劉瑞敏，楊樹青，史海濱，梁建財,2

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河套灌區(qū)中度鹽漬化土壤改良產(chǎn)品篩選研究①

劉瑞敏1，楊樹青1*，史海濱1，梁建財1,2

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學水利與土木建筑工程學院，呼和浩特 010018；2山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷 030801)

為尋求適宜內(nèi)蒙古河套灌區(qū)中度鹽漬化土壤改良產(chǎn)品，選擇了具有代表性的4種土壤改良劑和3種抗鹽堿專用肥，通過田間及室內(nèi)試驗研究施用各土壤改良產(chǎn)品對土壤含鹽量、土層貯鹽量及油葵產(chǎn)量構(gòu)成等因素的影響。結(jié)果表明：施用各種土壤改良產(chǎn)品處理均顯著優(yōu)于對照處理；其中抗鹽堿專用肥在提高作物出苗率、保苗率及增產(chǎn)方面占優(yōu)，而土壤改良劑在土壤脫鹽及降低土壤堿性方面更具優(yōu)勢；在各種改良產(chǎn)品中丹路菌肥(T5處理)在提高葵花出苗率、保苗率及增產(chǎn)方面效果最佳，在土壤脫鹽及降低土壤堿性方面也較為突出；磷石膏(T1)處理在土壤脫鹽及降低土壤堿性方面效果最佳，故將丹路菌肥和磷石膏作為本研究篩選結(jié)果，建議在鹽漬化土壤改良中推廣使用。

河套灌區(qū)；中度鹽漬化；土壤改良劑；抗鹽堿專用肥；篩選試驗

土壤鹽漬化不僅是我國也是世界性耕地面臨的問題[1]。據(jù)統(tǒng)計，全球鹽漬化的土地面積大約有9.5× 108hm2，其中我國約有2.7×107hm2[2]。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)是我國3個特大型灌區(qū)之一，也是國家和自治區(qū)重要的商品糧、油、糖生產(chǎn)基地。由于該灌區(qū)受氣候和多年來灌排條件等因素的影響，造成土壤鹽漬化及次生鹽漬化比較嚴重，是我國土壤鹽漬化發(fā)育的典型地區(qū)[3]。土壤鹽漬化嚴重地影響作物的生長和發(fā)育，阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展，對該地區(qū)鹽漬化土壤進行改良已是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要任務。

近年來，人們開始探索使用不同方法對鹽漬化耕地進行改良，主要的改良措施有生物措施、工程措施、農(nóng)業(yè)措施、化學措施等。生物措施[4-5]如調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、合理布局作物、種植耐鹽品種等，在一定程度上可以抵抗土壤鹽漬化給農(nóng)業(yè)帶來的危害，但只是在土壤鹽漬化的背景下提高經(jīng)濟效益，不能從根本上改變土壤的鹽漬化狀況。工程措施[6-7]如灌溉洗鹽，對氯化物鹽土、硫酸鹽氯化物鹽土有效，對堿土的改良效果不明顯，而河套地區(qū)土壤總是鹽堿相伴而生，灌水洗鹽不能夠徹底解決鹽堿地的問題，且目前灌區(qū)排水系統(tǒng)坍塌淤堵嚴重，導致排水不暢，地下水位抬高，造成鹽分隨水上移，積于表面。加之引黃水量減少，在該地區(qū)已不能利用單一的灌水洗鹽方法，需要配合其他措施。農(nóng)業(yè)措施如土地平整、深耕深翻、客土壓鹽、壓砂改良等，雖然能有效地改善土壤環(huán)境，但是存在沒有徹底消除鹽分、工程量大及實施難等缺點，不易推廣。而化學措施如施用土壤改良劑，其作用原理是改變土壤膠體的吸附性離子的組成，能夠徹底地消除土壤中的鹽分和交換性Na+，從而改善土壤的理化性質(zhì)，土壤改良劑還有見效快、實施方便等特點，是一種理想的鹽堿地改良措施。

土壤改良劑作為一種比較新型的改良手段，成為研究的熱點。采用不同的土壤改良劑對鹽漬化及鹽堿化土壤的改良已有大量研究[8,18]，結(jié)果表明施用土壤改良劑能夠有效地改善土壤理化性狀和土壤養(yǎng)分狀況，并且對土壤微生物產(chǎn)生積極的影響，從而改善土壤狀況，提高土壤生產(chǎn)力，是一種有效的方法。但對于市面上種類層出不窮的土壤改良劑，其改良機理是不同的[19,21]，針對性也不同，本文主要針對內(nèi)蒙古河套灌區(qū)鹽漬化土壤的特點，分別研究了7種不同土壤改良產(chǎn)品對農(nóng)田土壤環(huán)境及指示作物生長的影響，篩選出適宜該地區(qū)的土壤改良產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2010年4月—2011年10月在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)解放閘灌域沙壕渠試驗站光榮二隊試驗區(qū)進行，地處內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市中西部，地理坐標為107°10′E，40°55′N，屬溫帶大陸性氣候。年降水量為 139 ~ 222 mm；年蒸發(fā)量達2 200 ~ 2 400 mm；晝夜平均溫差8.2℃，年平均無霜期135 d左右，平均風速2 ~ 3 m/s；年日照時數(shù)3 220 h以上，積溫3 520℃以上；地下水埋深0.9 ~ 2.6 m。地質(zhì)構(gòu)造屬封閉式的斷陷盆地，土壤母質(zhì)含鹽。試驗區(qū)土壤屬于中鹽[22]重堿[23]型土壤，基礎(chǔ)狀況見表1、表2。

表1 供試土壤基本物理性質(zhì)

表2 供試土壤基本化學性質(zhì)

注：表中數(shù)據(jù)為播前土樣測試結(jié)果。

1.2 試驗設(shè)計

試驗施用的土壤改良劑為磷石膏、ORYKTA、DS-1997、康地寶，抗鹽堿專用肥有丹路菌肥、和莊幸福肥、那氏齊齊發(fā)(又稱那氏778)。供試作物為油葵，品種‘康地T562’。試驗設(shè)置8個處理，其中1個為對照，設(shè)3次重復，小區(qū)采用隨機區(qū)組排列。試驗小區(qū)面積18 m2，各小區(qū)四周埋1 m深防滲膜，并留80 cm寬過道作為隔離帶且為采樣所用。試驗春灌(播前灌溉)、秋澆灌水量為當?shù)毓嗨?，生育期灌?0 mm。底肥選用磷酸二銨，用量450 kg/hm2。5月25日土壤墑情適宜時種植，種植密度62 505株/hm2。土壤改良劑及抗鹽堿專用肥參考已有研究成果及推薦用量施用(表3)。

表3 試驗處理方案

1.3 樣品采集與處理

5月23日播種前在試驗田兩條對角線上取5點樣，深度100 cm，分層取樣，0 ~ 10、10 ~ 20 cm，以下每20 cm一層取土樣。9月28日收獲后各小區(qū)取土樣測試，取土深度及分層同上。葵花成熟收獲時進行考種，各小區(qū)單打單收。

1.4 測試指標與方法

土壤全鹽含量采用重量法測定，水土比為5︰1；pH測定采用雷磁牌酸度計測定，水土比為5︰1。選取各處理中長勢均勻具有代表性的連續(xù)10株進行產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析，包括百粒重、產(chǎn)量和葵花干物質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

土壤鹽分貯量采用(1)式計算，

式中：為土層內(nèi)的鹽分貯量(g/m2)，既每平米厚度的土柱所含鹽分的克數(shù)；為土層號；為土層數(shù)；z為第層土壤的厚度(cm)；ρ為相應土層體積質(zhì)量(g/cm3)；SC為相應土層含鹽量(g/kg)。

土壤脫鹽率采用(2)式計算，

式中：SDR為土壤脫鹽率(%)；CK為對照土壤鹽分貯量(g/m2)，T為改良處理土壤鹽分貯量(g/m2)。

土壤pH變化率(%)與土壤脫鹽率的計算方法相同。本文均采用作物生育期結(jié)束后土壤含鹽量及pH進行計算。試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件進行統(tǒng)計分析，數(shù)據(jù)多重比較采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理土壤化學特性垂直分布

2.1.1 土壤鹽分垂直分布 圖1為作物生育期結(jié)束后土壤垂直剖面含鹽量分布結(jié)果。T1 ~ T7處理比對照T8土壤平均含鹽量分別降低了44.23%、33.40%、18.58%、23.09%、42.96%、31.58% 和19.60%，其中，T1在0 ~ 100 cm土層內(nèi)平均含鹽量最少，為1.26 g/kg，T5處理的含鹽量也較少，為1.29 g/kg，二者無顯著差異。在土壤表層0 ~ 10 cm內(nèi)，T1和T2處理最佳，土壤含鹽量均為1.10 g/kg，T5次之，為1.30 g/kg。從60 cm開始向下土壤含鹽量逐漸增加，80 cm以下土壤中含鹽量較對照高，是因為土壤改良劑及抗鹽堿專用肥使土壤結(jié)構(gòu)得到了改善，增強了土壤的通透性和透水性，減少了地表徑流，土壤表層鹽分被迫向下運移，被淋洗到深層土壤。各處理包括對照T8處理在0 ~ 100 cm的各土層內(nèi)土壤含鹽量都比改良前有明顯降低，說明土壤含鹽量的降低不僅是各種土壤改良劑和抗鹽堿專用肥改良的結(jié)果，作物生育期內(nèi)灌水和降雨的淋洗也起了重要作用。

2.1.2 土壤pH垂直分布 由各處理對土壤pH影響結(jié)果(圖2)可知，各處理包括對照均比改良前土壤的pH顯著降低，T1與T4處理在0 ~ 10 cm效果最好，其次是T2、T3處理，T6、T7、T8最差。T1 ~ T4施用土壤改良劑的處理在40 cm處pH達到最大值，40 cm以下逐漸減小，施用抗鹽堿專用肥的處理無此規(guī)律。說明土壤改良劑對此層土壤pH改良效果不明顯，甚至T3處理較對照有增大的現(xiàn)象。整體來看，除40 cm處，其他土層施用土壤改良劑的處理對土壤pH的改良效果比施用抗鹽堿專用肥要好。

2.2 不同處理0 ~ 100 cm土層內(nèi)總貯鹽量變化

由不同處理0 ~ 100 cm土層內(nèi)總貯鹽量變化規(guī)律(圖3)可知，各處理包括對照處理在0 ~ 100 cm土層內(nèi)總貯鹽量均較改良之前減少，其中對照T8處理在0 ~ 100 cm內(nèi)貯鹽量比改良前減少288.35 g/m2，此部分鹽分一部分被油葵吸收進入植株體內(nèi)，另一部分隨土壤的淋溶作用遷移到100 cm以下土層。與對照處理相比，各處理在0.01<<0.05水平下均顯著降低了0 ~ 100 cm土層內(nèi)鹽分貯量，由小到大排序為T1

2.3 不同處理耕作層土壤化學特性變化

2.3.1 耕作層土壤脫鹽效果 油葵的根系一般分布在地表以下40 cm內(nèi)，此土層內(nèi)土壤狀況直接影響油葵的生長情況及產(chǎn)量高低。圖4為不同處理油葵生育期結(jié)束后測定耕作層(0 ~ 40 cm)土壤脫鹽率結(jié)果。由圖可知，各種改良產(chǎn)品對作物耕作層土壤鹽分均具有顯著的脫鹽效果，脫鹽率為35.37% ~ 57.32%，其中T1最佳，脫鹽率為57.32%，T5第二，為56.10%。對照T8處理受灌水、降雨和油葵吸鹽性的影響，與改良前相比耕作層土壤自然脫鹽率也達到44.18%。

2.3.2 耕作層土壤pH變化率 由油葵耕作層土壤pH變化率(圖5)可知，T6、T7處理pH變化率為0，說明在作物耕作層內(nèi)T6、T7對pH沒有改良效果，T1 ~ T5處理的pH變化率顯著(0.01<<0.05)高于T6、T7，排序為T1=T4>T5>T2>T3>T6=T7=T8。出現(xiàn)這種情況的原因是磷石膏和ORYKTA主要成分都為CaSH4·2H2O，其大量的Ca2+可與土壤中游離的堿性鹽Na2CO3、NaHCO3反應生成Ca(HCO3)2、Ca3(PO4)2、Na2SO4等，降低了土壤堿性；DS-1997主要成分為硫磺，其水懸液呈微酸性，可與堿反應生成多硫化物，對于改善土壤堿性也有一定效果；康地寶主要成分為生物有機酸，其可以通過生物絡(luò)合及置換反應清除土壤膠體上的Na+，從而降低土壤堿性；丹路菌肥主要成分為酸性物質(zhì)，可以和土壤中的堿性物質(zhì)發(fā)生中和反應，降低土壤pH；而和莊肥是一種緩釋肥，那氏齊齊發(fā)屬于生物誘導劑，這兩種抗鹽堿專用肥中不含有改善土壤堿性的物質(zhì)，故對土壤pH沒有影響。各種改良產(chǎn)品改良效果還受土壤溫度、水分等環(huán)境因子的影響，所以呈現(xiàn)出不同的改良效果。

2.4 不同處理對油葵出苗率、保苗率的影響

施用不同改良產(chǎn)品的處理油葵出苗率與保苗率如圖6所示。由圖可知，除T4呈不顯著的下降和T1不顯著的提高之外，其他處理油葵的出苗率比T8均顯著提高，出苗率由高到低依次為T5>T6>T7>T3> T2>T1>T8>T4，各處理出苗率分別比T8提高了37.88%、25.57%、24.86%、13.37%、12.44%、5.10%、0.88%。且總體來看，各種抗鹽堿專用肥(T5 ~ T7)要比各種土壤改良劑(T1 ~ T4)提高油葵出苗率效果好，其主要原因應是從改良劑施入土壤到油葵種子萌芽期時間較短，對于油葵根際土壤環(huán)境改善還未完全展現(xiàn)效果。

從保苗率來看，T1 ~ T7處理的保苗率均大于90%，且均顯著高于T8處理的80.74%。T1 ~ T7處理中，只有T1差異顯著低于T2和T5，T5顯著高于T1和T7，其他處理間并無顯著差異，說明在油葵進入幼苗期時，土壤改良劑對農(nóng)田土壤環(huán)境的改善已展現(xiàn)出效果。在促進油葵出苗率與保苗率二指標中，T5處理表現(xiàn)突出，其次是T6和T2。

2.5 鹽分與出苗率、保苗率相關(guān)關(guān)系

用油葵苗期耕作層(0 ~ 40 cm)土壤含鹽量與出苗率和保苗率分別作回歸分析，如圖7，擬合優(yōu)度分別為：2= 0.949 7和2= 0.805 8。說明制約油葵種子萌發(fā)及出苗的主要因子是耕作層土壤含鹽量，油葵出苗后幼苗的成活率仍然對土壤鹽分十分敏感，但同時也受到其他因素的影響。土壤耕作層內(nèi)鹽分含量是鹽漬化土壤葵花出苗率與保苗率的主要限制因子。

2.6 不同處理對油葵生物特性的影響

由表4可知，各處理較對照均顯著提高了油葵干物質(zhì)量的積累，其中T5和T6效果最好，二者在促進油葵生長方面差異不顯著，在促進油葵干物質(zhì)量積累的效果由高到低排序為T5>T6>T4>T7>T1>T3>T2>T8。

表4 不同處理對油葵產(chǎn)量構(gòu)成及干物質(zhì)量的影響

注：表中小寫字母不同表示處理間差異達到<0.05顯著水平。

在油葵百粒重測試結(jié)果中，各改良產(chǎn)品處理均較對照處理顯著(<0.05)提高了油葵的百粒重，說明各處理對于油葵籽粒的生長具有顯著的促進作用。其中T2處理效果最佳，其次是T7處理，由高到低排序為T2>T7>T4>T1>T3>T5>T6>T8。

各處理對于油葵均具有顯著增產(chǎn)效果。從高到低依次為T5>T1>T6>T2>T3>T7>T4>T8，分別比對照T8增產(chǎn)51.06%、36.10%、29.12%、13.72%、13.32%、10.91% 和9.80%，其中T2、T3、T4、T7之間差異不顯著，T5效果最顯著，其次是T1、T6處理。說明該地區(qū)鹽堿地土壤比較貧瘠，土壤中缺少腐植酸、酸化礦物質(zhì)及生物有機酸制劑，丹路菌肥、ORYKTA及康地寶等改良產(chǎn)品，不僅可以為貧瘠的鹽堿土壤提供大量作物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，且可以活化鹽堿土壤中難以利用的P、Fe、Ca、Mg等離子和微量元素，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀蛔魑锢玫臓顟B(tài)，促進了土壤尤其是作物根際區(qū)微生物活性及含量，刺激作物生長，達到豐收增產(chǎn)的效果。

2.7 土壤鹽分與葵花產(chǎn)量的關(guān)系

葵花生長受多種因素影響，對土壤含鹽量與葵花產(chǎn)量作回歸分析，得到的回歸方程為= –136 2423+ 129 8562– 38 783+ 5 566.5，2= 0.970 8，方程擬合度很好，說明在該鹽漬化地區(qū)葵花產(chǎn)量主要受土壤鹽分含量的影響，鹽分含量是限制該地區(qū)葵花增產(chǎn)的主要因素。

3 結(jié)論

1) 試驗選用的7種土壤改良產(chǎn)品對于目標土壤鹽分含量均有一定的脫鹽效果。各改良處理在土壤垂直剖面0 ~ 60 cm內(nèi)脫鹽效果最佳，在0 ~ 100 cm土層內(nèi)總體貯鹽量也較對照處理顯著減少，這是由于土壤改良劑及專用肥的施用，使土壤體積質(zhì)量及透水性發(fā)生改變，通過農(nóng)田灌溉，將土壤中的鹽分淋洗到60 ~ 100 cm以下，保證了作物耕作層內(nèi)土壤鹽分保持在較低的水平。

2) 7種土壤改良產(chǎn)品本身含有的成分不同，對于土壤pH在空間的分布規(guī)律也產(chǎn)生不同的影響，總體來看土壤改良劑對于土壤堿性的改良效果較抗鹽堿專用肥好，抗鹽堿專用肥中除丹路菌肥外，其他兩種產(chǎn)品在本試驗中對pH均無效果，而各土壤改良劑處理都顯著地降低了土壤的pH。

3) 油葵出苗率的主要限制因子為苗期土壤含鹽量，二者呈顯著負相關(guān)關(guān)系，該結(jié)果也與王春霞等[24]的研究成果吻合；雖然油葵幼苗成活率的主要限制因子也是土壤含鹽量，但已不完全受土壤含鹽量的制約，同時也受其他因素的影響，如氣溫、降雨及人為或動物、鳥類的影響；對于鹽漬化土壤鹽分始終是制約油葵生長及產(chǎn)量的主要因子，各改良處理對于提高油葵產(chǎn)量均有顯著效果，油葵產(chǎn)量與土壤含鹽量的擬合優(yōu)度為2=0.970 8。

4) 綜合分析，在河套灌區(qū)T5丹路菌肥和T1磷石膏改良劑效果最顯著，應重點推薦使用。

5) 各種土壤改良產(chǎn)品性質(zhì)不同，功能也不盡相同。從本研究結(jié)果看土壤改良劑主要是改變土壤的結(jié)構(gòu)及降低土壤鹽分，而抗鹽堿專用肥可以一定程度地改善土壤含鹽狀況，但更側(cè)重于提供作物所需的營養(yǎng)物質(zhì)，促進作物的生長。若將抗鹽堿專用肥和土壤改良劑結(jié)合施用，再配合水利或其他有效的工程措施，改良效果可能更好，還有待進一步研究。

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Materials Screening for Improving Moderately Salinized Soils in Hetao Irrigation Area

LIU Ruimin1, YANG Shuqing1*, SHI Haibin1, LIANG Jiancai1,2

(1Water Conservancy and Civil Engineering College, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China;2 College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi 030801, China)

The effects of four kinds of soil ameliorants and three kinds of anti-alkali special fertilizers on soil salt content, salt storage of soil layer, yield components and dry matter quality of oil sunflower were analyzed in order to screen the suitable materials for improving the moderately salinized soil in Hetao Irrigation Area of Inner Mongolia. The results showed that the effects of soil ameliorants and anti-alkali fertilizers were significantly better than the control treatment, anti-alkali fertilizers showed better in promoting the emergence and survival rates and the yield of oil flower, while soil ameliorants better in soil desalting and reducing soil alkalinity. Danlu bacterial fertilizer (T5) showed best for plant, and also more prominent for soil; while phosphogypsum (T1) best for soil, so they are recommended to be used for improvement of salinized soil.

Hetao Irrigation District; Moderate salinization; Soil conditioner; Anti alkali fertilizer; Screening test

10.13758/j.cnki.tr.2017.04.020

S156

A

國家自然科學基金項目(51669019、51539005)和“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0400205-03)資助。

(nmndysq@126.com)

劉瑞敏(1987—)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，博士研究生，主要從事鹽堿地改良研究。E-mail：nmglrm@126.com