劉 沖,王茂文,邢錦城,丁海榮,朱小梅,趙寶泉,董 靜,溫祝桂,洪立洲
(江蘇沿海地區(qū)農業(yè)科學研究所,江蘇 鹽城 224002)
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甘薯種植對蘇北沿海灘涂土壤環(huán)境的影響
劉 沖,王茂文,邢錦城,丁海榮,朱小梅,趙寶泉,董 靜,溫祝桂,洪立洲*
(江蘇沿海地區(qū)農業(yè)科學研究所,江蘇 鹽城 224002)
為明確在蘇北沿海灘涂上種植甘薯對土壤環(huán)境的影響,在3個鹽分梯度的鹽堿土上進行甘薯栽培試驗,研究甘薯在不同鹽分土壤下生長性狀的差異以及甘薯種植對土壤鹽分、養(yǎng)分、土壤微生物碳含量的影響。結果表明,隨著土壤鹽分的增加,甘薯生長受到抑制,但在2.0~3.1g·kg-1土壤鹽分水平下,甘薯生長性狀與1.0~2.0g·kg-1鹽分下差異不顯著,說明甘薯具有一定的耐鹽性。在3.1~4.8g·kg-1土壤鹽分下甘薯各項生長指標顯著下降,說明甘薯已受到嚴重的鹽脅迫。隨著甘薯生長進程,土壤鹽分呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,1.0~2.0、2.0~3.1g·kg-1鹽分的土壤的呼吸強度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,但在甘薯收獲后,其土壤呼吸強度依然高于甘薯種植前。在甘薯生長期內,土壤全氮含量以及有機質含量先升后降,土壤全鉀含量先降后升。土壤鹽分越大,土壤微生物碳含量越低,隨著甘薯生長進程,1.0~2.0、2.0~3.1g·kg-1土壤鹽分下,土壤微生物碳含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。由此可見,甘薯具有一定的耐鹽性。在蘇北沿海灘涂上種植甘薯可降低土壤鹽分,促進微生物繁殖,提高土壤養(yǎng)分,尤以對鹽分含量為1.0~2.0、2.0~3.1g·kg-1的鹽堿地的生態(tài)環(huán)境的改善效果較好。
甘薯;土壤鹽分;土壤養(yǎng)分;土壤微生物碳
蘇北沿海地區(qū)海涂資源十分豐富,灘涂面積占全國的1/4以上[1],且年淤漲面積達1334hm2[2],是非常寶貴的后備土地資源。灘涂土壤鹽分高、養(yǎng)分低,且嚴重短缺淡水資源,這是灘涂開發(fā)的最大瓶頸[3]。為此,一些研究嘗試利用鹽生植物建植的人工植被改良土壤,治理鹽漬化[4-5]。耐鹽植物通過與土壤中細菌、真菌等微生物種群的相互作用,改變微生態(tài)環(huán)境,對鹽堿環(huán)境進行修復,這其中包括許多物理的、化學的和生物的過程[6]。
甘薯是重要的能源作物,耐旱,耐鹽堿,耐瘠薄,產量高[7],具有在沿海灘涂規(guī)模種植的條件。本研究通過田間試驗,研究其在不同土壤鹽分上的生長性狀,并分析甘薯生長對沿海灘涂土壤環(huán)境的影響,以期為沿海灘涂甘薯生長及沿海土壤改良提供參考。
1.1 試驗地點與試驗材料
試驗在江蘇省鹽城市大豐區(qū)金海農場灘涂實驗基地進行。土壤為沖積鹽土類潮鹽土亞類,略呈堿性。試驗地0—20cm土壤理化性質:pH值7.55;K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量分別為38.23、385.96、226.10、121.15、0.52mg·g-1;有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為10.28、0.51、0.49、17.20g·kg-1。試驗地20—40cm土壤理化性質:pH值7.46;K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量分別為52.55、546.21、182.23、94.61、0.63mg·g-1;有機質、全氮、全磷、全鉀含量分別為5.94、0.38、0.21、12.00g·kg-1。
試驗用甘薯由江蘇徐淮地區(qū)徐州農業(yè)科學研究所提供。
1.2 試驗設計
以3種含鹽量S1(1.0~2.0g·kg-1)、S2(2.0~3.1g·kg-1)、S3(3.1~4.8g·kg-1)的海涂鹽土為試驗用地,分別作為1個處理,在各鹽分土地上起壟、分區(qū),種植甘薯,6次重復。試驗小區(qū)長5.0m,寬4.5m,四邊均設有保護行,壟距90cm,甘薯株距25cm。平整小區(qū)時使用尿素作為氮肥、過磷酸鈣作為磷肥,30%的氮肥(150kg·hm-2)和全部磷肥(P2O5)135kg·hm-2作基肥,剩余的氮肥均分3次,以尿素形態(tài)作為追肥施入。甘薯于2015年6月20日栽插,10月23日采收。其中,分別于種植前(6月19日)、分枝結薯期(種植后30d,7月20日)、封壟期(種植后60d,8月20日)、薯塊膨大盛期(種植后90d,9月20日)、收獲后(種植后130d,10月28日),采取土壤表面下0—10cm耕作層土壤。
1.3 指標測定
采用SPAD-502型葉綠素儀測定葉綠素含量(SPAD值);土壤全氮、全磷、全鉀、有機質含量采用《土壤農化分析方法》[8]中的常規(guī)方法;碳-自動分析儀(Phoenix8000)測定土壤微生物碳[9];采用Li-6400便攜式土壤呼吸速率監(jiān)測系統(tǒng)測定土壤呼吸速率[10]。
1.4 數(shù)據分析
所有的數(shù)據均采用SPSS 13.0進行相關性分析。
2.1 沿海灘涂甘薯生長情況
如表1所示,隨著土壤鹽分的增加,甘薯生長差異顯著。在S2鹽分水平下,甘薯生長性狀與S1鹽分差異不顯著。以最長蔓長和甘薯鮮產為例,S2水平的最長蔓長和甘薯鮮產分別為S1的96.7%、97.9%,說明低濃度的土壤鹽分對甘薯生長影響較小。當土壤鹽分達到S3水平時,甘薯各項生長指標均顯著下降。如莖葉鮮產和甘薯鮮產,S3水平只有S1的71.4%、73.0%,說明此時的甘薯已經受到較嚴重的生長抑制作用。
表1 不同鹽分土壤上甘薯生長情況
Table 1 Growth of sweet potato on soils with different salt contents
處理TreatmentsLL/cmST/mmCC/(mg·g-1)FW/(t·hm-2)FY/(t·hm-2)S1140.2a7.01a44.5a15.8a28.4aS2135.6a6.46ab42.9ab13.5b27.8aS387.3b5.02b40.3b11.2c20.7b
2.2 沿海灘涂種植甘薯對土壤鹽分的影響
如圖1所示,在3種鹽分的土壤上種植甘薯,土壤鹽分均隨著甘薯生長天數(shù)增加呈逐漸下降趨勢。在甘薯收獲后,S1、S2處理的土壤鹽分比種植前分別下降了20%、10%,S3土壤鹽分變化不顯著。種植甘薯后,鹽分含量在1.0~3.1g·kg-1的土壤鹽分明顯下降,這可能是因為鹽生植物能夠吸收和積累一定數(shù)量的鹽分,并利用它們作為滲透調節(jié)物質以適應鹽堿土的低水勢,致使根際土壤含鹽量下降。
2.3 沿海灘涂種植甘薯對土壤呼吸的影響
土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要環(huán)節(jié),是土壤碳素向大氣輸出的主要途徑[11],是土壤生態(tài)系統(tǒng)物質循環(huán)與能量轉化的外在表現(xiàn),對土壤有機質的礦化速率、異養(yǎng)代謝情況、土壤腐殖質和枯枝落葉層中碳代謝、植被地下碳分配和生態(tài)系統(tǒng)生產力等有重要指示作用[12]。
圖1 沿海灘涂種植甘薯對土壤鹽分的影響Fig.1 Effects of sweet potato plantation on soil salt content
從圖2可以看出,隨著甘薯生長天數(shù)增加,S1、S2處理的土壤呼吸強度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在90d左右達到較大值,且低鹽分下土壤呼吸強度顯著高于高鹽分土壤。如在生長90d時,S1、S2處理的土壤呼吸強度分別是S3處理的1.52、1.41倍。在甘薯收獲后(130d),,S1、S2處理的土壤呼吸強度仍然比甘薯生長前分別增加6.8%、3.9%。可見,在輕、中度鹽分(1.0~3.1g·kg-1)土壤環(huán)境下種植甘薯可有效提高土壤呼吸強度,但在較高鹽度土壤上,土壤呼吸強度變化不顯著。
2.4 沿海灘涂種植甘薯對土壤營養(yǎng)元素含量的影響
如圖3所示,在甘薯生長期內,土壤全氮含量以及有機質含量在各鹽分水平下均呈現(xiàn)先升后降的趨勢。S1、S2處理的土壤全氮含量在封壟期(種植后60d)達到最大值,分別比種植前增加29.5%、9.8%;S3處理的土壤全氮含量在薯塊膨大盛期(種植后90d)達到最大值,比種植前增加31.1%。S1處理的土壤有機質含量在薯塊膨大盛期(種植后90d)達到最大值,比種植前增加37.7%;S2、S3處理的土壤有機質含量在封壟期(種植后60d)達到最大值,分別比種植前增加14.1%、25.0%。土壤全磷含量在甘薯生長期內變化不顯著。
甘薯是典型的喜鉀作物,合理補鉀可以增加干物質生產量,提高干物質在塊根中的分配率,提高塊根產量[13]。從圖3可以看出,在甘薯生長期內,土壤全鉀含量呈現(xiàn)先降后升的趨勢,S1、S2處理于封壟期(種植后60d)時達到最低值,分別為種植前的78.9%、76.8%,S3處理于薯塊膨大盛期(種植后90d)達到最低值,為種植前的70.3%。
圖2 沿海灘涂種植甘薯對土壤呼吸的影響Fig.2 Effects of sweet potato plantation on soil respiration
圖3 沿海灘涂種植甘薯對土壤養(yǎng)分的影響Fig.3 Effects of sweet potato plantation on soil nutrients
另外,鹽堿地上種植甘薯,甘薯收獲后各土壤養(yǎng)分指標均比種植前有所提高,如S2處理的土壤全氮、有機質、全磷、全鉀含量分別比種植前增加4.1%、2.1%、6.3%、4.2%。由此可見,在鹽堿地上種植甘薯可顯著提高土壤養(yǎng)分,改善土壤環(huán)境。
2.5 沿海灘涂種植甘薯對土壤微生物碳的影響
土壤微生物碳含量作為土壤有機質中最活躍和最易變化的組分,能在很大程度上反映土壤質量和土壤微生物數(shù)量,因而是評價土壤微生物量和活性的重要指標[14]。從圖4可以看出,土壤鹽分越大,土壤微生物碳含量越低。隨著甘薯生長進程,S1、S2處理的土壤微生物碳含量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢,在甘薯收獲后,含量略有下降。如S2處理的土壤微生物碳含量于薯塊膨大盛期(種植后90d)時達到最大值,比種植前增加41.4%,收獲時(種植后130d)含量較之前略有下降,但仍比種植前增加33.1%。S3處理的土壤微生物碳含量在甘薯生長期內變化不顯著。
圖4 沿海灘涂種植甘薯對土壤微生物碳含量的影響Fig.4 Effects of sweet potato plantation on soil microbial carbon content
20世紀90年代,郭小丁等[15]已經在江蘇省贛榆縣濱海新墾鹽漬地上發(fā)現(xiàn)甘薯具有較強的耐鹽性。近幾年,更是篩選出“泰中9號”“蘇薯7號”“龍薯1號”“徐薯18”等耐鹽堿甘薯品種,并且發(fā)現(xiàn)在鹽堿地上種植甘薯可使鹽堿地土壤中的含鹽量顯著降低[16-17]。李愛賢等[18]將栗子香的胚性懸浮細胞在含有0~3.0% NaCl和2.0mg·L-12,4-D的MS液體培養(yǎng)基中培養(yǎng),結果表明,2.0% NaCl適合甘薯耐鹽性的離體篩選。本研究中,在2.0~3.1g·kg-1的土壤鹽分下,甘薯生長性狀與在1.0~2.0g·kg-1鹽分下差異不顯著,也足以證明甘薯的耐鹽性。
在沿海灘涂上種植耐鹽植物是改良鹽堿地最經濟有效的方式之一,不僅能夠帶來顯著的經濟效益,還能顯著降低土壤 Na+含量,增加土壤有機質、氮、磷、鉀含量和微生物數(shù)量[19]。林學政等[20]利用鹽生植物鹽地堿蓬對天津河口濱海鹽堿地進行生物修復,發(fā)現(xiàn)種植區(qū)域堿蓬根系土壤的可溶性鹽分與對照土壤相比下降了41%,根系土壤的微生物數(shù)量明顯增加。在寧夏銀北鹽堿地上種植耐鹽植物紅豆草、苜蓿、聚合草、小冠花、葦狀羊茅,具有明顯的脫鹽作用,鹽堿地0—20、0—100cm土層土壤脫鹽率分別可達31.1%和19.1%[21]。本研究中,隨著甘薯生長期的增加,土壤鹽分逐漸下降。甘薯收獲后,S1、S2處理的土壤鹽分比種植前分別下降了20%、10%。這主要是因為當植物地上部分收獲以后,植物體內所含的鹽即可大部分被移走,從而有效地降低土壤的含鹽量[20]。
土壤微生物量是植物營養(yǎng)物質的源和庫,并積極參與養(yǎng)分循環(huán)?;镜耐寥蕾|量健康生物指標應當包括微生物碳、土壤呼吸,土壤基本養(yǎng)分等。土壤微生物量碳是土壤有機碳的靈敏指示因子,是評價長期耕作過程中土壤質量變化的生物學指標[22]。研究表明,將苜蓿引入鹽堿地,可以顯著改善鹽堿地土壤物理環(huán)境,增加土壤肥力[23]。種植紫花苜蓿、堿蓬能夠顯著增加鹽堿地土壤有機質含量,提高土壤中的氮磷鉀含量[24-25]。本研究中,在1.0~3.1g·kg-1的土壤鹽分下,土壤呼吸強度、土壤微生物碳、土壤有機質、全氮均隨著甘薯生長天數(shù)的增加而上升,直到甘薯收獲后,各指標略有下降,但都依然高于甘薯生長前數(shù)值。這與李娟等[26]對褐潮土的研究結論相似。對于甘薯而言,此現(xiàn)象主要是由于甘薯的生長發(fā)育過程中,根系及塊莖的穿插作用、枯枝落葉及死根的腐殖作用使土壤的物理性質得到改善,土壤有機質增加,促進了土壤微生物的生長和繁殖,改善了土壤養(yǎng)分狀況和化學性狀,提高了土壤肥力[27]。與其他養(yǎng)分指標不同的是,土壤全鉀含量隨著甘薯生長期的增加呈現(xiàn)先降后升的趨勢,在1.0~3.1g·kg-1的土壤鹽分下于種植后60d,即封壟期時達到最低值,這主要是由于甘薯是典型的喜鉀作物,多吸收土壤中鉀元素可增加“源”端蔗糖含量,增加“源—庫”間的膨壓差,促進甘薯植株體內蔗糖的向外輸出,促進塊根的膨大[28]。
綜上,甘薯具有一定的耐鹽性。在蘇北沿海灘涂上種植甘薯,可降低土壤鹽分,并促進微生物生長,提高微生物及土壤養(yǎng)分,且以1.0~3.1g·kg-1的土壤鹽分下效果較優(yōu)。這可為沿海灘涂甘薯生長及沿海土壤環(huán)境改良提供依據。但是,沿海灘涂土壤環(huán)境較為復雜,今后還應深入研究灘涂地上甘薯的科學栽培管理,以更進一步增加甘薯產量,提高其品質。
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(責任編輯 高 峻)
Effects of sweet potato plantation on soil environment of coastal area in Northern Jiangsu
LIU Chong,WANG Mao-wen, XING Jin-cheng,DING Hai-rong,ZHU Xiao-mei,ZHAO Bao-quan,DONG Jing,WEN Zhu-gui,HONG Li-zhou*
(InstituteofAgriculturalSciencesinCoastalAreaofJiangsuProvince,Yancheng224002,China)
In order to explore the effect of sweet potato plantation on soil environment of coastal area in Northern Jiangsu,a field experiment with 3concentrations of soil salt was carried out.It was shown that the growth of sweet potato was restrained with the increase of soil salt concentration.The growth of sweet potato had no difference in soils with salt concentration of 2.0-3.1and 1.0-2.0g·kg-1,indicating a certain salt resistance of sweet potato.When soil salt content was increased to 3.1-4.8g·kg-1,the growth index of sweet potato dropped significantly.With the prolong of sweet potato growth,soil salt declined gradually,and the soil respiration intensity presented the downward trend after rising first in soils with 1.0-2.0and 2.0-3.1g·kg-1salt concentration.After harvest,soil respiration intensity was still higher than that before sweet potato plantation.During the whole growth period,soil total nitrogen content and organic content presented the downward trend after rising first,while soil total potassium content presented the upward trend after decreasing first.The greater the soil salt,the lower the soil microbial carbon content.Along with sweet potato growth,the soil microbial carbon content showed an increasing trend in soils with salt concentration of 1.0-2.0and 2.0-3.1g·kg-1.Thus,sweet potato had certain salt resistance.For the coastal areas in Northern Jiangsu,sweet potato plantation could reduce soil salt content,promote the growth of microorganisms,improve soil nutrition,and significantly improve the ecological environment of saline soil,and was especially beneficial for soils with 1.0-2.0and 2.0-3.1g·kg-1salt concentration.
sweet potato; soil salinity; soil nutrients; soil microbial carbon
10.3969/j.issn.1004-1524.2016.11.16
2016-05-05
鹽城市農業(yè)科技創(chuàng)新專項引導資金(YK2015013)
劉沖(1984—),男,江蘇鹽城人,碩士,助理研究員,主要從事耐鹽植物栽培利用研究。E-mail: cellbio@163.com
*通信作者,洪立洲,E-mail: ychonglz@163.com
S156.4;S531
A
1004-1524(2016)11-1908-07
浙江農業(yè)學報ActaAgriculturaeZhejiangensis,2016,28(11): 1908-1914
http://www.zjnyxb.cn
劉沖,王茂文,邢錦城,等.甘薯種植對蘇北沿海灘涂土壤環(huán)境的影響[J].浙江農業(yè)學報,2016,28(11): 1908-1914.