旱作条件下盐分冲洗试验对盐碱土的改良洗盐效果

2017-06-30夏婷杨建国魏玉清樊丽琴冒

江苏农业科学 2017年8期

夏婷++杨建国++魏玉清++樊丽琴++冒辛平++李淑玲++吴艳

摘要：在旱作条件下设置排盐沟、施用脱硫石膏、深松耕等处理，开展农田快速淋盐试验。结果表明，灌水定额 5 100 m3/hm2 时，“排盐沟+脱硫石膏+深松耕”模式下，0～100 cm土层SO42-、Cl-、K+含量显著下降，土壤pH值显著降低，0～60 cm土层土壤碱化度下降明显；同样灌水定额条件下，“排盐沟+深松耕”洗盐模式能显著降低0～40 cm土层CO32-、Ca2+、Mg2+含量；施用脱硫石膏在降低0～40 cm土壤pH值起主导作用，深松对脱硫石膏降低土壤pH值效果有负作用。“灌水定额5 100 m3/hm2+排盐沟+脱硫石膏+深松耕”模式下土壤pH值、碱化度显著降低，全盐淋洗效果最佳，为盐碱地改良以及进一步开发利用提供参考。

关键词：盐碱土；脱硫石膏；土壤改良；深松耕；排盐沟

中图分类号： S156.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）08-0235-06

土壤盐渍化是一个世界性资源生态问题，严重制约农业生产。盐碱地开发治理工作一直是关注重点[1]。我国盐碱地主要分布在西北、东北、华北、滨海地区在内的17个省份，据统计，盐渍土总面积为3 455万hm2，其中盐土面积 1 688万hm2，碱土面积87万hm2，各类盐化土面积1 583万hm2，碱化土面积97万hm2[2]。开发利用盐碱地不仅能扩大耕地面积，增加单位面积产量，提高粮食总产量，缓解粮食危机，还可以扩大绿化，改良生态环境。

目前我国学者对盐碱地改良的研究工作已经全面展开。随着盐碱地改良科研工作的不断深入，盐碱地改良技术不断更新和完善。邹长明等研究认为，土壤盐分主要聚集在0～15 cm土层，尤其是0～5 cm土层[3]。马献发等认为，0～10 cm 土层的盐分积累远高于其下各土层[4]。大量研究表明，脱硫石膏能显著降低碱土pH值、碱化度、总碱度，增加作物产量[5-8]。施用有机肥能够促进盐碱土壤脱盐，提高土壤保肥能力，实现产量、品质提升[9-12]。深松增加土壤的渗透性，提高洗盐效率[13]。针对土壤盐分的聚集特征，应将表层耕作土作为主要的研究和改良对象，而且对不同盐碱化程度的盐碱土，应采用个性化的治理措施进行改良。本研究以西大滩盐碱原土为对象，采用灌水定额、排盐沟、施用脱硫石膏、深松等技术措施，研究不同水盐调控措施及集成技术的盐分冲洗效果，确定旱作条件下农田盐分快速淋盐方式，以期为干旱、半干旱地区盐碱地改良提供技术参考。

1材料与方法

1.1供試材料

供试土样取自宁夏石嘴山市平罗县前进农场（106°24′E，38°50′N，海拔1 156 m）。委托宁夏农林科学院质检中心完成土壤机械组成的测定，结果表明0～22 cm土壤质地为黏壤土，22～35 cm土层土壤质地为粉（沙）质黏土，35～54 cm土层土壤质地为粉（沙）质黏壤，54～100 cm土层土壤地为粉（沙）壤土。按土层0～22、22～35、40～60、60～80、80～100 cm 采集土样，然后将各层土壤自然风干、碾压、去杂、过 1 mm 筛备用。测定土壤容重、机械组成、盐分及其组成、pH值、碱化度。

2013年5月3日采集土样测定土壤剖面盐分、pH值、碱化度本底值。从表1可以看出，旱田试验区0～3 cm盐结皮全盐含量为136.90 g/kg，碱化度为72.00%，3～20 cm耕层土壤全盐含量为28.04 g/kg，pH值为9.48，碱化度为 46.47%，可以判断试区为重度盐化碱土。其他土层土壤盐分含量差异不大，在3.08～4.73 g/kg之间，pH值在9.38～9.66 之间，20～100 cm土层碱化度差异不大，在18.55%～25.26%之间。土壤盐分组成中，0～40 cm土层土壤盐类以硫酸盐为主，氯化物次之，Cl-与SO42-的当量比为l～0.5，按盐分组成可将试区土壤盐分类型划分为氯化物硫酸盐类型。

1.2试验设计

试验地为盐碱荒地，经过犁地、激光平地，采用裂区试验设计，主区设2个处理：主处理1（不设置排盐沟）、主处理2（设置排盐沟）。排盐沟深度为1 m，宽度为80 cm，垂直于农沟，挖好排盐沟后使用1层沙子、1层土壤均匀回填；副区设4个处理：处理1（对照，不施用脱硫石膏，不进行深松耕）、处理2（施用脱硫石膏）、处理3（进行深松耕）、处理4（施用脱硫石膏、深松耕），脱硫石膏施用量按37.5 t/hm2计，各处理面积为750 m2（50 m×15 m）。整个试验区均施用羊粪，羊粪施用量为30 t/hm2。

2013年5月23日旱田试验灌“头水”，5月27日灌“二水”，6月12日油葵播种，6月15日灌“三水”，7月2日灌“四水”；各处理“头水”灌水量均为1 500 m3/hm2，“二水”至“四水”灌水量均为1 200 m3/hm2；2013年6月10日、7月1日、7月17日分别采集各试验小区0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土样进行测定。

1.3测定项目和方法

使用激光粒度分析仪测定土壤机械组成；烘干法测定土壤含水率；环刀法测定土壤容重；电导法测定土壤全盐（土 ∶水=1 ∶5）；pH计测定土壤pH值（土 ∶水=1 ∶2.5）；火焰光度计法测定K+、Na+含量；标准H2SO4滴定法测定CO32-、HCO3-含量；EDTA络合滴定法测定Ca2+、Mg2+、SO42-含量；标准硝酸银滴定法测定Cl-含量；火焰光度法测定交换性钠NH4OAc-NH4OH含量；乙酸钠法测定阳离子交换量。

土壤碱化度=交换性钠/阳离子交换量×100%。

2结果与分析

2.1不同处理（不设置排盐沟）对土壤剖面全盐含量、pH值、碱化度、盐分离子含量的影响

由表2可知，灌水2 700 m3/hm2情况下，0～20 cm土层土壤全盐含量表现为处理1>处理2>处理4≈处理3，20～40 cm土层土壤全盐含量表现为处理2>处理1>处理4≈处理3，40～60 cm土层土壤全盐含量表现为处理4>处理3>处理2>处理1，说明淋洗定额2 700 m3/hm2时，深松耕处理的上层洗盐效果明显，耕层土壤总盐被淋洗至40～60 cm土层。灌水3 900 m3/hm2情况下，0～20 cm土层土壤全盐含量表现为处理1>处理3>处理2>处理4，20～40 cm土层土壤全盐含量表现为处理1>处理2>处理4>处理3，说明淋洗定额3 900 m3/hm2时，深松耕+脱硫石膏处理的0～40 cm耕层土壤全盐含量最低。灌水5 100 m3/hm2情况下，0～40 cm土层土壤盐分均表现为处理1>处理3>处理2>处理4；由于施用脱硫石膏可以改良土壤结构，当灌水量达到一定水平，耕层土壤盐分会被较快淋洗。灌水5 100 m3/hm2情况下，与处理1（对照）相比，0～20 cm土层处理4（脱硫石膏+深松耕）土壤全盐含量下降了39.30%，处理2（施用脱硫石膏）土壤全盐含量降低26.20%，处理3（深松耕）土壤全盐含量下降了13.22%；20～40 cm土层处理4（脱硫石膏+深松耕）土壤全盐含量下降了23.79%，处理2（施用脱硫石膏）土壤全盐含量下降了18.80%，说明灌水5 100 m3/hm2，脱硫石膏+深松耕处理和施用脱硫石膏处理均显著降低了0～40 cm的土壤盐分，且前者的洗盐效果优于后者。

由表3可见，灌水2 700 m3/hm2情况下，0～20 cm土层土壤pH值表现为处理3>处理1>处理4>处理2；灌水 3 900 m3/hm2 情况下，0～20 cm土层土壤pH值表现为处理3>处理1>处理4≈处理2，其他土层无明显规律；灌水 5 100 m3/hm2 情况下，0～20 cm土层土壤pH值表现为处理3>处理1>处理4≈处理2，施用脱硫石膏显著降低了0～20 cm 耕层土壤pH值。灌水梯度对比发现，3 900 m3/hm2时各处理对土壤pH值降低效果明显。深松耕处理对土壤pH值影响无明显规律。灌水2 700 m3/hm2时，处理2降低0～20 cm土壤pH值的效果优于处理4，随着灌水定额的增加，处

理2和处理4对0～20 cm土壤pH值影响效果趋于一致。

由表4可见，灌水2 700 m3/hm2情况下，各处理差异较大的盐分离子有SO42-、Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-，0～40 cm土层土壤SO42-、Cl-含量均表现为处理1>处理2>处理4>处理3，与全盐含量表现一致；0～20 cm土层土壤Na+含量表现为处理1=处理3>处理2>处理4；0～40 cm土层土壤Ca2+含量总体上表现为处理2>处理4>处理3>处理1；0～20 cm 土层土壤HCO3-含量表现为处理3>处理1>处理2>处理4；施用脱硫石膏降低了耕层土壤Na+含量，增加了 0～40 cm土层土壤Ca2+含量，降低了耕层HCO3-含量。深松耕处理增加了0～40 cm土层CO32-、HCO3-含量，降低了SO42-、Cl-含量。灌水2 700 m3/hm2+脱硫石膏+深松耕处理能有效降低土壤0～20 cm土层HCO3-含量。

由表5可见，灌水5 100 m3/hm2情况下，各处理差异较大的盐分离子同样为SO42-、Cl-、Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-含量；0～20 cm土层土壤SO42-、Cl-、HCO3-、Na+含量均表现为处理1>处理3>处理2>处理4，Ca2+含量则表现为处理2>处理4>处理3>处理1，说明施用脱硫石膏降低了0～20 cm 耕層土壤SO42-、Na+、Cl-、HCO3-含量，增加了Ca2+含量，其中处理4（脱硫石膏+深松耕）的洗盐表现最好。灌水5 100 m3/hm2情况下，各处理土壤剖面碱化度差异较大，0～40 cm土层土壤碱化度均表现为处理4最低，处理2次之，处理1最高；处理4土壤碱化度较处理1下降了32.01%。说明施用脱硫石膏能显著降低土壤碱化度，施用脱硫石膏+深松耕处理的效果最好。

2.2不同处理（设置排盐沟）对土壤剖面全盐含量、pH值、碱化度、盐分离子含量的影响

由表6可见，灌水2 700 m3/hm2情况下，0～20 cm土层土壤全盐含量表现为处理1>处理2>处理4>处理3，20～40 cm土层土壤全盐含量表现为处理2>处理1>处理4>处理3，深松耕降低了0～40cm土层土壤全盐含量；灌水

3 900 m3/hm2 情况下，0～20 cm土层全盐含量表现为处理1>处理4>处理3>处理2，20～40 cm土层土壤全盐含量表现为处理2>处理1>处理4>处理3；灌水5 100 m3/hm2情况下，0～80 cm土层全盐含量均表现为处理1>处理3>处理2>处理4，施用脱硫石膏和深松耕均能降低土壤全盐含量。与处理1相比，处理4（脱硫石膏+深松耕）耕层土壤全盐含量下降了34.73%，处理2（施用脱硫石膏）耕层土壤全盐含量下降了30.39%，处理3（深松耕）土壤全盐含量下降了23.72%。对比表2，设置排盐沟后，0～40 cm土层土壤全盐含量明显下降；处理4耕层土壤盐分较处理1下降了 66.51%，施用脱硫石膏+深松耕的洗盐效果得到加强；灌水5 100 m3/hm2情况下，0～40 cm土层同一处理土壤全盐含量下降了3.86%～16.63%，由此推断，设置排盐沟有利于降低0～40 cm旱作土层盐分含量，说明排盐沟+脱硫石膏+深松耕模式对土壤全盐淋洗效果最好。

由表7可见，不同灌水定额条件下，各处理0～40 cm土层pH值均表现为处理4、处理2较低，设置排盐沟使脱硫石膏降低土壤pH值的效果稳定；淋洗水量不会改变各处理的效果差异，灌水定额5 100 m3/hm2时淋洗效果最好；进行深松耕对各处理土壤pH值的影响无明显规律。对比表3，设置排盐沟使各处理土壤pH值明显高于不设置排盐沟处理。

由表8可见，灌水2 700 m3/hm2情况下，各处理差异较大的盐分离子有SO42-、Na+、HCO3-、Cl-；0～40 cm土层土壤SO42-、Na+、 Cl-含量均表现为处理1>处理2>处理4>处理3；0～20 cm土层土壤HCO3-含量表现为处理3>处理1>处理4>处理2，深松耕处理降低了耕层土壤SO42-、Na+、Cl-含量，施用脱硫石膏降低了耕层HCO3-含量。对比表4，设置排盐沟后，深松耕处理的0～80 cm土层土壤Na+含量低于施用脱硫石膏的处理（处理4、处理2），说明灌水 2 700 m3/hm2 情况下，排盐沟+深松耕处理是0～80 cm土壤Na+淋洗的最有效方式，同时排盐沟使改良处理（处理4、处

理3、处理2）的地表Cl-淋洗产生正效应。

由表9可见，灌水5 100 m3/hm2情况下，各处理差异较大的盐分离子同样为SO42-、HCO3-；0～20 cm土层土壤SO42-、HCO3-含量均表现为处理1>处理3>处理2>处理4，施用脱硫石膏降低了耕层土壤SO42-、HCO3-含量。各处理土壤剖面碱化度差异较大，0～60 cm土层土壤碱化度均表现为处理4最低，处理2次之，处理1最高，施用脱硫石膏降低了土壤碱化度，土壤碱化度较对照下降34.35%。随着灌水定额增加，HCO3-、Na+含量整体呈上升趋势，洗盐处理使离子含量上升速率减缓。对比表8，灌水5 100 m3/hm2+排盐沟+深松耕处理能显著降低0～40 cm土层CO32-、Ca2+、Mg2+含量。对比表5，设置排盐沟后，未影响各处理的盐分淋洗作用方向，土壤碱化度明显降低的土层从0～40 cm土层延伸至0～60 cm。灌水5 100 m3/hm2+排盐沟+脱硫石膏+深松耕处理能有效降低0～100 cm土层SO42-、Cl-、K+含量。

3结论与讨论

近年来由于人类活动以及气候变化，西北干旱灌区土壤盐渍化问题日趋凸显，成为迫切需要解决的生产问题[14]。宁夏作为西北地区农业精华区，土壤改良任务异常艰巨，其盐碱土质地坚硬、渗透性差，改良难度较大。有关灌区盐渍化问题的研究中，将各种土壤改良措施优化组合达到最佳效果，是高效盐渍土改良的发展方向[15]。轻度碱化盐荒地改良应采用“施用脱硫废弃物+平整土地+深松耕+水盐调控+平衡施肥+耐盐作物种植”的集成技术模式，地下水位降低50 cm，土壤总盐及有害盐分离子含量明显降低[16]。王少丽等在不同灌水定额和不同排盐梯度试验中发现盐分发生大量迁移现象，排盐沟周边形成盐分集中区域，且较大灌溉用水量能达到理想的排盐效果；通过农田排盐沟灌水冲洗后的地表排水矿化度随时间呈减小趋势；膜下滴灌的排盐沟冲洗定额为

1 515 m3/hm2，达到4 521～6 351 kg/hm2总排盐量，盐分上移地表、脱盐效果显著[17]。本研究中淋洗定额5 100 m3/hm2时，“排盐沟+脱硫石膏+深松耕”模式对土壤全盐淋洗效果最好。淋洗定额显著高于膜下滴灌的冲洗定额，是灌溉方式差异造成的。本研究中设置排盐沟的各处理土壤pH值较不设置排盐沟处理明显升高，具体原因有待进一步分析。

脱硫石膏具有较好的碱土改良淋洗效果。龟裂碱土改良试验表明，施用脱硫石膏降低了土壤pH值和碱化度，显著提高水稻产量和品质，籽粒中Cd、As、Hg、Pb等重金属含量降低，脱硫石膏不会对土壤环境和作物造成重金属污染，但会增加土壤盐分含量[18-19]。本研究中施用脱硫石膏显著降低土壤pH值，0～60 cm土层土壤碱化度下降明显，施用脱硫石膏在降低0～40 cm土壤pH值起主导作用。深松耕能有效改良耕层结构，改善土壤理化性状，提高土壤蓄渗与防蚀抗旱，促进作物生长和提高产量的作用。本研究中深松对脱硫石膏降低土壤pH值效果有负作用，排盐沟+脱硫石膏处理降低土壤pH值的效果稳定。

盐碱土壤定点改良结果表明，盐碱被溶解后快速淋洗至土壤下层[20]，增加脱硫石膏使用量，土壤中4种盐基离子（Na+、Ca2+、CO32-、SO42-）淋洗量也相应升高[21]。室内土柱淋洗试验模拟苏打盐化土脱盐的过程显示，土壤淋洗液中Na+淋洗量随时间延长逐渐降低（P<0.05），CO32-淋洗量则呈显著正相关（P<0.05），Ca2+、SO42-淋洗量在30 d达到最大值[21]。本研究中“灌水5 100 m3/hm2+排盐沟+脱硫石膏+深松耕”集成模式是降低0～100 cm土层SO42-、Cl-、K+盐分最优模式。“灌水5 100 m3/hm2+排鹽沟+深松耕”洗盐模式能显著降低0～40 cm土层CO32-、Ca2+、Mg2+含量。淋洗能有效降低土壤电导率和Na+含量[20]。本研究中“灌水2 700 m3/hm2+排盐沟+深松耕”集成模式是0～80 cm土层Na+淋洗的最有效方式，由于该地区的返盐现象，2 700 m3/hm2 灌水定额有利于Na+淋洗。施用脱硫石膏能使盐化土导水能力提高，增强灌水定额的淋洗效果[21]。本研究中“灌水2 700 m3/hm2+脱硫石膏+深松耕”模式能有效降低土壤0～20 cm土层HCO3-含量，较低的灌水定额即可使HCO3-含量下降。

参考文献：

[1]柯夫达 B A. 盐渍土的发生与演变[M]. 席承藩，译. 北京：科学出版社，1957.

[2]王遵亲. 中国盐渍土[M]. 北京：科学出版社，1993.

[3]邹长明，张多姝，张晓红，等. 蚌埠地区设施土壤酸化与盐渍化状况测定与评价[J]. 安徽农学通报，2006，12（9）：54-55，12.

[4]马献发，白路平，张继舟. 哈尔滨市郊设施土壤积盐规律的研究[J]. 黑龙江农业科学，2009，11（1）：50-52.

[5]Sakai Y，Matsumoto S，Nitta Y，et al. Alkali soil reclamation in China using gypsum produced in flue gas desulfurization process：a case study[J]. Journal of Global Environment Engineering，2002，8：55-66.

[6]Sakai Y，Matsumoto S，Sadakata M. Alkali soil reclamation with flue gas desulfurization gypsum in China and assessment of metal content in corn grains[J]. Soil & Sediment Contamination，2004，13（1）：65-80.

[7]刘阳春，何文寿，何进智，等. 盐碱地改良利用研究进展[J]. 农业科学研究，2007，28（2）：68-71.

[8]王金满，杨培岭，张建国，等. 脱硫石膏改良碱化土壤过程中的向日葵苗期盐响应研究[J]. 农业工程学报，2005，21（9）：33-37.

[9]刘海英，崔长海，赵倩，等. 施用有机肥环境下盐胁迫小麦幼苗长势和内源激素的变化[J]. 生态学报，2011，31（15）：4215-4224.

[10]李丙奇，孙克刚，金辉，等. 有机无机肥配合施用对小麦、玉米等作物品质改善的试验研究[J]. 磷肥与复肥，2009，24（1）：87-88.

[11]王晓娟，贾志宽，梁连友. 不同有机肥量对旱地玉米光合特性和产量的影响[J]. 应用生态学报，2012，23（2）：419-425.

[12]宇万太，姜子绍，马强，等. 施用有机肥对土壤肥力的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2009，15（5）：1057-1064.

[13]路浩，王海泽. 盐碱土治理利用研究进展[J]. 现代化农业，2004，301（8）：10-12.

[14]Lu H，Wang H Z. Advances in the use of saline-alkali soil treatment[J]. Modernizing Agriculture，2008，301（8）：10-12.

[15]缑倩倩，韩致文，王国华. 中国西北干旱区灌区土壤盐渍化问题研究进展[J]. 中国农学通报，2011，27（29）：246-250.

[16]杨建国，樊丽琴，许兴，等. 盐碱地改良技术集成示范区水土环境变化研究初报[J]. 中国农学通报，2011，27（1）：279-285.

[17]王少丽，周和平，瞿兴业，等. 干旱区膜下滴灌定向排盐和盐分上移地表排模式研究[J]. 水利学报，2013，5（5）：549-555.

[18]王静，许兴，肖国举，等. 脱硫石膏改良宁夏典型龟裂碱土效果及其安全性评价[J]. 农业工程学报，2016，32（2）：141-147.