摘要：【目的】探究脫硫石膏施用對鹽堿土改良效果和固碳作用?！痉椒ā恳孕陆锬竞恿饔蛳掠位哪}堿土為研究對象，分析脫硫石膏不同施用量（0、10、20、30、40、50 t/hm2）對土層厚度為0～40 cm的土壤理化性質(zhì)及土壤固碳的影響?！窘Y(jié)果】與對照組相比，施用脫硫石膏顯著降低0～20 cm土層土壤pH，增加土壤鹽分含量；施用脫硫石膏量為40 t/hm2的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量達(dá)到最高，比對照組增加0.029 kg/m2；與對照組相比，脫硫石膏施用量分別為10、40 t/hm2時(shí)，處理土壤的無機(jī)碳儲(chǔ)量分別增加0.21、0.18 kg/m2；從改良時(shí)間來看，施用脫硫石膏改良土壤固碳效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間為0～7 d，其中施用量為40 t/hm2時(shí)的效果最好；土壤碳儲(chǔ)量受土壤pH、土壤鹽分、降水量和蒸散發(fā)的影響較大?！窘Y(jié)論】從鹽堿土的改良效果及固碳作用來看，脫硫石膏施用量為40 t/hm2時(shí)能顯著降低土壤pH，且過程中具有顯著的固碳作用。

關(guān)鍵詞：鹽堿土；脫硫石膏；土壤改良；土壤固碳

中圖分類號：TB44文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

引用格式：

孫金金，馬斌，李福杰，等.施加脫硫石膏對鹽堿土改良和固碳的影響［J］.中國粉體技術(shù)，2024，30（3）：1-11.

SUN J J，MA B，LI F J，et al.Effects of applying flue gas desulfurized gypsum on improvement and carbon sequestration in saline-sodic soils［J］.China Powder Science and Technology，2024，30（3）：1?11.

鹽堿地是重要的土地資源，全球鹽堿地面積為9.54億hm2，其中中國現(xiàn)有鹽堿土地約9 900萬hm2［1］。由于氣候變化和不合理的耕作和灌溉等措施［2-3］，土壤鹽堿化已成為制約干旱區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)生產(chǎn)的主要障礙因素［4］。為了促進(jìn)鹽堿地資源利用，許多學(xué)者在鹽堿地的改良方面進(jìn)行了研究，提出了各種改良方法，如化學(xué)修復(fù)和植物修復(fù)等［5-6］。早在18世紀(jì)末，石膏就被用作化學(xué)改良劑來改良鹽堿化土壤［7］。燃煤電廠副產(chǎn)物脫硫石膏價(jià)格比商業(yè)石膏便宜［8］，具有較高的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值，是一種高效的鹽堿土壤化學(xué)改良劑［9］。施用脫硫石膏可有效降低土壤pH和堿化度［10］，降低土壤容重，提高土壤入滲率［11］，通過減少土壤團(tuán)聚體的分散和增加土壤水分和養(yǎng)分來改善土壤結(jié)構(gòu)，尤其是對重度鹽堿土改良效果更明顯。同時(shí)脫硫石膏施用配合灌溉可降低土壤交換性鈉和pH［5，12］，并緩解高鹽度和高pH對植物生長的脅迫［13］。采用脫硫石膏改良鹽堿土雖然可降低土壤堿性；由于脫硫石膏也是一種鹽分，因此存在增加土壤鹽度的潛在風(fēng)險(xiǎn)。孫豐華等［14］研究發(fā)現(xiàn)，隨著脫硫石膏施用量的增大土壤電導(dǎo)率增加，施用量在30 t/hm2時(shí)，土壤電導(dǎo)率達(dá)到最大，顯著高于不施用脫硫石膏處理。石靖等［10］對新疆鹽堿土壤改良研究也發(fā)現(xiàn)，采用相同的灌溉水平，雖然脫硫石膏施用量的增加，能夠降低土壤pH、容重，但土壤中鹽基離子含量增加，土壤電導(dǎo)率呈增大趨勢。綜上，對于鹽堿并重的鹽堿土改良，脫硫石膏最佳施用量是值得研究的問題。

脫硫石膏的改良機(jī)制主要是離子交換反應(yīng)，即利用石膏中的Ca2+置換出土壤膠體中的交換性Na+，使交換性Na+從土壤膠體轉(zhuǎn)入土壤溶液［15］，進(jìn)而隨灌溉水滲入地下或由排水渠排走［16］，以減輕土壤堿害。因此脫硫石膏改良鹽堿土不僅降低了土壤的堿性，脫硫石膏溶解釋放出的Ca2+易與與含碳的陰離子（CO32-、HCO3-）反應(yīng)生成CaCO3，從而在鹽堿土改良中促進(jìn)了土壤無機(jī)固碳過程［17］，增加土壤無機(jī)碳（soil inorganic carbon，SIC）含量。已有研究發(fā)現(xiàn)，向土壤中添加富鈣化合物（如脫硫石膏）可以通過生成CaCO3沉淀幫助固定二氧化碳，特別是在堿性條件下［18-19］。此外，脫硫石膏改良鹽堿土由多種生物和非生物過程引起，從而影響土壤有機(jī)碳（soil organic carbon，SOC）的形成和分解。石膏中過量的Ca2+可以增強(qiáng)有機(jī)質(zhì)對土壤顆粒的吸收，有利于促進(jìn)土壤顆粒團(tuán)聚［20］，提升對土壤有機(jī)碳的物理保護(hù)，降低SOC的礦化速率［21］。同時(shí)，也有研究發(fā)現(xiàn)，施用脫硫石膏可以明顯提高土壤微生物活性，從而加速土壤有機(jī)碳礦化和淋溶，減少有機(jī)碳含量［22-23］。雖然已有一些研究評估了脫硫石膏應(yīng)用對土壤碳固存能力，但對改良過程中，土壤碳固存潛力的大小及隨時(shí)間的變化的認(rèn)識(shí)還有待深入。

本研究中立足于新疆干旱區(qū)荒漠鹽堿土，采用田間小區(qū)試驗(yàn)的方法，研究脫硫石膏對0～40 cm土層土壤理化性質(zhì)的影響，明確脫硫石膏對土壤的改良效果。同時(shí)，揭示脫硫石膏施用量與土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳含量和儲(chǔ)量間的量化關(guān)系，闡明不同環(huán)境因子在土壤改良過程中的作用，為干旱區(qū)鹽堿土的改良和固碳提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

田間試驗(yàn)樣地位于塔里木河下游，塔克拉瑪干沙漠東北緣。該區(qū)域?qū)儆诖箨懶?、暖溫帶極端干旱型沙漠氣候，光熱資源豐富，降水稀少且季節(jié)分布不均，晝夜溫差大，多風(fēng)沙和浮沉天氣，多年平均降水量約為60 mm，多年平均水面蒸發(fā)量約為2 500 mm。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇試驗(yàn)樣地的長、寬分別為10、10 m，在其內(nèi)部劃分出30個(gè)長、寬分別為100、100 cm的小區(qū)。小區(qū)四周放置高為60 cm的防水塑料，防止灌溉過程中的相互影響，小區(qū)之間設(shè)置有寬為20 cm的隔離帶。依據(jù)土壤Na+與Mg2+交換量，設(shè)置脫硫石膏施用量分別為0、10、20、30、40、50 t/hm2，共6個(gè)處理水平，以不施加脫硫石膏的土壤作為對照組。每個(gè)處理設(shè)置5個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，其中3個(gè)小區(qū)用于土壤剖面取樣，2個(gè)小區(qū)用于土壤回填。為了防止土壤剖面取樣對后期試驗(yàn)結(jié)果的影響，當(dāng)土壤剖面取樣結(jié)束后，用容重取樣小區(qū)的土壤進(jìn)行分層回填處理。實(shí)施土壤改良時(shí)，先將深度為0～20 cm的土層翻松，再均勻施撒脫硫石膏，使脫硫石膏與土壤充分混合，最后將土地整平。脫硫石膏僅施用1次，以鹽堿土改良灌溉標(biāo)準(zhǔn)，灌溉水量為90 m3/hm2。試驗(yàn)處理從秋季8月份開始至10月份結(jié)束，待改良土壤為荒漠鹽堿土，理化性質(zhì)如表1所示，其中土壤有機(jī)碳含量和無機(jī)碳含量為質(zhì)量比（g·kg-1）。

脫硫石膏為烏魯木齊市電廠煤煙氣脫硫副產(chǎn)品，主要成分是CaSO4·2H2O（CaSO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為84%）。在試驗(yàn)處理后的第1、2、3、5、7、21、42 d，分別采用土鉆“S”型采樣7次，鉆取小區(qū)內(nèi)厚度為40 cm的剖面的分層土壤樣品，土壤取樣的縱向剖面深度分別為0～20、gt;20～40 cm。土壤容重取樣在土壤相對穩(wěn)定的試驗(yàn)?zāi)┢谶M(jìn)行，采樣方法為環(huán)刀法［24］。

1.3測定指標(biāo)及方法

將土壤去除雜物，自然風(fēng)干，磨碎，過孔徑為2 mm篩后，進(jìn)行理化分析。土壤測試項(xiàng)目包括pH、電導(dǎo)率σ、有機(jī)碳含量wo、無機(jī)碳含量wn、土壤容重、土壤含水率ws。ws采用烘干法測定；土壤pH和σ分別采用土水比為1∶5時(shí)的電極法和電導(dǎo)法測定；wo采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化法測定；wi采用氣量法測定。試驗(yàn)方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》的描述進(jìn)行［24］。

土壤有機(jī)碳密度ρo和無機(jī)碳密度ρn是單位面積內(nèi)一定深度的土層土壤中有機(jī)和無機(jī)碳儲(chǔ)量的反映，由wo和wn計(jì)算得出，計(jì)算方法［25］為

ρo=∑i（n）=1 woDi Hi/100，（1）

ρn=∑n（n）=1 wi Di Hi/100，（2）

式中：ρo、ρn分別為土壤有機(jī)和無機(jī)碳密度；n為土壤剖面層數(shù)；wo為第i層土壤有機(jī)碳含量，w n為第i層土壤無機(jī)碳含量；Di為第i層土壤容重；Hi為第i層土壤厚度。

土壤鹽分質(zhì)量比（ws）根據(jù)研究區(qū)土壤鹽分與電導(dǎo)率的關(guān)系公式換算得到：

ws=-0.051σ2+2.390σ，（3）

式中，ws為土壤鹽分。

土壤總碳密度ρt計(jì)算公式為

ρt=ρo+ρn。（4）

1.4數(shù)據(jù)分析與處理

土壤含水量、pH、鹽分含量、碳含量、密度等的差異性采用單因子方差分析（ANOVA）和最小顯著差數(shù)法（LSD）進(jìn)行比較，各指標(biāo)均以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示，其中不同處理水平間各指標(biāo)的均值為所有取樣時(shí)段的動(dòng)態(tài)平均值，動(dòng)態(tài)分析部分的值為每個(gè)采樣時(shí)段下各處理水平3次重復(fù)的均值。數(shù)據(jù)處理和分析均通過IBMSPSS Statistics 25.0軟件實(shí)現(xiàn)，采用Origin 2022軟件繪圖。本研究中以土壤碳密度為矩陣，采用Mantel-Test方法分析土壤碳密度與環(huán)境要素矩陣的相關(guān)性，采用R Studio軟件繪制Mantel-Test分析結(jié)果。

2結(jié)果與分析

2.1土壤理化性質(zhì)

表2為不同處理水平下厚度為0～40 cm土層土壤理化性質(zhì)。由表可知，在厚度為0～20 cm土層，脫硫石膏處理的土壤平均含水率為8.08%～8.45%，未施用脫硫石膏處理的最高，為8.45%，顯著高于施用量為50 t/hm2的（Plt;0.05），其他處理水平間無顯著差異。隨著土層深度的增加，各處理水平下土壤含水率均呈下降趨勢，在厚度為gt;20～40 cm的土層，脫硫石膏施用量為30、40、50 t/hm2的土壤含水率顯著低于未處理的（Pgt;0.05）。

土壤pH是衡量土壤改良效果的重要標(biāo)準(zhǔn)。由表2可知，施用能顯著降低改良層（0～20 cm）土壤pH。隨著脫硫石膏施用量的增大，土壤pH減小，脫硫石膏施用量為10～50 t/hm2時(shí)，土壤平均pH分別為7.84、7.81、7.79、7.76、7.76，顯著小于不施用脫硫石膏處理的（pH=8.25，Plt;0.05），表明添加脫硫石膏對鹽堿土表層的改良效果顯著。同時(shí)，施用脫硫石膏后厚度為gt;20～40 cm土壤pH也有所減小，施用40、50 t/hm2脫硫石膏處理的顯著低于未施用脫硫石膏處理的（Plt;0.05）。

脫硫石膏在改良堿性土壤的同時(shí)也會(huì)顯著增加表層（0～20 cm）土壤鹽分含量，且隨著脫硫石膏施用量的增大，鹽分整體呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。改良層（0～20 cm）脫硫石膏施用量為10～50 t/hm2時(shí)的土壤鹽分質(zhì)量比分別為3.16、3.45、4.16、6.67、4.16 g?kg-1，顯著大于未施用脫硫石膏土壤的鹽分含量（1.72 g?kg-1，Plt;0.05）。其中，施用量為40 t/hm2時(shí)土壤鹽分含量處于最高水平。在gt;20～40 cm土層，各處理水平土壤鹽分含量無顯著差異（Pgt;0.05），表明施用脫硫石膏對表層土壤鹽分增加有顯著作用，對底層土壤鹽分變化不顯著。

2.2土壤碳含量

圖1為不同處理水平下0～40 cm土層土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳含量的變化。由圖1（a）可以看出，厚度為0～20 cm的土層，施用脫硫石膏為40 t/hm2時(shí)的有機(jī)碳含量顯著高于其他處理組的（Plt;0.05），其他處理組的有機(jī)碳含量差異不顯著（Pgt;0.05）。施用脫硫石膏對不同深度土層有機(jī)碳含量影響不同，隨土層深度的增加，所有處理土壤有機(jī)碳含量均降低，在厚度為gt;20～40 cm土層，各處理水平間土壤有機(jī)碳含量差異不顯著（Pgt;0.05）。

土壤無機(jī)碳是土壤碳庫的重要組成部分。由圖1（b）可以看出，施用脫硫石膏為0～50 t/hm2處理后，各處理水平下0～20 cm土層土壤無機(jī)碳質(zhì)量比為12.27～21.92 g·kg-1，施用脫硫石膏20、30 t/hm2處理的土壤無機(jī)碳含量顯著低于未施用的（Plt;0.05）。隨著土壤深度的增加，無機(jī)碳含量減少。在gt;20～40 cm土層，未施用脫硫石膏處理的土壤無機(jī)碳含量顯著高于脫硫石膏施用量為20～50 t/hm2處理的（Plt;0.05）。

2.3不同處理水平下土壤碳密度變化

表3為不同處理水平土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳密度及其占總碳的比例。在0～20 cm土層，脫硫石膏施用量為10、40 t/hm2的土壤總碳密度較未施用的分別增加0.20、0.21 kg·m-2，其中，以有機(jī)碳密度增加為主，施加10、40 t/hm2的土壤無機(jī)碳密度平均增幅分別占土壤總碳的105%、86.3%。施用脫硫石膏量為20、30、50 t/hm2的土壤總碳密度均低于未施用脫硫石膏處理的，分別減小0.21、0.11、0.23 kg·m-2，其中以無機(jī)碳密度減小為主。在各處理水平下土壤碳密度均以無機(jī)碳為主。在gt;20～40 cm土層，施用脫硫石膏量為20～50 t/hm2的土壤總碳密度顯著小于未施用脫硫石膏處理的土壤總碳密度（Plt;0.05，表3）。在0～40 cm土層，未施用脫硫石膏處理的土壤總碳密度顯著大于施用量為50 t/hm2處理的土壤總碳密度（Plt;0.05），與其他處理組無顯著差異。整體而言，在0～20 cm土層，施用脫硫石膏量為10、40 t/hm2處理可以促進(jìn)土壤碳積累，在gt;20～40 cm土層，施用脫硫石膏處理抑制土壤碳積累，且隨著脫硫石膏施用量增加，土壤碳密度呈減小趨勢。

2.4土壤碳、鹽分和pH隨時(shí)間的變化

圖2為改良后0～42 d土層厚度為0～20 cm土層土壤碳、鹽分和pH的變化。不同脫硫石膏施用量水平下，0～20 cm改良土層的理化性質(zhì)隨時(shí)間在不斷變化。在相同時(shí)段，脫硫石膏的施用對于土壤pH的減小具有顯著作用（Plt;0.05）。在土壤改良初期，隨著脫硫石膏施用量的增加，土壤pH呈現(xiàn)明顯減小趨勢，其中在施用量為40、50 t/hm2的pH顯著小于未處理的（Plt;0.05，圖2（a））。隨著處理時(shí)間的延長，土壤pH有增大的趨勢。處理后第21、42 d的土壤pH較前期有增大的趨勢。與土壤pH變化相反，隨著時(shí)間的推移，土壤鹽分呈先增加后減少的趨勢（圖2（b）），在土壤改良初期，隨著脫硫石膏的施用量的增加土壤鹽分呈現(xiàn)明顯的增加趨勢。施用量為10～50 t/hm2處理的土壤鹽分在處理后第7 d達(dá)到最大值，均大于未施用脫硫石膏處理的，其中施用量為40 t/hm2處理的土壤鹽分質(zhì)量比最大（8.43 g·kg-1）。隨著處理時(shí)間的延長，土壤鹽分均有減少的趨勢。

由圖2（c）可知，隨著處理時(shí)間的延長，施用脫硫石膏處理的土壤有機(jī)碳含量呈先增加再減少再增加的趨勢。處理的第1 d，未施用脫硫石膏處理的土壤有機(jī)碳含量大于施用量為10～50 t/hm2處理的，隨著處理時(shí)間延長，施用脫硫石膏處理的土壤有機(jī)碳含量在第2 d達(dá)到最大，隨后減小。此外，在施用脫硫石膏處理下，施加量為40 t/hm2處理的土壤有機(jī)碳含量最大。與有機(jī)碳含量變化趨勢相反，第1 d施加脫硫石膏處理的無機(jī)碳含量較未施加的無機(jī)碳含量高（見圖2（d））。隨著處理時(shí)間的推移，未施用脫硫石膏處理的土壤無機(jī)碳含量先增加后減少再增加再減少，變幅較小，總體呈現(xiàn)平穩(wěn)的狀態(tài)。施用脫硫石膏處理的土壤無機(jī)碳含量隨著時(shí)間的推移先減少后增加再增加再減少，在處理后第2、7 d出現(xiàn)峰值。整體來看，施用量為10、40 t/hm2處理的土壤無機(jī)碳含量較其他處理的高（圖2（d））。

2.5鹽堿土碳密度變化與環(huán)境因子的關(guān)系

圖3為鹽堿土碳密度變化與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系。由圖可知，不同處理水平下土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳密度變化受環(huán)境因子和氣候要素的影響。有機(jī)碳密度與脫硫石膏施用量、土壤全鹽、溫度及蒸散發(fā)呈顯著正相關(guān)，與土壤pH、風(fēng)速、降水量呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤含水率和相對濕度呈輕微負(fù)相關(guān)（Pgt;0.05）。無機(jī)碳密度與土壤鹽分呈顯著正相關(guān)關(guān)系，隨著土壤鹽分含量的增加，無機(jī)碳密度呈增加趨勢，無機(jī)碳密度與脫硫石膏施用量、土壤pH、溫度、降水量及蒸散發(fā)呈顯著負(fù)相關(guān)。此外，施用脫硫石膏顯著改變了土壤pH和鹽分，隨著脫硫石膏施用量的增加，土壤pH顯著減小，而土壤鹽分顯著增加。

3討論

3.1脫硫石膏施用對鹽堿土改良效果的影響

施用脫硫石膏改良后，厚度為0～20 cm土層土壤pH明顯減小，且隨著脫硫石膏施用量的增大，土壤pH進(jìn)一步減小。這是由于脫硫石膏施用于鹽堿土壤時(shí)，溶解在土壤中的Ca2+置換出土壤膠體吸附的Na+，并通過淋洗將其淋溶到土壤下層，從而降低土壤pH［26］?？扇軕B(tài)CaSO4與NaHCO3反應(yīng)生成CaCO3及Na2SO4，也有利于土壤向中性轉(zhuǎn)化，進(jìn)而降低土壤pH［10］。此外，隨著脫硫石膏施用量的增加，土壤pH變化幅度較小。通過大量研究可知，脫硫石膏施加量為45 t/hm2左右時(shí)，可有效降低土壤pH［27-29］。與前人研究結(jié)果一致，土壤pH降低率并不與脫硫石膏施加量呈正相關(guān)［30-31］。同時(shí)，不同處理水平下，厚度為0～20 cm土層的理化性質(zhì)隨時(shí)間在不斷變化。在土壤改良初期，隨脫硫石膏的施用量的增加土壤pH呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，但隨著處理時(shí)間的延長，土壤中碳酸鹽因Ca2+的流失而加速水解，土壤pH有增加的趨勢，在處理第42 d的土壤pH較前期有所增加（見圖2）。這是由于脫硫石膏的施用量不同，在相同的灌水量作用下，將使一部分溶解性物質(zhì)帶到下層。隨著處理時(shí)間的延長，在區(qū)域氣候溫度、蒸發(fā)等作用下，帶動(dòng)可溶性離子隨毛細(xì)管水的作用聚積表層土壤，導(dǎo)致HCO3-的濃度逐漸升高而使pH提高［32］。與土壤pH變化相反，施用脫硫石膏處理顯著增加了土壤鹽分含量。已有的研究也發(fā)現(xiàn)，采用相同的灌溉水平，雖然脫硫石膏施用量的增加能夠降低土壤pH、容重，但土壤中鹽基離子含量上升，土壤鹽分呈上升趨勢［3，10］；趙錦慧等［33］通過對內(nèi)蒙古土默川平原的堿化土壤改良實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，脫硫石膏施用量與增產(chǎn)率并不呈正相關(guān)關(guān)系，如果超過最佳施用量，不僅不會(huì)起到增產(chǎn)作用，還有可能增加土壤鹽分含量。此外，隨著處理時(shí)間的推移土壤鹽分呈先增加后減少的趨勢，由于石膏施用量較大，石膏不能快速溶解，施用的脫硫石膏顆粒在淋洗初期可能會(huì)阻塞土壤的傳導(dǎo)孔隙，從而暫時(shí)降低土壤傳導(dǎo)能力，導(dǎo)致土壤鹽分在不同改良階段出現(xiàn)波動(dòng)性變化。

3.2脫硫石膏施用對鹽堿土固碳效應(yīng)的影響

本研究中發(fā)現(xiàn)，施加脫硫石膏到鹽堿土中，引起的土壤碳含量變化趨勢和相應(yīng)的碳組成變化不同。在表層（0～20 cm）土壤中，施用脫硫石膏為40 t/hm2的SOC顯著高于其他處理方式，其他施用脫硫石膏處理的相比未施用的有下降趨勢。未施加脫硫石膏處理時(shí)，單獨(dú)灌溉有利于減緩?fù)寥利}堿脅迫（見表1、2），促進(jìn)作物生長發(fā)育，從而增加碳輸入量。脫硫石膏的施用顯著增加土壤離子含量，即電導(dǎo)率（見表2），從而增強(qiáng)鹽分脅迫，限制植物根系生長發(fā)育，降低向土壤中的有機(jī)碳輸入量［34］，有機(jī)碳密度與土壤鹽分間的正相關(guān)關(guān)系也更好的說明了這一觀點(diǎn)。同時(shí)，隨處理時(shí)間的延長，SOC含量先增加，在處理后第2 d有機(jī)碳含量最大，隨后降低最后趨于平緩的狀態(tài)。改良后0～3 d為土壤化學(xué)反應(yīng)的活躍期，改良后第15 d，土壤改良基本完成［35］。此外，施用脫硫石膏，提高了土壤中Ca2+的含量，改善了土壤結(jié)構(gòu)，有利于新的土壤團(tuán)聚體形成，土壤團(tuán)聚體對SOC的包藏和吸附作用降低了其礦化速率［36］。

在厚度為0～20 cm土層，施用脫硫石膏為10、40 t/hm2的SIC含量高于未施用的，而施用量為20、30、50 t/hm2的要低于未施用的。在gt;20～40 cm土層，未處理的SIC含量和儲(chǔ)量顯著高于施用脫硫石膏處理的SIC，并且隨著土壤深度的增加，SIC含量減少，可能是改良時(shí)添加水灌溉，導(dǎo)致土壤中部分可溶性無機(jī)碳被淋洗遷移進(jìn)入下層土壤中［23］。此外，SIC的含量隨處理時(shí)間的不同有較大的變化（見圖2），隨著時(shí)間的推移SIC呈先增加后減少再增加再減少的趨勢，在處理后第2、7 d出現(xiàn)2次峰值。這種現(xiàn)象的可能原因是施用脫硫石膏對土壤無機(jī)固碳可能存在著正、反作用。施用脫硫石膏會(huì)不斷產(chǎn)生Ca2+，與土壤中的HCO3-、CO32-生成CaCO3，促進(jìn)土壤無機(jī)碳固存［37］，隨著土壤中HCO3-、CO32-的消耗，土壤與空氣形成分壓差，促進(jìn)大氣中的CO2向HCO3-轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步固定碳酸鹽儲(chǔ)存于土壤中［38］。相反，脫硫石膏溶解產(chǎn)生的Ca2+可以通過離子鍵橋等作用保護(hù)了SOC，會(huì)降低SOC的礦化速率，從而起到抑制SIC形成的作用［25］。綜合來看，短期內(nèi)脫硫石膏可參與反應(yīng)將CO2固定，從而增加改良層土壤的無機(jī)碳儲(chǔ)量。在更長的時(shí)間段內(nèi)，脫硫石膏施用反而會(huì)促進(jìn)土壤碳儲(chǔ)量減小。

4結(jié)論

添加脫硫石膏后改良層（0～20 cm）土壤pH明顯下降，與土壤pH變化相反，土壤鹽分含量隨脫硫石膏的增加而增加，而脫硫石膏對厚度gt;20～40 cm土層的影響較小。在0～20 cm土層，施用脫硫石膏量為40 t/hm2處理的土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳含量均比其他處理的高，隨著土壤深度的增加，土壤有機(jī)碳和無機(jī)碳含量降低；從時(shí)間因素來看，改良前期，脫硫石膏促進(jìn)了土壤無機(jī)碳固存，而在處理后期脫硫石膏對土壤碳固存卻起到抑制作用。此外，研究表明，土壤碳密度變化受多種因素影響，其中土壤pH、土壤鹽分、降水量和蒸散發(fā)與碳儲(chǔ)量有顯著相關(guān)性。

利益沖突聲明（Conflict of Interests）

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)（Author’s Contributions）

孫金金、李福杰和王玉剛進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，孫金金和馬斌參與了論文的寫作和修改，韓風(fēng)和姚國棟分析了研究數(shù)據(jù)。所有作者均閱讀并同意了最終稿件的提交。

The study was designed by SUN Jinjin，LI Fujie，and WANG Yugang.The manuscript was written and revised by SUN Jinjin and MA Bin.The research data was analyzed by HAN Feng and YAO Guodong.All authors have read the last version of paper and consented for submission.

參考文獻(xiàn)（References）

［1］屈忠義，孫慧慧，楊博，等.不同改良劑對鹽堿地土壤微生物與加工番茄產(chǎn)量的影響［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2021，52（4）：311-318，350.

QU Z Y，SUN H H，YANG B，et al.Effects of different amendments on soil microorganisms and yield of processing tomatoin saline alkali soil［J］.Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2021，52（4）：311-318，350.

［2］SUAREZ D L.Sodic soil reclamation：modelling and field study［J］.Aust J Soil Res，2001，39：1225-1246.

［3］WANG Y G，WANG Z F，LIANG F，et al.Application of flue gas desulfurization gypsum improves multiple functions of saline-sodic soils across China［J］.Chemosphere，2021，277：130345.

［4］WANG S J，CHEN Q，LI Y，et al.Research on saline-alkali soil amelioration with FGD gypsum［J］.Resources，Conser-vation and Recycling，2017，121（1）：82-92.

［5］SHAABAN M，ABID M，ABOU-SHANAB R A，Amelioration of salt affected soils in rice paddy system by application of organic and inorganic amendments［J］.Plant Soil Environ，2013，59，227-233.

［6］WANG J，YANG P.Potential flue gas desulfurization gypsum utilization in agriculture：acomprehensive review［J］.Renew Sustain Energy Rev，2018，82：1969-1978.

［7］CROCKER W.History of the use of agricultural gypsum［M］.Chicago：Gypsum Industries Association，1922.

［8］DESUTTER T M，CIHACEK L J，RAHMAN S.Application of flue gas desulfurization gypsum and its impact on wheat grain and soil chemistry［J］.J Environ Qual，2014，43：303-311.

［9］崔媛，張強(qiáng)，王斌，等.脫硫石膏對重度蘇打鹽化土中主要離子淋洗的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2016，30（1）：310-314.

CUI Y，ZHANG Q，WANG B，et al.Effect of desulfurized gypsum on leaching of major ions in heavy soda saline soil［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2016，30（1）：310-314.

［10］石婧，黃超，劉娟，等.脫硫石膏不同施用量對新疆鹽堿土壤改良效果及作物產(chǎn)量的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2018，12（6）：1800-1807.

SHI J，HUANG C，LIU J，et al.Effects of different application amount of flue gas desulfurization gypsum on amelioration of saline-alkali soil and crop yield in Xinjiang，China［J］.Chinese Journal of Environmental Engineering，2018，12（6）：1800-1807.

［11］ZHAO Y G，WANG S J，LI Y，et al.Effects of straw layer and flue gas desulfurization gypsum treatments on soil salinity and sodicity in relation to sunflower yield［J］.Geoderma，2019，352（1）：13-21.

［12］NAN J，CHEN X，WANG X，et al.Effects of applying flue gas desulfurization gypsum and humic acid on soil physico?chemical properties and rapeseed yield of a saline-sodic cropland in the eastern coastal area of China［J］.J Soils Sediments，2016，16：38-50.

［13］QADIR M，NOBLE A D，SCHUBERT S，et al.Sodicity-induced land degradation and its sustainable management：problems and prospects［J］.Land Degrad Dev，2006，17：661-676.

［14］孫豐華，陳炳銘，王玉剛.施用脫硫石膏對荒漠堿土剖面土壤有機(jī)碳分布的影響［J］.中國粉體技術(shù)，2023，29（3）：1-11.

SUN F H，CHEN B M，WANG Y G.Effects of applying desulfurized gypsum on soil organic carbon distribution in profile of desert alkaline soil［J］.China Powder Science and Technology，2023，29（3）：1-11.

［15］祁晨華，呂志遠(yuǎn)，楊培嶺，等.脫硫副產(chǎn)物改良堿化土壤綜述［J］.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，28（1）：201-203.

QI C H，LV Z Y，YANG P Y，et al.Summary of improving sodic soils with desulphurization by-product［J］.Journal of Inner Mongolia Agricultural University：Nature Science，2007，28（1）：201-203.

［16］張翼夫，李洪文，胡紅，等.打孔灌沙促進(jìn)漫灌下鹽堿土水分下滲提高脫鹽效果［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2017，33（6）：76-83.

ZHANG Y F，LI H W，HU H，et al.Punching and filling sand method increasing water infiltration and desalting rate of saline-alkali soil under flooding irrigation［J］.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，2017，33（6）：76-83.

［17］蘇培璽，王秀君，解婷婷，等.干旱區(qū)荒漠無機(jī)固碳能力及土壤碳同化途徑［J］.科學(xué)通報(bào)，2018，63（8）：755-765.

SU P X，WANG X J，XIE T T，et al.Inorganic carbon sequestration capacity and soil carbon assimilation pathway of deserts in arid region［J］.Chinese Science Bulletin，2018，63（8）：755-765.

［18］RENFORTH P，MAYES W M，JARVIS A P，et al.Contaminant mobility and carbon sequestration downstream of the Ajka（Hungary）red mud spill：the effects of gypsum dosing［J］.Sci Total Environ 2012，421：253-259.

［19］HAN Y S，TOKUNAGA T K，SALVE，R，et al.Environmental feasibility of soil amendment with flue gas desulfurization gypsum（FGDG）for terrestrial carbon sequestration［J］.Environmental Earth Sciences，2016，75：1148.

［20］YU H L，YANG P L，LIN H，et al.Effects of sodic soil reclamation using flue gas desulphurization gypsum on soil pore characteristics，bulk density，and saturated hydraulic conductivity［J］.Soil Science Society of America Journal，2014，78（4）：1201-1213.

［21］HAYNES R J，NAIDU R.Influence of lime，fertilizer and manure applications on soil organic matter content and soil physical conditions：a review［J］.Nutrient Cycling in Agroecosystems，1998，51（2）：123-137.

［22］趙輝，楊涓，騰迎鳳，等.脫硫渣廢棄物對鹽堿地油葵根際微生物數(shù)量及土壤酶活性的影響［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19（11）：2718-2721.

ZHAO H，YANG J，TENG Y F，et al.Effects of gypsum application rate on the quantity of microorganisms and activity of enzymes in Helianthus annuus rhizospheric［J］.Ecology and Environmental Sciences，2010，19（11）：2718-2721.

［23］王著峰，王玉剛，陳園園，等.施加脫硫石膏對鹽堿土固碳的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2021，35（2）：353-360.

WANG Z F，WANG Y G，CHEN Y Y，et al.Effects of applying flue gas desulfurization gypsum（FGDG）on carbonsequestration in saline-sodic soils［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2021，35（2）：353-360.

［24］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1999：152-154.

LU R K.Methods for agricultural chemical analysis of soil［M］.Beijing：China Agricultural Science and Technology Press，1999：152-154.

［25］GUO Y，WANG X J，LI X L，et al.Dynamics of soil organic and inorganic carbon in the cropland of upper Yellow River Delta，China［J］.Scientific Reports，2016，6：36105.

［26］姜展博，寧松瑞，王全九.脫硫石膏改良鹽堿土壤綜合效果評價(jià)研究［J］.土壤學(xué)報(bào)，2024，61（3）：687-698.

JIANG Z B，NING S R，WANG Q J.A comprehensive evaluation of the effect of desulfurized gypsum for improving saline-alkali soil［J］.Acta PedologicaSinica，2024，61（3）：687-698.

［27］姜同軒，陳虹，張玉龍，等.脫硫石膏不同施用量對鹽堿地改良安全性評價(jià)［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，56（3）：438-445.

JIANG T X，CHENG H，ZHANG Y L，et al.Safety evaluation of different application rates of desulfurization gypsum on saline-alkali land improvement［J］.Xinjiang Agricultural Sciences，2019，56（3）：438-445.

［28］李玉波，許清濤，李廣帥.脫硫石膏改良輕度堿化土壤對燕麥生長的影響研究［J］.白城師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，32（10）：1-5.

LI Y B，XU Q T，LI G S.Research on the effect of oat growth by using desulfurized gypsum and mildly improving alkaline soil［J］.Journal of Baicheng Normal University，2018，32（10）：1-5.

［29］許清濤，李玉波，李曉東.脫硫石膏改良堿化土壤試驗(yàn)研究：以白城市為例［J］.中國農(nóng)機(jī)化，2011，32（6）：126-130.

XU Q T，LI Y B，LI X D.Optimal application rate of desulfurized gypsum in ameliorating soils moderate in sodic salinity：Baicheng city as an example［J］.Chinese Agricultural Mechanization，2011，32（6）：126-130.

［30］王遵親，祝壽泉.中國鹽漬土［M］.北京：科學(xué)出版社，1993：445-446.

WANG Z Q，ZHU S Q.Saline soil of China［M］.Beijing：Science Press，1993：445-446.

［31］樊麗琴，楊建國，尚紅鶯，等.淋洗水質(zhì)和水量對寧夏龜裂堿土水鹽運(yùn)移的影響［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2015，29（6）：258-262.

FAN L Q，YANG J G，SHANG H Y，et al.Effects of the quality and quantity of leaching water on soil water and salt movement of takyricsolonetzsin Ningxia［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2015，29（6）：258-262.

［32］樊麗琴，楊建國，尚紅鶯，等.脫硫石膏施用下寧夏鹽化堿土水鹽運(yùn)移特征［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2017，31（3）：193-196.

FAN L Q，YANG J G，SHANG H Y，et al.Characteristics of soil water and salt movement in a saline alkali soil treated with desulfurized gypsum［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2017，31（3）：193-196.

［33］趙錦慧，烏力更，李楊，等.石膏改良堿化土壤過程中最佳灌水量的確定：選定20 cm為計(jì)劃改良層［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2003，17（5）：106-109.

ZHAO J H，WU L G，LI Y，et al.Conformation of optimal irrigation during course of gypsum improving basified soil：select 20 cm as planning improvement layer［J］.Journal of Soil and Water Conservation，2003，17（5）：106-109.

［34］RATH K M，ROUSK J.Salt effects on the soil microbial decomposer community and their role inorganic carbon cycling：a review［J］.Soil Biology Biochemistry，2015，81（1）：108-123.

［35］陳炳銘，馮文婷，王玉剛，等.脫硫石膏在堿土改良中的無機(jī)固碳作用［J］.土壤學(xué)報(bào)，2024，61（1）：247-257.

CHEN B M，F(xiàn)ENG W T，WANG Y G，et al.Inorganic carbon sequestration effect of desulfurized gypsum in alkaline soilimprovement［J］.Acta PedologicaSinica，2024，61（1）：247-257.

［36］黃昌勇，徐建明.土壤學(xué)［M］.3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2010.HUANG C Y，XU J M.Pedology［M］.3rded.Beijing：China Agriculture Press，2010.

［37］MIKHAILOVA E A，GODDARD M A，POST C J，et al.Potential contribution of combined atmospheric Ca2+and Mg2+wetdeposition within the continental US to soil inorganic carbon sequestration［J］.Pedosphere，2013，23（6）：808-814.

［38］張文新，張文超，王淑娟，等.脫硫石膏對堿化土壤膠體絮凝的影響［J］.土壤，2021，53（3）：555-562.

ZHANG W X，ZHANG W C，WANG S J，et al.Effect of flue gas desulphurization gypsum on colloidal flocculation in sodic soil［J］.Soils，2021，53（3）：555-562.

Effects of applying flue gas desulfurized gypsum on improvement and carbon sequestration in saline-sodic soils

SUN Jinjin1，2，3，MA Bin4，5，LI Fujie4，5，HAN Feng4，5，YAO Guodong4，5，WANG Yugang1，2，3

1.Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，China；

2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；

3.National Fukang Desert Ecosystem Field Science Observation and Research Station，Chinese Academy of Sciences，F(xiàn)ukang 831505，China；

4.Urumqi Comprehensive Survey Center on Natural Resources，Urumqi 830057，China；

5.Key Laboratory of Natural Resource Coupling Process and Effects，F(xiàn)ield Observation and Research Station of Water Resources and Ecological Effect in Lower Reaches of Tarim River Basin，Korla 841000，China

Abstract

Objective Global saline-alkali land covers extensive areas，with China alone having approximately 99 million hectares of such land.This issue is exacerbated by climate change and improper agricultural practices，posing a primary constraint on agricul?tural development in arid regions.Gypsum is recognized as an economical and environmentally friendly chemical amendment for saline-alkali soils.This study investigates the impact of desulfurized gypsum on the physicochemical properties of soil within the 0～40 cm depth range in desert saline-alkali areas of Xinjiang，aiming to elucidate its role in soil improvement and carbon sequestration.Furthermore，this research aims to reveal the quantitative relationship between the application rate of desulfurized gypsum and soil organic and inorganic carbon content and reserves，as well as the influence of various environmental factors on soil improvement processes.These findings will provide a scientific basis for the amelioration and carbon sequestration of saline-alkali soils in arid regions，thereby mitigating the adverse effects of soilsalinization on agricultural productivity.

Methods The study was conducted in the downstream area of the Tarim River，situated at the northeast edge of the Taklimakan Desert.The experimental design involved subdividing a 10 m×10 m plot into 30 smaller plots measuring 100 cm×100 cm each.Soil drilling was conducted at seven time points（1，2，3，5，7，21，and 42 d）post-treatment to obtain layered soil samples at depths of 0～20 cm and 20～40 cm.A range of soil parameters，including pH，electrical conductivity（σ），organic carbon con?tent（wo），inorganic carbon content（wi），soil bulk density，and soil water content（ws），were analyzed.

Results and Discussion The study investigated the effects of different application rates of desulfurized gypsum（0，10，20，30，40，and 50 t/hm2）on soil improvement and carbon sequestration in the 0～40 cm soil layer.Results revealed a significant reduc?tion in soil pH within the 0～20 cm layer following desulfurized gypsum application，accompanied by increased soil salinity com?pared to the control treatment.Additionally，soil organic carbon storage peaked at an application rate of 40 t/hm2，exhibiting a 0.029 kg/m2 increase over the control.Compared to the control，soil inorganic carbon storage increased by 0.211 kg/m2 and 0.182 kg/m2 with application rates of 10 and 40 t/hm2 of desulfurized gypsum，respectively，while the remaining treatments showed lower inorganic carbon storage than the control.The impact of desulfurized gypsum on soil carbon sequestration was most pronounced within 0～7 days after application，with the greatest effect observed at an application rate of 40 t/hm2.Furthermore，correlation analysis indicated that changes in soil carbon storage were significantly associated with soil pH，soil salinity，precipi?tation，and evapotranspiration.

Conclusion After the addition of desulfurized gypsum，the pH of the amended soil layer（0～20 cm）significantly decreased，exhibiting an inverse relationship with soil pH changes.Conversely，soil salinity increased with higher desulfurized gypsum application rates，particularly evident in the 0～20 cm layer，whereas the impact on the 20～40 cm layer was minimal.Within the 0～20 cm layer，treatment with 40 t/hm2 of desulfurized gypsum resulted in higher organic carbon and inorganic carbon content compared to other treatments.Carbon content decreased with increasing soil depth.Over time，desulfurized gypsum initially promoted inorganic carbon sequestration，but later stages of treatment showed an inhibitory effect on soil carbon sequestration.Furthermore，the study revealed that changes in soil carbon density were influenced by various factors，with significant correla?tions observed between soil pH，soil salinity，precipitation，evapotranspiration，and carbon storage.From the perspective of the improvement effect and carbon sequestration of saline-sodic soils，an application rate of 40 t/hm2 of flue gas desulfurized gypsum can significantly reduce soil pH and has a significant carbon sequestration effect.

Keywords：saline-sodic soils；desulphurization gypsum；soil improvement；soil carbon sequestration

（責(zé)任編輯：吳敬濤）