李帥志 侯立剛 劉亮 馬巍 劉曉亮 林喆

（1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)春 130118；2吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，長(zhǎng)春 130124；第一作者：lishuaizhi@hotmail.com；*通訊作者：houligang888@163.com）

松嫩平原是世界蘇打鹽堿地三大集中分布區(qū)之一[1]。蘇打鹽堿土主要表現(xiàn)為高pH值、高鹽分、高鈉離子含量、低土壤肥力和低滲透率，極易造成植物離子毒害和生理干旱，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育危害大[2-5]。同時(shí)，蘇打鹽堿地是重要的后備耕地資源，其改良開發(fā)和合理利用，對(duì)保障國(guó)家糧食安全具有重大意義。迄今為止，國(guó)內(nèi)外針對(duì)鹽堿地的改良措施主要有物理改良、化學(xué)改良和生物改良?，F(xiàn)有的改良方法普遍采用單一改良措施，各改良措施均存在弊端：物理改良見效快，但需要大量復(fù)雜施工，改良投入成本較高，不利于大規(guī)模推廣；化學(xué)改良能有效改善土壤理化性質(zhì)，但存在次生污染隱患，易造成環(huán)境惡化；生物改良的成本低、污染少、可持續(xù)性強(qiáng)，但改良周期長(zhǎng)[6-8]。劉曉波等[9]研究發(fā)現(xiàn)，打孔處理能疏松土壤，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)分解利用，提升植物根系養(yǎng)分利用效率和改善土壤環(huán)境。張鋒舉等[10-11]研究表明，脫硫石膏能顯著改良?jí)A化土壤的團(tuán)聚體組成與穩(wěn)定性。張鳳霞[12]等研究表明，在打孔中填充有機(jī)物，可以顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量，顯著促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育。張翼夫等[13]研究表明，采用打孔灌沙的措施，能促進(jìn)濱海鹽堿土水分下滲，提高土壤表層脫鹽總量。但有關(guān)改良蘇打鹽堿地水田適宜打孔密度的研究卻鮮有報(bào)道，基于此，筆者研究了在填充改良物條件下不同打孔密度對(duì)蘇打鹽堿地耕層土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體、pH值、含鹽量和水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，以為中重度蘇打鹽堿地水田改良技術(shù)創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

大田試驗(yàn)于2019年在吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣白沙灘灌區(qū)（E 123°67′，N 46°26′）進(jìn)行。該地屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫4.9℃，年均日照時(shí)數(shù)2 919.4 h，年均降水量407.9 mm。試驗(yàn)站土壤為典型蘇打鹽堿土，供試區(qū)域土壤理化性質(zhì)：pH值9.37，含鹽量2.54 g/kg，堿解氮9.37 g/kg，有效磷11.17 mg/kg，速效鉀174.53 mg/kg，有機(jī)質(zhì)21.66 g/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用水稻品種為耐鹽堿常規(guī)粳稻白粳1號(hào)。打孔填充物為細(xì)沙、有機(jī)肥和脫硫石膏（CaSO4·2H2O）同質(zhì)量比例混合物，可確保其滲水特性較好并且在滲水后的坍縮程度較低，保證打孔處理的微區(qū)淋洗通道具有一定的穩(wěn)定性。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)打孔密度的不同設(shè)5個(gè)處理試驗(yàn)：CK，0孔/m2；T1，5孔/m2；T2，10孔/m2；T3，15孔/m2；T4，20孔/m2。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積300 m2，每個(gè)處理3次重復(fù)。在春季土壤化凍后、稻田灌水前打孔，打孔設(shè)備為便攜式手持取土鉆機(jī)，各處理按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的密度均勻分布打孔，孔徑0.1 m、孔深0.6 m，并填充細(xì)沙、有機(jī)肥和脫硫石膏的混合填充物。常規(guī)水肥管理，每叢插3～5株苗。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 pH值

于水稻移栽期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期和成熟期，每個(gè)處理用5點(diǎn)原位定位測(cè)定法，使用pH 3000便攜式土壤pH酸堿度計(jì)測(cè)定土壤pH值。

1.4.2 土壤含鹽量

于水稻移栽期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期和成熟期測(cè)定田間土壤含鹽量。按水土比1∶5制備土壤浸提液，用硝酸銀滴定法測(cè)定浸提液中的Cl-含量，用EDTA滴定法測(cè)定SO42-、Ca2+、Mg2+含量，用雙指示劑-中和滴定法測(cè)定HCO3-含量，用陰陽離子平衡法測(cè)定Na+、K+含量，以上離子含量之和為土壤含鹽量[14]。

1.4.3 團(tuán)聚體含量

收獲后每個(gè)小區(qū)用5點(diǎn)采樣法采集耕層土樣，將采集的原狀土自然風(fēng)干，測(cè)定土壤團(tuán)聚體。團(tuán)聚體分級(jí)采用CAMBARDELLA和ELLIOTT[15]的濕篩方法，將水穩(wěn)定性團(tuán)聚體分為大團(tuán)聚體（粒徑＞2.00 mm）、小團(tuán)聚體（粒徑2.00～0.25 mm）、微團(tuán)聚體（粒徑0.25～0.053mm）和粉粘粒級(jí)團(tuán)聚體（粒徑＜0.053 mm）。

1.4.4 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

于水稻成熟期，在各處理中隨機(jī)選取20叢水稻植株并調(diào)查有效穗數(shù)，隨機(jī)取其中有效穗數(shù)接近平均數(shù)的10叢考察每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，各小區(qū)實(shí)割測(cè)產(chǎn)[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、作圖及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同打孔處理對(duì)水稻不同生育期耕層土壤p H值的影響

由圖1可以看出，打孔處理降低了耕層土壤的pH值，其在水稻各生育期均低于CK。在水稻灌漿期，T1、T2、T3和T4處理土壤pH值分別比CK低0.35、0.38、0.45和0.49，降幅分別為3.70%、4.02%、4.75%和5.17%。

圖1 不同打孔處理對(duì)耕層土壤p H值影響

2.2 不同打孔處理對(duì)水稻各生育期耕層土壤含鹽量的影響

由圖2可以看出，打孔處理降低了耕層土壤含鹽量，其在水稻各生育時(shí)期均低于CK。在成熟期，T1、T2、T3和T4處理土壤含鹽量分別比CK降低0.16、0.19、0.26和0.27 g/kg，降幅分別為6.27%、7.51%、10.16%和10.63%。

圖2 不同打孔處理對(duì)耕層土壤含鹽量的影響

2.3 不同打孔處理對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響

從表1可見，打孔處理提高了土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體（大團(tuán)聚體和小團(tuán)聚體）含量，降低了微團(tuán)聚體和粉團(tuán)聚體的含量，隨著打孔數(shù)的增多，大團(tuán)聚體和小團(tuán)聚體含量增幅越大、粉團(tuán)聚體含量降幅越大。T1、T2、T3和T4處理小團(tuán)聚體含量分別比CK顯著增加13.54%、20.14%、26.22%和29.86%，粉團(tuán)聚體分別降低4.13%、5.43%、6.96%和8.69%。

表1 不同打孔處理對(duì)耕層土壤團(tuán)聚體的影響 （單位：%）

2.4 不同打孔處理對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可以看出，打孔處理顯著提高了水稻有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，提高了結(jié)實(shí)率（除T1處理外其他處理均顯著高于CK）。T3處理表現(xiàn)最好，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率分別較CK增加24.42%、10.55%和6.19%。繼續(xù)增加打孔密度，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率反而較T3處理下降，但差異不顯著。從實(shí)際產(chǎn)量來看，隨著打孔密度提升，產(chǎn)量表現(xiàn)為CK＜T1＜T2＜T4＜T3（圖3）。

表2 不同打孔處理對(duì)水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

圖3 不同打孔處理對(duì)水稻實(shí)際產(chǎn)量影響

3 討論

鹽堿地由于土壤鹽漬化，會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)、透氣透水性差、養(yǎng)分釋放緩慢等一系列問題。長(zhǎng)期以來，鹽堿地改良依據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”原理，通過大量淡水灌溉和排水，以淋洗的方式將土壤表層鹽分排出。逄煥成等[17]認(rèn)為，以往的排灌措施存在耗水多、易反復(fù)、持續(xù)性差等弊端。王素君等[18]對(duì)濱海吹填土快速脫鹽技術(shù)的研究表明，摻拌脫硫石膏能提升土壤灌水后的穩(wěn)定性、透氣性和滲水性，促進(jìn)土壤脫鹽。王小彬等[19]和FU等[20]研究表明，增加脫硫石膏施用量，對(duì)土壤能起到較好的脫鹽效果，但是可能會(huì)增加土壤中的重金屬含量，存在次生污染隱患。本試驗(yàn)采用構(gòu)建微區(qū)垂直淋洗通道的方法，解決了表層土壤鹽分高、透水性差、阻礙灌溉水下滲的問題，將表層土壤中的鹽分快速從通道中垂直運(yùn)回至土壤深層，以節(jié)約灌溉水資源、降低土壤鹽漬化次生污染。將脫硫石膏作為建立微區(qū)垂直淋洗通道的填充物之一，提高了通道中的離子置換效率，保證了淋洗通道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及脫鹽效果的持續(xù)性。

土壤pH值是反映土壤堿化程度的重要指標(biāo)，土壤中鹽含量與pH值呈正相關(guān)，土壤的酸堿度不僅影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、存在形態(tài)及其有效性，而且制約土壤微生物的活動(dòng)和土壤的物理性質(zhì)，影響作物正常生長(zhǎng)。而土壤鹽分含量直接影響土壤的酸堿性、土壤膠體的凝聚與分散，進(jìn)而影響土壤的結(jié)構(gòu)性、持水性及耕性等物理性質(zhì)[21]。土壤含鹽量高會(huì)影響作物的新陳代謝，可能引起作物能量缺乏，降低CO2同化、蛋白質(zhì)合成、呼吸作用及植物激素周轉(zhuǎn)，使植物產(chǎn)生生理阻礙。本研究結(jié)果表明，增加打孔密度，增加了水分下滲通道表面積，降低了耕層土壤pH值、土壤含鹽量，在單位面積形成了更多的微區(qū)鹽分垂直遷移通道，加速了耕層鹽堿淋洗速度，從而降低耕層土壤pH值、土壤含鹽量，減輕鹽堿對(duì)水稻的脅迫。

土壤團(tuán)聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，是土壤肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)。土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)狀況是鑒定土壤肥力的指標(biāo)之一，其中各級(jí)水穩(wěn)性團(tuán)聚體的比例能較好反映土壤團(tuán)聚體的質(zhì)量。鹽堿土水穩(wěn)性團(tuán)聚體較少，土壤的分散系數(shù)較高，導(dǎo)致團(tuán)粒結(jié)構(gòu)數(shù)量較少、結(jié)構(gòu)性差、養(yǎng)分貧瘠、滲透性低。陳恩鳳等[22]研究表明，施用有機(jī)肥能增加微團(tuán)聚體的團(tuán)聚性能，提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性。廖栩等[23]和杜學(xué)軍等[24]研究表明，脫硫石膏提供的Ca2+可與蘇打鹽堿土中的可溶性Na+置換，反應(yīng)生成CaCO3、Ca（HCO3）2，從而降低其中的Na2CO3、NaHCO3含量；Ca2+亦可與腐殖酸反應(yīng)生成土壤膠體結(jié)合劑，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體形成，從而增加土壤透氣性和透水性，提高土壤脫鹽效率。本研究結(jié)果表明，將脫硫石膏和有機(jī)肥作為打孔填充物時(shí)，隨著打孔密度提高，脫硫石膏和有機(jī)肥的施用量增加，打孔周圍耕層土壤水穩(wěn)定性團(tuán)聚體的含量也隨著增加，說明通過打孔填充改良物形成改良微區(qū)對(duì)提高打孔周邊耕層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體具有一定效果。

張翼夫等[13]研究表明，在漫灌條件下的鹽堿土表層打孔灌沙，增加打孔密度能促進(jìn)脫鹽效果。朱明霞等[25]研究表明，鹽堿脅迫導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降，隨著鹽堿脅迫的減少，水稻產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，打孔處理提高了水稻產(chǎn)量，但更高打孔密度的T4處理比T3處理水稻產(chǎn)量反而出現(xiàn)小幅下降，這可能與其打孔密度過大，鹽分淋洗過快造成肥料流失過多有關(guān)。

本試驗(yàn)為了便于試驗(yàn)采樣和統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)時(shí)采用較低孔徑、較密孔距的處理，可以建立相對(duì)理想環(huán)境下的土壤淋洗微區(qū)，使表層土壤鹽分淡化均勻，但會(huì)造成田間作業(yè)量過大。生產(chǎn)實(shí)踐中，在不需求精確的試驗(yàn)采樣和統(tǒng)計(jì)分析的情況下，保證單位打孔面積即可保證土壤改良效果，可以適當(dāng)增大孔徑來降低作業(yè)量。

4 結(jié)論

打孔處理顯著降低了蘇打鹽堿地水田耕層土壤的pH值和含鹽量，提高了其水穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量，有利于增加水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。然而過高的打孔密度即過高的單位打孔面積，可能會(huì)造成肥料損失過量。結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，認(rèn)為15孔/m2打孔密度或每m2打孔面積為0.12 m2為合適的打孔處理方案。