应用生物技术改良退化土壤的效果——以黄花草木樨改良盐碱化土壤为例

应用生物技术改良退化土壤的效果——以黄花草木樨改良盐碱化土壤为例 生态环境 2004, 13(1): 51-53, 60 Ecology and Environment E-mail: editor@eco-environment.com 应用生物技术改良退化土壤的效果 ____以黄花草木樨改良盐碱化土壤为例 11112汤 洁,李月芬,林年丰,郭 平,杨有德 1. 吉林大学环境与资源学院,吉林 长春 130026,2. 吉林农业大学,吉林 长春 130118 摘要,通过对种植黄花草木樨样地的监测,根据土壤理化性质的变化 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了退化土壤的改良效果。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,种植黄花草木樨后,土壤脱盐率较高,土壤中盐分含量、pH值、交换性钠和碱化度明显降低,有机质含量显著增加。黄花草木樨还可有效地改善土壤的通透性能,使土壤中小于0.001 mm和0.001~0.005 mm的粘粒减少,0.05~0.25 mm的砂粒增加,土壤体积质量变小,孔隙度增大。这一生物技术具有改善土壤结构、增加土壤肥力的特点。黄花草木樨是干旱半干旱地区改良退化土壤的一种优良牧草。 关键词,黄花草木樨,退化土壤,盐碱化,生物技术,有机质 中图分类号,S156.4 文献标识码,A 文章编号,1672-2175,2004,01-0051-04 中国是一个人口众多,土地资源相对缺乏,土地退化较主,植被以羊草为优势种,其他植物主要有糙隐子草为严重的国家。近百年来,由于人们对自然资源的不合理开,Cleistogenes squarrosa,、碱蒿,Artemisia anethifolia,、角发和对环境的破坏,土壤质量严重下降,土壤退化已成为一碱蓬,Suaeda corniculata,、虎尾草,Chloris uirgata,等。 [1, 2]个重要的环境问题。吉林西部是我国土壤退化严重的地1.2 供试材料和栽培管理 区之一,其退化类型包括盐碱化、沙化和贫瘠化。全区有退作者从俄罗斯西伯利亚地区引进了黄花草木樨“斯列金22化土地280万hm,其中盐碱化土地153.27 hm,沙化土地1号”种籽,它是经野生黄花草木樨驯化培育而成的。该牧草2 [3]68.76万hm。土壤退化严重影响了农牧业生产,制约社为2年生,具有抗旱、耐寒、耐盐碱和抗逆性强等特点,在会经济的可持续发展。因此,保护土地资源、恢复土地生产贫瘠土壤中生存能力很强。种籽发芽率高于90%。 能力非常必要。应用生物工程和技术可有效地解决这一问试验地选在地势平坦的中度沙碱地,pH值为9.02。200122题,它具有投入少、见效快、无污染等特点。 ,2002年在相邻地块种植10 hm。春季耕翻,耕年种植1 hm 鉴于吉林西部盐碱化土地分布广、发展速度快、危害大深大约30 cm,,耙耱一遍,达到土质疏松之后,于5月份2的现状,我们引进了黄花草木樨牧草,在盐碱化草地进行了机械条播,播种量为10 kg/hm,播种深度为1 cm,播后用土壤改良的生物试验。该牧草具有抗旱、耐寒、耐盐碱等抗镇压器压平。 逆性特点,更重要的是它能使严重退化的土壤较快地氮化和1.3 土样采集及测定 腐殖化,在生物工程和技术改良退化土地中,是一个首选品1.3.1 采样方式和时间 种。本文通过对种植黄花草木樨后土壤物理性状和化学性质选择黄花草木樨1年生地,2002年种植,和2年生地的监测和分析,揭示退化土壤中盐分、有机质的变化规律,2001年种植,的土壤做测试样本,分别用黄花样地1和黄, 为改造退化土地和培肥地力提供科学依据。 花样地2代表。每一测点挖60 cm深的剖面,分为0~10 cm、1 材料与方法 10~20 cm、20~40 cm和40~60 cm四层,分别用A、B、C、1.1 试验区自然概况 D代表,分层取样、分析和测试。每次在相应样地进行多点 试验区设在吉林省西部大安市姜家店草场。姜家店草场蛇形采样,混匀装入土袋风干备用。 位于松嫩平原中部低平原,属洮儿河和霍林河之间的河间地与此同时,选择紫花苜蓿1年生地,紫花样地1,和2带,海拔高度120~160 m,地势平坦,总坡度为年生地,紫花样地2,、碱茅地、羊草地及碱斑荒地5种类1/8000~1/5000。该区平均气温4.3 ?。年均降水量为413.7 型的草地,作为平行观测点,采集土样,方法同上。 mm,其中6~9月份降水量达344.8 mm,占全年降水的于2002年6月和10月各采样1次,分别用T1和T283.3%。年均蒸发量为1610 mm,最大蒸发量达1952.2 mm。代表,以下同。6月份取样时,黄花样地1的种籽仅播种半干燥度年平均为1.15。春季多风、干旱,最大风出现在4~5个月,可以代表原来土壤的背景情况。在10月份,黄花样月,一般风速在16 m/s以上,最大瞬间风速达30 m/s,全地2的牧草刚收割10 d,可以反映改良土壤的最终效果。 [4, 5]年平均风速为5 m/s,风速大于8 m/s的大风日多达47 d,1.3.2 测定项目及方法 而且以风速?17 m/s的次数为多。土壤类型以盐化草甸土为土壤可溶性盐总量测定用质量法,pH值,土壤与HO2 基金项目,国家自然科学基金项目,40072093,40273047, 作者简介,汤 洁,1957,,,女,教授,博士生导师,主要从事生态环境系统与信息管理研究。E-mail: tangjie@jlu.edu.cn 收稿日期,2003-08-18 52 生态环境 第13卷第1期,2004年2月, 的质量比为1?2.5,测定用pHS-25型酸度计法,土壤有机质碱斑荒地低,以黄花草木樨下降最为明显。pH均值从黄花测定用电热板加热-重铬酸钾容量法,土壤机械组成测定用样地1的9.02下降到黄花样地2的8.1,下降幅度为10.2%。密度计法,土壤体积质量测定用环刀法,土壤密度用密度瓶紫花样地2较样地1下降幅度为4.1%,碱茅草地和羊草地法,土壤总孔隙度,%,=,1,土壤体积质量/土壤密度,较碱斑荒地相比也有降低,但下降幅度较小。 ×100%。 从表1还可看出,黄花草木樨脱盐率较高,样地2的A、2 结果与分析 B和C层土壤脱盐率较样地1分别高54.62%、34.19%和2.1 黄花草木樨对土壤可溶性盐的影响 50.6%。D层脱盐率相对较低,黄花样地1和样地2的脱盐2.1.1 土壤pH和含盐量 率分别为6.82%和13.33%。紫花苜蓿也呈现出类似规律, 我们将所测的各类土壤的pH和含盐量列于表1。从表从脱盐率的比例来看,紫花苜蓿低于黄花草木樨。碱茅草地1可以看出,除碱茅地外,各类草地土壤含盐量和pH均较 和羊草地脱盐率均较前两者低。从种植的年份上看,无论黄 表1 各类土壤pH和盐分的变化 黄花样地1 黄花样地2 紫花样地1 紫花样地2 碱茅草地 碱斑荒地 羊草地 取样 1) 层位时间 w(盐分)/% pH w(盐分)/% pH w(盐分)/% pH w(盐分)/% pH w(盐分)/% pH w(盐分)/% pH w(盐分)/% pH 2002-06 A 0.13 8.41 0.1 8.44 0.07 8.38 0.09 8.15 0.98 10.4 1.45 10.4 0.22 9.74 B 0.22 8.87 0.23 8.59 0.15 8.34 0.2 8.16 0.31 10.4 0.81 10.3 0.7 9.8 C 0.21 9.39 0.56 7.76 0.29 8.67 0.28 8.26 0.95 10.3 0.93 10.3 0.81 9.86 D 0.44 9.39 0.3 7.62 0.17 8.72 0.16 8.13 1.03 10.1 0.78 10.2 1.11 9.7 均值 0.25 9.02 0.30 8.10 0.17 8.53 0.18 8.18 0.82 10.3 0.99 10.3 0.71 9.78 2002-10 A 0.11 7.75 0.03 7.6 0.06 7.8 0.05 7.73 0.94 9.92 1.48 10.2 0.18 8.96 B 0.19 7.83 0.12 7.8 0.13 7.96 0.15 7.73 0.31 10.2 0.83 10.2 0.46 9.73 C 0.20 8.15 0.25 8.13 0.26 8.04 0.25 7.67 0.93 10 0.98 10.1 0.73 9.62 D 0.41 8.91 0.26 8.89 0.12 8.34 0.13 7.74 1.01 9.98 0.78 10.2 1.05 9.56 均值 0.23 8.16 0.17 8.11 0.14 8.04 0.15 7.72 0.8 10.0 1.02 10.2 0.61 9.47 脱盐率A 15.38 70.00 14.29 44.44 4.08 -2.07 18.18 /% B 13.64 47.83 13.33 25.00 0.00 -2.47 34.29 C 4.76 55.36 10.34 10.71 2.11 -5.38 9.88 D 6.82 13.33 29.41 18.75 1.94 0.00 5.41 1) A层深度0~10 cm,B层深度10~20 cm,C层深度20~40 cm,D层深度40~60 cm。以下同 花草木樨还是紫花苜蓿,土壤脱盐率的总体规律是2年生样2.1.2 土壤交换性钠和碱化度 地大于1年生样地,呈现脱盐率随着种植牧草时间的延长而伴随土壤盐分的变化,交换性钠和碱化度也发生了明显逐渐增加的规律。种植黄花草木樨不仅可以显著降低土壤盐的变化,其结果见表2。从各类土壤看,黄花样地和紫花样分,而且脱盐作用有一定的持久性和稳固性。 地土壤的碱化度和交换性钠质量摩尔浓度明显低于碱茅草 表2 各类土壤交换性钠质量摩尔浓度和碱化度的变化 取样时间 测试指标 黄花样地1 黄花样地2 紫花样地1 紫花样地2 碱茅草地 羊草地 -12002-06 b(交换性钠)/(cmol?kg) 2.25 1.59 0.42 0.11 18.90 10.26 2002-10 1.11 0.48 0.42 0.17 19.16 8.60 2002-06 碱化度/% 5.68 4.39 1.11 0.42 67.20 32.36 2002-10 2.90 1.57 1.43 0.64 44.58 23.65 地和羊草地。从时间序列看,2002年6月到10月经过4个2.2 黄花草木樨对土壤有机质的影响 土壤有机质是形成土壤团粒结构的粘合剂,它不但可以月的时间,黄花样地1的碱化度降低了48.94%,交换性钠[6]质量摩尔浓度降低了50.67%。黄花样地2的碱化度降低了改良土壤结构、吸收性能和理化性质,而且可以为植物提64.24%,交换性钠质量摩尔浓度降低了69.81%。紫花样地供一定量的营养物质。为此,本文重点对土壤有机质的质量的交换性钠质量摩尔浓度和碱化度明显低于黄花样地的土分数变化进行了研究。土壤有机质的质量分数变化见表3。 壤,但降幅低于黄花样地。 从表3可以看出,各类样地表层土中有机质含量大小的 表3 各类草地土壤有机质的变化 时间 层位 测试指标 黄花样地1 黄花样地2 紫花样地1 紫花样地2 碱茅草地 羊草地 碱斑荒地 2002-06 A w(有机质)/% 3.09 3.23 2.29 2.23 1.25 2.56 1.07 B 2.24 2.39 1.84 2.13 0.86 2.46 0.85 C 0.85 1.98 1.15 0.81 0.57 1.61 0.70 D 0.57 1.12 1.45 0.69 0.68 0.88 0.50 2002-10 A 3.55 3.57 2.91 1.88 1.69 2.71 1.10 B 2.95 2.98 2.63 1.76 0.94 2.52 0.91 C 2.23 2.24 2.11 1.68 0.86 1.62 0.83 D 1.32 1.28 1.75 0.89 0.78 0.88 0.74 汤 洁等,应用生物技术改良退化土壤的效果研究,以黄花草木樨改良盐碱化土壤为例 53 顺序依次为,黄花草木樨地、紫花苜蓿地、羊草地和碱茅地。和0.001,0.005 mm的微团聚数量明显减少,样地1下降幅黄花草木樨可使土壤有机质含量明显提高,黄花样地2土壤度分别为36.59%和26.72%,样地2下降幅度分别为14.76%的有机质含量明显高于样地1。其它牧草地土壤的有机质含和23.52%。土壤中0.05,0.25 mm的微团聚体数量却在增量均低于黄花草木樨样地。取4层土的有机质含量平均值进加,黄花样地1由T1的43.56%上升为T2的48.43%,上升行比较,黄花草木樨样地有机质含量分别为碱斑荒地的2.17幅度为11.18%。样地2由T1的43.46%上升为T2的53.37%,倍和2.79倍。黄花草木樨增加土壤有机质的效果非常显著。 上升幅度为22.80%,明显高于黄花样地1。这说明黄花草木 从土壤有机质的垂直分布看,各类样地表层有机质含量樨具有促进较小粒径微团聚体向较大粒径微团聚体聚集的均大于中层与底层,黄花样地1和样地2土壤A层有机质功能,而且随着种植时间的增加,改土效果就越显著。紫花含量分别是D层的5.42倍和2.88倍,这说明从土壤的A层苜蓿、碱茅草地、羊草地也表现出与黄花草木樨相类似的趋到D层有机质含量下降幅度很大,这可能是因为表层牧草势,但团聚效果不如黄花草木樨明显。 根系发育腐殖质分解速度快的缘故。 2.3.2 黄花草木樨对土壤体积质量、总孔隙度的作用 2.3 黄花草木樨对土壤机械组成和结构的影响 土壤体积质量,ρ,是指在自然状态下单位体积土壤,包2.3.1 黄花草木樨对土壤机械组成的影响 括孔隙,的烘干质量。它是土壤重要的物理性质之一,反映 [6][7, 8]土壤机械组成反映了土壤中各粒级所占的相对比例。土壤松紧程度、孔隙状况和土壤肥力的综合指标。土壤碱土中粘粒含量过多,质地粘重,通透性极差,是造成盐碱孔隙度,φ,是土壤中孔隙的体积分数。结构良好的土壤孔土理化性质恶化的原因之一。土壤机械组成分析表明,黄花隙度较高,反之,孔隙度低。种植黄花草木樨后,由于牧草草木樨对改善草地盐碱化土壤机械组成具有显著效果,表根系发育,使有机质含量增加,改变了土壤的微团聚体的组4,。从T1到T2,黄花样地1和样地2的土壤中<0.001 mm 成,其砂粘比例发生了变化,使土壤的结构,即土壤的松紧 表4 黄花草木樨对土壤机械组成的影响 % 黄花样地1 黄花样地2 紫花样1 紫花样地2 碱茅草地 羊草地 土壤粒径 d/mm 2002-06 2002-10 2002-06 2002-10 2002-06 2002-10 2002-06 2002-10 2002-06 2002-10 2002-06 2002-10 <0.001 21.59 13.69 17.62 15.02 14.34 17.12 17.81 14.79 13.85 16.31 21.23 20.78 0.001~0.005 12.91 9.46 10.50 8.03 11.62 4.59 13.62 5.20 12.21 14.29 12.45 7.66 0.005~0.01 3.41 7.17 8.55 4.53 4.78 4.55 3.49 4.60 6.92 1.71 6.60 5.75 0.01~0.05 18.04 19.56 19.26 18.25 15.71 17.62 14.52 14.01 13.86 10.88 16.98 21.01 0.05~0.25 43.56 48.43 43.46 53.37 45.79 43.39 50.28 60.59 52.06 56.36 41.21 43.45 0.25~1.00 0.49 1.69 0.61 0.80 0.34 0.51 0.28 0.81 1.10 0.45 1.53 1.35 状况和土壤孔隙状况得到了明显改善。 土壤总孔隙度均有不同程度的提高,其中以黄花草木樨为最 由表5可知,无论是T1时段,还是T2时段,土壤体高,样地1和样地2分别为57.6%和57.7%。其次是紫花苜积质量均以碱斑荒地最大,碱茅草地和羊草地次之,然后是蓿,为54.1%和53.0%。碱斑荒地最小,仅为48.0%。 紫花苜蓿,黄花草木樨最小。黄花样地1和样地2土壤的体土壤体积质量减少,孔隙度增加是由于黄花草木樨根系33积质量分别从T1的1.25 g/cm和1.18 g/cm下降为T2的十分发育,随着有机质含量不断增加,土壤疏松程度提高, 3331.19 g/cm和1.13 g/cm,分别下降了0.06 g/cm和0.05 通透性增强,土壤中动物和微生物活动强烈所致。土壤总孔3g/cm。而且黄花样地2明显低于样地1。另外,各类土地中 隙度增大,土壤更加疏松,其通气和透水性能加强,可使土 表5 黄花草木樨对土壤体积质量、总孔隙度,总孔隙体积分数,的影响 黄花样地1 黄花样地2 紫花样地1 紫花样地2 碱茅草地 羊草地 碱斑荒地 时间 -3-3-3-3-3-3-3ρ/(g?cm) φ/% ρ/(g?cm) φ/% ρ/(g?cm) φ/% ρ/(g?cm) φ/% ρ/(g?cm) φ/% ρ/(g?cm) φ/% ρ/(g?cm) φ/% 2002-06 1.25 50.4 1.18 54.1 1.3 48.9 1.2 52.5 1.35 49.7 1.38 47.3 1.44 44.7 2002-10 1.19 57.6 1.13 57.7 1.21 54.1 1.32 53.0 1.36 52.5 1.30 52.2 1.43 48.0 壤水、肥、气、热协调关系得到较好地改善。 参考文献, [1] 汤洁, 林年丰, 卞建民. 松嫩平原生态环境与荒漠化预警[J]. 吉林3 结语 大学学报,工学版,, 2002, 32(增刊): 8-9. 中国是一个土地退化较为严重的国家,采取有效的措施[2] LIN N F, TANG J. Geological environmental and the causes for de-进行土地资源保护和退化土地的修复是当务之急。种植黄花sertification in arid and semiarid regions in China[J]. Environmental 草木樨这一生物改良技术可以达到减轻盐碱成分对植物的Geology, 2001, 41(7): 806-815. [3] 张殿发, 林年丰. 吉林西部土地退化成因分析与防治对策[J]. 长春危害,改善土壤结构,增加土壤肥力,提高土地生产能力的2科技大学学报, 1999, 29(4): 355-359. 目的。初步估算,种植1 hm黄花草木樨相当于施放164 kg[4] 李酉开. 土壤农业化学常规分析方法[M]. 北京: 科学出版社, 1983. 纯氮,或40 t农家肥,平均每年每公顷牧草和种籽的收益约[5] 中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科技为2万元。因此,大面积推广黄花草木樨可获得较高的生态、出版社, 1978. ,下转第60页, 社会和环境效益。