不同秸秆利用方式下江苏滨海盐碱地盐碱障碍调控

葛 云， 程知言， 胡 建， 孙丰瑞， 杨晋炜

(江苏省有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院，江苏南京 210007)

盐碱土是指一系列受土体中盐碱成分作用的，包括各种盐土、碱土以及不同程度盐化、碱化土壤的总称。当前，土壤盐碱化已成为一个全球性的问题。全世界盐碱地的总面积高达9.54亿hm2，我国约为9 900万hm2[1]。其中，滨海盐碱地在我国沿海地区广泛分布，除了海平面自然淤涨形成外，大部分是由人类围垦产生的，随着沿海大开发战略的实施，此类型盐碱地的面积还在不断增长中。在国家经济社会快速发展对土地需求和耕地红线趋紧的大趋势下，自然形成和人工滩涂围垦产生的滨海盐碱地是我国重要的后备土地资源，具有极大的经济价值和社会价值。

滨海盐碱地大多由于退海而形成，积盐过程的盐分补给方式主要是海水浸渍和溯河倒灌。滨海盐渍土具有不同于内陆盐土的一系列特性，不仅表层土积盐重，心土含盐量也很高，土壤积盐程度受气候影响较多[2]。同时，由于土壤内积累了大量的盐分，引起一系列土壤物理性状的恶化，严重妨碍农业生产，如土壤通气性差、容重高、好气性微生物活性差、饱和导水率低、毛细作用强等，加剧了表层土壤的盐渍化[3]，严重影响土地生产力和作物生长。目前沿海大部分新围垦区尚无法直接进行农业生产和开发利用，严重制约了沿海地区社会经济迅速发展对土地资源的迫切需求。

我国是秸秆资源最为丰富的国家之一，一年可生产 6亿～8亿t 秸秆，且随着农作物产量的提高，秸秆量还将增加[4]。传统上作物秸秆是农村的生活燃料与牲畜粗饲料的主要来源，近年来，为了有效利用秸秆这项资源，农业部大力向全国农村推荐秸秆还田技术[5-6]。国内外研究学者针对秸秆等生物质材料改良盐渍土已经进行了大量的研究，并取得了一定的研究成果[7-8]。作物秸秆中含有大量有机质、氮、磷、钾和微量元素，是农业生产重要的有机肥源之一。据分析，100 kg鲜秸秆所含营养成分相当于2.4 kg氮肥、3.8 kg磷肥和3.4 kg钾肥。将500 kg农作物秸秆还田，相当于给土壤施入标准肥50 kg以上，土壤有机质含量可提高0.03%左右，并且使土壤的容重减少，透水性、透气性、团粒结构增加，蓄水保墒能力增强[5]。秸秆还田利用方式有多种，如秸秆覆盖、整株还田、根茬粉碎还田、秸秆生物质反应堆等[2]。但在对滨海盐碱地改良应用方面，秸秆还田利用方式与其他改良剂相比研究尚显不足。本研究针对滨海盐碱地土壤盐渍化障碍，拟通过对比不同覆盖材料、秸秆利用方式等，在排碱降盐的基础上，探讨不同改良方式对自然条件变化的响应，寻找一种低成本、高效且持久的滨海盐碱地降盐和抑制返盐途径，以期为江苏滨海盐碱地改良应用提供依据。

1 研究区概况及方法介绍

1.1 研究区概况

研究区位于南通市通州湾江海联动开发示范区内(121°24′16″～121°26′16″E，32°14′23″～32°16′42″N)。试验地于2008年围垦，后进行海产养殖，2013年原地推平复垦。进场伊始，研究区土壤pH值8.06～8.57，初期表层土壤盐度较高(11‰～32‰)，平均值为23‰，属于重度盐土级别。

通州湾地处我国南黄海辐射沙脊群南翼，地处中纬度地带，属亚热带湿润气候区，受海洋和季风环流影响，四季分明，气候温和，降水充沛，光照充足。年平均气温15.2～16.6 ℃，最低气温-10.6 ℃，最高气温38.6 ℃。年降水量976.6～1 258.1 mm，且雨热同季，汛期(6—9月)雨量相对集中，约占全年降水量的55%～80%。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 本试验采取定点小区试验方式，于2015年10月在通州湾盐碱地改良示范基地进行。试验设置：空白、钾硅钙微孔矿物肥(简称矿物肥)、聚氯乙烯(PVC)地膜覆盖(简称地膜覆盖)、秸秆覆盖、秸秆还田、秸秆还田+秸秆覆盖，共计6个处理，每个处理重复3次，小区采用随机排列方式，面积为0.1 hm2，小区之间以50 cm的浅沟相隔，试验区周围设置2 m的保护行。试验种植作物品种为冬季绿肥作物大麦。详细试验方案见表1。

表1 试验方案设计

1.2.2 试验材料 主要为矿物肥、聚乙烯薄膜和小麦秸秆。矿物肥为一种纯天然钾硅钙微孔矿物肥，能够为土壤补充中微量元素，促进全营养平衡施肥，在我国北方盐碱地区有较大范围的推广，具有明显的土壤改良效果；秸秆为本试验区附近收购的小麦秸秆；聚乙烯薄膜于周边农具店购置。

1.2.3 试验方法 由于本试验区临近海边，初始地下潜水水位较高，本试验是在本试验区整体排灌系统建立完成后，抽水排涝至本试验区地下水位控制在1.5 m之后进行的。首先平整土地，矿物肥和秸秆还田方案是在播种之前进行的，PVC地膜覆盖和秸秆覆盖在作物播种后实施。

试验时间：2015年10月开始至2016年5月为止。

测试分析：试验中所涉及到的土壤蒸发量测试方法为土壤蒸发器测定法(田间法)；降水量使用水量筒现场实际测量记录；土壤水溶性盐总量的测定采用阴阳离子质量之和法(水土质量比5 ∶1浸提)，监测频率为7～14 d监测1次；土壤有机质含量在实验室采用重铬酸钾容量法进行测定。

2 结果与分析

2.1 钾硅钙矿物肥与秸秆还田效果对比

对比钾硅钙微孔矿物肥、秸秆还田以及空白处理下土壤盐度在3个典型季节间的变化。结果如图1、表2所示，矿物肥处理下土壤表层盐度在秋冬季阶段(当年11月至次年2月)呈现缓慢下降趋势，土壤盐度由初始的13.36‰降低至7.46‰，下降率为 44.16%；空白处理与之表现类似，其表层盐度下降率为 49.99%；秸秆还田处理盐度降幅更大，下降率达到57.62%。春季(3月至4月)受外界自然条件变化影响，不同处理土壤盐度均呈现明显起伏，4月空白处理返盐盐度高值达到13.19‰，较3月表层盐度低值增长率为92.59%；矿物肥处理返盐也比较明显，增长率达到81.80%；相比之下，秸秆还田处理盐度曲线较为平稳，返盐增长率仅为33.58%。最终，3种处理方案盐度稳定在6‰～9‰。

2.2 秸秆不同利用方式土壤改良效果对比

对比秸秆3种不同处理方式，结果如图2、表2所示。可以看出，秋冬两季在3种处理方式下，土壤盐度均呈现缓慢降低趋势，盐度由初始的11‰～13‰下降为4‰～7‰，盐度下降率均值达到50%。然而在第2年的春季，受自然条件变化影响，3种处理方式下土壤表层盐度均呈现了一定的提升趋势，秸秆覆盖处理盐度较之前提升83.33%，秸秆还田处理盐度提升33.58%，秸秆还田+秸秆覆盖提升50.92%。最终，3种处理土壤盐度均稳定在5‰左右，总体土壤盐度下降率为44‰～55‰。

2.3 不同覆盖材料土壤改良效果对比

本试验对比了PVC地膜覆盖和秸秆覆盖处理下的土壤表层盐度变化，结果如图3、表2所示。秋冬两季，2种覆盖处理下表层土壤盐度均呈较稳定下行趋势，表层土壤盐度由12‰降低为6‰左右；在第2年春季，受自然条件影响，2种处理下表层土壤盐度有了一定提升， 盐度较之前均上升了80%左右。最终秸秆覆盖和PVC地膜覆盖处理盐度分别稳定在6.55‰和6.93‰，总下降率分别为44.68%和47.54%。

表2 不同处理下表层土壤盐度变化分析

2.4 改良前后土壤有机质含量变化

有机质是土壤的重要组成部分，含有植物生长所需要的各种营养元素，其数量和质量是表征土壤质量的重要指标。根据《江苏省补充耕地质量评定技术规程》(试行)要求，0～20 cm土壤有机质含量需大于6 g/kg；根据《农用地质量分等规程》，土壤有机质含量可以划分为6个级别，分级界限如表3所示。

表3 土壤有机质级别

图4为试验前后土壤表层有机质含量的变化，可见不同处理对土壤有机质含量变化的影响不同。试验开始前，不同处理方案土壤中有机质含量较为均一，平均值在5 g/kg左右，为6级土壤。经过1季改良试验，空白处理土壤中有机质含量较试验前变化不大；矿物肥处理土壤有机质含量反而降低；PVC地膜覆盖处理下有机质含量有少量提升；而秸秆还田、秸秆覆盖+秸秆还田、秸秆覆盖方案土壤有机质含量均得到了提高，分别为7.70、8.06、7.03 g/kg，与试验前相比分别升高40.02%、60.14%、59.76%，均达到了5级以上土壤。由于作物秸秆富含纤维素、木质素等富碳物质，秸秆还田对土壤有机质含量有较好的提升效果，秸秆表层覆盖模式下土壤中有机质含量升高幅度较大，另外秸秆深埋后分解缓慢，腐化程度高，肥效长，损失少。综上，不同处理过程土壤有机质增加量排序表现为秸秆还田+秸秆覆盖>秸秆还田>秸秆覆盖>PVC地膜覆盖。

3 讨论

3.1 秸秆综合利用与钾硅钙矿物肥改良对比讨论

在本试验区，秸秆还田处理在对表层土壤盐碱障碍抑制方面比钾硅钙矿物肥表现好。如图1所示，矿物肥处理下土壤盐度曲线波动起伏明显，整体表现与空白处理类似，虽然最终土壤表层盐度降低至8.38‰，但在春季时，曾经一度返盐升高至14‰～15‰，因此从整体上看，盐度并没有呈现明显的下行趋势。对比之下，秸秆还田处理下表层土壤盐度基本上呈现明显的下行趋势，虽然也有一定波动，但是波动幅度小很多，说明秸秆还田对返盐等情况有明显的抑制作用。本试验区土壤理化性状差，土壤板实，孔隙度极低，改良土壤物理性质不仅关系到作物生长，而且对洗盐、淋盐也尤为重要。秸秆还田后质地疏松多孔，能够有效地增加土壤孔隙度，促进团粒结构形成，更能够促进盐分的淋洗和排盐，同时还能够抑制返盐发生，相比之下，矿物肥改良只是提高了土壤养分含量，在改良土壤物理性质方面表现不足。

3.2 秸秆不同利用方式优选

本试验结果表明，在同样的秸秆使用量条件下，对盐分的抑制作用排序依次为秸秆还田>秸秆还田+秸秆覆盖>秸秆覆盖。秸秆还田处理方案在整个试验期，虽然会因自然气候原因稍有浮动，但整体呈稳定下降状态；而秸秆覆盖处理较空白处理在前期表现较好，而至次年4月时(特大降水)，盐度发生较大波动；秸秆覆盖+秸秆还田处理的表现介于这两者之间。前人对比3种秸秆利用方式的表现也发现，秸秆覆盖能够切断蒸发面与下层土壤的毛管联系，减弱土壤空气与大气间的对流交换程度，有效抑制蒸发[9-10]。一方面降低了返盐发生，另一方面能涵养田面水分，提高土壤水分利用效率。覆盖对抑制土壤盐分上行的效果是显著且直接的，而在后期，随着覆盖时间的延长，秸秆自然腐烂加上降水影响可能将覆盖表层的秸秆冲散，使降盐的效果有所降低，故此种方式的持续性不佳。而秸秆还田处理，更侧重改变土壤物理性质，降低土壤容重，增加孔隙度和大粒径的微团聚体，改善耕层土壤环境[11-12]，促进盐分淋洗，降低蒸发。在初始阶段，由于秸秆刚被打入地下，受降水和日照的影响，土壤盐度会出现一定的波动。到后期，随着秸秆有效转变为有机质等作物生长的肥料，对绿肥作物生长有促进作用，促进作物生物量的最大化、地下根系的生长，切断盐分上行，实现对盐分的淋洗和转化，从而最终达到降碱排盐的目的，效果更加持久。

上述对比表明，3种秸秆综合利用方式均对土壤降碱排盐有一定的作用。秸秆覆盖对降低表层蒸发、表层盐分具有显著的效果；秸秆还田可以对土壤进行改良，效果较慢但持续性良好。综合对比可知，秸秆还田+秸秆覆盖在本试验区内更受推荐。

3.3 不同覆盖材料对比

地面覆盖法是在地表人为地铺设一层与原地面物理性质不同的适当介质，通过改变地表的孔隙特性及其对太阳辐射的吸收-反射比率和地表长波辐射系数，以调节地面吸热和蒸发条件，从而改善地层水分和热状况的措施。地面覆盖可以改善土壤结构，促进作物生长和根系发育，减少地面蒸发以及抑制盐分向地表聚积，是改良盐渍土的一项重要方法[2，9]。地表覆盖材料主要包括沙砾、PVC薄膜、纸浆、秸秆等。随着化学工艺的发展，目前市场上推广应用较多的覆盖措施主要为PVC地膜覆盖，无论是在对土壤增温、抑盐保墒、提高膜下土壤和空隙的温度，还是加快作物生长发育和增加作物产量方面均具有较好的效果[13-15]。但PVC薄膜覆盖利用中同样存在问题，如地膜覆盖容易造成后期脱肥，同时传统地膜对环境造成了“白色污染”等一系列负面影响，随着使用量增大，这个问题尤为突出，因此对无公害可降解地膜的使用技术和与其配套的农资技术研究就极为迫切。近些年，为了有效利用秸秆资源，农业部大力推广秸秆综合利用方式，秸秆覆盖措施受到推荐。

如图3所示，从2015年11月至次年2月，2种覆盖处理下表层土壤盐度均呈下降趋势，秸秆覆盖处理表层土壤盐度下降趋势表现更加平稳一些。而次年3月之后，秸秆覆盖处理土壤盐度浮动较大。其原因可能是秸秆覆盖时间较长，受降水、大风影响上覆秸秆容易被吹散，造成地表裸露。结果表明，秸秆覆盖与PVC地膜覆盖对土壤盐分的抑制表现较为相当，所以从降盐和生态环保这2个角度来评价，秸秆覆盖仍在滨海盐碱地改良上更受推荐，覆盖后期加强管护能够取得较好的改良成果。

3.4 不同改良方案应对同等自然条件变化的响应

盐碱地改良工程严重受自然条件变化影响，有学者研究发现，苏北滩涂气候湿润，本是有利于土壤自然脱盐的，但由于降水量和蒸发量在年内分布不均匀，形成土壤水盐运动的季节性变化，且由于海潮的频繁进退也使土壤呈现出潮退脱盐和潮进积盐的更替特征，导致土壤淡化过程十分缓慢[16]。围垦后，人工海堤阻隔了上侵海潮，盐分来源大幅度减少，使土壤水盐运动转入主要由气候控制的脱盐、返盐阶段[2]。本试验区处于亚热带向暖温带过度的季风气候区，气候温暖湿润，日照充分，降水量分布不均。因夏季降水量大于蒸发量和春秋两季降水量小于蒸发量的特点，形成了夏季脱盐和春秋两季积盐的季节性水盐动态特征。在本试验中，笔者对比了不同种改良方案条件下表层土壤盐度变化与降水量、蒸发量之间的关系，探讨不同改良方案对返盐因素的响应平稳性。

如图5所示，本改良试验由2015—2016年横跨了秋冬春三季。从降水量来看，2015年秋冬两季，该试验区降水较多，现场雨量筒收集数据显示，2015年11月至12月底共降水318 mm，其中超过10 mm的有效降水多达12次。据历史同期数据比对可知，较往年偏多。本试验开始时，伴随着均匀的降水，土壤盐度呈现平稳下降趋势，但不难看出，几种处理方案的表层土壤盐度在几次较大的降水后均出现了一定提升(如图3中的阴影条带)，以空白、矿物肥和PVC地膜覆盖处理较为明显。2016年春季开始，降水频率和降水量明显下降，而与此同时土壤蒸发量日益增大，部分方案的土壤盐度呈现明显上行趋势，其中空白、矿物肥、PVC地膜覆盖和秸秆覆盖这4种处理均呈现这一情况，而秸秆还田与秸秆还田+秸秆覆盖方案土壤表层盐度较为稳定，显示对本试验区较为适应的平稳性。

滨海盐碱地改良过程中有非常关键的2个因素：降碱排盐和改变土壤性质。改变土壤性质包含2个方面，即改良土壤的物理属性(土壤结构等理化性状)和化学属性(水分、肥力等)，这两者缺一不可。其中，改良土壤结构一方面关系到作物生产的环境和条件，另一方面也直接关系到改良盐分淋洗的效率和降低土壤毛细作用以减少盐分的上行表聚，从而抑制返盐。如图3所示，在几次较大的降水后，部分方案(空白、矿物肥及PVC地膜覆盖)土壤表层盐度均有提升，可能由于本试验区地下潜水位埋深较浅，单次降水量较大或者多次较为密集的降水条件下，周边沟渠及内河水位提升会导致潜水水位抬升，同时，在此情况下，地表田面积水会与地下潜水发生水力贯通，在雨后导致严重返盐，从而使表层土壤盐度升高。而在PVC地膜覆盖、秸秆覆盖和秸秆还田措施下，覆盖能够降低和减少表层土壤的水分蒸发，从而抑制盐分上移，在雨后盐度未发生明显浮动；而在秸秆还田方案中，大量疏松多孔的秸秆被翻耕到地下，能够降低土壤容重，增加土壤的孔隙度和大粒径微团聚体[11-12]，也有效地抑制了毛细作用， 从而抑制了返盐发生。综上所述，不同改良方案应对自然条件变化导致返盐发生的表现排序依次为秸秆还田>秸秆还田+秸秆覆盖>秸秆覆盖>PVC地膜覆盖>矿物肥>空白。

4 结论

通过本研究，针对滨海盐碱地原生土壤盐渍化障碍，对比了不同处理，包括空白、矿物肥、PVC地膜覆盖、秸秆覆盖、秸秆还田、秸秆还田+秸秆覆盖6种利用方式，得出以下结论：

(1)秸秆综合利用较钾硅钙矿物肥在江苏滨海盐碱地改良中具有明显优势，说明在滨海盐碱地改良中，改善土壤物理性质比单纯提高土壤肥力更为重要。

(2)对比PVC地膜覆盖与秸秆覆盖处理，两者在抑制蒸发、降碱排盐方面的效果基本类似，秸秆覆盖的效果更加趋于稳定。在当前强调生态文明建设和农业废弃物循环利用大背景下，仍是一种较为推崇的改良方式。

(3)试验对比6种处理方式，在江苏滨海盐碱地降碱排盐以及应对自然条件变化影响较少且持续稳定的方式表现依次为秸秆还田>秸秆还田+秸秆覆盖>秸秆覆盖>PVC地膜覆盖>矿物肥，可见生物质材料在滨海盐碱地改良方面存在较大的应用前景。

(4)返盐是盐碱地改良过程中最常见的问题。在对比各种不同处理方式中发现，通过有效的表层覆盖方式(秸秆覆盖)以及改善土壤物理性质(秸秆还田)，能够达到较好的抑制返盐效果。

(5)相对于其他几种改良措施，本试验涉及的3种秸秆综合利用方式均取得了较好的改良效果。综合对比效果持久性表现为秸秆还田>秸秆还田+秸秆覆盖>秸秆覆盖。秸秆的综合利用方式一方面能够有效改善土壤理化性状，促进盐分的淋洗，有效抑制返盐；另一方面，能够提高盐碱地中有机质含量，提高土地质量和产量。秸秆综合利用改良盐碱地全程生态环保无污染，效果良好，可在今后江苏滨海盐碱地改良中有效推广。

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