盐碱地原位工程化根治技术对土壤养分及甜瓜生长和产量的影响

寇燕燕，史中兴，刘 斌，2

（1.甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心 甘肃景泰 730400； 2.甘肃农业大学园艺学院 兰州 730070）

盐碱化土壤在世界范围内分布广泛，特别是在干旱和半干旱地区，据统计，目前，我国约有1 亿hm盐碱地，而且还在以每年1%的速度增长，约占耕地总面积的5%。其中，可利用的约有3600 万hm，占全国可利用土地总面积的4.88%。人类在进行生产生活时对土地资源的不合理利用导致了水土流失、土壤污染、土地退化等问题，加速了土壤盐碱化进程。随着盐碱化程度的加剧，伴生的土壤沙化和荒漠化等生态问题也日益突出，农业生态环境急剧恶化，已成为限制农业可持续发展的重要影响因素。因此，盐碱地资源的合理开发利用与综合治理对维护生态系统的稳定和我国生态建设与实现全面协调可持续发展具有重要现实意义，如何改良和治理盐碱化土壤成为现代土壤和农业生产中亟需研究解决的问题。

目前，用于盐碱地土壤改良的方法较多，包括“控排盐工程＋客土（更换土壤）”技术、“控排盐工程＋原土改良”技术、暗管排盐技术、水利工程改良技术、生物修复技术、化学改良技术、农艺措施、水产养殖等，这些方法在短期内对盐碱的治理有较为明显的效果，但随着时间的推移，土体深层中可溶性盐类通过毛细管重新在土壤表层积累，加之农业可用水资源匮乏，造成土壤盐碱化和次生盐碱化加剧。经研究，民勤绿洲地区土壤含盐量的平均值为47.02 g·kg，盐碱化程度严重。甜瓜（）是甘肃河西绿洲地区重要的经济作物，民勤绿洲是河西地区最主要的甜瓜产区，是当地重要的支柱产业之一，给农业生产带来了显著的经济效益。近年来，由于甜瓜价格较高，农民在种植过程中为追求高产经常大水大肥，大量开采地下水资源，导致地下水位不断下降，水质矿化度升高，造成甜瓜土壤盐碱化和次生盐碱化逐年加剧，盐碱地面积大幅增加。有研究表明，土壤盐胁迫会抑制根系对土壤中一些必需元素的吸收，造成甜瓜植株离子毒害和营养失调，进而影响甜瓜养分吸收、光合作用和生长发育，不利于甜瓜产量和品质的提高，严重影响了当地甜瓜生产。因此，探索高效、低价、环保、实用的盐碱地改良方法和改良材料，是当地盐碱土改良研究的目标和方向。

盐碱地原位工程化根治技术利用优势特色资源凹凸棒石，利用研制的盐碱地透气防渗阻隔材料，并同地表下渗水阻隔材料、改造后土地“熟化”和“肥化”等材料铺设于盐碱地耕作下层，切断了土壤盐碱迁移通道，阻隔地下水中可溶性盐类通过毛细管作用在土壤表面积聚造成的土壤次生盐碱化，从而实现盐碱地土壤的改良和治理。该技术已在玉米、小麦上应用，效果明显，但在甜瓜上的应用研究鲜有报道。因此，为有效解决民勤绿洲甜瓜土壤盐碱化和次生盐碱化问题，笔者选用盐碱地原位工程化根治技术探究该技术对盐碱地土壤养分和对甜瓜生长发育生产情况的影响，以期改善民勤绿洲土壤的理化性状，促进甜瓜增产提质，为该技术的大面积推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2021 年5—9 月在甘肃民勤县农业技术推广中心试验站进行。试验地位于河西走廊东段的民勤绿洲，为半封闭内陆荒漠区，温带大陆性极干旱气候，年均降水量110 mm，年蒸发量2644 mm，昼夜温差25.2 ℃，年均气温7.8 ℃，年均日照时数为3073 h。供试土地平整、排灌方便、形状规整，前茬作物为甜瓜。

1.2 材料

供试材料：凹晶材料、阻隔材料、凹晶地力恢复剂和改良剂，由甘肃靖远凹晶矿业开发有限公司提供。供试甜瓜品种为金红宝，由廊坊市科龙种子有限公司培育，为当地主栽品种，具有丰产性好、品质较优、耐贮运、抗病能力强等优点，由甘肃省民勤县农业推广技术中心提供。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组试验设计。以凹晶材料一次性铺设量作为处理，设4 个处理，分别为3.0、2.5、2.0、1.5 t·667 m，不铺设凹晶材料作为对照（CK）。3 次重复，共15 个小区，小区面积为40 m（2 m×20 m）。

盐碱原位工程化技术实施工艺：于2020 年5月开挖试验地50～70 cm 土壤后，将下层基础及侧壁进行整平处理，并用压路机进行夯实。将凹晶缓冲材料均匀铺设于夯实后的基础上，铺设量按试验设计进行，然后应用铺设机械将阻隔材料均匀铺设于凹晶材料上，铺设厚度为3 cm，铺设完成后，用小型压路机进行碾平处理，铺设量为15 t·667 m；最后在阻隔层上铺设细沙和细颗粒土壤作为保护层，铺设厚度为10 cm，将上层土壤回填。上层土壤盐分清除和土壤地力恢复：采用灌水洗盐的方式，洗盐每次用水量150 m·667 m，于2020 年6—7 月共洗盐4 次，周期为7 d，在每次灌水前采用旋耕机械进行搅拌处理。上层土壤盐分清除后，利用凹晶地力恢复剂进行土壤地力恢复。具体使用方法如下：将地力恢复剂颗粒均匀撒于土壤表面，使用量为250 kg·667 m，然后用旋耕机械进行耕作，土壤地力恢复期为6 个月。

甜瓜采用水旱塘栽培，水旱塘宽2 m，水沟宽70 cm，旱塘宽130 cm，株距45 cm，双蔓整枝，每株留1 果，施肥水平和当地水平相一致。开沟播种时一次性集中施入基肥施磷二铵10 kg·667 m、尿素20 kg·667 m，过磷酸钙50 kg·667 m。坐瓜后追施尿素10 kg·667 m、硫酸钾5 kg·667 m，果实膨大期追施尿素5 kg·667 m。在果实膨大期用尼龙网垫垫瓜。

1.4 测定指标与方法

植株生长指标：在甜瓜开花坐果期、果实膨大期、成熟期的生育阶段末，每个小区选长势一致的10 株分别测定茎粗、蔓长。采用相关系数法测定叶面积，叶面积=长×宽×0.68。每株取1 片功能叶片测定叶面积，然后将叶片放在烘箱内烘干至恒质量。比叶质量=叶干质量（mg）/叶面积（cm）。

产量和品质测定：甜瓜成熟时每个小区采收全部果实计产。每个小区选取5 个果实测定品质。采用直尺测量果实纵横径、皮厚、果肉厚度；采用WYT-A 型手持糖度折光仪测定可溶性固形物含量；采用GY-4 型果实硬度计测定果肉硬度。

土壤pH、全盐量和养分测定：甜瓜收获后，于每个处理的3 个重复小区采用土钻取土法取深度0～50 cm 的土壤混合处理后，送至甘肃省农业科学院农业测试中心进行测定。采用电极法，用pH S-25型酸度计测定土壤pH 值；采用重铬酸钾硫酸氧化-外加热法测定有机质含量；采用电导率法，用DDS-12A 数显电导率仪测定全盐量；采用凯氏定氮法，采用Kjeltec8200 半自动定氮仪测定全氮含量；采用碱解扩散法，用28YX-500 型电热恒温培养箱测定碱解氮含量；采用碱熔-钼锑抗比色法，用Cary50 紫外可见分光光度计测定全磷含量；采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，采用Cary50 紫外可见分光光度计测定速效磷含量；采用碱熔-火焰光度法，用Sherwood M410 火焰光度计测定全钾含量；采用乙酸铵提取-火焰光度法，用Sherwood M410火焰光度计测定速效钾含量。

脱盐率/%=［（对照土壤全盐含量-处理土壤全盐含量）/对照土壤全盐含量］×100。

1.5 数据处理

采用SPSS 19.0 软件进行数据统计分析，采用新复极差法（Duncan）比较不同处理间的差异显著性，采用Excel 2007 软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤养分和含盐量的影响

由表1 可知，不同处理水平下，处理1 和处理2土壤全盐量较CK 分别降低4.3%、4.5%，脱盐率分别为33.86%、35.43%，优于处理3 和处理4；处理2的pH（8.07）最低，较CK 下降0.41；各处理的有机质含量（，后同）均高于CK，处理2（8.61 g·kg）较处理1、处理3、处理4 分别高0.34、0.29、0.64 g·kg。土壤养分方面，各处理的碱解氮含量均高于CK，分别提高34.4%、76.9%、24.5%、92.0%，处理2 和处理4 效果最好，各处理对全氮含量无明显影响。处理2 和CK 的有效磷含量均高于其他处理，处理2 最高，为26.5 mg·kg，较CK 提高11.8%。速效钾方面，处理1、处理2、处理3 的含量均高于CK，分别提高18.4%、29.2%、19.4%，处理4 最低。各处理的全磷、全钾含量均低于CK。表明盐碱原位工程化技术可以降低盐碱地土壤的全盐量和pH 值，提高有机质含量提高，促进作物对土壤碱解氮和速效钾的吸收，处理2 优于其他处理。

表1 不同处理对土壤养分和全盐量的影响

2.2 不同处理对甜瓜各生育期蔓长的影响

由表2 可知，不同处理水平下，开花坐果期处理2 甜瓜的蔓长最长，为70.74 cm，显著高于处理4和CK，分别增长22.8%、29.3%，与处理1 和处理3差异不显著。果实膨大期处理1 和处理2 甜瓜的蔓长分别为88.86、88.65 cm，均显著高于处理4 和CK，与处理3 差异不显著。成熟期处理1 的甜瓜蔓长（97.65 cm）显著高于其他处理，处理2 显著高于CK，与处理3 和处理4 差异不显著。表明盐碱原位工程化技术可以促进甜瓜各生育期蔓的生长，处理1 优于其他处理。

表2 不同处理对甜瓜各生育期蔓长的影响 cm

2.3 不同处理对甜瓜各生育期茎粗的影响

由表3 可知，不同处理水平下，开花坐果期各处理甜瓜的茎粗均显著高于CK，各处理之间差异不显著。果实膨大期处理2 甜瓜的茎粗值最大，为1.22 cm，显著高于处理1 和CK，与处理3 和处理4差异不显著。成熟期处理2 甜瓜的茎粗（1.23 cm）显著高于CK，与其他处理差异不显著。表明盐碱原位工程化技术可以促进甜瓜开花坐果期、果实膨大期茎的生长，处理2 优于其他处理。

表3 不同处理对甜瓜各生育期茎粗的影响 cm

2.4 不同处理对甜瓜各生育期比叶质量的影响

由表4 可知，不同处理水平下，开花坐果期处理1、处理2 甜瓜的比叶质量均显著高于处理3 和CK，处理1（6.91 mg·cm）比处理3 和CK 分别提高21.4%、25.2%，处理2（6.80 mg·cm）比处理3 和CK 分别高19.5%、23.3%，处理1 和处理2 之间差异不显著。果实膨大期处理1、处理2、处理4 甜瓜的比叶质量均显著高于处理3 和CK，处理1、处理2 和处理4 之间差异不显著。成熟期处理2 和处理4 甜瓜的比叶质量均显著高于处理3 和CK，处理2（8.51 mg·cm）比处理3 和CK 分别高18.2%、35.7%，处理4（8.21 mg·cm）比处理3 和CK 分别高14.0%、30.9%，处理1、处理2 和处理4 之间差异不显著。表明盐碱原位工程化技术可以显著提高甜瓜开花坐果期、成熟期的比叶质量，处理1 和处理2 优于其他处理。

表4 不同处理对甜瓜各生育期比叶质量的影响（mg·cm-2）

2.5 不同处理对甜瓜品质的影响

由表5 可知，不同处理水平下，处理2 和处理4甜瓜的纵径显著高于处理1，与其他处理差异不显著。处理2 甜瓜的果肉厚度（3.96 cm）和可溶性固形物含量（15.08%）均显著高于其他处理和CK，果肉厚度其他处理和CK 之间差异不显著。处理4 甜瓜的硬度最高4.76 kg·cm，显著高于其他处理和CK，其他处理和CK 之间差异不显著。不同处理下甜瓜的横径和皮厚无显著差异。表明盐碱原位工程化技术可以显著提高甜瓜的果肉厚度和可溶性固形物含量，处理2 优于其他处理。

表5 不同处理对甜瓜品质的影响

2.6 不同处理对甜瓜经济产量的影响

由图1 可以看出，不同处理水平下，处理2 的产量最高，为2 911.33 kg·667 m，显著高于处理1（2 716.27 kg·667 m）和CK（2 585.67 kg·667 m），分别增产7.2%、12.6%。处理2、处理3、处理4 之间差异不显著。处理1、处理3、处理4 之间差异不显著，但均显著高于CK。表明盐碱原位工程化技术可以显著提高甜瓜的经济产量，处理2 优于其他处理。

图1 不同处理对甜瓜产量的影响

3 讨论与结论

土壤盐碱化和次生盐渍化是目前干旱半干旱地区农业面临的主要生态环境问题。因此，盐碱地的改良和治理是缓解土地资源紧张的有效途径。近些年，学者们对盐碱地的改良和治理主要聚焦于如何降低盐碱土壤的盐分、提高土壤肥力、改善土壤环境。一般在盐碱胁迫条件下，对作物的各项农艺指标、产品品质和产量都会有一定的负面影响。笔者采用盐碱地原位工程化根治技术对民勤绿洲盐碱土壤进行处理，利用其技术核心材料的不同铺设量对土壤理化性状和甜瓜的生长、品质和产量进行了研究。笔者研究表明，盐碱原位工程化技术核心材料铺设量为2.5 t·667m时土壤全盐量较CK 降低4.5%，pH 下降0.41，有机质提高1.37 g·kg，脱盐率达到35.4% ，增产率为12.6%，这与在玉米、小麦上的研究结果一致。综合考虑，盐碱原位工程化技术核心材料铺设量为2.5 t·667 m时，甜瓜产量最高、品质最好，这可能是因为该铺设量在降低土壤pH 值、含盐量和促进甜瓜对土壤养分的吸收上优于其他铺设量，降低了盐碱地对甜瓜植株的胁迫，因此甜瓜的生长指标、产品品质和产量都有明显改善和提高，具有显著的改良效果，这与Mavi 等的研究结果一致。该处理促进植株生长主要表现在促进甜瓜植株茎的加粗和比叶质量的增加，提高产品品质主要表现在提高了甜瓜的果肉厚度和可溶性固形物含量，这可能是提高了土壤中碱解氮和速效钾含量，而已有研究表明钾能够显著降低丙二醛含量和增加脯氨酸含量，进而能够提高甜瓜的耐盐碱能力，这与胡凡等在紫花苜蓿上的研究结果基本一致。

综上所述，盐碱原位工程化技术可以明显降低盐碱地土壤pH 和全盐量，提高土壤有机质、碱解氮和速效钾含量，获得甜瓜较高产量和果实品质的凹晶材料一次性铺设量为2.5 t·667 m，可以作为民勤绿洲甜瓜盐碱原位工程化技术治理土壤盐碱化的参考方案。