田 鵬，李洪靜

1.湖南宏業(yè)石膏礦業(yè)有限公司，湖南常德 415300；2.興安盟隆華農(nóng)業(yè)科技有限公司，內(nèi)蒙古興安盟 137400

全球約有3億hm2的土地受到鹽堿化影響，其中中國(guó)約占1/3，尤其是在干旱和半干旱地區(qū)普遍存在，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，嚴(yán)重制約著糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，高效開(kāi)發(fā)利用鹽堿地，對(duì)保障國(guó)家糧食安全和置換經(jīng)濟(jì)發(fā)展用地，具有積極而重要的意義。

1 石膏尾礦的資源化再利用

脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏等工業(yè)副產(chǎn)石膏是工業(yè)廢棄物，被廣泛地應(yīng)用于鹽堿地改良，但工業(yè)副產(chǎn)石膏含有一定的重金屬元素，一方面可能被農(nóng)作物吸收并影響其正常生長(zhǎng)，另一方面可能進(jìn)入地下水，成為二次污染的隱患，從而威脅土地安全和糧食安全[1]。雖然部分研究指出，施用工業(yè)副產(chǎn)石膏后土壤和農(nóng)產(chǎn)品的重金屬含量低于有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的限量[2-4]。但由于脫硫工藝、煤炭和石灰石來(lái)源等不同，造成不同工業(yè)副產(chǎn)石膏中的重金屬元素、放射性核素含量差異較大，選用不當(dāng)或者長(zhǎng)期大量使用，存在對(duì)環(huán)境和人類(lèi)健康造成負(fù)面影響的風(fēng)險(xiǎn)[5-9]。

石膏尾礦是指石膏礦山開(kāi)采中產(chǎn)生的廢棄物，其本質(zhì)是低品位天然石膏，并含有泥巖等圍巖。石膏尾礦的礦物組成除二水石膏外，主要為無(wú)水石膏、伊利石、綠泥石、方解石、石英等礦物組成，主要化學(xué)成分為氧化鈣、三氧化硫，其次為二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵，同時(shí)還含有一定量的鉀、鈉、鎂和其他中微量元素，可以有效補(bǔ)充鹽堿土壤中缺乏的礦物質(zhì)元素，提高土壤肥力。將石膏尾礦應(yīng)用于鹽堿地改良，還能提高土壤硫酸鹽還原菌、甲烷氧化菌的豐度及其活性，并抑制土壤產(chǎn)甲烷菌的活性，從而顯著降低稻田溫室氣體排放，有效緩解全球氣候變暖[10]。

富勒烯是一種新型碳納米材料，可以誘導(dǎo)作物體內(nèi)水通道蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)根的生長(zhǎng)和對(duì)水分的吸收，還可吸附土壤溶液中的養(yǎng)分離子，從而促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)離子進(jìn)入根系細(xì)胞，加快作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)離子的吸收，并能提高光合作用強(qiáng)度等。同時(shí)，富勒烯還可以降低土壤氧化還原電位和根際土壤酶活性，抑制養(yǎng)分元素的淋失作用，顯著提高土壤中氮、磷和鉀元素的有效性，從而促進(jìn)植物對(duì)石膏尾礦中養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和吸收[11-15]。

因此，探究以石膏尾礦、富勒烯等為核心原材料的新型石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑，石膏在土壤中分解為鈣離子和硫酸根離子，前者有利于改善土壤結(jié)構(gòu)，后者則能夠與鈉離子結(jié)合形成不溶性鹽，有效減少土壤鹽分累積，從而使土壤pH值和堿化度顯著降低[16-18]。富勒烯則具有豐富的表面活性基團(tuán)，能夠吸附土壤中的鈉離子，防止其與植株根系產(chǎn)生反應(yīng)，并能改善水稻根系周?chē)h(huán)境，提高根系活力，促進(jìn)水稻根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，對(duì)改善土壤結(jié)構(gòu)、提高作物抗逆性具有重要作用。因此，富勒烯與石膏的復(fù)合應(yīng)用，可以達(dá)到良好的改良效果，并為鹽堿地治理提供新思路和技術(shù)支持。

2 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的實(shí)驗(yàn)室研究

2.1 原材料的預(yù)處理

2.1.1 石膏尾礦的預(yù)處理 首先，篩分來(lái)自湖南宏業(yè)石膏礦業(yè)有限公司的石膏尾礦，篩選出粒徑為1～3 mm的顆粒，去除雜質(zhì)和大塊狀的石膏尾礦。其次，將篩選出的石膏尾礦顆粒進(jìn)行烘干，將其放入烘箱中，在120 °C下烘干24 h。最后，將烘干后的石膏尾礦顆粒進(jìn)行研磨，得到粒徑均勻的石膏尾礦粉末。

2.1.2 農(nóng)作物秸稈的預(yù)處理 收集興安盟當(dāng)?shù)仄毡榇嬖诘挠衩捉斩捄退窘斩?。先進(jìn)行清洗、切碎和風(fēng)干處理，使其含水率控制在10%以下，然后進(jìn)行堆肥，堆肥過(guò)程中溫度控制在50～60 ℃之間，在不斷翻堆的過(guò)程中，使秸稈充分分解后，通過(guò)篩網(wǎng)篩分，去除雜質(zhì)和大塊物料。

2.1.3 牛羊糞的預(yù)處理 收集興安盟當(dāng)?shù)仄毡榇嬖诘呐Ｑ蚣S。先進(jìn)行堆肥處理，堆肥期為2～3個(gè)月，達(dá)到腐熟要求，使糞便充分發(fā)酵后，通過(guò)篩網(wǎng)篩分，去除雜質(zhì)和大塊物料。

2.2 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的配制

2.2.1 稱(chēng)量 將石膏尾礦粉末、富勒烯、農(nóng)作物秸稈、牛羊糞、磷酸二銨和麥飯石粉按照如下比例進(jìn)行稱(chēng)量。

石膏尾礦粉末：20%～30%，富勒烯：10%～20%，農(nóng)作物秸稈：15%～25%，牛羊糞：10%～20%，磷酸二銨：2%～5%，麥飯石粉：15%～20%。

2.2.2 配置水溶液 將富勒烯粉末加入去離子水中攪拌均勻，制備成富勒烯水溶液。

2.2.3 混合 將石膏尾礦粉末、農(nóng)作物秸稈、牛羊糞、磷酸二銨和麥飯石粉混合均勻，形成混合物。

2.2.4 復(fù)配 將富勒烯水溶液加入混合物中，攪拌均勻。

2.2.5 干燥 晾干或烘干后即可使用。

3 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

應(yīng)用試驗(yàn)于2021—2022年在內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟科右中旗進(jìn)行，該地區(qū)鹽堿地以蘇打型為主，試驗(yàn)地塊平均pH值為8.6，不適宜水稻生長(zhǎng)。

采用大區(qū)對(duì)比法，設(shè)置2個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)處理面積為667 m2。處理1按100 kg/667 m2的用量施用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑、1 000 kg/667 m2的用量施用腐熟農(nóng)家肥，然后旋耕混勻，旋耕深度不低于15 cm；處理2（CK）不施用鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑，按1 000 kg/667 m2的用量施用腐熟農(nóng)家肥，然后旋耕混勻，旋耕深度不低于15 cm；種植的水稻品種為興安盟袁隆平院士工作站選育的耐鹽堿雜交稻新組合TL7，水稻于4月21日播種，9月16日收獲。

種植期間，各處理的其他肥料品種、施用方法、施用量按常規(guī)施肥，均按50 kg/667 m2的用量施用水稻專(zhuān)用底肥、10 kg/667 m2的用量施用水稻專(zhuān)用摻混肥。

3.2 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑對(duì)鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響

從試驗(yàn)情況來(lái)看，使用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑后，鹽堿地土壤pH值、全鹽含量、土壤容重顯著下降，處理1與CK組的差異十分明顯，說(shuō)明石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑對(duì)鹽堿地的改良效果好，能夠有效降低土壤的含鹽量，同時(shí)土壤結(jié)構(gòu)得到了改善，提高了土壤的透水性和保水能力，十分有利于農(nóng)作物生長(zhǎng)；有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀含量方面都呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，處理1下降的趨勢(shì)更明顯，這可能是由于施用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑后產(chǎn)量顯著提高，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分的消耗更多（表1）。

表1 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑對(duì)鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響情況表

3.3 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑對(duì)水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

從試驗(yàn)情況來(lái)看，在鹽堿地施用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑后，水稻產(chǎn)量明顯得到提高。具體而言，處理1水稻的各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)都顯著高于CK組，并且增產(chǎn)率高達(dá)118.7%。這表明施用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑可以改善水稻生長(zhǎng)狀況，提高水稻產(chǎn)量，具有很好的應(yīng)用前景（表2）。

表2 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑對(duì)水稻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響情況表試驗(yàn)對(duì)比

表3 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑經(jīng)濟(jì)性評(píng)估表試驗(yàn)對(duì)比

4 經(jīng)濟(jì)性評(píng)估

從試驗(yàn)情況來(lái)看，在鹽堿地施用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑后，水稻產(chǎn)量、產(chǎn)值、凈收益、投產(chǎn)比都比對(duì)照組高。其中，處理組的水稻產(chǎn)量為539.2 kg/667 m2，對(duì)照組為246.6 kg/667 m2，產(chǎn)量增加了118.7%，而石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑成本增加卻只有38.1%；從凈收益來(lái)看，處理組的凈收益為704.46 元/667 m2，對(duì)照組的凈收益為90.07元/667 m2，相差達(dá)到7.5倍，雖然石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑使用會(huì)增加一定的成本，但石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑能夠顯著改善鹽堿地理化性質(zhì)，進(jìn)而提高水稻的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，具有顯著的正向影響，處理1的產(chǎn)投比高達(dá)1.8也驗(yàn)證了這一點(diǎn)，說(shuō)明投資回報(bào)率更高。

綜合來(lái)看，石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的應(yīng)用，對(duì)鹽堿地種植水稻的產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益的影響十分顯著，可以幫助農(nóng)民獲得更高的收益，對(duì)于提高鹽堿地高效開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。

5 結(jié)論

5.1 石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的效果與優(yōu)點(diǎn)

石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑對(duì)水稻種植的效果和優(yōu)點(diǎn)主要有以下4點(diǎn)。

（1）明顯提高產(chǎn)量。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，施用石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑可以增加水稻的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重，提高結(jié)實(shí)率，平均增產(chǎn)率達(dá)到118.7%，這是由于石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑中的各種成分可以協(xié)同作用，改善鹽堿土壤的理化性質(zhì)，提高土壤肥力，從而促進(jìn)水稻生長(zhǎng)發(fā)育。還可以補(bǔ)充中微量元素，從而提高水稻的品質(zhì)，增加水稻的商業(yè)價(jià)值。

（2）降低化肥使用量。石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑中包含有機(jī)肥料和微量元素，可以增加土壤肥力，減少對(duì)化肥的依賴(lài)，從而降低化肥使用量和成本。通過(guò)提高產(chǎn)量和品質(zhì)，減少化肥使用量和成本，石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的應(yīng)用可以顯著增加農(nóng)民的收益，提高土地利用效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

（3）促進(jìn)石膏尾礦的綜合利用。石膏尾礦通常含有農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的中微量元素，用于制造石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑，不僅修復(fù)鹽堿地惡劣的生態(tài)環(huán)境、保障國(guó)家糧食安全，還吸收了大量尾礦尾礦，實(shí)現(xiàn)了“以廢治廢”，提高了礦產(chǎn)資源利用率。

（4）應(yīng)用場(chǎng)景廣泛。石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑適用于鹽堿地改良、農(nóng)田土壤肥力增強(qiáng)、作物生長(zhǎng)促進(jìn)等領(lǐng)域。其中，改良鹽堿地是主要應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑不僅適用于水稻的種植，還適用于其他作物的種植，如小麥、玉米、大豆等糧食作物和果蔬等經(jīng)濟(jì)作物。

綜上所述，石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的應(yīng)用可以靶向降低土壤堿害，提高鹽堿地土壤肥力，從而顯著提高水稻產(chǎn)量和品質(zhì)，減少化肥使用量和成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于加強(qiáng)石膏尾礦的資源化再利用、探索改良鹽堿土壤的有效途徑具有重要的意義，具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)潛力。

5.2 未來(lái)研究方向和展望

基于石膏尾礦的鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑成功應(yīng)用為開(kāi)發(fā)和利用鹽堿地提供了新思路和新方法，未來(lái)將探索不同鹽堿地類(lèi)型、不同作物的適用性；同時(shí)，雖然通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的實(shí)際效果，但在深入了解石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的作用機(jī)理和作用方式上還需要進(jìn)一步地研究和探索；還需要指出的是，石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑改良效果的維持性取決于土地利用方式和種植管理模式。改良后的土地若長(zhǎng)期撂荒，則會(huì)有潛在土壤返鹽返堿風(fēng)險(xiǎn)。此次試驗(yàn)的結(jié)果表明石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑應(yīng)用可以提高鹽堿地種植水稻的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，但該石膏基鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑的成本相對(duì)較高，需要進(jìn)一步降低成本，提高投產(chǎn)比。