有机改良剂配施磷石膏的盐碱土改良效果研究

王舒华 陈爽 王悦 徐莉 焦加国 李辉信 胡锋

摘要：为了探究有机改良剂配施磷石膏对盐碱土中盐分和有机碳的影响，通过室内培养试验，共设计WO（有机硅功能肥）、YP（土壤调理剂）、OF（有机肥）、PG（磷石膏）、WO+PG（有机硅功能肥+磷石膏）、YP+PG（土壤调理剂+磷石膏）、OF+PG（有机肥+磷石膏）和CK（空白对照）8个处理。结果表明，改良剂的施用提高了土壤的水溶性总盐含量和阳离子交换量（CEC）;有机改良剂和磷石膏对于盐碱土的改良效果不一样，有机改良剂的施用主要提高了土壤的CEC和可溶性有机碳（DOC）含量，而磷石膏的施用主要提高了土壤的水溶性Ca、Mg、K含量，并降低了土壤的pH值、钠吸附比（SAR）。有机改良剂配施磷石膏对盐碱土的改良效果优于单施有机改良剂，与单施有机改良剂相比，有机改良剂配施磷石膏显著提高了土壤水溶性Ca、Mg、K含量，显著降低了土壤的SAR、交换性Na含量和碱化度（ESP）;在本试验中，有机硅功能肥配施磷石膏的处理对于盐碱土壤的改良效果最好，与CK相比，此处理中土壤的pH值、SAR、交换性Na含量和ESP分别显著下降8.82%、43.47%、31.73%、37.82%。研究结果可以为有机改良剂配施磷石膏改良盐碱土提供理论基础和实际田间应用参考。

关键词：有机改良剂;磷石膏;盐碱土;室内培养试验;土壤改良

中图分类号：S156.4 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2022）11-0227-07

收稿日期：2021-09-14

基金项目：山东省重点研发计划（编号：2019JZZY020614）。

作者简介：王舒华（1996—），女，广东清远人，硕士，主要从事盐碱土改良研究。E-mail：2019803182@njau.edu.cn。

通信作者：焦加国，博士，研究员，主要从事土壤生态学研究。E-mail：jiaguojiao@njau.edu.cn。

盐碱土是盐化土、碱化土、盐土和碱土的总称，指土壤含有过多的可溶性盐分，从而抑制或危害作物的生长发育。土壤中可溶性盐分离子过高，尤其是含过多的Na，容易使土粒分散，造成黏土的弥散和膨胀，土壤团聚体受到破坏，土壤孔隙率低，容重变大，土壤的导水性、透气性变差。由于团聚体结构受到破坏，有机质容易分解，所以有机质含量较低，土壤中碳储存下降。

土壤改良剂可有效减少盐分危害，改善土壤质量。有机改良剂主要由生活残渣、农业废弃物、动物粪便、工业废品等组成，施加有机改良剂对土壤的容重、饱和导水率和有机质含量的提高有明显积极的影响。付颖使用草炭、糠醛渣、园林废弃物等3种有机改良剂对土壤进行改良，结果表明草炭和糠醛渣可以增加土壤有机碳，园林废弃物可以提高土壤的阳离子交换量。王涵发现，有机改良剂能够提高盐碱土的有机质含量，降低土壤pH值、电导率、水溶性盐含量及碱化度。

磷石膏是磷铵工业的副产品，主要成分是二水硫酸钙。作为一种无机改良剂，磷石膏改良盐碱地的效果显著。石膏改良盐碱地的原理主要有2个，一方面石膏可以提供丰富的Ca，Ca可以通过替换土壤胶体吸附的Na，在一定程度上增强了钠的迁移;另一方面Ca可以在土壤有機质和黏土颗粒之间形成离子桥，从而改良土壤结构，有利于水分入渗，促进盐分的淋洗。Zhao等的研究结果表明，脱硫石膏应用后，土壤中的EC值、pH值、碱化度、钠吸附比和可溶性离子水平显著下降。

改良剂与石膏配合施用对盐碱土的改良效果优于改良剂单独施用。张晓东等的研究结果表明，由磷石膏、腐植酸、牛粪和玉米秸秆形成的复合改良剂对盐碱地的改土、降盐、培肥、增产作用优于其单一组分。张盼盼等的研究结果表明，有机肥配施磷石膏对作物的增产效果优于单施有机肥或者磷石膏。本研究通过室内土壤培养试验，探究有机改良剂配施磷石膏对盐碱土盐分和有机碳的影响，以筛选适合本研究区域盐碱土改良的最佳改良剂和组合，为盐碱地的改良提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试土壤 供试土壤来自山东省博兴县山东博华高效生态农业科技有限公司蔡寨基地（118°08′52″E，37°18′15″N）。2020年11月采集表层（0～20 cm）土壤，其基本理化性质：pH值为9.02，EC值为2.86 dS/cm，水溶性总盐含量为8.89 g/kg，水溶性Ca含量为1.41 mmol/L，水溶性Mg含量为 3.77 mmol/L，水溶性K含量为0.23 mmol/L，水溶性Na含量为28.99 mmol/L，钠吸附比（SAR）为18.03（mmol/L），阳离子交换量（CEC）为 11.74 cmol/kg，交换性Na为0.66 cmol/kg，碱化度（ESP）为5.61%，有机碳（SOC）含量为4.15 g/kg。

1.1.2 供试土壤有机改良剂 选择有机硅功能肥（WO）、土壤调理剂（YP）、有机肥（OF）等3种有机改良剂和磷石膏（PG）进行培养试验。土壤调理剂主要由麦饭石、腐植酸、生物酶等组成;有机肥由牛粪、玉米秸秆、稻壳、鸭粪等堆腐而成;磷石膏为粉状，主要成分为硫酸钙，占88%左右。改良剂的基本理化性质见表1。

1.2 试验设计

该研究为室内培养试验，于2020年12月布置，每个盆钵装入风干土4 kg，有机改良剂的添加量为0.3%，磷石膏添加量为1%。共设计8个处理：WO（0.3%的有机硅功能肥）、YP（0.3%的颗粒土壤调理剂）、OF（0.3%的有机肥）、PG（1%的磷石膏）、WO+PG（0.3%的有机硅功能肥+1%的磷石膏）、YP+PG（0.3%的颗粒土壤调理剂+1%的磷石膏）、OF+PG（0.3%的有机肥+1%的磷石膏）和CK（不添加任何土壤改良剂），每个处理3次重复。试验期间每周补1次水，维持土壤含水率为最大田间持水量（50.8%）的60%左右，即土壤含水率在30.48%左右，培养60 d后采样进行测定分析。

1.3 样品的采集与测定

培养结束时采用多点混合采样。土壤样品分为2个部分，一部分作为鲜样，过10目筛，放入4℃冰箱保存并尽快测定相关指标;一部分进行风干，并过10、20、100目的孔筛，进行相关指标测定。

土壤理化性质测定参照《土壤农化分析》进行。土壤pH值和EC值的测定分别使用玻璃电极酸度计和电导率测定仪（水土比为5∶1）;水溶性总盐含量的测定采用电导法;可溶性盐分离子（Ca、Mg、K和Na）含量的测定使用电感耦合等离子发射光谱仪（ICP-OES）;土壤有机碳（SOC）含量的测定采用重铬酸钾容量法-外加热法;可溶性有机碳（DOC）含量的测定使用碳氮分析仪;阳离子交换量（CEC）的测定采用乙酸钠-火焰光度法;交换性Na含量的测定采用NHOAc-NHOH火焰光度法;土壤微生物生物量碳/氮（MBC/MBN）含量测定：土壤样品用三氯甲烷熏蒸24 h 后用 0.5 mol/L KSO浸提，根据熏蒸土壤和未熏蒸土壤测定的碳/氮量的差值和提取效率估算土壤微生物生物量碳/氮含量。

碱化度（ESP）计算公式：

ESP=可交换性Na含量CEC×100%。（1）

钠吸附比（SAR）计算公式：

SAR=NaCa+Mg2。（2）

其中：Na代表土壤溶液的水溶性钠离子含量;Ca代表土壤溶液的水溶性钙离子含量;Mg代表土壤溶液的水溶性镁离子含量。

1.4 数据统计及分析

试验数据利用Excel 2016、SPSS 20.0软件进行统计分析，用Excel 2016进行图表制作，采用Duncan's检验法（P<0.05）进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 有机改良剂配施磷石膏对土壤pH值、EC值的影响

由图1可知，与CK相比，添加磷石膏各处理的土壤pH值均显著降低，PG、WO+PG、YP+PG和OF+PG处理分别降低了0.61、0.79、0.51和0.45（P<0.05），但YP、OF处理与CK相比，土壤pH值差异不显著。

由图2可知，与CK相比，除了OF处理外，其他改良剂处理均显著提高了土壤EC值。与单施有机改良剂的处理相比，有机改良剂配施磷石膏处理的土壤EC值显著提高，WO+PG、YP+PG、OF+PG处理与相应未添加磷石膏的处理相比，土壤EC值分别提高了20.22%、29.95%、45.50%。

2.2 有机改良剂配施磷石膏对土壤盐分及其组成的影响

由圖3可知，土壤水溶性总盐含量的变化趋势与EC值的相似。与CK相比，除了OF处理外，其他添加改良剂的处理均显著提高了土壤的水溶性总盐含量。与单施有机改良剂的处理相比，有机改良剂配施磷石膏的处理显著提高了土壤的水溶性总盐含量，WO+PG、YP+PG、OF+PG处理的水溶性总盐含量较相应未添加磷石膏处理分别提高了20.55%、30.58%、46.56%。

由图4可知，与CK相比，WO处理和添加磷石膏的各处理显著提高了土壤水溶性Ca、Mg、K含量，但是各添加改良剂的处理都显著提高了土壤的水溶性Na含量。与单施有机改良剂的处理相比，有机改良剂配施磷石膏的处理显著提高了土壤的水溶性Ca、Mg、K含量，但是水溶性Na含量差异不显著。

由图5可知，与CK相比，WO处理和添加磷石膏的各处理土壤SAR均显著降低。与单施有机改良剂的处理相比，有机改良剂配施磷石膏的处理均显著降低了土壤SAR，WO+PG、YP+PG、OF+PG 处理的土壤SAR分别为9.83、10.08、9.88（mmol/L），较相应未添加磷石膏处理分别降低了37.66%、44.29%、46.23%。

由图6可知，添加改良剂处理的土壤CEC显著高于CK。与单施有机改良剂处理相比，有机改良剂配施磷石膏的处理降低了土壤的CEC，其中YP+PG、OF+PG处理较相应未添加磷石膏的处理分别显著降低了4.18%、6.32%。由图7可知，与CK相比，WO+PG处理显著降低了土壤的交换性Na含量，但YP处理和OF处理显著提高了土壤的交换性Na含量。与单施有机改良剂的处理相比，有机改良剂配施磷石膏的处理可以显著降低土壤的交换性Na含量。由图8可知，与CK相比，除了YP、OF和PG处理，其他添加改良剂的处理都显著降低了土壤ESP，与单施有机改良剂处理相比，有机改良剂配施磷石膏处理的土壤ESP均显著降低。

2.3 有机改良剂配施磷石膏对土壤有机碳、可溶性有机碳和微生物生物量碳/氮含量的影响

由表2可知，有机改良剂及磷石膏的添加对土壤SOC含量无显著影响;与CK相比，单施有机改良剂的处理提高了土壤DOC含量，PG处理降低了土壤DOC含量。与单施有机改良剂处理相比，有机改良剂配施磷石膏降低了土壤DOC含量。与YP、OF处理相比，YP+PG和OF+PG处理显著降低了土壤DOC含量，降幅分别为31.76%、27.62%。与CK相比，除了WO和WO+PG处理中土壤MBC含量有所降低，其他处理的土壤MBC含量均有所增加，但各处理组的土壤MBC含量差异不显著。WO处理较CK显著提高了土壤MBN含量，且PG和WO+PG处理也提高了土壤MBN含量，但差异不显著。

3 讨论

3.1 有機改良剂配施磷石膏对土壤的pH值、EC值和盐分的影响

本研究中，添加改良剂处理都提高了土壤EC值和水溶性总盐含量。土壤盐分增加的原因可能是改良剂本身含有较高盐分，磷石膏的主要成分是CaSO·2HO，尽管其溶解度低，但仍有少部分溶解在土壤中。有研究表明，盐碱土的改良效果与糠醛渣、脱硫石膏的用量在一定范围内呈正相关，用量过多反而会导致土壤全盐量的增加，并会危害植物根系的生长和发育;陈小青的研究也表明，施用磷石膏后，土壤盐分含量升高，但是可以增加对作物有益的土壤离子，减少对作物有害的离子，使土壤的盐分得到优化组合。有机物料和磷石膏的添加可以通过增加土壤EC值来促进土壤絮凝，从而改善土壤结构的稳定性。

土壤CEC影响土壤缓冲能力，是改良和评价土壤保肥能力的重要依据。本研究中，添加改良剂的处理都显著提高了土壤CEC，其中有机改良剂的施用对土壤CEC的提升效果最显著，这是因为有机改良剂中含有大量的有机物质，可以增加土壤腐殖质含量，其功能团的解离有利于吸附土壤阳离子，并且土壤腐殖质的增加可以促进土壤团粒结构形成，改善土壤结构，进而提高土壤的CEC。本研究中，与CK相比，有机硅功能肥可以显著提高土壤水溶性Ca、Mg和K含量，显著降低土壤pH值、SAR和ESP，而其他2种有机改良剂的单独施用也提高了土壤的盐分含量，但对土壤pH值和SAR影响不大。表明不同有机改良剂由于性质不同，对盐碱土的改良效果也不一样。

SAR和ESP是土壤盐碱化程度的重要指标。本试验中，与单施有机改良剂处理相比，有机改良剂配施磷石膏的处理显著降低了土壤的SAR、交换性Na含量和碱化度，这与南江宽等的研究结果相似，因为磷石膏的施用增加了土壤中Ca含量，促进土壤吸附的Na被交换出来，从而降低了土壤的交换性Na含量，使土壤的碱化度下降。张济世等发现，石膏等含钙改良剂显著降低了土壤交换性Na含量和SAR，而硫酸亚铁、腐植酸和糠醛渣等酸性材料则明显降低了土壤pH值。脱硫石膏单施或与黄腐酸和聚合硫酸铁铝配施均可降低重度碱化盐土的pH值。这可能是由于磷石膏和有机改良剂同时施入，会生成酸性较强的硫酸并在土壤里残留下来，使土壤pH值降低。Zhao等认为，施用烟气脱硫石膏可以减小土壤的ESP和pH值，主要由于它的施用可以降低土壤可交换Na和水溶性CO、HCO含量。

3.2 有机改良剂配施磷石膏对土壤SOC、DOC和微生物生物量碳/氮含量的影响

SOC含量与SOC矿化速率、累积矿化量密切相关。王著峰等通过相关分析表明，脱硫石膏用量、土壤EC值和土壤含水量是影响盐碱土生态系统碳固存的主要因素。汤洁等的研究表明，降低土壤碱化度和pH值，增加有机质和黏粒含量是提高盐碱土壤固存有机碳的重要措施之一。Wu等研究发现，SOC矿化随着土壤EC值的增加呈下降趋势。肖颖等的研究表明，在低盐度范围内，盐度升高可以提高土壤微生物数量和活性，促进了SOC矿化，而在高盐度范围内，盐度过高会降低土壤微生物胞外渗透势，微生物数量和活性下降，SOC矿化能力下降。已有众多学者研究表明，有机物料的添加可以提高SOC含量，一方面因为有机物料本身可以向土壤输入有机碳，另一方面有机物料可以通过促进作物生长，提高土壤中作物残茬和根系分泌物的含量，且有机物料还可以促进土壤团聚体结构的形成，通过物理性保护作用促进SOC累积。但本试验中各处理间的SOC含量无显著差异，可能是由于室内培养时间较短，也可能与有机改良剂的用量或者性质有关。王琳琳的试验中各处理都添加了相同量的有机质，但是各处理土壤有机碳的增加幅度是不一样的，这是因为改良剂的化学本质决定了土壤有机质对有机碳的影响。

盐分会降低土壤微生物活性，但可提高土壤DOC含量，因为盐分可抑制土壤有机碳的分解。本研究中，与CK相比，单施有机改良剂提高了土壤DOC含量，而磷石膏的添加降低了土壤DOC含量。可能是由于有机改良剂本身含有较高的有机碳，其中易溶性组分的溶解可导致土壤DOC含量升高。MBC很大程度上反映SOC的分解强度，与SOC含量呈正相关。有机物料施入盐渍化土壤，有利于降低土壤的碱性，提高土壤肥力，还可以提高土壤酶活性和微生物活性，减小次生盐渍化引起的植物毒性。杨全刚的研究表明，改良剂褐煤、硫磺和石膏均能改善盐碱土的生物学性质，提高盐碱土中的MBC和MBN含量。Wu等的研究表明，有机改良剂显著提高了棉花开花期土壤MBC含量。总体而言，本试验中各处理组间土壤的MBC和MBN含量差异不太显著，有机改良剂和磷石膏的添加对土壤的MBC和MBN含量影响不大，可能与所使用有机改良剂本身的性质有关。SOC中最不稳定的组分是最容易降解的，也最容易受矿化的影响，是微生物直接的能源来源。因此，有机改良剂的性质不同，对微生物的影响也不同。

4 结论

本研究中，改良剂的施用提高了土壤的水溶性总盐含量和CEC值，有机改良剂配施磷石膏对盐碱土的改良效果优于单施有机改良剂。与CK相比，有机硅功能肥配施磷石膏的处理中土壤的pH值、SAR、交换性Na含量和ESP分别显著下降8.83%、43.47%、31.73%和37.82%。本研究各处理中，有机硅功能肥配施磷石膏处理对盐碱土壤的改良效果最好。

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