论文部分内容阅读
滨海盐田伴随着经济社会高速发展应运而生,又随着经济体制转型而逐渐走向废弃。对废弃盐田实施综合治理并优先复垦成农田是积极响应“黄河流域生态保护和高质量发展”这一重大国家战略的具体行动,这一举措对缓解我国人地矛盾、增加有效耕地面积等方面可起到重要推动作用。然而,由于盐田独特的生产环境,在经过一系列工程措施和大水压盐复垦成农田后,虽可以种植少量的耐盐和耐贫瘠作物,但想要短时间内提升耕层质量、提高土地产出仍面临大量难题。面对复垦土壤质量变化不明、机制不清的现状,亟需探明复垦土壤质量变化的过程、影响因素及其驱动机制。因此,围绕着复垦后“耕地土壤质量提升”这一核心问题展开一系列研究,首先要明确随着复垦年限的增加,复垦土壤理化性质、生物学性状的变化,摸清在现有种植模式下限制土壤质量提升的关键因子和影响土壤细菌群落变化的主导因素,从而有针对性的制定调控措施,并预测复垦土壤恢复至当地农田土壤质量的时间;其次,研究如何缩短复垦土壤恢复的时间,加速土壤质量提升成为了第二阶段着重解决的问题。基于研究区域常年单作高粱、一季种植的现状,针对盐田特定环境条件,引进粮经饲等适宜作物,种地养地相结合,探索轮作、间混作及耦合模式的新型生态适应性种植模式,提高土地利用率,促进土壤质量提升,并阐明不同种植模式下的土壤微生物机制。本研究主要结果如下:(1)随着复垦年限的增加(1 a—9 a),复垦土壤盐分含量、容重总体降低,而土壤有机质、氮磷钾含量则逐渐增加,虽然土壤肥力有所提升,但碳氮含量仍低于国家均值;对所有复垦年限土壤养分含量对比发现,养分含量最高值出现在复垦8 a时。复垦后的耕层土壤(0—40 cm)C/N出现先增大后减小,C/P在复垦7 a后持续升高;从土壤垂直空间看,除复垦1年(RT1)土壤外,C/N随土层加深而逐渐变大,而N/P逐渐减小。对复垦土壤养分恢复过程进行了预测,模拟显示,复垦土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别达到当地农田水平需要8.75 a、8.45 a、8.24 a和8.41a。(2)随着复垦年限的增加(1 a—9 a),复垦土壤细菌和放线菌数量先增后减,而真菌数量逐年增加;4种土壤酶(脲酶、蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶)随复垦年限的增加活性增强,随土层深度的增加活性减弱;蔗糖酶、过氧化氢酶、有机质和细菌是影响复垦土壤理化性状和生物学特性的主要因素;复垦土壤细菌α多样性随着复垦年限的增加呈现先增后减的趋势,复垦3 a土壤细菌α多样性最大;复垦后土壤中的优势菌门如酸杆菌门、绿弯菌门和放线菌门相对丰度增加,而变形菌门、芽单胞菌门和拟杆菌门相对丰度降低;复垦1 a、2 a、3 a、4 a的土壤养分含量和细菌群落结构与当地农田有显著性差异,而复垦8 a、9 a的土壤养分含量和细菌群落结构与当地农田无显著性差异,反映出了复垦时间是恢复复垦土壤理化性质和细菌群落的重要驱动力;冗余分析显示限制复垦土壤细菌群落变化的主导因素为:土壤盐分、全氮、铜及速效钾含量。(3)本研究设置了高粱单作(S)、野生大豆单播(WS)、高粱+小黑麦轮作(S+TS)、高粱+毛苕子轮作(S+V)、高粱与野生大豆1:1间作(S1WS1)、高粱与野生大豆1:2间作(S1WS2)、高粱与野生大豆同行混播(SWS)、高粱与野生大豆1:1间作+小黑麦轮作(S1WS1+TS)、高粱与野生大豆1:2间作+小黑麦轮作(S1WS2+TS)、高粱与野生大豆同行混播+小黑麦轮作(SWS+TS)共10种种植模式。研究发现:与高粱单作(S)相比,S+TS、S+V、S1WS1、S1WS2、SWS、S1WS1+TS、S1WS2+TS和SWS+TS模式使得土壤有机质、氮磷钾含量增加,p H和含盐量降低,对比所有模式,SWS+TS对土壤养分的提升效果最佳;连续种植两年后,S1WS1、S1WS2、SWS、S1WS1+TS、S1WS2+TS和SWS+TS模式作物增产率分别为12.99%、12.61%、41.25%、16.55%、18.03%和44.68%,土地当量比和相对拥挤系数均大于1,体现了间混作优势;S1WS1、S1WS2、SWS、S1WS1+TS、S1WS2+TS和SWS+TS模式均提高了土壤细菌多样性,SWS+TS模式细菌多样性指数最高,Ace、Chao指数分别为S模式的1.25倍、1.25倍;相对丰度>5%的土壤细菌优势菌门有放线菌门、绿弯菌门、变形菌门和酸杆菌门,土壤有机质含量为影响细菌群落结构的主要环境因子。SWS+TS在所有种植模式中利润值最大,比S模式增加了30.41%。综上,本试验条件下,相比于其他模式,SWS+TS模式作物增产率最高、土地当量比最大,间作优势最明显;土壤有机质和氮磷钾含量提高最大,土壤改良效果最好;最有利于农民增收。以上研究结果表明,废弃盐田复垦后土壤养分含量会随着复垦时间的增加而增加,土壤结构逐渐改善,但由于常年连作高粱会使土壤微生态失衡,对土壤细菌群落的变化产生影响,且单作高粱的一季种植方式对土质的改善效果较慢,适时的轮作、间混作可有效缓解因连作导致土壤微生态失衡而引发的土地产出障碍,并达到充分利用土地资源、增加土地产出的目的,加速复垦土地向高标准农田水平转变。