不同調(diào)控材料對(duì)濱海鹽土快速脫鹽效果研究

肖 輝，王立艷，程文娟，趙 杰，潘 潔，陸文龍

（1.天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192；2.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，天津 300192）

不同調(diào)控材料對(duì)濱海鹽土快速脫鹽效果研究

肖 輝1，王立艷1，程文娟1，趙 杰1，潘 潔1，陸文龍2

（1.天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192；2.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，天津 300192）

為給濱海鹽土快速脫鹽改造提供參考依據(jù)，以工農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈、牛糞、脫硫石膏、醋渣為調(diào)控材料，研究不同組合下濱海鹽土快速脫鹽效果。結(jié)果表明，4種組合與對(duì)照相比，均可顯著降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增加土壤滲透性，其中T4（牛糞+醋渣）綜合效果最好，與對(duì)照相比，土壤容重降低37.93%，土壤孔隙度提高12.37個(gè)百分點(diǎn)；各處理0～60 cm土層平均含鹽量高低順序?yàn)門1（秸稈+脫硫石膏）＞CK（對(duì)照）＞T2（牛糞+脫硫石膏）＞T3（秸稈+醋渣）＞T4（牛糞+醋渣），T1、T2、T3、T4與CK相比分別降低-123.9%，2.23%，30.45%，39.77%；各處理pH值與CK相比均顯著下降，由高到低的順序?yàn)镃K＞T3＞T4＞T2＞T1，T1、T2、T3、T4與CK相比分別降低0.71，0.50，0.35，0.39個(gè)單位；各處理土壤CO、HCO含量均明顯下降，脫硫石膏處理還能增加土壤SO、Ca2+、Mg2+含量。綜上所述，在改善土壤物理結(jié)構(gòu)、降低土壤鹽分方面，牛糞效果明顯好于秸稈，醋渣明顯好于脫硫石膏；在抑制土壤脫鹽堿化方面，脫硫石膏明顯好于醋渣，但脫硫石膏容易增加土體總體含鹽量。因此，推薦濱海鹽土低成本快速脫鹽方式為“牛糞+醋渣”。

濱海鹽土；快速脫鹽；工農(nóng)業(yè)廢棄物；土壤理化性質(zhì)

濱海鹽土是在鹽漬淤泥上發(fā)育而成的土壤，其積鹽過程先于成土過程，鹽分主要來自于海水，以氯化物為主，具有物理結(jié)構(gòu)差、鹽堿重（含鹽量＞6.0 g/kg）、地下水埋藏淺且礦化度高等特點(diǎn)［1］。作物及綠化苗木難以生長，利用率低。天津?yàn)I海新區(qū)總面積2 270 km2，其中鹽土占1 142.8 km2，占濱海新區(qū)總面積的67.42%［2］，土壤改造與城市綠化面臨著巨大的困難，當(dāng)前，城市綠化以客土為主，但這種綠化方式是以破壞土源地的生態(tài)環(huán)境為代價(jià)，隨著人們生態(tài)意識(shí)的增強(qiáng)，土源地將逐漸減少，因此，客土種植方式將難以為繼，原土改造與利用將是今后發(fā)展的方向。濱海鹽土原土改造措施主要有工程措施，如水利措施［3］、臺(tái)田［4］、暗管排鹽［5］、沙柱［6］等，物理化學(xué)措施如施用土壤改良物質(zhì)［7］、隔離［8］、地表覆蓋［9］等，生物措施如種植先鋒植物［10］、篩選耐鹽細(xì)菌［11］等，這些措施對(duì)降低土壤鹽分、改良土壤結(jié)構(gòu)均有一定作用，但仍然存在工程造價(jià)高或改良效果慢等問題。本研究以工農(nóng)業(yè)廢棄物（牛糞、秸稈、脫硫石膏、醋渣）為調(diào)控材料，組成不同組合，利用模擬試驗(yàn)，探討不同組合下濱海鹽土快速脫鹽、改堿效果，以期為濱海鹽土低成本快速脫鹽、改堿提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)設(shè)在天津?yàn)I海新區(qū)大港油田，地處北緯38°40′47″，東經(jīng)117°30′14″，該地區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，濱海沖積平原，全年平均氣溫12℃，無霜期7個(gè)月。年降雨量570～690 mm，但分布不均，70%集中在6-8月份，年均蒸發(fā)量1 100 mm。地下水位0.9～1.5 m。供試土壤為中壤土，土壤及灌溉水基本性狀如表1所示。

表1 供試土壤及灌溉水鹽堿情況Tab.1 Tested soil and ir rigation w ater salinity conditions

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用桶栽試驗(yàn)，按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，以秸稈、牛糞為控鹽材料，醋渣、脫硫石膏為改堿材料，以不做處理（原土）為對(duì)照，共設(shè)5個(gè)處理，分別為CK：對(duì)照（原土）；T1：秸稈1 800 m3/hm2+脫硫石膏22.5 t/hm2；T2：牛糞1 800 m3/hm2+脫硫石膏22.5 t/hm2；T3：秸稈1 800 m3/hm2+醋渣600 m3/hm2；T4：牛糞1 800 m3/hm2+醋渣600 m3/hm2（以上物料用量為與單位面積深60 cm的土摻拌用量），每個(gè)處理重復(fù)4次。供試秸稈為玉米秸稈，粒徑2～4 cm；牛糞為腐熟牛糞，全鹽27.43 g/kg，pH值7.46；醋渣全鹽含量11.14 g/kg，pH值6.04；脫硫石膏CaSO4·2H2O含量92%，pH值7.14。

供試塑料桶（方桶）規(guī)格：長×寬×高為1 m× 1 m×1 m。底部鋪設(shè)20 cm厚碎石，并在桶壁下部安裝排水龍頭。各處理按照物料用量與單位面積60 cm厚土層的土摻拌均勻，裝桶，厚度60 cm，壓實(shí)。灌水1 800 m3/hm2，平衡2 h，放水，重復(fù)2次。

試驗(yàn)于2014年9月20日開始，2014年9月20日第1次灌水，2014年9月25日第2次灌水；2014年10月10日分層（0～20，20～40，40～60 cm）采集土壤樣品。

1.3 樣品分析及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤總孔隙度采用計(jì)算法；土壤滲透性采用室內(nèi)環(huán)刀法測定；全鹽采用烘干質(zhì)量法測定；pH值采用玻璃電極法測定；土壤離子組成測定方法：CO、HCO用雙指示劑滴定法測定；Cl-用AgNO3滴定法測定；SO用EDTA間接滴定法測定；Ca2+、Mg2+用EDTA絡(luò)合滴定法測定；Na+、K+用火焰光度法測定［12］。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 13.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同材料組合對(duì)土壤物理性狀的影響

4種改良組合與對(duì)照相比，土壤容重、滲透系數(shù)、總孔隙度均產(chǎn)生了顯著變化（表2）。土壤容重各處理高低順序?yàn)镃K＞T2＞T1＞T3＞T4，T1、T2、T3、T4與CK相比分別降低了21.38%，19.31%，33.79%，37.93%，且與對(duì)照之間差異均達(dá)顯著水平；T1、T2之間差異不顯著，但與T3、T4之間差異達(dá)顯著水平；T3、T4之間差異不顯著。表明牛糞、秸稈與醋渣配合對(duì)于降低土壤容重效果好于與脫硫石膏配合。

土壤滲透系數(shù)顯著提高，各處理高低順序?yàn)門2＞T4＞T3＞T1＞CK，T1、T2、T3、T4與CK相比分別提高了18，4 676，480，501倍，差異均達(dá)顯著水平；T2最高，與其他處理之間差異均達(dá)顯著水平；T3、T4之間差異不顯著，但均與T1之間差異達(dá)顯著水平。表明牛糞與脫硫石膏配合對(duì)于提高土壤滲透性效果最好，牛糞、秸稈與醋渣配合效果次之，秸稈+脫硫石膏效果較差。

土壤總孔隙度各處理高低順序?yàn)門4＞T3＞T2＞T1＞CK，且與CK相比分別提高了12.37，11.12，9.04，7.25個(gè)百分點(diǎn)，差異均達(dá)顯著水平；T4、T3之間差異不顯著，T2、T1之間差異也不顯著，但T3、T4與T1、T2之間差異達(dá)顯著水平。表明原土摻拌秸稈、牛糞、醋渣、脫硫石膏均能顯著地提高土壤孔隙度，其中牛糞、秸稈與醋渣配合效果較好。

表2 不同組合對(duì)土壤物理性狀的影響Tab.2 E ffects of different com binations on soil physical p roperties

2.2 不同組合對(duì)土壤鹽分及pH值的影響

2.2.1 不同組合對(duì)土壤全鹽含量的影響 各處理土壤剖面全鹽含量均呈現(xiàn)由上到下逐漸增加的趨勢（表3），即0～20 cm＜20～40 cm＜40～60 cm，如T2，40～60，20～40 cm土壤含鹽量分別比0～20 cm土層高出202.2%及66.55%。0～20 cm各處理鹽分高低順序?yàn)門1＞CK＞T2＞T3＞T4；T2、T3、T4與CK相比分別降低了7.95%，11.59%，24.83%，差異均達(dá)顯著水平，但三者之間差異不顯著；T1與CK之間的差異也達(dá)顯著水平。20～40 cm土層各處理高低順序同樣表現(xiàn)為T1＞CK＞T2＞T3＞T4；T2、T3、T4與CK相比分別降低了17.32%，40.18%，42.14%，差異均達(dá)顯著水平，T2與T3、T4之間差異也達(dá)顯著水平，T3、T4之間差異不顯著；T1含鹽量同樣顯著高于CK。40～60 cm土層各處理高低順序表現(xiàn)為T1＞T2＞CK＞T3＞T4；T3、T4與CK相比土壤含鹽量分別降低30.91%及44.25%，差異均達(dá)顯著水平；T1、T2含鹽量高于CK，T1與CK之間差異顯著，T2與CK之間差異不顯著。各處理0～60 cm土層平均含鹽量與試驗(yàn)前（含鹽量11.10 g/kg）相比，除T1外，各處理均顯著降低，CK、T2、T3、T4分別降低51.41%，52.52%，66.22%，70.75%，表明采用淡水灌溉洗鹽效果明顯，但不同材料組合脫鹽效果差異顯著。各處理0～60 cm土層平均含鹽量高低順序?yàn)門1＞CK＞T2＞T3＞T4，T1、T2、T3、T4與CK相比分別降低-123.9%，2.23%，30.45%， 39.77%，T3、T4降鹽效果最為明顯，與其他處理相比差異均達(dá)顯著水平，但兩者之間差異不顯著。T1、T2含鹽量較高，且T1遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CK，差異也達(dá)到了顯著水平，原因可能因?yàn)門1、T2添加了脫硫石膏，增加了土壤鹽分，且秸稈處理所用秸稈粉碎程度不高，施入土壤后通透性差，脫鹽能力低，致使鹽分含量反而高于對(duì)照；T2滲透能力較強(qiáng)，但在增加無機(jī)鹽分的情況下，平均鹽分含量與對(duì)照差異不顯著。

2.2.2 不同組合對(duì)土壤剖面pH值的影響 各處理土壤剖面pH值由上到下均呈現(xiàn)逐漸降低趨勢（表3），即0～20 cm＞20～40 cm＞40～60 cm，如T1，表層0～20 cm pH值與20～40，40～60 cm相比，分別高出0.11，0.20個(gè)單位。各土層（0～20，20～40，40～60 cm）土壤pH值均為改良處理顯著低于對(duì)照，且高低順序均為CK＞T3＞T4＞T2＞T1。施用脫硫石膏處理（T1、T2）pH值均低于施用醋渣處理（T3、T4），且20 cm以下土層差異均達(dá)顯著水平。0～60 cm土層平均pH值高低順序?yàn)镃K＞T3＞T4＞T2＞T1，T1、T2、T3、T4與CK相比分別降低0.71，0.50，0.35，0.39個(gè)單位。T1處理pH值降低量最大，與其他處理相比差異均達(dá)顯著水平；T2效果次之，且與T3、T4間的差異達(dá)顯著水平；T3、T4降堿效果稍差，但與CK相比差異也達(dá)顯著水平。

不添加任何調(diào)控材料的處理CK與原土（pH值8.69）相比，發(fā)生了明顯的脫鹽堿化現(xiàn)象，表層（0～ 20 cm）pH值比原土高出了0.61個(gè)單位，添加脫硫石膏處理T1、T2與原土相比，表層分別下降0.34，0.09個(gè)單位，添加醋渣處理T3、T4與原土相比也沒有發(fā)生明顯的堿化問題，表明脫硫石膏和醋渣均可防治土壤脫鹽堿化，但添加脫硫石膏的效果要好于醋渣。

2.2.3 不同組合對(duì)土壤離子組成的影響 各處理不同土層鹽分離子組成見表3，與原土相比，CK、T3、T4產(chǎn)生了C，且表層產(chǎn)生量高于底層，T1、T2各土層CO則未檢出；對(duì)于HCO含量，除T1外，各處理平均含量均有不同程度提高，同樣表層要高于底層。各處理Cl-、SO、Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量則隨土層的加深均逐漸增加，即隨水灌溉發(fā)生了向下層遷移。

表3 不同處理各土層鹽分及pH值變化Tab.3 Soil salt content and pH in different treatm ents g/kg

3 討論與結(jié)論

3.1 不同材料組合對(duì)土壤物理性狀的影響

邵玉翠等［13］研究表明，有機(jī)物和脫硫石膏可改善土壤通透性，降低土壤容重，增加土壤總孔隙度，這與本研究結(jié)果基本一致。4種改良組合對(duì)降低原土容重、提高土壤滲透系數(shù)和總孔隙度效果明顯。原因可能為牛糞、秸稈、醋渣質(zhì)量輕，且富含植物纖維，因此，施入土壤后能降低土壤容重，提高土壤孔隙度和滲透系數(shù)；脫硫石膏含有豐富的SO、Ca2+、Mg2+等可與土壤中的Cl-、Na+進(jìn)行置換，降低了土壤分散性，促進(jìn)了土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，進(jìn)而提高土壤滲透性［7］。T4效果好于T3，T2好于T1，原因可能為牛糞經(jīng)過咀嚼和消化，纖維變短且單位含量遠(yuǎn)高于秸稈，因此，施入土壤對(duì)降低土壤容重和提高土壤孔隙度效果要好于秸稈。

3.2 不同材料組合對(duì)土壤全鹽及pH值的影響

土壤物理結(jié)構(gòu)狀況是土壤脫鹽的基礎(chǔ)，本試驗(yàn)4種組合土壤物理性狀均有明顯改善，但各處理土壤脫鹽效果不同，T4、T3降鹽效果較好，而T2、T1由于添加了脫硫石膏，增加了土壤全鹽含量，降鹽效果較差，這與王金滿等［14］、陳歡等［15］研究結(jié)果一致。房宸等［16］研究表明，脫硫石膏本身會(huì)在一定程度上增加土壤鹽分，但是在灌溉條件下土壤鹽分又會(huì)逐漸降低。本試驗(yàn)在灌溉2次的情況下，T2（0～60 cm）、T1（0～20 cm）與原土相比均有明顯脫鹽，且T2（0～40 cm）脫鹽效果好于CK，表明雖然初期脫硫石膏增加了土壤全鹽含量，但在增加灌溉量及灌溉次數(shù)的情況下，鹽分增加的影響會(huì)逐漸消失。

在不添加改良物質(zhì)的情況下，鹽堿土壤脫鹽的同時(shí)pH值均有上升趨勢，這與前人研究結(jié)果一致。關(guān)于pH值上升原因，陳巍等［17］認(rèn)為土壤脫鹽導(dǎo)致可溶性Ca2+的淋失，受活度積支配的CaCO3發(fā)生部分溶解，提高了溶液中HCO含量，致使土壤pH值上升；毛建華等［18］還認(rèn)為堿性灌溉水也是致使土壤脫鹽堿化的重要原因。本試驗(yàn)對(duì)照pH值上升這兩方面原因可能同時(shí)存在。施用脫硫石膏和醋渣可顯著降低土壤pH值［19-20］，且添加脫硫石膏的效果要好于醋渣，原因可能因?yàn)榇自黳H值偏低，施入土壤后酸堿中和，降低了pH值；脫硫石膏中的Ca2+與土壤中Na+進(jìn)行了交換，降低了鈉吸附比，并且充足的Ca2+使CO、HCO3-向CaCO3轉(zhuǎn)變，因而降低了土壤pH值；醋渣雖呈酸性但酸度不高，因此pH值降低效果低于脫硫石膏。

3.3 不同組合對(duì)土壤離子組成的影響

大水淋洗條件下，土壤脫鹽過程離子組成也隨之發(fā)生了變化［21］，CK與原土相比，總體表現(xiàn)為Cl-、SO、Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量降低，HCO含量增加，并產(chǎn)生了CO，土壤鹽分類型由Cl--Na+型，逐漸向HCO-Na+型轉(zhuǎn)變，這與前人研究基本一致［7，17］。采用不同改良措施后離子組成也發(fā)生了相應(yīng)變化，在施用脫硫石膏的情況下，T1、T2與CK相比均表現(xiàn)出HCO含量降低，CO消失，SO、Ca2+、Mg2+、K+含量增加，Cl-、Na+占比下降［13，22］，原因可能為脫硫石膏主要成分為CaSO4，并含有Mg2+、K+等鹽分，因此添加之后可增加SO、Ca2+、Mg2+、K+含量，充足的Ca2+又可與CO、HCO結(jié)合，生成難溶物質(zhì)，因此抑制了CO、HCO生成。

在施用醋渣的情況下，T3、T4降鹽效果明顯，與CK相比CO、Cl-、SO、Ca2+、Mg2+、Na+平均含量均明顯下降，HCO、K+含量有上升趨勢，原因可能為醋渣進(jìn)一步提高了土壤通透性，在灌溉條件下鹽分更容易隨水排除。因此，大部分鹽分離子均呈下降趨勢；醋渣呈酸性與CK相比更能抑制CO的生成，且醋渣酸性較弱，部分H+可與CO結(jié)合生成HCO，致使HCO含量增加。另外，灌溉水中含有部分HCO，同樣會(huì)增加土壤HCO含量；醋渣本身含有豐富的鉀，在腐解的情況下會(huì)釋放出K+，因此，K+含量有上升趨勢。

綜上所述，秸稈、牛糞、脫硫石膏和醋渣4種低成本材料合理組合可顯著改善土壤物理結(jié)構(gòu)，降低土壤含鹽量，調(diào)節(jié)土壤離子組成，但不同材料效果不同，在綜合考慮改良效果和安全條件下，濱海鹽土低成本快速脫鹽優(yōu)選“牛糞+醋渣”組合。

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Effect of Different Regu lating M aterials on Fast Desalination of Coastal Saline Soil

XIAO Hui1，WANG Liyan1，CHENGWenjuan1，ZHAO Jie1，PAN Jie1，LUWenlong2
（1.Tianjin Institute of Agricultural Resources and Environment Science，Tianjin 300192，China；2.Tianjin Academy of Agricultural Sciences，Tianjin 300192，China）

Using industrial and agricultural wastes（straw，cow dung，gypsum，vinegar residue）as the regulating materials，the effect of fast desalination of coastal saline soil under different combinationswas investigated in order to provide a reference for fast transformation of coastal saline.The results showed that the four kinds of combination could significantly reduce soil bulk density，improve soil porosity and increase soil permeability compared with the control，ofwhich the comprehensive effect of T4（cow dung+vinegar residue）was the bestwith soil bulk density decreased by 37.93%and soil porosity increased by 12.37 percentage points.The order of average soil salinity content in 0-60 cm depth of each treatmentwas T1（straw+gypsum）＞CK（control）＞T2（cow dung+gypsum）＞T3（straw+vinegar residue）＞T4（cow dung+vinegar residue）.Compared with CK，soil salinity content decreased by-123.9%（T1），2.23%（T2），30.45%（T3）and 39.77%（T4），respectively.The pH of each treatment was significantly decreased with a order of CK＞T3＞T4＞T2＞T1.And it was decreased by 0.71（T1），0.50（T2），0.35（T3）and 0.39（T4），respectively.Soil COand HCOcontents were clearly decreased as well，and the treatment with gypsum could also increased soil SO-，Ca2+and Mg2+content.In summary，in the aspect of improving the physical structure of the soil and reduce soil salinity，cow dung was better than straw，vinegar residue better than gypsum.Whereas，gypsum was better than vinegar residue in terms of inhibiting alkalization during soil desalination.However，gypsum was easy to increase the total salt content of soil.Therefore，we recommend that rap-idly low-cost desalination mode of coastal saline soil is″cow dung+vinegar residue″.

Coastal saline soil；Rapid desalination；Industrial and agricultural wastes；Soil physical and chem ical properties

S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-7091（2016）03-0121-06

10.7668/hbnxb.2016.03.018

2015-12-11

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD05B08）；天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目（13ZCZDNC09900；15ZXZYNC00020）

肖 輝（1981-），男，山東泰安人，副研究員，碩士，主要從事鹽堿地區(qū)水土資源利用研究。

潘 潔（1968-），女，江蘇溧陽人，研究員，主要從事鹽堿區(qū)水土利用及生態(tài)恢復(fù)研究。