CN109566288A - 一种滨海重度盐碱地的改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种滨海重度盐碱地的改良方法，其措施为在所述滨海重度盐碱地中种植柳植稷，且在柳枝稷种植穴中添加回填土总质量1～5％的生物炭。本发明将生物炭添加与柳枝稷种植相结合，先在所述的种植穴中添加生物炭，生物炭对滨海重度盐碱地有初步的改良作用，有助于提高柳枝稷的成活率。所述柳枝稷成活后，不再添加生物炭，仅靠所述柳枝稷的地下根系分泌物与残体、地上凋落物对所述滨海重度盐碱地进一步改良，即可完成正常的生长发育过程。这种在种植初期采用穴施方式添加生物炭的方法可有效节省生物炭添加量，降低改良成本。

Description

一种滨海重度盐碱地的改良方法

技术领域

本发明属于滨海盐碱地土壤改良领域，具体涉及一种通过添加生物炭来改良滨海重度盐碱地进而促进柳枝稷成活和生长发育的方法。

背景技术

盐碱胁迫可能是地球生命在进化中遇到的第一个化学胁迫，土壤盐渍化是世界性的重大资源与环境问题。在我国滨海地区，受地理、生物与人为因素的综合影响，形成了面积达5.0×10⁶hm²的各种滨海盐碱地，海水浸渍，土壤盐碱度与矿化程度偏高，加之滨海地区淡水资源匮乏，缺乏良好的灌溉条件，造成了土壤大面积盐碱化，大部分植物无法正常生长，植被覆盖度低，生态景观缺失，亟需开展科学有效的改良。在盐碱地改良领域，已经取得了大量成熟技术成果，其中生物改良具有环境友好性与可持续性，从长时期来看，有望从根本上解决盐碱地生态问题。

生物炭富含有机碳、无机碳酸盐以及钙镁矿物质，具有丰富的孔洞结构、巨大的表面积与大量的负电荷，可以有效改善土壤水肥蓄养能力与土壤物理结构，在一定程度上可以为贫瘠土壤改良与肥力提升、盐碱地土壤治理提供新的解决方案。柳枝稷(Panicumvirgatum)，为禾本科(Poaceae)黍属(Panicum)多年生C₄草本植物，生长迅速，植株高大，自然生长高度为1.5～3.0m，冠幅为1.0～2.0m，原产北美地区，具有良好的耐盐性，一直用作优质的牧草与草本能源植物；早20世纪90年代，我国已经开始引种柳枝稷，至今已经超过20年。

发明内容

本发明的目的是提供一种滨海重度盐碱地的改良方法，在所述滨海重度盐碱地中种植柳枝稷，且在柳枝稷种植穴中添加回填土总质量1～5％的生物炭。

优选地，所述滨海重度盐碱地的pH值为8.0～8.5，电导率为510～520μs/cm，水溶性阳离子为1000～1010mg/kg，水溶性阴离子为1830～1840mg/kg，水溶性盐总量为2830～2850mg/kg。

优选地，所述生物炭的添加量为所述回填土总质量的1～2％。

优选地，所述柳枝稷为1～10年生的植株。

优选地，所述柳枝稷在种植前对其进行播种育苗或分株繁殖育苗处理。

优选地，将所述生物炭与45～55％的所述回填土混合均匀后进行回填，然后种植柳枝稷，同时回填剩余的所述回填土。这种回填的方式可以利用剩余的回填土将生物炭完全覆盖到土壤表层以下，防止风吹等作用导致生物炭流失。

优选地，所述生物炭的pH值为9.0～9.5，总氮为12～13mg/g，水溶性氮为0.06～0.1mg/g，总有机碳为580～590mg/g，水溶性有机碳为3～4mg/g，比表面积为10～12m²/kg。

优选地，所述柳枝稷的株行距为0.8～1.2m。柳枝稷的冠幅约为1.0～2.0m，上述株行距可以更好地促进柳枝稷地上部的郁闭，降低滨海重度盐碱地的蒸发量。

优选地，分小区种植所述柳枝稷，每个所述小区的面积为12～18m²，每个小区的四周均设置排盐沟。设置的小区面积不宜过大，以便将小区中间的盐能够充分地淋洗到排盐沟中。

优选地，所述排盐沟的深度为30～50cm，宽度为30～50cm。该深度与当地的不透水层相当，该宽度可以方便开展生长季的人工管理。

优选地，外周的柳枝稷距离所述小区边缘的距离为0.5～1.2m。该距离可以方便在小区外围开展生长季的人工管理。

优选地，所述柳枝稷种植完毕后立即浇足淡水，所述柳枝稷种植成活后，不再人工浇水，依靠自然降水提供所述柳枝稷生长发育所需的水分。种植时，柳枝稷存在明显的缓苗现象，这时需要灌足淡水保证成活；后面为节约淡水资源、降低管理成本，整个生长季不再灌溉淡水。

本发明所述的回填土是指挖柳枝稷种植穴时取出并在生物炭添加、柳枝稷种植时分两批返还到种植穴中填实的土。

本发明具有如下有益效果：

本发明将生物炭添加与柳枝稷种植相结合，先在所述的种植穴中添加生物炭，生物炭对滨海重度盐碱地有初步的改良作用，尤其是能够在短期内有效改善土壤的物理性质、提高土壤中的有机质含量，有助于提高柳枝稷的成活率，促进其生长发育。柳枝稷成活后，不再添加生物炭，仅靠所述柳枝稷的地下根系分泌物与残体、地上凋落物对所述滨海重度盐碱地进一步改良。

本发明在种植初期采用穴施方式添加生物炭的方法可有效节省生物炭添加量，降低改良成本；本发明还充分利用了柳枝稷根系发达与植株高大、对土壤适应能力强等特点，后期通过柳枝稷的多年种植，利用其地下根系分泌物与残体、地上凋落物，实现对所述滨海重度盐碱地的持续改良。

附图说明

图1为生物炭添加对土壤容重的影响；

图2为生物炭添加对土壤田间持水量、总孔隙度和毛管孔隙度的影响；

图3为生物炭添加对土壤pH值的影响；

图4为生物炭添加对土壤有机质含量的影响；

图5为生物炭添加对土壤阳离子交换量的影响；

图6为生物炭添加对土壤水解性氮含量的影响；

图7为生物炭添加对土壤有效磷含量的影响；

图8为生物炭添加对土壤速效钾含量的影响；

图9为生物炭添加对土壤电导率的影响；

图10为生物炭添加对土壤水溶性阳离子含量的影响；

图11为生物炭添加对土壤水溶性阴离子含量的影响；

图12为生物炭添加对柳枝稷成活率的影响；

图13为生物炭添加对柳枝稷株高的影响；

图14为生物炭添加对柳枝稷分蘖数量的影响；

图15为生物炭添加对柳枝稷地上鲜重、干重的影响；

图16为生物炭添加对柳枝稷地上含水量的影响；

图17为生物炭添加对柳枝稷根系长度的影响；

图18为生物炭添加对柳枝稷根系表面积的影响；

图19为生物炭添加对柳枝稷根系平均直径的影响；

图20为生物炭添加对柳枝稷根系体积的影响；

图21为生物炭添加对柳枝稷地下干重的影响。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中所使用的优质生物炭的理化性质如下：pH值9.4，总氮2.5mg/g，水溶性氮0.08mg/g，总有机碳583.2mg/g，水溶性有机碳3.5mg/g，比表面积10.5m²/kg。

实施例1

实施例1于2018年5月上旬至10月中旬在河北唐山曹妃甸区天旭生态农业有限公司生态园区内的一处滨海重度盐碱地进行，位于唐山市曹妃甸区第一农场(39°13′36″N，118°34′18″E)。该地区位于环渤海滨海盐碱地区，属于我国东部季风区，具有明显的暖温带半湿润季风气候特征，极端最高气温36.3℃，极端最低气温-20.9℃，多年年平均气温11.4℃，多年年平均降水量554.9mm，降水多集中在夏季，6～9月的降水量为408mm，约占全年降水量的74％。试验地的土壤理化性质见表1。

表1 土壤基本理化性质

供试柳枝稷为高地型品种Panicum virgatum cv.Cave-in-Rock，八倍体，起源于美国南伊利诺州。2018年2月10日，采用分株繁殖的方式在营养钵或穴盘内培育幼苗。2018年5月6日，挑选根系发达、已经形成良好根团、长势好、无病虫害、高度15cm以上、可见叶不低于6片的幼苗。

其具体种植方法包括如下步骤：

(1)挖排盐沟：设置规格为5.0m×3.0m的小区，小区周围挖深度和宽度均为40cm的排盐沟，以促进后期管理过程中的排盐。

(2)挖柳枝稷种植穴，添加生物炭：按株行距均为1.0m的密度挖柳枝稷种植穴，规格设置为长度、宽度、深度均30cm。每个小区挖15个柳枝稷种植穴(外围距离小区边界0.5m)。在种植穴中添加回填土壤总质量1％的优质生物炭，然后，回填50％土壤，将回填土与生物炭混合均匀。

(3)种植柳枝稷：每个种植穴种植1株柳枝稷幼苗，回填剩余的50％回填土，至分蘖节处，适度镇压。为保证建植成功，种植后立即浇足淡水；待柳枝稷成活、建植成功后，不再人工浇水，完全依靠自然降水提供柳枝稷生长发育所需要的水分。

实施例2

与实施例1相比，其区别在于，向所述步骤(2)中添加回填土总质量2％的优质生物炭。

实验例1在滨海重度盐碱地添加生物炭对土壤理化性质的影响

1)对土壤物理性质的影响

在试验地条件下，添加生物炭后，第一个生长季，土壤的物理性质与对照之间的差异显著(P<0.05)(图1和图2)，生物炭添加对土壤的物理性质具有明显的促进作用。与对照相比，添加1％、2％生物炭后，土壤容重分别降低4.54％、12.16％，田间持水量分别提高10.29％、29.91％，总孔隙度分别提高4.64％、11.46％，毛管孔隙度分别提高5.27％、13.71％。

添加2％生物炭与添加1％生物炭的土壤物理性质之间差异显著(P<0.05)，与添加1％生物炭相比，添加2％生物炭的土壤容重明显降低，田间持水量、总孔隙度和毛管孔隙度明显提高，初步显示在试验地条件下，增加生物炭添加量可以进一步改善土壤物理性质，提高滨海重度盐碱地改良效果。

2)对土壤化学性质的影响

在试验地条件下，添加生物炭后，第一个生长季，除有机质含量外，土壤的其它化学性质与对照之间的差异均不显著(P<0.05)(图3、4、5、6、7、8、9、10、11)，生物炭添加对有机质含量具有明显的促进作用，对其它化学性质没有明显的作用。与对照相比，添加1％、2％生物炭后，土壤有机质含量分别提高71.66％、89.68％。添加2％生物炭与添加1％生物炭的土壤有机质含量之间差异不显著(P<0.05)，初步显示在试验地条件下，添加1％生物炭即可有效提高滨海重度盐碱地的有机质含量进而促进柳枝稷的成活和生长发育。

添加生物炭对土壤水溶性阴离子、阳离子含量以及水溶性盐总量均没有明显的作用，亦没有明显改变土壤的电导率与pH值，初步显示在试验地条件下，第一个生长季，生物炭添加不会明显改善滨海重度盐碱地的盐碱程度。

实验例2生物炭添加对滨海重度盐碱地柳枝稷成活率与生长特性的影响

1)对柳枝稷成活率的影响

在试验地条件下，添加生物炭后，第一个生长季，柳枝稷的成活率与对照之间的差异显著(P<0.05)(图12)，生物炭添加对柳枝稷成活率具有明显的促进作用。与对照相比，添加1％生物炭后，柳枝稷的成活率提高18.37％。

添加2％生物炭与添加1％生物炭的成活率之间差异不显著(P<0.05)，初步显示在试验地条件下，添加1％生物炭即可有效改良滨海重度盐碱地进而促进柳枝稷的成活。

2)对柳枝稷生长特性的影响

在试验地条件下，添加生物炭后，第一个生长季，除含水量外，柳枝稷的地上部生长特性与对照之间的差异显著(P<0.05)(见图13～16)，生物炭添加对柳枝稷地上部含水量没有明显的作用，对其它地上部生长特性具有明显的促进作用。与对照相比，添加1％生物炭后，柳枝稷的株高和分蘖数量分别提高13.65％和153.53％，地上鲜重和地上干重分别提高211.10％和206.47％。

添加2％生物炭与添加1％生物炭的地上部生长特性之间差异不显著(P<0.05)，初步显示在试验地条件下，添加1％生物炭即可有效改良滨海重度盐碱地进而促进柳枝稷地上部的生长发育。

在试验地条件下，添加生物炭后，第一个生长季，除根系平均直径外，柳枝稷的地下部生长特性与对照之间的差异显著(P<0.05)(见图17～21)，生物炭添加对柳枝稷根系平均直径没有明显的作用，对其它地下部生长特性具有明显的促进作用。与对照相比，添加1％生物炭后，柳枝稷的根系长度、表面积、体积分别提高106.75％、98.56％、97.70％，地下干重提高91.39％。

添加2％生物炭与添加1％生物炭的地下部生长特性之间差异不显著(P<0.05)，初步显示在试验地条件下，添加1％生物炭即可有效改良滨海重度盐碱地进而促进柳枝稷地下部的生长。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种滨海重度盐碱地的改良方法，其特征在于，在所述滨海重度盐碱地中种植柳枝稷，且在柳枝稷种植穴中添加回填土总质量1～5％的生物炭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滨海重度盐碱地的pH值为8.0～8.5，水溶性盐总量为2830～2850mg/kg。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柳枝稷为1～10年生植株。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述柳枝稷在种植前对其进行播种育苗或分株繁殖育苗处理。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，将所述生物炭与45～55％的所述回填土混合均匀后进行回填，然后种植柳枝稷，同时回填剩余的所述回填土。

6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述生物炭的pH值为9.0～9.5，总氮为12～13mg/g，水溶性氮为0.06～0.1mg/g，总有机碳为580～590mg/g，水溶性有机碳为3～4mg/g，比表面积为10～12m²/kg。

7.根据权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，所述柳枝稷的株行距为0.8～1.2m。

8.根据权利要求1～7任一项所述的方法，其特征在于，分小区种植所述柳枝稷，每个所述小区的面积为12～18m²，每个小区的四周均设置排盐沟；优选地，所述排盐沟的深度为30～50cm，宽度为30～50cm。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，外周的柳枝稷距离所述小区边缘的距离为0.5～1.2m。

10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，所述柳枝稷种植完毕后立即浇足淡水，所述柳枝稷种植成活后，不再人工浇水，依靠自然降水提供所述柳枝稷生长发育所需的水分。