秸秆暗沟埋深对滨海盐碱土土壤盐分、土壤含水量及氮磷有效性的影响

《Agriculture》：Effects of Straw Blind Ditch Burial Depth on Soil Salinity, Soil Water Content, and Nitrogen and Phosphorus Availability in Coastal Saline–Alkali Soil

　　

秸秆暗沟是一种具有潜在应用价值的生态型地下排水技术，可用于盐碱地的改良。然而，秸秆暗沟埋深是直接影响到排水、盐分淋洗和养分调控的关键设计参数。本研究于2024年和2025年开展了田间试验，以评估不同秸秆暗沟埋深对滨海盐碱土土壤含水量和温度、土壤盐分、硝态氮（NO₃^?-N）、铵态氮（NH₄⁺-N）和有效磷（Olsen-P）的影响。试验采用随机完全区组设计（RCBD），设置3个重复，包括3个秸秆暗沟埋深处理：60 cm（SD60）、45 cm（SD45）和30 cm（SD30），以无暗沟处理作为对照（CK）。在0–60 cm土壤剖面和两个生长季内，与CK相比，SD60处理平均土壤电导率（EC）降低了48.9%，而SD45和SD30处理分别降低了30.0%和30.5%。在0–10 cm表层土壤中，SD60处理的EC降幅达到50.4%。秸秆暗沟埋深还显著提高了土壤氮磷有效性。在0–60 cm土壤剖面中，与CK相比，SD60、SD45和SD30处理下土壤NO₃^?-N分别增加了26.0%、18.0%和24.6%。SD60处理展现出最高的剖面平均土壤NH₄⁺-N，与CK相比增加了约46.6%。此外，与CK相比，SD60和SD45处理使剖面平均土壤Olsen-P分别提高了60.4%和64.3%。总体而言，SD60处理在降低土壤盐分和提高氮有效性方面提供了最均衡的改善效果，而SD45处理在提高Olsen-P方面表现最佳。这些发现表明，优化秸秆暗沟埋深可改善滨海盐碱土的盐分和养分状况。

**研究背景与问题**：土壤盐渍化是全球土地利用和农业生产的主要限制因素。在中国，滨海盐碱土因其浅层高矿化度地下水、高盐分、低肥力、淡水短缺以及淋洗后盐分强烈反弹等特征，改良难度大。现有物理、化学、生物及水利工程措施中，地下排水系统可调节土壤水盐环境，但传统暗管存在堵塞、维护成本高等问题。秸秆暗沟（Straw Blind Ditch）因高孔隙度、透水性强且可改善土壤结构，成为一种低成本生态替代技术。然而，不同埋深如何通过改变水盐关系和养分有效性来影响盐碱土改良效果尚不清楚。为此，研究人员开展了本研究，旨在评估不同秸秆暗沟埋深对滨海盐碱土土壤水分、温度、盐分及氮磷有效性的影响。论文发表在《Agriculture》。

**关键技术方法**：研究于2024–2025年在江苏省南通市如东县自然资源部海岸带野外科学观测研究站（盐碱地改良示范基地区）进行，土壤为砂质壤土，属滨海盐碱土（Solonchak）。采用随机完全区组设计（RCBD），设置3个埋深处理：60 cm（SD60）、45 cm（SD45）、30 cm（SD30），以无暗沟为对照（CK），每处理3个重复，共12个小区（12 m × 20 m）。使用干燥芦苇秸秆填充暗沟（直径20 cm，长度1 m，重量3 kg），秸秆用量为3 kg m^?1暗沟，相当于5.0 t ha^?1。土壤水分和温度通过CT10传感器（南京云兰丰辉科技有限公司）每日监测0–15、15–30、30–60 cm土层。土壤样品于关键生长期采集0–10、10–20、20–40、40–60 cm土层，测定电导率（EC）、pH、硝态氮（NO₃^?-N）、铵态氮（NH₄⁺-N）和有效磷（Olsen-P）。数据采用混合效应模型和Tukey多重比较进行统计分析。

**研究结果**：

**3.1 不同秸秆暗沟埋深下滨海盐碱土土壤水分和温度的变化**：秸秆暗沟处理在0–30 cm土层中略微提高了土壤温度，但多数时期差异不显著（p > 0.05）。SD60和SD45在0–15 cm土层分别使温度升高1.4%和1.1%；SD30变化不大。在30–60 cm土层，秸秆暗沟处理温度略低于CK。土壤含水量方面，SD45在15–30和30–60 cm土层中通常低于其他处理，表现出更强的干燥效应；SD30和SD60则保持较高含水量，CK居中。表明土壤水分响应与埋深相关，SD45的排水效果更明显。

**3.2 不同秸秆暗沟埋深对土壤盐分的影响**：秸秆暗沟处理显著降低了土壤EC，SD60处理在0–60 cm剖面中降幅最大且最一致。与CK相比，SD60、SD45和SD30分别使平均EC降低48.9%、30.0%和30.5%，在0–10 cm表层降幅达50.4%。2024年各处理差异显著，2025年差异缩小但仍显著。随着土层加深，处理差异减弱。表明秸秆暗沟主要减轻了表层盐分积累。

**3.3 不同秸秆暗沟埋深对土壤NO₃^?-N和NH₄⁺-N的影响**：秸秆暗沟处理总体上提高了土壤矿质氮有效性，SD60在0–60 cm剖面中增加最显著。与CK相比，SD60、SD45和SD30使剖面平均NO₃^?-N分别增加26.0%、18.0%和24.6%；在0–10 cm土层，SD60增加36.6%。SD60处理在0–20 cm土层中NH₄⁺-N增加最显著，分别比CK增加52.8%（0–10 cm）和70.5%（10–20 cm）。SD45和SD30的增幅较小，且深层差异不显著。

**3.4 不同秸秆暗沟埋深对土壤Olsen-P和pH的影响**：秸秆暗沟处理提高了土壤Olsen-P，主要在0–20 cm土层，SD60和SD45效果最强。与CK相比，SD60、SD45和SD30在0–10 cm土层分别使Olsen-P增加55.0%、53.0%和37.5%；在10–20 cm土层增加64.9%、59.7%和25.6%。SD45在剖面平均Olsen-P上表现出最大增幅（64.3%），略高于SD60（60.4%）。土壤pH受处理影响有限且不一致，仅少数时期和层次出现显著差异。

**讨论与结论**：讨论部分指出，本研究因碱蓬（Suaeda glauca）存活率低，主要关注土壤响应而非植物生长。秸秆暗沟通过提供优先排水通道促进了盐分淋洗，但45 cm埋深表现出更强的排水效果，可能与当地降雨入渗和重力水再分布有关。SD60在盐分降低和氮素有效性方面表现最佳，而SD45在磷素有效性上最优。因此，埋深优化需根据具体改良目标选择。研究结论部分翻译如下：本研究评估了不同秸秆暗沟埋深对2024–2025年生长季滨海盐碱土土壤水分、温度、盐分、NO₃^?-N、NH₄⁺-N和Olsen-P的影响。在0–60 cm土壤剖面和两个生长季内，SD60、SD45和SD30均降低了平均土壤EC，其中SD60降盐效果最强。秸秆暗沟埋设也提高了土壤养分有效性。与CK相比，所有秸秆暗沟处理均增加了剖面平均土壤NO₃^?-N和NH₄⁺-N，SD60在氮有效性上改善最一致。对于Olsen-P，SD60和SD45提高了剖面平均值，SD45在有效磷提升上效果最佳。总体而言，SD60在降低EC和提高氮有效性方面提供最均衡的改善，而SD45在增强Olsen-P方面更有效。因此，应根据具体改良目标优化秸秆暗沟埋深，当优先考虑降盐和氮素改善时，60 cm埋深更合适。但碱蓬存活率低表明，单独秸秆暗沟埋设不足以在严重滨海盐碱条件下建立植被。未来改良实践应结合耐盐植物种植、淡水淋洗、有机改良剂或养分管理。由于本研究仅以EC作为盐分变化指标，未来研究应进一步纳入离子组成、钠吸附比、交换性阳离子、处理后有机质和地下水动态，以更全面地阐明盐分迁移机制。