不同调控材料对滨海盐土快速脱盐效果研究

肖 辉，王立艳，程文娟，赵 杰，潘 洁，陆文龙

（1.天津市农业资源与环境研究所，天津 300192；2.天津市农业科学院，天津 300192）

不同调控材料对滨海盐土快速脱盐效果研究

肖 辉1，王立艳1，程文娟1，赵 杰1，潘 洁1，陆文龙2

（1.天津市农业资源与环境研究所，天津 300192；2.天津市农业科学院，天津 300192）

为给滨海盐土快速脱盐改造提供参考依据，以工农业废弃物秸秆、牛粪、脱硫石膏、醋渣为调控材料，研究不同组合下滨海盐土快速脱盐效果。结果表明，4种组合与对照相比，均可显著降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加土壤渗透性，其中T4（牛粪+醋渣）综合效果最好，与对照相比，土壤容重降低37.93%，土壤孔隙度提高12.37个百分点；各处理0～60 cm土层平均含盐量高低顺序为T1（秸秆+脱硫石膏）＞CK（对照）＞T2（牛粪+脱硫石膏）＞T3（秸秆+醋渣）＞T4（牛粪+醋渣），T1、T2、T3、T4与CK相比分别降低-123.9%，2.23%，30.45%，39.77%；各处理pH值与CK相比均显著下降，由高到低的顺序为CK＞T3＞T4＞T2＞T1，T1、T2、T3、T4与CK相比分别降低0.71，0.50，0.35，0.39个单位；各处理土壤CO、HCO含量均明显下降，脱硫石膏处理还能增加土壤SO、Ca2+、Mg2+含量。综上所述，在改善土壤物理结构、降低土壤盐分方面，牛粪效果明显好于秸秆，醋渣明显好于脱硫石膏；在抑制土壤脱盐碱化方面，脱硫石膏明显好于醋渣，但脱硫石膏容易增加土体总体含盐量。因此，推荐滨海盐土低成本快速脱盐方式为“牛粪+醋渣”。

滨海盐土；快速脱盐；工农业废弃物；土壤理化性质

滨海盐土是在盐渍淤泥上发育而成的土壤，其积盐过程先于成土过程，盐分主要来自于海水，以氯化物为主，具有物理结构差、盐碱重（含盐量＞6.0 g/kg）、地下水埋藏浅且矿化度高等特点［1］。作物及绿化苗木难以生长，利用率低。天津滨海新区总面积2 270 km2，其中盐土占1 142.8 km2，占滨海新区总面积的67.42%［2］，土壤改造与城市绿化面临着巨大的困难，当前，城市绿化以客土为主，但这种绿化方式是以破坏土源地的生态环境为代价，随着人们生态意识的增强，土源地将逐渐减少，因此，客土种植方式将难以为继，原土改造与利用将是今后发展的方向。滨海盐土原土改造措施主要有工程措施，如水利措施［3］、台田［4］、暗管排盐［5］、沙柱［6］等，物理化学措施如施用土壤改良物质［7］、隔离［8］、地表覆盖［9］等，生物措施如种植先锋植物［10］、筛选耐盐细菌［11］等，这些措施对降低土壤盐分、改良土壤结构均有一定作用，但仍然存在工程造价高或改良效果慢等问题。本研究以工农业废弃物（牛粪、秸秆、脱硫石膏、醋渣）为调控材料，组成不同组合，利用模拟试验，探讨不同组合下滨海盐土快速脱盐、改碱效果，以期为滨海盐土低成本快速脱盐、改碱提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

试验设在天津滨海新区大港油田，地处北纬38°40′47″，东经117°30′14″，该地区属温带大陆性季风气候，滨海冲积平原，全年平均气温12℃，无霜期7个月。年降雨量570～690 mm，但分布不均，70%集中在6-8月份，年均蒸发量1 100 mm。地下水位0.9～1.5 m。供试土壤为中壤土，土壤及灌溉水基本性状如表1所示。

表1 供试土壤及灌溉水盐碱情况Tab.1 Tested soil and ir rigation w ater salinity conditions

1.2 试验设计

采用桶栽试验，按照随机区组设计，以秸秆、牛粪为控盐材料，醋渣、脱硫石膏为改碱材料，以不做处理（原土）为对照，共设5个处理，分别为CK：对照（原土）；T1：秸秆1 800 m3/hm2+脱硫石膏22.5 t/hm2；T2：牛粪1 800 m3/hm2+脱硫石膏22.5 t/hm2；T3：秸秆1 800 m3/hm2+醋渣600 m3/hm2；T4：牛粪1 800 m3/hm2+醋渣600 m3/hm2（以上物料用量为与单位面积深60 cm的土掺拌用量），每个处理重复4次。供试秸秆为玉米秸秆，粒径2～4 cm；牛粪为腐熟牛粪，全盐27.43 g/kg，pH值7.46；醋渣全盐含量11.14 g/kg，pH值6.04；脱硫石膏CaSO4·2H2O含量92%，pH值7.14。

供试塑料桶（方桶）规格：长×宽×高为1 m× 1 m×1 m。底部铺设20 cm厚碎石，并在桶壁下部安装排水龙头。各处理按照物料用量与单位面积60 cm厚土层的土掺拌均匀，装桶，厚度60 cm，压实。灌水1 800 m3/hm2，平衡2 h，放水，重复2次。

试验于2014年9月20日开始，2014年9月20日第1次灌水，2014年9月25日第2次灌水；2014年10月10日分层（0～20，20～40，40～60 cm）采集土壤样品。

1.3 样品分析及数据统计

土壤容重采用环刀法测定；土壤总孔隙度采用计算法；土壤渗透性采用室内环刀法测定；全盐采用烘干质量法测定；pH值采用玻璃电极法测定；土壤离子组成测定方法：CO、HCO用双指示剂滴定法测定；Cl-用AgNO3滴定法测定；SO用EDTA间接滴定法测定；Ca2+、Mg2+用EDTA络合滴定法测定；Na+、K+用火焰光度法测定［12］。

数据统计采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同材料组合对土壤物理性状的影响

4种改良组合与对照相比，土壤容重、渗透系数、总孔隙度均产生了显著变化（表2）。土壤容重各处理高低顺序为CK＞T2＞T1＞T3＞T4，T1、T2、T3、T4与CK相比分别降低了21.38%，19.31%，33.79%，37.93%，且与对照之间差异均达显著水平；T1、T2之间差异不显著，但与T3、T4之间差异达显著水平；T3、T4之间差异不显著。表明牛粪、秸秆与醋渣配合对于降低土壤容重效果好于与脱硫石膏配合。

土壤渗透系数显著提高，各处理高低顺序为T2＞T4＞T3＞T1＞CK，T1、T2、T3、T4与CK相比分别提高了18，4 676，480，501倍，差异均达显著水平；T2最高，与其他处理之间差异均达显著水平；T3、T4之间差异不显著，但均与T1之间差异达显著水平。表明牛粪与脱硫石膏配合对于提高土壤渗透性效果最好，牛粪、秸秆与醋渣配合效果次之，秸秆+脱硫石膏效果较差。

土壤总孔隙度各处理高低顺序为T4＞T3＞T2＞T1＞CK，且与CK相比分别提高了12.37，11.12，9.04，7.25个百分点，差异均达显著水平；T4、T3之间差异不显著，T2、T1之间差异也不显著，但T3、T4与T1、T2之间差异达显著水平。表明原土掺拌秸秆、牛粪、醋渣、脱硫石膏均能显著地提高土壤孔隙度，其中牛粪、秸秆与醋渣配合效果较好。

表2 不同组合对土壤物理性状的影响Tab.2 E ffects of different com binations on soil physical p roperties

2.2 不同组合对土壤盐分及pH值的影响

2.2.1 不同组合对土壤全盐含量的影响 各处理土壤剖面全盐含量均呈现由上到下逐渐增加的趋势（表3），即0～20 cm＜20～40 cm＜40～60 cm，如T2，40～60，20～40 cm土壤含盐量分别比0～20 cm土层高出202.2%及66.55%。0～20 cm各处理盐分高低顺序为T1＞CK＞T2＞T3＞T4；T2、T3、T4与CK相比分别降低了7.95%，11.59%，24.83%，差异均达显著水平，但三者之间差异不显著；T1与CK之间的差异也达显著水平。20～40 cm土层各处理高低顺序同样表现为T1＞CK＞T2＞T3＞T4；T2、T3、T4与CK相比分别降低了17.32%，40.18%，42.14%，差异均达显著水平，T2与T3、T4之间差异也达显著水平，T3、T4之间差异不显著；T1含盐量同样显著高于CK。40～60 cm土层各处理高低顺序表现为T1＞T2＞CK＞T3＞T4；T3、T4与CK相比土壤含盐量分别降低30.91%及44.25%，差异均达显著水平；T1、T2含盐量高于CK，T1与CK之间差异显著，T2与CK之间差异不显著。各处理0～60 cm土层平均含盐量与试验前（含盐量11.10 g/kg）相比，除T1外，各处理均显著降低，CK、T2、T3、T4分别降低51.41%，52.52%，66.22%，70.75%，表明采用淡水灌溉洗盐效果明显，但不同材料组合脱盐效果差异显著。各处理0～60 cm土层平均含盐量高低顺序为T1＞CK＞T2＞T3＞T4，T1、T2、T3、T4与CK相比分别降低-123.9%，2.23%，30.45%， 39.77%，T3、T4降盐效果最为明显，与其他处理相比差异均达显著水平，但两者之间差异不显著。T1、T2含盐量较高，且T1远远高于CK，差异也达到了显著水平，原因可能因为T1、T2添加了脱硫石膏，增加了土壤盐分，且秸秆处理所用秸秆粉碎程度不高，施入土壤后通透性差，脱盐能力低，致使盐分含量反而高于对照；T2渗透能力较强，但在增加无机盐分的情况下，平均盐分含量与对照差异不显著。

2.2.2 不同组合对土壤剖面pH值的影响 各处理土壤剖面pH值由上到下均呈现逐渐降低趋势（表3），即0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm，如T1，表层0～20 cm pH值与20～40，40～60 cm相比，分别高出0.11，0.20个单位。各土层（0～20，20～40，40～60 cm）土壤pH值均为改良处理显著低于对照，且高低顺序均为CK＞T3＞T4＞T2＞T1。施用脱硫石膏处理（T1、T2）pH值均低于施用醋渣处理（T3、T4），且20 cm以下土层差异均达显著水平。0～60 cm土层平均pH值高低顺序为CK＞T3＞T4＞T2＞T1，T1、T2、T3、T4与CK相比分别降低0.71，0.50，0.35，0.39个单位。T1处理pH值降低量最大，与其他处理相比差异均达显著水平；T2效果次之，且与T3、T4间的差异达显著水平；T3、T4降碱效果稍差，但与CK相比差异也达显著水平。

不添加任何调控材料的处理CK与原土（pH值8.69）相比，发生了明显的脱盐碱化现象，表层（0～ 20 cm）pH值比原土高出了0.61个单位，添加脱硫石膏处理T1、T2与原土相比，表层分别下降0.34，0.09个单位，添加醋渣处理T3、T4与原土相比也没有发生明显的碱化问题，表明脱硫石膏和醋渣均可防治土壤脱盐碱化，但添加脱硫石膏的效果要好于醋渣。

2.2.3 不同组合对土壤离子组成的影响 各处理不同土层盐分离子组成见表3，与原土相比，CK、T3、T4产生了C，且表层产生量高于底层，T1、T2各土层CO则未检出；对于HCO含量，除T1外，各处理平均含量均有不同程度提高，同样表层要高于底层。各处理Cl-、SO、Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量则随土层的加深均逐渐增加，即随水灌溉发生了向下层迁移。

表3 不同处理各土层盐分及pH值变化Tab.3 Soil salt content and pH in different treatm ents g/kg

3 讨论与结论

3.1 不同材料组合对土壤物理性状的影响

邵玉翠等［13］研究表明，有机物和脱硫石膏可改善土壤通透性，降低土壤容重，增加土壤总孔隙度，这与本研究结果基本一致。4种改良组合对降低原土容重、提高土壤渗透系数和总孔隙度效果明显。原因可能为牛粪、秸秆、醋渣质量轻，且富含植物纤维，因此，施入土壤后能降低土壤容重，提高土壤孔隙度和渗透系数；脱硫石膏含有丰富的SO、Ca2+、Mg2+等可与土壤中的Cl-、Na+进行置换，降低了土壤分散性，促进了土壤团粒结构形成，进而提高土壤渗透性［7］。T4效果好于T3，T2好于T1，原因可能为牛粪经过咀嚼和消化，纤维变短且单位含量远高于秸秆，因此，施入土壤对降低土壤容重和提高土壤孔隙度效果要好于秸秆。

3.2 不同材料组合对土壤全盐及pH值的影响

土壤物理结构状况是土壤脱盐的基础，本试验4种组合土壤物理性状均有明显改善，但各处理土壤脱盐效果不同，T4、T3降盐效果较好，而T2、T1由于添加了脱硫石膏，增加了土壤全盐含量，降盐效果较差，这与王金满等［14］、陈欢等［15］研究结果一致。房宸等［16］研究表明，脱硫石膏本身会在一定程度上增加土壤盐分，但是在灌溉条件下土壤盐分又会逐渐降低。本试验在灌溉2次的情况下，T2（0～60 cm）、T1（0～20 cm）与原土相比均有明显脱盐，且T2（0～40 cm）脱盐效果好于CK，表明虽然初期脱硫石膏增加了土壤全盐含量，但在增加灌溉量及灌溉次数的情况下，盐分增加的影响会逐渐消失。

在不添加改良物质的情况下，盐碱土壤脱盐的同时pH值均有上升趋势，这与前人研究结果一致。关于pH值上升原因，陈巍等［17］认为土壤脱盐导致可溶性Ca2+的淋失，受活度积支配的CaCO3发生部分溶解，提高了溶液中HCO含量，致使土壤pH值上升；毛建华等［18］还认为碱性灌溉水也是致使土壤脱盐碱化的重要原因。本试验对照pH值上升这两方面原因可能同时存在。施用脱硫石膏和醋渣可显著降低土壤pH值［19-20］，且添加脱硫石膏的效果要好于醋渣，原因可能因为醋渣pH值偏低，施入土壤后酸碱中和，降低了pH值；脱硫石膏中的Ca2+与土壤中Na+进行了交换，降低了钠吸附比，并且充足的Ca2+使CO、HCO3-向CaCO3转变，因而降低了土壤pH值；醋渣虽呈酸性但酸度不高，因此pH值降低效果低于脱硫石膏。

3.3 不同组合对土壤离子组成的影响

大水淋洗条件下，土壤脱盐过程离子组成也随之发生了变化［21］，CK与原土相比，总体表现为Cl-、SO、Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量降低，HCO含量增加，并产生了CO，土壤盐分类型由Cl--Na+型，逐渐向HCO-Na+型转变，这与前人研究基本一致［7，17］。采用不同改良措施后离子组成也发生了相应变化，在施用脱硫石膏的情况下，T1、T2与CK相比均表现出HCO含量降低，CO消失，SO、Ca2+、Mg2+、K+含量增加，Cl-、Na+占比下降［13，22］，原因可能为脱硫石膏主要成分为CaSO4，并含有Mg2+、K+等盐分，因此添加之后可增加SO、Ca2+、Mg2+、K+含量，充足的Ca2+又可与CO、HCO结合，生成难溶物质，因此抑制了CO、HCO生成。

在施用醋渣的情况下，T3、T4降盐效果明显，与CK相比CO、Cl-、SO、Ca2+、Mg2+、Na+平均含量均明显下降，HCO、K+含量有上升趋势，原因可能为醋渣进一步提高了土壤通透性，在灌溉条件下盐分更容易随水排除。因此，大部分盐分离子均呈下降趋势；醋渣呈酸性与CK相比更能抑制CO的生成，且醋渣酸性较弱，部分H+可与CO结合生成HCO，致使HCO含量增加。另外，灌溉水中含有部分HCO，同样会增加土壤HCO含量；醋渣本身含有丰富的钾，在腐解的情况下会释放出K+，因此，K+含量有上升趋势。

综上所述，秸秆、牛粪、脱硫石膏和醋渣4种低成本材料合理组合可显著改善土壤物理结构，降低土壤含盐量，调节土壤离子组成，但不同材料效果不同，在综合考虑改良效果和安全条件下，滨海盐土低成本快速脱盐优选“牛粪+醋渣”组合。

［1］ 毛建华，王正祥，刘太祥，等.资源节约环境友好的滨海盐土改良与绿化创新技术［J］.中国农学通报，2009，25（11）：169-172.

［2］ Lian X J，Li M Y，Wang Y，et al.Spatial distribution of soil salinization based on GIS in Tianjin binhai new area［J］.Agricultural Science&Technology，2012，13（5）：1046-1049.

［3］ 王秀丽，张凤荣，王跃朋，等.农田水利工程治理天津市土壤盐渍化的效果［J］.农业工程学报，2013，29（20）：82-88.

［4］ 董晓霞，王学君，刘兆辉，等.滨海盐荒地不同高度台田地下水动态变化与脱盐效果［J］.中国生态农业学报，2011，19（6）：1354-1358.

［5］ 张金龙，张 清，王振宇.天津滨海盐碱土灌排改良工程技术参数估算方法［J］.农业工程学报，2011，27（8）：52-55.

［6］ 张 博，马 晨，马履一，等.盐土改良中砂柱的作用机理研究［J］.农业机械学报，2013，44（6）：122-127，214.

［7］ 王 艳，廉晓娟，王正祥，等.不同改良措施对滨海盐土理化性状的影响［J］.水土保持学报，2015，29（4）：236-240.

［8］ 张 薇，李素艳，孙向阳，等.隔盐层对滨海盐土理化性质的影响［J］.河南农业科学，2013，42（10）：51-54.

［9］ 乔海龙，刘小京，李伟强，等.秸秆深层覆盖对土壤水盐运移及小麦生长的影响［J］.土壤通报，2006，37（5）：885-889.

［10］ 王立艳，潘 洁，肖 辉，等.种植耐盐植物对滨海盐碱地土壤盐分的影响［J］.华北农学报，2014，29（5）：226-231.

［11］ 马 晨，马履一，刘太祥，等.盐碱地改良利用技术研究进展［J］.世界林业研究，2010，23（2）：28-32.

［12］ 鲁如坤.土壤农业化学分析方法［M］.北京：中国农业科技出版社，2000.

［13］ 邵玉翠，任顺荣，廉晓娟，等.盐渍化土壤施用有机物-脱硫石膏改良剂效果的研究［J］.水土保持学报，2009，23（5）：175-178，183.

［14］ 王金满，杨培岭，任树梅，等.烟气脱硫副产物改良碱性土壤过程中化学指标变化规律的研究［J］.土壤学报，2005，42（1）：98-105.

［15］ 陈 欢，王淑娟，陈昌和，等.烟气脱硫废弃物在碱化土壤改良中的应用及效果［J］.干旱地区农业研究，2005，23（4）：38-42.

［16］ 房 宸，苏德荣，端韫文，等.脱硫石膏与灌溉耦合对滨海盐碱土化学性质的影响［J］.水土保持学报，2012，26（5）：59-63.

［17］ 陈 巍，陈邦本，沈其荣.滨海盐土脱盐过程中pH变化及碱化问题研究［J］.土壤学报，2000，37（4）：521-528.

［18］ 毛建华，陆文龙，潘 洁，等.天津滨海盐土的脱盐碱化及其防治［J］.华北农学报，1996，11（1）：87-92.

［19］ 储益萍，王国平，钱 华，等.浅析脱硫石膏综合利用的技术可行性［J］.环境科学与技术，2008，31（6）：86-88，118.

［20］ 高 伟，邵玉翠，杨 军，等.盐碱地土壤改良剂筛选研究［J］.中国农学通报，2011，27（21）：154-160.

［21］ 潘 洁，肖 辉，王立艳，等.咸水冰融化与土壤入渗过程不同盐分离子迁移规律研究［J］.华北农学报，2012，27（1）：210-214.

［22］ 邵玉翠，任顺荣，廉晓娟，等.施用脱硫石膏与天然有机物混合改良剂对盐化潮土理化性质及玉米产量的影响［J］.中国农学通报，2010，26（7）：285-289.

Effect of Different Regu lating M aterials on Fast Desalination of Coastal Saline Soil

XIAO Hui1，WANG Liyan1，CHENGWenjuan1，ZHAO Jie1，PAN Jie1，LUWenlong2
（1.Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment Science，Tianjin 300192，China；2.Tianjin Academy of Agricultural Sciences，Tianjin 300192，China）

Using industrial and agricultural wastes（straw，cow dung，gypsum，vinegar residue）as the regulating materials，the effect of fast desalination of coastal saline soil under different combinationswas investigated in order to provide a reference for fast transformation of coastal saline.The results showed that the four kinds of combination could significantly reduce soil bulk density，improve soil porosity and increase soil permeability compared with the control，ofwhich the comprehensive effect of T4（cow dung+vinegar residue）was the bestwith soil bulk density decreased by 37.93%and soil porosity increased by 12.37 percentage points.The order of average soil salinity content in 0-60 cm depth of each treatmentwas T1（straw+gypsum）＞CK（control）＞T2（cow dung+gypsum）＞T3（straw+vinegar residue）＞T4（cow dung+vinegar residue）.Compared with CK，soil salinity content decreased by-123.9%（T1），2.23%（T2），30.45%（T3）and 39.77%（T4），respectively.The pH of each treatment was significantly decreased with a order of CK＞T3＞T4＞T2＞T1.And it was decreased by 0.71（T1），0.50（T2），0.35（T3）and 0.39（T4），respectively.Soil COand HCOcontents were clearly decreased as well，and the treatment with gypsum could also increased soil SO-，Ca2+and Mg2+content.In summary，in the aspect of improving the physical structure of the soil and reduce soil salinity，cow dung was better than straw，vinegar residue better than gypsum.Whereas，gypsum was better than vinegar residue in terms of inhibiting alkalization during soil desalination.However，gypsum was easy to increase the total salt content of soil.Therefore，we recommend that rap-idly low-cost desalination mode of coastal saline soil is″cow dung+vinegar residue″.

Coastal saline soil；Rapid desalination；Industrial and agricultural wastes；Soil physical and chem ical properties

S156.4 文献标识码：A 文章编号：1000-7091（2016）03-0121-06

10.7668/hbnxb.2016.03.018

2015-12-11

国家科技支撑计划项目（2013BAD05B08）；天津市科技计划项目（13ZCZDNC09900；15ZXZYNC00020）

肖 辉（1981-），男，山东泰安人，副研究员，硕士，主要从事盐碱地区水土资源利用研究。

潘 洁（1968-），女，江苏溧阳人，研究员，主要从事盐碱区水土利用及生态恢复研究。