滨海盐渍土复合改良剂研发与其对土壤及植物的效应

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滨海盐渍土资源是我国重要的后备土地资源,也是滨海新城开发的立地基础,其开发利用是当前社会经济发展的重要驱动力和研究课题之一。滨海滩涂区域生态建设和农业发展中面临着盐渍土改良和资源化以及植被构建等重大问题,改良剂的研发和配方优选是实现滨海盐渍土快速恢复生态功能的重要技术途径,以往的改良剂往往性能单一、成本较高,迫切需要具有复合改良性能的改良剂。研发基于科学方法和合理设计的新型复合改良剂,研究最优复合改良剂和各组分对滨海盐渍土壤的改良效果和改良机理,及其在重度盐渍障碍土地植被体系构建的影响效果,对消减土壤盐渍障碍,构建生态植被体系,实现滩涂资源的高效和可持续利用,具有重要的理论价值和实践意义,具有较好的经济效益和广阔应用前景。  本文以江苏滨海滩涂盐渍土为研究对象,利用蚯蚓粪(A)、腐殖酸(B)、松土剂(C)、生物炭(D)、微生物菌剂(E)等5种改良剂和弗吉尼亚栎、木槿、百慕大、碱茅草等4种植物,通过正交试验设计,分别以模糊综合评价法和主成分分析法等两种多因素综合评价法,结合正交设计分析法,研究了温室盆栽和田间情况下,不同试验处理中复合改良剂对盐碱障碍消减及植被构建的最佳水平组合配方,并通过正交极差分析、方差分析和通径分析等方法,分析了改良剂对土壤和植物改良的作用机理,并探讨了最优复合改良剂对盐渍土改良效应、经济效益及植被体系的应用效果评价。  全文的主要结论有:  1.针对不同试验条件和试验对象的复合改良剂最优配方  在盆栽试验中,选用了蚯蚓粪、腐殖酸、松土剂等3种改良剂作为研究材料,其改良作用重要程度为蚯蚓粪>腐殖酸>松土剂,最佳改良剂配方是A4B3C1,即蚯蚓粪添加量为60t·hm-2,腐殖酸添加量为3t·hm-2。在田间试验中,选用5种改良剂为研究对象,其对土壤的改良作用重要程度为微生物菌剂>蚯蚓粪=生物炭>腐殖酸>松土剂,且最优组合为A3B1C4D2E3,即蚯蚓粪添加量为40t·hm-2,松土剂添加量为0.15t·hm-2时,生物炭为15t·hrm-2,微生物菌剂为0.15t·hm-2。  复合改良剂对不同植物的影响效果不同,分析获得的最优水平组合也不同。(1)3种改良剂对碱茅草生长综合评分促进作用重要程度为蚯蚓粪>松土剂>腐殖酸。对碱茅草生长情况促进效果最佳的组合为A2B3C4,即蚯蚓粪添加量为20t·hm-2,腐殖酸添加量为3t·hm-2,松土剂添加量为0.15t·hm-2。(2)对弗吉尼亚栎促进作用重要程度为腐殖酸>松土剂>微生物菌剂>蚯蚓粪>生物炭,且最优组合为A3B4C4D1E3,即蚯蚓粪添加量为40t·hm-2,腐殖酸添加量为4.5t·hm-2,松土剂添加量为0.15t·hm-2时,微生物菌剂为0.15t·hm-2。(3)对木槿生长的促进作用重要程度为腐殖酸>蚯蚓粪>松土剂>微生物菌剂>生物炭,且最优组合为A4B3C1D4E4,即蚯蚓粪添加量为60t·hm-2,腐殖酸为4.5t·hm-2,松土剂添加量为0.15t·hm-2时,生物炭为45t·hm-2,微生物菌剂为0.075t·hm-2。(4)对百慕大的促进作用重要程度为蚯蚓粪>微生物菌剂>生物炭>腐殖酸>松土剂,且最优组合为A4B3C3D3E1,即蚯蚓粪添加量为60t·hm-2,腐殖酸为3t·hm-2,松土剂添加量为0.1t·hm-2,生物炭为30t·hm-2。  2.改良剂对滨海盐渍土的改良作用机理  (1)蚯蚓粪能够显著改善土壤的养分状况,提高饱和导水率,降低土体盐分。蚯蚓粪在中量添加水平,即40t·hm2时,对土壤性质改良效果最好。(2)腐殖酸能够显著影响土壤田间持水量,20-60cm的Na+含量和全氮。随腐殖酸用量增加,对于土壤pH降低值、含水率、有机质等指标,全氮含量等的影响呈先降低后升高的趋势,而EC降低值则总体呈减小趋势。(3)松土剂能够显著影响0-20cm的pH和土壤易溶性盐相关性质,促进了水分入渗,改变了水分在不同土层的分布规律。(4)生物炭能够显著影响容重、总孔隙度、饱和含水率和20-60cm自然含水率,增加了土壤透水透气性能,以及0-20cm的pH、Na+和速效钾含量,20-60cm的盐分含量。(5)微生物菌剂能显著影响土壤饱和含水率、20-60cm自然含水率及pH,0-20cm速效钾。  3.改良剂对植物生长的影响作用  蚯蚓粪能够显著影响碱茅草的株高和生物量,碱茅草的SPAD(Soil and plantanalyzer development,土壤、作物分析仪器开发)值对蚯蚓粪有良好的响应。腐殖酸能够有效提高碱茅草在盐胁迫状态下细胞膜的完整性,松土剂能够有效提高碱茅草存活率。  大多数处理的弗吉尼亚栎株高增量和米径增量高于对照,弗吉尼亚栎的地下部生物量增量远大于地上部生物量增量,且植株总体生物量增量较小,表现出损伤恢复期特征。木槿生长较快,试验期间,平均增长达到65.59cm,地径增量平均达到9.07mm,所有复合改良剂处理的木槿地径增量均超过对照。大部分复合改良剂处理的百慕大鲜重和生物量及NTEP评分(The National TurfgrassEvaluation Program,美国国家草坪评比项目)都大于对照。  4.改良效果下土壤-植物指标相关关系  土壤各性质对不同植物的影响效果存在差异。(1)对弗吉尼亚栎生长影响较大的因素的影响力排序为:0-20cm钠离子>20-60cm含水率>0-20cm全氮>容重>田间持水量>0-20cmEC1∶5(1∶5土水比电导率)>20-60cmpH>20-60cm钠离子。(2)对于木槿的综合生长状况,0-20cm全氮含量有最明显的促进作用,其次是0-20cm钠离子含量和0-20cm含水率,而20-60cm有机质和含水率,饱和导水率等因素,对木槿生长有较强的负相关关系。(3)对于百慕大草坪草的生长状况,0-20cm全氮含量有最明显的促进作用,0-20cmpH也有较明显的影响,20-60cm含水率和EC、0-20cm有机质都有较明显的负相关关系。  田间三种植物中与土壤回归关系最好的是百慕大,其各指标与土壤综合得分的关系模型为YS=-4.740XC1+5.001XC2-0.107XC3+0.501XC4-0.009XC5,其中XC1~5分别为鲜重、生物量、第一次NETP评分、第二次NETP评分、SPAD值,模型中草坪鲜重、生物量对土壤综合得分的响应达到了极显著水平。  5.最优复合改良剂对盐渍土改良效应评价及植被体系的应用评价  对盐渍土改良效果方面,盆栽试验中,蚯蚓粪影响重要性最高,田间试验中,微生物菌剂影响重要性最高。在盆栽试验和田间试验中,不同改良剂对盐渍土改良效果的重要性排序相同。对植物生长的促进效果,蚯蚓粪和腐殖酸是对植物生长促进效果最好,其次是微生物菌剂。木槿和百慕大的最优改良剂配方完全相同,碱茅草和弗吉尼亚栎的最优配方用量水平接近。  复合改良剂价格区间为54450~110750元/公顷,中值价格约为82600元/公顷,即5507元/亩,该价格在滨海盐渍土改良与植被构建中具有较好的实用价值和应用前景。  各改良剂经济效率顺序为:微生物菌剂>蚯蚓粪>生物炭>松土剂。  试验最优改良剂F13相比于F1和原始土壤,能够显著改良土壤物理性质和化学性质,其综合改良效果达到空白F1的4.39倍。应用F13对滨海盐渍土改良两年后,相比于原始土壤,土壤脱盐率达到了83.8%,相比于F1也降低了19.2%,土壤已经达到了非盐化土壤水平,改良后的土壤有机质和全氮已达到了四级农田水平。复合改良剂最优配方的施用,显著提高了土壤碳库,增加了土壤养分,降低了土壤胁迫危害,显著改善了土壤质量,具有良好的生态效益。  植被体系中各植物的成活率均较高,其中弗吉尼亚栎为93.0%,木槿为94.78%,百慕大成活良好,对滨海盐渍土具有良好的适应性。结合复合改良剂进行植被构建后,植被体系具有良好的生态效益。
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