降碱抑盐改良剂对重度盐化碱土的改良效果

秦 萍，张俊华，孙兆军，贾萍萍

(1. 宁夏大学环境工程研究院，宁夏 银川 750021；2. 宁夏旱区资源评价与环境调控重点实验室，宁夏 银川 750021；3. 宁夏大学资源环境学院，宁夏 银川 750021)

土壤盐渍化通常发生在干旱、半干旱、排水困难地区[1]。盐渍化土壤由于其高pH值、高含盐量、肥力低下而严重影响植被生长[2]。采取有效措施改良盐渍化土壤，提高土壤质量是一项长期工作[1]。王文杰等[3]以聚马来酸酐和聚丙烯酸两种高分子聚合物配合木焦油、木醋液等为降、阻盐碱剂, 对重度盐碱地进行改良收到良好效果。孙在金等[4]在黄河三角洲滨海盐碱土壤改良中，在保证灌溉量的基础上采用脱硫石膏与腐植酸配施可达到良好的盐碱地改良效果。张涛[5]得出磷石膏可以降低盐渍化土壤的pH值和电导率，能够增加作物Ca和Na含量，降低其K含量。张丹等[6]研究发现文冠果果壳、古龙酸母液、截短侧耳素发酵废水能够显著降低土壤pH 值、碱化度、可溶性盐含量，显著提高土壤养分含量。董伟等[7]通过磺化、接枝共聚等化学改性技术合成的钙盐(其中硫磺17%，腐殖酸50%，含钙物质33%)也可以达到改良盐渍化土壤的效果。此外，石膏、生物炭、无水钾镁矾、硫磺、堆肥、铝土矿、厩肥、沸石、膨润土、方解石、醋糟、沼气渣等都能够降低盐渍化土壤pH值、EC，增加土壤有机质和养分含量[8-15]。打孔灌沙、喷灌淋洗等也是土壤脱盐的有效工程措施[16-17]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在宁夏银北西大滩，位于宁夏贺兰山东麓洪积扇边缘，属于黄河中上游灌溉地区(106°24′ E，38°50′ N)，该地区属干旱的暖温带季风气候。年平均降水量为205 mm，年蒸发量1 875 mm。一般地下水埋深1.5 m左右。供试土壤为重度碱化盐土，土壤基本理化性状见表1和表2。

1.2 研究方案

试验共设置6个处理，其中处理1：CK(不施用脱硫石膏和改良剂)；处理2：脱硫石膏；处理3：脱硫石膏+糠醛渣+菌肥；处理4：脱硫石膏+醋糟+菌肥；处理5：脱硫石膏+糠醛渣+醋糟+菌肥；处理6：脱硫石膏+菌肥。3种改良剂的基本性质见表3。

表1 试验地土壤基本理化性状背景值

表2 试验地土壤盐分离子含量

表3 改良剂原料基本性质

小区面积为5 m×8 m(40 m2)，各小区之间间隔0.5 m。试验采用随机区组排列，4次重复，共24个小区。小区之间打埂，高30 cm，宽50 cm。改良剂施用量：脱硫石膏30 t·hm-2，糠醛渣15 t·hm-2，醋糟15 t·hm-2，菌肥150 kg·hm-2。菌肥为市场购买的普通菌肥。

2013年种植前施基肥：有机肥30 t·hm-2，N-P2O5-K2O为13-7-2。有机肥与改良剂结合整地施用，全部磷肥、钾肥和60%氮肥在撒播前施用，40%氮肥分别在苗期、分蘖期和孕穗期追施。对照处理除不施用脱硫石膏和改良剂外，肥料施用与管理措施均与其他处理完全相同。2014年和2015年没有施用任何基肥、改良剂，出苗稳定后追肥2次；2016年播种前施用基肥和2013年量相同，但未施用改良剂。水稻于每年5月10日前后均匀撒播，每年收获时用小型收割机按小区收获，实测小区产量。品种为吉特605，播种量为300 kg·hm-2。

1.3 测定指标

在水稻撒播前采集基础土壤样品(土层分别为0～20、20～40、40～60 cm)，水稻收获后在每个小区采集不同层次土壤样品，每层采集5个土样混匀后作为该层土样，风干后过筛进行理化性状的测定。pH值—酸度计法，EC—电导率仪，分盐—EDTA络合滴定法等；有机质—外加热法，碱解氮—碱解扩散法，有效磷—Oslen法，速效钾—火焰光度计法[19]。分别于2013年6月20日、2014年6月22日、2015年6月22日和2016年6月21日进行各小区水稻保苗率的调查；于2013年7月30日、2014年8月4日、2015年8月13日和2016年8月10日测定各小区水稻株高。

1.4 数据分析

测定数据采用SAS软件进行差异性显著分析。

2 结果与分析

2.1 不同改良剂对土壤盐碱指标的影响

改良4年间第1年各处理0～20 cm土层pH值就比对照降低，但降幅均未达显著水平，其中T5相对降幅最大，T6最小，T3与T4基本持平；第四年表层pH值较第三年略有上升。土壤ESP变化趋势与pH值相似，但降幅明显大于pH值降幅。经过4年改良，T3～T5中0～60 cm土层土壤pH值平均降低0.54～1.46，该土层ESP较初始值平均降低16.87%～32.60%；除了对照外，其他处理0～20 cm土层pH值均小于8.5，ESP小于10%，达到轻度碱化土壤水平。本研究所选用的主要改良剂原料为酸性物质，可以在一定程度上中和土壤碱度，降低钠对钙镁离子的比值，并能活化CaCO3中的Ca2+离子，使其与碱化土壤胶体吸附的钠进行交换[20]，通过排水将交换出的盐碱成分排走，从而降低土壤交换性Na+的含量，降低土壤pH值和碱化度。T5中糠醛渣和醋糟2种酸性改良剂都有，故改良效果优于其他处理，而T6中只有脱硫石膏和菌肥，原料呈弱酸性，对土体中Na+的代换有限，故pH值和EC与对照差异较小。

改良第1年，各处理0～20 cm土层EC高于20～40 cm土层(图2)，施用改良剂后EC均有不同程度的降低，其中T5 EC最低，只施用脱硫石膏的处理T2降幅最小，T6土壤EC略低于T2。改良第2年和第3年各土层各处理EC不断降低，其中第3年T5只有200 μS·cm-1左右，第4年土体EC整体比第3年有所升高，但低于第2年水平。4年间0～60 cm土体T2～T6分别比T1降低19.26%、27.70%、25.08%、38.92%和22.95%。“盐随水来，盐随水去”，种稻本身就是洗盐的有效措施[21]；此外，施用脱硫石膏、糠醛渣等改良剂会降低土壤容重，增加土壤孔隙度，改善土壤结构，增加土壤渗透速度[18]，使洗出的盐分尽快排出，也会起到降低土壤EC的作用。改良前三年各改良剂改良效果明显，到第4年各原料已基本消耗殆尽，所以土体EC开始上升，故文中改良剂施用有效期限为3～4 a。

注：相同年份相同土层不同字母表示差异显著(P<0.05),下同。 Note: Different letters at same layer in same year represent significant difference P<0.05, the same below.图1 不同处理下土壤pH值和碱化度的变化Fig.1 Variation of soil pH values and ESP in different treatments

图2 不同处理下EC的变化Fig.2 Variation of soil EC under different treatments

2.2 不同改良剂对土壤有机质和速效养分的影响

各处理0～20 cm土层土壤有机质显著高于20～60 cm土层(图3)。施用改良剂均可以使土壤有机质含量增加，其中T5增幅最大，T3略低于T4，T6和T2增量相近。除了T5外，其他5个处理20～60 cm土层有机质基本持平。4年间0～20 cm土层T2～T6有机质分别比T1增加了1.30、3.97、4.03、5.16 g·kg-1和2.15 g·kg-1。不同处理土壤速效养分含量的变化趋势与有机质相似，但增幅大于有机质增幅，T5碱解氮、速效钾增幅最大，其次为T4；施用醋糟对土壤速效磷的增幅大于糠醛渣T3的增幅。4年间0～20 cm土层T2～T6碱解氮分别比T1增加了16.16%、52.21%、74.45%、118.15%和34.32%；0～20 cm土层T2～T6速效磷分别比T1增加了11.18%、41.48%、31.71%、70.53%和28.86%；0～20 cm土层T2～T6速效钾分别比T1增加了5.47%、21.33%、21.74%、23.97%和13.29%。由于第3年仍然没有施用基肥，追肥时追施了硫酸铵和少量过磷酸钙，所以土壤速效钾和速效磷含量低于第2年；第3年冬灌前施用量有机肥(30 t·hm-2)，第4年播种前底肥与第1年相同，所以第4年有机质和养分含量均较第3年有不同程度的增加。醋糟和糠醛渣有机质含量分别高达704.88、523.88 g·kg-1，所以施用后土壤有机质有明显的提升，醋糟中还含有大量养分，故施用醋糟的处理土壤氮、磷、钾含量也较高。大量研究指出，糠醛渣和醋糟中含有大量腐殖酸，能够同时增加土壤有机质和养分含量，从而改善土壤的理化性状[22-23]。

图3 不同处理土壤养分含量的变化Fig.3 Variation of soil nutrients contents in different treatments

2.3 不同改良剂对水稻保苗率和株高的影响

从不同年限保苗情况来看(表4)，不同处理水稻保苗率有较大差异，在2013年和2014年试验期间，水稻出苗后的大概1个月中，T1出苗率大约为35%，然后秧苗逐渐变黄至最后枯萎，到6月下旬保苗率低于5%，保苗率最低，与其他处理呈极显著差异；经过2年的灌水洗盐、种稻，到2015年和2016年对照保苗率有显著提高，分别达到39.3%和49.2%，但都低于单施脱硫石膏和改良剂配合施用的处理，且均呈极显著差异。4年试验中T2保苗率显著高于对照，但普遍低于改良剂配合施用的处理。T3和T4在4年的试验中保苗情况均较高，说明脱硫石膏+糠醛渣(或醋糟)对水稻出苗及保苗的促进效果最佳，且效果稳定。整体来讲，T5保苗率最高，T4保苗率略优于T3。

试验前2年单施脱硫石膏、施用脱硫石膏和改良剂配合施用的处理株高都显著高于对照，其中T5处理株高最高；2015年和2016年对照T1的株高较前两年有显著提高，但仍显著低于施用脱硫石膏和改良剂的处理。4年试验结果表明T5处理株高均高于其他处理，T4次之。可以看出，改良剂的施用对水稻保苗率的提高效果显著，但对株高提升效果不及保苗率明显。作物受盐碱胁迫主要致害因素是渗透胁迫、离子毒害和高pH值胁迫[24]，施用改良剂后土壤Na+、pH值和全盐含量下降，作物根系生长条件得到不同程度改善。此外，改良剂中大量的腐殖酸不仅能够增加土壤有机质和养分，满足作物吸收的需要，还可以减少土壤对磷的固定，能缓冲土壤溶液高浓度的危害[25]，促进作物生长发育。

2.4 不同改良剂对水稻产量指标的影响

T1穗长普遍较短(表5)，其次为T2，其它4个处理穗长基本相同。在试验的4年期间，各处理的穗长普遍随着改良年限的延长而增大，第二年增幅最大，后2 a增幅很小。每穗粒数T5处理相对较多，T1处理最少，且与其他处理呈显著性差异。T1处理空秕数最多，4年平均达到每穗16粒，T5和T2处理空秕数最少，T3和T4差异不大。从结实率整体情况来看，随着改良年限的延长，各处理水稻结实率都逐渐增大，T1和T6处理结实率偏低，其它3个处理结实率相近，4年平均值接近80%。

表4 不同处理下水稻保苗率和株高

注：相同年份不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)，下同。

Note: Difference letters in same year represent significant difference (P<0.05), the same below.

表5 不同处理水稻产量性状的变化

水稻产量是表征水稻长势的最直接指标。虽然各个处理播种前耕作措施和播种后水肥管理完全相同，但不同处理水稻产量高低不同(如图4)。不同处理2013年产量从高到低的顺序为T5 > T3 > T4 > T6 > T2 > T1，4年后产量平均值顺序为T5> T4 > T3 >T6 > T2 >T1。从4年的产量平均值来看，对照平均产量为1 154 kg·hm-2，处理T2～T6分别较对照增产77.92%、118.48%、128.93%、158.10%和102.13%。本研究选用的改良剂活性基团多、并有较强的螯合力和亲合力，形成不溶性有机螯合物，对养分和微量元素的运转与吸收具有较强的生理功能及生物活性[25]，这些都可以促进作物生长发育，从而达到增产的目的。

2.5 不同改良剂处理经济效益分析

各处理除了施用改良剂不同外，平田整地、化肥、有机肥、灌排措施等都完全相同，所以此处只计算改良剂的成本，其他成本忽略不计，以此计算各个处理的收入情况(见表6)。虽然T5产量最高，但由于投入很大，4年来收入却非最高，T4纯收入最高，达到26 933 元·hm-2，其次为T5，与T4无显著性差异，只施用脱硫石膏的处理T2纯收入也达到25 135 元·hm-2，显著高于对照T1。从短期投入来看，施用脱硫石膏、糠醛渣、醋糟、菌肥的处理收入差异不大，但施用脱硫石膏+糠醛渣+菌肥的处理土壤基本理化性状明显优于其他处理，在保证产量的前提下后期投入将会明显减少。

图4 不同处理下水稻的产量Fig.4 Variation of yield of rice in different treatments

3 结 论

1)改良4年间第1年各处理0～20 cm土层pH值就比对照降低，但降幅均未达显著水平，其中T5相对降幅最大，T6最小。土壤ESP和EC变化趋势与pH值相似，但降幅明显大于pH值降幅。

2)施用改良剂可以使土壤有机质含量增加，其中T5增幅最大，T6和T2增量相近。不同处理土壤速效养分含量的变化趋势与有机质相似，但增幅大于有机质增幅，T5碱解氮、速效钾增幅最大，其次为T4；醋糟对土壤速效磷的提升效果大于糠醛渣。

3)施用改良剂对水稻保苗率的提高效果显著，但对株高提升效果不及保苗率明显。施用改良剂可以增大水稻穗长、每穗粒数和结实率，降低空秕数；水稻产量显著提高，T2～T6分别较对照T1增产77.92%、118.48%、128.93%、158.10%和102.13%。T4纯收入最高，其次为T5，T2纯收入也显著高于T1。

表6 不同处理下重度盐化碱土改良四年总产投情况