木醋液对盐碱土壤及其地表植被作用的影响研究

张 航 彭冬梅 伍 恒 李明周 支金虎 周 岭*

(1 塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300) (2 塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300)

新疆地区的耕地面积为407×104hm2，其中122. 88×104hm2的耕地受不同程度盐碱化影响，约占新疆总耕地面积的30. 12%；在1 031. 75×104hm2的宜农荒地中，受盐碱限制的面积为49. 93%[1～3]。土地盐碱化已经成为制约新疆农业发展的重要因素之一。木醋液是生物质热解过程中的混合气体经过冷凝回收所得的无毒害作用、无污染的天然物质，可作为有机肥发酵剂、防腐保鲜剂、除草剂及害虫忌避剂来使用[4～6]。针对农业生产过程中有害物质的残留问题具有一定的效果，其他国家也将木醋液广泛应用于各种领域。

1 材料与方法

1.1试验土壤

试验研究土壤采自亿利阿拉尔生态科技有限公司生态治理试验示范工程苗圃，试验地按种植植物的种类和施加木醋液的稀释倍数划分试验区。取样时，在试验样地内分别取0～20 cm和20～40 cm土层的土壤，以S型取3个点，去除草木根茎和石子等杂物后混合均匀作为土样。试验土壤的有机质含量在1. 0～4. 0 g/kg之间。

1.2木醋液

本研究采用由山东省东营润益生物科技有限公司所提供，是木屑经过高温持续热解冷凝回收制得。木醋液包含成分种类复杂，其主要成分为水，另含多种酸类、醇类、醛类、脂类、酮类成分。

1.3试验设计

1.3.1 试验区域及方法

阿克苏地区地处塔克拉玛干沙漠边缘，其盐碱地的面积为1. 26×105hm2，占总灌溉面积5. 37×106hm2的23. 5%[7]。新疆属于典型的荒漠性气候，新疆灌区气候极端干旱，年降水量20～100 mm，年蒸发量为年平均降水量的几十倍。该实验选取了三种不同研究价值的植株，分别为梭梭、紫穗槐、甘草，在试验区铺设管道，以滴灌的方式对三种植物施加不同浓度的木醋液。木醋液的稀释倍数为600、800、1 000、1 200、1 400倍，每次添加300 L，每月添加两次。

1.3.2 指标测定

本试验测定的主要指标为土壤容重、土壤有机质及土壤全盐。土壤容重的测量方法采用环刀法。有机质的测定：重铬酸钾～浓硫酸氧化法[9]。全盐量的测定采用重量法[8]。每组土样测两次，取平均值。

1.3.3 数据统计方法

应用origin分析软件绘制曲线趋势图及分析统计数据。

2 结果与分析

2.1对土壤容重的影响

土壤容重是自然状态下单位容积的干土和同容积的水的质量比值，是衡量土壤理化性质的重要指标，能够间接的反映土壤结构、土壤中相关酶的活性及微生物的分解能力。

图1 甘草土壤容重的变化 图2 紫穗槐土壤容重的变化

图3 梭梭土壤容重的变化

表1 改良前后容重变化

由表1可以看出，3种不同植物对于土壤容重指标均具有一定的作用规律，但作用效果差异较大。甘草和紫穗槐容重随着木醋液稀释倍数增加呈现先升高后降低的趋势。同时木醋液的浓度过高或过低都会减少木醋液的作用效果。三种植物中甘草的作用效果最显著，施加800倍木醋稀释液使甘草土壤容重下降最高，各浓度稀释液使甘草土壤容重分别降低了6. 74%、10. 41%、13. 75%、12. 38%、8. 08%和1. 63%，这可能是施加木醋液改善了土壤结构。紫穗槐植物对照组在试验结束后，高浓度木醋液使土壤容重有所升高，而施加低浓度木醋液能降低土壤容重，其中1 200倍的稀释倍数处理效果最好，对植物最有利。梭梭植株的土壤容重变化与其他两种植株完全相反，木醋液的施加对容重有相反作用。

如上图1、2、3中，甘草土壤的容重随着试验周期的增加呈现出先降低然后升高再降低的趋势，说明施加木醋液后土壤内产生了一系列复杂的性质变化，对土壤结构起到了一定的调节作用，在此期间木醋液为土壤中微生物的活动提供了一定的营养物质[10]。有研究表明木醋液有助于促进土壤团聚体的形成[11]，其中的有机分子可能对土壤具有胶结作用[12]，能够优化土壤结构。紫穗槐在木醋液施加后短时间内容重升高，而梭梭的容重在短期内容重先升高后降低，再出现上下浮动的变化。这可能是由于木醋液施加到土壤当中后改变了土壤的理化性质，影响了植物与土壤间关系。

2.2对土壤有机质的影响

土壤有机质能够提供土壤当中的营养，为微生物提供活动的能源，是反映土壤肥力水平的重要指标。木醋液能够使微生物在短期内激活[13]，同时能提供部分有机物质，有研究表明施加木醋液可增加土壤中的有机质的含量[11]。本文针对木醋液的施加对沙质土壤中有机质含量的变化，为木醋液改良土壤提供一定的依据。

图4 甘草0～20 cm(左) 20～40 cm(右)土层有机质含量的变化

由图4可知，与对照组CK相比，木醋液的添加明显增加了土壤中有机质的含量，在木醋液的施加过程当中不同植物的不同土层中均呈现规律性变化，在施加两次后土壤有机质呈现明显的上升趋势。在0～20 cm的土层中，土壤有机质增量变化为1 200>1 000>800>600>1 400>CK。在20～40 cm的土层中，土壤有机质含量分别增长了20%、24. 7%、91. 2%、139%、95. 6%和43. 6%。得出最优处理组为施加1 000倍木醋稀释液。

由涂层的截面形貌(图3b)可见，涂层较为致密，呈典型的薄片状结构，各层间可见清晰的界面，这主要是由于单个熔融颗粒具有极快的扁平化速度和冷却凝固速度，在几微秒内即完成从碰撞到完全凝固的整个过程[12-13]，因此各熔滴在基体表面的沉积行为通常可视为独立的，从而形成典型的层状结构。此外，涂层层间条状氧化物较少且呈非连续状态，未熔颗粒和孔洞缺陷较少。这样的结构有助于提高涂层的内聚强度，改善其耐磨性能，并可阻止高温服役环境中氧向涂层内部扩散。

图5 紫穗槐0～20 cm(左)20～40 cm(右)土层有机质的变化

由图5知紫穗槐在0～20 cm土壤层中，施加1 400倍木醋稀释液在试验初期对有机质的含量增加不明显，但是随试验周期的延长对有机质含量的影响越来越显著性。在20～40 cm的土壤层中，处理组对于有机质的增加具有促进的作用，但促进作用在试验前期更加明显。试验结束时土壤中有机质含量相对于初始时增加了15. 35%、98. 7%、214. 3%、167. 8%和22. 8%。

图6 梭梭0～20 cm(左)20～40 cm(右)土层有机质的变化

由图6分析得出，梭梭除第二次试验时的异常值外，有机质的含量变化趋势相同。在0～20 cm土壤层中有机质含量分别增加了1. 124 g/kg、1. 860 g/kg、1. 916 g/kg、1. 667 g/kg和1. 198 g/kg。20～40 cm土壤层中分别为1. 44 g/kg、1. 79 g/kg、1. 40 g/kg、1. 63 g/kg和1. 58 g/kg。则最优处理组为1 000倍稀释处理组。

2.3对土壤全盐的影响

随着土壤中可溶性盐含量的增加，会增大植物体内外溶液浓度的渗透压，从而使植物根系对于营养物质及水分吸收造成的阻碍增加，抑制植物的生长，甚至在植物体内造成离子毒害[14～15]。

图7 甘草0～20 cm(左)20～40 cm(右)土层全盐的变化

由图7得出，种植甘草的土壤在0～20 cm土壤层中的全盐含量要大于20～40 cm的土壤的全盐量。在第二次施加木醋液后，不同土壤层全盐含量的变化为逐渐降至低于初始值。实验结束时，0～20 cm土壤层全盐分别降低了53%、55%、35%、100%和55%。最优处理组为1 400倍稀释处理组。20～40 cm土壤层分别降低了68. 5%、52%、37%、40%和26. 5%。最优处理组为600倍稀释处理组。

图8 紫穗槐0～20 cm(左)20～40 cm(右)土层全盐的变化

通过图8发现：种植紫穗槐的土壤在不同土层中盐分含量差异不大，且不同土层的全盐的变化趋势基本相同，施加高浓度木醋稀释液的处理组全盐含量先增加后降低，施加低浓度木醋稀释液的处理组全盐量随试验的进行逐渐减少。整体而言，0～20 cm和20～ 40 cm两个土层处理中较对照组全盐含量有明显降低。

图9 梭梭0～20 cm(左)20～40 cm(右)土层全盐的变化

由上图9可知：木醋液施加后，不同土层的全盐含量在第一次木醋液的施加后全盐含量均显著降低。但是随着试验的进行，全盐含量呈现上升的趋势，在试验结束时土壤全盐含量有所下降，其中施加600倍和800倍木醋稀释液对全盐的降低作用明显，而施加低浓度的木醋稀释液在整个试验周期内对全盐的影响相对较小。

3 结论

3.1 木醋液对于三种植株的土壤容重影响差异较大，其中甘草的作用效果最显著，800倍稀释液对甘草土壤容重作用效果最显著，降低了13. 75%。

3.2 随着试验周期的延长，施加木醋液对三种植物土壤有机质均有明显的增加。甘草在0～20 cm和20～40 cm土层最优处理组均为1 000倍稀释液；紫穗槐在0～20 cm和20～40 cm土层最优处理组分别为1 400倍稀释液和1 000倍稀释液；梭梭在0～20 cm和20～40 cm土层最优处理组均为1 000倍稀释液。

3.3 低浓度的木醋液的施加短期内会使甘草、紫穗槐土壤全盐含量上升，但随试验周期增长逐渐下降至初始值以下。梭梭的作用效果相反，随试验周期增长呈现先降低后升高的趋势。