張 航 彭冬梅 伍 恒 李明周 支金虎 周 嶺*

(1 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300) (2 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

新疆地區(qū)的耕地面積為407×104hm2，其中122. 88×104hm2的耕地受不同程度鹽堿化影響，約占新疆總耕地面積的30. 12%；在1 031. 75×104hm2的宜農(nóng)荒地中，受鹽堿限制的面積為49. 93%[1～3]。土地鹽堿化已經(jīng)成為制約新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素之一。木醋液是生物質(zhì)熱解過程中的混合氣體經(jīng)過冷凝回收所得的無毒害作用、無污染的天然物質(zhì)，可作為有機肥發(fā)酵劑、防腐保鮮劑、除草劑及害蟲忌避劑來使用[4～6]。針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中有害物質(zhì)的殘留問題具有一定的效果，其他國家也將木醋液廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域。

1 材料與方法

1.1試驗土壤

試驗研究土壤采自億利阿拉爾生態(tài)科技有限公司生態(tài)治理試驗示范工程苗圃，試驗地按種植植物的種類和施加木醋液的稀釋倍數(shù)劃分試驗區(qū)。取樣時，在試驗樣地內(nèi)分別取0～20 cm和20～40 cm土層的土壤，以S型取3個點，去除草木根莖和石子等雜物后混合均勻作為土樣。試驗土壤的有機質(zhì)含量在1. 0～4. 0 g/kg之間。

1.2木醋液

本研究采用由山東省東營潤益生物科技有限公司所提供，是木屑經(jīng)過高溫持續(xù)熱解冷凝回收制得。木醋液包含成分種類復(fù)雜，其主要成分為水，另含多種酸類、醇類、醛類、脂類、酮類成分。

1.3試驗設(shè)計

1.3.1 試驗區(qū)域及方法

阿克蘇地區(qū)地處塔克拉瑪干沙漠邊緣，其鹽堿地的面積為1. 26×105hm2，占總灌溉面積5. 37×106hm2的23. 5%[7]。新疆屬于典型的荒漠性氣候，新疆灌區(qū)氣候極端干旱，年降水量20～100 mm，年蒸發(fā)量為年平均降水量的幾十倍。該實驗選取了三種不同研究價值的植株，分別為梭梭、紫穗槐、甘草，在試驗區(qū)鋪設(shè)管道，以滴灌的方式對三種植物施加不同濃度的木醋液。木醋液的稀釋倍數(shù)為600、800、1 000、1 200、1 400倍，每次添加300 L，每月添加兩次。

1.3.2 指標測定

本試驗測定的主要指標為土壤容重、土壤有機質(zhì)及土壤全鹽。土壤容重的測量方法采用環(huán)刀法。有機質(zhì)的測定：重鉻酸鉀～濃硫酸氧化法[9]。全鹽量的測定采用重量法[8]。每組土樣測兩次，取平均值。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

應(yīng)用origin分析軟件繪制曲線趨勢圖及分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1對土壤容重的影響

土壤容重是自然狀態(tài)下單位容積的干土和同容積的水的質(zhì)量比值，是衡量土壤理化性質(zhì)的重要指標，能夠間接的反映土壤結(jié)構(gòu)、土壤中相關(guān)酶的活性及微生物的分解能力。

圖1 甘草土壤容重的變化 圖2 紫穗槐土壤容重的變化

圖3 梭梭土壤容重的變化

表1 改良前后容重變化

由表1可以看出，3種不同植物對于土壤容重指標均具有一定的作用規(guī)律，但作用效果差異較大。甘草和紫穗槐容重隨著木醋液稀釋倍數(shù)增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。同時木醋液的濃度過高或過低都會減少木醋液的作用效果。三種植物中甘草的作用效果最顯著，施加800倍木醋稀釋液使甘草土壤容重下降最高，各濃度稀釋液使甘草土壤容重分別降低了6. 74%、10. 41%、13. 75%、12. 38%、8. 08%和1. 63%，這可能是施加木醋液改善了土壤結(jié)構(gòu)。紫穗槐植物對照組在試驗結(jié)束后，高濃度木醋液使土壤容重有所升高，而施加低濃度木醋液能降低土壤容重，其中1 200倍的稀釋倍數(shù)處理效果最好，對植物最有利。梭梭植株的土壤容重變化與其他兩種植株完全相反，木醋液的施加對容重有相反作用。

如上圖1、2、3中，甘草土壤的容重隨著試驗周期的增加呈現(xiàn)出先降低然后升高再降低的趨勢，說明施加木醋液后土壤內(nèi)產(chǎn)生了一系列復(fù)雜的性質(zhì)變化，對土壤結(jié)構(gòu)起到了一定的調(diào)節(jié)作用，在此期間木醋液為土壤中微生物的活動提供了一定的營養(yǎng)物質(zhì)[10]。有研究表明木醋液有助于促進土壤團聚體的形成[11]，其中的有機分子可能對土壤具有膠結(jié)作用[12]，能夠優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)。紫穗槐在木醋液施加后短時間內(nèi)容重升高，而梭梭的容重在短期內(nèi)容重先升高后降低，再出現(xiàn)上下浮動的變化。這可能是由于木醋液施加到土壤當(dāng)中后改變了土壤的理化性質(zhì)，影響了植物與土壤間關(guān)系。

2.2對土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)能夠提供土壤當(dāng)中的營養(yǎng)，為微生物提供活動的能源，是反映土壤肥力水平的重要指標。木醋液能夠使微生物在短期內(nèi)激活[13]，同時能提供部分有機物質(zhì)，有研究表明施加木醋液可增加土壤中的有機質(zhì)的含量[11]。本文針對木醋液的施加對沙質(zhì)土壤中有機質(zhì)含量的變化，為木醋液改良土壤提供一定的依據(jù)。

圖4 甘草0～20 cm(左) 20～40 cm(右)土層有機質(zhì)含量的變化

由圖4可知，與對照組CK相比，木醋液的添加明顯增加了土壤中有機質(zhì)的含量，在木醋液的施加過程當(dāng)中不同植物的不同土層中均呈現(xiàn)規(guī)律性變化，在施加兩次后土壤有機質(zhì)呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。在0～20 cm的土層中，土壤有機質(zhì)增量變化為1 200>1 000>800>600>1 400>CK。在20～40 cm的土層中，土壤有機質(zhì)含量分別增長了20%、24. 7%、91. 2%、139%、95. 6%和43. 6%。得出最優(yōu)處理組為施加1 000倍木醋稀釋液。

由涂層的截面形貌(圖3b)可見，涂層較為致密，呈典型的薄片狀結(jié)構(gòu)，各層間可見清晰的界面，這主要是由于單個熔融顆粒具有極快的扁平化速度和冷卻凝固速度，在幾微秒內(nèi)即完成從碰撞到完全凝固的整個過程[12-13]，因此各熔滴在基體表面的沉積行為通?？梢暈楠毩⒌?，從而形成典型的層狀結(jié)構(gòu)。此外，涂層層間條狀氧化物較少且呈非連續(xù)狀態(tài)，未熔顆粒和孔洞缺陷較少。這樣的結(jié)構(gòu)有助于提高涂層的內(nèi)聚強度，改善其耐磨性能，并可阻止高溫服役環(huán)境中氧向涂層內(nèi)部擴散。

圖5 紫穗槐0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層有機質(zhì)的變化

由圖5知紫穗槐在0～20 cm土壤層中，施加1 400倍木醋稀釋液在試驗初期對有機質(zhì)的含量增加不明顯，但是隨試驗周期的延長對有機質(zhì)含量的影響越來越顯著性。在20～40 cm的土壤層中，處理組對于有機質(zhì)的增加具有促進的作用，但促進作用在試驗前期更加明顯。試驗結(jié)束時土壤中有機質(zhì)含量相對于初始時增加了15. 35%、98. 7%、214. 3%、167. 8%和22. 8%。

圖6 梭梭0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層有機質(zhì)的變化

由圖6分析得出，梭梭除第二次試驗時的異常值外，有機質(zhì)的含量變化趨勢相同。在0～20 cm土壤層中有機質(zhì)含量分別增加了1. 124 g/kg、1. 860 g/kg、1. 916 g/kg、1. 667 g/kg和1. 198 g/kg。20～40 cm土壤層中分別為1. 44 g/kg、1. 79 g/kg、1. 40 g/kg、1. 63 g/kg和1. 58 g/kg。則最優(yōu)處理組為1 000倍稀釋處理組。

2.3對土壤全鹽的影響

隨著土壤中可溶性鹽含量的增加，會增大植物體內(nèi)外溶液濃度的滲透壓，從而使植物根系對于營養(yǎng)物質(zhì)及水分吸收造成的阻礙增加，抑制植物的生長，甚至在植物體內(nèi)造成離子毒害[14～15]。

圖7 甘草0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層全鹽的變化

由圖7得出，種植甘草的土壤在0～20 cm土壤層中的全鹽含量要大于20～40 cm的土壤的全鹽量。在第二次施加木醋液后，不同土壤層全鹽含量的變化為逐漸降至低于初始值。實驗結(jié)束時，0～20 cm土壤層全鹽分別降低了53%、55%、35%、100%和55%。最優(yōu)處理組為1 400倍稀釋處理組。20～40 cm土壤層分別降低了68. 5%、52%、37%、40%和26. 5%。最優(yōu)處理組為600倍稀釋處理組。

圖8 紫穗槐0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層全鹽的變化

通過圖8發(fā)現(xiàn)：種植紫穗槐的土壤在不同土層中鹽分含量差異不大，且不同土層的全鹽的變化趨勢基本相同，施加高濃度木醋稀釋液的處理組全鹽含量先增加后降低，施加低濃度木醋稀釋液的處理組全鹽量隨試驗的進行逐漸減少。整體而言，0～20 cm和20～ 40 cm兩個土層處理中較對照組全鹽含量有明顯降低。

圖9 梭梭0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層全鹽的變化

由上圖9可知：木醋液施加后，不同土層的全鹽含量在第一次木醋液的施加后全鹽含量均顯著降低。但是隨著試驗的進行，全鹽含量呈現(xiàn)上升的趨勢，在試驗結(jié)束時土壤全鹽含量有所下降，其中施加600倍和800倍木醋稀釋液對全鹽的降低作用明顯，而施加低濃度的木醋稀釋液在整個試驗周期內(nèi)對全鹽的影響相對較小。

3 結(jié)論

3.1 木醋液對于三種植株的土壤容重影響差異較大，其中甘草的作用效果最顯著，800倍稀釋液對甘草土壤容重作用效果最顯著，降低了13. 75%。

3.2 隨著試驗周期的延長，施加木醋液對三種植物土壤有機質(zhì)均有明顯的增加。甘草在0～20 cm和20～40 cm土層最優(yōu)處理組均為1 000倍稀釋液；紫穗槐在0～20 cm和20～40 cm土層最優(yōu)處理組分別為1 400倍稀釋液和1 000倍稀釋液；梭梭在0～20 cm和20～40 cm土層最優(yōu)處理組均為1 000倍稀釋液。

3.3 低濃度的木醋液的施加短期內(nèi)會使甘草、紫穗槐土壤全鹽含量上升，但隨試驗周期增長逐漸下降至初始值以下。梭梭的作用效果相反，隨試驗周期增長呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢。