CN113228869B - 重度盐碱草原的综合生物改良方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重度盐碱草原的综合生物改良方法，依次包括：(1)将作物秸秆肥作为基肥施入地表；(2)整地；(3)播种耐盐碱先锋植物；(4)草地管理。本发明以耐盐碱性极强且具有一定耐涝能力的羊草、无芒雀麦、鹅观草、谷稗和田菁为基础植物材料，以玉米秸秆肥为土壤改良添加材料，通过浅耕翻或轻耙的农艺措施，将耐盐碱且耐涝的植物材料按照一定的比例播种，构建稳定的、多样性高的混合植被群落，达到植被恢复效果；选用玉米秸秆有机肥，调节土壤pH的同时改善土壤物理结构并增加土壤有机质和养分，创造良好的土壤生物环境，促进植物群落的形成与发展；采用表层浅翻或轻耙措施，有效减少盐碱土胶结现象，降低改良成本。

Description

重度盐碱草原的综合生物改良方法

技术领域

本发明涉及盐碱地的改良方法，尤其涉及重度盐碱草原的综合生物改良方法，属于盐碱草原的改良领域。

背景技术

土壤盐渍化是中国当前存在的六大生态问题之一。松嫩平原是世界上三大盐渍地区之一，盐碱地面积约为288万ha。松嫩草原地势平坦、草质优良，是世界面积最大的羊草产区，一直是国家重要的畜牧生产基地。然而，自上个世纪50年代开始，由于各种人为、气候、自然灾害等因素的影响，松嫩草地盐碱化现象日益严重。重度盐碱化的草地面积有55.7万ha，素有“草原癌症”之称的碱斑面积达到10万ha。盐碱化的草原，碱斑累累，近乎寸草不生。这不仅严重阻碍了区域草地畜牧业的发展，同时也使该区的生态环境不断恶化。因此如何遏制土地盐碱化和恢复盐碱化草地是当前重要的生态问题。目前，盐碱地的治理主要釆取的是物理措施、化学措施和生物措施。物理工程措施和化学措施虽然具有一定成绩，但存在一些缺点，比如利用灌水洗盐，洗掉盐分的同时，也会洗掉植物所需的矿质元素；化学措施会对土壤产生二次污染等。生物改良方法被全世界公认为是盐碱地改良的最佳措施，它不仅能改变土壤结构，使土壤理化性质得到改善，同时会带来一定的生态效益和经济效益。

大量的研究已经证实，种库限制是生态恢复的重要限制因素，而原生境中缺乏目标植物种库直接影响着种库限制，必须从外部输入(“碱斑”就属这类)。生态恢复实践中靠人工补充种库十分有限，用来添加的目标植物物种库不足、适应性差是草地恢复的常见问题，最容易引起种库限制性。因此，在恢复实践中尽量使用系统发育多样、遗传多态的种质材料。高多样性组成的种子添加材料(混合植物群落构建)能充分发挥“保险假说”作用，确保在恢复进程中能够及时替补上丢失的物种，降低种库风险、加速生态恢复。当前，混合植物群落构建已成为现代生态学研究的前沿和热点。利用混合群落构建技术在中国青藏高原高寒草甸极度退化的“黑土滩”治理中已得到实践，并取得了显著的成效。对于中国松嫩苏打盐碱化草原而言，缺乏适宜大面积应用的耐盐碱植物品质是其生态恢复的重要制约因素。已有的如羊草、星星草、野大麦多为野生资源，有性繁殖能力和种子发芽能力较低，在极盐碱条件下难以形成稳定的群落。此外，大多数的重度盐碱化区域的地势较低，降水后悔形成时间较长的积水地块，植物难以正常生长。

有关松嫩重度盐碱化草地的生物改良已有大量的研究并取得了较为丰硕的成果。例如，种植沙枣、胡杨、柽柳等乔本植物；星星草、野大麦、羊草等抗盐性较强的牧草；盐地碱蓬、盐角草、中亚滨黎等高抗盐的原生植物等等。然而，由于松嫩重度盐碱草地的土壤条件特殊(表层含盐量高、盐分组成复杂、碱斑地势低洼等)，改良难度大，迄今尚未有成熟的适于大面推广的重度盐碱草原改良技术，仍需大力开展相关的研究。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种重度盐碱草原的综合改良方法，尤其是适宜于松嫩重度盐碱化草地的综合生物改良方法；

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案包括：

一种重度盐碱草原的综合生物改良方法，依次包括：(1)将作物秸秆肥作为基肥施入地表；(2)整地；(3)播种耐盐碱先锋植物；(4)草地管理。

作为本发明一种优选的具体实施方式，所述的作物秸秆肥优选为玉米秸秆肥，其每亩的使用量优选为500公斤左右；松嫩苏打盐碱化草原不仅土壤盐分复杂、碱化度高，而且土壤有机质极低、养分十分匮乏，植物所赖以生长的土壤生物环境十分恶劣；本发明使用玉米秸秆肥，不仅可以降低苏打盐碱土的pH值和碱化度，还可以提高土壤有机质、增加土壤养分、丰富微生物网络，创造更适宜植物生长的土壤生物环境，为目标植物的定植和最终群落的稳定提供必需的养分及元素。

作为本发明一种优选的具体实施方式，所述的整地最适宜采用浅耕翻或轻耙的方式进行整地；譬如，可以用旋耕机浅耕翻，所述浅耕翻的耕翻深度优选为10～15cm，不漏耕，不重耕，重耕率≤2％，地头横耕整齐；譬如，也可用圆盘耙轻耙，沿对角线耙地1～2次，所述轻耙的深度优选为8～10cm，不漏耙，不拖堆，耙细耱平土壤，达到地平土细；其中，所述整地时间优选是4月中下旬或5月上旬，选择连续晴朗的天气整地；目前，在松嫩苏打盐碱化草原改良中，几乎所有的技术都是要求深耕翻(深翻30cm以上)达到切断土壤毛细管、防止返盐的目的。然而，苏打盐碱土的土层结构不良、土质紧密而胶结。在实践中，深耕翻后如遇降雨，会形成大量的板结土块，深层盐分也会大量上移，形成盐层，表层土壤碱化度急剧增加。机械难以或无法作业，增加成本。而且，播种后的植物种子更难发芽，不得不重新播种；本发明通过试验发现，采用浅耕翻或轻耙(浅翻10～15cm)，有效解决土壤板结和返盐现象，利用机械作业和种子萌发，还大大降低了作业成本。

作为本发明一种优选的具体实施方式，所述的耐盐碱先锋植物优选是由羊草(农菁11号)、无芒雀麦(农菁12号)、鹅观草(农菁3号)、谷稗(农菁6号)和田菁(鲁菁6号)组成的混合植物群落；进一步优选的，所述的混合植物群落中各耐盐碱先锋植物的播种比例优选为羊草：无芒雀麦：鹅观草：谷稗：田菁＝(1-3)：(1-3)：(1-3)：(1-3)：(1-3)，最优选的，所述的耐盐碱先锋植物的最佳组合比例为羊草：无芒雀麦：鹅观草：谷稗：田菁＝3:1:2:1:3；本发明通过试验发现，在该最佳组合比例下的植被盖度、生产力和物种数分别是原始对照(未采取任何改良措施)的4.35倍、6.77倍和2.75倍；土壤pH值、容重和碱化度分别下降15.6％、16.1％和23.2％，土壤有机质含量增加36.7％。

其中，将鹅观草的种子在混合播种前进行脱芒处理，将田菁种子在混合播种前1天用80℃的热水浸泡2小时之后晾干。

所述的播种时间优选为5月上旬～6月上旬。每亩用种量4kg，机械条播，行距15～30cm，覆土深度2～3cm，播后镇压。播种后1～2d内表土喷施33％的二甲戊灵乳油，每亩用量150～200ml。

所述的草地管理包括播种后采用围栏保护，严防动物、人、车辆等危害草地；第三年适当放牧或刈割利用等措施。

本发明在重度盐碱化草地(碱斑)生态修复时，考虑高多样性组成的种子添加材料，构建多物种组合的混合植物群落，能充分发挥“保险假说”作用，确保在恢复进程中能够及时替补上丢失的物种，加速生态恢复。本发明选育或筛选出了极耐盐碱且具有较强耐涝能力的栽培品种，创造性地通过混播的方式构建适应性强、多样性高、稳定性好的混合植物群落，达到植被恢复的目的。

本发明以耐盐碱性极强且具有一定耐涝能力的羊草(农菁11号)、无芒雀麦(农菁12号)、鹅观草(农菁3号)、谷稗(农菁6号)和田菁为基础植物材料，以玉米秸秆肥为土壤改良添加材料，通过浅耕翻或轻耙的农艺措施，将耐盐碱且耐涝的植物材料按照一定的比例播种，构建混合人工植被群落。

本发明的主要有益效果包括：

1)选用极耐盐碱且耐涝的植物品种(如羊草和无芒雀麦具有较强的耐盐碱性，鹅观草、谷稗和田菁耐盐碱和耐涝能力都极强)，构建稳定的、多样性高的混合植被群落，达到植被恢复效果；

2)选用玉米秸秆有机肥，调节土壤pH的同时改善土壤物理结构并增加土壤有机质和养分，创造良好的土壤生物环境，促进植物群落的形成与发展；

3)采用表层浅翻或轻耙措施，有效减少盐碱土胶结现象，降低改良成本。

附图说明

图1实验小区的田间布置图。

图2不同处理的植被盖度(数值为3年平均值)。

图3不同处理的地上生物量(数值为3年平均值)。

图4不同处理的物种丰富度(数值为3年平均值)。

图5不同处理的土壤pH(数值为3年平均值)。

图6不同处理的土壤容重(数值为3年平均值)。

图7不同处理的土壤有机质含量(数值为3年平均值)。

图8不同处理的碱化度(数值为3年平均值)。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应理解所述实施例仅是范例性的，不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改或替换均落入本发明的保护范围。

实验例1耐盐碱先锋植物组合改良重度盐碱化草地实验

一、实验地点

实验地点位于黑龙江省兰西县远大乡胜利村，地理位置为东经126°08′、北纬46°12′，平均海拔160m。属温带大陆性气候。年均日照时数2900h，年平均气温-5.9℃，极端最高气温37.6℃，极端最低气温-39℃，年平均降水量469.7mm，无霜期139d。土壤为盐碱化草甸土，土壤pH值9.65～10.58，有机质含量9.22～10.73g·kg^-1。实验样地属重度盐碱化草地，碱斑比例50％以上，植被盖度小于20％。

二、实验材料与方法

1.实验材料

先锋植物：实验选用的耐盐碱先锋植物为(农菁11号)、无芒雀麦(农菁12号)、鹅观草(农菁3号)、谷稗(农菁6号)和田菁(鲁菁6号)。

土壤改良剂：实验选用的土壤改良剂为玉米秸秆肥。

2.实验设计

在实验区选定典型的盐碱化草地。实验采用两因素裂区设计，主区为土壤改良区(记作A)，设置添加土壤改良剂(A1)和不添加土壤改良剂(A2)2个处理。副区为不同耐盐先锋植物及其组合(记作B)，设置9个处理，分别为单播羊草(B1)、单播无芒雀麦(B2)、单播鹅观草(B3)、单播谷稗(B4)、单播田菁(B5)、混播羊草+无芒雀麦+鹅观草+谷稗+田菁(比例为1:1:1:1:1，B6)、混播羊草+无芒雀麦+鹅观草+谷稗+田菁(比例为1:1:1:2:2，B7)、混播羊草+无芒雀麦+鹅观草+谷稗+田菁(比例为2:2:2:1:1，B8)、混播羊草+无芒雀麦+鹅观草+谷稗+田菁(比例为3:1:2:1:3，B9)。实验共18个组合，每个组合3次重复(小区布置见图1)。

实验小区于2016年种植，小区面积24m²(4m×5m)，条播，行距30cm。实验地四周设2m保护行，区组间及小区间留1m过道。同时在实验样地附近，选取2500m²(50m×50m)的不作任何改良的地块作为对照样地(CK)。

3.观测指标及方法

3.1植被群落观测

2017年～2019年，在每年植物生长旺季(8月中下旬)观测记录植被群落的盖度、地上生物量和植物种数。3年的平均值用于统计分析。

3.2土壤测定指标

2017年～2019年，在每年植物群落观测结束时，取样土壤样品测定其pH值、容重、有机质和碱化度。3年的平均值用于统计分析。

三、实验结果

1.植被群落变化

1.1盖度

由图2可知：人工改良后，植被盖度都显著高于原始对照(P<0.05)；混合群落的盖度基本上都高于单播群落；在未添加玉米秸秆肥和添加玉米秸秆肥处理中，5种耐盐碱先锋植物(羊草、无芒雀麦、鹅观草、谷稗和田菁)混播比例为3:1:2:1:3的最高，显著高于其他混合组合(P<0.05)。在所有处理中A2B9(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的植被盖度最大，为78.3％，是原始对照的4.35倍。

1.2生产力

人工改良后(种植耐盐碱植物)，盐碱地的生产力显著提高，所有种植小区的地上生物量均显著高于原始对照(P<0.05，图3)。混合群落的地上生物量都显著高于单播群落(P<0.05，图3)。添加玉米秸秆肥显著增加盐碱地的生产力，同一植物组合下，添加玉米秸秆肥的显著高于未添加玉米秸秆肥(P<0.05，图3)。在5种耐盐碱先锋植物(羊草、无芒雀麦、鹅观草、谷稗和田菁)混播处理中，混合比例为3:1:2:1:3的地上生物量均最高。在所有处理中A2B9(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的地上生物量最大，为241.02g·m^-2，比原始对照增加677.5％。

1.3丰富度指数

人工改良(种植耐盐碱植物)增加盐碱草地的植物物种数，所有种植小区的物种数均显著高于原始对照(P<0.05，图4)。混合群落的物种数都显著高于单播群落(P<0.05，图4)。在5种耐盐碱先锋植物(羊草、无芒雀麦、鹅观草、谷稗和田菁)混播处理中，混合比例为3:1:2:1:3的物种数均最高。A2B9处理(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的物种数平均为11个，比原始对照增加7种植物。

2.土壤指标变化

2.1pH值

经人工改良后，盐碱草地的pH值均下降，其中，混播群落的土壤pH值显著低于原始对照(P<0.05，图5)。添加玉米秸秆肥后，土壤pH值显著下降。混合比例为3:1:2:1:3的土壤pH值显著低于原始对照(P<0.05，图5)。A2B9处理(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的土壤pH值最低，为8.63，显著低于其它处理(P<0.05，图5)。

2.2容重

与原始对照相比较，人工改良能够降低盐碱草地的容重，其中，混播群落的降低幅度大于单播(图6)。混合比例为3:1:2:1:3的土壤容重显著低于原始对照(P<0.05，图6)。在所有处理中，A2B9处理(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的土壤容重最低，仅为原始对照的83.9％。

2.3有机质

经人工改良后，盐碱草地的有机质含量显著增加(P<0.05，图7)。混播群落的土壤有机质含量高于单播群落。添加玉米秸秆肥后，土壤土壤有机质含量显著增加。混合比例为3:1:2:1:3的土壤pH值显著低于原始对照(P<0.05，图5)。A2B9处理(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的土壤有机质含量最大，达到12.60g·m^-3，显著高于其它处理(P<0.05，图7)。

2.4碱化度

人工改良(种植耐盐碱植物)降低盐碱草地的碱化度，所有种植小区的碱化度均低于原始对照。其中，混合群落的碱化度都低于单播群落(图8)。在5种耐盐碱先锋植物(羊草、无芒雀麦、鹅观草、谷稗和田菁)混播处理中，混合比例为3:1:2:1:3的碱化度均低于其他混合比例的组合。A2B9处理(添加玉米秸秆肥，混合比例为3:1:2:1:3)的最低。

实施例1重度盐碱草原的生物综合改良

一、实验地点

实验地点位于黑龙江省兰西县远大乡胜利村，地理位置为东经126°08′、北纬46°12′，平均海拔160m。属温带大陆性气候。年均日照时数2900h，年平均气温-5.9℃，极端最高气温37.6℃，极端最低气温-39℃，年平均降水量469.7mm，无霜期139d。土壤为盐碱化草甸土，土壤pH值9.65～10.58，有机质含量9.22～10.73g·kg^-1。实验样地属重度盐碱化草地，碱斑比例50％以上，植被盖度小于20％

二、综合改良方法

1)植物材料混合

播种前将羊草(农菁11号)、无芒雀麦(农菁12号)、鹅观草(农菁3号)、谷稗(农菁6号)和田菁的种子按照质量比为3:2:2:1:2的比例均匀混合。鹅观草的种子在混合前进行脱芒处理，田菁种子在混合前1天用80℃的热水浸泡2小时，之后晾干。

2)玉米秸秆肥施用

整地前将玉米秸秆肥均匀的施入地表，每亩的使用量为500公斤左右。

3)整地

4月中旬整地，选择连续晴朗的天气整地。用旋耕机浅翻，耕翻深度10～15cm，不漏耕，不重耕，重耕率≤2％，地头横耕整齐。

4)播种

在5月上旬播种。每亩用种量4kg，机械条播，行距15～30cm，覆土深度2～3cm，播后镇压。播种后1～2d内表土喷施33％的二甲戊灵乳油，每亩用量150～200ml。

5)草地管理

播种后应采用围栏保护，严防动物、人、车辆等危害草地。第三年适当放牧或刈割利用。

实施例2重度盐碱草原的生物综合改良

一、实验地点

实验地点位于黑龙江省兰西县远大乡胜利村，地理位置为东经126°08′、北纬46°12′，平均海拔160m。属温带大陆性气候。年均日照时数2900h，年平均气温-5.9℃，极端最高气温37.6℃，极端最低气温-39℃，年平均降水量469.7mm，无霜期139d。土壤为盐碱化草甸土，土壤pH值9.65～10.58，有机质含量9.22～10.73g·kg^-1。实验样地属重度盐碱化草地，碱斑比例50％以上，植被盖度小于20％

二、综合改良方法

1)植物材料混合

播种前将羊草(农菁11号)、无芒雀麦(农菁12号)、鹅观草(农菁3号)、谷稗(农菁6号)和田菁的种子按照质量比为1:1:1:1:1的比例均匀混合。鹅观草的种子在混合前进行脱芒处理，田菁种子在混合前1天用80℃的热水浸泡2小时，之后晾干。

2)玉米秸秆肥施用

整地前将玉米秸秆肥均匀的施入地表，每亩的使用量为500公斤左右。

3)整地

4月下旬，选择连续晴朗的天气整地。用旋耕机浅翻，耕翻深度10～15cm，不漏耕，不重耕，重耕率≤2％，地头横耕整齐。

4)播种

在5月中旬播种。每亩用种量4kg，机械条播，行距15～30cm，覆土深度2～3cm，播后镇压。播种后1～2d内表土喷施33％的二甲戊灵乳油，每亩用量150～200ml。

5)草地管理

播种后应采用围栏保护，严防动物、人、车辆等危害草地。第三年适当放牧或刈割利用。

实施例3重度盐碱草原的生物综合改良

一、实验地点

实验地点位于黑龙江省兰西县远大乡胜利村，地理位置为东经126°08′、北纬46°12′，平均海拔160m。属温带大陆性气候。年均日照时数2900h，年平均气温-5.9℃，极端最高气温37.6℃，极端最低气温-39℃，年平均降水量469.7mm，无霜期139d。土壤为盐碱化草甸土，土壤pH值9.65～10.58，有机质含量9.22～10.73g·kg^-1。实验样地属重度盐碱化草地，碱斑比例50％以上，植被盖度小于20％

二、综合改良方法

1)植物材料混合

播种前将羊草(农菁11号)、无芒雀麦(农菁12号)、鹅观草(农菁3号)、谷稗(农菁6号)和田菁的种子按照质量比为1:1:1:2:2的比例均匀混合。鹅观草的种子在混合前进行脱芒处理，田菁种子在混合前1天用80℃的热水浸泡2小时，之后晾干。

2)玉米秸秆肥施用

整地前将玉米秸秆肥均匀的施入地表，每亩的使用量为500公斤左右。

3)整地

5月上旬整地，选择连续晴朗的天气整地。用圆盘耙轻耙，沿对角线耙地1～2次，轻耙深度8～10cm，不漏耙，不拖堆。耙细耱平土壤，达到地平土细。

4)播种

在6月上旬播种。每亩用种量4kg，机械条播，行距15～30cm，覆土深度2～3cm，播后镇压。播种后1～2d内表土喷施33％的二甲戊灵乳油，每亩用量150～200ml。

5)草地管理

播种后应采用围栏保护，严防动物、人、车辆等危害草地。第三年可适当放牧或刈割利用。

Claims (3)

1.一种重度盐碱草原的综合生物改良方法，其特征在于，依次包括：(1)将作物秸秆肥作为基肥施入地表；(2)整地；所述的整地采用浅耕翻或轻耙的方式进行整地，所述浅耕翻的耕翻深度为10～15cm；所述轻耙的深度为8～10cm；(3)播种耐盐碱先锋植物；所述的耐盐碱先锋植物是由羊草、无芒雀麦、鹅观草、谷稗和田菁组成的混合植物群落，所述的混合植物群落中各耐盐碱先锋植物的播种比例为羊草：无芒雀麦：鹅观草：谷稗：田菁＝3：1：2：1：3；(4)草地管理；

所述的作物秸秆肥为玉米秸秆肥；

播种时间为5月上旬～6月上旬；每亩用种量4kg，机械条播，行距15～30cm，覆土深度2～3cm，播后镇压。

2.按照权利要求1所述的综合生物改良方法，其特征在于，所述整地时间是4月中下旬或5月上旬。

3.按照权利要求1所述的综合生物改良方法，其特征在于，所述的草地管理包括播种后采用围栏保护，严防动物、人、车辆危害草地；第三年适当放牧或刈割利用。

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