆,主根过长要适度修剪。栽植苗木时,不宜过深。四周不宜堆土过高,以减轻夏秋季干旱时土壤返盐对苗木的危害。
温岭市每年受台风影响1~3次,7~9月,台风登陆频繁,造成防护林树木折枝、断干、树木翻倒等现象。选择树冠紧凑、深根系树种是抗台防台的主要措施之一。造林后要设立固定支架,幼林每次台风过后,应及时检查苗木受害情况。对于倒伏的苗木要及时扶正加固。防护林每年抚育1~2次,对树木要进行修剪整枝,除草松土,抚育管理,防止病虫害,并注意做好防台排涝、保水抗旱等工作。
(四)新围海涂造林技术建议
树种选择不仅影响防护林的成活和生长状况,而且也影响防护林带结构和防护效益的持久性。本项试验结果表明:适应新围垦滩涂重盐碱地生长的树种有木麻黄、海滨木槿、桉树、丝棉木、弗栎、蜡杨梅、珊瑚树、女贞、洋白蜡、皂荚、加那利海枣、塔棕和箬棕等。
新围垦滩涂营造防护林,采取生物技术措施与工程技术措施并举,可以收到事半功倍的作用。用水葫芦铺垫做隔离层,投资省,见效快,既可以增加造林地肥力,提高造林成活率,又解决了入侵生物水葫芦的治理问题,这一结论可以在沿海防护林营造和经营中推广应用,是切实可行、经济有效的好方法。
沿海防护林造林投入大,生产周期长,建议在发展防护林的同时,按一定比例发展耐盐碱果树和竹类,发展生态经济型防护林,提高经济效益,调动群众造林的积极性,促进经济发展。
沿海地区经济社会发达,城市化进程快,人口稠密,工业企业密集,新围垦滩涂成为招商引资的热土,在进行沿海防护林体系建设中,有侧重地加强景观林建设,使沿海防护林建设成为具有海滨特色的景观大道和绿色屏障的亮丽风景线。
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