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滨海滩涂发展潜力巨大,是我国重要的后备土地资源。在人口持续增长、耕地严重退化、生态安全倍受重视的时代背景下,加快开发后备土地资源,使之农业化利用成为一个重要课题,研究意义深远。江苏省沿海滩涂面积最大,占全国滩涂总面积的1/4以上,年际递增速度快,但土壤存在盐分重,土壤物理结构差,养分含量低,地下水位低且矿化度高等特点,严重制约了滩涂区农业的可持续利用和发展。因此改良利用滩涂盐渍土,消减盐渍土障碍因子,培肥地力,具有重要的现实意义和广泛的应用前景。本研究以改良土壤盐渍化,研究土壤水盐动态规律,改善土壤理化性状和增加农业经济效益为出发点,通过分析国内外现有的滩涂农业开发近况,选择江苏黄海原种农场二期围垦地为试验地,结合当地农户常规的施肥水平和农艺措施与现有的滩涂盐碱地改良措施作为实验因子,采用完全随机实验设计,通过两年微区试验,种植4季作物,监测和掌握3种不同调控措施—覆盖控盐措施、养分管理措施和土壤调理措施及组合对沿海滩涂盐碱区域农作条件下的1m土体内的水分动态及分布、盐分动态及分布、盐分组成、种植前后土壤积盐量分析,揭示了不同调控措施的水盐运移规律。着重分析了该区域农田土壤的水盐运动规律和不同调控措施对土壤水盐动态的作用、理化性质的改善、作物生长的调控,并进一步探究了不同调控措施对滩涂盐碱土的改良机制并结合相应模型模拟预测,为不同条件下及时调整改良利用措施提供依据。最终确立了滩涂农作条件下可推广、可持续发展的盐渍土集成改良措施。本论文研究工作获得的主要结果如下: 1、滨海滩涂农作条件下土壤水盐动态及土壤理化特征 苏北滩涂全年降水分布不均,降水集中在夏播作物季,年际降雨量存在差异,1 m土体水分动态变化受气候因素和地下水双重作用,表层0-20 cm的含水量主要受降水变化影响而波动,20 cm以下土层的含水量受蒸发作用减小、地下水影响加剧,试验阶段相对稳定。该区域受海水浸渍、潮汐和地下水影响,土壤盐分含量较高且以NaCl为主。整个剖面Na+和Cl-含量最高,随着土层深度的增加K+含量增加,Ca2+含量减少,Na+和Mg2+在剖面上相对比较均匀,SO42-含量空间差异性比较大,SO42-和HCO3-含量随着土层深度的增加而减少,CO32-随着土层深度的增加而略有增加,pH值在8-10之间,随着土层深度的增加pH增加。同时该区域土壤结构(土壤容重高、孔隙度低、入渗率低)不良、土壤肥力低、地下水矿化度高、淡水资源不足,不同季节土壤积盐率不同,因此研究不同调控措施的水盐作用规律,是盐渍土农业化利用的基础。 2、覆盖控盐措施对滩涂农田土壤水盐作用规律 覆盖措施对土壤水分有调控作用,试验期间0-60 cm土层的含水量受其影响,对0-20cm土层影响最大,特别是在蒸发强烈的季节,覆盖措施减少水分蒸发,促进作物生长,增加水分利用率,但在降雨少的季节,覆盖不利于水分对土体的淋盐作用。覆盖措施对土体盐分有改善作用,覆盖措施抑制冬播作物季0-40 cm土层盐分的积聚,尤其使0-20cm土层的脱盐率达80%,但在夏播作物季土体盐分均剧烈上升时覆盖措施相比对照仅使0-20 cm土层的积盐率达50%,同时该措施下全年0-10 cm土层的控盐效果最好,抑制了盐分表聚。 3、养分管理措施对滩涂农田土壤水盐作用规律 养分管理措施下,0-20 cm土层的含水量随降雨变化和肥料影响而波动,但肥料的蓄水保墒作用不明显,随着肥料施用量的增加,尤其在降雨少的季节,土壤的蓄水保墒能力稍许增加。肥料在土体中溶解,释放大量电解质,随着化肥用量的增加土壤电导率升高,作用深度可达0-60 cm土层,以0-20 cm受其影响最大。冬播作物季1m土体积盐量小于夏播作物季,单施化肥与有机无机混合施用相比养分释放速率较高。在蒸发强烈的夏播作物季常规施用化肥或有机无机混合均促进作物生长,直接或间接地抑制了盐分的积累。 4、土壤调理措施对滩涂农田土壤水盐作用规律 在土壤调理剂中石膏是应用最多的改良钠质土的钙源和维持适当水分渗透性的电解质来源,土壤钙离子增加,减轻土壤结壳,土壤结构改善,增加水分的渗透,使其水分性质得到改善。试验期间土壤调理措施对0-60 cm土层的含水量存在影响,对0-20 cm土层影响最大,与对照相比土壤含水量在干旱季节降低速率快,在降雨过后上升速率快。石膏溶解大量的Ca2+和SO42-,初期0-10 cm土层的可溶盐含量增加,而10-20 cm土层的可溶盐增加幅度略低于0-10 cm土层。随着时间的推移,石膏溶解后随水分向深层土壤运移,改土效果可达40 cm土层,因此施用石膏后冬播作物季和夏播作物季电导率剖面分布规律存在差异。综上,随着种植年限增加,石膏的改土效果最为显著,三种调控措施应根据当地气候与水分条件进行适当调整,以最大程度上发挥各调控措施对盐渍土的改良作用。 5、不同调控措施对滩涂农田土壤理化特性及作物生长的作用规律 覆盖措施、养分管理措施和土壤调理措施及其综合措施对土壤的基本理化性质有一定的改善作用。覆盖、有机肥和化肥处理与对照相比改善了土壤孔隙状况,增加了表层孔隙度和土壤有机质,种植后表层土壤容重在1.2-1.3 g/cm3之间。有机肥处理和覆盖处理的入渗速率高于施用化肥、不施肥和石膏的处理,以入渗起始时段尤为明显;不同调控措施使土壤30 min累积入渗量增加,而覆盖处理相对延长了达到稳定入渗的时间;石膏处理在入渗过程中溶解出Ca2+,置换出Na+,受作用时间等因素影响,土壤累积入渗量低于其他处理。不同调控措施对土壤pH作用规律不同:土壤调理措施的作用效果最好,使表层土壤pH值显著降低;养分管理措施和覆盖措施降低0-10 cm和20-40 cm土层的pH值,而10-20 cm土层pH相对增加。 不同调控措施均能增加作物的株高、叶面积指数和产量,但不同生育阶段各个调控措施对株高和叶面积指数的调控速率不一,总体来看不同调控措施对冬播作物季作物生长的促进效果高于夏播作物季,且降雨充沛的夏播作物季,各调控措施对作物的促进作用最高。 SWAP模型可用于模拟覆盖条件下土壤含水量和含盐量随时间和剖面分布的变化趋势,但模拟值与实测值之间存在一定差异,0-20 cm和40-100 cm的预测精度高于20-40cm。 6、确立滩涂农作条件下改土控盐的优化调控对策 利用主成分分析法对不同调控措施下土壤积盐量、粉粒含量、容重、孔隙度、田间持水量、有机质、稳定入渗率、导水率、含水量、产量和pH等影响土壤肥力提升、障碍因子消除的因素进行综合评分确定优化的调控对策,根据各主成分因子的方差贡献率得到前4个主成分的累积方差贡献率达96.58%,进而可以得到综合得分模型,其公式为X=0.4812X1+0.2724X2+0.1205X3+0.09174X4。再依据主要成分负荷矩阵和系数矩阵统一计算不同调控措施及其交互作用的综合得分,结果表明优化的组合为常规养分管理下覆盖配合石膏,其次为覆盖,再次为石膏,这些改良措施在增加土壤肥力、改善土壤物理性质、抑制盐分积累又增加经济产值等方面的贡献率最高。