摘 要

本研究以江苏盐城市大丰滩涂盐碱土为对象，测定（0-25cm、25-50cm）不同深度土层的土壤的容重、含水率、毛管孔隙度、总孔隙度等物理指标和pH值、电导率，有效磷、全氮、全碳等化学指标的含量，分析不同土壤改良技术对苏北沿海滩涂区土壤理化性质的影响。

主要研究结果如下：

1. 生物炭处理、生物炭＋菌剂处理、秸秆处理、秸秆＋菌剂处理的土壤含水率在0~20cm和25~50cm都与对照组相比有所增加。所有处理中对0~25cm的土壤含水率影响大于25~50cm的土壤。所有处理的土壤在0~20cm的土壤容重都有所降低。所有处理对土壤容重和毛管孔隙度与对照相比没有显著差异。秸秆＋菌剂处理在0~25cm土层处的改良土壤总孔隙度最适合。
2. 生物炭处理、秸秆＋菌剂处理、菌剂处理在0~20cm和25~50cm土层处的pH值与对照组相比有所降低。生物炭＋菌剂处理和秸秆处理与对照相比pH值增加，使盐碱土的碱性增加，这两种方法不适合用于改良盐碱土的pH值。所有处理对土壤pH和电导率与对照相比没有显著差异。
3. 生物炭处理、秸秆＋菌剂处理、秸秆处理、菌剂处理在0~25cm和25~50CM土层处的有效磷含量与对照组相比有所提高。生物炭＋菌剂处理在0~25cm土层处的有效磷含量与对照组相比有显著降低。此种改良方法不适用与改良盐碱土的有效磷含量。秸秆＋菌剂处理和菌剂处理在0~25cm土层处的全氮含量与对照组相比有所提高，生物炭处理、生物炭＋菌剂处理、秸秆处理在25~50CM土层处的全氮含量与对照组相比有明显降低。所有处理的土壤全氮含量与对照组差异不显著。

关键词：盐碱土、改良技术、理化性质、生物炭、秸秆、菌剂

Effects of Different Soil Improvement Techniques on Physicochemical Properties of Saline-alkali Soil

ABSTRACT

To investigate the effects of the physical indexes such as bulk density, water content, total porosity, capillary porosity, pH value, electrical conductivity, total nitrogen, available phosphorus and total carbon of soil at different soil depths (0-25cm, 25-50cm) were measured, from saline-alkali soil of Dafeng beach in Yancheng City, Jiangsu Province as an object, and the effects of different soil improvement techniques on the physical and chemical properties of the soil in the northern coastal beach area of Jiangsu Province were analyzed.

The main results are as follows:

(1) Compared with the control group, the soil moisture content of biochar treatment, biochar and microbial agent treatment, straw treatment and straw and microbial agent treatment increased in the range of 0-20 cm and 25-50 cm. All treatments had more effects on soil water content of 0-25 cm than that of 25-50 cm. The bulk density of all treated soils decreased from 0 cm to 20 cm. There was no significant difference in soil bulk density and capillary porosity between all treatments and control. The total porosity of improved soil treated with straw and microbial agent was the best in 0-25 cm soil layer.

(2) The pH values of biochar treatment, straw and microbial agent treatment and microbial agent treatment at 0-20 cm and 25-50 cm soil layers were lower than those of the control group. Compared with the control, the alkalinity of saline-alkali soil increased with the increase of pH value of biochar and bacterium agent treatment and straw treatment. These two methods are not suitable for improving the pH value of saline-alkali soil. There was no significant difference in soil pH and electrical conductivity between all treatments and control.

(3) Compared with the control group, the effective phosphorus content of biochar treatment, straw and microbial agent treatment, straw treatment and microbial agent treatment at 0-25 cm and 25-50 cm soil layers were increased. The available phosphorus content in 0-25 cm soil layer treated with biochar and bacterium agent was significantly lower than that of the control group. This method is not suitable for improving the available phosphorus content of saline-alkali soil. Compared with the control group, the total nitrogen content of straw and microbial agent treatment and microbial agent treatment in 0-25 cm soil layer increased, while the total nitrogen content of biochar treatment, biochar and microbial agent treatment and straw treatment in 25-50 cm soil layer decreased significantly. There was no significant difference in total nitrogen content between all treatments and control group.

Key words：Saline-alkali soil；improvement technology；physicochemical properties；biochar; straw; microbial agent

目 录

1 前言 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究概况 1

1.2.1 盐碱土的成因 1

1.2.2 盐碱土传统的改良措施 2

1.2.3 生物炭在盐碱土中的应用 2

1.2.4 菌根真菌菌剂在盐碱土中的应用 3

1.3 研究目的及意义 3

2 研究区概况与实验方法 5

2.1 研究区概况 5

2.1.1 地理位置 5

2.1.2 气候特征 5

2.1.3 土壤类型 5

2.1.4 植被类型 5

2.2 研究内容 5

2.3 研究方法 6

2.3.1 样地选取调查 6

2.3.2 样地取样 6

2.3.3 土壤理化性质的测定 6

2.3.4 土壤碳、氮、有效磷的测定 6

2.3.5 土壤Ca² 、Na 离子的测定 6

2.4 数据处理及技术路线图 6

3 结果与分析 8

3.1 不同处理对土壤物理性质的影响 8

3.1.1 不同处理对土壤含水率的影响 8

3.1.2 不同处理对土壤容重的影响 8

3.1.3 不同处理对土壤孔隙度的影响 9

3.2 不同处理对土壤电导率、pH值的影响 10

3.3 不同处理对土壤养分的影响 11

3.4 不同处理对土壤Ca² 、Na 离子的影响 12

4 结 论 14

致 谢 16

参考文献 17

1 前言

1.1 研究背景

江苏沿海位于我国海岸带中部，向北可以追溯到赣榆县绣针河口，向南到达长江口。全江苏省沿海海岸线长达967km，拥有滩涂面积978万亩，占全国的1/4以上，每年4～5万亩的速度继续淤长。这些滩涂地是十分宝贵的后备土地资源，但由于其土壤发育时间短，盐分含量高，肥力低，地下水位埋藏浅，导致当地天气灾害频发，生态环境对灾害性天气抵抗能力减弱，对后期林业经济建设不利，是我省乃至全国沿海防护林体系建设的硬骨头。当前我国社会经济处于飞速发展的阶段，人民对生活水平的要求也逐渐提高，对沿海防护林的建设的水平有了更高层次的需要，新时代的沿海防护林建设不仅要注重生态效益，同时也要注重经济效益和景观效益，因此，选用适宜的生态经济树种作为防护林是必由之路，但是由于苏北沿海滩涂盐分含量高，且很多生态经济树种耐盐性不高，这严重阻碍了苏北沿海生态经济防护林的营建^[1-2]。目前，急需研究出最适合生态经济树种生长的土壤改良技术，为江苏省沿海滩涂生态经济防护林建设提供技术支撑。

1.2 国内外研究概况

本课题选用生物炭、秸秆和菌根真菌菌剂作为野外实验添加材料。生物炭和秸秆具有改良盐碱土物理结构和提高土壤肥力的作用^[3-9]，菌根真菌菌剂能够提高植物的耐盐性^[10]，关于这方面的研究较多，但将其运用于野外，尤其是将生物炭、秸秆和菌根真菌结合起来运用野外滩涂区造林的研究较少，本课题的研究将完善这一方面的研究，直接为苏北沿海滩涂区造林提供技术支撑。

1.2.1 盐碱土的成因

土壤盐碱化又称盐渍化，是指在自然或者人为因素的影响下，土体中盐碱成分不停累积，使得其它各、类型的土壤逐渐演变为盐碱土的过程，是由于特定的自然条件综合影响和农业及灌概措施操作不当引起的土壤盐碱化的一种土壤动态的退化过程。自然因素造成的影响周期长，而且需要特定的地质过程或气象、水文等各因素的综合作用，其特点是范围广和面积大。人为因素造成的土壤盐碱化一般属于次生盐碱化，主要表现于农业措施的不合理和不科学，灌概体系的存在不完善现象以及相应管理措施有所欠缺等，有着次生性、地区性、集中性等特点。土壤含盐量为１%以上，钢碱化度达到10%以上或土壤pH值超过8.0时，就归属于盐碱土的范畴。土壤盐碱化一般发生在表土层，但土壤心土层也会发生盐碱化现象。盐分在在特定的环境条件下不断在土壤表层的迁移和积聚，就容易造成土壤的盐溃化，盐分不断向土壤上层叠加是盐碱土形成的共同点^[11]。

1.2.2 盐碱土传统的改良措施

首先第一种水利改良措施。例如灌溉洗盐，自上而下地把表层土中的可溶性盐碱淋洗出去。然而，这需要建立系统庞大的排灌系统，需大量人力物力，成本较高。接着第二种生物改良措施。通过种植植物。然而，盐碱土盐分含量高，能够在其上生长的植物非常有限，且多为非经济作物，植物成熟死亡后无法实现资源再利用。其次第三种化学改良措施。施用石膏或者其他化学改良物质，消除游离碱和交换性钠，降低了碱度，改善了物理性质，使作物增产。然而，采用化学方法能在短期取得成效，但会造成不良影响如引发二次污染^[12]。

1.2.3 生物炭在盐碱土中的应用

生物炭是生物质( 农作物废物、木材、植物组织、动物骨骼等) 在缺氧的环境下，高温裂解炭化而形成的一种碳含量极高的炭^[13]，生物碳生物原材料来源非常广泛^[14]，生产技术十分简便，将生物炭加入到土壤中能改善土壤的理化性质，促进植物生长发育，还能够发挥良好的生态效益，因此生物炭受到广泛关注。全球有关生物炭的会议已举办过多次，许多生物炭协会及学会、企业与研究机构也层出不穷，其中最著名的机构是国际生物炭动议组织（International Biochar Initiative，IBI）^[15]。研究表明，将生物炭施入中度盐碱土具有良好的改良作用，土壤pＨ由8.1降低为7.78，此时土壤微生物的生物量碳含量增加了高达81.80％。生物碳改良方法，还能够减少麦田温室气体的排放，具有一定优良的生态效益^[16]。张雯等项目研究者使用小麦、糜子植物作为连续盆栽种植试验，研究在添加不同含量的生物炭后，土壤各物理性质的改变，如盐土中有机碳含量有了显著提高，矿质态氮、有效磷及速效钾未有过多变化；pH值略有降低但差异并未显著；阳离子交换量有大幅度的增加；水溶性盐含量有明显的降低，在此盆栽试验中，生物质炭对盐土具有良好的改良效果^[17]。

大量研究表明，生物炭可以改良土壤的物理性质，增加土壤的肥效。生物炭在土壤中的损失量，比其他物质较小更加的稳定，是本世纪新兴的有机肥料^[18]。生物炭具有较高的速效养分，在施用生物炭的同时，将养分引入到了土壤孔隙中；生物炭通过孔隙结构为微生物提供分解的场所，可以快速为土壤提供大量有机质，提高土壤的保肥性能，有利于将速效养分保持在土壤中^[19-20]。随着研究的深入，生物炭应用于土壤的研究已经扩展到了改良机理的高度^[21]。基于生物质炭的上述特性,将其施用在苏北沿海滩涂盐土上，以探究其是否能够对盐土起到改良的效果。

1.2.4 菌根真菌菌剂在盐碱土中的应用

菌根是土壤中真菌与植物根系形成的互惠互生体，1885年植物根系与土壤中一类真菌的“共生现象”由Frank最早报道，菌根可根据其形态和解剖学特征分为外生菌根、内生菌根和内外生菌根三大类^[22]。丛枝菌根真菌（Arbuseular Myeorrhiaz，AM）是内生菌根真菌中的一种，是分布最为广泛，宿主植物种类最多的菌根类型^[23]。AM共生体系对植物生长有诸多有益的生理和生态效应^[24-28]，它对植物的抗旱能力、抗涝能力、抗病能力、耐受重金属威胁能力和抗盐碱胁迫能力等有十分明显的作用。刘世亮等^[29]对丛枝菌根真菌强化植物修复作用方面做了大量研究。卢红等^[30]研究发现，3株丛枝菌根真菌对南疆土壤基质栽培桑苗的生长具有促进作用，将XJ08A菌株作为南疆土地荒漠化地区种植桑树幼苗菌根化处理的优良菌株。根据特拉津·那斯尔等^[31]的研究，AM真菌与红枣根系形成菌根后可促进枣苗生长、改善枣苗营养、提高水分利用和增强抗病性。丛枝菌根真菌还能够提高植物抗盐能力。植物在盐胁迫下产生的影响，主要是因为生理性缺水。真菌能通过对水分和养分的吸收，提高植物吸收水分的能力和水分利用率，进而增加其抗盐能力。在盐胁迫下，真菌能够与多种植物共生，菌丝在根外的延伸，扩大根系的吸收范围，吸收更多的矿质元素和水分，从而促进植物的生长^[32]。其他研究结果认为，真菌抗盐的机理不仅是简单的提高水分和磷的吸收，改变植物体内的离子平衡，而是多因素综合作用的结果^[33-34]。大量的研究表明，AM菌根能改善植物的水分状况，提高植物的抗旱能力，与菌根真菌共生的豆科植物受到干旱胁迫后，植物的细胞分裂素增加，根系和根瘤仍能表现出较高的活性^[35]。AM菌根还能增加盐生植物的生物量，且随着菌根侵染率的提高，植株鲜质量逐渐增加^[36-37]。