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土壤盐渍化与次生盐渍化是当今世界土壤退化的主要问题之一,我国盐碱土面积巨大,其中滨海盐渍土占有很大的比例,总面积约235万hm2,现每年仍以2-3万hm2的速度淤涨,滨海盐渍土已经成为研究热点。江苏省的滩涂面积最大,约占滩涂总面积的28%。在未来十年内,江苏将围垦270万亩滩涂,其中60%将用于发展现代农业。为保证18亿亩耕地“红线”,实现耕地总面积的动态平衡,滩涂开发具有重要战略意义。滩涂作为我国后备土地资源,是新的经济增长点。然而,滩涂盐渍土壤质量和土地生产力低下及盐碱障碍等问题严重制约着农业发展。同时,随着工业化进程的加快,大批企业迁向沿海地区,对滩涂区土壤环境质量造成了一定的影响。针对土壤盐碱障碍、耕地质量低下以及工业发展带来的环境问题,采用田间小区试验和温室盆栽试验,开展了滩涂盐渍土壤质量及植物品质调控机制的研究。重点研究了土壤盐碱障碍消减、土壤质量调控与盐生植物品质的优化调控机制;并且研究了盐生植物对土壤环境质量的响应机制。本研究对深入揭示滩涂盐渍土盐碱障碍消减和土壤质量提升的调控机制,阐明盐生植物对土壤环境质量的响应与营养品质的调控机制具有重要价值,为盐土农业的忧质、高产、安全生产提供了理论依据,对滩涂盐渍土资源的可持续利用和生态环境的改善具有重要的理论和现实意义。本文主要研究内容和结果如下:
1.养分与水分调控条件下滩涂盐渍土壤水盐运移规律与盐碱障碍优化调控机制
养分调控条件下,表层土壤盐分含量低于深层土壤剖面的盐分含量;盐生植物生育期内,各养分调控处理的表层土壤盐分含量均低于同时期的裸地。比较盐渍化综合评价得分,裸地的盐渍化程度最高,种植盐生植物后可降低土壤盐渍化程度,并且随着氮素施用量的增加土壤盐渍化程度呈现出下降的变化趋势。水分调控条件下,表层土壤盐分含量随灌溉水矿化度的减小而降低。比较盐渍化综合评价得分表明:与裸地相比,灌溉可降低土壤盐渍化程度,随灌溉水矿化度的降低土壤盐渍化程度表现为下降的变化趋势,而淡水与微咸水的盐渍化程度无显著性差异。通过养分、水分调控管理,高水平氮素施用量与采用微咸水灌溉可有效消减滩涂盐渍土盐碱障碍。
2.养分调控条件下土壤肥力质量的提升机制
养分调控条件下,0-20cm土壤物理性状、化学性质、生物性状均优于20-40cm土层,并分别且随着氮磷肥施用量的增加得到明显改善。通过因子分析可知:可提取代表滩涂盐渍土土壤质量特征的4个公因子,0-20cm土层为营养特征、碱性特征、物理特性及盐分特性;20-40cm土层为营养特征、物理特性、盐碱特性及生化特性。比较SQI值可知:滩涂盐渍土种植盐生植物后,表层与亚表层土壤肥力质量均优于裸地,并且随着氮磷肥施用量的增加表现为上升的变化趋势;盐生植物生物量与SQI值达到显著性正相关。结果表明,高水平氮素和高水平磷素处理的土壤肥力质量最高,同时盐生植物的生物量达到最大。
3.盐生植物及土壤酶对重金属的响应机制
海蓬子植株对重金属Cd和Pb的累计特征表明:重金属Cd为低浓度时,对重金属Pb的累积表现为拮抗作用;当添加重金属Cd为高浓度时,海蓬子对重金属Pb的累积为促进作用。而重金属Pb对海蓬子植株重金属Cd的累积无影响,表现为独立效应。
滩涂盐渍土受重金属Cd和Pb污染后,结果表明:低浓度时,单一重金属对土壤脲酶活性具有促进,对过氧化氢酶活性具有抑制作用;较高浓度时,对土壤脲酶活性具有抑制作用,对土壤过氧化氢酶具有促进作用。重金属Cd、Pb对土壤酶活性的影响存在交互作用,重金属Cd对土壤脲酶活的性影响起主导作用,重金属Pb对土壤过氧化氢酶活性的影响起主导作用。
重金属污染土壤调控试验表明:腐植酸、过磷酸钙和石灰后可明显降低海蓬子植株重金属Cd和Pb的累积量;同种改良剂的海蓬子地上部重金属Cd和Pb累积特性均随着改良剂用量的增加而降低。
4.基于养分和水分管理措施的盐生植物品质的优化调控机制
无氮素施用时,磷素施用可增加碱蓬硝酸盐含量;碱蓬的硝酸盐含量随氮素施用量的增加而增大;在高水平氮素施用量时,施用磷素可有效降低硝酸盐含量,而硝酸盐含量的变化与磷素施用量无关。碱蓬亚硝酸盐含量随氮素施用量的增加而增大。中等水平氮磷素可维持硝酸盐和亚硝酸盐的较低水平。氮素施用量为中高水平时,维生素B1、维生素B2、维生素E与氨基酸总量的含量随磷素施用量增加而增大,而维生素C含量的增加与磷素施用量无关。
养分调控条件下,碱蓬茎部的粗灰分含量普遍低于叶部和根部,根部粗灰分含量低于叶部。碱蓬叶部钠离子与钾离子普遍于6月份达到最高,高水平磷肥可推迟其峰值出现;钠离子、钾离子均于9月份达到最低值,其中,低水平氮素、高水平氮磷素处理的钠离子含量最低,低水平氮素与高水平磷素可明显增加钾离子含量。水分调控条件下,淡水灌溉可降低碱蓬茎叶部钾钠离子的含量,中咸水灌溉可使海蓬子地上部与根系的钾钠离子含量均较低。
盐生植物品质对养分和水分调控管理响应规律为:中等水平的氮磷素可有效提升碱蓬的营养品质,低水平氮素与高水平磷素能够增加碱蓬叶部钾离子含量降低钠离子含量;淡水灌溉可降低碱蓬茎叶部钾钠离子的含量,中咸水灌溉可使海蓬子地上部与根系的钾钠离子含量均较低。综合养分与水分调控措施,采用中等水平的氮磷素与淡水灌溉是提升碱蓬品质的相对优化水分养分调控模式。