不同土壤改良剂对滴灌模式下次生盐碱化土壤改良效果研究

钟辉丽，陆祥生，刘兴成，陈天山，马天伟

（1武威市农业技术推广中心，甘肃武威 733000；2甘肃农垦黄洋河农工商（集团）有限责任公司良种场，甘肃武威 733000）

0 引言

膜下滴灌技术的应用，对节约水资源，降低化肥施用量，减轻劳动强度，推行农业规模化，提高作物产量等具有积极作用。河西绿洲灌区为干旱缺水地区，2010年以来开始积极推行膜下滴灌技术，在节水节肥方面起到了非常明显的作用。但是，膜下滴灌给农业发展带来巨大收益的同时也对农田的可持续发展带来了很多的负面影响。因河西绿洲灌区土壤母质自身含有盐分多，而且节水滴灌对盐分的淋洗作用弱，滴灌后土壤盐分无法下排至土壤深处，只是积聚在滴灌湿润区的边缘[1-3]，滴灌后盐分又随土壤水分蒸发积集在土壤耕作层，导致在长时间安装滴灌的地块上，出现了零星分布的白色“盐碱斑”，“盐碱斑”土壤的pH和EC值显著增高。根据2018—2020年的实地观察，“碱斑”面积呈现逐年扩大的趋势，土壤次生盐碱化问题日渐突出，作物产量开始下降。在目前水资源紧缺条件下，为了保证该地区的作物稳产和增产，不可能采用高频次、大定额灌水达到降盐目的[4-6]，也只有在继续发展节水农业的基础上，采用合理土壤改良措施，才能经济有效地防治土壤次生盐碱化，所以滴灌模式下土壤次生盐碱化改良成为急需解决的难题。常采用的盐碱地改良措施有很多，可以归纳为：水利措施、农业措施[7]、化学措施、生物措施[8-9]、综合措施[10]，见效最快、经济又方便的盐碱改良措施为施用土壤改良剂，在盐碱地治理方面有着广泛的应用，它不仅可以改善土壤理化性质、提高土壤保肥保水能力和减少土壤盐分含量，而且还能活化土壤中被固定的土壤养分，利于作物吸收[11]。然而土壤改良剂种类较多，最常应用到的有脱硫废弃物[11-13]、有机肥类[14-16]、腐殖酸类[17,18]、菌类[19]、沸石[20]、其他改良剂[21]，选择适合当地的土壤改良剂，并使其功效最大化是改良河西绿洲灌区滴灌模式下次生盐碱化土壤所要解决的问题。本研究通过田间试验，探讨了几种不同主要成分的土壤改良剂对滴灌模式下次生盐碱化土壤的理化性质及糯玉米生长、产量的影响，以期筛选出适合的土壤改良剂，为下一步深入研究及广泛推广应用提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在武威市凉州区黄羊河农场常年滴灌次生盐碱化严重的地块（连续滴灌10年）进行，该地区海拔高度1450 m，无霜期150天，日照时数2870 h，降雨量110 mL，年蒸发量2020 mL，主要风向西北风，大于10℃的积温2985℃。试验地块前茬为糯玉米。试验区耕层土壤基本理化性状见表1。

表1 试验地土壤基本理化性状

1.2 试验材料

以‘万糯2000’糯玉米为试验试材。5种土壤改良剂分别为：脱硫石膏（属基施型土壤改良剂），购买于武威市电厂，脱硫石膏样品为浅灰色半干状粉末，其主要成分为CaSO4·2H2O，含量为69.54%；禾康盐碱土壤改良剂剂（属聚马来酸类滴施型土壤改良剂），购于北京飞鹰绿地科技有限公司；土管家酸碱自动调节剂（属基施型配方土壤改良剂）、旱地龙盐碱消（属黄腐植酸类滴施型土壤改良剂）、施地佳盐碱土壤调理剂（属氨基酸类滴施型土壤改良剂）购于甘肃省武威市天丰农资有限公司。

1.3 试验方法

于2019、2020年开展为期2年的田间试验。设置6个处理，每个处理重复3次，共18个小区，每个小区50 m×3 m，各小区间设一幅膜的隔离行，小区采取完全随机分布，具体处理方法分别为：

T1：结合2019年、2020年春季整地，撒施脱硫石膏（施用量4500 kg/hm2），与0～20 cm耕层土壤充分混匀；

T3：于2019年、2020年春季播种后，结合头两次水，分别滴施禾康盐碱土壤改良剂剂37.5 kg/hm2；

T4：于2019年、2020年春季播种后，结合头两次水，分别滴施旱地龙盐碱消37.5 kg/hm2；

T5：于2019年、2020年春季播种后，结合头两次水，分别滴施施地佳牌盐碱改良剂37.5 kg/hm2；

对照(CK)：不施任何土壤改良剂。

1.4 田间管理

试验糯玉米采用一膜双行定植，0.75 m膜，空白行宽40 cm，株距28 cm，中间铺设单管，选用滴头间距为30 cm、滴水量为2.1～3.1 L/min滴灌带（如图1）。

图1 糯玉米种植模式示意图

田间管理：试验地糯玉米于4月24日用铺膜铺带一体机铺设滴灌带和地膜，4月30日机械点种，次日滴出苗水，及时放苗、定苗，8月29日收鲜穗（如图2）。糯玉米整个生育期滴水6～8次，每次滴水量375～345 m3/hm2，滴水间隔期8～12天，滴肥4～5次，每次滴肥量75～135kg/hm2，具体滴水、滴肥量依据糯玉米长势和天气情况适时调整。糯玉米生长期间要及时进行微耕机中耕、除草、封穴，禁止田间地埂使用任何除草剂。所有处理的耕作制度和水肥管理均相同。

图2 糯玉米种植模式实图

1.5 测定项目及数据处理

土壤样品采集：在2019年春耕之前（4月23日），在每个处理的3个重复样地上采集0～20 cm耕层3个采样点（S型）的混合土样，每处理混合土样再次混合，作为土壤改良前试验地土壤样品，测定其背景值。于2020年第二次施入改良剂后一周再次按以上釆集方法采集各处理、各重复的耕层土壤，共18个样品。

土壤理化性质及养分含量测定：环刀法测定土壤容重、孔隙度、含水率[23]。将采集的土壤样品室内风干后过1 mm筛，装保鲜袋备用。测定土壤pH、EC、有机质、速效氮、速效磷、速效钾、全氮。土壤pH采用酸度计测定（土水比为1:2.5），EC采用电导仪测定（土水比为1:5）。土壤有机质釆用重铬酸钾容量法测定；土壤速效氮釆用碱解扩散法测定；土壤速效磷用浸提—钼锑抗比色法测定；土壤速效钾用浸提—火焰光度法测定；全氮用凯氏定氮法测定[24-25]。土壤综合肥力指数(IFI)：利用修正的内梅罗公式计算土壤综合肥力指数[26]。

（1）分肥力指数(IFIi)。计算公式如(1)所示。

我们有以下结论：地球对其内距球心为r的质点P的引力，等效为与半径为r的球体质量相等且位于球心的质点对质点P的引力。即:

式中，IFIi：分肥力系数，x：该属性测定值

（2）综合土壤肥力指数IFI。计算公式如(2)所示。

其中：IFIi平均与IFIi最小为土壤各属性分肥力均值与最小值；n为评价指标个数。

株高、茎粗、SPAD值测定：每个重复固定10株玉米，于2020年糯玉米的三叶期、拔节期、吐丝期测定株高、茎粗、SPAD值，SPAD值用SPAD-502叶绿素计测定。

表2 土壤基础化学指标分级标准值

测产考种：手刻棒子中间籽粒呈糊状、无浆水溢出，即为糯玉米乳熟期，可进行采收，每个小区取连续的15株测产考种，并按照黄洋河食品加工厂的要求及定价计算产值，如式(3)所示（表3）。

表3 糯玉米质量标准和收购单价

试验数据采用SPSS 18.0软件和Microsoft Excel 2010进行数据统计分析，利用单因子方差分析对试验结果进行差异性检验，多重比较采用LSD法，P＜0.05为差异显著。

2 结果及分析

2.1 不同土壤改良剂对土壤物理性质的影响

通过连续2年的土壤改良后，对土壤物理性质进行分析，如表4所示，施入土壤改良剂土壤耕层容重均下降、孔隙度增大、含水量增加，这表明随着土壤改良剂的施入，次生盐碱土壤的紧实度降低、孔隙增大、通透性增强、蓄水能力增强，以上土壤物理特性变化有利于其对盐分淋洗。T3、T2、T5与CK处理的容重差异显著，分别降低14.91%、8.07%、6.83%，T1、T4与CK相比，容重虽有所降低但差异不显著；T3孔隙度增加到43.13%，较CK提高8.23%，T1、T4、T2、T5与CK差异不显著；各土壤改良剂处理间的土壤含水量均较CK有所增加，但无显著差异。综上，禾康盐碱土壤改良剂剂在改善土壤物理性质方面较其他4种改良剂效果好。

表4 不同土壤改良剂对土壤物理性质的影响

2.2 不同土壤改良剂对土壤pH的影响

不同土壤改良剂对土壤pH的影响如图3所示。从图中可看出：与对照比，土壤改良剂均能显著降低土壤pH。土壤pH降低程度以T3最显著，降低了9.3%，其次是T5、T4、T2、T1，分别降低8.1%、7.8%、7.5%、4.4%。改良剂间比较，滴施型土壤改良剂效果略优于基施型土壤改良剂。

图3 不同土壤改良剂对土壤pH的影响

2.3 不同土壤改良剂对土壤盐分的影响

由图4可知，不同土壤改良剂均能够降低土壤盐分，处理之间存在一定的差异。各处理的土壤盐分较CK降低幅度在8.3%～23.2%之间，其中旱地龙盐碱消和禾康盐碱土壤改良剂剂的降盐效果比较显著，分别降低了23.2%、19.9%。2种撒施型土壤改良剂处理下盐分有所降低，但没有滴施型土壤改良剂降盐效果明显，这与其性质和施肥方式有关，固态土壤改良剂溶解性较滴施型差，在较短时间内降盐效果不佳，而且撒施到远离滴头的固态土壤改良剂得不到很好的淋洗，溶解慢，导致取得的土壤中残留的固态土壤改良剂分子成分过多，因此用电导率仪测定的EC值比滴施型土壤改良剂高。

图4 不同土壤改良剂对土壤EC的影响

2.4 不同土壤改良剂对土壤养分的影响

2.4.1 不同土壤改良剂对土壤有机质的影响 从表5中可以看出：与CK比，施土壤改良剂均可显著提高土壤有机质含量，施土壤改良剂各处理(T3、T4、T5、T2、T1)分别比CK有机质含量提高了14.8%、4.7%、1.2%、1.0%、0.7%，禾康盐碱土壤改良剂剂在提高有机质含量上影响最明显。这是由于碱性环境条件下不利于土壤有机质分解，施入土壤改良剂后，土壤pH有所降低，使土壤中秸秆分解速度加快，从而提高土壤有机质含量，进而提高土壤肥力。

2.4.2 不同改良措施对土壤速效养分的影响 速效氮、速效磷、速效钾是土壤中农作物可直接进行吸收的营养元素，其含量与作物的生长与产量息息相关。由表5可知，较对照而言，不同土壤改良剂处理的速效氮、速效磷、速效钾含量显著提升，速效氮增加幅度在36.3%～73.6%之间，速效磷的增加幅度在7.0%～10.5%之间，速效钾的增加幅度在2.7%～7.7%之间，可见，土壤改良剂可以活化土壤中的氮磷钾。处理之间比较知，滴施型土壤改良剂在提高土壤速效氮、速效钾含量方面显著大于基施型改良剂，滴施型改良剂以禾康盐碱土壤改良剂剂效果最明显，基施型改良剂在提高土壤速效磷含量方面显著大于滴施型改良剂。因当地土壤的速效氮含量只有25 mg/kg，氮素是限制该地区作物产量的主要因子，土壤速效氮含量的增加，可促进糯玉米生长，达到增产目的。不同处理在提高土壤全氮含量上差异不明显。土壤改良剂对土壤综合肥力指数有显著影响，但土壤改良剂之间差异不大，总体分析滴施型土壤改良剂较基施型土壤改良剂在提高土壤综合肥力指数方面稍有优势。

表5 不同改良剂对土壤养分的影响

2.5 不同土壤改良剂对糯玉米株高、茎周、叶绿素含量的影响

由图5可以看出，在糯玉米生育期前期，不同改良剂对糯玉米株高的影响之间差异并不显著，随着生育期的延长，各处理间差异逐渐显著。不同处理间的平均株高相比为T3＞T4＞T5＞T2＞T1＞CK，其中处理T3和处理T4的平均株高相比CK分别增加13.41%、6.32%，其他3个处理对株高的影响没有达到显著水平，试验结果说明施用禾康盐碱土壤改良剂剂和旱地龙盐碱消可以有效的提高糯玉米的生长，脱硫石膏、土管家酸碱自动调节剂和施地佳牌盐碱改良剂虽然在一定程度上能提高糯玉米生长，但效果不显著。由图6可以看出，3个时期不同改良剂对糯玉米茎周的影响之间差异均不显著。

图5 不同土壤改良剂对糯玉米株高的影响

图6 不同土壤改良剂对糯玉米茎周的影响

施土壤改良剂对糯玉米叶绿素的影响大致分为3个阶段：苗期，与CK相比，各土壤改良剂处理叶绿素测定值有显著的提高，不同土壤改良剂之间也有显著差异，从高到低的顺序为：T3＞T4＞T5＞T1＞T2＞CK，各土壤改良剂处理的叶绿素测定值比CK分别增长了46.2%、38.5%、27.2%、22.5%、17.5%，滴施土壤改良剂效果优于基施土壤改良剂。拔节期，与CK相比，各土壤改良剂处理叶绿素测定值较CK仍有显著的提高，各土壤改良剂处理之间叶绿素的测定值也仍有显著差异，从高到低的顺序仍为：T3＞T4＞T5＞T1＞T2＞CK，各土壤改良剂处理的叶绿素测定值比CK叶绿素测定值分别增长了31.6%、23.7%、15.8%、7.9%、5.3%，较苗期各处理间的差异减小。吐丝期，各处理糯玉米叶绿素测定值均在43左右（如图7）。

图7 不同土壤改良剂对糯玉米SPAD值的影响

2.6 不同改良剂对糯玉米产量及构成的影响

从表6中可以看出，不同土壤改良剂均能提高糯玉米的产值、净增产及产量构成。各处理之间穗长和穗粗差异不显著。T3处理的秃尖长最小，与其他处理之间差异显著，各处理之间秃尖长比较为：T3＜T5＜T4＜T2＜T1＜CK。土壤改良剂处理的穗行数和行粒数与CK间差异达到显著水平，但各土壤改良剂处理之间的差异不显著。单穗鲜重和产值的各处理之间差异基本一致，表现为T3处理的单穗鲜重和产值最大，与其他处理差异显著，T3、T4、T5、T1、T2处理的单穗鲜重分别较CK提高8.9%、5.5%、5.4%、3.2%、2.4%，产值分别较CK提高10.9%、8.4%、6.4%、4.4%、4.8%。净增产各处理之间差异显著，T3处理的净增产最多，净增产最少的是T2处理，同时滴施型土壤改良剂在提高净增产方面显著优于基施型土壤改良剂。

表6 不同改良剂对糯玉米产量及构成的影响

3 结论与讨论

（1）5种土壤改良剂改良对土壤理化性质产生不同程度的改观。经过连续2年的次生盐碱土壤改良，土壤的紧实度降低，容重减小，土壤颗粒间的孔隙度增大，土壤蓄水能力变强，土壤pH降低，以上土壤理化性质的变化有利于盐分的淋洗。在土壤理化性质方面总体分析，滴施型土壤改良剂较基施型效果好，见效快，改善效果最好的是禾康盐碱土壤改良剂剂，较CK容重降低14.91%，孔隙度提高8.23%，土壤含水量增加1.4%，pH降低9.3%。

（2）5种土壤改良剂均能降低次生盐碱土壤盐分，提高土壤养分。次生盐碱土壤经两年改良后，盐分降低显著，降盐效果最好的土壤改良剂为旱地龙盐碱消和禾康盐碱土壤改良剂剂，分别降盐23.2%和19.9%，滴施型土壤改良剂较基施型土壤改良剂降盐效果好，降盐效果较明显。在提高土壤养分方面，几种土壤改良剂在提高全氮含量上不明显，在提高土壤有机质、速效氮、有效磷、有效钾、肥力综合指数上土壤改良剂起到了很好的作用，滴施型土壤改良剂在提高有机质、速效氮、有效钾方面较基施型土壤改良剂显著，基施型土壤改良剂在提高有效磷方面较滴施型显著，从肥力综合指数上看，滴施型土壤改良剂较基施型好，并且以禾康盐碱土壤改良剂剂最为优。

（3）不同土壤改良剂对糯玉米茎周的影响不明显，对糯玉米株高的影响表现出循序渐进的趋势，具体表现为：在糯玉米生育期前期，土壤改良剂对糯玉米株高的影响并不明显，随着生育期的延长，影响逐渐显著。从平均株高来看，施用禾康盐碱土壤改良剂剂和旱地龙盐碱消可以有效的提高糯玉米的生长，其他几种土壤改良剂的效果不明显。不同土壤改良剂对糯玉米叶绿素含量的影响表现出“前强、中弱、后平”的趋势。苗期，不同改良剂对叶绿素的含量有显著提高，禾康盐碱土壤改良剂剂处理比对照增长了46.2%；拔节期，不同改良剂对叶绿素的含量仍有有显著提高，但相比苗期影响减弱；吐丝期，各个处理之间差异不明显。从不同土壤改良剂对株高、茎周、叶绿素含量的影响结果分析来看：滴施土壤改良剂效果优于基施土壤改良剂，原因可能是滴施型土壤改良剂直接接触糯玉米根系，对植株的生长影响比基施型土壤改良剂明显，而且作物苗期对土壤环境的变化很敏感，土壤条件适宜时糯玉米幼苗叶绿素含量会有明显增加，随着糯玉米植株的快速增长，自身调解能力逐渐增强，对土壤环境的变化反应不是太明显。

（4）不同土壤改良剂均能提高糯玉米的产值、净增产及产量构成。各处理之间穗长和穗粗差异不显著。禾康盐碱土壤改良剂剂处理的秃尖长最小。各土壤改良剂处理的穗行数和行粒数与CK间差异达到显著水平，但各土壤改良剂处理之间的差异不显著。禾康盐碱土壤改良剂剂处理的单穗鲜重、产值和净增产最大，与其他处理差异显著，较CK单穗鲜重提高8.9%、产值提高10.9%、净增产增加175.5元，其次为旱地龙盐碱消，同时滴施型土壤改良剂在提高净增产方面显著优于基施型土壤改良剂。