全 文 ：扦插玉米秸秆改良松嫩平原次生光碱斑的研究*
何念鹏1, 2 吴 泠1 姜世成2 周道玮2* *
( 1 中国科学院植物研究所植被数量生态学重点实验室, 北京 100093; 2 东北师范大学植被生态重点实验室,长春 130024)
=摘要> 根据野外实验, 提出了改良松嫩平原次生光碱斑的新方法, 即通过扦插玉米秸秆截留植物种子,
在玉米秸秆分解作用下, 以玉米秸秆本身及其邻近区域, 为植物提供生长平台,使被截留的植物种子得以
顺利定居、生长;达到低成本、快速地恢复次生光碱斑植被的目的. 结果表明, 扦插玉米秸秆可显著提高土
壤种子库, 改良区土壤种子数量为 4 02010 ? 1 7731 6 粒#m- 2, 次生光碱斑土壤种子库为 101 0 ? 3116 粒#
m- 2, 被截留的种子为植被恢复提供了种源. 改良区土壤理化特性得到一定改善, 但仍具有高 pH 值、高盐
分含量和低有机质含量等特征. 虎尾草能在玉米秸秆周围存活, 每个玉米秸秆周围可生长 31 9? 212 株 ,产
量可达 681 64 ? 381 72 g#m- 2.该方法投入少、成本低、技术简单,在次生光碱斑呈斑块状、且面积相对较小
的区域, 具有更大的推广潜力.
关键词 盐碱地 改良 虎尾草 玉米秸秆 土壤种子库
文章编号 1001- 9332(2004) 06- 0969- 04 中图分类号 S1561 4 文献标识码 A
Amelioration of secondary bare alkali2saline patches in Songnen P lain through inserting cornstalk. HE Nian2
peng1, 2, WU Ling1 , JIANG Shicheng2 , ZHOU Daowei2( 1Laboratory of Quantitative Vegetation Ecology, Insti2
tute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beij ing 100093, China ; 2Key Laboratory for Vegetation Ecology ,
Nor theast Norma l Univer sity, Changchun 130024, China ) . 2Chin . J . Appl. Ecol . , 2004, 15( 6) : 969~ 972.
Based on the field experiment on Songnen grassland, a new method was established to ameliorate the secondary
bare alkali2saline patches (SAP) through inserting cornstalk. The exper iment was r ested on the assumption that
through inserting cornstalk in the secondary bare alkali2saline patches (SAP) to retain seeds moving over its sur2
face, the necessary seed source could be gained; and these seeds should be able to germinate and survive success2
fully on the cornstalk itself or in its neighborhood, where should be more fit to grow than other sites in SAP, due
to the decomposition of cornstalk and its special r ole, so that, the aim to restore vegetat ion of SAP could be
achieved at a prett y low cost and rapid speed. The results showed that the seed bank in soil was incr eased signifi2
cantly, owing to t he inserted cornstalk and its operating processes. The seed number in ameliorated soil was 4
0201 0 ? 1 77316 seeds#m- 2, while that in the secondary bare alkali2saline patches ( SAP) was only 101 0? 311 6
seeds#m- 2 . Although the soil chemical and physical characters in amelior ated zone were improved to some ex2
tent, t he overall situation of soil was still bad for plant growth, as the pH, soluble saline ion and organic matter
were concerned. Most of Chlor is virgata grew around or on the cornstalk, the plants around each cornstalk being
31 9? 21 2, and the total being 481 64 ? 38172 g#m- 2 . Therefore, this met hod demanded a few resources, and
needed simple technology and low cost, which is potentially deserved to popularize.
Key words Alkali2saline soil, Amelioration, Chlor is virgata , Cornstalk, Soil seed bank.
* 国家重点基础研究发展规划资助项目( G2000018602) .
* * 通讯联系人.
2003- 02- 28收稿, 2003- 07- 28接受.
1 引 言
松嫩草地是我国北方优良草地之一.近年来, 由
于过度利用,草地退化和盐渍化加重,次生光碱斑在
松嫩草地上已广泛分布, 其治理已迫在眉睫. 国内外
许多文献专门讨论了盐碱土改良方法, 大多采用石
膏、磷石膏 结合施用有机肥、翻压绿肥 等措
施[8~ 10, 12, 13] .另外, 沙压、施用枯草[ 2, 3] , 栽种羊草
( Aneurolepidium chinensis )、碱 茅 ( Puccinell ia
tenuif lora )、虎尾草( Chlor is virgata )等植物改良松
嫩平原退化草地均收到了一定成效[ 6, 17] ,吴泠等[11]
报道了扦插玉米秸秆改良松嫩平原重度盐碱地的初
步结果,指出该方法具有较大的应用潜力.
野外观察发现,即使是次生光碱斑,偶尔也有虎
尾草、碱蓬( Suaeda glauca )等耐盐碱植物生长, 次
生光碱斑长期存在的原因除了其严酷的生境外, 繁
殖体缺乏也可能是另外一个重要因素.因此,如果有
足够的耐盐碱植物繁殖体存在, 次生光碱斑的植被
恢复速度可大大加快. 本文拟通过在次生光碱斑上
直接扦插玉米秸秆(包括扦插过程中对次生光碱斑
表层土壤的物理破坏作用)来截留耐盐碱植物的种
子.实验中,通过玉米秸秆及其分解作用, 改善局部
区域的土壤理化性质(未改变整个次生光碱斑的土
壤理化性质) ,并以玉米秸秆本身作为植物的生长平
应 用 生 态 学 报 2004 年 6 月 第 15 卷 第 6 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Jun. 2004, 15( 6)B969~ 972
台,提高植物在次生光碱斑上的存活率, 达到快速、
低成本地恢复次生光碱斑植被的目的.
2 研究地区与研究方法
211 研究地区概况
研究地位于吉林省长岭种马场自然保护区内( 123b44c
E, 44b44cN) , 属半干旱温带季风气候, 具有典型的大陆性季
风气候特点, 详细描述见文献[ 11, 17] . 植被为隐域性草甸草
原,群落类型以羊草+ 杂类草群落为主.研究样地为重度退
化所形成的次生光碱斑.
212 研究方法
2000 年 8 月下旬,选择面积约 01 5 hm2 的次生光碱斑,
将直径约 2 cm的玉米秸秆切成每段 25 cm, 进行扦插, 株行
距均为 25 cm, 扦插深度约 10 cm, 小区面积为 2 m@2 m, 10
次重复.土壤种子库取样于 2001 年 5 月上旬在小区 3 和小
区 7 进行,分别随机选取 5 个玉米秸秆, 以玉米秸秆为中心,
取半径为 5 cm、深度 0~ 5 cm土柱,在次生光碱斑上取同样
规模土柱,进行种子库调查. 通过孔径 01 2 mm 土壤筛水洒
后阴干,对照种子标本加以鉴定[ 14] .该方法已在一些研究中
得到应用,发现发芽方法与手工挑选方法具有极显著的相关
性( r= 0183, P < 01 0001, n= 250 土壤样品) [ 1, 7] .
2001年 5~ 9 月份, 每月定期进行土壤取样, 在距玉米
秸秆 1 cm处,分 0~ 5 cm 和 5~ 10 cm对土壤取样, 重复 3
次.测定土壤含水量和容重;所取土壤风干后测定有机质(重
铬酸钾- 浓流酸法)、pH 值( pH 计测定)和电导率(便携式电
导仪测定) , CO2- 、HCO-3 (电位滴定法 ) ; 土壤可溶性 Cl- 、
SO2-4 、Ca2+ 、Mg2+ 、K+ 和 Na+ (离子色谱仪测定) . 9 月份玉
米秸秆内部 pH 值的测定方法:取出埋在盐碱地的玉米秸
秆,连同内部的泥土, 取地下部分,研磨后, 加水搅拌(样品量
与所加水量以 1B5 混合) , 经离心机离心后, pH 计测定澄清
液,得到玉米秸秆内部的 pH 值.
2001 年 9 月上旬对实验区进行植物取样,样方大小为 1
m@1 m(5 次重复) ,同时记录样方内每根玉米秸秆周围生长
的虎尾草株数、高度和分蘖数.
3 结果与分析
311 植被恢复状况
对土壤种子库分析可见, 与次生光碱斑相比, 实
验区的土壤种子库明显增大. 以玉米秸秆为中心, 半
径为 5 cm 范围内土壤种子为 3119 粒, 对照区仅
0108粒;实验区土壤种子库中虎尾草达 4 02010 ?
1 77316粒#m- 2,角碱蓬( Suaeda cor niculat ) 5010 ?
9712粒#m- 2; 次生光碱斑土壤种子库为 1010 ?
3116粒#m- 2, 次生光碱斑没有角碱蓬种子出现. t
检验表明, 扦插玉米秸秆显著地提高了土壤种子库
含量( P = 719E- 05) , 为次生光碱斑植被恢复提供
了必需的种源.
表 1 实验处理对土壤种子库的影响
Table 1 Effect of experimental t reatment on seed bank in soil ( No#
m- 2)
种类
Species
改良区
Improving zone
对照区
Cont rol zone
虎尾草 Choris vi rgata 402010 ? 177316 1010 ? 31162
角碱蓬 Suaeda corniculat 5010 ? 9712 0
在没有进行人为播种的情况下, 一年后实验区
生长了大量植物, 主要是虎尾草,零星的有角碱蓬和
碱地肤( Kochia pr ostra ta ) ,而对照光碱斑没有生长
任何植物.由于角碱蓬和碱地肤的数量很少,实验中
并未对其单独统计, 但仍可以看出角碱蓬和碱地肤
能通过类似的方式在松嫩草原次生光碱斑中定居、
生长.
改良区生长的虎尾草主要集中在玉米秸秆周
围,且植物根系大多围绕玉米秸秆或直接穿透到玉
米秸秆内部生长, 表明玉米秸秆为虎尾草提供了一
个良好的生长平台. 平均每个玉米秸秆周围可生长
319 ? 212株虎尾草,单位面积虎尾草产量可达 6816
? 3817 g#m- 2. 扦插玉米秸秆可截留大量植物种子
(主要是虎尾草) , 并为其提供生长平台.改良区内,
虎尾草单株生物量为 111 ? 019 g/株,单株分蘖数为
315 ? 214蘖/株,高度为 2712 ? 818 cm,表明虎尾草
在改良区生长较好. 另外, 虎尾草抽穗率达 9310 ?
1517% ,当年生虎尾草可为第 2年提供种源,使改良
区能够顺利完成后继的植被恢复,基本实现了快速、
低成本地恢复次生光碱斑植被的目的.
312 土壤理化性质的变化
31211 土壤物理特性 由表 2 可见, 不同时期的实
验处理区 0~ 5 cm 和 5~ 10 cm土壤含水量均小于
对照区土壤含水量, 但 t 检验表明其间的差异不显
著.次生光碱斑土壤含水量即使在 5、6月份(当地的
旱季)也较高,主要是其表层盐壳防止水分蒸发的缘
故.经过玉米秸秆处理后, 土壤容重有所下降, 在 5
月份和 8月份容重分别降低了 319%和 411%. 土壤
电导率是度量可溶性盐分量的一个总体指标,基本
反映了土壤溶液中水溶性盐分的状况[ 16] .改良后土
壤电导率降低,尤其在植物生长的后期,土壤电导率
下降更明显, 8 月份实验区和次生光碱斑 0~ 5 cm
土壤电导率分别为0175和 2172 ms#m - 1, 5~ 10 cm
土壤电导率分别为 1106和 3127 ms#m- 1.
31212 化学性状 松嫩平原的一个重要特点是土壤
pH 值偏高,尤其是次生光碱斑, pH 可维持在 10以
上.土壤 pH 值过高是限制植物在其表面生长的重
970 应 用 生 态 学 报 15卷
要原因之一.实验发现, 改良区土壤 pH 仍在 10 以
上,实验处理没有显著降低次生光碱斑土壤的 pH
值(表 3) .在虎尾草生长过程中,大多数根系都围绕
玉米秸秆或穿透到玉米秸秆内生长; 9月份玉米秸
秆内部(地下部分)的 pH 813,为虎尾草提供了一个
良好的生长平台,这也许是虎尾草能够成功生长的
关键因素.
土壤有机质是土壤肥力的重要指标,与土壤结
构、渗透性、通气性、吸附性及缓冲性能等理化性状
都有着十分密切的关系[8, 16] , 土壤有机质含量增加
可改善土壤孔隙状况和渗水性能[9]. 因此, 增加土
壤有机质含量是改良盐碱土的有效途径之一. 在玉
米秸秆分解过程中,向土壤不断释放各种营养元素
和有机酸,使土壤有机质含量逐渐增加,改良区与对
照区土壤有机质含量差异显著( 0~ 5 cm土壤, P =
01015* ; 5~ 10 cm 土壤, P = 01032* ) . 扦插玉米秸
秆处理后, 9 月份土壤有机质含量分别提高了
3215%和 6213%, 但与典型草原相比(松嫩草原土
壤有机质含量 1% ~ 3%) , 改良后土壤有机质含量
仍很低,改良区仍处于有机质缺乏状态(表 3) .
可溶性盐分在土壤表层富集是松嫩草原盐碱化
的主要特征之一,在严重碱化的次生光碱地表面, 常
形成一层盐壳,其中碱性盐类碳酸钠、重碳酸钠的积
累是其明显的特性,碳酸根、重碳酸根含量明显地影
响土壤的碱化过程[13] . 降低盐碱地表面可溶性盐分
含量是改良能否成功的关键之一. 改良后土壤中的
Na+ 、CO2-3 和 HCO-3 的含量明显降低,与次生光碱
斑相比, 9 月份 0 ~ 5 cm 土壤中 Na+、CO2-3 和
HCO-3 含量分别降低了 1418%、6813%和 3711%; 5
~ 10 cm 土壤中 Na+ 、CO2-3 和 HCO-3 含量分别降
低了 3412%、4710%和 3819%. 同时,扦插玉米秸秆
也明显降低了土壤中的 Mg2+、CO2-3 、HCO-3 、
SO2-4 、Cl- 含量,而对植物生长发育必需的 K+ 却有
明显的提高,与次生光碱斑相比,改良区 0~ 5 cm和
5 ~ 10 cm 土壤 K+ 含量分别提高了 5318% 和
1118% (表 4) . 实验结果表明, 经扦插玉米秸秆后,
由于玉米秸秆的分解、虎尾草定居生长,土壤表层可
溶性离子含量有较大程度的降低, 离子组成更有利
于植物生长.
4 讨 论
实验结果表明, 处理区与对照区土壤理化性质
并未发生根本性的变化,土壤仍处于高 pH 值、高盐
分、低有机质的状况.这与最初的实验设计有关.
表 2 土壤物理特性的变化
Table 2 Change of soil physical characters
月 份
Month
含水率
Moisture content ( % )
处理 T reatment
0~ 5 cm 5~ 10 cm
对照 Cont rol
0~ 5 cm 5~ 10 cm
电导率
Conduct ivity rate( ms#m- 1)
处理 T reatment
0~ 5 cm 5~ 10 cm
对照 Cont rol
0~ 5 cm 5~ 10 cm
容重( g# cm- 3)
Soil bulk density
处理
T reatment
0~ 5 cm
对照
Control
0~ 5 cm
5 8191 915 8193 9165 1153 2129 1159 2190 1117 2177
6 5106 10127 6121 10138 1153 2131 1154 3113 1198 2182
7 7164 11168 8178 13102 1159 1121 1160 3145 1193 3174
8 7108 9118 7111 9190 1166 0175 1173 2172 1106 3127
9 5158 9114 8172 11132 1168 0184 1171 2184 1127 2193
表 3 改良后土壤化学性状的变化
Table 3 Chemical character s of soil after biological improvemen t
月份
Month
pH
处理 T reatment
0~ 5 cm 5~ 10 cm
对照Cont rol
0~ 5 cm 5~ 10 cm
有机质 Organic matter( % )
处理 Treatment
0~ 5 cm 5~ 10 cm
对照 Control
0~ 5 cm 5~ 10 cm
5 10141 10139 10141 10141 0134 0134 0132 0135
6 10151 10144 10142 10150 0135 0135 0132 0132
7 10147 10141 10151 10150 0136 0145 0132 0132
8 10139 10137 10149 10154 0143 0150 0136 0132
9 10136 10121 10164 10141 0146 0158 0135 0136
表 4 土壤可溶性盐分离子的变化
Table 4 Change of soluble saline ion in the soil of secondar y bar e alkali2saline patches ( SAP) ( Sept . )
土壤可溶性盐离子含量 Soluble saline ion in soil( mg#g- 1)
Na+ Ca2+ K+ Mg2+ CO2-3 HCO-3 SO2-4 Cl-
处 理 Treatment 0~ 5 cm 11149 01195 01021 01027 01571 41619 01116 01158
5~ 10 cm 11349 01117 01013 01016 11804 71342 01141 01363
对 照 Cont rol 0~ 5 cm 11806 01359 01019 01026 01906 51764 01258 01275
5~ 10 cm 21746 01156 01017 01046 11710 91431 01378 01854
9716 期 何念鹏等:扦插玉米秸秆改良松嫩平原次生光碱斑的研究
实验处理提高了土壤种子库,为植被恢复提供
了必需的种源;玉米秸秆内部、及其邻近区域, 各项
理化性质都相对较好,更适合于植物生长,为植物提
供了一个较适宜的生长平台. 这也是植物能够在次
生光碱斑成功生长的关键. 虎尾草主要围绕玉米秸
秆周围生长,大量根系分布在玉米秸秆内部, 表明玉
米秸秆本身是植物生长的平台. 虎尾草可顺利完成
生活史并产生种子,为后继植被恢复提供了大量种
源,加快次生光碱斑植被的恢复速度. 因此, 通过合
适的方法,低成本、快速地恢复次生光碱斑植被是可
行的;但它并不能快速地改善土壤理化性质. 土壤理
化性质的改善可在植被恢复过程中完成.
影响松嫩平原次生光碱斑植被自然恢复进程的
原因许多, 通常认为表层土壤可溶性盐离子含量过
高是其主导性因素[ 17] . 长期以来, 土壤种子库在次
生光碱斑植被自然恢复过程的作用未受到足够重
视;实事上,次生光碱斑的土壤种子库是其植被自然
恢复的模板,影响其植被恢复的方向与速度, 对植被
恢复起着重要作用.次生光碱斑的表层土壤遭到严
重破坏,表面光滑且少缝隙,对流经其表面的植物繁
殖体(包括种子和其它繁殖体)的截留能力很弱, 次
生光碱斑的土壤种子库难以得到补充, 使其处于繁
殖体极度缺乏的状况.次生光碱斑表面种子流巨大,
种类组成相当丰富, 而土壤种子库很小,主要是虎尾
草[4] ;相关实验还表明, 角碱蓬种子可直接在次生
光碱斑上生长的,如果这类耐盐碱植物繁殖体在土
壤中大量存在, 次生光碱斑的自然恢复速度应很快,
自然状况下,次生光碱斑不能长期存在[5] . 因此, 除
了严重的盐分胁迫外, 繁殖体缺乏也是松嫩平原次
生光碱斑自然恢复进程缓慢的另一个重要原因. 针
对次生光碱斑繁殖体缺乏的现状,如能补播一些极
度耐盐碱植物种子, 或通过一些辅助手段,提高光碱
斑对流经其表面的植物繁殖体的截留能力, 加速次
生光碱斑的植被恢复进程是可能的.
扦插玉米秸秆改良盐碱地是一种新的尝试. 该
方法通过截留在次生光碱斑上大量传播的虎尾草种
子,以玉米秸秆作为虎尾草的生长平台,达到快速恢
复植被的目的. 玉米秸秆是松嫩平原的农副产品, 资
源丰富.使用该方法投入少(不需要复杂的机械设
备、大量肥料或化学药品 ) , 成本低 (约 250 元#
hm- 2) , 易于推广. 在次生光碱斑呈斑块状分布、而
且面积相对较小的区域, 这种方法更具优越性.
致谢 承蒙杨允菲教授和张宝田工程师协助, 一并致谢.
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作者简介 何念鹏, 男, 1976 年生,博士生, 主要从事植物生态学和草地生态学研究 ,发表论文 7 篇. Tel: 010262595731;
E2mail: henp76@ns. ibcas. ac. cn
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