草畜系统下盐碱荒地土壤生物化学性状演变过程的研究

本文着重于滨海盐碱荒地发展以人工草地为基础辅之以作物饲源的畜牧业，建立一个“饲草饲料一畜 牧生产一肥料一土壤管理”循环系统中土壤生物化学性状的研究。试图揭示该区通过建立草畜系统 开发改造成中等肥力水平耕地土壤理化性状及土壤生物化学性状的演变规律；确定滨海盐碱荒地建 立草畜系统开发改造成中等肥力水平耕地的最佳年限。为综合治理和合理开发利用滨海盐碱荒地探 索出一条新的技术途径并提供科学的理论依据。1材料和方法l·1研究区的自然条件该区环绕渤 海湾，属暖温带半湿润大陆季风气候区，年平均温度为13C，多年平均无霜期为201d，年平 均降水量为556·Zmm，主要集中在7～9月份，占全年降水量的2／3，年平均水面蒸发量 是年平均降水量的3．3倍。土壤类型主要是滨海盐碱土。原生植被为耐盐碱的一年生、2年生和 多年生草本植物，主要种类为碱蓬、马绊草、芦苇、二色补血草、黄须菜等。1．2研究区的设置 研究地点设在天津大港沙井子乡，山东无津县种畜场，河北海兴明泊佳农场。环渤海盐碱荒地地势 低洼，地下水位高，加上全年降水量70％集中在夏季，历史上沥涝是这一地区的主要灾害。试验 区于1988～1989年用2年时间进行工程治理，按标准化配套用k灌结合、条田化规划进行 。田间排灌工程的建立，降低田间地下水位，起到了撤碱、洗碱和排碱的作用，有利于降低土壤含 盐量。几个研究区简况如下：天津大港沙井子乡，从1988年开始工程治理，又由于连续数年干 旱，处于逐渐脱盐状态。种植方式为一年一熟或撩荒，盐分常在春天表聚，0～20cm土壤含盐 量4．ig／kg土。山东无核县种畜场，1988年开始工程治理，0～10cm土壤盐分含量 为5．759／kg土。河北海兴明泊洼农场，从1988年开始工程治理，0～20cm土壤盐 分含量为4．879／kg土。在工程治理的基础上，1989，1990年分别在3个研究区种 田青、翻压两季田青后，3个研究区土壤盐分含量分别由5．759／kgl降到3，029／k g土；4．ig／kg土降到3．olg／kg土；4．879／kg土降到3．olg／kg土 。1991～1994年在3个研究区发展以人工草地为基础辅之以作物饲源的畜牧业，建立“饲 草饲料一畜牧生产一肥料一土壤管理的格局，称谓草畜系统。1．3研究方法根据试验设计每个研 究区选Z个样区（每个样区占地13．3hm’）：（I）天然草场样区；（11）草畜系统样区 。在上述3个研究区内，从1991～1994年每年于9月中旬采取土样，天然草场样区采用土 钻取样10个（多点混合取样）。草蓄系统样区采用显露耕层断面后，避开作物10cm以外采取 土样（多点混合取样）。将耕层（0～30crn）混匀土佯装入无菌塑料袋，置于冰瓶中运回。 新鲜土样于24h内处理完毕进行各项测试。土壤理化性状测定：采用常规法测定。土壤生物化学 性状测定：土壤ATP测定“参照J（）ANIV．I，WE13STE等提供的方法“‘；土壤 呼吸作用强度采用C（）。田间测定法“’。土壤微生物数量测定：好气性自生固氮菌、培养基用 阿须贝氏（Ashby）配方，分离培养用平板法，表面涂抹k‘。根瘤菌用平板法表面涂抹。纤 维素分解菌用平板法、表面涂抹、培养基用赫琴逊（Hutchison）配方。固氮作用强度： 采用土壤培养法卜‘测定。硝化作用强度：根据硝酸盐的累积量测定u‘。2结果与分析2．1山 东无标、天津大港、河北海兴各肥力水平农用地土壤理化性状（见表1）。2．2建立草畜系统不 同年限对滨海盐碱荒地土壤理化性状影响1991～1994在山东无核县种畜场、天津大港沙井 子乡、河北海兴明泊洼农场3个研究区建立草畜系统后，对土壤理化性状进行监测，结果见表已表 2中对3个研究区草畜系统样区与天然草场样区监测结果进行了统计分析，到1991年土壤有机 质含量增至5．1～7．749／kg，全N增至0．41～0．469／kg，碱解氮增至17 ～27mg／ks，速P增至3ms／ks，速K增至136～215ms／ks，全盐量降至3 ．01～3．02s／ks土，容重降至1·22～1·24。1991年监测结果接近或达到当 地五类肥力水平耕地理化性状参照指标。到1992年土壤有机质增至6·8～7·sg／kg， 全N增至0·51～0·589／kg，碱解氮增至26～41ms／ks，速P增至4～sin s／ks，速K增至149～236ms／ks，全盐量降至2．0～2．53s／ks，容重降 至1．20～1．25。这些指标接近或达到当地四类水平耕地，说明土壤已达到轻度熟化。。土 壤ATP测定：U．S．ABECKMANL7一65型超高速冷浆离心机；CSF—LA超声波 发生器主FG—300发光光度计。表1不同肥力水平土壤理化性状”。参考山东无核、天津大港 、河北海兴土壤志表2在富菜胜不同年限对追悔软磁带他IM仆性壮的④响。。指天然草场样区； 。。指草畜系统样区。到1993年土壤有机质增至8．8～9．Zg八g，全N增至O．62～ 0，729儿g，碱解氮增至37～53ms／ks，速P增至5～sins／ks，速K增至1 65～260ms／ks，全盐量降至1．6～l．87s／ks，容重降至1．ZI～1．23 。这些指标接近或达到当地三类水平耕地理化性状指标，说明土壤已达到中度熟化。到1994年 土壤有机质增至11．9～14．3g／kg，全N增至0．77～0．gig／kg，碱解氮增 至49～87ms／ks，速P增至14～18ms／ks，速K增至181～286ms／ks ，全盐量降至1．04～l．29s／kg，容重降至1．22～1．24。这些指标培近或达到 当地二类肥力水平耕地，说明土壤已达到熟化。3个研究区经过1988和1989年2年工程治 理，1989、1990年翻压两季田青，土壤盐分含量平均下降3．71P／hP，PH由原来 的8．37降至8．18。在此基础上，从1991年开始建立草畜系统，发展以人工草地为基础 辅之以作物饲源的畜牧业建立一个“饲草饲料一畜牧生产一肥料一土壤管理”循环的格局。盐碱荒 地建立草畜系统后，每年加入到土壤中的残根、断枝、落叶、牲畜粪尿等含纤维素的有机物质，在 分解过程中纤维素作为微生物发育的主要能源，而且只有在纤维素被分解后，降低了有机物质中的 碳氮比例，才能释放出其中含有的N，P，K，S等有效养分。监测结果证明，随着盐碱荒地建立 草畜系统年限增加，土壤中碱解N、速P、速K等逐年提高。微生物对土壤团聚体的形成起着显著 的作用，其中纤维素分解菌占有重要位置。除了它们与腐殖质形成有关以外，分解纤维素的丝状真 菌或放线菌的菌丝体有束聚土壤微粒的机械作用，而这些微生物和许多纤维素分解细菌在分解植株 残体过程中所产生的大量多糖类物质，在稳定土壤团聚体上的作用，甚至大于腐殖酸或富啡酸。监 测结果证明，滨海盐碱荒地建立草畜系统7年后，土壤容重降低，大大改善了土壤的物理性质。2 ．3建立草畜系统不同年限对滨海盐碱荒地土壤生物化学性状的影响1991～1994年3个研 究区建立草畜系统后对土壤生物化学性状进行了监测，结果见表3。到1992年，土壤ATP达 1．57～2．17ug／g，固氮菌数量达8．59X10‘～8．81X10‘／g，根瘤菌 数量达3310X10‘～3920X10‘／g，纤维素分解菌数量达0．701X10‘～0 。772X10‘／g，固氮强度达0．081～0．153mg／g，硝化强度达0．092～ 0．29mg／g，呼吸强度达5．01～6．7mg／m‘昼夜。监测结果分析，随着土壤理化 性状的演变，土壤生物化学性状亦随之发生演变，这些指标可定为当地四类肥力水平耕地，土壤达 到轻度熟化的生物化学性状参照系。到1993年，土壤ATP达2．41～3．26pg／g， 固氮菌数量达8．59X10‘～9．01X10‘／g，根瘤菌数量达3810X10‘～46 50xl0‘／g，纤维素分解菌数量达0．753X10‘～0．87X10‘／g，固氮强度 达0．98～0．172mg／g，硝化强度达0．108～0．147mg／g，呼吸强度达6 ．13～7．02mg／m’昼夜。监测结果分析，随着土壤理化性状演变，土壤生物化学性状亦 随之发生演变，这些指标可定为当地三类肥力水平耕地土壤达到中度熟化的生物化学性状参照表。 到1994年，土壤ATP达3．37～4．42ug／g，固氮菌数量达10．66～12．0 1X10‘，根瘤菌数量达5010X10‘～5710X10‘／g，纤维素分解菌数量达1． 24X10‘～卫．＆’xlo‘／g，固氮强度达0．112～0．Z10mg／g，硝化强度 达0．121～0．152mg／g，呼吸强度达7．28～8．78mg／m’昼夜。监测结果 分析，随着土壤理化性状演变，土壤生物化学性状亦随之发生演变，这些指标可定为当地二类肥力 水平耕地土壤达到熟化的生物化学性状参照系。从上述分析可以看出，根据滨海盐碱荒地的特性， 利用7年来监测到的土壤理化性状，土壤生物化学性状的演变规律，来衡量滨海盐碱荒地建立草畜 系统5年、6年、7年土壤肥力和熟化程度，对指导农业生产具有非常现实的意义。。指天然草场 样区；。。指草畜系统样区。3结论3．1滨海盐碱荒地经过2年工程治理，翻压两季田育之后土 壤盐分的变化和强度，结果表明，当土壤中盐分含量降低到3．OIg／kg时达到当地四类耕地 水平，土壤达到轻度熟化。3．2滨海盐碱荒地经过2年工程治理，翻压二季田育之后，在盐分含 量改善的基础上建立草畜系统6年之后，土壤理化性状，生物化学性状接近或达到当地三类耕地水平，土壤达到中度熟化。3．3滨海盐碱荒地经过工程治理，翻压田青的基础上，建立草畜7年后，土壤理化性状、生物化学性状达到当地二类耕地水平，土壤达到熟化。3．4滨海盐碱荒地建立草畜系统开发改造成中等肥力水平耕地所需最佳年取为7年。4讨论4．l当前，向土壤系统输入