施用脫硫石膏對稻田堿土和排水中可溶性鹽分的影響

王云賀， 王志春， 楊 帆， 安豐華， 楊洪濤， 鮑 達

(1 中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長春 130102; 2 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 中藥材學(xué)院, 吉林 長春 130118; 3 大安堿地生態(tài)實驗站, 吉林 大安 131317)

施用脫硫石膏對稻田堿土和排水中可溶性鹽分的影響

王云賀1,2， 王志春1,3， 楊 帆1,3， 安豐華1,3， 楊洪濤1,2， 鮑 達1,3

(1 中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林 長春 130102; 2 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 中藥材學(xué)院, 吉林 長春 130118; 3 大安堿地生態(tài)實驗站, 吉林 大安 131317)

【目的】探討不同脫硫石膏施用量對稻田堿土和排水中可溶性鹽分的影響.【方法】通過田間試驗，研究了脫硫石膏3個施用量29.17、16.68和4.17 t·hm-2(分別記為S1、S2、S3)對水田排水中可溶性鹽分濃度的影響和蘇打堿土的改良效果.【結(jié)果和結(jié)論】除碳酸根外，水稻分蘗期后水田排水中可溶性鹽分的濃度趨于穩(wěn)定，pH、電導(dǎo)率和殘余碳酸鈉含量(RSC)基本不變;0～20 cm耕層土壤電導(dǎo)率隨著石膏施入量的增加而升高，S1和S2 處理10～20 cm土壤的電導(dǎo)率存在顯著差異(P<0.05)，pH和鈉吸附比(SAR)則呈相反的變化趨勢;0～40 cm 土壤S1處理的脫鹽效果好于S2和S3處理.

鈉吸附比； 殘余碳酸鈉； 蘇打堿土； 可溶性鹽分; 稻田

松嫩平原的鹽堿土屬內(nèi)陸型蘇打鹽堿土，土壤呈強堿性反應(yīng)，鹽分組成以蘇打(NaHCO3與Na2CO3)為主[1]，pH多在8.5以上，重度鹽堿地(pH 9.0～10.5)占多數(shù).鹽化嚴重，土壤滲透性差，水質(zhì)鹽堿化嚴重，多數(shù)為礦化度1～2 g·L-1的微咸水或3～4 g·L-1的堿水[2].同時，潛水位接近地表，蒸發(fā)強烈，土壤極易積鹽、返鹽，治理難度大.大量的研究表明脫硫石膏是改良鹽堿土快速有效的方法之一[3-9].但隨化學(xué)改良劑的施入，水田排水的水質(zhì)如何，尚缺乏足夠的研究.為此開展不同脫硫石膏量改良鹽堿土對水田排水可溶性鹽分離子濃度的影響研究，并結(jié)合鹽堿土土壤改良效果的分析，提出合理的脫硫石膏用量和灌溉排水次數(shù)，為開發(fā)吉林省西部鹽堿地種植水稻提供一定理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持.

1 試驗地概況與試驗方法

1.1 試驗概況

試驗地點為中國科學(xué)院大安堿地生態(tài)實驗站(45°35′N ～ 45°36′N， 123°50′E ～ 123°51′E)，位于松嫩平原腹地.供試土壤為蘇打堿土，根據(jù)國際土壤顆粒質(zhì)地分類標準，供試土樣為粘土.2011年堿斑地開墾為水田，施“脫堿1號”改良劑4.17 t·hm-2，2011—2012年連續(xù)種植水稻(品種為“G19”).

1.2 試驗設(shè)計

1.3 測定方法和統(tǒng)計分析

鈉吸附比(SAR)和殘余碳酸鈉 (亦稱殘余堿度，RSC)按下式計算[10]：

采用DPS軟件分析數(shù)據(jù)，用Excel軟件繪制趨勢圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 排水中可溶性離子的濃度變化

施用不同量脫硫石膏的鹽堿地水田本田期排水主要鹽分離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3-、CO32-、Cl-質(zhì)量濃度變化如圖1.在本田期初始階段，隨著排水次數(shù)的增加，Na+質(zhì)量濃度呈明顯的下降趨勢，到7月19日以后，其變化趨緩，3種處理呈現(xiàn)相似的趨勢.Cl-、Ca2++Mg2+和HCO3-質(zhì)量濃度變化趨勢和Na+基本一致.3種處理在本田期排水中K+和CO32-質(zhì)量濃度變化的規(guī)律性不強.

1～11分別為5月31日、6月6日、6月14日、7月12日、7月19日、7月26日、8月5日、8月12日、8月19日、8月26日、9月2日.

2.2 排水鹽堿指標的變化

pH、EC、SAR和RSC是衡量水質(zhì)鹽堿化程度的重要指標.如圖2所示，插秧后至6月14日前，水田排水pH變化顯著，S1處理排水pH呈先降低后升高的變化趨勢，期間S2和S3處理排水pH隨排水次數(shù)的增加有所升高.7月12以后至9月初水田停止灌溉，各處理水田排水pH變化平緩.鹽堿化水田排水的電導(dǎo)率隨著排水次數(shù)的增加而降低，6月14日以后3個處理的水田排水電導(dǎo)率變化不明顯，但均低于初始排水的電導(dǎo)率，表明即使施入不同量的脫硫石膏，水稻分蘗期以后隨排水排出的鹽分變化不明顯.7月12日前，S3和S1、S2排水RSC的變化不一致,而此后變化基本一致.3個處理在各個時期排水中的SAR變化基本一致，平均值分別為5.8、6.0和9.3 (mmolc·L-1)1/2，S3大于S1和S2.

上述結(jié)果表明，施用脫硫石膏對蘇打堿土的化學(xué)改良作用主要發(fā)生在水田本田期的初始階段，部分土壤鹽分通過水平排水排出水田.水稻分蘗期結(jié)束以后(7月12日后)，隨水平排水排出的土壤鹽分趨于穩(wěn)定.根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)推薦的灌溉水質(zhì)標準，在本試驗中的脫硫石膏用量范圍內(nèi)，6月14日以后的鹽堿地水田排水再利用的限制程度為輕微和中等，說明在水稻分蘗期以后，在水資源短缺的干旱地區(qū)，可以對水田排水進行適當?shù)脑倮?

2.3 不同土層鹽堿化指標變化

如圖3 所示，蘇打堿土經(jīng)不同劑量的脫硫石膏改良后，0～40 cm土層的pH發(fā)生明顯的變化，由小到大的順序依次為：S1

圖2 排水pH、EC、RSC和SAR的變化Fig.2 Changes of pH, EC, RSC and SAR in drainage water

圖3 不同土層鹽堿化參數(shù)變化Fig.3 Salinization parameters distribution in different soil depth

3 結(jié)論

鹽堿地區(qū)多為干旱或半干旱缺水地區(qū)，而水田又是需水的農(nóng)作方式，探索水田排水再利用可行性和技術(shù)途徑對鹽堿地種稻可持續(xù)發(fā)展具有重要意義.在種植水稻條件下，施用脫硫石膏在改良堿土的同時，對稻田排水中的可溶性鹽分濃度產(chǎn)生影響.在水稻分蘗結(jié)束前(7月12日前)，隨水田排水次數(shù)的增加，排水主要鹽堿指標下降.而分蘗期以后(7月12日后)，各處理排水主要鹽堿指標的變化趨緩，而且不同脫硫石膏用量處理均呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律.在鹽堿土水稻灌溉管理上，水稻分蘗期以前，施用脫硫石膏改良的蘇打堿土要增加水平排水次數(shù)，以達到水平?jīng)_洗鹽分的效果；水稻分蘗期以后，水平排水可溶性鹽分離子含量無顯著的變化，可減少排水次數(shù)，以提高水資源利用率.

脫硫石膏主要成分是硫酸鈣，脫硫石膏改良堿土的原理是土壤膠體吸附的鈉離子被鈣離子置換出來，從而使土壤代換性鈉降低[11].脫硫石膏對種稻堿土鹽堿指標的影響主要在耕層.隨著脫硫石膏用量的增加，耕層土壤pH下降、SAR降低，說明耕層土壤膠體上吸附的Na+被Ca2+充分置換并隨淋洗向下運動.耕作層以下，土壤鹽堿指標呈現(xiàn)不規(guī)律性變化，說明水鹽運動受到土壤理化性質(zhì)影響復(fù)雜，水田不同土層脫鹽效果不一致.下一步需要在更大田間尺度上系統(tǒng)研究脫硫石膏改良對水田土壤和排水可溶性鹽分含量的影響，為鹽堿地土壤改良和水田灌排制度的確立提供科學(xué)依據(jù).

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【責(zé)任編輯周志紅】

Effectsofdesulfurizedgypsumapplicationonsolublesaltinsodicsoilanddrainagewaterunderricecultivation

WANG Yunhe1,2, WANG Zhichun1, 3, YANG Fan1, 3, AN Fenghua1,3, YANG Hongtao1,2, BAO Da1,3

(1 Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China; 2 College of Chinese Medicial, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;3 Da’an Sodic Land Experiment Station,Da’an 131317,China)

【Objective】 To explore the effects of desulfurized gypsum application on soluble salt in sodic soil and drainage water in paddy field.【Method】 A field experiment with three different application rates of desulfurized gypsum [29.17(S1)，16.68(S2) and 4.17(S3)t·hm-2]was carried out to assess the improvement effect of sodic soil and soluble salt ions concentration.【Result and conclusion】 The results showed that the soluble salt ions concentration except for carbonate in drainage water remained constant after rice tillering rear, and pH, electrical conductivity (EC) and residual sodium carbonate (RSC) in drainage water basically stayed unchanged.Differences in soil EC between S1 and S2 treatments were statistically significant at 10-20 cm soil depth (P<0.05); soil EC increased with the increase of desulfurized gypsum application rates at 0-20 cm soil depth, however, the opposite trends were found for soil pH and sodium adsorption ratio (SAR).Improvement effects of S1 treatment on sodic soil were better than those of S2 and S3 treatments for 0 to 40 cm soil depth.

SAR; RSC; sodic soil; soluble salt; paddy field

2013- 09- 28優(yōu)先出版時間2014- 10- 03

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http:∥www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.S.20141003.1105.005.html

王云賀(1984—),女, 博士研究生,E-mail：wangyunhe@neigae.ac.cn； 通信作者：王志春(1963—),男,研究員， E-mail：wangzhichun@neigae.ac.cn

中國科學(xué)院西部行動計劃三期(KZCX2-XB3-16)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(200903001-06)；國家科技支撐計劃(2009BADB3B03)；國家自然科學(xué)基金(31301233)

王云賀， 王志春， 楊 帆，等.施用脫硫石膏對稻田堿土和排水中可溶性鹽分的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2014,35(6):113- 116.

S156.4

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1001- 411X(2014)06- 0113- 04