徐國(guó)鳳,同延安

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,陜西 楊凌 712100)

土地是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本資源，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[1-2]。土壤鹽堿化是世界范圍內(nèi)突出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[3-4]。鹽堿土作為一種潛在耕地的后備土壤資源，蘊(yùn)藏著巨大的開(kāi)發(fā)潛力[5-6]。鹽堿土的改良和利用研究經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家及學(xué)者深入的探討和研究基礎(chǔ)上，獲得了豐富成果。從最初采用的單一水利改良措施發(fā)展到現(xiàn)在利用水利工程、化學(xué)、生物等相結(jié)合的綜合改良措施，取得了良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)效益[7-8]。

鹵陽(yáng)湖地區(qū)位于陜西省渭南市富平縣、蒲城縣境內(nèi)，地勢(shì)低洼，地表水與地下水匯集集中，水質(zhì)礦化嚴(yán)重，土質(zhì)比較黏重，含鹽堿成分復(fù)雜，再加上人類(lèi)活動(dòng)和本身自然條件的影響，該地區(qū)許多地方的土壤已經(jīng)不能種植作物，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厝说纳a(chǎn)生活[9]。為了改善當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，1974年政府修建了洛西排水系統(tǒng)，但現(xiàn)存的排水工程已經(jīng)不能發(fā)揮效益，成為污水排放溝。由于氣候變化，地下水位下降，整個(gè)區(qū)域內(nèi)土壤、水域鹽堿化程度減輕，但鹽堿危害仍然是制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的主要問(wèn)題。

目前，渭南鹵陽(yáng)湖區(qū)域的鹽堿土改良，除了1974年政府修建的排水溝以外，該區(qū)并沒(méi)有采取其它改良措施。本研究利用農(nóng)藝措施、生物措施、化學(xué)措施3種不同的改良措施，在鹵陽(yáng)湖鹽堿地上開(kāi)展田間試驗(yàn)，探究在不同改良措施條件下土壤鹽分、鹽分離子含量、土壤養(yǎng)分以及作物產(chǎn)量等的變化，明確不同措施的改良效果，提出適宜當(dāng)?shù)氐柠}堿土改良措施，為今后當(dāng)?shù)佧}堿土改良和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

試驗(yàn)地位于陜西省關(guān)中平原東部渭南市蒲城縣境內(nèi)，是關(guān)中平原到渭北旱原的過(guò)渡地帶。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，全年多東北風(fēng)，其次為西北風(fēng)，年平均氣溫14.5℃，春暖、夏熱、秋涼、冬寒，四季分明，日照充足。年平均降水量523 mm,降水集中在7-9月。蒸發(fā)量1 726.4 mm，4、5 月份蒸發(fā)最為強(qiáng)烈，年日照時(shí)數(shù)2 243 h，無(wú)霜期158～220 d。試驗(yàn)區(qū)土壤本底值見(jiàn)表 1。

表1 供試土壤的主要化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，各處理肥料和秸稈用量詳見(jiàn)表2。每個(gè)處理重復(fù)3次，采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。小區(qū)面積為30 m2(3 m×10 m);種植行距70 cm，株距23 cm，種植密度為6.07萬(wàn)株·hm-2。壟溝種植，壟寬50 cm，溝寬20 cm，壟高15 cm。夏玉米于2016年6月8日播種，2016年10月5日收獲。所有處理均參照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)施復(fù)合肥(28-6-6)750 kg·hm-2，所有肥料播種前一次施用。生育期內(nèi)灌兩次水，其他管理措施與當(dāng)?shù)乇３忠恢隆?/p>

1.3 試驗(yàn)材料

供試玉米品種為鄭單958。采用粉碎小麥秸稈。其它肥料從肥料公司購(gòu)買(mǎi)，其中生物有機(jī)肥來(lái)自青海農(nóng)林科學(xué)院土壤肥料研究所(有機(jī)質(zhì)≥40%，有效活菌數(shù)≥0.2億·g-1)；羊糞來(lái)自青海民盛農(nóng)牧生產(chǎn)資料有限公司，羊糞含量為30%(有機(jī)質(zhì)≥25%)；腐殖酸來(lái)自?xún)?nèi)蒙古西蒙生物工程有限公司(有機(jī)質(zhì)≥60%，腐殖酸≥38%)；石膏來(lái)自陜西萬(wàn)榮材料有限公司，過(guò)磷酸鈣來(lái)自云南云天化國(guó)際化工有限公司(P2O5≥16%)。

表2 試驗(yàn)方案

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

在玉米成熟期采用五點(diǎn)法分別采集各處理0～20 cm、20～40 cm土層土壤樣品，將所得樣品去除根系和石塊等雜物，取一小部分鮮樣用于速效氮測(cè)定，其它樣品風(fēng)干后過(guò)1 mm篩用于測(cè)定土壤理化性質(zhì)。

有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；速效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAC浸提-火焰光度法測(cè)定；硝銨態(tài)氮用1 mol·L-1KCl浸提-流動(dòng)分析法測(cè)定；pH采用酸度計(jì)測(cè)定，水土比為5∶1；土壤全鹽含量用電導(dǎo)率儀測(cè)定；Na+用火焰光度法測(cè)定；Ca2+用原子吸收分光光度法測(cè)定[10]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2007對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差及相關(guān)性分析，其中多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果分析

2.1 不同改良措施對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

玉米是種植范圍廣、產(chǎn)量較高的作物，但對(duì)鹽分比較敏感，不同的改良措施均能起到保產(chǎn)、增產(chǎn)的作用。由表3可以看出：所有改良措施均能提高玉米的產(chǎn)量，其中腐殖酸處理增產(chǎn)幅度最大，增產(chǎn)16.3%，平地覆膜處理增產(chǎn)幅度最小，增產(chǎn)6.3%。方差分析表明，羊糞、腐殖酸、過(guò)磷酸鈣處理與對(duì)照之間差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，其中腐殖酸處理增產(chǎn)效果最佳。在該試驗(yàn)條件下，各處理對(duì)玉米的百粒重也有明顯的提高作用。除了平地覆膜處理，其它處理與對(duì)照差異顯著(P<0.05)，腐殖酸處理百粒重增幅最大，為19.1%。

表3 不同處理下玉米產(chǎn)量

注：同一列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0．05)，下同。

Note: Different lowercase letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level among treatments, the same below．

2.2 不同改良措施對(duì)土壤pH、鹽分及鹽分離子的影響

2.2.1 不同改良措施對(duì)土壤pH的影響 不同改良措施對(duì)土壤pH值的影響如圖1所示。結(jié)果表明，各改良措施對(duì)土壤pH值都有一定的降低作用。在0～20 cm土層內(nèi)，各處理pH值的降低幅度為0.05～0.21，其中壟溝覆膜、羊糞、石膏處理顯著(P<0.05，下同)降低了0～20 cm土層內(nèi)pH值，石膏處理降低幅度最大。在20～40 cm土層內(nèi)，pH值的降低幅度在0.04～0.18之間；方差分析表明，壟溝覆膜、生物有機(jī)肥、羊糞、石膏、過(guò)磷酸鈣處理能夠顯著降低土壤pH值；各改良措施不僅對(duì)表層土壤pH值有降低效果，對(duì)下層土壤的pH值也有降低作用。

2.2.3 不同改良措施對(duì)土壤Na+、Ca2+的影響 對(duì)于鹽堿土而言，Na+是土壤中最重要的離子，土壤溶液中Na+含量過(guò)高，會(huì)使土壤粘結(jié)，造成其物理性質(zhì)惡化，從而對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。由表4可以看出，在0～20 cm土層內(nèi)，相比對(duì)照各處理土壤的Na+含量都有所下降，降低幅度在3.8%～23.0%之間，且均達(dá)到顯著差異水平；20～40 cm土層內(nèi)，土壤Na+含量的降低幅度較小，各處理與對(duì)照之間沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性差異。過(guò)磷酸鈣處理下表層土壤的Ca2+含量顯著增加，增加幅度為52.0%，這是因?yàn)檫^(guò)磷酸鈣本身就是含鈣物質(zhì)，它的施用必然會(huì)導(dǎo)致土壤Ca2+含量的增加。其它處理下Ca2+含量雖然有所增加，但與對(duì)照差異不顯著。從表4可以看出，各處理下土壤的Na+/ Ca2+呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明各措施改變了土壤中Na+與 Ca2+所占的比例。

圖1 不同改良措施對(duì)鹵陽(yáng)湖鹽堿地土壤pH的影響Fig.1 Effect of different improvement measures on pH ofsaline-alkali soil in Luyang Lake

圖2 不同改良措施對(duì)鹵陽(yáng)湖鹽堿地土壤全鹽含量的影響Fig.2 Effect of different improvement measures on total saltcontent of saline-alkali soil in Luyang Lake

2.3 不同改良措施對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

2.3.1 不同改良措施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響 土壤有機(jī)質(zhì)是土壤的重要組成部分，它不僅是土壤微生物賴(lài)以生存的能源，還含有各種營(yíng)養(yǎng)元素，能有效改善土壤的結(jié)構(gòu)，并調(diào)節(jié)水、氣、熱等各種因素。如表5所示，在0～20 cm土層內(nèi)，與對(duì)照相比，羊糞處理有機(jī)質(zhì)含量增幅達(dá)20.9%，差異顯著；其他處理的有機(jī)質(zhì)含量雖有一定程度的提升，但沒(méi)有表現(xiàn)出差異性。20～40 cm土層內(nèi)，生物有機(jī)肥處理有機(jī)質(zhì)含量比對(duì)照高26.4%，差異顯著。說(shuō)明生物有機(jī)肥和羊糞補(bǔ)充到土壤后，提高了土壤有機(jī)質(zhì)的含量。

2.3.2 不同改良措施對(duì)土壤速效養(yǎng)分的影響 土壤中速效氮、速效磷、速效鉀是作物可以直接利用的營(yíng)養(yǎng)元素，與作物的生長(zhǎng)與產(chǎn)量息息相關(guān)。由表5可知，在0～20 cm土層內(nèi)，相較對(duì)照而言，不同處理的速效氮含量顯著提升，增加幅度在30.6%～109.3%之間；土壤速效磷的增加幅度在4.5%～247.4%之間，其中過(guò)磷酸鈣處理下提升幅度最大；羊糞、生物有機(jī)肥、石膏處理下土壤速效鉀分別增加57.8%、69.2%、57.2%，差異顯著。20～40 cm土層內(nèi)，各處理下土壤速效氮、速效磷和速效鉀的含量與對(duì)照相比均無(wú)顯著差異。

表4不同處理下Na+、Ca2+的含量

Table4Na+andCa2+contentunderdifferenttreatments

處理TreatmentNa+/(g·kg-1)0～20 cm20～40 cmCa2+/(g·kg-1)0～20 cm20～40 cmNa+/ Ca2+0～20 cm20～40 cmCK0.265a0.246a0.150b0.109a1.772.25A10.226b0.223a0.191ab0.125a1.181.79A20.205bc0.225a0.177ab0.124a1.151.82A30.210bc0.223a0.199ab0.113a1.051.98B10.229b0.252a0.162b0.098a1.412.57B20.227b0.232a0.179ab0.101a1.272.29C10.256bc0.230a0.201ab0.097a1.272.36C20.183c0.214a0.228a0.138a0.811.56C30.220b0.232a0.170ab0.120a1.291.94

表5不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

Table5Effectofdifferenttreatmentsonsoilnutrient

處理Treatment有機(jī)質(zhì)/(g·kg-1)Organic matter0～20 cm20～40 cm速效氮/(mg·kg-1)Available N0～20 cm20～40 cm速效磷/(mg·kg-1)Available P0～20 cm20～40 cm速效鉀/(mg·kg-1)Available K0～20 cm20～40 cmCK16.04b7.39b10.66d9.97ab9.74b3.62a147.78b86.23abA116.73ab8.73ab14.21c12.69ab11.61b4.93a210.56ab97.25aA216.36ab7.35b13.92c12.23b11.05b2.99a182.40ab83.72abA316.14b7.44b15.46bc11.32ab10.18b2.74a192.14ab81.38bB118.95ab9.34a14.67bc13.21ab15.80b4.12a233.25a84.93abB219.40a8.41ab15.28bc14.50a12.30b2.93a250.00a88.83abC119.16ab7.99ab21.09ab11.33ab12.74b3.24a201.64ab84.31abC218.67ab8.68ab22.31a11.85ab18.73b3.06a232.94a82.33abC317.94ab7.25b14.99bc10.99ab33.84a3.37a202.04ab83.76ab

2.4 不同改良措施的經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益是衡量不同改良措施實(shí)用性的重要指標(biāo)。表6為對(duì)照處理的成本核算表，不同改良措施的成本區(qū)別主要在于不同改良材料的投加。結(jié)合表3中玉米平均產(chǎn)量和表6中成本項(xiàng)目金額計(jì)算出的不同改良措施處理下的投入、產(chǎn)出、經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)投比如表7所示。由表7可以看出，不同改良措施處理下，玉米的經(jīng)濟(jì)效益差異明顯，其中壟溝覆膜、覆秸稈、過(guò)磷酸鈣處理具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，與對(duì)照相比分別提高了9.44%、12.88%、4.87%，其余處理下經(jīng)濟(jì)效益較對(duì)照都有所降低。

產(chǎn)投比是指產(chǎn)出與投入的比值，產(chǎn)投比的大小表示投入占產(chǎn)出的比重，值越大投入占產(chǎn)出的比重就越小，資金利用效率就越高，因而能夠間接反映資本利用率。由表7可以看出，與對(duì)照相比，覆秸稈處理下產(chǎn)投比有小幅上升，其它處理的產(chǎn)投比均呈下降趨勢(shì)，這主要是因?yàn)榕c對(duì)照相比，這些處理措施所用的改良材料大幅增加了成本投入。

3 討 論

目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)鹽堿地改良方式主要分為4種：物理改良措施、化學(xué)改良措施、工程改良措施和生物改良措施[11]。鹽堿地改良的物理措施主要是通過(guò)改變土壤的物理結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控土壤水鹽運(yùn)動(dòng)，從而抑制土壤水分蒸發(fā)，提高入滲效果[12]。其中地面覆蓋是常用的一種措施，它可以減少水分蒸發(fā)、提高土壤的水分利用率，減少鹽分在土壤表層和植物根系的積累，防止土壤返鹽[13-14]；秸稈覆蓋同樣可以減少水分蒸發(fā)，達(dá)到減少地表積鹽的效果。本試驗(yàn)結(jié)果表明，壟溝覆膜、平地覆膜、覆秸稈3種物理措施都會(huì)降低土壤pH及鹽分，3種措施處理下土壤0～40 cm土層內(nèi)pH降低幅度在0.45%～2.18%之間，土壤鹽分的降低幅度在0.32%～20.41%之間，其中以壟溝覆膜的效果最好，0～20 cm與20～40 cm土層的降鹽率分別達(dá)20.41%和13.53%。這與張冰[15]、陳敏[16]等的研究結(jié)果一致，表明地膜與秸稈的覆蓋增加了地表覆蓋度，能有效抑制土壤返鹽，達(dá)到降低土壤表層鹽分的目的[17]。此外，覆膜和秸稈對(duì)土壤養(yǎng)分也有一定的提升作用，但與對(duì)照相比沒(méi)有表現(xiàn)出差異性，雖然秸稈腐解后會(huì)產(chǎn)生一些有效養(yǎng)分，但由于夏玉米的生長(zhǎng)周期較短，覆蓋秸稈的優(yōu)點(diǎn)并不能在當(dāng)季體現(xiàn)。

表6 成本核算表

對(duì)于生物措施，則可以選用一些耐鹽堿的作物進(jìn)行種植，如紫花苜蓿、堿蓬等，通過(guò)這些植物的生命活動(dòng)來(lái)增加土壤養(yǎng)分，提高地表覆蓋度，從而達(dá)到抑制積鹽返鹽的目的[8]。實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，人們通過(guò)施用有機(jī)肥來(lái)提高土壤養(yǎng)分，改善土壤理化性狀，達(dá)到降低土壤鹽分的目的[18]。近年來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)生物有機(jī)肥施入土壤后，在土壤微生物及土壤酶活性影響下能產(chǎn)生大量有機(jī)酸，使土壤pH下降,并不斷釋放出土壤中遲效態(tài)的氮、磷、鉀，有效改善了土壤的理化性質(zhì)，提高作物根系抗逆性[19]。宛彩云等[20]的研究表明，施用生物有機(jī)肥可顯著增強(qiáng)玉米植株的長(zhǎng)勢(shì)，提高產(chǎn)量，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。羊糞和有機(jī)肥的施用能降低0～40 cm內(nèi)土壤pH，降低幅度在1.09%～2.45%之間；表層土壤的鹽分顯著低于對(duì)照，分別降低了15.29%、20.25%；因?yàn)楦剡x擇淺耕，所以20～40 cm內(nèi)的降鹽效果較差。試驗(yàn)結(jié)果表明，羊糞與生物有機(jī)肥能顯著增加土壤養(yǎng)分，改善土壤結(jié)構(gòu)，對(duì)鹽堿地改良有很好的作用。較大的肥料投入量是土壤養(yǎng)分增加的主要原因。

表7 不同改良措施的經(jīng)濟(jì)效益

4 結(jié) 論

所有鹽堿地改良措施均能提高玉米產(chǎn)量，與對(duì)照相比，羊糞、腐殖酸、過(guò)磷酸鈣處理顯著提升了玉米產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度分別為15.2%、16.3%、14.6%。除平地覆膜處理外，其它處理的百粒重均顯著高于對(duì)照。不同改良措施均能增加土壤中有機(jī)質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀的含量，降低土壤pH、全鹽含量、鹽分離子濃度，其中壟溝覆膜與羊糞處理效果顯著，脫鹽率分別達(dá)到20.4%、20.2%。分析各處理的經(jīng)濟(jì)效益，壟溝覆膜、覆秸稈、過(guò)磷酸鈣處理的經(jīng)濟(jì)效益與對(duì)照相比分別提高了9.44%、12.88%、4.87%。針對(duì)鹵陽(yáng)湖區(qū)域鹽堿地狀況，建議在以后生產(chǎn)實(shí)踐中采用壟溝覆膜、羊糞措施，能夠顯著地改良土壤并起到增產(chǎn)的作用；綜合改良效果與經(jīng)濟(jì)效益，壟溝覆膜為最優(yōu)改良措施。