干旱半干旱灌溉区土壤盐渍化是制约农业可持续发展最严重的环境问题之一^{[1, 2]}。全世界约有9.5×10⁸ hm²的盐渍化土壤，近年来其面积有扩大趋势，盐渍化程度不断加剧^[3]。因此，采取合理的措施控制或治理土地盐渍化的发生是亟待解决的关键问题。工程措施即单纯洗盐在改良盐渍化土壤方面非常有效，但在水资源短缺的干旱半干旱地区很难推广^[4]；化学措施见效快，但存在一定的局限性^[5]；生物措施与前两种措施相比既有低廉和环保的效果，又能产生一定的经济效益^{[4, 6]}。

Khaksari等通过室内模拟土柱淋溶实验研究表明，0—100 cm土层经过淋洗，土壤盐分总量可降低80%—85%^[7]，刘亚男等对滩涂土壤盐分变化的研究表明，淋洗后较淋洗前各盐分离子的下降率分别为：K⁺ 73.5%，Ca²⁺ 90%，Na⁺ 80.3%，Mg²⁺ 86.6%，Cl^- 81.8%，SO^2-₄ 98.2%，盐分总量下降了81.6%，在淋洗过程中孔隙水是以氯化钠型为主^[8]，而种植了耐盐植物后由于植物的根系作用、覆盖效应以及植物收获，不仅治理了盐碱地，而且改善了生态环境，还发展了养殖业^[9]；另外，植物根系物理化学作用还能改善土壤的聚合性和持水性，进而增加土壤中的离子通道，促进了盐分向下淋溶^[10]。目前，关于单纯淋洗^{[4, 7]}、种植耐盐植物^{[6, 9]}、淋洗和化学改良剂的联合措施在改良盐渍化土壤方面的研究报道较多^[11]，但主要侧重于改良后土壤盐分离子减少的总量^{[7, 9]}，而对不同盐分离子的动态变化和各个盐分离子减少的程度，尤其是淋洗结合植物种植后各种作用机制对改良盐渍化土壤的贡献却鲜见报道，为此，本试验以甘肃引大灌区盐渍化土壤为背景，以当地5种耐盐植物为材料，模拟了大田条件生产过程，用根袋法盆栽试验对根际与非根际土壤进行动态取样，以期进一步探讨不同耐盐植物在其生长过程中根际土壤盐分的动态变化，以及淋洗结合植物种植对盐分离子的去除效果，旨在为中国西北内陆地区土壤次生盐渍化的防治和改良提供科学依据。

供试土壤采集于引大灌区永登县次生盐渍化农田土壤，其基本理化性质(表 1)采用常规分析测定^[12]。供试牧草选自引大灌区盐渍化土壤上生长良好的5种耐盐植物：新疆大叶(Medicago Sativa.L.cv.Xinjiangdaye)、中兰一号(Medicago Sativa.L.cv. Zhonglan No.1)、朝鲜碱茅(Puccinellia chinampoensis)、霸王(Zygophyllum xanthoxylum)、向日葵(Heilanthus annuus L.)。

试验在大棚内进行，采用盆栽根袋法^[10]。供试土壤在室内风干后过2 mm筛待用。植株移栽前添加肥料(尿素和磷酸二氢钾)，添加量如下：200 mgN/kg干土，100 mgP₂O₅/kg干土，并充分混合均匀。根袋用320目孔径的尼龙网纱缝制而成，直径7 cm，高13 cm，每个根袋内装入0.8 kg备好的土壤，相同的供试土壤也装入高19 cm，内径23 cm的盆中，同时在盆中央埋入备好的根袋1个，使装好的盆重为5.5 kg(即总重达6.3 kg)。用称重法控制土壤含水量，使土壤含水量达到140 g/kg备用。在每个根袋内播入露白的植物种子20粒，出苗后留苗12株。每个品种18个重复，另外留18盆作为对照(即没有种植植物处理的土壤)。生长期内每14 d浇1次水，每次每盆浇1 L蒸馏水，其它不做任何处理^[13]。分别在培养60 d，90 d和120 d时进行采样，每种植物选择6盆，根袋内距离根系2—4 mm处的土壤作为根际土，靠近盆边缘的土壤作为非根际土^[14]，同时选取6盆对照土壤。

将采集的土样在室内风干并过0.5 mm筛，取风干土按水土比5 ∶ 1制备待测液，用于可溶性盐分总量及盐分的测定；EC的测定用电导法；Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺的测定采用原子吸收分光光度法；Cl^-、SO^2-₄和HCO₃^-的测定采用土壤盐分常规滴定法。以上各项指标测定的具体方法见参考文献^[12]。

用 Excel 作图，用spss17.0进行统计分析，采用LSD法。

由对照可以看出，单纯的淋洗作用对土壤pH值影响不大，淋洗结合植物种植后土壤pH值随着培养时间和淋洗次数的延长降低幅度较大(图 1)。在培养120 d时降低最明显，且差异显著(P<0.05)。随培养时间的延长，在不同的耐盐植物中，霸王、向日葵根际土壤pH值始终小于同一培养时期的非根际土壤pH值；而新疆大叶和朝鲜碱茅在培养60 d后根际土壤pH值也小于非根际土壤，中兰一号在各个培养时期根际和非根际pH值差异不显著；在培养120 d时，霸王根际土壤pH值下降幅度最大，比种前降低了0.6个单位，而新疆大叶的根际土壤pH值则下降幅度最小，比种前仅降低了0.25个单位，以上均说明相比种前淋洗结合植物种植降低了盐渍化土壤的pH值。

图1 不同植物根际和非根际土壤不同培养天数pH的变化 Fig.1 Dynamics of pH in the rhizosphere soil and bulk soil of different plants R: Rhizosphere soil; S: Bulk soil; 0D: 0天; 60D: 60天; 90D: 90天; 120D: 120天; 小写字母表示同一植物在不同培养时期的显著性分析

图选项

由表 2可以看出，对照和种植植物的土壤中可溶性盐分总量随着淋洗次数和培养时间的延长而降低，在培养120 d时降到最低，且远远小于种前；在培养120 d时，对照土壤盐分总量相比种前平均下降了51.5%，5种耐盐植物种植后土壤中可溶性盐分总量与种前相比平均下降了77.7%，与对照相比平均下降了54%，其中根际土壤盐分与对照相比下降了27.56%—52.9%，非根际土壤盐分下降了39.85%—51.16%。在培养120 d时，5种耐盐植物根际土壤盐分总量均大于非根际土壤，其中霸王根际土壤盐分总量最高，说明霸王根际富集盐分离子的能力最强。

由表 2还可以看出，淋洗结合植物种植的土壤中可溶性盐分总量随培养时间的延长而降低的同时，7个盐分离子的含量在根际和非根际变化趋势却表现不同。5种耐盐植物在各个培养期间，HCO₃^-含量在根际和非根际均大于种前和对照，而其他盐分离子的含量则与之相反。在不同培养时期，对于Cl^-，新疆大叶根际含量始终小于非根际，而其他4种植物则呈波动状态。对于SO^2-₄，在培养60 d时，仅中兰一号表现为根际含量大于非根际；在培养90 d时，仅新疆大叶根际含量小于非根际；在培养120 d时，5种植物均表现根际含量大于非根际。对于K⁺，在培养60 d时，仅朝鲜碱茅根际含量小于非根际，而在培养90 d和120 d时却大于非根际含量，其他4种植物在各个培养时期均表现为根际含量小于非根际，这说明K⁺除了在朝鲜碱茅根际土壤中富集外，在其他4种植物根际土壤中均出现了亏缺。对于Ca²⁺，除了向日葵外，其他4种植物在各个培养时期均表现为根际含量大于非根际。对于Na⁺，朝鲜碱茅和霸王在各个培养时期根际含量始终大于非根际，而其他3种植物在培养60 d时根际含量小于非根际，在培养90 d和120 d时根际含量大于非根际。对于Mg²⁺，在培养60 d时，5种植物根际含量均大于非根际；在培养90 d时，除新疆大叶和向日葵外，其他3种植物均表现为根际含量大于非根际；在培养120 d时，仅向日葵根际含量小于非根际。

由表 3可以看出，在培养120 d时，对照土壤单纯淋洗带走的K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO^2-₄的数量平均分别占植物收获后土壤中对应各离子减少总量81.8%、59.65%、62.1%、70.57%、61.63%、64.39%；植物吸收带走的K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO^2-₄的数量平均分别占植物收获后土壤中各对应盐分离子减少总量19.4%、1.2%、0.17%、0.74%、0.15%和0.47%，所以淋洗与植物作用耦合带走的K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO^2-₄的数量平均分别占植物收获后土壤中对应各盐分离子减少总量的101.2%、60.85%、62.27%、71.31%、61.78%和64.86%，由此推算出，土壤中39.15% 的Ca²⁺、37.73%的Na⁺、28.69%的Mg²⁺、38.22%的Cl^-和35.14%的SO^2-₄的减少量是由植物根系的物理化学的作用机制引起的。上述6种离子中，除了K⁺的减少量大于植物收获后土壤中盐分离子减少的总量，在土壤中出现了亏缺外，其他5种离子的数量均小于土壤中盐分离子减少的总量，不同耐盐植物盐分离子减少的总量是不同的。

在培养120 d后，对照土壤单纯淋洗带走的盐分离子总量均为256.6 g/kg(表 3)。淋洗作用下土壤中各盐分离子数量减少的顺序是：Cl^- >SO^2-₄ >Na⁺ >Ca²⁺ >Mg²⁺ >K⁺ >>HCO₃^-，分别占淋出盐分总量的35.07%、33.54%、19.83%、6.26%、4.4%、0.88%和0.006%。

植物地上部吸收带走的盐分离子总量因物种不同而不同，其范围在0.97—3.52 g/kg之间，所有植物对K⁺和SO^2-₄的吸收量要高于其他盐分离子，其中霸王对各盐分离子的吸收量高于其他植物，朝鲜碱茅对Ca²⁺、Mg²⁺和Cl^- 的吸收较少，中兰一号对Na⁺、Mg²⁺和Cl^-的吸收也比较少。

淋洗与植物作用耦合后，根系物理化学作用下盐分离子淋洗的增加量在133.3—160.3 g/kg之间，其中Cl^- 剩余的最多，占盐分淋洗增加的总量的32.97%—39.80%，其次是SO^2-₄，占盐分淋洗增加的总量的29.06%—38.56%，第三是Na⁺，占盐分淋洗增加总量的19.29%—22.76%；土壤中K⁺离子的剩余量除了中兰一号为正值外，其他4种植物均为负值，这可能是由植物对K⁺离子的大量吸收而引起的，表明根系对离子的选择性吸收和吸收速率是不同的^[15]。

植物种植后，土壤中盐分离子减少的总量为393.1—416.6 g/kg，K⁺减少量最少，仅占土壤中盐分离子减少总量的0.624%—0.773%，Cl^-减少量最多，占34.2%—36.87%，其次是SO^2-₄，占31.89%—34.52%，第三是Na⁺，占19.55%—20.95%。不同植物间，种植向日葵的土壤中K⁺减少的最多，新疆大叶的土壤中Ca²⁺和Mg²⁺减少最多，中兰一号土壤中Na⁺和Cl^-减少最多，种植朝鲜碱茅的土壤中SO^2-₄减少最多。植物种植后，除K⁺外，土壤中Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^- 和SO^2-₄减少的总量均大于对照土壤淋洗带走的和植物吸收带走之和，其中Na⁺、Cl^-和SO^2-₄减少的幅度较大，Na⁺相比Ca²⁺、Mg²⁺平均分别降低了44.06%、52.83%，Cl^-相比Ca²⁺、Mg²⁺平均分别降低了63.02%、68.82%，SO^2-₄相比Ca²⁺、Mg²⁺平均分别降低了66.4%、23.9%，由此可以看出，淋洗与植物作用耦合使土壤中主要盐分离子含量明显降低。

一些研究表明，盐渍化土壤种植植物可降低土壤pH值^{[14, 16]}，而王丽娜等对设施土壤的研究表明，保护地土壤pH值随淋洗次数的增加而增加^[17]，李从娟等结果显示种植沙生耐盐植物可降低盐渍化土壤pH值，且根际土壤pH值小于非根际^[13]。本研究结果表明单纯淋洗下土壤pH值基本不变，而淋洗与植物作用耦合后可有效地降低土壤pH值，且在培养120 d时根际土壤pH值降低幅度较大。不同耐盐植物的根际和非根际土壤pH值降低幅度不同，霸王根际土壤pH值降低幅度最大，新疆大叶根际土壤pH值降低幅度最小，且差异显著(P<0.05)。植物根际土壤pH值下降可能的原因是：(1) 植物对阴阳离子吸收不平衡引起的pH值变化^[18]；(2) 植物根系、根际微生物呼吸和根系分泌有机酸以及有机质分解释放CO₂引起土壤pH值下降^[18]；(3) 植物对氮素形态的适应以及对不同形态氮素的生理响应使根际pH值发生变化^[19]，而本研究pH值降低的原因可能是由前两点所引起的。

一般来讲，灌水是快速降低土壤盐分的有效措施，阎顺国等田间试验表明，从播种至第3年生长季末，灌溉淋溶产生的脱盐量占草地总脱盐量的89%^[20]，灌水量的多少和次数直接关系到土壤盐分降低的多少，对滨海盐渍土的研究表明，淋洗量大的脱盐效果优于淋洗量小的^[10]；设施盐渍化土壤经过2次灌水洗盐后，表层(0—20 cm)土壤电导率降低幅度达53%—64%^[21]；赵可夫等研究表明在轻质和重质盐渍土上种植耐盐植物1年后，耕层土壤含盐量下降幅度为10%—20%^[22]；在含盐量为0.3%的盐渍土上种植鲁梅克斯，1年后植物收获可带走150—200 kg/hm²盐分^[23]；阎顺国等对裸地和碱茅草地灌水后脱、积盐速度的比较研究显示：在0—40 cm土层，碱茅草地的脱盐速度高于裸地，二者在灌水条件下的脱盐速度差异不显著，但碱茅草地的积盐速度仅为裸地的1/7(抽穗期)—1/3(成熟收割期)^[20]。以上研究结果表明，淋洗与植物作用耦合加速了土壤的脱盐速率，增加了脱盐量，降低了土壤的盐渍化程度，在本实验中，土壤盐分总量随着淋洗次数和培养时间的延长而降低，5种耐盐植物组相比种前和单纯淋洗的对照土壤盐分分别降低了72.3%—82.2%和42.9%—61.7%，这说明淋洗结合植物种植有利于土壤脱盐。

与已有的研究结果相类似^[18]，本研究表明种植耐盐植物可以有效地促进土壤脱盐，其原因可能有以下两个方面：(1) 植物的覆盖作用，减少了土壤水分蒸发，有效抑制了土壤盐分的表聚发生^[24]，有利于土壤脱盐；(2) 植物对离子的选择性吸收^[25]，植物体收获后也能够带走一部分盐分，使土壤含盐量降低，本实验表明霸王根际盐分聚集程度和地上部分吸收带走的盐分均较其他4个供试植物更为明显，表明霸王是较好的改良盐渍化土壤的材料。阎顺国等田间试验表明单纯灌溉淋溶产生的脱盐量占草地总脱盐量的89%^[20]，单纯淋洗作用只有淋溶带走土壤盐分，而种植植物后，由于植物的作用会带走更多的盐分^{[24, 25]}，本研究结果与Ahmad等研究一致^[26]。淋洗与植物作用耦合对盐渍化土壤的改良效果好于单独使用淋洗措施，但淋洗结合种植不同耐盐植物对盐渍化土壤的改良效果有所不同。

本实验中，淋洗结合植物种植后，土壤中盐分离子减少最多的是Cl^-、SO^2-₄和Na⁺，经过计算，对照土壤淋洗带走的主要盐分离子Cl^-、SO^2-₄和Na⁺分别占植物收获后土壤中对应离子减少总量的61.63%、64.39%和62.1%，植物吸收带走的Cl^-、SO^2-₄和Na⁺占植物收获后土壤中对应离子减少总量的0.15%、0.47%和0.17%，那么剩余的38.22%的Cl^-、35.14%的SO^2-₄和37.73%的Na⁺可能是由植物根系物理化学的作用机制引起的，这种作用机制可能有：(1) 通过植物根系的穿插挤压作用，使土壤的持水性、容重、通气性等物理性质得到改善，有利于盐分离子淋洗到耕层以下的土体^[27]；(2) 植物的根际分泌物及脱落物可使根际土壤水稳性团聚体的数量增加，进而增加了土壤中的离子通道^[28]；(3) 本实验供试土壤为钙质的盐渍化土壤，种植植物后由于根系的呼吸作用^{[10, 29, 30]}和根际酸化作用(分泌质子或有机酸释)降低了土壤pH值尤其是根际土壤pH值(图 1)，使土壤中可溶性钙离子含量增加，促使Ca²⁺置换土壤中过量的Na⁺，降低了土壤对钠的吸附，而置换的Na⁺则通过降雨、灌溉被淋洗至根区以下^{[10, 31]}。从本实验计算得出，淋洗结合植物种植后，其中30%以上土壤盐分离子的降低是由根系物理化学作用机制引起的，但这个比例的大小还有待在大田条件下做进一步的验证。

(1)单纯淋洗对土壤pH值没有影响，而淋洗与植物作用耦合能够明显降低土壤pH值。根际土壤pH值与生长同期非根际的相比因物种不同而有所差异，随培养时间的延长根际土壤pH值小于非根际，其中霸王的根际土壤pH值降低最明显，相比种前下降了0.6个单位。

(2)淋洗与植物作用耦合对盐渍化土壤改良的效果优于单纯淋洗作用。在培养120 d后，单纯淋洗的土壤中K⁺、Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-和SO^2-₄的含量相比种前平均分别降低了33.3%、26.1%、35.6%、32.5%、35.5%和36.3%，淋洗结合植物种植的土壤中上述各离子的含量相比种前平均分别降低了67.25%、63.73%、83.8%、67.5%、81.55%和78.46%，表明淋洗与植物作用耦合对盐渍化土壤的改良效果最好。

(3)适当的淋洗与植物作用耦合能够明显降低土壤含盐量，淋洗结合植物种植后土壤中盐分离子减少最多的是Cl^-、SO^2-₄和Na⁺，通过计算Cl^-、SO^2-₄和Na⁺减少的总量中有38.22%的Cl^-、37.73%的Na⁺和35.14%的SO^2-₄可能是由植物根系物理化学的作用机制引起的。

(4)实验表明根际土壤盐分聚集程度大于非根际土壤盐分，为植物根际的“盐岛效应”提供了理论依据，其中霸王根际聚集盐分程度最大，改良盐渍化土壤效果最好。