种植7种牧草对北疆盐碱地土壤改良效果的评价.pdf
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1、DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0625杜艺,张玉林,张志浩,李向义,李磊,柴旭田,曾凡江.种植 7 种牧草对北疆盐碱地土壤改良效果的评价.草业科学,2023,40(5):1210-1219.DUY,ZHANGYL,ZHANGZH,LIXY,LIL,CHAIXT,ZENGFJ.Soilimprovementeffectofplantingsevengramineousplantsinsaline-alkalisoilinthenorthernXinjiang.PrataculturalScience,2023,40(5):1210-1219.种植 7 种牧
2、草对北疆盐碱地土壤改良效果的评价杜艺1,2,3,4,张玉林2,3,4,5,张志浩1,2,3,李向义1,2,3,李磊1,2,3,柴旭田1,2,3,4,曾凡江1,2,3,4,5(1.中国科学院新疆生态与地理研究所/新疆荒漠植物根系生态与植被修复重点实验室,新疆乌鲁木齐830011;2.中国科学院新疆生态与地理研究所/荒漠与绿洲生态国家重点实验室,新疆乌鲁木齐830011;3.新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测研究站,新疆策勒848300;4.中国科学院大学,北京100049;5.新疆大学生态与环境学院,新疆乌鲁木齐830046)摘要:荒漠土地盐碱化已成为荒漠绿洲可持续发展的限制性因素。本研究
3、于 2021 年 5 月 10 日在新疆北部野马繁殖研究中心种植稗草(Echinochloa crusgalli)、燕麦(Avena sativa)、苏丹草(Sorghum sudanense)、高丹草(Sorghum bicolor S.sudanense)、墨西哥玉米草(Purus frumentum)、健宝(S.bicolorJumbo)和甜高粱(S.dochna)改良盐碱地,分别于 2021 年 7 月 14 日(第 60天刈割)、2021 年 8 月 3 日(第 80天刈割)和 2021 年 8 月 24 日(第 100天刈割)采收所有地上植物和并采集土壤样品测定分析,评价 7 种禾
4、本科植物对土壤盐渍化的改良效果。结果表明,随着刈割时间的延长,稗草、燕麦、高丹草、墨西哥玉米草和甜高粱饲草的钾离子和钠离子含量无显著差异(P0.05)。稗草的钙离子含量呈增加趋势,氯离子含量呈下降趋势;燕麦的硫酸根离子和镁离子含量呈下降趋势;苏丹草的钾离子含量呈显著先下降后增加趋势(P0.05),氯离子和镁离子含量呈下降趋势;高丹草的钙离子含量呈显著先下降后增加趋势(P0.05),硫酸根离子含量呈显著下降趋势;墨西哥玉米草的镁离子含量在第 80天刈割显著最低;健宝的镁离子含量呈显著下降后增加趋势(P0.05)。7 种禾本科饲草离子含量的盐碱地改良效果排序为稗草高丹草燕麦健宝苏丹草墨西哥玉米草甜
5、高粱;7 种禾本科饲草土壤离子含量的盐碱地改良效果排序为健宝高丹草墨西哥玉米草甜高粱稗草燕麦苏丹草。综合考虑,健宝和高丹草适宜作为北疆风沙区盐碱地土壤改良的禾本科饲草。关键词:禾本科;刈割时间;土壤性状;隶属函数值;土壤盐基离子;饲草盐基离子文献标志码:A文章编号:1001-0629(2023)05-1210-10Soil improvement effect of planting seven gramineous plants insaline-alkali soil in the northern XinjiangDUYi1,2,3,4,ZHANGYulin2,3,4,5,ZHANGZh
6、ihao1,2,3,LIXiangyi1,2,3,LILei1,2,3,CHAIXutian1,2,3,4,ZENGFanjiang1,2,3,4,5(1.XinjiangDesertPlantRootsEcologyandVegetationRestorationLaboratory/XinjiangInstituteofEcologyandGeography,收稿日期:2022-08-08接受日期:2022-12-27基金项目:新疆维吾尔自治区自然科学基金(2021D01D02)第一作者:杜艺(1995-),女,山西夏县人,在读博士生,主要从事植物生理生态学和微生物生态学研究。E-mail
7、:共同第一作者:张玉林(1991-),男,山西岚县人,在读博士生,主要从事植物生理生态学和微生物生态学研究。E-mail:通信作者:柴旭田(1992-),男,甘肃兰州人,在读博士生,主要从事植物生理生态学研究。E-mail:共同通信作者:曾凡江(1966-),男,河南镇平人,研究员,博士,主要从事干旱区植物生态学研究。E-mail:1210-1219草业科学第40卷第5期5/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.5http:/ChineseAcademyofSciences,Urumqi830011,Xinjiang,China;2.StateKeyLaborat
8、oryofDesertandOasisEcology/XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi830011,Xinjiang,China;3.CeleNationalStationofObservationandResearchforDesert-GrasslandEcosystem,Cele848300,Xinjiang,China;4.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;5.CollegeofEcologyandE
9、nvironment,XinjiangUniversity,Urumqi830046,Xinjiang,China)Abstract:Desert soil salinization restricts the sustainable development of the desert oasis.In this study,we evaluatedwhethertheplantationofsevengramineousplantsinadesertoasisimprovedsoilsalinization.Echinochloa crusgalli,Avenasativa,Sorghum
10、sudanense,S.hybrid sudangrass,Purus frumentum,S.bicolorJumbo,andS.dochnawereplantedonMay10,2021.TheabovegroundplantsandsoilsampleswerecollectedonJuly14,August3andAugust24,2021(60,80,and100daysafterseedsowing,respectively)foranalysis.Theresultsrevealednosignificantdifferenceinthepotassiumionandsodium
11、ioncontentsintheforagegrassofE.crusgalli,A.sativa,Sorghum bicolorS.sudanense,P.frumentum,andS.dochna(P0.05).ThecalciumioncontentinforagegrassofE.crusgallishowedanincreasingtrend,whereasthechlorideioncontentshowedadecreasingtrend;thecontentsofsulfateionsandmagnesiumionsofforagegrassofA.sativashowedad
12、ownwardtrend,thepotassiumioncontentinforagegrassofS.sudanensedecreasedfirstandthenincreased(P0.05),andthechlorideionandmagnesiumioncontentsdecreased.ThecalciumioncontentintheforagegrassofS.hybrid sudangrassfirstdecreasedandthenincreased(P0.05),whereassulfateioncontentsignificantlydecreased.Themagnes
13、iumioncontentofforagegrassofP.frumentumwasthelowestat80daysafterseedsowing(P0.05).TheorderofimprovementeffectintheioncontentsintheforagegrassofsevengramineaeplantswasE.crusgalliSorghum bicolorS.sudanenseA.sativaS.bicolorJumboS.sudanenseP.frumentumS.dochna.Theorderofimprovementeffectinthesoilionconte
14、ntwasS.bicolorJumboSorghum bicolorS.sudanenseP.frumentumS.dochnaE.crusgalliA.sativaS.sudanense.Whencombined,S.bicolorJumboandS.hybrid sudangrassweresuitableasgramineousforageforsoilimprovementinsaline-alkalisoilinthenorthernXinjiang.Keywords:Gramineae;mowingtime;soilproperty;membershipfunctionvalue;
15、soilsalt-basedion;foragesalt-basedionCorresponding author:CHAIXutianE-mail:ZENGFanjiangE-mail:土壤盐渍化是荒漠化的一种类型,它所造成的土壤生产力下降已经成为农业可持续发展的限制性因素1-2。新疆位于我国的西北部,其盐碱土面积约占全国总面积的五分之一3,是我国土壤盐碱化分布范围最广的地区4。国内外盐碱地的治理多采用水利工程改良、化学改良、农业技术改良、生物改良等方法5-6。Qadir 和 Qster7结合复垦和种植植物的方法可以降低周围土壤的盐分和碱度水平,并借助排水系统以更好地改善土壤盐碱化程度。有学
16、者引进耐盐碱树种来缓解土壤盐渍化水平8-9,也有学者采取加入土壤改良剂的方式改良退化土壤10,从土壤盐碱化成因及农业、工业、畜牧业(耐盐牧草:禾本科和豆科)、耐盐植物 胡杨(Populus euphratica)等 等不同的方式来综合治理方面做了大量的工作11。罗廷彬等12在灌溉区种植耐盐植物,利用生物改良盐碱地;有学者通过研究灌区水质、地下水位高度,选择合理的灌溉制度及方案,满足水盐养分平衡,以有效控制土壤盐渍化13-14;程卫东和张利民15开展了耐盐棉花(Gossypium)品种的选育试验,通过种植不同耐盐品种棉花作为北疆地区盐碱地选用品种,在提高棉花产量的同时也对北疆地区盐碱地进行治理。
17、第5期杜艺等:种植 7 种牧草对北疆盐碱地土壤改良效果的评价1211http:/随着全球气候变化,在自然和人为因素干扰下,盐碱地植物生态环境已遭受不同程度的影响和破坏16-17。尽管目前已有很多针对盐碱地改良的研究,但其多数集中在人工绿洲(如耕地、灌区)以及棉花、小麦(Triticum aestivum)、沙枣(Elaeagnus angustifolia)等经济作物的研究,而天然绿洲土壤盐渍化一直以来研究较少。由于大部分禾本科植物性喜湿润和盐碱性土壤,具耐寒、耐旱、耐盐碱等特点,成为改良盐碱地的优良牧草;而这些植物同时也是马、牛、羊等动物喜食的牧草。因此,本研究将通过在北疆风沙区盐碱地种植
18、7 种禾本科植物,对种植一个生长季的土壤改良效果进行研究,以期为北疆盐碱地生态环境变化特征的分析提供理论依据,并选择优良牧草,以为将来大规模推广种植打下基础。1 材料与方法 1.1 研究区概况野马繁殖研究中心(884426E,441212N,海拔高度 580m)位于昌吉州吉木萨尔县与阜康市交界处,属于温带大陆干旱气候,冬季寒冷,夏季炎热,昼夜温差大,年平均气温为 7.3,最大风速 30ms1,无霜期 145165d,20092020 年该区域气象数据,年降水量 70160mm,年蒸发量 2000mm以上18。土壤酸碱度偏碱性,其地表植被以琵琶柴(Reaumuria songonica)、碱蓬(
19、Suaeda glauca)及柽柳(Tamarix chinensis)为主。1.2 试验设计于 2020 年 5 月 10 日2021 年 5 月 10 日在野马繁殖研究中心种植稗草(Echinochloa crusgalli)、燕麦(Avena sativa)、苏丹草(Sorghum sudanense)、墨西哥玉米草(Purus frumentum)、高丹草(SorghumbicolorS.sudanense)、健宝(S.bicolorJumbo)和甜高粱(S.dochna),采用穴播机播种,株距 8cm,行距 35cm。滴灌带铺设一机二管,1 条滴灌带灌溉两行牧草的种植模式,在生育期共
20、滴水 8 次,总灌溉量为 14000m3hm2,每小区单独滴水,由水表控制滴水量,出苗后期追肥,施肥方式为水肥一体化,每次灌水时将所需肥量准确称量后,溶于水中,通过滴灌管路直接送达根系附近,其中尿素 111.14kghm2、磷肥57.29 kghm2、钾 肥 89.72 kghm2。2021 年 5 月10 日在核心示范田内,设置试验小区面积 10m5m,共 3 个小区,设置 3个刈割时间 2021 年 7 月14 日(第 60 天刈割)、2021年 8 月 3 日(第 80天刈割)和 2021 年 8 月 24 日(第 100 天刈割),每次随机选择 3 个 1m1m 样方,采收样方里所有地
21、上部分和并采集土壤样品。试验区土壤基本理化性质:土壤 pH8.68,有机质含量为 15.48gkg1,全氮含量为0.83gkg1,全 磷 含 量 为 0.74gkg1,全 钾 含 量 为22.73gkg1,全盐含量 3.69gkg1,速效氮含量为39.37mgkg1,速效磷含量为 6.47mgkg1,速效钾含量为 283.25mgkg1。1.3 测定指标与方法1.3.1 牧草地上部分阴阳离子的测定将不同刈割时间 2021 年 7 月 14 日(第 60 天刈割)、2021 年 8 月 3 日(第 80 天刈割)和 2021 年 8 月24 日(第 100天刈割)采集的牧草地上部分带回实验室,冲
22、洗干净后置于 65 烘箱内烘干至恒重。用盘式振动粉碎研磨仪(RS200,德国莱驰)研磨成粉末,然后装入封口袋中置于干燥暗处保存待用。由中国科学院新疆生态与地理研究所中心实验室进行指标的测定,待测液制备采用沸水提取法,用火焰光度计测定钾离子(K+)和钠离子(Na+),化学滴定 法 测 定 钙 离 子(Ca2+)、镁 离 子(Mg2+)、氯 离 子(Cl)和硫酸根离子(SO42)19。1.3.2 土壤样品采集与分析土钻(直径为 5cm)在每个处理样方按照三点取样法收集 030cm 土壤样品(牧草根系分布的区域),混合为一个样品。分别将不同刈割时间采集的土样混匀后,装密封袋,带回实验室。土壤样品经自
23、然风干,待测液制备采用沸水提取法,电位滴定法测定碳酸氢根离子(HCO3),利用离子色谱仪测定钾离子(K+)、钠离子(Na+)、钙离子(Ca2+)、镁离子(Mg2+)、氯离子(Cl)和硫酸根离子(SO42)20。1.3.3 盐碱地改良评价盐碱地改良效果应用模糊数学中的隶属函数值法21-22,以 Cl、SO42、HCO3、K+、Na+、Ca2+和 Mg2+进行综合评价。隶属函数值计算公式:R(Xi)=(XiXmin)(XmaxXmin),式中:Xi为指标测定值,Xmin、Xmax为所有参试材料某一指标的最小值和最大值。如果为负相关,则用反隶属函数进行转换,计算公式:R(Xi)=1(XiXmin)(
24、XmaxXmin)。1212草业科学第40卷http:/ 1.4 数据处理统计分析利用R 软件(version4.12;RDevelopmentCoreTeam2017)完成。双因素方差(Two-wayANOVA)分析不同牧草和刈割时间及其交互作用对 7 种禾本科植物饲草和土壤离子特性的影响。单因素方差(One-wayANOVA)分析刈割时间对 7 种禾本科植物饲草和土壤离子特性的差异性,用 Duncan 法进行多重比较(=0.05)。利用“ggplot2 包”完成 7 种禾本科饲草和土壤离子特性的图形绘制。2 结果与分析 2.1 不同刈割时间对 7 种禾本科饲草离子的影响双因素方差分析表明,
25、不同饲草物种和刈割时间及交互作用极显著影响 7 种禾本科饲草的 Cl、SO42、Ca2+和 Mg2+含量(P0.05);不同物种极显著影响 7 种饲草 Na+,但刈割时间和它们的交互作用对 7 种饲草 Na+影响不显著。随着刈割时间的延长,稗草的 Ca2+含量呈增加趋势,Cl含量呈下降趋势,K+、Mg2+、Na+和 SO42含量差异不显著(图 1);燕麦的 SO42和 Mg2+含量呈下降趋势,Ca2+、Cl、K+和 Na+含量差异不显著;苏丹草的 K+含量呈显著下降后增加趋势,Cl和 Mg2+含量呈下降趋势,Ca2+、SO42和 Na+含量无显著差异;高丹草的 Ca2+含量呈显著先下降后增加趋
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