淤泥质滨海重盐土低成本快速脱盐技术研究

2015-12-16刘雅辉王秀萍张国新鲁雪林

水土保持研究 2015年1期

刘雅辉，王秀萍，李强，张国新，鲁雪林

（河北省农林科学院滨海农业研究所，河北曹妃甸063200）

滨海盐碱土是重要后备资源，同时也是沿海生态问题，是沿海植被修复和植被构建的最大障碍。对滨海重盐土改良利用问题，国内外学者做了大量研究，主要包括盐渍土发生机制、水盐动态变化规律，土壤改良剂筛选等方面的研究［1－6］，并取得较好成果。但以上研究大多是对有结构、全盐含量1.2%以下的盐碱土进行研究与利用，对无结构、土壤全盐含量2.0%以上的滨海重盐土的改良与利用研究，尚不多见，尤其对颗粒组成及其细腻的粉砂质滨海重盐土，更是稀少。粉砂质滨海重盐土，由于盐分含量高，黏土含量更高，一般为48.5%以上，粉砂含量更低，一般为30%左右［7］，土质地细腻，土壤渗透系数低，导致降雨径流损失高，淋溶脱盐效率低，植被覆盖率极低，仅有稀疏耐盐野生植被黄须存在，光板地大于80%，是土壤类型中，含盐最高、土壤改良极其困难的土壤类型。本研究针对滨海区淡水资源短缺、滨海粉砂质黏土淋洗脱盐效率低的问题，采用室内模拟滴灌脱盐技术，开展不同滴灌量淋溶条件下，不同配比的土壤改良剂对粉砂质滨海重盐土的脱盐效果研究。室内淋洗试验减少了许多自然及人为因素的干扰，试验结果较能准确地体现脱盐过程中盐碱性状的变化，为滨海重盐土节本型治理技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试重盐土取自河北省唐山市曹妃甸生态城植被修复区。地处北纬39°12′01.17″—39°12′14.04″，东经118°32′55.52″—118°33′05.34″，属于粉砂质黏土型滨海盐土，土壤全盐含量3.15%，pH值8.05，容重1.47g／cm3，渗透系数0.053 9mm／min，盐分组成以NaCl为主，取土区域为光板地。采集0—30 cm土层混合样，风干、碾压后过20目筛备用。

1.2 土壤改良剂

营养型土壤改良剂由玉米秸秆（A）、磷石膏（B）、有机肥（C）、高活性腐植酸（E）和硫酸锌（F）按一定比例配置而成。玉米秸秆：1.0～2.0cm的短节；磷石膏：工业废料，主要成分CaSO4；高活性腐植酸：内蒙古西蒙科工贸集团生产，有机质干基≥56%，腐植酸干基≥38%；牛粪：腐熟牛粪，有机质≥56%；硫酸锌：工业用硫酸锌。

1.3 试验设计与方法

试验于2013年3月在河北省农科院滨海农业研究所实验室进行。采用土柱模拟滴灌淋洗法，试验土柱用1mm厚的有机玻璃制作，截面内径14cm，高100cm，土柱侧面底部装有排水细管，底部铺设5cm厚的石子作为反滤层。取30cm土柱厚的土样约56 kg与一定配比的土壤改良剂混合后，装入土柱。

土壤淋溶采用可调控模拟滴灌法，滴水速度0.5 L／h。淋溶分6次进行，每次滴量为1L，从有水淋出开始取土样，之后每淋溶1L取土一次，共取土4次，测定土壤盐分、pH值。4次取土滴灌量分别用 W1，W2，W3，W4表示，滴灌水量分别为0.2m3／m2，0.26 m3／m2，0.33m3／m2，0.39m3／m2。

土壤改良剂配比处理采用L16（45）正交设计，设5个因子（A，B，C，D，E），4个水平（1，2，3，4），共16个处理，试验方案见表1。

表1 试验方案

1.4 测定方法

土壤酸碱度（pH）测定采用pH酸度计法；土壤全盐含量测定采用电导率法（水土比为5∶1）。

1.5 数据分析

数据采用Excel 2003和DPS数据处理系统进行统计、分析。

2 结果与分析

2.1 滴灌量对滨海重盐土脱盐的影响

2.1.1 滴灌量对滨海重盐土全盐含量的影响滴灌是淡水淋盐最节本增效的措施之一。在滴灌条件下滨海重盐土添加土壤改良剂淋盐试验中，30cm土层土柱加一定配比改良剂的土壤达到饱和并淋出盐水，持水量为2～2.5L，滴灌3L淡水后，各处理土体中均有水淋出。根据滴灌量与土壤改良剂配比两因素随机区组设计分析（图1）表明，随着滴灌数量的增加滨海盐土平均全盐含量逐渐降低，但不同滴灌水量降低土壤盐分幅度有差异。滴灌水量为W1（0.2m3／m2）时土壤盐分平均值为0.94%，脱盐率70.15%；W2（0.26 m3／m2）处理土壤盐分平均值为 0.67%，脱盐率78.73%；W3（0.33m3／m2）处理土壤盐分平均值为0.59%，脱盐率81.26%；W4（0.39m3／m2）处理土壤盐分平均值为0.61%，脱盐率80.63%。根据差异显著性分析，W1与其它滴灌量处理之间的土壤全盐含量差异达极显著水平；W2，W3，W4处理之间的土壤全盐含量差异不显著，说明滴灌淋盐中前期大水量滴灌可以取得较好的脱盐效果。因此，考虑脱盐效果与节本增效的目的，应该选取0.26m3／m2滴灌量进行重盐土脱盐淋洗。

图1 滴灌量对滨海重盐土全盐含量的影响

2.1.2 滴灌量对滨海重盐土pH值的影响根据滴灌量与土壤改良剂配比两因素随机区组试验分析，结果表明（图2），滴灌与土壤改良剂共同作用可使滨海重盐土pH值迅速降低，滴灌量为W1处理时，pH值降低幅度最大，与其它滴灌量处理对pH值的影响差异达到极显著水平，pH值由原来的8.05降至7.16，土壤类型由碱性土（7.5～8.5）转化为适宜植物生长的中性土（6.5～7.5）。随着滴灌量的增加，pH 值有升高的趋势，但升高幅度不大，W2，W3两处理之间差异不显著；当滴灌量进一步增加至W4处理，pH值又有所下降，降幅也不大，这可能是土壤改良剂的施用使土壤的理化性质发生变化所致。可见，在改良剂与滴灌水量的共同作用下，滴灌水量为0.2m3／m2就能将土壤pH值降低到适宜植物生长的范围。

图2 滴灌量对滨海重盐土pH值的影响

2.1.3 淋溶脱盐过程中滨海重盐土全盐含量与pH值的关系对4次淋溶脱盐过程中土壤全盐含量与pH值进行相关分析，结果表明（表2），土壤全盐含量与pH值呈显著负相关，即土壤全盐含量随土壤pH值的降低而逐渐增加，这种现象在淋溶脱盐后期明显大于前期，这与王丽娜等研究结果一致［8］。因此，综合考虑脱盐率、pH值及在其淋溶过程中它们间的相互关系，淋溶滴灌水量选取W2，盐分及pH值均能达到植物适宜生长的范围，不仅能够实现快速脱盐、节本增效的目的，又能解决随滴灌量的增加，土壤盐分降低、土壤pH值升高的问题。

表2 滴灌过程中滨海重盐土全盐含量与pH值的相关系数

2.2 不同土壤改良剂对滨海重盐土脱盐的影响

2.2.1 不同土壤改良剂对滨海重盐土全盐含量的影响滴灌量0.26m3／m2的滴灌条件下，应用正交设计极差分析法对滴灌后土壤全盐含量进行极差分析并作图，结果表明（图3），5个因素对土壤全盐含量的影响顺序为磷石膏＞腐植酸＞有机肥＞ZnSO4＞秸秆。可以看出，磷石膏是土壤全盐量影响最大的因素，但不是降低土壤全盐量贡献最大的因素，根据图3曲线，磷石膏的施用使土壤全盐量增加了，而且土壤全盐量随着磷石膏施入量增加而略有增加，说明施入脱硫石膏过量可导致土壤全盐量增加，与邵玉翠等［9］研究结果一致。施用磷石膏后，土壤的理化性质得到明显改善，施用量越大，土壤渗透性越好、硬度明显降低［10］。同样从图3还可以看出，腐植酸、有机肥对土壤全盐含量的影响曲线陡峭，而且施用量越大土壤全盐量降低越明显，因此，对土壤脱盐贡献率较大。秸秆与ZnSO4施用量对土壤全盐量的影响曲线平缓，对土壤脱盐贡献率较小。从降低全盐含量来看，最优改良剂配比组合为A1B1C2D2E4。

2.2.2 不同土壤改良剂对滨海重盐土pH值影响从图4看出，5个因素对土壤pH值影响顺序为磷石膏＞腐植酸＞ZnSO4＞秸秆＞有机肥。可见，磷石膏和腐植酸是土壤pH值影响较大的因素，并且随着施入量的增大，pH值降低，说明磷石膏和腐植酸对调节土壤pH值有十分重要的作用。综合分析5个因素对土壤pH值影响，可以看出降低pH值的最优改良剂配比组合为A1B3C3D4E2。

2.2.3 滨海重盐土脱盐改良剂配比最优组合的确定

根据降低全盐含量和pH值来看，得到2种不同的改良剂配比组合。要达到滨海重盐土改良目的，就是使土壤全盐含量和pH值2个指标均降低到适宜植物生长的范围。兼顾降低土壤全盐含量和pH值的作用，择优选择最佳改良剂水平组合是十分关键的。对A因素而言，对土壤全盐含量和对pH值的影响均属于次要因素，而且两指标最优水平都是选取的A1，因此最后选取A1水平；对B因素而言，对全盐含量和对pH值的影响均排在第一位，两指标中分别选B1和B3，因为全盐含量随磷石膏施入量的增加反会而升高，考虑节本增效，应该选取B1水平；对C因素而言，对全盐含量影响排第三位，此时选取的C2，对pH值的影响排末位，因此，以全盐含量的最优水平为准，即选C2水平；对D因素，对全盐含量和对pH值的影响均排在第二位，两指标中分别选取为D2和D4，若选D2，pH值增加1%，若选D4，全盐含量增加43%，因此选取D2水平；对E因素，对全盐含量和pH值的影响均属次要因素，两指标中分别选取为E4和E2，若选取E4，pH值比选E2增加0.5%，选E2，全盐含量增加36%左右，因此选取E4水平。因此，适宜滨海重盐土的改良剂最优水平组合为A1B1C2D2E4，即秸秆0.05m3／m2＋磷石膏3kg／m2＋有机肥0.1 m3／m2＋腐植酸0.06kg／m2＋ZnSO40.12kg／m2。