組合改良劑對天津濱海鹽堿土的改良效應(yīng)

桂丕，李化山，田冬，彭沖，王茜徵，江亞雄，葉宇軒，裴福云

摘要 [目的]對天津濱海鹽堿土進(jìn)行培養(yǎng)，篩選出較佳的改良方案，為濱海地區(qū)鹽堿土的改良提供理論依據(jù)。[方法]利用磷石膏（A）、聚丙烯酰胺（B）、園林廢棄有機(jī)物（C）3種改良劑，通過3因素3水平正交設(shè)計，研究組合改良劑對天津濱海鹽堿土的改良效應(yīng)。[結(jié)果]不同處理均能不同程度地降低土壤鹽分含量，增加養(yǎng)分含量。其中對土壤鹽分指標(biāo)有顯著影響的因素是磷石膏（A），最佳方案是A2B1C2；對土壤結(jié)構(gòu)指標(biāo)有顯著影響的因素是聚丙烯酰胺（B）與園林廢棄有機(jī)物（C），最佳方案是A2B1C1；對土壤養(yǎng)分指標(biāo)有顯著影響的因素是園林廢棄有機(jī)物（C），最佳方案是A3B2C3。[結(jié)論]磷石膏、PAM、園林廢棄有機(jī)物對鹽堿土改良效果的最佳配方為A2B1C2。

關(guān)鍵詞 濱海鹽堿土；改良劑；正交設(shè)計

中圖分類號 S156.4+2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）06-0117-04

Improvement Effect of Combination Modifier on Coastal Salinealkali Soil in Tianjin

GUI Pi ，LI Huashan，TIAN Dong et al （Shenzhen Techand Ecology & Environment Co.，Ltd.，Shenzhen， Guangdong 518000）

Abstract [Objective] The soil of Tianjin coastal salinealkali was cultivated to choose a better drainage scheme ，and it can provide theoretical basis for the improvement of coastal salinealkali soil. [Method]The phosphogypsum，PAM，organic garden waste were adopted as ameliorants to improve the property of coastal salinealkali soil in Tianjin by using three factors and three level orthogonal variance analysis. [Result] Different treatments could reduce soil salinity in different degrees， increase nutrient content. Among the factors that the most significant effect on soil salinity index was phosphogypsum，the best formula was A2B1C2. The most significant effect on soil structural indicators was PAM and organic garden waste，the best formula was A2B1C1. The most significant effect on soil nutrient index was organic garden waste，the best formula was A3B2C3. [Conclusion]The recipe（A2B1C2） of phosphorus gypsum， PAM and organic garden waste compounds had the best effect on the improvement of salinealkali soil.

Key words Coastal saline soil；Amendment；Orthogonal design

目前我國濱海地區(qū)的鹽堿地約1.3×105 km2，其地下水位較高、礦化度高，年蒸發(fā)量大于降水量，土壤鹽堿化嚴(yán)重[1]。這極大地限制了濱海特色農(nóng)業(yè)園區(qū)與濕地公園的建設(shè)，制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[2]。當(dāng)前濱海鹽堿地往往結(jié)合一定的水利工程措施，配套物理、化學(xué)、生物措施進(jìn)行開發(fā)利用[3-5]。

化學(xué)改良由于藥劑多樣、來源廣、成本低且效果較佳應(yīng)用較廣。磷石膏是生產(chǎn)高濃度磷復(fù)肥時產(chǎn)生的一種工業(yè)副產(chǎn)石膏，其主要成分硫酸鈣能與土壤溶液中的碳酸鈉、碳酸氫鈉等發(fā)生反應(yīng)，置換出鈉離子，降低土壤的堿性[6]。聚丙烯酰胺（PAM）在土壤中具有吸附、團(tuán)聚作用，鹽堿地中的2價陽離子（如CA2+等）可以分別結(jié)合土壤顆粒表面陰離子PAM的負(fù)相，形成陽離子橋，即PAM-CA2+-土壤顆粒，不僅降低了土壤中的陽離子含量，也能增大孔隙度，改善土壤結(jié)構(gòu)，起到排鹽改良效果[7-8]。園林廢棄有機(jī)物是經(jīng)粉碎堆肥后的腐熟料，不僅可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，同時所含的有機(jī)酸（如腐殖酸、黃腐酸等）螯合土壤鹽離子后釋出H+，進(jìn)而降低土壤的pH，也能夠增加有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤結(jié)構(gòu)[9-11]。目前，關(guān)于磷石膏、PAM、園林廢棄有機(jī)物三者組合改良濱海鹽堿土的最佳參數(shù)配比報道較少。為探討濱海鹽堿地復(fù)合改良劑的最佳參數(shù)配比，筆者采用3種常用改良劑（磷石膏、PAM、園林廢棄有機(jī)物）分別設(shè)置3個水平，通過正交試驗，分析不同改良劑對鹽堿地的改良效果，為確定濱海鹽堿地改良劑各因子最佳配比提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試土壤采自天津市濱海新區(qū)南港工業(yè)區(qū)海岸線地區(qū)，按照0～20、20～50、50～80 cm分層取樣，試驗過程中保持原土層結(jié)構(gòu)。土壤含鹽量2.33%～2.56%。鹽堿土壤改良材料包括磷石膏、PAM、園林廢棄有機(jī)物。磷石膏由南京市秦淮區(qū)捷發(fā)礦粉廠提供；PAM：陰離子型，分子量800萬，水解度15%～30%，由河南淼森環(huán)保科技有限公司提供；園林廢棄物有機(jī)肥：園林廢棄物腐熟的二次料，由深圳市鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司肥料廠提供。

1.2 試驗設(shè)計 土壤培養(yǎng)試驗于2016年5月13日至7月29日在深圳市綠化處樹枝粉碎場進(jìn)行，每盆裝土6 kg，每個土層裝土2 kg。3種改良劑設(shè)計為3個梯度，按L9（33）正交設(shè)計表設(shè)計，與土壤均勻混合，共9個處理，每個處理3次重復(fù)，具體設(shè)計見表1。

1.3 測定項目與方法 每盆取3個點，混合均勻，備用。取樣時間：初期，土壤及改良劑混勻裝盆后；中期，半個試驗周期時（第38天）；末期，試驗結(jié)束時（第77天）。土壤pH用pHs-2C型數(shù)字酸度計測定，按土∶水=5∶1方式浸提；土壤電導(dǎo)率用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測定，按土∶水=5∶1方式浸提；土壤速效P及有效K參考魯如坤[12]的方法測定。陽離子交換量（CEC）采用BaCl2-硫酸強(qiáng)迫交換法測定。全鹽量參考朱曉濤等[13]的方法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel（2007）、SAS 9.0進(jìn)行統(tǒng)計分析，多重比較采用Duncan法（P=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤理化性質(zhì)的影響 由表2可知，磷石膏與PAM的添加量與土壤pH高低無必然關(guān)系；隨著園林廢棄有機(jī)物施入量的增加，處理間無顯著差異，但土壤pH呈下降趨勢。且隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤pH降低。該試驗中，最優(yōu)組合為A3B2C3。方差分析結(jié)果表明，磷石膏（A）、PAM（B）、園林廢棄有機(jī)物（C）三者對濱海鹽堿地改良土壤pH的影響由大到小依次為C、B、A。

土壤容重是單位體積自然狀態(tài)下土壤的干重，是土壤堅實度的指標(biāo)。土壤容重大，表明土體緊實，空隙少，結(jié)構(gòu)差，保水保肥能力較強(qiáng)，其與孔隙度、滲透率密切相關(guān)。由表3可知，PAM添加量與土壤容重?zé)o必然關(guān)系，但隨著磷石膏、園林廢棄有機(jī)物的加入，土壤容重降低，各處理之間無顯著差異。綜合容重降幅（末期與初期比較）與末期土壤的容重，最優(yōu)組合為A2B1C1。

2.2 不同處理對土壤鹽分指標(biāo)的影響 土壤電導(dǎo)率（EC）反映土壤陰陽離子總含量的高低，也是表征土壤混合鹽分含量狀況最為直觀的指標(biāo)。由表4可知，磷石膏、PAM、廢棄有機(jī)物的添加量對土壤電導(dǎo)率有一定的影響。對不同時期土壤電導(dǎo)率進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明，對土壤電導(dǎo)率的影響效果由優(yōu)到劣依次為A、C、B；其中末期土壤A1水平與A2水平達(dá)顯著差異。結(jié)合末期土壤的電導(dǎo)率、末期土壤較初期的降幅，A因子以A2水平較佳，B因子以B1水平較佳，C因子以C2水平較佳，即最佳組合為A2B1C2。且隨著培養(yǎng)時間的增加，土壤電導(dǎo)率降低。

由表5可知，較土壤改良前，各處理土壤的全鹽量均有不同程度的降低。方差分析結(jié)果表明，各因素對全鹽量的影響由大到小依次為A、C、B。培養(yǎng)中期土壤全鹽量A1水平與A3水平達(dá)顯著差異。隨著培養(yǎng)時間的增加，各處理土壤的全鹽量呈降低趨勢，但中期與末期相差不大，僅個別處理輕微增加?？赡茉驗?月份天氣炎熱，蒸發(fā)積鹽，澆水不足，淋瀝鹽分，造成土壤全鹽含量增加。結(jié)合降幅與末期土壤全鹽量，最優(yōu)組合為A2B1C2。

土壤陽離子交換量是表征土壤保蓄、供應(yīng)和緩沖陽離子養(yǎng)分（NH4+、K+）的指標(biāo)。由表6可知，培養(yǎng)前后，土壤陽離子交換量變化不大。方差分析結(jié)果表明，各因素對鹽堿土陽離子交換量的影響由大到小依次為C、A、B。在培養(yǎng)中期和末期，C1水平與C3水平土壤陽離子交換量達(dá)顯著差異，末期土壤C1水平較C3水平增加7.48%。綜合末期土壤陽離子交換量與增幅，最佳組合為A2B1C2。

2.3 不同處理對土壤養(yǎng)分指標(biāo)的影響 由表7可知，磷石膏、PAM、園林廢棄有機(jī)物施加量對鹽堿土的有機(jī)質(zhì)、有效磷含量影響較大，對土壤速效鉀含量無顯著影響。方差分析結(jié)果表明，對土壤速效鉀的影響效果由優(yōu)到劣依次為C、A、B；對土壤有效磷的影響效果由優(yōu)到劣依次為A、B、C；對土壤速效鉀的影響效果由優(yōu)到劣依次為C、A、B。有機(jī)質(zhì)含量最高組合為A3B2C3，有效磷含量最高組合為A2B2C1，速效鉀含量最高組合為A3B2C3，且隨著園林廢棄有機(jī)物的增加，C3水平培養(yǎng)末期鹽堿土含量與C1相比達(dá)顯著差異，增加17.21%。

46卷6期 桂 丕等 組合改良劑對天津濱海鹽堿土的改良效應(yīng)3 討論

利用工業(yè)副產(chǎn)物改良堿化土壤是目前鹽堿地改良中一個行之有效的手段。研究表明，工業(yè)廢棄物如磷石膏等能改善土壤理化性狀，降低土壤pH和堿化度[14]，增強(qiáng)作物的抗逆性，促進(jìn)作物生長。但磷石膏本身也是一種鹽分，添加量過多不但不能降低鹽堿地的含鹽量，反而會導(dǎo)致土壤鹽分累積。張濤等[15]研究發(fā)現(xiàn)，添加1 kg/m2磷石膏能顯著降低濱海鹽堿地表層土壤全鹽量，但當(dāng)磷石膏添加量為3 kg/m2時，表層土壤的全鹽量反而顯著升高。該研究結(jié)果表明，與A1水平的磷石膏施用量相比，A2水平的土壤全鹽量、電導(dǎo)率有所降低，但A3水平則增加。這與王金滿等[16]和肖國舉等[17]的研究結(jié)果類似。

PAM由于其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，能增加土壤顆粒間的凝聚力，在一定程度上能夠松土、保濕、改良土壤的物理性狀，提高鹽堿地的生產(chǎn)能力[18-20]。但受來源與價格限制，難以大面積推廣，因此確定PAM在鹽堿地改良中的最佳范圍是應(yīng)用的重要步驟。劉彩云[21]通過室內(nèi)模擬試驗得出，輕度鹽堿化土壤改良的最佳PAM施用量為0.75 mg/g；中度則為1.00 mg/g。該研究結(jié)果表明，結(jié)合土壤全鹽量、電導(dǎo)率、陽離子交換量，PAM用量在B1水平已達(dá)到較優(yōu)的改良效果，B2、B3水平差異不大。在實際應(yīng)用中，為節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本，PAM一般與其他天然改良劑混合施用?？当躲懙萚7]的研究表明，PAM與風(fēng)化煤、油渣、秸稈分別混合施用均能顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和土壤水分含量。

我國濱海地區(qū)的鹽堿地除存在鹽漬化、堿化問題外，還存在肥力缺乏、土壤結(jié)構(gòu)差等特點，限制植物的生長[22]。研究表明，施用有機(jī)肥可以顯著增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，激發(fā)土壤中的氮、磷釋放，提高土壤的有效成分[23-24]。該研究表明，隨著園林廢棄有機(jī)物施用量的增加，鹽堿地中有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量均增加。可能原因是施用的園林廢棄物能大量增加土壤中的微生物，微生物能對鹽堿土起活化作用，促使土壤釋放出更多的有機(jī)質(zhì)，并減緩?fù)寥廊?、有效磷和速效鉀的消耗?/p>

4 結(jié)論

土壤改良劑對土壤改良效果明顯，土壤性質(zhì)隨著培養(yǎng)時間的變化顯著，一般堿度指標(biāo)隨著改良時間的增加而降低。但不同指標(biāo)的最佳配方不一致，方差分析結(jié)果表明，土壤pH改良效果最佳配方為A3B2C3，容重為A2B1C1，電導(dǎo)率為A2B1C2，全鹽量為A2B1C2，陽離子交換量為A2B1C2，有效磷為A2B2C1，速效鉀為A3B2C3，有機(jī)質(zhì)為A3B2C3。根據(jù)因素影響的主次，綜合平衡，確定最佳配方。由于電導(dǎo)率、全鹽量、陽離子交換量為衡量鹽堿地堿度較為重要的指標(biāo)，因此確定磷石膏、PAM、園林廢棄有機(jī)物對鹽堿土改良效果最佳配方為A2B1C2。

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