干旱半干旱区土壤盐渍化是制约农业可持续发展最重要的环境问题之一。全世界约有9.5×108hm2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,如何采取科学合理的措施控制或治理土壤盐渍化的发生是亟待解决的关键问题。因此,本文以生物改良为切入点,以宁夏银北典型盐碱地为研究区域,运用定性与定量、理论与实证相结合的方法,通过大田试验比较苜蓿(Medicago Sativa L.)、芨芨草(Achnatherum splendens)、羊草(Leymus chinensis)、红豆草(Onobrychis viciaefolia)对盐碱地土壤物理性质、化学性质及微生物多样性的空间变异和年际变化规律,采用土壤质量综合评价指数对改良效果进行综合评价,筛选出适宜该地区牧草种植种类,并开展与甜高粱、饲料玉米、油葵不同草田轮作方式研究,阐明不同草田轮作方式对盐碱地的改良效果及作用机理,确定适宜该地区草田轮作方式,为改善宁夏银北盐碱地土壤质量,制定科学种植制度提供理论参考。主要结果如下:1、种植不同牧草改良利用盐碱地效果探讨了不同类型耐盐牧草对盐碱土的改良效果及机理,筛选出适宜该地区种植的牧草种类。通过设置在宁夏银北盐碱地种植不同类型耐盐牧草苜蓿,芨芨草、羊草、红豆草的定位试验,以未种植牧草盐碱荒地作为对照,经过两年的试验(2013-2014),分析比较了不同类型耐盐牧草对盐碱地土壤盐分特征,物理性质、化学性质变化的影响,结果表明:(1)各土层的盐分呈现波动状降低,土壤返盐程度为0-20cm>20-40cm>40-60cm。土壤全盐含量降低程度为苜蓿>羊草>芨芨草>红豆草。(2)四种牧草对盐碱地土壤物理性质改善明显,表现在土壤容重逐年降低,改善土层顺序为0-20cm>20-40cm>40-60cm;对土壤含水量的影响表现为:土壤水分与降水量响应,呈单峰型变化,种植不同牧草土壤的含水量均得到不同程度的增加,改善能力为:苜蓿>红豆草>羊草>芨芨草。(3)四种牧草对盐碱地土壤化学性状的影响表现为,种植不同牧草盐碱化土壤有机质呈增加趋势,增幅顺序为苜蓿>红豆草>羊草>芨芨草。不同牧草根系作用下土壤养分均呈波动状变化趋势,苜蓿对土壤中的碱解氮总体具有富集作用,而红豆草对碱解氮消耗较大,芨芨草可以促进土壤中速效磷的转化,而羊草作用下的土壤含钾量略有上升,同时碱化度变化均随改良时间的延长呈现波动状减少趋势。总体上种植苜蓿土壤表层酶活性较高,具体表现为表层过氧化氢酶随种植年限延长显著增加。(4)利用隶属函数结合因子分析方法计算出的不同牧草处理间土壤质量综合指数(SQI),2013年和2014年土壤质量指数在不同牧草处理间表现规律基本一致,2013年0～60cm 土层土壤质量指数苜蓿>红豆草>羊草>芨芨草,2014年0～60cm 土层土壤质量指数苜蓿>红豆草>羊草>芨芨草,说明盐碱地种植苜蓿改良效果最佳,红豆草,羊草和芨芨草次之。不同年际间,不同牧草改良盐碱地土壤质量指数变化规律基本一致。2、不同草田轮作方式改良盐碱地效果及作用机理通过设置在宁夏银北盐碱地苜蓿-作物轮作系统的定位试验,探讨了苜蓿连作,苜蓿翻耕后休闲,苜蓿与油葵,饲料玉米,甜高粱进行草田轮作不同轮作方式对盐碱土的改良效果及其机理。经过两年的试验(2015-2016),分析比较了不同草田轮作方式对盐碱地土壤盐分特征,物理性质、化学性质,微生物多样性的影响,结果表明:(1)苜蓿连作、苜蓿翻耕后休闲、苜蓿与油葵、饲料玉米、甜高粱进行草田轮作、分析土壤盐分特征的变化,结果表明:在0-20cm 土层土壤全盐含量均低于AA方式,且各处理方式间差异达到显著水平,但随着土层的加深,不同处理方式土壤全盐含量增加。(2)苜蓿连作、苜蓿翻耕后休闲、苜蓿与油葵、饲料玉米、甜高粱进行草田轮作,分析土壤物理性质的变化,结果表明:2015年试验期间土壤容重的变化表现为苜蓿轮作饲料玉米方式(AC)、苜蓿轮作油葵方式(AO)、苜蓿轮作甜高粱方式(AS)均高于苜蓿连作方式(AA)。不同轮作方式下的土壤含水量在2016年均高于CK,且土壤含水量最高为苜蓿油葵轮作方式,总体上随着处理年限的延长,不同草田轮作方式土壤含水量呈增长趋势,且显著高于连作土壤含水量。说明在宁夏银北地区,轮作有助于形成良好的土壤结构,改善土壤的渗透性能,促进土壤物理性质的改善。(3)苜蓿连作、苜蓿翻耕后休闲、苜蓿与油葵、饲料玉米、甜高粱进行草田轮作,分析土壤化学性质的变化,结果表明:不同草田轮作方式可以提高盐碱地土壤肥力,降低土壤碱化度,苜蓿轮作饲料玉米方式,苜蓿轮作甜高粱方式的土壤酶活性高于苜蓿连作方式,苜蓿休闲及苜蓿轮作油葵方式,其中苜蓿轮作油葵方式的过氧化氢酶,蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶活性最强,苜蓿与不同作物轮作方式能够提高土壤酶活性,在0-20cm 土层表现明显。随着土层的增加,酶活性在各个土层间的差异性不显著(P>0.05),说明土壤酶活性在耕层土壤中的作用效果显著,且土层深度的变化对土壤酶活性的影响不明显。(4)苜蓿连作,苜蓿翻耕后休闲,苜蓿与油葵,饲料玉米,甜高粱进行草田轮作,对各轮作方式的土壤微生物多样性进行测定和分析。结果表明:不同草田轮作方式中相对丰度排名前十的优势细菌门分别为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、疣微菌门(Verrucomicrobia)、浮霉菌门(Planctomycetes)、及热微菌门(Thermomicrobia),这些细菌的丰度占各样品所测序列总数的79.6.7-89.7%。进一步统计分析发现,AO方式下芽单胞菌门,疣微菌门的相对丰度较其它轮作方式显著升高(P<0.05)。土壤微生物多样性与土壤环境因子关联分析结果表明:在属水平上,CAT和AK分别与Gaiella呈极显著相关(p<0.01),与鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)显著相关(p<0.05)。CAT和pH分别与嗜盐囊菌属(Haliangium)呈显著相关(p<0.05),且CAT与新鞘氨醇杆菌属呈显著相关(p<0.05),AK与Ramlibater和Opitutus呈显著相关(p<0.05)。结合土壤理化指标和酶活性指标可以看出,在0-20cm 土层AO轮作方式的过氧化氢酶活性最强,pH值降低最为显著,这与AO轮作方式中嗜盐囊菌属(Haliangium)多样性显著提高有关,说明AO轮作方式较其它方式显著改善了土壤微生态环境,增加了微生物群落多样性。综上所述,在盐碱地上种植不同牧草苜蓿、羊草、芨芨草、红豆草,可以不同程度的提高土壤有机质和碱解氮,其中以种植苜蓿的土壤各项理化指标显著改善,土壤质量综合指数较高;苜蓿与不同农作物的草田轮作方式研究结果表明,在盐碱地上采用苜蓿-油葵轮作方式可以改善土壤理化性质,提高土壤酶活性,增加土壤微生物多样性,该方式适宜在宁夏银北地区大面积推广应用。