鲁西北黄泛区土壤障碍因子应对策略研究进展

摘要  鲁西北黄泛区农田面临着盐碱、干旱和涝渍3种常见的土壤障碍因子，综述了3种土壤障碍因子对土壤性质和植物生长的危害，从植物生理和技术措施两个层面阐述了3种土壤障碍因子的应对策略研究进展，分析了土壤障碍因子应对研究中存在的问题，对鲁西北黄泛区农田土壤未来合理高效利用的研究方向进行了展望，以期为鲁西北黄泛区农田土壤的合理高效利用提供理论参考。

关键词  鲁西北黄泛区；土壤障碍因子；盐碱；干旱；涝渍

中图分类号  S155.3   文献标识码  A   文章编号  0517-6611（2023）05-0015-06

doi： 10.3969/j.issn.0517-6611.2023.05.005

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Research Progress on Countermeasures of Soil Obstacle Factors in the Yellow River Flood Area of Northwestern Shandong Province

DONG Yan-fang， ZHOU Xiao-lin，LI Hong-jie  et al

（ Dezhou Academy of Agricultural Science， Dezhou， Shandong 253015）

Abstract  The farmland in Yellow River flood area of Northwestern Shandong Province is faced with three common soil obstacle factors： saline-alkali， drought and waterlogging. In this article， the hazards of three soil obstacle factors to soil properties and plant growth were summarized. The research progress of countermeasures for the three soil obstacle factors was expounded from the perspectives of plant physiology and technical measures. The problems existing in the study of soil obstacle factors were analyzed. The future research direction of rational improvement and utilization of farmland soil in Yellow River flood area of Northwestern Shandong Province was prospected. In order to provide a theoretical reference for the rational and efficient utilization of farmland soil in the Yellow River flood area of Northwestern Shandong Province.

Key words  Yellow River flood area;Soil obstacle factors;Saline-alkali;Drought;Waterlogging

基金项目   国家重点研发计划项目（2021YFD1901002）；山东省重大科技创新工程项目（2019JZZY010716）；山东省重点研发计划项目（2021CXGC010804）；山东省农业重大应用技术创新项目“山东省冬小麦种肥混播技术模式集成创新与示范”；德州市市级研发计划项目“德州农田土壤改良机理与新技术研究”；德州市市级研发计划项目“德州地区绿肥应用模式及利用技术研究与示范”。

鲁西北黄泛区属于黄泛冲积平原的一部分，是山东省内潮土的主要分布区［1］，地表坦荡，土层深厚，光、热、水充足，粮食作物增产潜力巨大。该区地貌主要因黄河多次迁徙、泛滥而形成。

盐碱、干旱和涝渍是鲁西北黄泛区农田所面临的常见土壤障碍因子。鲁西北黄泛区需积极有效应对农田土壤障碍因子，才能真正确保鲁西北农业的可持续发展。该研究综述了盐碱、干旱和涝渍3种土壤障碍因子的危害，从作物生理和技术措施2个层面阐述了应对3种土壤障碍因子的研究进展，分析了土壤障碍因子应对研究中存在的问题，对鲁西北黄泛区农田土壤未来合理利用的研究方向进行了展望，以期为鲁西北黄泛区农田土壤的合理高效利用提供理论依据和参考。

1 3种土壤障碍因子的危害

鲁西北黄泛区最主要的地貌类型是缓坡平地、河滩高地和浅滩洼地，面积占比见图1。其中，缓坡平地地势平缓，排水不畅，地下水埋藏浅，盐度高，土壤属钙质潮土，易盐渍化；河滩高地地形部位相对较高，由黄河干流洪水冲积而成，土壤质地较轻，地下水埋藏较深，易受干旱威胁；浅滩洼地由黄河泛滥时主河道以外的静水沉积而形成，地势低于周边，易积水，易受内涝威胁［2-3］。

1.1 盐碱的危害

盐碱地通气透水性差，易积水，土壤质地黏重，会抑制土壤微生物的活性，导致土壤养分分解缓慢，从而使土壤养分供应不足［4］，盐碱危害示意见图2。土壤盐碱化会阻碍地表土壤温度升高，降低土壤酶活性和好氧微生物活性，降低土壤有机质含量和土壤肥力，增加土壤容重，加剧表层土壤盐分的积累，影响植物的正常生长［5］。土壤盐碱化会破坏植物组织，影响气孔收缩和养分吸收［6］。盐碱化土壤溶液中含有大量可溶性盐分，使渗透压升高，导致植物根系难以吸收水分和养分，抑制植物生长并对植物产生毒性作用，从而引起植物生理干旱［7］，同时，盐碱化会导致植物体内活性氧的积累，从而损害甚至杀死植物细胞［8］。在盐碱地中生长的植物往往会因缺钙离子和钾离子而产生营养胁迫，会造成植物营养失调，表现为抑制植物组织和器官的生长［9］。

1.2 干旱的危害

干旱导致土壤水分严重不足，威胁土壤微生物的生长，使土壤微生物数量急剧减少，导致土壤各种生化活动减弱［10］，干旱危害示意见图3。研究表明，干旱可以通过影响土壤温度、气体交换和微生物的养分输送来影响微生物种群的活动和分布，导致土壤微生物碳减少［11-13］。干旱会促使植物发生一系列生理生化反应来适应环境，影响农艺性状的正常形成［14-15］。干旱会降低光合效率、叶片光合速率和蒸腾速率，降低叶面积指数，最终降低生态系统的总初级生产力［16-17］。在干旱条件下，植物细胞内产生活性氧，与生物大分子反应生成具有强氧化性的膜质过氧化物和各种小分子降解物，导致膜过氧化，破坏膜的完整性，降低保护膜的活性［18-19］。研究表明，干旱在一定程度上抑制小麦种子萌发和幼苗生长［20］，苗期干旱显著影响小麦器官生长，从而影响小麦产量［21］；干旱可抑制苗期植物和根系的生长，降低株高，减少叶面积，降低植物生物量，增加根冠比［22-23］。

1.3 涝渍的危害

涝渍地湿黏土壤持水能力强，释水力弱，导水能力差［24］，土壤与外界的气体交换受阻时植物呼出二氧化碳，空气中的氧气只能通过分子在土壤中扩散的形式在土壤中扩散，这是由于氧气在土壤中的分子态扩散速率极慢，限制对氧的需求，根区土壤呈强还原性，土壤有机质分解消耗溶解氧，产生大量毒害植物根系的有毒物质，影响根系生长，阻碍根系养分运输吸收利用，严重时产量低下甚至停产［25-26］，涝渍危害示意见图4。涝渍会导致作物营养失调，品质和产量下降［27-28］；延缓叶片生长速度，使叶片失绿、萎蔫、老化等［29-30］；影响作物干物质的积累，降低穗粒数、千粒重，继而影响产量［31］，此外，涝渍还显著降低谷物中与淀粉和蛋白质合成相关的关键酶的活性，影响各成分的含量，从而影响谷物品质［25］。

2 3种土壤障碍因子的应对策略研究进展

2.1 盐碱的应对策略研究进展

目前，植物耐盐碱的研究主要集中在种子萌发、幼苗生长、生理生化等方面，通过加入外源物质、与真菌的协同效应、利用生物技术手段、培育耐盐碱品种等方式，可以提高植物的耐盐碱能力。在低浓度盐溶液条件下，紫花苜蓿种子的发芽特性优于蒸馏水［32］。苜蓿种子在高盐浓度下能够发芽，在低盐浓度下获得较高的发芽率［33］。外源硅诱抗可以提高在碱胁迫下紫花苜蓿抗氧化、渗透调节以及离子平衡调控能力，进而提高碱胁迫下紫花苜蓿的耐碱性［34-35］。野生大豆S-腺苷蛋氨酸合成酶基因的过表达通过增加抗氧化酶和羟基氧化酶的活性及相关基因的表达来提高转基因水稻的耐盐碱性［36-38］。在盐胁迫情况下，绒毛白蜡植株通过增加脯氨酸含量提高过氧化物酶的活性来保护植物免受伤害，以提高耐盐碱性［39-42］。在盐碱胁迫下，增加钙离子含量可以提高水稻、小麦、番茄的耐盐碱能力［43-45］。叶面喷施亚精胺会明显促进番茄生长，提高其耐盐碱性［46］。在小麦上接种内生菌可提高植物的耐盐碱性［47］。过表达SlSAMS1在番茄中可以促进多胺的积累，提高过氧化氢酶的活性，减缓细胞的氧化损伤，增强其耐盐碱能力［48］。发芽前用不同梯度的盐水溶液浸泡种子，种子吸水膨胀后，可提高植物的耐盐碱能力［49］。

盐碱地改良主要通过工程措施、农艺措施、化学措施、生物措施［50-51］。工程措施包括水利工程措施和土地整治工程措施，其中，水利工程措施主要有灌溉洗盐、排水脱盐、节水控盐和改排为蓄［4］。陕西卤泊滩盐碱地治理工程坚持因地制宜，探索了“改排水为蓄、水地共生、和谐生态”的治理模式［52］。土地整治工程措施主要有平整土地、客土改良、铺沙压碱［4］。宫秀杰等［53］采用“土层置换+秸秆阻断”的方法，显著降低了松嫩平原北部盐碱地土壤耕层的盐分。农艺措施主要有耕作、覆盖及培肥。研究表明，地膜覆盖种植油葵结合沙封种植孔，可促进盐碱地油葵生长［54］。乐陵盐碱地高粱田试验研究表明，垄沟深松、耕深松能促进作物根系发育，显著提高作物产量［4，55］。化学措施主要在土壤里施入改良剂来改善土壤理化性质和土壤团聚体结构。高肥力结合土壤改良剂和高肥结合有机肥的施肥模式可以显著降低土壤盐分含量，促进土壤养分积累，显著提高小麦和玉米的产量［56］。在沿海盐碱土壤中添加生物炭和EM可降低盐分含量并改善土壤质量，改善植物养分吸收刺激植物生长［57］。在沿海盐碱地作物栽培中，施用造纸干粉和糠醛渣可缓解盐碱胁迫，提高土壤微生物代谢活性［4，58］。生物措施主要是植物改良措施和微生物改良措施，其中，植物改良措施主要包括种植耐盐植物和种植绿肥植物［4，50］。研究表明，耐盐植物显著降低土壤容重和地表土壤盐分，增加土壤微生物量［59］。从美国引进的多年生阿尔冈金苜蓿在西哈茂草原大面积种植，改善了土壤理化性质，增强了保水保肥能力［4，60］。微生物改良措施包括利用微生物提高植物的耐盐性和施用微生物肥料［50］。麦秆和纤维素分解真菌同时接种麦秆可提高豆科植物在盐环境中的固氮能力，增强抗盐性［4，61］。在盐碱地施用生物菌肥可促进可溶性蛋白质的增加，降低叶片中脯氨酸的含量，增加土壤养分，提高作物的耐盐碱性［62］。

2.2 干旱的应对策略研究进展

干旱条件下，作物会形成一系列应对干旱胁迫的反应和抵御干旱的机制［63］。近年来，作物抗旱性的研究主要集中在作物种子的发芽特征、形态特征、生理生化等方面。适度的干旱促进藜麦种子中游离氨基酸含量的增加，促进过氧化物酶活性提高，促进种子萌发［64］。干旱胁迫下，藜麦叶片蒸腾减少，叶片保持较好的水势，形成较低的渗透势，提高水分利用效率，增强抗旱性［62，65-66］。在干旱条件下，根系会增加土壤中的体积和根长密度，从而改善土壤水分供应［67］。在一定的干旱胁迫下，植物细胞可以通过合成更多的可溶性蛋白质和可溶性糖来提高渗透势，促进根系对水分的吸收，适应干旱［68-69］。在干旱胁迫下，脱落酸在根部积累并通过木质部运输到枝条保卫细胞，调节气孔开放和叶片生长［70-71］。对甜菜抗旱生理生化及分子机制进行系统研究发现，干旱胁迫下增加脯氨酸和甜菜碱含量可提高甜菜抗旱性［72-75］。