劉希然， 李志洪*， 姜 璐， 聶英斌,2

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 吉林 長春 130118； 2.吉林工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 吉林 吉林 132013)

東北平原有鹽堿化土壤319.7萬hm2，屬于蘇打型鹽堿土[1]，蘇打型鹽土堿性大，質(zhì)地黏重，透水性差特性[2]，有機質(zhì)含量非常低。近30年來，輕堿化蘇打堿土在水資源比較豐富的地區(qū)引水種稻面積逐年擴大，水資源匱乏的地區(qū)主要種植耐鹽堿的作物，而中度堿化鹽堿土的利用相對較低[3]，重度堿化的基本處于荒廢狀態(tài)。重堿化程度的鹽堿土是否可以通過改良成為城鎮(zhèn)綠化、草坪種植等方面替代優(yōu)質(zhì)土壤，減少對黑土地占用，是我們的出發(fā)點。我們可借鑒重度堿化堿土快速改良用于水稻育苗的研究結(jié)果[4]，在離土條件下快速改良降低鹽堿土的pH值、電導(dǎo)率、總堿度和交換性鈉，改善土壤結(jié)構(gòu)，在種植草坪過程中澆水淋洗鹽堿達到快速改良的目的。國內(nèi)外科研工作者利用石膏對鹽堿土進行改良利用的歷史悠久[5-6]，美國學(xué)者詹尼等[7-9]和俄國學(xué)者蓋德洛依茨[10]均發(fā)表了利用石膏改良鹽堿土的基礎(chǔ)理論。我國在20世紀 50年代開展了利用石膏對鹽堿土改良的試驗研究，但由于成本問題推廣應(yīng)用有限，70年代后磷石膏、脫硫石膏相繼在鹽堿地改良中開始應(yīng)用，并取得較好的改良效果。近年來趙蘭坡等[11-13]利用硫酸鋁改良蘇打鹽堿土取得了一定的進展，利用硫酸鋁中Al3+發(fā)生水解釋放大量的H+，中和土壤堿性，促進置換土壤中Ca2+和Na+，降低土壤的堿化度[14-16]。國內(nèi)外學(xué)者在鹽堿土改良劑選擇利用已做了諸多試驗[17]，其改良機理的共性是能夠改善土壤物理結(jié)構(gòu)和通透性，在水的作用下快速降低植物根系區(qū)域土壤中可溶性鹽(堿)類離子濃度來降低土壤pH值[18-20]，營造植物正常生長環(huán)境。本文在結(jié)合上述經(jīng)驗基礎(chǔ)上，利用化學(xué)改良劑和疏水材料對堿土進行離土快速改良、種植草坪，找出蘇打堿土改良和種植草坪的關(guān)鍵條件，為蘇打鹽堿土快速改良與種植草坪生長的同步進行提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

1.2 供試改良劑與疏水材料

本試驗選用的改良劑為硫酸鈣。硫酸鈣(CaSO4·2H2O)為分析純(C)，疏水材料為玉米秸稈(W)、爐灰(L)、沙子(S)。玉米秸稈粉碎為小于5 mm，爐灰過5 mm篩，另外選用有機肥(F)補充養(yǎng)分和腐殖物質(zhì)，有機肥為腐熟風干雞糞。

1.3 供試植物

供試植物：矮生百慕大(Cynodondactylon)、高羊茅(FestucaelataKengexE.Alexeev)和早熟禾(PoaannuaLinn)混合種子。

1.4 試驗設(shè)計與培養(yǎng)

試驗處理將蘇打堿土(J)與硫酸鈣(C，土重的2%硫酸鈣)、秸稈(W，土重的5%秸稈)、沙子(S，土重的20%)和爐灰(L，土重的20%)搭配組合成JCW，JCS，JCL，JW，JS，JL，JC和CK 9個處理，再將這9個處理均混施土重10%的有機肥。另外以黑土(B)作為參照土壤種植草坪植株對比，共計18個處理見表1。

表1 試驗設(shè)計Table 1 Experimental design

育苗裝置為4×8孔穴塑料土盤(4 cm×4 cm×5 cm)，底部有0.5 cm小孔，每穴按試驗設(shè)計置入50 g處理土樣，草籽播種總量為20粒，每個處理設(shè)置4次重復(fù)。播種后初次澆水至育秧盤底部有水外滲，前1周每日澆水50 mL，少量多次，使Ca2+置換出的Na+洗離土壤，達到淋洗鹽分的作用，淋出水分從孔穴底部小孔流出，達到堿土快速改良與草籽生長萌發(fā)同步的目的。出苗后保持土壤濕潤，從播種開始置于恒溫培養(yǎng)箱25℃，12小時光照。培養(yǎng)28天后取樣，測定各處理植株數(shù)據(jù)，土壤經(jīng)自然風干后收集保存，用于相關(guān)項目的測定。

1.5 檢測項目及方法

土壤pH值采用pHS-3C測定，交換性鈉的測定采用乙酸銨-氫氧化銨交換-火焰光度法，碳酸根和重碳酸根采用雙指示劑滴定法，土壤微團聚體測定使用激光粒度儀，有機質(zhì)的測定采用重鉻酸鉀法測定，土壤飽和導(dǎo)水率采用飽和土柱法。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2019，SPSS 20. 0和Origin 2018軟件對數(shù)據(jù)進行處理和作圖，并用Duncan法對各測定數(shù)據(jù)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理的飽和導(dǎo)水率(Soil saturated hydraulic conductivity，Ks)變化

堿土飽和導(dǎo)水率(Ks)與土壤膠體分散凝聚程度、土壤結(jié)構(gòu)和孔隙性質(zhì)有直接關(guān)系，對堿土鹽堿的淋洗效果有決定性影響。如圖1所示，各處理的Ks值均較CK有明顯增加，添加硫酸鈣的處理Ks較大，單獨加秸稈次之，加沙子和爐灰較差，CK最小。在未施有機肥的處理中，JC處理的土壤Ks較CK提高了3倍以上，JCW，JCS和JCS較CK分別增加了549%，436%和325%。JW，JS和JL較CK分別增加了261%，108%和117%。在混施有機肥的處理中，JCWF，JCSF和JCLF與CKF相比有顯著差異，分別增加了379%，307%和219%；JCF處理土壤Ks較CKF提高了286%。混施有機肥中各處理的Ks普遍高于未添加有機肥的對應(yīng)處理，提高幅度在1%～37%之間。

圖1 各處理對土壤飽和導(dǎo)水率的影響Fig.1 Effect of different treatments on saturated hydraulic conductivity注：小寫字母表示相同系列不同處理之間Ks值的顯著性差異(P<0.05)Note:Lowercase letters indicate significant differences in KS values between treatments of the same series at the 0.05 level

2.2 不同土壤處理pH值的變化

堿土添加改良劑和疏水材料并進行草坪種植，利用種子萌發(fā)期澆水淋洗改良，降低土壤pH值，達到堿土改良與草坪生長同步的目的。

由表2可知，添加改良劑硫酸鈣淋洗的土壤處理pH值明顯降低，在未添加有機肥處理中JCW，JCS，JCL和JC的pH值較堿土對照組(CK)分別降低了2.18，2.04，1.99和2.17，且差異顯著(P<0.05)。JW處理的pH值降低效果明顯優(yōu)于JS和JL，JW比CK降低了0.96個單位。在混施有機肥的處理中JCWF，JCSF，JCLF，JWF和JCF的pH值較CKF分別降低了2.09，1.77，2.07，1.83和2.02。在單獨添加疏水材料的處理中，JWF處理的pH值降低效果明顯優(yōu)于JSF和JLF，JWF比CKF降低1.83。

表2 各處理pH值變化情況Table 2 pH change of each treatment

2.3 堿土改良與種草后土壤電導(dǎo)率的變化

土壤電導(dǎo)率是在描述土壤可溶鹽相對濃度狀況的常用指標。由表3可知，所有處理較原土電導(dǎo)率均有明顯降低，其降低幅度在0.19～0.82 mS·cm-1之間。在未添加有機肥的處理組中，JCS，JCL，JW和JC與CK相比降低較為明顯，分別降低了40.8%，61.2%，42.9%和55.1%。在混施有機肥的處理組中，JCSF和JCLF與CKF之間存在顯著差異(P<0.05)，分別降低了55.9%和55.9%。從總體分析來看加入硫酸鈣(C) 處理其電導(dǎo)率降低更加明顯。

表3 各處理電導(dǎo)率變化情況Table 3 Variation of electrical conductivity for each treatment 單位：mS·cm-1

2.4 堿土改良與種草后土壤堿化度的變化

堿土膠體中交換性鈉含量增高，可使土壤結(jié)構(gòu)分散，顆粒彌散性高，易造成植物滲透脅迫[20]。土壤的堿化度是用膠體交換性Na+的飽和度來表示，堿化度是鹽堿土分類、利用和改良的重要指標。

由圖2所示，硫酸鈣和各疏水材料對堿土堿化度的影響不同，在未添加有機肥添加情況下，JCW，JCS，JCL和JC4個處理堿化度較CK有大幅降低，達到99.4%～99.7%之間。單獨添加秸稈的處理(JW)較CK也降低了64.9%，而JS，JL處理較CK無明顯差異。在混施有機肥的處理組中，JCWF，JCSF，JCLF和JCF4個處理較CKF均有明顯降低，降低幅度在95.3%～97.5%之間，其中JCSF效果最好，降低了97.5%。單獨添加秸稈的處理(JWF)較CKF也降低了70.3%。在單獨添加疏水材料的處理中，只有JWF的堿化度與CKF有顯著差異，且效果優(yōu)于JSF和JLF。

圖2 各處理對土壤堿化度的影響Fig.2 Effect of different treatments on soil total alkalinity

2.5 堿土改良與種草后土壤微團聚體的變化

土壤膠體絮凝是形成良好土壤物理結(jié)構(gòu)的前提，當向堿土中加入Ca2+離子可顯著降低膠粒間的斥力勢能，有利于形成穩(wěn)定的微團聚體。硫酸鈣中的Ca2+置換土壤膠體中的鈉離子，并通過淋洗過程淋出土壤，改善土壤團聚性。疏水材料改善堿土通透性達到快速淋洗的目的。

由表4可知，在未添加有機肥的處理中，JCW和JC的微團聚體中位粒徑D50和MWD較CK有顯著提高(P<0.05)，并在100～250 μm的微團聚體體積百分含量均有顯著升高，2～20 μm，20～50 μm兩個粒級微團聚體含量有明顯的減少，其他各處理效果均不顯著。在混施有機肥的處理中，JCWF，JCSF，JCLF，JWF和JCF的中位粒徑均明顯高于CKF。并在50～100 μm和100～250 μm兩個粒級的微團聚體百分比含量較CKF顯著增加。大部分處理微團聚體組成發(fā)生明顯變化，較大粒級百分含量顯著增加。

表4 各處理土壤微團聚體組成的數(shù)據(jù)Table 4 Data of the composition of micro-aggregates among different soil particle sizes

2.6 堿土快速改良對草坪草生長的影響

堿土快速改良種草生物試驗增加了黑土(B)作為最佳生長參照，B種植草坪草的各項指標均為最高。

由圖3(a～d)明顯看出CK和CKF處理種植草坪草沒有任何植物收獲，原因是未加改良物質(zhì)的堿土透水性極差，澆水淋洗鹽堿效果非常低，每穴植株數(shù)均為0。JS和JL處理每穴植株數(shù)也很少，JSF和JLF均為0，JS和JL分別為0.2和0.5，導(dǎo)致JS和JL處理組的其他指標很低，表明堿土加沙和爐灰對生草作用效果很小。

圖3 各處理對草坪草生長的影響Fig.3 Effects of different treatments on the growth of Turfgrass

圖3(a)中加入硫酸鈣的JCW，JCS，JCL和JC處理草生長指標達到較高水平，其中未加有機肥JCW，JCL和JC的每穴平均株數(shù)分別為18,19和18株，相對應(yīng)加有機肥處理的株數(shù)有不同程度地降低。單加秸稈的JW每穴植株數(shù)為15株，JWF僅為8株。以上分析表明加硫酸鈣對生草作用效果較好，單加秸稈的生草效果稍差。

從圖3(b～d)可以看出，草坪草植株干重、株高和根長指標與植株數(shù)有相似的變化規(guī)律，即加硫酸鈣處理均較高，單加秸稈的JW兩指標稍有降低，JS和JL很低。在堿土的相應(yīng)處理中，加有機肥對生草干重和根長有促有抑，但對株高生長多有促進作用，可能是在重堿土上種草坪草，消除障礙性因素比加施有機肥更為重要，也可能是因為雞糞有機肥鹽分含量高，在前期抑制種子萌發(fā)的影響更大些。

3 討論

重度蘇打堿土添加硫酸鈣后大量Ca2+與土壤膠體中吸附的Na+發(fā)生離子代換作用，改善土壤團聚性，再添加疏水材料可增加土壤飽和導(dǎo)水率，用大量水在種子萌發(fā)階段淋洗使大量離子洗離土壤從而降低土壤pH值和EC值，滿足植株生長條件。結(jié)果表明單獨添加硫酸鈣處理和硫酸鈣與疏水材料配施的處理在pH值、電導(dǎo)率、堿化度和交換性鈉等指標均有大幅度降低，草坪草植株各指標均有提升，硫酸鈣和疏水材料配合施用的處理效果優(yōu)于單獨添加硫酸鈣的處理，是因為疏水材料的添加進一步提高了土壤導(dǎo)水率，加速鹽分淋洗出土壤。有機肥的施用對于堿土理化性質(zhì)影響較小，可能是因為10%的有機肥添加量劑量過高，孫佳玉等[21]研究表明，雞糞的含氮量占土壤含氮量的30%～50%對植株生長的促進效果最好，遠小于本試驗的施用劑量，但有機肥的混施同時配施硫酸鈣和秸稈的處理中，干重、株高和根長皆優(yōu)于未添加有機肥的處理。所有處理中JCWF處理效果好，與CK處理相比pH值下降2.08個單位，電導(dǎo)率下降55.9%，交換性鈉降低96.3%，堿化度下降了95.3%，飽和導(dǎo)水率提高3倍以上，植株的根長、株高、出苗率和干重均有顯著提高(P<0.05)。李宏廣等[22]發(fā)現(xiàn)脫硫石膏和糖醛渣的配施可以改良堿化土壤，土壤pH值顯著降低(P<0.05)。并且隨著Ca2+的添加，在純水的淋洗作用下，水解產(chǎn)物促進土壤膠體顆粒發(fā)生團聚，在施用硫酸鈣的處理中，0～2 μm和2～50 μm的顆粒均有減少，100～250 μm的顆粒顯著增加(P<0.05)，形成較大微團聚體，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤彌散性。本文對微團聚體的研究與程鏡潤、邱學(xué)禮等[6,23]學(xué)者研究成果類似。添加改良劑和疏水材料增加土壤飽和導(dǎo)水率，使土壤吸附的Na+隨水分離開土壤，土壤交換性鈉顯著降低(P<0.05)，同時降低了土壤堿化度。這一結(jié)果與梁龍、孫在金[24-25]的研究結(jié)果有相似性。本文堿土改良種植草坪草采取的技術(shù)路線是離土狀態(tài)下改良與草種萌發(fā)生長過程同步，離土改良可提高鹽堿淋洗速度，堿土改良與植物生長同步縮短改良利用過程，添加硫酸鈣和疏水材料改善土壤理化性質(zhì)，從而達到草坪所需生長條件。

4 結(jié)論

重度蘇打堿土加入硫酸鈣和疏水材料(秸稈、沙子和爐灰)種植草坪草，前期淋水洗鹽改良與草籽萌發(fā)同步進行，硫酸鈣和秸稈配施的改良效果好于其他處理，顯著改善堿土的飽和導(dǎo)水率。經(jīng)28天生草，加入的硫酸鈣可使pH值和電導(dǎo)率、交換性鈉和堿化度等指標明顯降低，促進土壤微團聚體形成，草坪草生長指標(植株數(shù)、植株干重、株高和根長)表現(xiàn)較好。在東北地區(qū)有很多堿土與沙土呈復(fù)區(qū)分布，可將堿土加入改良材料混合鋪在沙土表面實現(xiàn)離土狀態(tài)，播種草坪淋水改良與生草同步，為堿土地區(qū)草坪生產(chǎn)提供新的生產(chǎn)模式。