滴灌施沼液改良甘肃盐碱地的效果研究

王　旭，孙兆军,2,3,，何　俊，焦炳忠

(1.宁夏大学土木与水利工程学院，银川 750021；2.宁夏大学资源环境学院，银川 750021；3.宁夏(中阿)旱区资源评价与环境调控重点实验室，银川 750021；4.宁夏大学环境工程研究院，银川 750021)

0　引　言

盐碱化土壤是制约我国农业生产和生态环境的主要因素之一，目前已成为全球性问题[1]。据调查，甘肃境内现有盐碱地近1.04×106hm2，占甘肃总面积的2.29%，占甘肃耕地面积的19.22%[2]。甘肃白银市靖远县分布着大面积盐碱撂荒地，土壤理化性状不良，制约当地农业可持续发展，但该地区地势平坦，毗邻黄河，开发潜力巨大。

随着沼气工程的推广和普及，沼气生产过程中产生的副产物沼液，其是否合理处置显得尤为重要。沼液是禽畜粪便等有机物经过厌氧发酵后的残留液体，沼液会对水体污染产生威胁，而目前绝大多数沼液都采用就近农田消纳[3]。沼气发酵池中的发酵物长期浸泡于水中，发酵池中的可溶性养分由固相转为液相[4,5]，沼液中含有丰富的有效矿质养分、氨基酸和维生素等活性物质，在农业种植业中得到了广泛应用[6]。将沼液施用到土壤中，因其有丰富的营养成分(有机质、腐殖酸等)，能有效降低土壤容重，有利于改善土壤团粒结构，促进作物对各种养分的吸收[7]。研究结果表明：利用沼液改良盐碱土，能有效降低土壤碱化度和pH，有利于提高作物产量[8,9]。滴灌具有高频率、小流量点源扩散的特点[10]，能精确控制土壤水分和养分的供应，近年来被广泛应用于盐碱土壤改良中[11]。

前人利用沼液在盐碱土壤改良中取得了一定成果，但关于滴灌施沼液改良盐碱地方面的研究依然有待充实。沼液改良盐碱地对土壤养分、pH、碱化度的影响，以及对油葵生长发育和产量的影响鲜有报道。因此，本研究利用沼液进行盐碱地改良试验，沼液通过滴灌兑水稀释后滴入土壤，研究该措施对土壤改良效果及对油葵产量的影响，以期探明沼液对盐碱地的改良效果，为甘肃白银地区盐碱地的改良利用提供理论依据和技术指导。

1　材料与方法

1.1　试验区概况

试验区位于甘肃白银市靖远县五合乡(104°78′E，36°44′N)，该地区属于典型的干旱半荒漠气候，年平均降水量217 mm，主要集中在7-9月，年蒸发量1 986 mm。试验区土壤黏粒(<0.01 mm)占8.2%，粉粒(0.01～0.05 mm)占68.6%，砂粒(0.05～2.0 mm)占23.2%，土壤质地为粉砂质壤土[12]。0～20 cm土层，土壤容重为1.48 g/cm3，土壤有机质为4.87 g/kg；碱解氮为27.47 mg/kg；速效磷为4.48 mg/kg；速效钾为185.59 mg/kg，其他理化性质如表1所示。

表1　供试土壤理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of tested soils

1.2　试验材料

沼液为厌氧发酵沉淀池内的上清液，分别于2016年5月、6月、7月采集沼液进行检测，沼液特性如表2所示。

表2　沼液特性Tab.2 Characteristics of biogas slurry

由表2可知，沼液有机质平均含量为45.2%、碱解氮平均含量为590 mg/L、速效钾平均含量为985 mg/L、速效磷平均含量为283 mg/L、腐殖酸平均含量为12.8%。

1.3　试验设计及过程

试验于2015-2016年进行，设置不同梯度的沼液施用量：T0(0 t/hm2)、T1(1.2 t/hm2)、T2(1.3 t/hm2)、T3(1.4 t/hm2)、T4(1.5 t/hm2)，每个处理重复3次。

2015年秋季，试验前对未开垦的盐碱荒地深翻、深松后激光平地，然后按试验设计规划试验小区，每个小区面积80 m2(10 m×8 m)，埂高0.5 m，小区间隔1 m，以防侧渗。在每个小区内将农家肥30 t/hm2、过磷酸钙磷肥600 kg/hm2、二铵225 kg/hm2和尿素225 kg/hm2[13]。2016年4月15日播种油葵(品种T562)，进行穴播，每穴播种2～3 粒，行距50 cm，株距35 cm。试验区采用滴灌系统进行灌溉，每行油葵铺设一条滴灌带，滴头间距和株距一致(35 cm)，每个滴头控制一棵油葵，滴头流量0.92 L/h。滴灌施肥系统包括沼液沉淀池、三级分离式沼液过滤系统和滴灌装置，沼液经过沉淀、过滤后进入滴灌施肥系统。油葵长势稳定后进行间苗，在油葵苗期和花蕾期将沼液兑水稀释后随滴灌施入，每次灌水施肥时间为2 h，灌水定额为60 m3/hm2，油葵生育期灌水7次，灌溉定额为420 m3/hm2。花蕾期追施尿素，尿素随水施入，施用量为150 kg/hm2。

1.4　测试项目及方法

为分析改良效果，在种植前1d和油葵生长季末，用土钻取土样。取土位置为每个重复小区的滴灌带一侧距滴头5 cm处，以植株下垄顶为基准向下间隔20 cm进行分层取土，分别为0～20、20～40、40～60 cm。剔除土壤样品中的石砾和植物残根等杂物，经风干、磨碎、过筛(孔径为1 mm)后，采用m(土)∶V(水)=1∶5与去离子水混合后，充分震荡摇匀并过滤，取上清液，采用S220多参数测试仪测定pH、采用S230电导率仪测定电导率。土壤全盐含量利用电导率与全盐之间的关系进行计算[14]：

SCC=3.51×EC1∶5+0.38

(1)

式中：SCC为全盐量，g/kg；EC1∶5为上清液的电导率，mS/cm。

采用重铬酸钾外加热法测定土壤有机质；采用碱解扩散法测定土壤碱解氮；采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定土壤速效磷；采用乙酸铵浸提火焰光度法测定土壤速效钾；采用乙酸铵-氢氧化铵-火焰光度法测定交换性Na+；利用交换性Na+与可交换性阳离子交换量的百分比计算碱化度；具体测定方法参考文献[15,16]。

2016年5月5日统计油葵出苗率，2016年6月20日统计油葵成活率。待油葵成熟后，通过收获的花盘来测其产量，其中：

出苗率(G)=(实际出苗数/种子数)×100%

(2)

成活率(E)=(实际成活数/出苗数)×100%

(3)

1.5　数据处理

用Excel 2010进行数据处理；数据分析采用SPSS19.0软件进行，数据分析包括差异显著性检验和双因素方差分析。

2　结果与分析

2.1　不同处理对土壤肥力的影响

不同处理土层0～60 cm土壤养分的影响如表3所示。

表3　不同处理对0～60 cm土层养分的影响Tab.3 Effects of different treatments on soil nutrient of 0～60 cm soil layers

注：不同英文小写字母表示各处理在0.05水平差异显著。

由表3可知，0～20 cm土层，土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量均高于改良前，且T1、T2、T3、T4处理的有机质、碱解氮、速效磷、速效钾均高于T0(P<0.05)。0～20 cm土层，各处理有机质含量分别比改良前提高1.64%、9.86%、12.32%、16.02%、20.94%，T1、T2、T3、T4处理之间差异不显著(P>0.05)。0～20 cm土层，各处理碱解氮含量分别比改良前提高16.38%、28.69%、40.30%、50.20%、61.74%，T1、T2、T3、T4与T0差异显著(P<0.05)。0～20 cm土层，各处理速效磷含量分别比改良前提高14.29%、48.44%、59.38%、64.73%、70.09%，T4、T3、T2差异不显著(P>0.05)，T1、T2、T3、T4与T0差异显著(P<0.05)。0～20 cm土层，各处理速效钾含量分别比改良前提高4.18%、17.36%、23.21%、26.45%、30.92%，T1、T2、T3、T4之间差异不显著(P>0.05)，T1、T2、T3、T4与T0差异显著(P<0.05)。以上分析表明添加沼液能显著增加土壤养分，且随沼液施用量的增加土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量也增加。

2.2　不同处理对土壤pH的影响

各处理对0～60 cm土层pH的影响如图1所示。

图1　各处理对0～60 cm土层pH的影响Fig.1 Effects of all treatments on pH of soil depth 0～60 cm注：不同英文小写字母表示各处理在0.05水平差异显著，下同

由图1可知，T1、T2、T3、T4处理的pH均低于T0，0～20 cm土层，T4处理的pH降低幅度最大，比改良前降低5.92%。T0、T1、T2、T3、T4比改良前分别降低0.44%、3.07%、4.06%、5.26%、5.92%，表明添加沼液有利于降低土壤pH，且随沼液施用量的增加pH降低幅度变大。T1、T2、T3、T4处理之间差异不显著(P>0.05)，表明在本试验条件下，不同沼液施用量对降低土壤pH无显著性差异。

2.3　不同处理对土壤碱化度的影响

碱化度是反映盐碱土壤的重要指标之一，各处理对0～60 cm土层碱化度的影响如图2所示。

图2　各处理对0～60 cm土层碱化度的影响Fig.2 Effects of all treatments on ESP of soil depth 0～60 cm

由图2可知，T1、T2、T3、T4处理的碱化度均低于T0，第1年T4处理的碱化度降低幅度最大，比改良前降低30.58%。T0、T1、T2、T3、T4比改良前分别降低7.47%、20.23%、24.40%、27.82%、30.58%，表明添加沼液有利于降低土壤碱化度，且随沼液施用量的增加碱化度降低幅度变大。T1、T2、T3、T4处理之间差异不显著(P>0.05)，表明在本试验条件下，不同沼液施用量对降低土壤碱化度无显著性差异。

2.4　不同处理对土壤全盐的影响

各处理对0～60 cm土层全盐的影响如图3所示。

图3　各处理对0～60 cm土层全盐的影响Fig.3 Effects of different treatments on salinity of 0～60 cm soil layers

由图3可知，各处理0～20 cm土层脱盐效果显著(P<0.05)，得益于滴灌高频率供水的特点，能有效降低表层土壤盐分，但在20 cm以下的土层盐分出现了累积现象(全盐高于初始值)。T1、T2、T3、T4处理积盐现象显著高于T0处理(P<0.05)，这是由于沼液本身含有盐分，随滴灌施入土壤会增加土壤全盐量。T1、T2、T3、T4处理在0～20、20～40、40～60 cm土层全盐量差异不显著(P>0.05)。

2.5　不同处理对油葵出苗、生长及产量的影响

不同处理对油葵出苗率、生长及产量如表4所示。

表4　不同处理油葵出苗、生长及产量的影响Tab.4 Effects of different treatments on seedling emergence, growth and yield of oil sunflower

由表4可知，T1、T2、T3、T4处理的出苗率、成活率和产量都显著高于T0(P<0.01)，表明沼液能改善土壤理化性质利于油葵生长。T1、T2、T3、T4油葵产量分别为T0的2.16、2.29、2.49、2.36倍，表明施用沼液并不是越多越好，T4处理的出苗率和产量反而低于T3，由于沼液本身含有盐分，过量施入不利于作物萌芽和生长发育。

3　讨论与结论

本研究以沼液施用量为控制因素，研究了不同沼液施用量对甘肃盐碱地的改良效果，主要得出以下结论：

(1)盐碱土壤养分贫瘠，施入沼液能显著提高土壤肥力，为作物生长提供养分。

(2)施入沼液能降低盐碱土壤pH、碱化度，但沼液本身含有盐分，过量施入土壤给带来额外盐分，不利于作物出苗、生长及产量的提高。因此，沼液施用要适量，结合本试验结果，沼液最佳施用量为1.4 t/hm2。

□

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