盐碱地区公路绿化土壤积盐规律硕士论文42392.doc

摘 要本文针对营口滨海盐碱地区公路树木栽植难成活问题，通过调研路肩土壤积盐情况，采取覆盖措施、隔离措施研究和树种耐盐性探讨，以达到提高公路树木栽植成活率的目的。运用SPSS分析方法和电导率法对营口地区距海边不同距离的公路路肩垂直三层土壤全盐量、边沟土壤全盐量和盐池水的矿化度进行系统的量化研究；对盐池段公路35个试验点路肩表层020cm和覆盖下020cm路肩土壤的积盐情况进行对比分析；对盐池段公路应用复合栽植措施后的路肩土壤进行比较分析。在太空堡苗圃，用海水漫灌三、四年生的新疆杨、旱柳、国槐、水蜡和四季丁香地下部，用茚三酮比色法测定各样本的游离脯氨酸的含量，并进行数据分析。研究表明：1.营口滨海地区，除盐池段公路边沟土壤是盐渍化土以外，其他试验各路段边沟土壤均为非盐渍化土壤，公路土壤积盐有明显季节规律。2.在营口滨海地区公路路肩实施覆盖和复合措施是有效的，提高了公路绿化树的成活率，并且这些措施的作用都将延续。3.海水胁迫下，在试验时期内3种乔木分泌游离脯氨酸的变化依次为国槐的增加值最大，新疆杨次之，旱柳的增加值最小；2种灌木分泌游离脯氨酸变化为水蜡大于四季丁香。单一的游离脯氨酸含量变化不能确定树木的真实耐盐能力，但是，游离脯氨酸是极其重要的树木耐盐生理指标。关键词：营口盐碱地区，公路绿化，土壤积盐规律，隔盐措施，树木耐盐性AbstrackThe aim is to address the problem of Yingkou Coastal Highway District Green valley soil, and do the research on the condition and the law of the shoulder soil salt-state systemically.By using the test which use a separation layer and a composite application technology measure in Yingkou Power Line Road Zhuanglin salt pond.To address the selection problem of valley green trees in Highway District,research and discussion were done on the living condition of many trees.Through metric system for a quantitative study,the SPSS analytical methods and the law of conductivity were used to test the salt content of the Yingkou region from different distances along the road shoulders from three vertical layers,side ditches and the salty-water pound.In 35 testing points,we compare the whole salt content of the 020cm shoulders surface with the soil 020cm underground in trees growing season,compare and analyse the shoulder soil after using compound planting technological measure.In the Taikongbao Nursery,three or four years P. alba cv, S. matsudana, Sophora japonica L., L. obtusifolium and S. microphylla were selected 20 respectively. The content of the free Proline of the various samples trees roots was tested with Ninhydrin colorimetry,and then analyse it.Soil of the road shoulders in the area belongs to the non-soil salinization sort.except salt pond in the area.The rule about soil accumulating salt is very obvious according to the season.Over the past two years,it was proved that using straw and straw stalk to cover is effective to reduce salt content of the soil.And the surface soil has a weak association with the evaporation-fall rate.It is necessary as well as effective to carry out the compound planting technological measure in this section.And the role of this measure will be continued.The content of the floating free Proline in roots of the three kinds of trees under the water coercion have varying degrees of change.Through closer comparison,the floating free Proline rates increases most in Sophora japonica,the P.alba cv. are the second ,and the least lies in the S.matsudana.In shrubs, the content in L.obtusifolium is far greater than the increase in S.microphylla；however, it could not explain the durability of salt merely through the changes in floating free Proline content.Key words: Salt and alkali area in Yingkou，Highway planting ，Rules about soil accumulate salt , Steps about keeping the salt away from the root of the plant，Capability about trees tolerating salt 前 言一、研究的目的、意义盐碱土是地球上广泛分布的一种土壤类型，是一种重要的土地资源。全世界盐碱地面积约为9.55亿hm2,分布在世界各大洲干旱地区，主要集中在欧亚大陆、非洲、美洲西部。我国盐碱土地资源总额约为9913×104 hm2,其中现代盐碱土面积为3693×104 hm2，残余盐碱土约4487×104 hm2,并且尚存在有约1733×104 hm2的潜在盐碱土,主要分布在东北、华北和西北内陆地区以及长江以北沿海地带。盐碱土是在一定环境条件下形成和发育的，其中又以气候、地形、地质、水文和水文地质及生物因素的影响最为突出。在辽宁省滨海盐碱地区，公路绿化存在树木成活率低、养护费用高、绿化树种少，观赏性差和栽植技术陈旧等问题。国内盐碱地区公路绿化的栽植技术的研究才刚刚起步。本试验的目：1.探讨营口滨海地区公路路肩土壤盐渍化程度和积盐规律； 2.比较分析隔盐和覆盖措施的施用效果； 3.研究树木受到盐胁迫后渗透调节物质游离脯氨酸的变化规律，比较分析树木耐盐能力。二、国内、外研究现状国内外学者在查明引起土壤次生盐碱化的原因方面做了大量研究工作。B.A.科夫达在论证地下水与土壤盐碱化的关系时指出,在现代盐碱化过程的发生和发展因素中，地下水的移动,埋深和平衡最为重要,在炎热而干旱的气候条件下，气候虽然是形成盐碱土的条件之一,但如果地下水埋深在10m以下,土壤的水分蒸发就不会超过降雨总量，尽管气候干旱,土壤也不会发生盐碱化。但是如果地下水滞留,埋深为13m,则易遭受强烈蒸发,导致盐碱化过程的发展。通过长期室内外模拟试验,地下水在土壤次生盐碱化形成过程中的作用已为大多数研究者所公认。以B.A.科夫达为代表的研究者,则认为灌区土壤盐碱化的主因是自然条件不良,认为灌区自然排水的不通畅及底土和地下水的原生盐碱化是最主要的一些不良自然条件。另有一些研究者通过对灌溉水质量及其对土壤的影响的研究，认为在干旱、半干旱气候带，灌溉水一般都含有一定数量的易溶性盐分,长期灌溉,土壤盐分含量必然就会增加。目前,对发展灌溉(特别是大型自流灌溉)引起土壤次生盐碱化原因的研究已取得新的进展,认为在地面强烈蒸发影响下,其主要原因有三:(1)引起浅层地下水位升高超过其临界深度，导致土体和地下水中盐分向地表富集；(2)土壤心底土存在积盐层,其中的盐分为灌溉下渗水流溶解活化，转向地表累积；(3)采用高矿化地面水或地下水灌溉,而又无调控措施,致使盐分在土壤表层累积。A.J.Peck在次生盐碱化的发展与改良一文中写到,排水防止次生盐碱化,技术上是有效的,但是在旱地农业中是不经济的。主张在澳大利亚用恢复和建立植被来控制水盐平衡,认为植物不仅直接影响土壤的盐分积聚,由于植物耗水量常常超过裸露地的蒸发量,从而能使整个流域的水分补充因植物的蒸腾而减少。1966年以色列科学家HugoBoyKo在Salinity and Aridity一书中提出可以利用咸水灌溉作物或通过种植耐盐植物来解决盐碱化问题。十年后，USF(the United States Science Foundation)的三个成员Lewis Mayfield,James Aller and Osker Iaborsky提出Biosaline的概念,随后在以色列、美国、苏联成立了三个Biosaline研究机构,主要进行植物耐盐机理、微盐水灌溉、盐生植物的利用等方面的研究,人们的观点逐步转向利用生物措施来治理盐碱地。通过筛选利用耐盐种和品种,提高植物本身耐盐能力较之利用工程措施改良盐碱地要经济有效。随着对盐碱化问题研究的深入,人们逐渐认识到要彻底根治盐碱似乎并不实际且很困难,而迫切需要寻求一种巩固防治效果的方法来调控土体中水盐的平衡。在多年的生产实践中,人们认识到要防治土壤盐碱化,采取任何单项的措施奏效有限,且不稳定,易反复发生,必须贯彻因地制宜和综合治理的原则。A.H.罗赞诺夫(1939)曾指出只有在分析每个地区的自然条件(土壤、水文地质、气候)和经营管理条件的基础上,才能对盐碱化问题进行综合解决。由于各国自然条件差异性很大,盐碱土类型各异,各国在研究和应用各项改良措施的同时,也都趋向于强调综合改良措施。我国在防治盐碱化问题的过程中,也逐步确立了“因地制宜,综合防治”和“水利工程措施必须与农业生物措施紧密相结合”的原则和观点。当前与本课题相关的主要研究领域，如下所示。1.改良盐渍土地的辅助措施依据盐渍土水盐运动“盐随水来,盐随水去”的特点,只要能控制土壤水分蒸发就可减轻盐分表聚,达到改良的目的。研究显示在盐碱地上覆盖作物秸秆后,可明显减少土壤水分蒸发,抑制盐分表聚,它阻止水分与大气间直接交流,对土表水分上行起到阻隔作用,同时还增加光的反射率和热量传递,降低土表温度,从而降低蒸发耗水。秸秆覆盖不仅对土壤水盐环境产生影响,而且是对土壤生态环境的综合作用。段登选等（2000）在低洼盐碱地重盐碱区域，以渔改碱挖池抬田时，在原地面铺设1层塑料薄膜，台田下铺设淄博产聚乙烯塑料薄膜,其厚度为0.08mm。利用其隔水的作用，阻断盐碱上升的通路，达到稳定性降盐碱的效果。2.公路绿化中的盐碱治理问题 公路绿化是国土绿化的重要组成部分,良好的公路绿化可以提供安全舒适的交通运输环境,对于稳固路基、保护路面、美化路容、减噪降尘、防风防沙以及改善区域生态环境都具有重要的意义。滨海盐碱地区公路绿化发展缓慢,由于对路肩土壤积盐情况缺乏足够的认识,路域地势高、空旷多风，气候干燥和蒸发量大等不良因素,极大地制约着盐碱地区公路绿化事业的发展。近些年来，植物材料筛选和树木栽植技术是盐碱地区公路绿化的重中之重，国内有很多研究成果。厦门耐盐碱植有高山榕、小叶榕、大叶榕、菩提、印度橡皮树、麻楝等树种（王良睦，2001）；黄河三角洲耐盐碱植物有沙枣、苦楝、构树、柽柳（邵秋玲，1998）和红瑞木、银杏、银柳、二球悬铃木等41种树木（王玉祥，2004），这些研究丰富了绿化树种。另外，还有一些科研人员以树木筛选、改土、抑盐和栽植技术等基础研究为基础，投身于盐碱地区公路绿化的应用研究工作中。尹建道（2000）等针对滨海盐碱地区公路绿化的特点和技术难题进行了试验研究,在中度盐碱条件下,覆盖措施能够显著提高栽植成活率,而且覆盖秸秆的效果优于覆草。沈爱玲（1999）等在重盐碱地公路两侧,对柽柳采用不同的栽植方法,寻找影响成活率的因素,探索出适合栽植柽柳的最佳时间、方法和效果，为重盐碱土地区公路绿化提供了可选择的树种和绿化的形式。王英（2004）就树木生长与土壤盐分的关系、树木的耐盐能力、耐盐树种的选择等几方面作了研究分析，并提出改良盐碱地的技术措施和建议即通过改进栽培措施、增施有机肥、改良碱性土壤及种植绿肥等几方面来达到改良盐碱地的目的。 一、材料与方法1.1营口滨海地区公路路肩土壤积盐情况的调查与分析1.1.1试验地概况营口市位于辽东半岛西北部，沈大高速公路、哈大公路(202国道)、庄林公路(305国道)纵贯南北；营大公路、盖岫公路连接东西，交通十分方便。营口市西临渤海辽东湾，属暖温带大陆性季风气候。其气候特征主要是：四季分明，雨热同季，气候温和，降水适中，光照充足，气候条件优越。春季(35月)，多大风天气，气候干燥少雨；夏季(68)，降水量集中，气温较高；秋季(910月)，天高气爽，气候宜人；冬季(112月)，天气寒冷，气候干燥。营口地区各采样点如图1所示，试验地选择305、202国道和黑大线等国道或省道做为试验公路，红色数字是路肩采样点所在的小区域，各采样点由GPS定位，黄点是地下水采样地。采样点集中分布在距海边30km范围内，从北到南分三个纵向分布区域，第一部分是大石桥北部的17个采样点，第二部分是营口市、大石桥和盖州三角区域的14个采样点，第三部分是盖州北部的17个采样点，各点的公路平均距离是3.171km。从图1、图2和图6可以看出，营口滨海地区的48个采样点的海拔都低于100m，这符合滨海地区路肩土壤含盐量随着距海边距离的延伸和海拔升高而降低的积盐规律（张凤荣，2002）。图1 营口滨海盐碱地区路肩采样点分布Fig1 Yingkou coastal valley area sampling points distributions图2 营口地区公路路肩各采样点的海拔Fig2 The Altitude of Yingkou area road shoulder sampling points1.1.1.1采样点位置所有采样点地理坐标点如表1所示，运用卫星定位技术（GPS）对营口地区路肩48个采样点定位。表1 营口滨海地区各采样点的位置Table1 The position of Yingkou area road shoulder sampling points编号经纬度经纬度编号经纬度营1N:40°47.546营18N:40°46.514营34N:40°25.976E:122°09.677E:122°19.700E:122°28.796营2N:40°46.272营19N:40°45.851营35N:40°26.040E:122°11.173E:122°23.435E:122°30.037营3N:40°44.502营20N:40°32.549营36N:40°26.324E:122°14.354E:122°27.910E:122°31.185营4N:40°43.260营21N:40°27.245营37N:40°21.620E:122°16.642E:122°24.233E:122°22.498营5N:40°24.786营22N:40°29.201营38N:40°19.174E:122°22.573E:122°25.120E:122°23.460营6N:40°25.798营23N:40°30.311营39N:40°17.159E:122°23.039E:122°26.400N:40°35.031营8N:40°22.518营24N:40°37.732营40N:40°35.031E:122°19.734E:122°14.588E:122°16.911营9N:40°20.528营25N:40°31.074营41N:40°33.568E:122°17.416E:122°27.239E:122°18.571营10N:40°19.795营26N:40°24.295营42N:40°31.104E:122°15.823E:122°23.522E:122°19.505营11N:40°18.525营27N:40°24.517营46N:40°43.096E:122°14.153E:122°24.672E:122°19.443营12N:40°48.476营28N:40°24.858营47N:40°44.264E:122°09.469E:122°25.715E:122°20.476营13N:40°49.700营29N:40°25.879营48N:40°44.773E:122°10.751E:122°27.441E:122°20.852营14N:40°49.503营30N:40°25.170营49N:40°45.843E:122°13.055E:122°32.221E:122°21.779营15N:40°48.504营31N:40°36.128营50N:40°46.876E:122°15.280E:122°15.665E:122°23.281营16N:40°47.561营32N:40°25.934营51N:40°33.920E:122°16.496E:122°34.138E:122°28.297营17N:40°46.955营33N:40°25.962营52N:40°35.383E:122°17.758E:122°36.698E:122°28.6841.1.1.2地下水水质在营口滨海地区内，近海边各采水点水质如表2所示，营口自来水总公司选择四处水质监测地，团甸、永安和熊岳的地下水水质低于1g/L属于优质水源，李家水源地的地下水水质在12g/L，适于灌溉。这些因素对路肩土壤积盐作用很微弱。表2 营口滨海地区地下水矿化度Table2 The degree of materialization of Yingkou area road shoulder营口地区地下水矿化度（mg/L）井号9#1#19#15#大石桥李家水源131815451525744井号1#2#青年大清河6#盖县团甸水源229215302352303井号9#10#3#2#大石桥永安水源361356436576井号2#盖县熊岳镇水源300 （来源于营口市自来水总公司）1.1.1.3营口地区蒸降差营口三地蒸降差如图3、4和5所示，营口地区各地蒸降差（蒸降差是指蒸发量减去降水量，差值大于0表示土壤处于失水状态；差值小于0表示土壤处于吸水状态；差值等于0表示土壤处于原状态。）变化规律是：春季逐渐增加，到5月达到全年峰值；随降雨量的递增，盛夏8月增降差达到全年的最低值；接下来，随着降雨的减少和增发的增强，增降差开始回升，在9月中下旬蒸降差达到一年中仅次于5月的峰值；随着气温的降低，蒸降差也恢复到年初的低水平。试验结果表明，地表蒸发是路肩土壤盐分表聚的“蒸腾拉力”。 图3 营口市历年蒸降差（来源于营口气象局） 图4 盖县历年蒸降差（来源于营口气象局）Fig3 Evaporation-fall rate in Fig4 Evaporation-fall rate inYingkou (from Yingkou BMG) Gaixian（from Yingkou BMG） 图5 大石桥历年蒸降差（来源于营口气象局） 图6 距离海岸不同距离地下水埋深与矿化度的变化Fig5 Evaporation-fall rate in Dashiqiao (张凤荣,土壤地理学,2002.) （from Yingkou BMG） Fig6 The changes of mineralization degrees anddepth of groundwater in Different distances from the coast(Fengrong Zhang,Soil geography)1.1.1.4各采样点海拔营口地区各采样点海拔如图2和表3所示，48个采样点的海拔高度，由GPS地位仪定量测得，各采样点的海拔都低于100M，即在-2m至84m范围之内。表3 营口各采样点和水源地海拔Table3 The altitude of the sampling points andthe water source in Yingkou编号海拔（m）编号海拔（m）编号海拔（m）营口11营口183营口3443营口2-1营口19-2营口3537营口3-1营口209营口3632营口4-1营口2147营口3724营口515营口224营口3838营口620营口2314营口3984营口810营口24-4营口406营口927营口2529营口416营口1024营口2614营口4210营口1148营口2735营口468营口121营口2833营口477营口13-2营口2926营口487营口142营口3048营口491营口152营口314营口505营口165营口3262营口5114营口171营口3364营口5213熊岳42团甸38永安15李家4 1.1.1.5各采样点距海边距离营口地区各采样点距海边距离如表4所示，各采样点的距海边距离都在30km的范围以内。从表4和图6的综合分析，可以知道48个采样点理论上横跨滨海盐土带、强盐化带、中盐化带和轻盐化带，而形成利于研究路肩土壤积盐规律的路肩土壤连续分布带。表4中四处地下水水源采样点的距海边距离分别是团甸（10.96km）、永安(23.03km)、熊岳(6.17km)和李家(33.37km)，再结合图6，理论上是距离海边最近的熊岳水源地受海水影响最大，地下水矿化度最大；而距离海边最远的李家水源地受海水影响最小，地下水的矿化度最小。但结果是熊岳、团甸和永安水源地的地下水水质是优质水（1.0g/L），李家水源地的地下水水质是淡矿化水（1.0g/l2.0g/l），相比之下熊岳、团甸和永安水源地的地下水质更好。这可以说明，熊岳（42m）、团甸（38m）、永安（15m）和李家（4m）水源地四地的海拔不同的前提下，在影响地下水水质的诸多因素中，海水的作用变得越来越不明显，而水源地的海拔却是减弱海水作用关键因素。海拔高于永安（15m）的路肩各采样点土壤受到的海水影响很微小。表4 各采样点和水源地的距海边距离Table4 The distance from The samplingpoint and water to seashore编号距离（km）编号距离（km）编号距离（km）营口110.82营口1820.86营口3416.76营口210.12营口1921.79营口3519.29营口39.82营口2016.67营口3620.74营口410.9营口2111.18营口3713.43营口510.67营口2212.05营口3816.44营口69.98营口2313.83营口3928.46营口810.52营口246.9营口406.13营口98.33营口2514.98营口415.84营口107.35营口2611.86营口424.71营口117.46营口2713.48营口4615.66营口125.13营口2813.93营口4716.83营口1315.37营口2915.21营口4818.74营口1417.22营口3022.49营口4920.28营口1518.96营口316.71营口5023.07营口1618.43营口3224.82营口5118.23营口1719.14营口3328.27营口5219.87李家水源地33.37永安水源地23.03熊岳水源地6.17团甸水源地10.96图7 路肩结构 图8 国道305普通路段路肩实景Fig7 Road shoulder structure Fig8 State Road 305 ordinary road shoulders picture1.1.1.6路肩结构营口滨海地区公路路肩结构如图7所示，公路路肩由路台、边坡、边沟和路基构成，边坡角度因地而异，路肩实景如图8和图9。试验点在路肩上，试验穴深1m，穴内填充本地客土。图9 国道305盐池段实景 图10 采样点试验穴1Fig9 State Road 305 salty-water pond views Fig10 Sampling point test cave -1 图11 采样点栽植穴2 图12 采样点栽植穴3Fig11 Sampling point planting cave-2 Fig12 Sampling point planting cave-3 图13 采样点栽植穴4Fig13 Sampling point planting cave-41.1.2试验方法1.1.2.1试验点选择营口地区各采样点位置如图1和表1所示，利用GPS技术在公路路肩上确定各采样点，各点随机取得。为使试验具有代表性，在试验区域内各点分布得几乎均衡。1.1.2.2土样采集与处理营口滨海地区公路路肩土壤大体分为两类，一类是建路后回填的本地客土，另一类是从盖县西海或大石桥运来的棕壤客土。图10、图11、图12和图13是路肩试验穴，图10和图11代表路肩客土穴，图12和图13代表路肩本地土穴。穴深如图10、图11、图12和图13所示。图14 双挡格法-1 图15 双挡格法-2Fig14 Double compartmentation means-1 Fig15 Double compartmentation means-2冬季土壤含盐量很稳定，且北方树木冬季休眠，因此选择全年的春、夏和秋季为取样季节。如图14和图15所示，双挡格法是用两片坚硬的塑料薄片做挡层，将所采集的土层隔离的方法。用双挡格法采集不同土层的土壤，土样采集后装入塑封袋，尽快放置在阴凉的地方阴干，过2mm的筛，待用。1.1.2.3实验技术与分析技术大批量测土样全盐量采用电导法，仪器是DDS11A型电导率仪和DJS1型铂黑电极。电导率（ds/m）大小可以直接代表土壤的全盐量，本文中用电导率代替土壤的全盐量（鲍士旦，2000）。试验得到的192×3份土样数据，运用SPSS分析手段对其内在规律进行研究。图16 盐池段路肩结构图 图17 盐池段路肩图Fig16 Salty-water pond's shoulders chart Fig17 Salty-water pond's shoulders chart1.2两种覆盖对公路路肩土壤积盐的影响1.2.1试验地概况试验地路肩结构如图16所示，营口国道庄林线盐池路段和其他公路路段不同的是，边沟内充满咸水，在蒸发量大的季节里，边沟内的咸水会补充路肩下方的地下水，盐分通过水盐运动向上运移增加公路路肩土壤的积盐量。试验路段实景如图17和图18所示。图18 盐池段路肩结构图-2 图19 覆盖穴Fig18 Salty-water pond's Fig19 socket of Covering scoopshoulders chart-2 1.2.2试验方法1.2.2.1试验点选择在国道庄林线大水塘二道沟段公路路肩随机选取35个试验点。五个点为无覆盖的CK，15个点表层用10cm的稻草覆盖，另15个点表层覆盖10cm秸秆。图20 覆盖穴深度 图21 覆盖技术示意图Fig20 socket depth of Covering scoop Fig21 Map of Covering technology 图22 秸秆覆盖-1 图23 秸秆覆盖 -2 Fig22 Map of Covering Jiegan -1 Fig23 Map of Covering Jiegan -2图24稻草覆盖-1 图25 稻草覆盖-2Fig24 Map of Covering Daocao -1 Fig25 Map of Covering Daocao -2图26 覆盖穴采土深度-1 图27 覆盖穴采土深度-2Fig26 Deepness of Covering scoop-1 Fig27 Deepness of Covering scoop-2图28 覆盖穴采土深度-3Fig28 Deepness of Covering scoop-31.2.2.2覆盖材料试验要求覆盖材料必须全年覆盖，覆盖物不可以阻断土壤的水汽交换，因此选择容易得到且可做绿肥的稻草和秸秆作为覆盖材料。图22和图24是试验使用的稻草和秸秆。1.2.2.3覆盖方法路肩表层覆盖技术见图21，树穴深达1.3m，树穴由客土填充。04年3月，试验点路段的路肩表土层挖40×40cm2左右、 深10cm的覆盖穴（如图19和图20所示），用稻草和秸秆填充，并用少量土压实(如图23和图25所示)。1.2.2.4土壤采集与处理采土季节仍然选择全年的春、夏和秋季三季。如图图26、图27和图28所示，用双挡格法（如前面的图14和图15所示）采集路肩表层（02