滴灌施沼液改良甘肅鹽堿地的效果研究

王　旭，孫兆軍,2,3,，何　俊，焦炳忠

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，銀川 750021；3.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021；4.寧夏大學(xué)環(huán)境工程研究院，銀川 750021)

0　引　言

鹽堿化土壤是制約我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的主要因素之一，目前已成為全球性問題[1]。據(jù)調(diào)查，甘肅境內(nèi)現(xiàn)有鹽堿地近1.04×106hm2，占甘肅總面積的2.29%，占甘肅耕地面積的19.22%[2]。甘肅白銀市靖遠(yuǎn)縣分布著大面積鹽堿撂荒地，土壤理化性狀不良，制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，但該地區(qū)地勢平坦，毗鄰黃河，開發(fā)潛力巨大。

隨著沼氣工程的推廣和普及，沼氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物沼液，其是否合理處置顯得尤為重要。沼液是禽畜糞便等有機(jī)物經(jīng)過厭氧發(fā)酵后的殘留液體，沼液會對水體污染產(chǎn)生威脅，而目前絕大多數(shù)沼液都采用就近農(nóng)田消納[3]。沼氣發(fā)酵池中的發(fā)酵物長期浸泡于水中，發(fā)酵池中的可溶性養(yǎng)分由固相轉(zhuǎn)為液相[4,5]，沼液中含有豐富的有效礦質(zhì)養(yǎng)分、氨基酸和維生素等活性物質(zhì)，在農(nóng)業(yè)種植業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用[6]。將沼液施用到土壤中，因其有豐富的營養(yǎng)成分(有機(jī)質(zhì)、腐殖酸等)，能有效降低土壤容重，有利于改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物對各種養(yǎng)分的吸收[7]。研究結(jié)果表明：利用沼液改良鹽堿土，能有效降低土壤堿化度和pH，有利于提高作物產(chǎn)量[8,9]。滴灌具有高頻率、小流量點(diǎn)源擴(kuò)散的特點(diǎn)[10]，能精確控制土壤水分和養(yǎng)分的供應(yīng)，近年來被廣泛應(yīng)用于鹽堿土壤改良中[11]。

前人利用沼液在鹽堿土壤改良中取得了一定成果，但關(guān)于滴灌施沼液改良鹽堿地方面的研究依然有待充實(shí)。沼液改良鹽堿地對土壤養(yǎng)分、pH、堿化度的影響，以及對油葵生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響鮮有報道。因此，本研究利用沼液進(jìn)行鹽堿地改良試驗(yàn)，沼液通過滴灌兌水稀釋后滴入土壤，研究該措施對土壤改良效果及對油葵產(chǎn)量的影響，以期探明沼液對鹽堿地的改良效果，為甘肅白銀地區(qū)鹽堿地的改良利用提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于甘肅白銀市靖遠(yuǎn)縣五合鄉(xiāng)(104°78′E，36°44′N)，該地區(qū)屬于典型的干旱半荒漠氣候，年平均降水量217 mm，主要集中在7-9月，年蒸發(fā)量1 986 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤黏粒(<0.01 mm)占8.2%，粉粒(0.01～0.05 mm)占68.6%，砂粒(0.05～2.0 mm)占23.2%，土壤質(zhì)地為粉砂質(zhì)壤土[12]。0～20 cm土層，土壤容重為1.48 g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)為4.87 g/kg；堿解氮為27.47 mg/kg；速效磷為4.48 mg/kg；速效鉀為185.59 mg/kg，其他理化性質(zhì)如表1所示。

表1　供試土壤理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of tested soils

1.2　試驗(yàn)材料

沼液為厭氧發(fā)酵沉淀池內(nèi)的上清液，分別于2016年5月、6月、7月采集沼液進(jìn)行檢測，沼液特性如表2所示。

表2　沼液特性Tab.2 Characteristics of biogas slurry

由表2可知，沼液有機(jī)質(zhì)平均含量為45.2%、堿解氮平均含量為590 mg/L、速效鉀平均含量為985 mg/L、速效磷平均含量為283 mg/L、腐殖酸平均含量為12.8%。

1.3　試驗(yàn)設(shè)計及過程

試驗(yàn)于2015-2016年進(jìn)行，設(shè)置不同梯度的沼液施用量：T0(0 t/hm2)、T1(1.2 t/hm2)、T2(1.3 t/hm2)、T3(1.4 t/hm2)、T4(1.5 t/hm2)，每個處理重復(fù)3次。

2015年秋季，試驗(yàn)前對未開墾的鹽堿荒地深翻、深松后激光平地，然后按試驗(yàn)設(shè)計規(guī)劃試驗(yàn)小區(qū)，每個小區(qū)面積80 m2(10 m×8 m)，埂高0.5 m，小區(qū)間隔1 m，以防側(cè)滲。在每個小區(qū)內(nèi)將農(nóng)家肥30 t/hm2、過磷酸鈣磷肥600 kg/hm2、二銨225 kg/hm2和尿素225 kg/hm2[13]。2016年4月15日播種油葵(品種T562)，進(jìn)行穴播，每穴播種2～3 粒，行距50 cm，株距35 cm。試驗(yàn)區(qū)采用滴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉，每行油葵鋪設(shè)一條滴灌帶，滴頭間距和株距一致(35 cm)，每個滴頭控制一棵油葵，滴頭流量0.92 L/h。滴灌施肥系統(tǒng)包括沼液沉淀池、三級分離式沼液過濾系統(tǒng)和滴灌裝置，沼液經(jīng)過沉淀、過濾后進(jìn)入滴灌施肥系統(tǒng)。油葵長勢穩(wěn)定后進(jìn)行間苗，在油葵苗期和花蕾期將沼液兌水稀釋后隨滴灌施入，每次灌水施肥時間為2 h，灌水定額為60 m3/hm2，油葵生育期灌水7次，灌溉定額為420 m3/hm2。花蕾期追施尿素，尿素隨水施入，施用量為150 kg/hm2。

1.4　測試項目及方法

為分析改良效果，在種植前1d和油葵生長季末，用土鉆取土樣。取土位置為每個重復(fù)小區(qū)的滴灌帶一側(cè)距滴頭5 cm處，以植株下壟頂為基準(zhǔn)向下間隔20 cm進(jìn)行分層取土，分別為0～20、20～40、40～60 cm。剔除土壤樣品中的石礫和植物殘根等雜物，經(jīng)風(fēng)干、磨碎、過篩(孔徑為1 mm)后，采用m(土)∶V(水)=1∶5與去離子水混合后，充分震蕩搖勻并過濾，取上清液，采用S220多參數(shù)測試儀測定pH、采用S230電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率。土壤全鹽含量利用電導(dǎo)率與全鹽之間的關(guān)系進(jìn)行計算[14]：

SCC=3.51×EC1∶5+0.38

(1)

式中：SCC為全鹽量，g/kg；EC1∶5為上清液的電導(dǎo)率，mS/cm。

采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)；采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮；采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷；采用乙酸銨浸提火焰光度法測定土壤速效鉀；采用乙酸銨-氫氧化銨-火焰光度法測定交換性Na+；利用交換性Na+與可交換性陽離子交換量的百分比計算堿化度；具體測定方法參考文獻(xiàn)[15,16]。

2016年5月5日統(tǒng)計油葵出苗率，2016年6月20日統(tǒng)計油葵成活率。待油葵成熟后，通過收獲的花盤來測其產(chǎn)量，其中：

出苗率(G)=(實(shí)際出苗數(shù)/種子數(shù))×100%

(2)

成活率(E)=(實(shí)際成活數(shù)/出苗數(shù))×100%

(3)

1.5　數(shù)據(jù)處理

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)分析采用SPSS19.0軟件進(jìn)行，數(shù)據(jù)分析包括差異顯著性檢驗(yàn)和雙因素方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同處理對土壤肥力的影響

不同處理土層0～60 cm土壤養(yǎng)分的影響如表3所示。

表3　不同處理對0～60 cm土層養(yǎng)分的影響Tab.3 Effects of different treatments on soil nutrient of 0～60 cm soil layers

注：不同英文小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著。

由表3可知，0～20 cm土層，土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量均高于改良前，且T1、T2、T3、T4處理的有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷、速效鉀均高于T0(P<0.05)。0～20 cm土層，各處理有機(jī)質(zhì)含量分別比改良前提高1.64%、9.86%、12.32%、16.02%、20.94%，T1、T2、T3、T4處理之間差異不顯著(P>0.05)。0～20 cm土層，各處理堿解氮含量分別比改良前提高16.38%、28.69%、40.30%、50.20%、61.74%，T1、T2、T3、T4與T0差異顯著(P<0.05)。0～20 cm土層，各處理速效磷含量分別比改良前提高14.29%、48.44%、59.38%、64.73%、70.09%，T4、T3、T2差異不顯著(P>0.05)，T1、T2、T3、T4與T0差異顯著(P<0.05)。0～20 cm土層，各處理速效鉀含量分別比改良前提高4.18%、17.36%、23.21%、26.45%、30.92%，T1、T2、T3、T4之間差異不顯著(P>0.05)，T1、T2、T3、T4與T0差異顯著(P<0.05)。以上分析表明添加沼液能顯著增加土壤養(yǎng)分，且隨沼液施用量的增加土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀含量也增加。

2.2　不同處理對土壤pH的影響

各處理對0～60 cm土層pH的影響如圖1所示。

圖1　各處理對0～60 cm土層pH的影響Fig.1 Effects of all treatments on pH of soil depth 0～60 cm注：不同英文小寫字母表示各處理在0.05水平差異顯著，下同

由圖1可知，T1、T2、T3、T4處理的pH均低于T0，0～20 cm土層，T4處理的pH降低幅度最大，比改良前降低5.92%。T0、T1、T2、T3、T4比改良前分別降低0.44%、3.07%、4.06%、5.26%、5.92%，表明添加沼液有利于降低土壤pH，且隨沼液施用量的增加pH降低幅度變大。T1、T2、T3、T4處理之間差異不顯著(P>0.05)，表明在本試驗(yàn)條件下，不同沼液施用量對降低土壤pH無顯著性差異。

2.3　不同處理對土壤堿化度的影響

堿化度是反映鹽堿土壤的重要指標(biāo)之一，各處理對0～60 cm土層堿化度的影響如圖2所示。

圖2　各處理對0～60 cm土層堿化度的影響Fig.2 Effects of all treatments on ESP of soil depth 0～60 cm

由圖2可知，T1、T2、T3、T4處理的堿化度均低于T0，第1年T4處理的堿化度降低幅度最大，比改良前降低30.58%。T0、T1、T2、T3、T4比改良前分別降低7.47%、20.23%、24.40%、27.82%、30.58%，表明添加沼液有利于降低土壤堿化度，且隨沼液施用量的增加堿化度降低幅度變大。T1、T2、T3、T4處理之間差異不顯著(P>0.05)，表明在本試驗(yàn)條件下，不同沼液施用量對降低土壤堿化度無顯著性差異。

2.4　不同處理對土壤全鹽的影響

各處理對0～60 cm土層全鹽的影響如圖3所示。

圖3　各處理對0～60 cm土層全鹽的影響Fig.3 Effects of different treatments on salinity of 0～60 cm soil layers

由圖3可知，各處理0～20 cm土層脫鹽效果顯著(P<0.05)，得益于滴灌高頻率供水的特點(diǎn)，能有效降低表層土壤鹽分，但在20 cm以下的土層鹽分出現(xiàn)了累積現(xiàn)象(全鹽高于初始值)。T1、T2、T3、T4處理積鹽現(xiàn)象顯著高于T0處理(P<0.05)，這是由于沼液本身含有鹽分，隨滴灌施入土壤會增加土壤全鹽量。T1、T2、T3、T4處理在0～20、20～40、40～60 cm土層全鹽量差異不顯著(P>0.05)。

2.5　不同處理對油葵出苗、生長及產(chǎn)量的影響

不同處理對油葵出苗率、生長及產(chǎn)量如表4所示。

表4　不同處理油葵出苗、生長及產(chǎn)量的影響Tab.4 Effects of different treatments on seedling emergence, growth and yield of oil sunflower

由表4可知，T1、T2、T3、T4處理的出苗率、成活率和產(chǎn)量都顯著高于T0(P<0.01)，表明沼液能改善土壤理化性質(zhì)利于油葵生長。T1、T2、T3、T4油葵產(chǎn)量分別為T0的2.16、2.29、2.49、2.36倍，表明施用沼液并不是越多越好，T4處理的出苗率和產(chǎn)量反而低于T3，由于沼液本身含有鹽分，過量施入不利于作物萌芽和生長發(fā)育。

3　討論與結(jié)論

本研究以沼液施用量為控制因素，研究了不同沼液施用量對甘肅鹽堿地的改良效果，主要得出以下結(jié)論：

(1)鹽堿土壤養(yǎng)分貧瘠，施入沼液能顯著提高土壤肥力，為作物生長提供養(yǎng)分。

(2)施入沼液能降低鹽堿土壤pH、堿化度，但沼液本身含有鹽分，過量施入土壤給帶來額外鹽分，不利于作物出苗、生長及產(chǎn)量的提高。因此，沼液施用要適量，結(jié)合本試驗(yàn)結(jié)果，沼液最佳施用量為1.4 t/hm2。

□

參考文獻(xiàn)：

[1]Jia Q M, Chen Y Y, Liu B R, et al.Soil physico-chemical properties and microbial quantities in different pastures in arid area of saline-alkali soil[J].Pratacultural Science, 2014,31(7):1 218-1 225.

[2]楊真, 王寶山.中國鹽漬土資源現(xiàn)狀及改良利用對策[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015,(4):125-130.

[3]喬小珊, 張馨蔚, 陳玉成,等.沼液灌溉對稻田水環(huán)境影響分析[J].中國沼氣, 2013,31(4):21-26.

[4]趙鳳蓮.不同來源沼肥對蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響及環(huán)境效應(yīng)研究[D].山東泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué), 2011.

[5]武立葉, 鄭佩佩, 趙吉祥,等.沼液灌溉對大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分含量的影響[J].中國沼氣, 2014,32(3):90-93.

[6]沈仕洲,王風(fēng),薛長亮,等.沼液灌溉對冬麥田CO2、N2O排放及土壤因子的影響[J].節(jié)水灌溉,2015,(7):25-31.

[7]Garg R N, Pathak H, Das D K, et al.Use of flyash and biogas slurry for improving wheat yield and physical properties of soil.[J].Environmental Monitoring & Assessment, 2005,107(1-3):1-9.

[8]蔡阿興, 常運(yùn)誠.沼氣肥改良堿土及其增產(chǎn)效果研究[J].土壤通報, 1999,(1):4-6.

[9]張翠麗, 卜東升, 曹琦.沼液沼渣改良鹽堿土試驗(yàn)初報[J].塔里木大學(xué)學(xué)報, 2014,(1):114-118.

[10]王心陽,王文娥,胡笑濤.滴灌施肥對滴頭抗堵塞性能及系統(tǒng)均勻度影響試驗(yàn)研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2015,(11):1-5,10.

[11]王振華,鄭旭榮,李朝陽.不同滴灌年限土壤鹽分分布及對棉花的影響初步研究[J].中國農(nóng)村水利水電,2011,(6):63-66,69.

[12]王遵親,祝壽泉.中國鹽漬土[M].北京：科學(xué)出版社，1993.

[13]肖國舉,秦萍,羅成科,等.犁翻與旋耕施用脫硫石膏對改良堿化土壤的效果研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2010,(2):433-437.

[14]王海江, 石建初, 張花玲,等.不同改良措施下新疆重度鹽漬土壤鹽分變化與脫鹽效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2014,30(22):102-111.

[15]南京農(nóng)學(xué)院.土壤農(nóng)化分析[M].北京：農(nóng)業(yè)出版社, 1980.

[16]楊軍, 孫兆軍, 劉吉利,等.脫硫石膏糠醛渣對新墾龜裂堿土的改良洗鹽效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015,31(17):128-135.

[17]楊鑫,王文娥,胡笑濤,等.沼液對水培生菜生長、養(yǎng)分及水分利用效率的影響[J].節(jié)水灌溉,2016,(8):82-85.

[18]楊軍, 孫兆軍, 羅成科,等.水鹽調(diào)控措施改良龜裂堿土提高油葵產(chǎn)量[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2015,31(18):121-128.

[19]孫欽平, 李吉進(jìn), 劉本生,等.沼液滴灌技術(shù)的工藝探索與研究[J].中國沼氣, 2011, 29(3):24-27.