旱作條件下鹽分沖洗試驗對鹽堿土的改良洗鹽效果

夏婷++楊建國++魏玉清++樊麗琴++冒辛平++李淑玲++吳艷

摘要：在旱作條件下設置排鹽溝、施用脫硫石膏、深松耕等處理，開展農田快速淋鹽試驗。結果表明，灌水定額 5 100 m3/hm2 時，“排鹽溝+脫硫石膏+深松耕”模式下，0～100 cm土層SO42-、Cl-、K+含量顯著下降，土壤pH值顯著降低，0～60 cm土層土壤堿化度下降明顯；同樣灌水定額條件下，“排鹽溝+深松耕”洗鹽模式能顯著降低0～40 cm土層CO32-、Ca2+、Mg2+含量；施用脫硫石膏在降低0～40 cm土壤pH值起主導作用，深松對脫硫石膏降低土壤pH值效果有負作用?！肮嗨~5 100 m3/hm2+排鹽溝+脫硫石膏+深松耕”模式下土壤pH值、堿化度顯著降低，全鹽淋洗效果最佳，為鹽堿地改良以及進一步開發(fā)利用提供參考。

關鍵詞：鹽堿土；脫硫石膏；土壤改良；深松耕；排鹽溝

中圖分類號： S156.4文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）08-0235-06

土壤鹽漬化是一個世界性資源生態(tài)問題，嚴重制約農業(yè)生產。鹽堿地開發(fā)治理工作一直是關注重點[1]。我國鹽堿地主要分布在西北、東北、華北、濱海地區(qū)在內的17個省份，據統(tǒng)計，鹽漬土總面積為3 455萬hm2，其中鹽土面積 1 688萬hm2，堿土面積87萬hm2，各類鹽化土面積1 583萬hm2，堿化土面積97萬hm2[2]。開發(fā)利用鹽堿地不僅能擴大耕地面積，增加單位面積產量，提高糧食總產量，緩解糧食危機，還可以擴大綠化，改良生態(tài)環(huán)境。

目前我國學者對鹽堿地改良的研究工作已經全面展開。隨著鹽堿地改良科研工作的不斷深入，鹽堿地改良技術不斷更新和完善。鄒長明等研究認為，土壤鹽分主要聚集在0～15 cm土層，尤其是0～5 cm土層[3]。馬獻發(fā)等認為，0～10 cm 土層的鹽分積累遠高于其下各土層[4]。大量研究表明，脫硫石膏能顯著降低堿土pH值、堿化度、總堿度，增加作物產量[5-8]。施用有機肥能夠促進鹽堿土壤脫鹽，提高土壤保肥能力，實現產量、品質提升[9-12]。深松增加土壤的滲透性，提高洗鹽效率[13]。針對土壤鹽分的聚集特征，應將表層耕作土作為主要的研究和改良對象，而且對不同鹽堿化程度的鹽堿土，應采用個性化的治理措施進行改良。本研究以西大灘鹽堿原土為對象，采用灌水定額、排鹽溝、施用脫硫石膏、深松等技術措施，研究不同水鹽調控措施及集成技術的鹽分沖洗效果，確定旱作條件下農田鹽分快速淋鹽方式，以期為干旱、半干旱地區(qū)鹽堿地改良提供技術參考。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土樣取自寧夏石嘴山市平羅縣前進農場（106°24′E，38°50′N，海拔1 156 m）。委托寧夏農林科學院質檢中心完成土壤機械組成的測定，結果表明0～22 cm土壤質地為黏壤土，22～35 cm土層土壤質地為粉（沙）質黏土，35～54 cm土層土壤質地為粉（沙）質黏壤，54～100 cm土層土壤地為粉（沙）壤土。按土層0～22、22～35、40～60、60～80、80～100 cm 采集土樣，然后將各層土壤自然風干、碾壓、去雜、過 1 mm 篩備用。測定土壤容重、機械組成、鹽分及其組成、pH值、堿化度。

2013年5月3日采集土樣測定土壤剖面鹽分、pH值、堿化度本底值。從表1可以看出，旱田試驗區(qū)0～3 cm鹽結皮全鹽含量為136.90 g/kg，堿化度為72.00%，3～20 cm耕層土壤全鹽含量為28.04 g/kg，pH值為9.48，堿化度為 46.47%，可以判斷試區(qū)為重度鹽化堿土。其他土層土壤鹽分含量差異不大，在3.08～4.73 g/kg之間，pH值在9.38～9.66 之間，20～100 cm土層堿化度差異不大，在18.55%～25.26%之間。土壤鹽分組成中，0～40 cm土層土壤鹽類以硫酸鹽為主，氯化物次之，Cl-與SO42-的當量比為l～0.5，按鹽分組成可將試區(qū)土壤鹽分類型劃分為氯化物硫酸鹽類型。

1.2試驗設計

試驗地為鹽堿荒地，經過犁地、激光平地，采用裂區(qū)試驗設計，主區(qū)設2個處理：主處理1（不設置排鹽溝）、主處理2（設置排鹽溝）。排鹽溝深度為1 m，寬度為80 cm，垂直于農溝，挖好排鹽溝后使用1層沙子、1層土壤均勻回填；副區(qū)設4個處理：處理1（對照，不施用脫硫石膏，不進行深松耕）、處理2（施用脫硫石膏）、處理3（進行深松耕）、處理4（施用脫硫石膏、深松耕），脫硫石膏施用量按37.5 t/hm2計，各處理面積為750 m2（50 m×15 m）。整個試驗區(qū)均施用羊糞，羊糞施用量為30 t/hm2。

2013年5月23日旱田試驗灌“頭水”，5月27日灌“二水”，6月12日油葵播種，6月15日灌“三水”，7月2日灌“四水”；各處理“頭水”灌水量均為1 500 m3/hm2，“二水”至“四水”灌水量均為1 200 m3/hm2；2013年6月10日、7月1日、7月17日分別采集各試驗小區(qū)0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土樣進行測定。

1.3測定項目和方法

使用激光粒度分析儀測定土壤機械組成；烘干法測定土壤含水率；環(huán)刀法測定土壤容重；電導法測定土壤全鹽（土 ∶水=1 ∶5）；pH計測定土壤pH值（土 ∶水=1 ∶2.5）；火焰光度計法測定K+、Na+含量；標準H2SO4滴定法測定CO32-、HCO3-含量；EDTA絡合滴定法測定Ca2+、Mg2+、SO42-含量；標準硝酸銀滴定法測定Cl-含量；火焰光度法測定交換性鈉NH4OAc-NH4OH含量；乙酸鈉法測定陽離子交換量。

土壤堿化度=交換性鈉/陽離子交換量×100%。

2結果與分析

2.1不同處理（不設置排鹽溝）對土壤剖面全鹽含量、pH值、堿化度、鹽分離子含量的影響

由表2可知，灌水2 700 m3/hm2情況下，0～20 cm土層土壤全鹽含量表現為處理1>處理2>處理4≈處理3，20～40 cm土層土壤全鹽含量表現為處理2>處理1>處理4≈處理3，40～60 cm土層土壤全鹽含量表現為處理4>處理3>處理2>處理1，說明淋洗定額2 700 m3/hm2時，深松耕處理的上層洗鹽效果明顯，耕層土壤總鹽被淋洗至40～60 cm土層。灌水3 900 m3/hm2情況下，0～20 cm土層土壤全鹽含量表現為處理1>處理3>處理2>處理4，20～40 cm土層土壤全鹽含量表現為處理1>處理2>處理4>處理3，說明淋洗定額3 900 m3/hm2時，深松耕+脫硫石膏處理的0～40 cm耕層土壤全鹽含量最低。灌水5 100 m3/hm2情況下，0～40 cm土層土壤鹽分均表現為處理1>處理3>處理2>處理4；由于施用脫硫石膏可以改良土壤結構，當灌水量達到一定水平，耕層土壤鹽分會被較快淋洗。灌水5 100 m3/hm2情況下，與處理1（對照）相比，0～20 cm土層處理4（脫硫石膏+深松耕）土壤全鹽含量下降了39.30%，處理2（施用脫硫石膏）土壤全鹽含量降低26.20%，處理3（深松耕）土壤全鹽含量下降了13.22%；20～40 cm土層處理4（脫硫石膏+深松耕）土壤全鹽含量下降了23.79%，處理2（施用脫硫石膏）土壤全鹽含量下降了18.80%，說明灌水5 100 m3/hm2，脫硫石膏+深松耕處理和施用脫硫石膏處理均顯著降低了0～40 cm的土壤鹽分，且前者的洗鹽效果優(yōu)于后者。

由表3可見，灌水2 700 m3/hm2情況下，0～20 cm土層土壤pH值表現為處理3>處理1>處理4>處理2；灌水 3 900 m3/hm2 情況下，0～20 cm土層土壤pH值表現為處理3>處理1>處理4≈處理2，其他土層無明顯規(guī)律；灌水 5 100 m3/hm2 情況下，0～20 cm土層土壤pH值表現為處理3>處理1>處理4≈處理2，施用脫硫石膏顯著降低了0～20 cm 耕層土壤pH值。灌水梯度對比發(fā)現，3 900 m3/hm2時各處理對土壤pH值降低效果明顯。深松耕處理對土壤pH值影響無明顯規(guī)律。灌水2 700 m3/hm2時，處理2降低0～20 cm土壤pH值的效果優(yōu)于處理4，隨著灌水定額的增加，處

理2和處理4對0～20 cm土壤pH值影響效果趨于一致。

由表4可見，灌水2 700 m3/hm2情況下，各處理差異較大的鹽分離子有SO42-、Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-，0～40 cm土層土壤SO42-、Cl-含量均表現為處理1>處理2>處理4>處理3，與全鹽含量表現一致；0～20 cm土層土壤Na+含量表現為處理1=處理3>處理2>處理4；0～40 cm土層土壤Ca2+含量總體上表現為處理2>處理4>處理3>處理1；0～20 cm 土層土壤HCO3-含量表現為處理3>處理1>處理2>處理4；施用脫硫石膏降低了耕層土壤Na+含量，增加了 0～40 cm土層土壤Ca2+含量，降低了耕層HCO3-含量。深松耕處理增加了0～40 cm土層CO32-、HCO3-含量，降低了SO42-、Cl-含量。灌水2 700 m3/hm2+脫硫石膏+深松耕處理能有效降低土壤0～20 cm土層HCO3-含量。

由表5可見，灌水5 100 m3/hm2情況下，各處理差異較大的鹽分離子同樣為SO42-、Cl-、Na+、Ca2+、HCO3-、Cl-含量；0～20 cm土層土壤SO42-、Cl-、HCO3-、Na+含量均表現為處理1>處理3>處理2>處理4，Ca2+含量則表現為處理2>處理4>處理3>處理1，說明施用脫硫石膏降低了0～20 cm 耕層土壤SO42-、Na+、Cl-、HCO3-含量，增加了Ca2+含量，其中處理4（脫硫石膏+深松耕）的洗鹽表現最好。灌水5 100 m3/hm2情況下，各處理土壤剖面堿化度差異較大，0～40 cm土層土壤堿化度均表現為處理4最低，處理2次之，處理1最高；處理4土壤堿化度較處理1下降了32.01%。說明施用脫硫石膏能顯著降低土壤堿化度，施用脫硫石膏+深松耕處理的效果最好。

2.2不同處理（設置排鹽溝）對土壤剖面全鹽含量、pH值、堿化度、鹽分離子含量的影響

由表6可見，灌水2 700 m3/hm2情況下，0～20 cm土層土壤全鹽含量表現為處理1>處理2>處理4>處理3，20～40 cm土層土壤全鹽含量表現為處理2>處理1>處理4>處理3，深松耕降低了0～40cm土層土壤全鹽含量；灌水

3 900 m3/hm2 情況下，0～20 cm土層全鹽含量表現為處理1>處理4>處理3>處理2，20～40 cm土層土壤全鹽含量表現為處理2>處理1>處理4>處理3；灌水5 100 m3/hm2情況下，0～80 cm土層全鹽含量均表現為處理1>處理3>處理2>處理4，施用脫硫石膏和深松耕均能降低土壤全鹽含量。與處理1相比，處理4（脫硫石膏+深松耕）耕層土壤全鹽含量下降了34.73%，處理2（施用脫硫石膏）耕層土壤全鹽含量下降了30.39%，處理3（深松耕）土壤全鹽含量下降了23.72%。對比表2，設置排鹽溝后，0～40 cm土層土壤全鹽含量明顯下降；處理4耕層土壤鹽分較處理1下降了 66.51%，施用脫硫石膏+深松耕的洗鹽效果得到加強；灌水5 100 m3/hm2情況下，0～40 cm土層同一處理土壤全鹽含量下降了3.86%～16.63%，由此推斷，設置排鹽溝有利于降低0～40 cm旱作土層鹽分含量，說明排鹽溝+脫硫石膏+深松耕模式對土壤全鹽淋洗效果最好。

由表7可見，不同灌水定額條件下，各處理0～40 cm土層pH值均表現為處理4、處理2較低，設置排鹽溝使脫硫石膏降低土壤pH值的效果穩(wěn)定；淋洗水量不會改變各處理的效果差異，灌水定額5 100 m3/hm2時淋洗效果最好；進行深松耕對各處理土壤pH值的影響無明顯規(guī)律。對比表3，設置排鹽溝使各處理土壤pH值明顯高于不設置排鹽溝處理。

由表8可見，灌水2 700 m3/hm2情況下，各處理差異較大的鹽分離子有SO42-、Na+、HCO3-、Cl-；0～40 cm土層土壤SO42-、Na+、 Cl-含量均表現為處理1>處理2>處理4>處理3；0～20 cm土層土壤HCO3-含量表現為處理3>處理1>處理4>處理2，深松耕處理降低了耕層土壤SO42-、Na+、Cl-含量，施用脫硫石膏降低了耕層HCO3-含量。對比表4，設置排鹽溝后，深松耕處理的0～80 cm土層土壤Na+含量低于施用脫硫石膏的處理（處理4、處理2），說明灌水 2 700 m3/hm2 情況下，排鹽溝+深松耕處理是0～80 cm土壤Na+淋洗的最有效方式，同時排鹽溝使改良處理（處理4、處

理3、處理2）的地表Cl-淋洗產生正效應。

由表9可見，灌水5 100 m3/hm2情況下，各處理差異較大的鹽分離子同樣為SO42-、HCO3-；0～20 cm土層土壤SO42-、HCO3-含量均表現為處理1>處理3>處理2>處理4，施用脫硫石膏降低了耕層土壤SO42-、HCO3-含量。各處理土壤剖面堿化度差異較大，0～60 cm土層土壤堿化度均表現為處理4最低，處理2次之，處理1最高，施用脫硫石膏降低了土壤堿化度，土壤堿化度較對照下降34.35%。隨著灌水定額增加，HCO3-、Na+含量整體呈上升趨勢，洗鹽處理使離子含量上升速率減緩。對比表8，灌水5 100 m3/hm2+排鹽溝+深松耕處理能顯著降低0～40 cm土層CO32-、Ca2+、Mg2+含量。對比表5，設置排鹽溝后，未影響各處理的鹽分淋洗作用方向，土壤堿化度明顯降低的土層從0～40 cm土層延伸至0～60 cm。灌水5 100 m3/hm2+排鹽溝+脫硫石膏+深松耕處理能有效降低0～100 cm土層SO42-、Cl-、K+含量。

3結論與討論

近年來由于人類活動以及氣候變化，西北干旱灌區(qū)土壤鹽漬化問題日趨凸顯，成為迫切需要解決的生產問題[14]。寧夏作為西北地區(qū)農業(yè)精華區(qū)，土壤改良任務異常艱巨，其鹽堿土質地堅硬、滲透性差，改良難度較大。有關灌區(qū)鹽漬化問題的研究中，將各種土壤改良措施優(yōu)化組合達到最佳效果，是高效鹽漬土改良的發(fā)展方向[15]。輕度堿化鹽荒地改良應采用“施用脫硫廢棄物+平整土地+深松耕+水鹽調控+平衡施肥+耐鹽作物種植”的集成技術模式，地下水位降低50 cm，土壤總鹽及有害鹽分離子含量明顯降低[16]。王少麗等在不同灌水定額和不同排鹽梯度試驗中發(fā)現鹽分發(fā)生大量遷移現象，排鹽溝周邊形成鹽分集中區(qū)域，且較大灌溉用水量能達到理想的排鹽效果；通過農田排鹽溝灌水沖洗后的地表排水礦化度隨時間呈減小趨勢；膜下滴灌的排鹽溝沖洗定額為

1 515 m3/hm2，達到4 521～6 351 kg/hm2總排鹽量，鹽分上移地表、脫鹽效果顯著[17]。本研究中淋洗定額5 100 m3/hm2時，“排鹽溝+脫硫石膏+深松耕”模式對土壤全鹽淋洗效果最好。淋洗定額顯著高于膜下滴灌的沖洗定額，是灌溉方式差異造成的。本研究中設置排鹽溝的各處理土壤pH值較不設置排鹽溝處理明顯升高，具體原因有待進一步分析。

脫硫石膏具有較好的堿土改良淋洗效果。龜裂堿土改良試驗表明，施用脫硫石膏降低了土壤pH值和堿化度，顯著提高水稻產量和品質，籽粒中Cd、As、Hg、Pb等重金屬含量降低，脫硫石膏不會對土壤環(huán)境和作物造成重金屬污染，但會增加土壤鹽分含量[18-19]。本研究中施用脫硫石膏顯著降低土壤pH值，0～60 cm土層土壤堿化度下降明顯，施用脫硫石膏在降低0～40 cm土壤pH值起主導作用。深松耕能有效改良耕層結構，改善土壤理化性狀，提高土壤蓄滲與防蝕抗旱，促進作物生長和提高產量的作用。本研究中深松對脫硫石膏降低土壤pH值效果有負作用，排鹽溝+脫硫石膏處理降低土壤pH值的效果穩(wěn)定。

鹽堿土壤定點改良結果表明，鹽堿被溶解后快速淋洗至土壤下層[20]，增加脫硫石膏使用量，土壤中4種鹽基離子（Na+、Ca2+、CO32-、SO42-）淋洗量也相應升高[21]。室內土柱淋洗試驗模擬蘇打鹽化土脫鹽的過程顯示，土壤淋洗液中Na+淋洗量隨時間延長逐漸降低（P<0.05），CO32-淋洗量則呈顯著正相關（P<0.05），Ca2+、SO42-淋洗量在30 d達到最大值[21]。本研究中“灌水5 100 m3/hm2+排鹽溝+脫硫石膏+深松耕”集成模式是降低0～100 cm土層SO42-、Cl-、K+鹽分最優(yōu)模式?！肮嗨? 100 m3/hm2+排鹽溝+深松耕”洗鹽模式能顯著降低0～40 cm土層CO32-、Ca2+、Mg2+含量。淋洗能有效降低土壤電導率和Na+含量[20]。本研究中“灌水2 700 m3/hm2+排鹽溝+深松耕”集成模式是0～80 cm土層Na+淋洗的最有效方式，由于該地區(qū)的返鹽現象，2 700 m3/hm2 灌水定額有利于Na+淋洗。施用脫硫石膏能使鹽化土導水能力提高，增強灌水定額的淋洗效果[21]。本研究中“灌水2 700 m3/hm2+脫硫石膏+深松耕”模式能有效降低土壤0～20 cm土層HCO3-含量，較低的灌水定額即可使HCO3-含量下降。

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