金合欢-檀香树联种在防治次生盐碱化、改良土壤性质中的优势分析

涂张焕, 苏祎纯, 夏德强, 卢飞宏

(长安大学 土地工程学院, 陕西 西安 710054)

近十几年来，农业种植者为了在单位土地上得到最大的经济效益，不断加大化肥、农药等的投入，对可耕作土地带来了难以修复性的破坏。我国曾为了扩大耕地面积，各地区均有毁林开荒的举措，虽然后来有退耕还林等保护措施，但这一行为仍对多地的生态系统造成了短时间内难以恢复的后果，且不良影响随着时间推移逐渐显现、加重。如今我国大面积地区都面临因不合理利用土地而产生的土壤板结、次生盐碱化的侵害，这类土地治理难度较大，一般治理措施效果不明显、不持久。针对此类问题应该从源头分析，兼顾环境适宜性应用生态学原理来自我修复。

1 次生盐碱化

1.1 次生盐碱化形成分析

土壤次生盐渍化又被称为土壤次生盐碱化。当地下水位较高，土地表面蒸发强度较大时，地下水在毛细管的作用下通过毛细作用被牵拉到土壤表层，在这个过程中地下水携带土壤深层的盐分到达地表，水分蒸发散失而盐分被留在了地表。土壤次生盐碱化主要发生在干旱、半干旱、半湿润蒸发量大的区域。在灌区因排水渠系水流下渗和不合理灌溉使得地下水位升高时，也易形成次生盐碱化。

在我国灌区出现的土壤次生盐碱化现象,一方面是由于不利的自然条件,另一方面是没有认识到预防土壤盐碱化的重要性，盲目的发展灌溉农业，忽视了土壤的耐受力，排涝抗碱的配套工程措施跟不上，导致灌区地下水位的上升,结果造成土壤盐碱化。其次还有平原水库的位置选择，没有进行生态影响的评估，出现渠系渗漏，使得旱作地区地下水位的抬高,引起土壤盐碱化。

1.2 常用的治理手段及其弊端

1.2.1 灌水洗盐 一般田块上的盐分无法通过化学措施消除，只能通过物理溶解，利用水分将土壤中的可溶性矿物质带走，该方法需要用水漫灌田块，冲洗盐分，将地表盐分溶解在水通过水利设施带出田块。

1.2.2 施用改良剂 一些发达国家如澳洲和美国在治理盐渍化上，特别是在解决碱土问题上常采用施化学改良剂的方法，如：石膏、矿渣(磷石膏)等。因地块情况、资金状况等原因施用量和使用时长也有所不同，但在施用后往往需要大量水来冲洗，这一方法在水资源匮乏的地方难以实现且成本较高。

在以上解决土壤盐渍化问题中，人们往往考虑不够全面，或是不合理的灌溉，或是更多需要考量经济效益，我们在改善的过程中就不得不考虑生态系统需要遵循的原则。生态修复应遵循人和自然和谐共处的原则，约束人类资源应用方式，在保护的前提下开发自然资源，在人类辅助下，依靠大自然自身力量实现自我修复。为此，我们提出了金合欢-檀香树联种在改良土壤性质和治理次生盐碱化的方案。

2 金合欢-檀香树联种

2.1 模式介绍

金合欢是一种乔木或灌木树种，豆科植物，原产于热带美洲、澳洲等地，其具有耐干旱、耐盐碱等特性，其根系生长有根瘤，其中根瘤菌具有固氮的效应，被誉为“荒山造林的先锋树”。金合欢也能产生巨大的经济效益。檀香树广泛分布于印度、澳洲等地，其具有巨大的经济效益和广泛的用途，被称为“绿色黄金”。檀香树是一种半寄生的树种，这种树木必须寄生在其他护理树木的根系上才可以存活。檀香树的根系前端会生成形似吸盘的结构，通过这个“吸盘”牢牢吸附在护理树木的根系上。经研究将金合欢树与檀香树联种可以产生理想的生态价值与经济价值。

金合欢树具有发达的根系，在干旱地区其庞大的根系网络，汲取地下深层的水分。而檀香树扎根较浅，在沙土地区吸附在金合欢树的根系上能够保持植株稳定，吸收金合欢根系中的水分和无机养分。金合欢大的树冠能够有效的降低檀香树生长环境的气温、水温，为其庇荫避免遭受太阳的直射。

经研究虽然檀香木寄生于金合欢树，但其并不会对金合欢树生长造成大的影响。将这两种树木结合的模式与农作物进行间隔种植能够有效控制地下水位。每组树木种植的间隔在2.5 m左右，行距大于3m能够为每组树木提供广阔的生长空间，避免金合欢树快速增长造成过量庇荫影响檀香树光合作用。这种组合在田间与作物间隔种植，借鉴塞内戈尔等国绿篱环绕农业种植模式，可实现地下水位的控制以及改善农业环境，促进作物生长。

2.2 该模式在我国的适宜性

金合欢喜温暖、湿润、阳光充足的环境，同时也耐盐碱、干旱环境。在水、热、气、肥充足的地域，金合欢生长迅速，常常生长为高大的乔木，而在干旱或者严寒的恶劣环境中则生长为矮小的乔木或者灌木，它可以生长在碎石地、水浸地等严苛的地域，常常被作为先锋树，可在长江流域大力推广与开发。

檀香树为檀香属树种总称，该属有15种，我国并没有檀香原生树种，该树种引进我国已经有千年的历史。檀香树适宜种植在阳光充足、雨水适量的地方，年降雨量在850～1 200 mm之间较为适宜。其种植土壤环境也较广泛，可生长于沙壤、红粘壤、砾石土中。

我国华北平原地区近年来次生盐碱化发展呈递增趋势，黄淮地区年均温14～15℃，降水在500～1 000 mm之间，光资源丰富，年日照在2 300 h～2 800 h左右，完全可以满足金合欢与檀香树的生长需求。因此建议在华北平原地区可以建立试点试验田，应用该种改良模式。

2.3 金合欢-檀香树联种在防治次生盐碱化中的作用

金合欢的发达根系能够从土壤中汲取大量水分，通过植物蒸腾作用将水分排放到大气中，有效避免了地下水上升将土壤中的盐分富集在土壤表层。金合欢两年苗龄平均苗径在1.5cm左右，苗高在1.45 m上下，冠幅0.45 m左右。日平均蒸腾速率在3 mmolH2O·m-2s-1左右，属于中高蒸腾速率树种，在段爱国《干热河谷主要植被恢复树种蒸腾耗水特性及适应机制评价》研究中表明在干旱与非干旱环境中，金合欢蒸腾耗水作用变化较小，其根系有完整的供水体系，对干旱条件适应能力很强。

金合欢树木能够适应干旱、盐碱环境，其根系分布特征呈现倒三角状，根系发达，能够吸收较深层土壤水分。当根系总面积一定时，根系随深度分布函数可表示为：

式中：a(d)为形函数，rd为根系深度。

金合欢根系形函数可表示为图1，其根系量分布从上层土壤到深层逐渐减少，这种分布模式能在干旱时汲取深层土壤水分，保证植株的存活需求，水分充足时大部分水分由上层根系吸收获取。同时此种根系形能够有效控制地下水深度，防止地下水上升过高，将下层盐分带到地表。植株的根系吸水速率与根形、蒸腾速率等呈正相关，金合 欢作为中高蒸腾速率的植物其相较于其他生态环境改良植物材料拥有着很强的优势性。檀香树依附于金合欢就可以在较为干旱的土层中生存，它的干旱环境胁迫耐受力也会得到提高。这两种植物联合种植模式充分利用了生态学原理，模拟原始土地的生态运转模式达到防治盐碱化的目的，促进生态良性循环。

图1 金合欢根系形函数变化

3 金合欢-檀香木联种对土壤性质的改良

盐碱地土壤的最主要特性之一是土壤中含有大量可溶性盐，这一特征会使土壤中的渗透压升高，从而导致众多不良后果。在盐碱的影响下，土壤中的微生物数量减少，使N、P等微量元素释放缓慢；此外，土壤的理化性质也会恶化，使土壤团粒结构变差，衍生出土壤板结、肥力差、土壤PH高等问题。而金合欢-檀香树生态系统中，可以改良盐碱地部分不良性质。

3.1 固氮

土壤供氮能力一方面是评价土壤肥力的重要指标，另一方面它又是估算氮肥用量的重要依据。共生固氮对农林业生产、改良土壤有着重要的意义。金合树是一种多年生木本豆科植物，它的根部寄生根瘤菌，豆科植物可通过根瘤固氮来改善土壤的养分含量，尤其增加土壤氮元素含量。根据实验数据，正常条件下金合欢根瘤菌固氮酶活性较高，在大气温度25～30℃，地表温度30～36℃，土壤水分适中的条件下，根瘤固氮酶活性可达6.4～9.5 μmol·C2H4·g-1鲜瘤·h。檀香是半寄生植物，通过根系吸盘吸收寄主植物营养，檀香与金合欢混交，金合欢不仅可以为檀香木提供所需要的氮元素，促进檀香木的生长，此外，金合欢树固定的氮元素一部分还可以进入土壤中，增加土壤氮元素含量，提高土壤肥力。

3.2 改善土壤团粒结构

在盐碱地中，有机质的含量少，使土壤肥力和土壤团粒结构差。根据资料显示，四年生的金合欢林地的枯枝落叶层的平均厚度可达到3.16 cm，年凋落物干重为600～800 g·m-2；檀香木林地的年凋落物干重可达760～860 g·m-2。考虑到系统内部存在养分竞争，粗略估计在金合欢-檀香树系统中，年凋落物干重可达1 100～1 600 g·m-2，凋落物经腐烂分解后，有机质返还到土壤中可大大提高盐碱地微量元素含量，改善土壤团粒结构，遏制土壤性质恶化，增加土壤肥力。

3.3 调节土壤pH

金合欢根瘤菌生长pH范围为 4.5～9.0，在中性偏碱性条件下生长更旺，轻度盐碱地的pH范围在7.0～8.5左右，中度盐碱地pH为 8.5～9.5左右。可见金合欢树具有较大的盐碱耐受范围，并且轻度盐碱地更适合金合欢树的生长。此外，金合欢根瘤菌代时均在3～4 h之间，代谢产酸。根据酸碱中和原理，金合欢树可以有效调节土壤pH,抑止盐碱地pH的升高，同时在对某些pH过高的盐碱地还可以起到降低pH的效果。檀香木在酸性条件下生长更加旺盛，在金合欢根瘤菌代谢产生酸的作用下，还可以促进檀香木的生长，提高生态与经济效益。

3.4 其他

金合欢树成年后可达2～4 m，檀香木成年高度一般在2～2.5 m，二者种植可以起到篱墙防风的作用，缓解风沙对耕作区的侵蚀；金合欢和檀香木树冠较大，且二者生长速度不同会形成垂直分层，有利于吸收太阳辐射，可维持局地气温，保持空气湿度，从而在间改善土质。

4 经济效益

在进行土地整治的过程中应该综合考虑，不仅要考虑生态适宜性，还要兼顾经济效益。而金合欢和檀香树在土壤改良和收益方面都有一定的价值，是十分理想的应用材料。

4.1 金合欢用途

作为一种经济树木，金合欢全树均可被利用。例如金合欢树的花可以提炼精油和香精；金合欢树种还可以进行药用，药用提炼产物有治疗腹泻、口疮、扁桃体炎等功效；同时金合欢能够生产阿拉伯树胶，它被广泛应用于制药和食品等行业。根据这一功用，金合欢在非洲多国FAO广泛推广，为那些最为贫困的地区带来了经济收益。金合欢种子含油量为14.7%，可以作为油料产物；金合欢的树叶拥有十分丰富的碳水化合物，可以作为牛羊的饲料等。

4.2 檀香树用途

檀香树具有很高的药用价值，它具有治疗头痛发热、调理睡眠、滋补强心、治疗皮肤病等功效。树干及根等部位经蒸馏可得檀香油，其檀香醇含量在90%左右，是名贵的天然香料。檀香木的碎屑也具有广泛的用途，可作为高品质线香、盘香、香囊等的原料。原产于澳洲的一些种类其果实还可以作为一种水果，具有治疗牙龈肿痛、溃疡等功效，其果核可以作为坚果食用，作为蛋糕、馅饼的辅料。

在实际种植中要同时兼顾环境与经济效益，在获取经济效益的同时要注意对树种的保护，实现可持续的利用。

5 结语

生态原则是我们在进行土地整治、环境治理过程中必须要考虑的原则，进行生态治理的过程中应该先进性环境适宜性、物种适宜性的评价，选择合适的工程材料。治理效益应该从长远的时间尺度去衡量，尽量实现可持续发展，丢弃以往改造自然的思路，尊重自然发展的客观规律，这才是生态治理、土地整治的核心思想。

在金合欢-檀香树联种的模式中充分利用了生态学原理，檀香树长成需要漫长的时间，金合欢作为豆科树种，以其快速的长势、固氮的能力可作为良好护理树种。这种联种模式弥补了以往经济效益与生态效益单方面侧重的弊端，更易于推广。同时金合欢树发达的根系与檀香树扎根较浅；金合欢树生长较快，檀香树生长缓慢形成垂直层次结构都体现了生态适宜性的原则。