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针对当前苏北滩涂土壤质量差而导致耕地生产力低下的问题,本文开展了苏北滩涂土壤障碍特征与土壤质量优化调控的研究试验,通过对田间调查与典型样点土样采集分析的方法,对苏北滩涂区土壤质量状况进行了全面的调查研究,同时结合土壤质量的动态监测试验,揭示了苏北滩涂区土壤水分、盐分和养分要素的时空分布状况及其限制农业生产的主要障碍因素,为苏北滩涂土壤质量的提升研究提供了理论依据,具有十分重要的意义。针对苏北滩涂区土壤质量特征及障碍因子的特点,有针对性地采取水分、肥力和水肥协同管理措施进行调控,建立了苏北滩涂区土壤质量的优化调控机制与模式,为消减苏北滩涂土壤盐渍障碍,增强土壤肥力,提高水肥利用效率,实现滨海滩涂盐渍土资源农业和生态环境协同持续发展具有重要的理论和实际意义。论文主要研究内容和成果为:
1.研究了苏北滩涂土壤质量的时空分布特征,揭示了苏北滩涂土壤的主要障碍因子
研究了苏北滩涂区土壤水分、盐分和养分等质量要素的时空分布特征。苏北滩涂区土壤为氯化物型盐渍土,以中度盐化为主,呈表聚型分布;受季节性降水的影响,苏北滩涂区0-40 cm耕层土壤水分、盐分均具有显著的季节性变化特征,表现为春、秋季土壤水分亏缺,表土积盐强烈,夏季土壤水分充足,表土淋盐较为充分,冬季土壤水、盐动态特征较为稳定。有机质是土壤养分的主要来源。苏北滩涂土壤有机质含量低,土壤供养能力差。土壤氮素含量低,供氮能力差,而供磷和供钾能力相对较强。
研究结果表明苏北滩涂区限制农业生产的主要障碍因子,一是土壤盐分含量高,尤其是春季秋季,蒸发大于降水,土壤水分亏缺,毛管活动强烈,导致土壤盐分表聚,限制了作物的生长;二是研究区氮素匮乏,尤其是速效氮含量低,抑制了作物的生长。
2.研究了水分、肥力措施对苏北滩涂土壤盐分障碍的调控效果,建立了苏北滩涂土壤盐分障碍的优化调控机制
通过开展土壤盐分障碍的水分、肥力管理调控试验,研究不同水分、肥力管理措施对苏北滩涂土壤盐分障碍的调控效果,建立了苏北滩涂土壤盐分障碍的优化调控机制。
3-5月和9-11月份,研究区降水较少,0-40 cm耕层土壤积盐严重,因此,要加强此时期的水分管理以实现耕层土壤盐分的淋洗。结果表明,矿化度低于3g/L的灌溉水,3月下旬、5月上旬和9月中旬左右在研究区进行灌溉,对0-40 cm耕层土壤均具有显著的淋盐抑盐作用。矿化度高于6 g/L的灌溉水,在3月下旬和9月中旬左右灌溉,会导致耕层土壤积盐,且矿化度越高积盐越严重;而在5月上旬左右灌溉,不仅不会造成表层土壤积盐,而且对耕层土壤还具有弱淋盐作用。
施肥引入土壤的电解质,相对于研究区土壤盐分离子含量可忽略不计。但种植前与5月中旬左右增施氮肥,提高了土壤的供氮能力,促进了作物的生长,在一定程度上增强了作物的耐盐抗盐胁迫能力。
3.研究了水分、肥力和水肥协同管理措施对苏北滩涂土壤养分障碍的调控效果,建立了土壤养分障碍的优化调控机制
由于作物生长季节存在土壤水分亏缺现象,需要适时灌溉以补充水分不足。而灌溉会对耕层土壤碱解氮和有机质具有一定淋溶作用,造成养分损失。研究表明,碱解氮的淋溶强度受灌水量的影响,灌水量增加会加剧碱解氮的淋溶。因此,在保证作物需水的前提下,适当减少灌溉水量,是减少养分损失的关键,有利于土壤养分障碍的调控。
苏北滩涂土壤氮素匮乏,需要适施氮肥补充土壤的氮素含量,增强土壤的供氮能力。研究表明,在5月中旬左右,当施氮量小于225 kg/hm2时,增施氮肥有助于提高0-20 cm表层土壤的供氮能力,且施氮量越高供氮能力越强;当施氮量大于225 kg/hm2时,增施氮肥在提高表土供氮能力的同时也使氮素在土壤中大量累积,加大了土壤中氮素在雨季的淋溶风险;雨季过后的9月上旬左右,适量增施氮肥有助于提高0-20 cm土层的氮素含量,提高土壤供肥能力,且淋失风险较小。
表土有机质含量受作物拔节期氮肥施用量的影响较大,由于拔节期施用氮肥促进了菊芋作物的生长,使作物后期对氮素的需求量增大,当施氮量不足时,土壤自身的有机质矿化作用会增强,造成土壤有机质含量的降低;施氮量充足条件下,氮素在表土层进行累积,使土壤供氮能力增强,有机质含量增加。
苏北滩涂区土壤养分匮乏,同时存在着季节性水分亏缺。在进行土壤水分管理时,需要控制灌溉水量,以避免氮素和有机质淋溶作用导致表层土壤养分的损失,同时结合肥力管理措施来平衡土壤养分供给。适宜的水肥协同管理措施在水分管理基础上适量增施氮肥,提高了表层土壤的碱解氮和有机质含量,增强了滩涂土壤的供养能力,优化了滩涂土壤养分质量。
4.分析了水分、肥力和水肥协同管理措施对苏北滩涂土地生产力的提升效果,确立了苏北滩涂区土壤质量的优化管理调控模式
矿化度为3 g/L左右的微咸水与淡水的不同组合灌溉方式对研究区菊芋种植都能取得较好增产效果。但考虑到研究区淡水缺乏的实际现状,矿化度为3 g/L左右的河渠水,分别在3月下旬、5月上旬和9月中旬进行灌溉,灌至田间持水量的基础上增加100%的淋洗量,对作物的增产效果最为显著,是苏北滩涂区值得推荐的水分管理措施。矿化度为6 g/L左右的中咸水在研究区进行直接灌溉对作物的增产效果不显著,其与淡水组合灌溉可以取得一定的增产效果,但仍显著低于微咸水灌溉。矿化度为10 g/L左右的咸水无论以何种方式灌溉,作物产量均明显低于微咸水。
苏北滩涂土壤氮素贫乏,种植前适当增施氮肥可以提高表土层碱解氮含量,有助于作物的出苗;5月中旬左右,增施氮肥补充土壤中的碱解氮,有助于促进作物生长,提升作物产量,且施氮量越高产量越高,当施氮量增至200 kg/hm2,继续增施增产效果不显著;9月上旬左右,作物地上部分开始向地下转运,需肥量开始减少,增施25 kg/hm2氮肥可以增加地上部生物量。滩涂土壤速效磷含量丰富,磷肥的施入对滩涂土地生产力的提升作用不甚明显。
苏北滩涂土壤质量的两大障碍因子分别为盐分含量高和氮素的匮乏,单一的采取水分或肥力管理措施进行调控都不能最大限度地提升土地生产力,采取两种调控手段适宜配合的水肥协同管理调控,可以优化滩涂土壤水分、盐分、养分质量,实现土地生产力的更大化。综合考虑研究区土壤障碍特征、土地生产力的调控效果和资源的利用优势,推荐苏北滩涂区土壤质量的优化管理调控模式:种植前、5月中旬和9月上旬分别增施24、225和25kg/hm2左右的纯氮,同时种植前、5月上旬左右和9月中旬左右均采用矿化度为3 g/L左右的河渠水灌溉,在灌至田间持水量基础上追加100%淋洗量。