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Properties of saline-alkaline soil under different land use types in Yellow River Delta

黄河三角洲盐碱地不同利用方式土壤理化性质



全 文 :中国生态农业学报 2009年 11月 第 17卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2009, 17(6): 1132−1136


* 国家林业科技支撑计划课题(2006BAD03A03)和山东省重点项目(011150106)资助
收稿日期: 2009-04-12 接受日期: 2009-06-08
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.01132
黄河三角洲盐碱地不同利用方式土壤理化性质*
李庆梅 1 侯龙鱼 2 刘 艳 3 马风云 3
(1.中国林业科学研究院林业研究所 国家林业局林木培育重点实验室 北京 100091;
2. 中国科学院植物研究所植被与环境变化重点实验室 北京 100093; 3. 山东农业大学林学院 泰安 271018)
摘 要 为了缓解土壤盐碱性, 保证土壤可持续利用, 研究了黄河三角洲典型土地利用类型撂荒地、棉田、苜
蓿地和梨园土壤理化性质。结果表明: 棉田土壤容重较高, 而孔隙度和毛管孔隙度低, 由于棉田灌水压盐措施,
抬高了地下水位, 土壤返盐严重。苜蓿地由于管理粗放, 对土壤扰动少, 容重较低, 孔隙度和毛管孔隙度较高,
盐碱度较低; 每年对苜蓿的采收显著降低了苜蓿地土壤有机质和养分含量, 而豆科固氮菌的存在, 使表层速
效氮含量较高。梨园位于黄河三角洲土壤质地较好的区域, 且有机肥料施用一定程度上缓解了土壤板结, 盐碱
度较低。撂荒地表层土壤理化指标均显著优于棉田, 在退化土壤恢复中具有较好的效果。
关键词 理化性质 土地利用方式 撂荒地 土地退化 盐碱地 黄河三角洲
中图分类号: S152.5; S153.6; S155.2+93 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)06-1132-05
Properties of saline-alkaline soil under different land use
types in Yellow River Delta
LI Qing-Mei1, HOU Long-Yu2, LIU Yan3, MA Feng-Yun3
(1. Institute of Forestry Research, Chinese Academy of Foresty Sciences; Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation,
State Forestry Administration, Beijing 100091, China; 2. State Key Laboratory of Vegetation and Environmental Change,
Institute of Botany, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100093, China; 3. College of Forestry, Shandong Agricultural
University, Tai’an 271018, China)
Abstract In order to allviate saline-alkaline property of soils for sustainable soil utilization, the properties of soils under the four
land use types of wasteland, cotton land, clover land and pear orchard were analyzed. The analysis reveals the following: 1) In cotton
lands, there is increasing soil bulk density, decreasing soil porosity and capillarity porosity, and rising water tables driven by the
mode of irrigation which induces heavy salt return to soil surface. 2) In clover lands, there is decreasing soil organic matter and other
nutrients, and soil physical properties are better with lower salinity due to less human disturbance. On other hand, azotobacter of
legume increases the available nitrogen content in surface soil. 3) In pear orchards which are usually planted in areas with better soil
quality, soil physical properties are better and salinity is lower than those in cotton lands, driven by the application of organic fertil-
izer such as animal manure. 4) In waster lands, soil properties are better than in cotton land, land recovering from degenerating cotton
lands is feasible.
Key words Soil propersity, Land use type, Waste land, Soil degeneration, Saline-alkaline soil, Yellow River Delta
(Received April 12, 2009; accepted June 8, 2009)
土地是人类赖以生存的基础性自然资源, 土壤
质量不仅是自然属性, 更是人为因子作用的结果[1]。
近年来, 因土地利用方式不合理, 管理方式不科学,
导致土地退化和肥力下降, 造成水土流失严重[2−5]。
农田的掠夺式耕作[6]、毁林草开荒[7]、湿地大量开垦
后撂荒[2]、农作物单一化连续种植、粗放不科学的
土地利用管理[8]成为土壤退化的主要原因。不同利
用方式对土壤性质的影响备受重视[9−13]。研究表明
现行条件下的大部分耕地利用类型属于掠夺式的土
地利用。基于此, 高焕文提出了保护性耕地利用的
概念 , 并与掠夺式耕地利用做了科学的对照 [14]。
Halvorson 等研究 表 明采用 免 耕和最 小 耕种
第 6期 李庆梅等: 黄河三角洲盐碱地不同利用方式土壤理化性质 1133


(Minimum-till)的方式可种植作物而不引起土壤侵
蚀[15]。不同立地类型土地利用方式对土壤性质的影
响有一定的差异 [2,5,.9,10,16], 平原区耕作撂荒后的农
田自然形成的草地群落的土壤具有较好的自我恢复
功能 [12,17,18], 沟壑丘陵坡地撂荒后的土壤性质恢复
能力差别较大[3,7,13]。
黄河三角洲是我国三大河口三角洲之一, 又是
世界著名的河口三角洲中目前开发度很低的三角洲
之一, 被誉为“金三角”地带, 是我国重点经济开发
区。新淤地和改良的盐碱耕地是区内主要的土地农
业利用方式, 但由于游垦、游牧和灌水等不合理的
农业耕作措施及缺少植被覆盖等, 这些农业用地正
以惊人的速度返盐退化, 其中每年约有 5%的新淤地
退化为重盐碱地和盐碱荒地。由于该区的土地资源
十分丰富, 新淤地返盐退化的潜在危害目前尚未引
起足够的重视, 国内外学术界对此也缺乏认识和研
究。因此, 本文研究了黄河三角洲人类生活生产活
动对土壤性质的影响, 为遏制该区土地退化和返盐,
指导黄河三角洲的合理开发利用提供依据。
1 研究区概况和研究方法
1.1 研究区概况
研究区位于济南军区黄河三角洲生产基地, 属暖
温带半湿润大陆性季风气候区, 年平均气温 12.3 ℃,
极端最高温 41.9 ℃, 极端最低温−23.3 ℃; 年太阳
辐射总量 5 146~5 411 J·m−2, 年日照时数 2 571~
2 865 h, 平均无霜期 210 d; 降水量 542.3~842.0 mm,
其中 63.9%的降雨集中于夏季, 年蒸发量 1 962.1
mm, 是降水量的 3.6 倍。土壤为冲积性黄土母质在
海浸母质上沉积而成, 机械组成以粉沙为主, 沙黏
相间, 层次变化复杂。地下水位约 1.5 m, 水质矿化
度较高[10,11]。
所选土地利用类型包括撂荒地、棉田、苜蓿地
和梨园, 均为多年连续的单一类型土地。撂荒地撂
荒平均时间近 10 年, 撂荒前种植作物为棉花, 撂荒
后野生草本植物覆盖了地表, 形成了草地群落, 主
要植物有矮芦苇(Phragmites communis Trin.)、罗布
麻 (Apocynum venetum L.)等。棉田种植平均年限
10~15年, 每年均施入一定量的化肥。苜蓿地平均种
植年限 5 年以上, 管理粗放, 基本上无肥料投入。
梨园平均种植年限 10 年以上, 管理比较精细, 每
年均施入少量的动物粪便等有机肥料和一定量化学
肥料。
1.2 研究方法
土壤物理性质的测定 每种土地利用类型选取
3 块样地, 每个样地内设 1 取样点, 取 0~20 cm、
20~40 cm两层土样。测定指标包括容重、总孔隙度、
毛管孔隙度。
土壤化学性质的测定 每种土地利用类型分别
选取 3块样地, 每个样地设 3个取样点, 每个样点取
0~20 cm、20~40 cm两层土样, 用四分法混合 3取样
点同层为 1 个土样。测定指标包括土壤有机质、全
氮、速效氮、速效磷、速效钾、盐分和土壤 pH。土
壤有机质采用重铬酸钾容量法测定, 全氮采用凯氏
蒸馏法测定, 有效氮采用碱解扩散法测定, 速效磷
采用 Olsen法(恒温水浴振荡浸提)测定, 速效钾采用
醋酸铵浸提火焰光度法测定, pH 采用电位法测定,
土壤水溶性盐总量采用电导法测定[19]。
2 结果与分析
2.1 利用方式对土壤容重、孔隙度及毛管孔隙度的
影响
土壤容重、孔隙度和毛管孔隙度在不同利用方
式各土层间均有极显著差异(表 1), 说明利用方式对
土壤物理性质影响显著。
土壤容重是土壤紧实度的敏感性指标, 也是表
征土壤质量的重要参数[20]。不同利用方式下土壤容
重在 0~20 cm、20~40 cm均有极显著差异。0~20 cm
为棉田<撂荒地<苜蓿地<梨园, 20~40 cm为苜蓿
地=梨园<撂荒地<棉田。棉田容重在 0~20 cm显著
小于其他 3种土地利用类型, 而在 20~40 cm却最高,
缘于棉田表层采取的松土等管理措施, 增加了表层
孔隙, 而种植前进行的一系列的耕作措施, 如深翻
等 , 破坏了土壤的机械结构 [12,14], 导致深层容重较
大。撂荒地容重在 0~20 cm 低于梨园和苜蓿地, 是
由于撂荒前作物生长越来越差, 投入和管理也逐渐
减少, 土体结构遭到严重破坏, 导致撂荒后初期草
本植物盖度较低, 甚至局部产生裸地现象, 撂荒地
次层容重低于棉田, 土壤结构正逐渐恢复; 调查时
发现撂荒地在 20~40 cm存在胶泥, 也是土壤结构恢
复较慢的原因。苜蓿地由于管理粗放, 人类收获大
量苜蓿而对苜蓿地的投入较少。梨园在管理上比较
科学, 施入了大量动物粪便等有机肥料, 但由于梨
园整枝、病虫害防治、套袋等工作的频繁, 人为压
实了土壤, 导致表层土壤容重较大, 而 20~40 cm由
于 施用了大量的有机肥料(鸡、羊等的粪便), 土壤
容重减小。
孔隙度和毛管孔隙度是评价土壤物理性质的重
要指标。从表 1可以看出, 4种土地利用类型孔隙度
和毛管孔隙度的变化趋势一致: 表层棉田显著高于
其他利用类型, 其他 3 种利用类型间无显著差异;
下层苜蓿地显著高于其他 3 种土地利用类型, 孔隙
1134 中国生态农业学报 2009 第 17卷


度撂荒地最低, 毛管孔隙度棉田最低。撂荒地孔隙
度较低与弃耕后土壤严重破坏, 恢复较慢, 次层存
在胶泥层有一定关系。棉田表层的松土措施和深耕、
施用化肥等导致表层土壤疏松, 次层土壤板结。苜
蓿地粗放式的管理措施, 减少了土壤的深翻, 较好
地维持了土壤的颗粒结构, 土壤机械结构较好, 且
较多的根系使孔隙度和毛管孔隙度较高, 说明免耕
有利于保护土壤机械结构[14]。梨园由于施用动物粪
便等有机肥料, 次层孔隙度较好。可见, 根系作用和
施用有机肥料对土壤孔隙度有较好作用。
2.2 土地利用方式对土壤有机质和养分的影响
不同土地利用类型间土壤有机质和养分含量存
在显著或极显著差异(表 2), 只有速效氮 0~40 cm平
均值无显著差异。可见, 土地利用方式对有机质和
大量养分影响很大。
4种类型土壤有机质含量都不高, 为 3~7 g·kg−1,
平均含量均不超过 6 g·kg−1, 表层撂荒地显著高于
其他利用类型, 次层棉田含量最高, 梨园次之。表层
全氮含量在撂荒地和棉田显著高于其他 2 种利用类
型; 次层棉田最高, 撂荒地次之, 其他 2种利用类型
无显著差异。速效氮、速效磷和速效钾含量在土壤
层次间表现出基本一致的规律, 均为表层高于次层;
棉田表层和次层间差异较少, 其他利用类型则差异
较大; 苜蓿地和梨园表层速效氮显著高于其他 2 种
土地利用类型, 苜蓿地最高, 次层显著低于其他 2
种利用类型; 速效磷表层为撂荒地最高, 其他 3 种
土地利用类型间差异不显著, 次层撂荒地最高, 但
与棉田和苜蓿地间差异不显著, 与梨园间差异显著;
速效钾为撂荒地和棉田高于苜蓿地和梨园。
土地撂荒后, 几年内生长有大量草本植物, 草

表 1 黄河三角洲地区盐碱地不同利用方式的土壤容重、孔隙度和毛管孔隙度
Tab. 1 Physical properties of saline-alkaline soil in Yellow River Delta under different land use types
项目
Item
土层
Soil layer (cm)
撂荒地
Wasteland
棉田
Cotton land
苜蓿地
Clover land
梨园
Pear orchard
F
0~20 1.52b 1.43c 1.55ab 1.57a 71.47**
20~40 1.61a 1.62a 1.51b 1.51b 52.11**
容重
Bulk density (g·cm−3)

平均 Average 1.57a 1.53b 1.53B 1.54b 21.62**
0~20 45.1b 51.0a 46.1b 47.2b 21.32**
20~40 44.4c 44.8c 58.1a 49.5b 101.65**
孔隙度
Total porosity (%)

平均 Average 44.8c 47.9b 52.1a 48.4b 62.07**
0~20 41.8b 48.0a 44.2b 44.4b 18.40**
20~40 42.6c 42.4c 50.5a 47.1b 38.24**
毛管孔隙度
Capillary porosity (%)

平均 Average 42.2c 45.2b 47.3a 45.8b 72.72**
每行数据后的不同字母表示差异显著; **为极显著, *为显著; 下同。Data in one line followed by different letters are significantly different.
** different at 0.01 level, * different at 0.05 level. The same below.

表 2 黄河三角洲地区盐碱地不同利用方式下土壤有机质和各营养元素含量
Tab. 2 Contents of organic matter and nutrients of saline-alkaline soil in Yellow River Delta under different land use types
项目
Item
土层
Soil layer (cm)
撂荒地
Wasteland
棉田
Cotton land
苜蓿地
Clover land
梨园
Pear orchard
F
0~20 6.76a 4.94b 4.80b 5.30b 20.02**
20~40 3.13c 5.54a 2.91c 3.85b 70.96**
有机质
Organic matter
(g·kg−1)
平均 Average 5.25a 5.26a 4.07c 4.75b 12.34**
0~20 0.73a 0.74a 0.43b 0.44b 129.92**
20~40 0.43b 0.61a 0.31c 0.28c 193.56**
全氮
Total N
(g·kg−1)
平均 Average 0.62a 0.69a 0.39b 0.37b 80.55**
0~20 45.28b 45.15b 50.67a 48.51ab 9.79**
20~40 37.73a 42.04a 18.62b 17.55b 97.36**
速效氮
Available N
(mg·kg−1)
平均 Average 42.52a 43.94a 38.17a 36.03a 3.677
0~20 14.00a 10.66b 10.12b 11.20b 37.01**
20~40 10.88a 10.01ab 10.23ab 9.48b 4.19*
速效磷
Available P
(mg·kg−1)
平均 Average 12.76a 10.25b 10.08b 10.65b 57.78**
0~20 182.00a 158.00b 52.00d 114.00c 416.13**
20~40 136.00a 134.00a 44.00c 60.00b 802.17**
速效钾
Available K
(mg·kg−1) 平均 Average 163.83a 149.00b 49.25d 90.92c 332.14**
第 6期 李庆梅等: 黄河三角洲盐碱地不同利用方式土壤理化性质 1135


本植物的根系和枯落物等经微生物分解后产生较多
有机质。棉田在人为施入了大量肥料的同时, 棉花
生长也消耗了大量养分 , 致使棉田养分含量较低 ;
棉田翻耕时施用基肥, 使棉田有机质等养分在土壤
剖面上降低幅度小于其他土地利用类型。梨园由于
地被覆盖物密度小于其他土地利用类型, 风蚀、水
蚀较严重, 梨树作为高大木本植物在生长过程中消
耗大量有机质和速效养分, 导致梨园有机质和养分
含量不高。苜蓿为豆科植物, 具有固氮功能, 表层速
效氮含量最高, 但是苜蓿的采收导致了有机质和养
分含量降低。
2.3 利用类型对土壤 pH和全盐的影响
不同土地利用类型间土壤 pH 和全盐差异极显
著(表 3), 说明土地利用对盐碱土 pH 和全盐含量影
响显著。
土壤 pH在 4种土地利用类型均显碱性, 主要是
因为黄河三角洲的土壤本身盐碱化比较严重。棉田
的 pH最高, 0~40 cm层平均与其他 3种土地利用类
型间差异极显著; 梨园土壤 pH最低。这是因为棉田
施入大量化肥导致土壤板结, pH升高。撂荒地对土
壤碱性的改良效果较好, pH显著低于棉田。梨园土
壤 pH较低, 且表层显著低于其他土地利用类型, 这
与梨园施用有机粪肥有关。
撂荒地和棉田土壤盐分含量 0~20 cm、20~40 cm
和 0~40 cm平均值均极显著高于梨园和苜蓿地。棉
田平均含盐量为苜蓿地的 12倍、梨园的 7倍。棉田
表层土壤盐分含量显著低于撂荒地, 次层含盐量高
于撂荒地, 但差异不显著。这是因为棉花种植时实
施了排水压盐措施; 另外, 棉田次层土壤盐分含量
高于撂荒地, 是由于黄河三角洲土壤地下水位较高
(1.5 m), 且年蒸发量大于年降水量, 而棉田灌水压
盐措施抬高了土壤地下水位 , 导致入秋后土壤返
盐[16]。梨园因为耕作年限较久, 且多种植在黄河三
角洲土壤质量较好的地区, 管理中施用动物粪便等
有机肥, 故土壤盐分较低。苜蓿地盐分含量不高与
人为干扰较少、土壤结构较好有一定关系。

表 3 黄河三角洲地区盐碱地不同利用方式下土壤 pH 和全盐含量
Tab. 3 pH and total salt content of saline-alkaline soil in Yellow River Delta under different land use types
项目
Item
土层
Soil layer (cm)
撂荒地
Wasteland
棉田
Cotton land
苜蓿地
Clover land
梨园
Pear orchard
F
0~20 7.20bc 7.72a 7.45ab 7.04c 28.6**
20~40 7.44b 8.10a 7.22b 7.25b 19.98**
pH


平均 Average 7.31bc 7.91a 7.37b 7.13c 73.11**
0~20 3.59a 1.74b 0.17c 0.24c 912.49**
20~40 3.91a 4.17a 0.28b 0.50b 456.83**
全盐
Total salt content
(g·kg−1)
平均 Average 3.81a 2.79b 0.23c 0.38c 236.45**

3 结论与讨论
黄河三角洲地区 4 种典型土地利用类型土壤理
化性质差别很大, 均表现为不同程度的退化。土壤
容重较大, 孔隙度和毛管孔隙度较小, 有机质含量
均处于贫瘠的水平, 人类的开荒、撂荒以及掠夺式
种植破坏了黄河三角洲地区土壤结构, 导致土壤肥
力下降, 返盐现象严重, pH 升高, 不利于黄河三角
洲土地的持续合理开发利用。
撂荒地土壤改善显著, 但需时较长。由于黄河
三角洲人口密度低, 冲积平原被大面积垦荒, 种植
几年后, 因土壤盐碱度升高, 生产力下降, 被撂荒。
撂荒后, 适应环境的当地抗盐碱植物迅速生长, 逐
步形成天然的草地群落。植被覆盖度较大, 土壤中
枯落物丰富, 在秋冬季节撂荒地的枯落物覆盖于地
表, 使地表土壤几乎处于被包被状态; 地下充沛的
根系既是土壤有机物质的源泉, 也是巩固土壤的纽
带, 使土壤抵抗风蚀水蚀能力增强[9]。由此, 掠夺式
开发利用的棉田撂荒后自然恢复对退化土壤的恢复
具有显著的改良效果, 但是需要的恢复期较长。
棉田、苜蓿地、梨园均属于掠夺式土地利用类
型。3 种土地利用类型每年都有一定时期的土壤裸
露。棉田化学肥料的施用、深翻等农耕措施, 导致
土壤板结, 盐碱度显著升高。苜蓿为豆科植物, 尽管
在一定程度上能够固氮, 但无节制的索取导致土壤
有机质和营养元素含量下降。梨园通常位于黄河三
角洲土壤盐碱化程度较低区域, 为了保持可持续利
用, 经营者有意识地施用一些动物粪便等有机肥料,
一定程度上改善了土壤的理化性质。棉田、梨园和
苜蓿地由于在秋后至翌年春天土壤裸露, 加上当地
海洋季风气候影响, 风蚀水蚀严重, 造成土壤养分
的流失。
黄河三角洲的棉田、苜蓿地、梨园均为单一种
植类型, 土壤地力较低。对于含盐量较高的黄河三
角洲地区, 棉田在耕种前进行的灌水压盐措施, 虽
1136 中国生态农业学报 2009 第 17卷


然暂时降低了土壤表层的盐分含量, 但若无很好的
导盐措施, 在地下水位较高、蒸发量大于降水量的
黄河三角洲地区, 必将导致土壤矿化度的增加, 土
壤返盐[19]。而苜蓿的种植较好地保护了土壤的机械
机构, 一定程度上减轻了土壤返盐[21]。提倡苜蓿和
棉花结合的间作方式, 减少对土壤的每年深翻, 搭
配施入一定量的有机肥料和化学肥料, 以保护土壤
的机械结构, 防止棉田土壤的返盐, 是黄河三角洲
地区土地持续利用的有效措施之一。
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