脱硫石膏改良碱化土壤种植玉米条件下盐碱动态研究

王国辉

（辽宁省凌源市农业综合行政执法队，辽宁 凌源 122500）

1 研究目的和意义

长期以来，碱化土壤问题严重影响到作物生长和粮食产量，土地撂荒现象严重，对生态环境的影响也日趋突出。 脱硫石膏是燃煤电厂的副产品，是改良碱化土壤的材料之一，其数量大，价格低，是近年来国家鼓励循环利用的资源之一。辽宁省是我国商品粮重要生产基地之一，玉米是辽宁省主要粮食作物之一， 玉米产业的健康发展对辽宁省乃至全国的粮食安全具有重要作用。因此，针对辽宁省碱化土壤问题，探索施入脱硫石膏对加速脱盐和降低碱化土壤过程的效果以及对改善作物生长的情况具有重要的理论和实用价值。

本文主要研究辽宁省某地区轻度碱化土壤、中度碱化土壤和重度碱化土壤上施入脱硫石膏，并且在种植玉米条件下，通过监测2022 年玉米苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期土壤盐分动态变化和玉米产量的变化，研究脱硫石膏对碱化土壤脱盐碱效果和对增加作物产量的作用，从而为今后辽宁盐碱地推广脱硫石膏改良提供理论依据。

2 国内外盐渍土概况

盐土和碱土是2 个独立的非地带性土类。习惯上将盐土、碱土和盐化土壤和碱化土壤统称为盐碱土或盐渍土。 盐土指土壤表层（0~20 cm）可溶性盐含量达6~20 g/kg 的土壤。氯化物盐土含盐下限为6 g/kg，氯化物-硫酸盐或硫酸盐-氯化物盐土含盐下限为10 g/kg，硫酸盐盐土含盐下限为20 g/kg。 碱土指土壤吸收复合体中交换性钠含量大于30%（碱化度），pH值＞9，表层土壤含盐量不超过5 g/kg 的土壤。 盐土和碱土及盐化土壤或碱化土壤因含盐量较高或碱性过大以及不良的土壤物理性状， 对植物生长影响很大，所以属于不良性状土壤。

盐渍土是地球上广泛分布的一种土壤类型，约占陆地总面积的25%，总计约10 亿hm2，几乎遍及六大洲，其中以亚洲分布最广，面积最大，欧洲最小。 碱化土壤一般处于温带和热带的干旱、半干旱和半湿润以及滨海河口三角洲等地区。据联合国教科文组织和粮农组织不完全统计， 全世界碱化土壤面积为9.543 8亿hm2。 目前，我国有600 多万hm2的次生碱化土壤，约占10%耕地总面积[1]。 碱化土壤也是我国最主要的中低产土壤类型之一，其生产力水平与其质量状况有非常密切的关系。 同时，碱化土壤质量的变动过程较快，受人类影响明显，不当利用会迅速导致土壤的退化和生产力水平的降低。在人们开发和利用土壤和水资源， 特别是干旱和半干旱地区水土资源的过程中，碱化土壤问题一直是必须重视的问题[2]。 基于此特点可以确定碱化土壤的基础性研究工作内容主要包括：不同区域和不同自然条件下碱化土壤的成因和演变规律、 不同类型碱化土壤的基本特性和区域分布特征、碱化土壤的分类、不同类型碱化土壤的分级、人为作用条件下碱化土壤的发生与演变特征等。

3 研究进展

人类在改良利用自然的过程中，对碱化土壤的改良利用历史悠久。人们对它的认识经历了由浅入深的过程，有经验也有教训。随着近代科学的发展，特别是21 世纪以来，碱化土壤的改良利用取得了较大进展。

随着我国盐碱土改良技术和研究的不断发展，在土壤盐分成因规律和特征、农田节水灌溉水盐运行机理、盐碱土改良利用技术措施等诸多方面都有新的发展和突破，取得了新成果。 盐碱土盐分动态研究的重点问题有：（1）潜水蒸发过程中土壤的盐分动态，包括潜水蒸发过程中盐分运动机理、盐分累积速度、盐分累积的数学模型。 （2）水分向土壤入渗过程中的水盐动态，主要从水盐运动机理和盐分运移速度2 个方面来研究[3]。 同时有研究表明种植玉米可以促使土壤盐分、Na+、Ca2+、Mg2+和HCO3-累积在60~100 cm 土层，而使0~40 cm 土层盐分减少[4]。 支欢欢等[5]也通过对盐碱土季节动态变化的研究，分析了不同盐浓度地区土壤盐分的组成、土壤中离子组分的年均变化、不同盐浓度地区土壤主要组分间相关性、不同盐浓度地区土层中土壤离子变异系数季节变化等问题。

根据诸多的研究经验可知，在盐碱化土壤的治理和恢复中可以坚持以下基本原则：化学措施与水利措施相结合；化学措施与培肥措施相结合；坚持试验、示范引路，由点到面逐步推广。研究表明，利用燃煤电厂脱硫石膏改良盐碱土， 对发展循环经济具有重要意义。 脱硫石膏不会对土壤环境和作物造成重金属污染；施用脱硫石膏能降低土壤pH 值，但会增加土壤盐分含量，如结合有机物混合施用可以降低土壤盐分含量；脱硫石膏最佳施用量为22.5 t/hm2[6]。 毛玉梅[7]还研究了施用石膏对土壤中营养元素动态变化的影响。塔伊尔·买买提江等[8]采用不同浓度的盐溶液对不同玉米品种的种子进行盐胁迫处理， 测定玉米的发芽率、株高、叶绿素含量及根系活力，结果表明不同浓度盐胁迫对玉米发芽率、株高、叶绿素含量、根系活力均有不同程度的抑制作用， 并且不同品种表现也各不相同。刘鸿等[9]在玉米耐盐性研究中认为，在盐生环境中， 渗透胁迫及离子胁迫对玉米造成直接伤害，但它可以通过稀盐、拒盐和有机物积累等方式来抵御盐胁迫，根际共生的微生物在玉米耐盐胁迫中起到十分重要的作用。 古丽格娜·哈力木拉提等[10]对塔里木盆地南缘克里雅河流域于田地区典型碱化土壤地进行4 次野外调研， 结果表明： 土壤平均pH 值为9.1，属于碱土，盐分含量表聚强烈，土壤可溶性盐及pH 值的变化趋势为9 月＞5 月＞7 月＞3 月。土壤阳离子主要以Na+、K+、Ca2+和Mg2+为主。 3 月、5 月、7 月阴离子在土体中的含量依次Cl-＞CO32-＞SO42-＞HCO3-， 在易溶性盐类上行过程中，以氯化盐最为活跃，硫酸盐次之，碳酸盐较稳定。而9 月阴离子在土体中的含量依次为HCO3-＞CO32-＞Cl-＞SO42-。 0~20 cm 土层中盐离子相关性分析表明：1—3 月、5 月、7 月、9 月各离子之间及各离子与总可溶性盐之间的相关性不同。

4 试验设计

4.1 改良剂施入

试验区分轻、中、重碱化土壤处理小区，每小区面积10 m×7 m，3 次重复。 2021 年秋季轻度碱化地施入脱硫石膏22.5 t/hm2、 中度碱化地施入脱硫石膏30.0 t/hm2，重度盐碱地施入33.0 t/hm2。 脱硫石膏撒入地表，用旋耕机翻入，灌溉溶解。

4.2 作物种植

2022 年5 月5 日地膜覆盖种植玉米， 玉米品种为东单969。 采用机播地膜覆盖机械播种， 大行距1.1 m，小行距0.42 m，株距0.27 m，平均41 160 株/hm2。播种前施有机肥4.4×104kg/hm2， 播种施种肥磷酸二铵225 kg/hm2和玉米复合专用肥112.5 kg/hm2；在生育期内灌溉2 次，追肥1 次（尿素225 kg/hm2）。

4.3 处理设置与采样

每个处理于5 月15 日（苗期）、6 月14 日（拔节期）、7 月7 日（抽穗期）、8 月7 日（灌浆期）、9 月21日（成熟期），采取不同土层样品，采集深度0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm，每个样品重量在1 kg，分别装袋，写好标签。 样品带回室内，风干，过2 mm 筛后备用。

4.4 测定项目与方法

土壤pH 值的测定（水土比1∶1）采用酸度计法；土壤盐分浸提采用土水比1∶5， 碳酸根和重碳酸根测定采用双指示剂中和滴定法；氯离子的测定采用硝酸银滴定法；硫酸根离子的测定采用EDTA 间接络合滴定法；钙镁离子的测定采用EDTA 滴定法；钠离子测定采用火焰光度计法，钾离子测定采用差减法；可溶盐含量采用阴、阳离子总量加和法测定。

5 结果与分析

5.1 玉米各生育时期土壤盐碱状况分析

土壤中的盐碱成分在各个生育期都会对玉米产生一定的影响，然而对于土壤而言，土壤盐碱状况随着玉米生育期的不同而有所变化。

5.1.1 玉米苗期土壤盐碱状况分析。 土壤盐化过程中，不同盐分的迁移、累积和形态是反映盐渍地化学的区域性特征。不同盐分组成对土壤盐碱化形成方向有重要影响，同时不同盐分组成对植物的危害程度也不尽相同，改良的难易程度也不同，改良的方法也有所区别。玉米苗期阶段土壤盐碱状况对玉米的生长都有较大的影响。 玉米苗期土壤pH 值、全盐量分别见图1 和图2。

图1 玉米苗期土壤pH 值变化动态

图2 玉米苗期土壤全盐量变化动态

由图1 和图2 可以看出， 该地区土壤pH 值在7.53～9.68，pH 值由表层向下逐层升高； 全盐量0~10 cm 层和20~40 cm 层的含量大于10~20 cm 层，盐分类型以硫酸盐为主。轻度碱化土壤0~10 cm 层pH 值上升0.19， 全盐量下降10.2%，10~20 cm 层pH 值下降0.38， 全盐量上升50%，20~40 cm 层pH 值下降0.57，全盐量上升114.91%。 中度碱化土壤0~10 cm层pH 值下降0.29，全盐量上升26.11%，10~20 cm 层pH 值下降0.79， 全盐量上升134.6%，20~40 cm 层pH 值上升0.76，全盐量上升96.92%。 重度碱化土壤0~10 cm 层pH 值下降0.2， 全盐量下降17.04%，10~20 cm 层pH 值下降0.91， 全盐量下降13.9%，20~40 cm 层pH 值下降0.19，全盐量上升5.38%。

5.1.2 玉米拔节期土壤盐碱状况分析。玉米拔节期是玉米营养生长中的关键时期，这一时期土壤的盐分状况对于玉米生长发育及最终的产量有一定的影响，所以对于玉米拔节期土壤的pH 值及全盐量的监测是很有必要的，玉米拔节期土壤pH 值与全盐量分别见图3 和图4。

图3 玉米拔节期土壤pH 值变化动态

图4 玉米拔节期土壤全盐量变化动态

由图3 和图4 可以得出，轻度碱化土壤0~10 cm层pH 值下降0.13， 全盐量下降1.00%，10~20 cm 层pH 值下降0.28，全盐量下降1.18%，20~40 cm 层pH值上升0.13，全盐量上升26.87%。 中度碱化土壤0~10 cm 层pH 值下降0.82，全盐量下降8.12%，10~20 cm层pH 值下降0.94，全盐量上升180.4%，20~40 cm 层pH 值上升0.01，全盐量上升2.4%。 重度碱化土壤0~10 cm 层pH 值无变化，全盐量下降33.19%，10~20 cm 层pH 值上升0.09，全盐量上升12.9%，20~40 cm 层pH值下降0.03，全盐量下降19.71%。

5.1.3 玉米抽穗期土壤盐碱状况分析。玉米抽穗期是玉米生殖生长最关键时期，所以监测这一时期土壤的盐分与pH 值非常必要， 玉米抽穗期土壤pH 值与全盐量状况分别见图5 和图6。

图5 玉米抽穗期土壤pH 变化动态

由图5 和图6 可以得出，轻度碱化土壤0~10 cm层pH 值上升0.18，全盐量下降12.15%，10~20 cm 层pH 值上升0.43， 全盐量下降28.62%，20~40 cm 层pH 值上升0.07，全盐量上升71.55%。 中度碱化土壤0~10 cm 层pH 值下降0.79，全盐量下降58.77%，10~20 cm 层pH 值下降0.30，全盐量下降55.72%，20~40 cm 层pH 值上升0.03，全盐量下降31.49%。重度碱化土壤0~10 cm 层pH 值下降0.43， 全盐量下降22.61%，10~20 cm 层pH 值上升0.21， 全盐量下降19.54%，20~40 cm 层pH 值下降0.67， 全盐量下降47.46%。

5.1.4 玉米灌浆期土壤盐碱状况分析。玉米灌浆期是决定粒数的主要时期，对田间管理的要求是养分和水分要充足。 这一时期的土壤盐分状况和pH 值变化对玉米产量有很大影响，玉米灌浆期pH 值与土壤全盐量分别见图7 和图8。

图7 玉米灌浆期土壤pH 变化动态

图8 玉米灌浆期土壤全盐量变化动态

由图7 和图8 可以得出，轻度碱化土壤0~10 cm层pH 值下降0.06，全盐量下降30.43%，10~20 cm 层pH 值上升0.02， 全盐量上升61.66%，20~40 cm 层pH 值下降0.21， 全盐量下降7.84%。 中度碱化土壤0~10 cm 层pH 值上升0.30， 全盐量上升1.95%，10~20 cm 层pH 值下降1.02，全盐量下降24.06%，20~40 cm 层pH 值上升0.46，全盐量下降36.76%。重度碱化土壤0~10 cm 层pH 值上升0.01， 全盐量上升79%，10~20 cm 层pH 值上升0.03， 全盐量上升13.52%，20~40 cm 层pH 值下降0.45，全盐量上升40.93%。5.1.5 玉米成熟期土壤盐碱状况分析。 玉米成熟期时土壤盐分状况和pH 值同样会影响玉米的产量和品质，玉米成熟期土壤pH 值及全盐量变化分别见图9 和图10。

图9 玉米成熟期土壤pH 变化动态

图10 玉米成熟期土壤全盐量变化动态

由图9 和图10 可以得出， 轻度碱化土壤0~10 cm层pH 值下降0.13， 全盐量下降9.8%，10~20 cm 层pH 值下降0.28， 全盐量上升60.25%，20~40 cm 层pH 值下降0.13，全盐量上升20.73%。 中度碱化土壤0~10 cm 层pH 值下降0.82， 全盐量下降41.05%，10~20 cm 层pH 值下降0.94， 全盐量下降28.53%，20~40 cm 层pH 值上升0.01，全盐量下降27.48%。重度碱化土壤0~10 cm 层pH 值没有变化，全盐量下降7%，10~20 cm 层pH 值上升0.19， 全盐量上升6%，20~40 cm 层pH 值下降0.33，全盐量下降28.06%。

5.2 不同碱化土壤玉米全生育期pH 值动态变化

不同季节各小区0~40 cm 土层pH 值随季节变化见图11。

图11 不同碱化土壤玉米全生育期pH 值动态变化

由图11 可以看出， 在不同碱化类型土壤中，pH值都在8.00 以上。 施入脱硫石膏后，轻度、中度、重度碱化土壤pH 值明显降低。只有中度碱化土壤在5—7月有小幅度的上升。 在轻度碱化土壤中施入脱硫石膏，pH 值降低0.06 左右，幅度较小；在中度碱化土壤中施入后，pH 值在7—9 月降低最为显著； 在重度碱化土壤中施入后，pH 值明显降低， 且在5—7 月降低幅度大。 整个过程中，施用脱硫石膏的土地pH 值都比对照组pH 值低，说明已达到了改良土壤的目的。

5.3 不同碱化土壤玉米全生育期全盐量动态变化

土壤盐分受降雨、蒸发、地下水、土壤类型等多因素综合影响，在季节变化和土壤垂直分布上呈现出一定的规律，脱盐、积盐过程明显，在季节交替过程中变化趋势各具特点， 不同月份土壤0~40 cm 土层全盐量动态变化见图12。

图12 不同碱化土壤玉米全生育期全盐量动态变化

由图12 可以看出，不同碱化土壤在5—9 月全盐量升降情况不同，对于重度和中度碱化土壤降低趋势比较平缓。 其中，重度碱化土壤全盐量在8 月有所上升，在其他月份都是明显下降。 中度碱化土壤全盐量在7—9 月下降明显，在5—6 月略有上升，总体趋于下降。 轻度碱化土壤全盐量在各月都有上升，只有在7 月变化微小。 综上所述，重度和中度碱化土壤主要是土壤中的钠离子减少和钙镁离子增加，对盐分总量的影响不大。 而对于轻度碱化土壤，由于加入脱硫石膏，使其全盐量略有上升。

6 结论

通过对辽宁省某地区碱化土壤施用脱硫石膏一年后改良试验盐分动态研究，得出土壤土层平均值结论如下：

（1）轻度碱化土壤0~40 cm 土层中玉米苗期pH值下降0.33，全盐量上升50.46%；拔节期pH 值上升0.14，全盐量上升12.17%；抽穗期pH 值上升0.19，全盐量上升5.32%；灌浆期pH 值下降0.12，全盐量上升24.86%； 成熟期pH 值下降0.16， 全盐量上升22.36%。 中度碱化土壤0~40 cm 土层中玉米苗期pH值上升0.11，全盐量上升72.95%；拔节期pH 值上升0.15，全盐量上升16.48%；抽穗期pH 值下降0.26，全盐量下降43，10%；灌浆期pH 值下降0.41，全盐量下降30.21%； 成熟期pH 值下降0.44， 全盐量下降30.34%。 重度碱化土壤0~40 cm 土层中玉米苗期pH值下降0.37，全盐量下降4.30%；拔节期pH 值下降0.32，全盐量下降16.39%；抽穗期pH 值下降0.39，全盐量下降37.96%；灌浆期pH 值下降0.08，全盐量上升48.17%； 成熟期pH 值下降0.12， 全盐量下降17.77%。 （2）施入脱硫石膏后重度碱化土壤相对于各自对照组，pH 值显著降低，而轻度碱化土壤和中度碱化土壤分别在6—7 月和5—6 月略有上升，其他月中pH 值都显著降低。（3）施入脱硫石膏后轻度碱化土壤全盐量没有出现下降趋势，5—9 月都有上升。中度碱化土壤全盐量有明显降低，而在5 月出现上升。 重度碱化土壤，全盐量下降不明显，在8 月有上升趋势。 （4）总体来说， 施入脱硫石膏一年后轻度碱化土壤pH 值下降0.06 个单位、全盐量上升17.65%。 中度碱化土壤pH 值下降0.17 个单位， 全盐量下降11.28%。 重度碱化土壤pH 值下降0.26 个单位、全盐量上升1.98%。（5）土壤pH值、交换性钠均呈下降趋势，但是在不同程度碱化土壤有所差异。 轻度碱化土壤全盐量略有上升，中度碱化土壤全盐量略有下降， 重度碱化土壤全盐量变化不大。 主要是土壤中的钠离子减少和钙镁离子增加，所以总体的全盐含量只有小幅度的降低或者上升。