有機(jī)改良劑配施磷石膏的鹽堿土改良效果研究

王舒華 陳爽 王悅 徐莉 焦加國(guó) 李輝信 胡鋒

摘要：為了探究有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)鹽堿土中鹽分和有機(jī)碳的影響，通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，共設(shè)計(jì)WO（有機(jī)硅功能肥）、YP（土壤調(diào)理劑）、OF（有機(jī)肥）、PG（磷石膏）、WO+PG（有機(jī)硅功能肥+磷石膏）、YP+PG（土壤調(diào)理劑+磷石膏）、OF+PG（有機(jī)肥+磷石膏）和CK（空白對(duì)照）8個(gè)處理。結(jié)果表明，改良劑的施用提高了土壤的水溶性總鹽含量和陽(yáng)離子交換量（CEC）;有機(jī)改良劑和磷石膏對(duì)于鹽堿土的改良效果不一樣，有機(jī)改良劑的施用主要提高了土壤的CEC和可溶性有機(jī)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、鈉吸附比（SAR）。有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)鹽堿土的改良效果優(yōu)于單施有機(jī)改良劑，與單施有機(jī)改良劑相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏顯著提高了土壤水溶性Ca、Mg、K含量，顯著降低了土壤的SAR、交換性Na含量和堿化度（ESP）;在本試驗(yàn)中，有機(jī)硅功能肥配施磷石膏的處理對(duì)于鹽堿土壤的改良效果最好，與CK相比，此處理中土壤的pH值、SAR、交換性Na含量和ESP分別顯著下降8.82%、43.47%、31.73%、37.82%。研究結(jié)果可以為有機(jī)改良劑配施磷石膏改良鹽堿土提供理論基礎(chǔ)和實(shí)際田間應(yīng)用參考。

關(guān)鍵詞：有機(jī)改良劑;磷石膏;鹽堿土;室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn);土壤改良

中圖分類號(hào)：S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2022）11-0227-07

收稿日期：2021-09-14

基金項(xiàng)目：山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2019JZZY020614）。

作者簡(jiǎn)介：王舒華（1996—），女，廣東清遠(yuǎn)人，碩士，主要從事鹽堿土改良研究。E-mail：2019803182@njau.edu.cn。

通信作者：焦加國(guó)，博士，研究員，主要從事土壤生態(tài)學(xué)研究。E-mail：jiaguojiao@njau.edu.cn。

鹽堿土是鹽化土、堿化土、鹽土和堿土的總稱，指土壤含有過(guò)多的可溶性鹽分，從而抑制或危害作物的生長(zhǎng)發(fā)育。土壤中可溶性鹽分離子過(guò)高，尤其是含過(guò)多的Na，容易使土粒分散，造成黏土的彌散和膨脹，土壤團(tuán)聚體受到破壞，土壤孔隙率低，容重變大，土壤的導(dǎo)水性、透氣性變差。由于團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)受到破壞，有機(jī)質(zhì)容易分解，所以有機(jī)質(zhì)含量較低，土壤中碳儲(chǔ)存下降。

土壤改良劑可有效減少鹽分危害，改善土壤質(zhì)量。有機(jī)改良劑主要由生活殘?jiān)⑥r(nóng)業(yè)廢棄物、動(dòng)物糞便、工業(yè)廢品等組成，施加有機(jī)改良劑對(duì)土壤的容重、飽和導(dǎo)水率和有機(jī)質(zhì)含量的提高有明顯積極的影響。付穎使用草炭、糠醛渣、園林廢棄物等3種有機(jī)改良劑對(duì)土壤進(jìn)行改良，結(jié)果表明草炭和糠醛渣可以增加土壤有機(jī)碳，園林廢棄物可以提高土壤的陽(yáng)離子交換量。王涵發(fā)現(xiàn)，有機(jī)改良劑能夠提高鹽堿土的有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤pH值、電導(dǎo)率、水溶性鹽含量及堿化度。

磷石膏是磷銨工業(yè)的副產(chǎn)品，主要成分是二水硫酸鈣。作為一種無(wú)機(jī)改良劑，磷石膏改良鹽堿地的效果顯著。石膏改良鹽堿地的原理主要有2個(gè)，一方面石膏可以提供豐富的Ca，Ca可以通過(guò)替換土壤膠體吸附的Na，在一定程度上增強(qiáng)了鈉的遷移;另一方面Ca可以在土壤有機(jī)質(zhì)和黏土顆粒之間形成離子橋，從而改良土壤結(jié)構(gòu)，有利于水分入滲，促進(jìn)鹽分的淋洗。Zhao等的研究結(jié)果表明，脫硫石膏應(yīng)用后，土壤中的EC值、pH值、堿化度、鈉吸附比和可溶性離子水平顯著下降。

改良劑與石膏配合施用對(duì)鹽堿土的改良效果優(yōu)于改良劑單獨(dú)施用。張曉東等的研究結(jié)果表明，由磷石膏、腐植酸、牛糞和玉米秸稈形成的復(fù)合改良劑對(duì)鹽堿地的改土、降鹽、培肥、增產(chǎn)作用優(yōu)于其單一組分。張盼盼等的研究結(jié)果表明，有機(jī)肥配施磷石膏對(duì)作物的增產(chǎn)效果優(yōu)于單施有機(jī)肥或者磷石膏。本研究通過(guò)室內(nèi)土壤培養(yǎng)試驗(yàn)，探究有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)鹽堿土鹽分和有機(jī)碳的影響，以篩選適合本研究區(qū)域鹽堿土改良的最佳改良劑和組合，為鹽堿地的改良提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試土壤 供試土壤來(lái)自山東省博興縣山東博華高效生態(tài)農(nóng)業(yè)科技有限公司蔡寨基地（118°08′52″E，37°18′15″N）。2020年11月采集表層（0～20 cm）土壤，其基本理化性質(zhì)：pH值為9.02，EC值為2.86 dS/cm，水溶性總鹽含量為8.89 g/kg，水溶性Ca含量為1.41 mmol/L，水溶性Mg含量為 3.77 mmol/L，水溶性K含量為0.23 mmol/L，水溶性Na含量為28.99 mmol/L，鈉吸附比（SAR）為18.03（mmol/L），陽(yáng)離子交換量（CEC）為 11.74 cmol/kg，交換性Na為0.66 cmol/kg，堿化度（ESP）為5.61%，有機(jī)碳（SOC）含量為4.15 g/kg。

1.1.2 供試土壤有機(jī)改良劑 選擇有機(jī)硅功能肥（WO）、土壤調(diào)理劑（YP）、有機(jī)肥（OF）等3種有機(jī)改良劑和磷石膏（PG）進(jìn)行培養(yǎng)試驗(yàn)。土壤調(diào)理劑主要由麥飯石、腐植酸、生物酶等組成;有機(jī)肥由牛糞、玉米秸稈、稻殼、鴨糞等堆腐而成;磷石膏為粉狀，主要成分為硫酸鈣，占88%左右。改良劑的基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該研究為室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，于2020年12月布置，每個(gè)盆缽裝入風(fēng)干土4 kg，有機(jī)改良劑的添加量為0.3%，磷石膏添加量為1%。共設(shè)計(jì)8個(gè)處理：WO（0.3%的有機(jī)硅功能肥）、YP（0.3%的顆粒土壤調(diào)理劑）、OF（0.3%的有機(jī)肥）、PG（1%的磷石膏）、WO+PG（0.3%的有機(jī)硅功能肥+1%的磷石膏）、YP+PG（0.3%的顆粒土壤調(diào)理劑+1%的磷石膏）、OF+PG（0.3%的有機(jī)肥+1%的磷石膏）和CK（不添加任何土壤改良劑），每個(gè)處理3次重復(fù)。試驗(yàn)期間每周補(bǔ)1次水，維持土壤含水率為最大田間持水量（50.8%）的60%左右，即土壤含水率在30.48%左右，培養(yǎng)60 d后采樣進(jìn)行測(cè)定分析。

1.3 樣品的采集與測(cè)定

培養(yǎng)結(jié)束時(shí)采用多點(diǎn)混合采樣。土壤樣品分為2個(gè)部分，一部分作為鮮樣，過(guò)10目篩，放入4℃冰箱保存并盡快測(cè)定相關(guān)指標(biāo);一部分進(jìn)行風(fēng)干，并過(guò)10、20、100目的孔篩，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

土壤理化性質(zhì)測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行。土壤pH值和EC值的測(cè)定分別使用玻璃電極酸度計(jì)和電導(dǎo)率測(cè)定儀（水土比為5∶1）;水溶性總鹽含量的測(cè)定采用電導(dǎo)法;可溶性鹽分離子（Ca、Mg、K和Na）含量的測(cè)定使用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP-OES）;土壤有機(jī)碳（SOC）含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法;可溶性有機(jī)碳（DOC）含量的測(cè)定使用碳氮分析儀;陽(yáng)離子交換量（CEC）的測(cè)定采用乙酸鈉-火焰光度法;交換性Na含量的測(cè)定采用NHOAc-NHOH火焰光度法;土壤微生物生物量碳/氮（MBC/MBN）含量測(cè)定：土壤樣品用三氯甲烷熏蒸24 h 后用 0.5 mol/L KSO浸提，根據(jù)熏蒸土壤和未熏蒸土壤測(cè)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。

堿化度（ESP）計(jì)算公式：

ESP=可交換性Na含量CEC×100%。（1）

鈉吸附比（SAR）計(jì)算公式：

SAR=NaCa+Mg2。（2）

其中：Na代表土壤溶液的水溶性鈉離子含量;Ca代表土壤溶液的水溶性鈣離子含量;Mg代表土壤溶液的水溶性鎂離子含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2016、SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用Excel 2016進(jìn)行圖表制作，采用Duncan's檢驗(yàn)法（P<0.05）進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)土壤pH值、EC值的影響

由圖1可知，與CK相比，添加磷石膏各處理的土壤pH值均顯著降低，PG、WO+PG、YP+PG和OF+PG處理分別降低了0.61、0.79、0.51和0.45（P<0.05），但YP、OF處理與CK相比，土壤pH值差異不顯著。

由圖2可知，與CK相比，除了OF處理外，其他改良劑處理均顯著提高了土壤EC值。與單施有機(jī)改良劑的處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏處理的土壤EC值顯著提高，WO+PG、YP+PG、OF+PG處理與相應(yīng)未添加磷石膏的處理相比，土壤EC值分別提高了20.22%、29.95%、45.50%。

2.2 有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)土壤鹽分及其組成的影響

由圖3可知，土壤水溶性總鹽含量的變化趨勢(shì)與EC值的相似。與CK相比，除了OF處理外，其他添加改良劑的處理均顯著提高了土壤的水溶性總鹽含量。與單施有機(jī)改良劑的處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏的處理顯著提高了土壤的水溶性總鹽含量，WO+PG、YP+PG、OF+PG處理的水溶性總鹽含量較相應(yīng)未添加磷石膏處理分別提高了20.55%、30.58%、46.56%。

由圖4可知，與CK相比，WO處理和添加磷石膏的各處理顯著提高了土壤水溶性Ca、Mg、K含量，但是各添加改良劑的處理都顯著提高了土壤的水溶性Na含量。與單施有機(jī)改良劑的處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏的處理顯著提高了土壤的水溶性Ca、Mg、K含量，但是水溶性Na含量差異不顯著。

由圖5可知，與CK相比，WO處理和添加磷石膏的各處理土壤SAR均顯著降低。與單施有機(jī)改良劑的處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏的處理均顯著降低了土壤SAR，WO+PG、YP+PG、OF+PG 處理的土壤SAR分別為9.83、10.08、9.88（mmol/L），較相應(yīng)未添加磷石膏處理分別降低了37.66%、44.29%、46.23%。

由圖6可知，添加改良劑處理的土壤CEC顯著高于CK。與單施有機(jī)改良劑處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏的處理降低了土壤的CEC，其中YP+PG、OF+PG處理較相應(yīng)未添加磷石膏的處理分別顯著降低了4.18%、6.32%。由圖7可知，與CK相比，WO+PG處理顯著降低了土壤的交換性Na含量，但YP處理和OF處理顯著提高了土壤的交換性Na含量。與單施有機(jī)改良劑的處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏的處理可以顯著降低土壤的交換性Na含量。由圖8可知，與CK相比，除了YP、OF和PG處理，其他添加改良劑的處理都顯著降低了土壤ESP，與單施有機(jī)改良劑處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏處理的土壤ESP均顯著降低。

2.3 有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)土壤有機(jī)碳、可溶性有機(jī)碳和微生物生物量碳/氮含量的影響

由表2可知，有機(jī)改良劑及磷石膏的添加對(duì)土壤SOC含量無(wú)顯著影響;與CK相比，單施有機(jī)改良劑的處理提高了土壤DOC含量，PG處理降低了土壤DOC含量。與單施有機(jī)改良劑處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏降低了土壤DOC含量。與YP、OF處理相比，YP+PG和OF+PG處理顯著降低了土壤DOC含量，降幅分別為31.76%、27.62%。與CK相比，除了WO和WO+PG處理中土壤MBC含量有所降低，其他處理的土壤MBC含量均有所增加，但各處理組的土壤MBC含量差異不顯著。WO處理較CK顯著提高了土壤MBN含量，且PG和WO+PG處理也提高了土壤MBN含量，但差異不顯著。

3 討論

3.1 有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)土壤的pH值、EC值和鹽分的影響

本研究中，添加改良劑處理都提高了土壤EC值和水溶性總鹽含量。土壤鹽分增加的原因可能是改良劑本身含有較高鹽分，磷石膏的主要成分是CaSO·2HO，盡管其溶解度低，但仍有少部分溶解在土壤中。有研究表明，鹽堿土的改良效果與糠醛渣、脫硫石膏的用量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)，用量過(guò)多反而會(huì)導(dǎo)致土壤全鹽量的增加，并會(huì)危害植物根系的生長(zhǎng)和發(fā)育;陳小青的研究也表明，施用磷石膏后，土壤鹽分含量升高，但是可以增加對(duì)作物有益的土壤離子，減少對(duì)作物有害的離子，使土壤的鹽分得到優(yōu)化組合。有機(jī)物料和磷石膏的添加可以通過(guò)增加土壤EC值來(lái)促進(jìn)土壤絮凝，從而改善土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

土壤CEC影響土壤緩沖能力，是改良和評(píng)價(jià)土壤保肥能力的重要依據(jù)。本研究中，添加改良劑的處理都顯著提高了土壤CEC，其中有機(jī)改良劑的施用對(duì)土壤CEC的提升效果最顯著，這是因?yàn)橛袡C(jī)改良劑中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，可以增加土壤腐殖質(zhì)含量，其功能團(tuán)的解離有利于吸附土壤陽(yáng)離子，并且土壤腐殖質(zhì)的增加可以促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，改善土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高土壤的CEC。本研究中，與CK相比，有機(jī)硅功能肥可以顯著提高土壤水溶性Ca、Mg和K含量，顯著降低土壤pH值、SAR和ESP，而其他2種有機(jī)改良劑的單獨(dú)施用也提高了土壤的鹽分含量，但對(duì)土壤pH值和SAR影響不大。表明不同有機(jī)改良劑由于性質(zhì)不同，對(duì)鹽堿土的改良效果也不一樣。

SAR和ESP是土壤鹽堿化程度的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，與單施有機(jī)改良劑處理相比，有機(jī)改良劑配施磷石膏的處理顯著降低了土壤的SAR、交換性Na含量和堿化度，這與南江寬等的研究結(jié)果相似，因?yàn)榱资嗟氖┯迷黾恿送寥乐蠧a含量，促進(jìn)土壤吸附的Na被交換出來(lái)，從而降低了土壤的交換性Na含量，使土壤的堿化度下降。張濟(jì)世等發(fā)現(xiàn)，石膏等含鈣改良劑顯著降低了土壤交換性Na含量和SAR，而硫酸亞鐵、腐植酸和糠醛渣等酸性材料則明顯降低了土壤pH值。脫硫石膏單施或與黃腐酸和聚合硫酸鐵鋁配施均可降低重度堿化鹽土的pH值。這可能是由于磷石膏和有機(jī)改良劑同時(shí)施入，會(huì)生成酸性較強(qiáng)的硫酸并在土壤里殘留下來(lái)，使土壤pH值降低。Zhao等認(rèn)為，施用煙氣脫硫石膏可以減小土壤的ESP和pH值，主要由于它的施用可以降低土壤可交換Na和水溶性CO、HCO含量。

3.2 有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)土壤SOC、DOC和微生物生物量碳/氮含量的影響

SOC含量與SOC礦化速率、累積礦化量密切相關(guān)。王著峰等通過(guò)相關(guān)分析表明，脫硫石膏用量、土壤EC值和土壤含水量是影響鹽堿土生態(tài)系統(tǒng)碳固存的主要因素。湯潔等的研究表明，降低土壤堿化度和pH值，增加有機(jī)質(zhì)和黏粒含量是提高鹽堿土壤固存有機(jī)碳的重要措施之一。Wu等研究發(fā)現(xiàn)，SOC礦化隨著土壤EC值的增加呈下降趨勢(shì)。肖穎等的研究表明，在低鹽度范圍內(nèi)，鹽度升高可以提高土壤微生物數(shù)量和活性，促進(jìn)了SOC礦化，而在高鹽度范圍內(nèi)，鹽度過(guò)高會(huì)降低土壤微生物胞外滲透勢(shì)，微生物數(shù)量和活性下降，SOC礦化能力下降。已有眾多學(xué)者研究表明，有機(jī)物料的添加可以提高SOC含量，一方面因?yàn)橛袡C(jī)物料本身可以向土壤輸入有機(jī)碳，另一方面有機(jī)物料可以通過(guò)促進(jìn)作物生長(zhǎng)，提高土壤中作物殘茬和根系分泌物的含量，且有機(jī)物料還可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的形成，通過(guò)物理性保護(hù)作用促進(jìn)SOC累積。但本試驗(yàn)中各處理間的SOC含量無(wú)顯著差異，可能是由于室內(nèi)培養(yǎng)時(shí)間較短，也可能與有機(jī)改良劑的用量或者性質(zhì)有關(guān)。王琳琳的試驗(yàn)中各處理都添加了相同量的有機(jī)質(zhì)，但是各處理土壤有機(jī)碳的增加幅度是不一樣的，這是因?yàn)楦牧紕┑幕瘜W(xué)本質(zhì)決定了土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī)碳的影響。

鹽分會(huì)降低土壤微生物活性，但可提高土壤DOC含量，因?yàn)辂}分可抑制土壤有機(jī)碳的分解。本研究中，與CK相比，單施有機(jī)改良劑提高了土壤DOC含量，而磷石膏的添加降低了土壤DOC含量?？赡苁怯捎谟袡C(jī)改良劑本身含有較高的有機(jī)碳，其中易溶性組分的溶解可導(dǎo)致土壤DOC含量升高。MBC很大程度上反映SOC的分解強(qiáng)度，與SOC含量呈正相關(guān)。有機(jī)物料施入鹽漬化土壤，有利于降低土壤的堿性，提高土壤肥力，還可以提高土壤酶活性和微生物活性，減小次生鹽漬化引起的植物毒性。楊全剛的研究表明，改良劑褐煤、硫磺和石膏均能改善鹽堿土的生物學(xué)性質(zhì)，提高鹽堿土中的MBC和MBN含量。Wu等的研究表明，有機(jī)改良劑顯著提高了棉花開(kāi)花期土壤MBC含量?？傮w而言，本試驗(yàn)中各處理組間土壤的MBC和MBN含量差異不太顯著，有機(jī)改良劑和磷石膏的添加對(duì)土壤的MBC和MBN含量影響不大，可能與所使用有機(jī)改良劑本身的性質(zhì)有關(guān)。SOC中最不穩(wěn)定的組分是最容易降解的，也最容易受礦化的影響，是微生物直接的能源來(lái)源。因此，有機(jī)改良劑的性質(zhì)不同，對(duì)微生物的影響也不同。

4 結(jié)論

本研究中，改良劑的施用提高了土壤的水溶性總鹽含量和CEC值，有機(jī)改良劑配施磷石膏對(duì)鹽堿土的改良效果優(yōu)于單施有機(jī)改良劑。與CK相比，有機(jī)硅功能肥配施磷石膏的處理中土壤的pH值、SAR、交換性Na含量和ESP分別顯著下降8.83%、43.47%、31.73%和37.82%。本研究各處理中，有機(jī)硅功能肥配施磷石膏處理對(duì)鹽堿土壤的改良效果最好。

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