活化矿物对盐渍土改良及玉米生长的影响

杜玉凤，何振全，张仙梅，盖国胜，，孟繁荣，王斌

（1.西安建筑科技大学材料学院，陕西 西安 710055；2.清华大学材料学院，北京 100084；3.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所／耕地培育技术国家工程实验室，北京 100081；4.清华大学无锡应用研究院，江苏 无锡 204000；5.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

土壤盐渍化改变了土壤的理化性质，并在植物生长过程中产生抑制作用［1］。盐渍化土壤主要表现为盐碱化程度高、肥力低下和理化性质较差，导致土壤的利用率较低，土壤资源的浪费［2，3］。我国盐碱地约有9 913×104hm2，占国土面积的3.26%，主要分布在东北、华北、西北内陆地区以及长江以北沿海地带［4］。盐碱区域内的植物几乎不能生长。人们对盐碱地改良已有很多研究，也取得较多成果，但是对于改良原生盐碱化和控制土壤次生盐碱化还有待于研究突破［5，6］。因此，有必要对盐碱化土壤进行改良，提高土地利用率。目前，采用非金属矿物类物质对盐碱地土壤的改良已有不少研究［7，8］，非金属矿物是土壤改良剂的重要原料来源，但天然非金属矿形成年代长、结构致密、活性较低，影响其土壤改良效果。采用机械力化学活化的方式实现矿物晶体结构的转化，可以实现矿物活化［9，10］。本试验研究微晶化磷矿粉、沸石粉、膨润土等矿物加工而成的土壤改良剂对盐碱土壤理化性质和玉米生长的影响，以探明机械活化非金属矿物对盐碱地的改良效果。

1 材料与方法

1.1 试验材料

微晶化磷矿粉：产自河南省，全磷（P2O5）含量25.12%。活化剂5%（W）与普通磷矿粉95%（W）混合均匀后，经过微晶化设备滚筒式球磨机（WJH-02）处理4 h后，过200目筛，样品保存备用。微晶化磷矿粉平均粒径2.44μm，枸溶性磷含量增加，由原料的3.09%提高到5.50%。

活化沸石矿粉：原料来自河北省灵寿县，经湿法球磨设备（WJH-03）处理3.5 h，烘干后过200目筛备用。活化沸石粉平均粒径4.80μm，比表面积由0.40 m2／g提高到0.67 m2／g。

活化膨润土粉：原料来自河北省灵寿县，处理方法同沸石粉，比表面积由0.40 m2／g提高到1.92 m2／g。

有机肥，产自山东滨州清大科技有限责任公司。所用氮肥为尿素（含N 46%），钾肥为硫酸钾（含K2O 50%）。

供试玉米品种为郑单958。试验用土为盐渍土，取自山东省阳信县，土样混匀后带回实验室备用，具体理化性质如表1所示。

表1 盐渍土耕层土壤理化性质

1.2 试验设计

盆栽试验于2017年10月在清华大学昌平实验基地玻璃温室内进行。试验共设7个处理，具体方案如表2。土样自然风干，过2 mm筛后装盆，每盆装土5.0 kg。试验用不透光高强度聚乙烯盆钵规格：上Φ26.5 cm、下Φ15.7 cm、高17.6 cm。N、P、K施用量均按照0.16 g／kg土标准与土壤混匀，每处理重复3次。

将选取的玉米种子浸种12 h后播种，每盆10粒，出苗后选取长势均匀的幼苗定植，每盆4株。每次浇水量相同，生长42 d后收获植株样品。

表2 试验方案

1.3 测定项目及方法

收获玉米植株称鲜重，后105℃下杀青，70℃烘干后称干重。土壤培养60 d取样测定各指标。

玉米叶片叶绿素含量（SPAD值）用TYS-A型叶绿素仪（浙江托普仪器有限公司生产）测定；植株干重和鲜重使用百分之一天平测定；土壤pH值采用精密pH计（pH复合电极型号E-201-C，上海仪电科学仪器股份有限公司提供）按1∶2.5土水比常温测定；土壤有机质含量采用重铬酸钾容量法测定；有效磷含量采用Olsen法测定；速效钾含量采用醋酸铵浸提火焰光度法测定；可溶性盐含量采用重量法测定。

2 结果与分析

2.1 不同改良剂对土壤可溶性盐含量的影响

盐渍土中可溶性盐主要是钠、钙、镁的氯化物或硫酸盐、碳酸盐及重碳酸盐等，当其在土壤中积累到一定浓度时，危害作物生长，钠盐尤其是碱性钠盐的存在及其在土体内的频繁移动还会造成土壤碱化［11］。由图1可看出，盐渍土施用微晶化磷矿粉、沸石粉、膨润土粉均能不同程度地降低土壤可溶盐含量，CK1、PR1、PT1分别较CK0下降3.5%、23.3%和13.8%。施用活化沸石粉的PR2处理和活化膨润土的PT2处理对降低土壤可溶性盐含量的效果更明显。表明微晶化处理对沸石、膨润土改良盐渍土有促进作用［12］。活化沸石粉与有机肥配施的PR3处理对降低土壤可溶性盐含量效果最好，与其他处理差异达显著水平。

图1 不同处理土壤的可溶性盐含量

2.2 不同改良剂对土壤pH值的影响

由图2看出，除施用微晶化磷矿粉的CK1土壤pH值较CK0略有增加外，其他处理pH值较CK0均下降。其中活化沸石粉处理较普通沸石粉处理的pH值差别不明显，表明沸石可以在短期内使土壤pH值降低，但活化处理对其影响较小；活化沸石粉与有机肥配施的PR3处理pH值降至8.0以下，降幅为4.49%，与其他处理差异达显著水平。膨润土及其活化后处理对盐碱土壤pH值影响也较小，与对照差异不显著。

图2 不同处理对盐碱土壤pH值的影响

2.3 不同改良剂对玉米植株生长的影响

2.3.1 对株高的影响 由图3可知，盐渍土壤施用磷矿粉和沸石处理促进了玉米植株地上部生长。其中，微晶化磷矿粉加活化沸石粉的PR2处理株高显著高于CK0，但与普通沸石粉处理PR1差异不显著；有机肥与活化沸石粉配施处理PR3效果最佳，苗期42 d，较CK0提高15.29%。施用膨润土处理对玉米株高无显著影响。

图3 不同处理的玉米株高

2.3.2 对叶片叶绿素、生物量的影响 由表2可以看出，施用土壤改良剂处理的叶片叶绿素含量（SPAD值）较CK0均有增加，除PR2外差异均达显著水平。其中PR3处理的叶绿素含量最高，较CK1增加12.82%；其次为PT1处理，增加10.29%。

由表2还可看出，施用不同土壤改良剂促进玉米苗期生长，与CK0相比均提高了玉米植株的鲜重和干重。其中，PR3、PT1、PR2处理玉米植株鲜重增量较大，分别较CK0增加25.84%，9.59%和7.87%，差异达显著水平。PR3、PR2处理玉米植株干重增加显著，根冠比较高。随着根系干重的增加，根冠比随之增加，较高的根冠比有利于作物对营养元素的吸收，并将营养元素向地上部运输，从而提高作物的产量和品质［13］。

表3 不同处理玉米叶片叶绿素含量及植株鲜、干重

3 讨论与结论

盐渍土壤含盐量的变化，与水分对土壤的淋溶、土壤调理剂与土壤溶液的交换吸附固定作用、作物对离子的选择吸收有关。我国滨海盐碱地主要是以NaCl和Na2SO4混合为主要类型的盐渍土，Na+荷质比较Ca2+、Mg2+、H+小，这种交换吸附和作物对钙镁的吸收，促进了土壤溶液钠离子的降低。有机肥、秸秆等有机物料能打破土壤板结，促进土壤结构体形成，降低盐碱对作物的危害［14，15］。因此，石膏等钙制剂是改良盐碱土壤的通常原料［16］。磷矿粉中的磷酸钙能提供钙离子和磷酸根养分，磷酸根对局部pH值还具有缓冲作用。因此，从改良土壤和对玉米苗期生长的影响上看各处理表现为PR3＞PR2＞CK0。

沸石具有多孔结构，离子代换能力强，具有分子筛的功能，施入盐碱土壤后，对钠离子的代换吸附可以促进土壤溶液中离子交换和洗脱，进而减少外界空间钠离子的浓度及对作物的危害［17，18］。由于沸石、膨润土内外表面的阴离子都是比较稳定的矿物态，灌水淋溶的阴离子只能是Cl-、SO2-4、OH-等，从而使土壤可溶性盐含量和pH值降低。两种矿物通过机械活化降低粒径，有利于颗粒打通颗粒内层孔道和形成新的活性表面，增强对土壤的改良作用。沸石、膨润土以及有机肥本身含有盐分离子，超过用量范围，对pH值和可溶性盐的降低效果可能下降。本研究中施用沸石、膨润土均可促进玉米苗期生长，提高其生物量，这可能与沸石提高作物对氮磷钾的利用效率继而促进作物生长发育有关［19］。

适宜用量的磷矿粉、沸石粉、有机肥、膨润土等土壤改良剂可降低盐渍土壤可溶性盐总量和土壤pH值，特别是对降低可溶性盐含量效果明显，且以微晶化磷矿粉和活化沸石粉与有机肥配施处理效果最优。