呂軻彥 ，陳志君 ，李 越 ，胡 敏 ，熊云武 ，黃冠華

（1. 農業(yè)水資源高效利用全國重點實驗室，北京 100083；2. 中國農業(yè)大學中國-以色列國際農業(yè)研究培訓中心，北京 100083；3. 中國農業(yè)大學中國農業(yè)水問題研究中心，北京 100083）

0 引 言

中國西北干旱灌區(qū)降水量小、蒸發(fā)量大，不合理灌排管理措施導致了較嚴重的土壤次生鹽堿化問題。據(jù)統(tǒng)計，位于中國西北的河套灌區(qū)約有45%的農田存在不同程度的土壤鹽堿化現(xiàn)象[1]，嚴重制約了該灌區(qū)農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。因此，開展干旱灌區(qū)農田土壤鹽堿化治理，對于改善農田土壤結構，提升灌區(qū)的農業(yè)生產(chǎn)力，保障國家糧食安全具有重要的現(xiàn)實意義。

鹽堿土壤中普遍含有大量的Na+、CO32-和HCO3-等鹽基離子，吸附在膠體表面的Na+會使土壤膠體高度分散、降低土壤團聚體穩(wěn)定性、破壞土壤結構，同時土壤中大量的CO32-和HCO3-會使土壤呈堿性[3]。通過施用含鈣物質可以增加土壤中鈣離子的含量，鈣離子可以與土壤中過量的鈉離子發(fā)生交換作用，促進膠體絮凝，形成團聚體，改善鹽堿土壤結構[4]。脫硫石膏是燃煤電廠的脫硫副產(chǎn)物，其主要成分為CaSO4·2H2O，產(chǎn)量大但利用率低，將脫硫石膏用于改良鹽堿土壤，不僅價格低廉，也避免了脫硫石膏隨意堆放造成的環(huán)境污染問題[5]。施用脫硫石膏一方面可以降低鹽堿土壤的pH 值和堿化度，緩解作物受鹽堿脅迫的影響[6]，另一方面也可為作物生長提供必要的營養(yǎng)元素（如P、K、Ca 和S 等），促進作物生長發(fā)育[7]。研究表明[8]，脫硫石膏通過促進堿化土壤膠體絮凝，減少土壤團聚體分散，改善土壤結構，增加土壤保墑能力。但是過量施用脫硫石膏也可能會對土壤健康造成負面影響，如土壤總鹽量的增加[9]。雖然脫硫石膏可改善鹽堿土壤鹽堿性質，改良土壤結構，但鹽堿土有機質含量低、土壤肥力差仍是影響土壤團聚體穩(wěn)定性和作物生長的重要因素。研究表明[10-11]，將脫硫石膏與秸稈、生物炭等有機物料聯(lián)合施用可有效改良鹽堿土壤，但在干旱地區(qū)秸稈腐化時間長、有機質含量低，且本身也不含相關微生物，因此，這種聯(lián)合施用方式對鹽堿土壤的改良效果短時間內并不明顯。

由于褐煤有機肥具有富含腐殖酸、有機質含量高等特點，將其用于鹽堿土壤改良逐漸得到了人們的關注[12]。LI 等[13]基于室內培養(yǎng)試驗研究了褐煤有機肥和生物炭對土壤理化性狀的影響，發(fā)現(xiàn)褐煤有機肥提高了土壤有機質和速效養(yǎng)分的含量。COLLINS 等[14]研究表明褐煤有機肥的穩(wěn)定性較好，可以作為土壤改良劑，其施用可有效提高土壤有機質含量，改善土壤理化性質。將脫硫石膏與褐煤有機肥聯(lián)合施用或可為鹽堿土改良提供一條有效途徑。然而，在中國旱區(qū)關于褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用改良鹽堿土壤的研究仍不多見，其對鹽堿土的改良效果有待進一步驗證。同時將脫硫石膏與褐煤有機肥聯(lián)合施用時，脫硫石膏的最佳施用量也需得到進一步的確定。因此，本研究以內蒙古河套灌區(qū)向日葵鹽堿農田為對象，開展了為期2 a 的田間試驗，探討褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用對鹽堿農田土壤結構、鹽分組成、向日葵產(chǎn)量及其水肥利用效率的影響，進而提出適用于河套灌區(qū)的向日葵鹽堿農田土壤改良模式，以期為鹽堿農田土壤改良提供科學依據(jù)和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗于2021 和2022 年的6—10 月在內蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市中國農業(yè)大學河套灌區(qū)研究院（東經(jīng)107°39′，北緯 41°09′，平均海拔1 042 m）開展。研究區(qū)屬半干旱溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，光熱資源豐富[15]，年均降水120～180 mm，年均潛在蒸發(fā)2 200～2 400 mm，年平均氣溫為6.8 °C。 2021 和2022 年向日葵生育期內逐日降水量和平均氣溫如圖1 所示。灌區(qū)地下水埋深淺，作物生育期內地下水埋深一般為1.2～2.7 m[16]。試驗開始前，0～20 cm 土層土壤pH 值為10.03，電導率為1 845 μS/cm，堿化度為31.2%，可溶性鹽基離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-、CO32-＋HCO3-的含量分別為0.14、5.7、0.45、0.42、2.57、1.4 和0.57 cmol/kg，屬氯化物硫酸鹽鹽堿土。依據(jù)美國土壤質地三角分類法，試驗區(qū)0～60 cm 土層為粉壤土，＞60～80 cm 土層為砂壤土。土壤基本理化性質見表1。

表1 試驗田土壤主要理化性質Table 1 Main physic-chemical properties of soils of the test plots

圖1 2021—2022 年向日葵生育期內逐日降水量和平均氣溫Fig.1 Daily precipitation and mean air temperature during the sunflower growing period in 2021-2022

1.2 試驗設計

試驗共設置了6 個處理，包括對照處理（CK）、只施用2 t/hm2褐煤有機肥處理（LBF），以及4 個褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用的處理，即在施用2 t/hm2褐煤有機肥基礎之上分別再施用5（LBF+F5）、10（LBF+F10）、15（LBF+F15）、20（LBF+F20）t/hm2脫硫石膏，每個處理3 次重復，采用隨機區(qū)組排列，共18 個小區(qū)，每個小區(qū)面積為64 m2（8 m×8 m），總占地面積0.15 hm2。

每個處理的氮、磷和鉀施用量均為135、180 和75 kg/hm2（按N、P、K 元素折純計），氮肥分基肥和追肥2 次施用，基施50%，其余50%氮肥在向日葵現(xiàn)蕾期追施，磷肥、鉀肥均全部于播種前施入向日葵農田。當化肥和褐煤有機肥聯(lián)合施用時，在保證總施氮量一致的前提下，褐煤有機肥提供20%的氮，化肥提供80%的氮，進而確定褐煤有機肥施用量為2 t/hm2。在向日葵播種前將褐煤有機肥和脫硫石膏均勻撒施在土壤表面，隨后使用旋耕機將改良材料與20 cm 土層土壤混合均勻。所有處理灌溉制度和田間管理措施均與當?shù)爻Ｒ?guī)方式保持一致，向日葵全生育期內灌水一次，灌溉方式為地面灌溉，灌溉定額100 mm，分別于2021 年7 月27 日和2022 年7 月24 日灌水灌溉。

試驗所用的褐煤有機肥由元泰豐（包頭）生物科技有限公司提供，該褐煤有機肥以低質煤為原材料，經(jīng)過一系列生物化學反應生產(chǎn)而來，是一種無機械雜質，黑色無味的固體粉末[12]。試驗前多點取樣，采用重鉻酸鉀容量法測定褐煤有機肥有機質和總腐殖酸含量，結果表明褐煤有機肥中有機質的質量分數(shù)（以烘干基計）為91.6%，腐殖酸質量分數(shù)（以烘干基計）為6.5%。試驗采用的脫硫石膏來自巴彥淖爾市臨河熱電廠，是濕法脫硫過程中的副產(chǎn)物，呈灰色粉末狀。試驗用脫硫石膏pH 值為7.57，其主要成分為CaSO4·2H2O，質量分數(shù)為89.83%。2021 和2022 年向日葵品種均為“361”系列，播種日期分別為2021 年6 月20 日和2022 年6 月15 日，收獲日期分別為2021 年10 月1 日和2022 年9 月25 日。向日葵采用寬窄行種植模式，寬行間距100 cm，窄行間距40 cm，使用100 cm 寬黑色PVC 塑料地膜覆蓋，向日葵株距60 cm，種植密度22 500 株/hm2。

1.3 測試指標及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

1.3.1 土壤理化性質的測定

向日葵于2021 年9 月25 日和2022 年9 月13 日成熟，在向日葵成熟期使用土鉆分別取0～20、＞20～40 cm 土層土壤樣品，土樣自然風干后，去除根系、塑料薄膜等雜物后研磨過2 mm 篩，取10 g 土壤樣品與50 mL去離子水充分振蕩，靜置取上清液，分別使用pH 計（FE28, FiveEasy Plus, 上海）和電導率儀（DDSJ-308A,上海）測定土壤pH 值和電導率，并根據(jù)XU 等[17]的經(jīng)驗公式計算土壤含鹽量。

式中S為土壤含鹽量，g/kg；DEC為土水比為1:5 時土壤溶液的電導率，dS/m。

按1:5土水比用去離子水浸提可溶性Na+、Ca2+、Mg2+、SO42-、Cl-、CO32-+HCO3-，并使用離子滴定法測定其含量（T7, Mettler Toledo, Switzerland）。分別使用乙酸銨-氫氧化銨-火焰光度計法和乙酸鈉-火焰光度計法測定土壤交換性鈉離子含量和陽離子交換量[18]。然后根據(jù)王瑞萍等[19]的方法計算土壤堿化度（exchangesodium percentage, ESP）。土壤有機質含量參考采用重鉻酸鉀外加熱法測定[18]。

試驗結束后，使用環(huán)刀法[20]測定0～20 和＞20～40 cm 土層土壤容重。在2 a 試驗結束后（2022 年9 月23 日）測定土壤團聚體水穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性。分別采用干、濕篩法測定干、濕篩團聚體粒徑質量分布，分別獲得9 個干篩和7 個濕篩團聚體的粒徑分布，并據(jù)此分別計算土壤團聚體的平均重量直徑（TMWD，mm）、幾何平均直徑（TGMD，mm）和團聚體破壞率（TPAD，%）由式（2）～式（4）計算[21]。

式中xi和wi分別為第i個篩子的孔徑和該孔徑中的土壤顆粒的質量比；md和mw分別為干篩和濕篩中大于0.25 mm土壤顆粒的質量比。

1.3.2 向日葵產(chǎn)量測定及水肥利用效率計算

向日葵成熟后，在每個小區(qū)選擇具有代表性的15 株向日葵[22]，測量花盤質量、百粒質量及籽粒質量，并換算成單位面積的產(chǎn)量。

向日葵實際耗水量采用土壤水量平衡公式[23]計算：

式中ET為向日葵生育期內實際耗水量, mm；Pe為向日葵生育期降水量，mm；I為生育期灌溉量，mm；ΔS為向日葵生育期內0～100 cm 土層土壤儲水量的變化量,mm；μ為給水度（μ=0.033），Hs和He分別為向日葵生育期開始和結束時的地下水位，m；R為地表徑流，mm；生育期未觀察到地表徑流，因此可視為0。

向日葵的水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別由式（6）和式（7）計算[24]：

式中Y為向日葵產(chǎn)量，kg/hm2；ηWUE為水分利用效率，kg/m3；ηPFP為氮肥偏生產(chǎn)力，kg/kg；F為氮肥施用量，kg/hm2。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

在數(shù)據(jù)分析中，采用Microsoft Excel 2018 進行數(shù)據(jù)處理，同時采用IBM SPSS 22.0 軟件進行單因素方差分析（analysis of variance，ANOVA），并以最小顯著性差異（least significant difference， LSD）進行多重比較（α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用對土壤結構的影響

如圖2 所示，在所有處理中，對照處理（CK）與單施褐煤有機肥處理（LBF）二者土壤容重顯著大于其他處理（P＜0.05）。連續(xù)2 a 試驗發(fā)現(xiàn)，褐煤有機肥+脫硫石膏處理（LBF+F5、LBF+F10、LBF+F15、LBF+F20）較CK 處理均顯著降低了0～40 cm 土層土壤容重，降幅為5.91%～11.06%，但不同脫硫石膏施用量處理之間差異不顯著（P＞0.05）。

土壤團聚體粒徑質量分布和穩(wěn)定性指標如表2 和表3 所示，除LBF+F5 處理外，褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用2 a 后均增加了粒徑＞0.25 mm 的大團聚體（R0.25）的比例。與CK 處理相比，褐煤有機肥+脫硫石膏處理力穩(wěn)性團聚體的R0.25值增加了約62%。LBF+F10、LBF+F15 和LBF+F20 處理較CK 處理使土壤團聚體TMWD分別顯著提高102.02%、127.78%和91.95%。對于水穩(wěn)性團聚體，LBF+F15 處理的TMWD最大，與CK 處理相比提高了100%。對于力穩(wěn)性團聚體，LBF+F10 處理的TMWD和TGMD均為最大值，與CK 處理相比分別提高了174%和573%。同時，各改良處理的TPAD值與CK處理相比差異均不顯著。上述結果說明LBF+F10 和LBF+F15 處理對土壤結構的改良效果較好。

表2 2022 年土壤水穩(wěn)性團聚體分布Table 2 Aggregate size percentage of treatments using wet sieving method in 2022

表3 2022 年土壤力穩(wěn)性團聚體分布Table 3 Aggregate size percentage of treatments using dry sieving method in 2022

2.2 褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用對土壤鹽堿性質和有機質的影響

從圖3 可以看出，LBF 處理對土壤含鹽量沒有顯著影響，但土壤含鹽量與脫硫石膏施用量密切相關。當脫硫石膏施用量大于15 t/hm2時會顯著增加表層土壤含鹽量，與CK 處理相比，LBF+F20 處理使0～20 cm 土層含鹽量顯著增加了約67%。

圖3 2021 和2022 年各處理土壤0～40 cm 土層pH 值、堿化度和含鹽量Fig.3 Soil pH value, exchange sodium percentage (ESP) and salt content (SC) of 0-40 cm soil layer under different treatments in 2021 and 2022

表4 為不同處理下0～40 cm 土層土壤可溶性鹽離子的含量。2022年，LBF 處理較CK處理使土壤可溶性Na+的含量顯著降低了23.33%，但對其他可溶性鹽離子沒有顯著影響。2022 年所有褐煤有機肥+脫硫石膏處理均顯著降低了土壤可溶性Na+的含量。當褐煤有機肥與5、10 t/hm2脫硫石膏聯(lián)合施用時，土壤CO32-+HCO3-含量降低不顯著，而LBF+F15 和LBF+F20 處理相較CK 處理使土壤CO32-+HCO3-含量分別顯著降低了47.91%和48.29%。類似地，脫硫石膏的溶解增加了土壤中Ca2+、Mg2+和SO42-含量，與CK 處理相比，LBF+F15使可溶性Ca2+、Mg2+和SO42-含量分別顯著增加了464.65%、413.99%和77.85%，LBF+F20 處理使可溶性Ca2+、Mg2+和SO42-含量分別顯著增加了450.71%、391.90%和123.41%。這說明施用脫硫石膏改變了鹽堿土可溶性鹽離子的組成，且施用量越大，對土壤鹽分組成的影響越大。

表4 2021 和2022 年不同處理0～40 cm 土層土壤可溶性鹽離子含量Table 4 The content of soluble ions in 0—40 cm soil layer for different treatments in 2021 and 2022cmol·kg-1

土壤鹽分組成的改變對土壤pH 值和ESP 產(chǎn)生了一定的影響。從圖3a 可以看出，LBF 處理對土壤pH 值沒有顯著影響，但褐煤有機肥+脫硫石膏施用處理均顯著降低0～20 cm 土層土壤pH 值，且土壤pH 值隨脫硫石膏施用量的增加而降低。與CK 處理相比，LBF+F5，LBF+F10，LBF+F15 和LBF+F20 處理其0～20 cm 土層土壤pH 值平均降低了0.29～0.88。此外，0～20 cm 土層pH 值降幅大于＞20～40 cm 土層土壤，這說明褐煤有機肥+脫硫石膏施用處理對0～20 cm 土層土壤的改良效果更顯著。從圖3b 可以看出，與CK 處理相比，除2022 年LBF 處理外，所有改良處理均顯著降低了土壤的ESP，且褐煤有機肥＋脫硫石膏處理對土壤ESP 的降低效果更明顯。與CK 處理相比，2021 年試驗表明LBF 處理0～20 cm 土層土壤ESP 降低了21.06%，2a 試驗表明褐煤有機肥+脫硫石膏處理該土層土壤ESP 平均降低了18.34%～43.42%。這些結果表明，盡管脫硫石膏可以降低鹽堿土壤的pH 值和ESP，但是過量施用會增加土壤含鹽量，不利于向日葵的生長，在各處理中，LBF+F10 處理在控制土壤含鹽量的同時對土壤pH 值和ESP的降低效果較好，因此，就所研究的土壤而言LBF+F10 處理是降低土壤pH 值和ESP 并控制土壤總鹽分的較優(yōu)選擇。

施用褐煤有機肥和脫硫石膏還顯著提高了土壤有機質含量。從圖4 可以看出，在所有處理中LBF 處理土壤有機質含量最大，與CK 處理相比，在2021 和2022 年使0～20 cm 土層土壤有機質含量分別顯著（P＜0.05）增加了39.89%和131.65%。褐煤有機肥+脫硫石膏處理其0～20 cm 土層土壤有機質含量為7.89～10.13 g/kg。

圖4 2021 和2022 年各處理土壤有機質含量Fig.4 Soil organic matter content (SOM) under different treatments in 2021and 2022

2.3 褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用對向日葵產(chǎn)量及水肥利用效率的影響

由表5 可知，在2021 年，所有改良處理較CK 處理均顯著提高了向日葵產(chǎn)量（P＜0.05）。與CK 處理相比，LBF、LBF+F5、LBF+F10、LBF+F15 和LBF+F20 處理的產(chǎn)量分別增加了17.65%、66.47%、67.01%、49.71%和18.93%。但在2022 年，只有LBF+F10 和LBF+F15處理與CK 處理相比顯著提高了向日葵產(chǎn)量。連續(xù)2 a 試驗均表明，LBF+F10 處理下向日葵產(chǎn)量和百粒質量最大，較CK 處理分別增加了44.45%和18.63%。結果說明，當施用褐煤有機肥+脫硫石膏改良鹽堿土壤時，存在脫硫石膏最優(yōu)施用量，施用量較低會導致改良效果不足，施用量過高則會抑制作物生長發(fā)育。類似地，改良處理提高了向日葵水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力，且LBF+F10處理向日葵的ηWUE和ηPFP最大，較CK 處理分別增加了44.62%和80.46%。這說明，褐煤有機肥和適量脫硫石膏聯(lián)合施用措施可以促進鹽堿農田向日葵的生長發(fā)育，提高其水肥利用效率。

表5 各處理向日葵產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力Table 5 Sunflower yield(Y), water use efficiency(ηWUE) and partial-factor productivity of N(ηPFP) of sunflower for different treatments

表6 所示為向日葵產(chǎn)量與土壤理化性質之間的相關性，可以看出向日葵產(chǎn)量與土壤容重和ESP 呈顯著負相關（P＜0.05）。這表明褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用通過改良鹽堿土壤理化性質進而促進作物產(chǎn)量的提高。

表6 向日葵產(chǎn)量及土壤理化性質的相關性Table 6 Correlation between sunflower yield and soil physiological properties

為明確本研究區(qū)域中脫硫石膏的最優(yōu)施用量，分別擬合了脫硫石膏施用量與向日葵產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力之間的關系（圖5）?？梢钥闯觯摿蚴嗍┯昧颗c向日葵產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力呈拋物線關系，隨脫硫石膏施用量的增加，向日葵產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力呈先增加后減小的趨勢，當脫硫石膏施用量為9.2、8.5 和9.5 t/hm2時，向日葵產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力分別達到最高點。綜合考慮向日葵產(chǎn)量和水肥利用效率，脫硫石膏的最優(yōu)施用量約為10 t/hm2。

圖5 向日葵產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力與脫硫石膏施用量之間的關系Fig.5 Relationships between sunflower yield, water use efficiency, and partial-factor productivity of N and application rate of flus gas desulfurization gypsum（FDR）

3 討 論

3.1 褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用改善鹽堿土壤理化性質

褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用顯著改善了鹽堿土壤理化性質。一方面，脫硫石膏施用可改變土壤鹽分組成，降低土壤pH 值和ESP，進而改善土壤結構。脫硫石膏溶解后釋放了較多的Ca2+和SO42-，由于Ca2+具有較強的離子交換能力，可以與吸附在土壤膠體表面的交換性Na+發(fā)生交換作用，從而降低了交換性Na+占陽離子交換量的比例，降低土壤ESP[25]。同時，Ca2+可以與土壤中的CO32-和HCO3-形成碳酸鹽沉淀，減小了土壤中CO32-和HCO3-的含量，進而降低了土壤pH 值，該結論與ZHAO 等[26]研究結果相似。此外，由于土壤可交換性Na+含量的降低，也降低了土壤顆粒的分散作用，促進無機膠體絮凝為團聚體，進而增加土壤水穩(wěn)性團聚體TMWD和TGMD，降低土壤容重[27]。

另一方面，施用褐煤有機肥可以有效增加土壤中有機質的含量，進而改善土壤團粒結構。本研究發(fā)現(xiàn)施用褐煤有機肥處理使0～20 cm 土層土壤有機質含量提高了39.89%～131.65%，有機質是土壤團聚體形成的重要膠結劑，較高的有機質含量對土壤大團聚體的形成可發(fā)揮重要的作用[28]。方麗婷等[29-30]的研究也表明施用褐煤有機肥對改善土壤團粒結構和提升土壤質量具有顯著的促進作用。

由于脫硫石膏中含有Hg、Cd、Pb、As 和Cr 等重金屬，因此應用脫硫石膏改善鹽堿土壤是否會危害土壤和農產(chǎn)品安全存在一定的爭議[31]。ZHAO 等[32]使用脫硫石膏后，連續(xù)4 a 土壤和農作物中重金屬含量沒有增加。王靜等[33]研究也發(fā)現(xiàn)施用脫硫石膏后并未增加稻米重金屬含量。然而王立志等[34]研究發(fā)現(xiàn)施用脫硫石膏略微增加了紫花苜蓿莖和葉片中重金屬的含量，但仍遠低于相關標準?？梢娫诶妹摿蚴喔纳汽}堿土壤過程中，應加強對土壤和農產(chǎn)品重金屬含量的監(jiān)測。本研究僅探究了褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用的鹽堿土壤理化性質短期效益的影響，褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用對土壤和向日葵籽粒重金屬含量的影響還需要通過開展更大區(qū)域的長期定位試驗來進行進一步的探究。

3.2 褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用提高向日葵產(chǎn)量和水肥利用效率

土壤鹽堿化嚴重限制了作物生長和產(chǎn)量的提高，本研究發(fā)現(xiàn)褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用通過改變鹽分組成，增加了有機質含量，改善了土壤理化性質，進而提高了作物產(chǎn)量和水肥利用效率。一方面，本研究發(fā)現(xiàn)土壤ESP 和容重與產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著的負相關關系。表明褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用可通過降低土壤中鹽堿對向日葵生長的抑制作用，進而提高向日葵產(chǎn)量和水肥利用效率。此外，施用脫硫石膏降低了土壤中Na+、CO32-和HCO3-含量，緩解了作物根系受到的離子毒害作用，增加了作物生長必須的鈣、鎂、硫等營養(yǎng)元素[35]。這些離子組成改變也促進了向日葵生長[36]。WANG 等[6,37]的研究也得到了類似的結果。另一方面，在本研究中土壤有機質含量和團聚體穩(wěn)定性與產(chǎn)量呈現(xiàn)正相關關系。這是因為施用褐煤有機肥顯著增加了土壤有機質含量，增強了土壤團聚體穩(wěn)定性，提高了土壤對水分和養(yǎng)分的固持能力。土壤團聚體穩(wěn)定性改善還可以增加根區(qū)土壤有效氧含量，緩解根系堿脅迫，最終促進根系呼吸和生長發(fā)育并提高作物產(chǎn)量及其對水分、養(yǎng)分的吸收利用[38]。

作物產(chǎn)量與水肥利用效率與脫硫石膏施用量密切相關，本研究發(fā)現(xiàn)脫硫石膏施用量與作物產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力呈拋物線關系，作物產(chǎn)量、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力隨脫硫石膏施用量的增加先增加后減小，當脫硫石膏施用量約為10 t/hm2時均達到最大（圖5）。這可能是因為脫硫石膏施用量較小對鹽堿土壤的改良效果較小，而脫硫石膏施用量過高會顯著增加土壤含鹽量，導致產(chǎn)量和水肥利用效率的降低[39]，這與ZHANG 等[27]的研究結論一致。因此，綜合考慮對鹽堿土壤理化性質、向日葵產(chǎn)量和水肥利用效率的影響?；谏鲜鲅芯浚ㄗh河套灌區(qū)及類似地區(qū)向日葵生長的鹽堿農田宜采用2 t/hm2褐煤有機肥與10 t/hm2脫硫石膏聯(lián)合施用的鹽堿改良措施。

4 結 論

本研究于2021 和2022 年開展了為期2 a 的田間試驗，探討了褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用對河套灌區(qū)鹽堿農田土壤理化性質和向日葵產(chǎn)量及水肥利用效率的影響，得出了以下結論：

1）褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用顯著降低0～40 cm土層土壤容重，提高土壤團聚體的穩(wěn)定性。

2）褐煤有機肥與脫硫石膏聯(lián)合施用可以顯著降低0～20 cm 土層土壤pH 值和堿化度，改變土壤鹽分組成，體現(xiàn)在增加土壤中Ca2+、Mg2+和SO42-的濃度，降低土壤中Na+和CO32-+HCO3-的濃度；但過量施用脫硫石膏會增加土壤含鹽量。總體而言，褐煤有機肥和脫硫石膏聯(lián)合施用改善了鹽堿土壤理化性質，進而促進了向日葵產(chǎn)量和水肥利用效率的提高。

3）綜合考慮鹽堿土壤改良效果，作物產(chǎn)量及水肥利用效率，建議在河套灌區(qū)及其條件類似地區(qū)向日葵生長的鹽堿農田中宜采用2 t/hm2褐煤有機肥與10 t/hm2脫硫石膏聯(lián)合施用的改良模式。