滴灌條件下脫硫石膏對(duì)甘肅鹽堿地的改良效果研究

陳 建，王文芬

(1. 江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑設(shè)備與市政工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2. 江蘇建筑節(jié)能與建造技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 徐州 221116)

鹽堿地廣泛分布于世界各地，面積近100 億hm2，且每年在不斷增長(zhǎng)[1]。我國(guó)鹽堿地面積占耕地面積的6.62%，主要分布在西北、華北、東北及沿海地區(qū)[2]。據(jù)調(diào)查，分布于甘肅境內(nèi)的鹽堿地面積近10 萬(wàn)hm2，約占全省耕地面積的1/4[3]。甘肅靖遠(yuǎn)縣分布的鹽堿地大多被撂荒，不僅造成土地資源的浪費(fèi)，也嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。該地區(qū)土壤耕層深厚，且毗鄰黃河，有一定的開發(fā)潛力。燃煤電廠脫硫產(chǎn)生的廢棄物即脫硫石膏，其主要成分為CaSO4·2H2O[4]，棄置于地表會(huì)對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生威脅，而用來(lái)改良鹽堿地，是一項(xiàng)成本低、修復(fù)速率快的土壤改良劑[5]。Sakai[6]等人應(yīng)用脫硫石膏在田間進(jìn)行鹽堿地改良試驗(yàn)表明：施入脫硫石膏能顯著改善土壤的孔隙狀況，提高土壤的滲透性利于土壤可溶性鹽分淋洗。此外，脫硫石膏能顯著降低土壤堿化度，提高作物出苗率、成活率和產(chǎn)量[7,8]。孫兆軍等[9]的研究結(jié)果表明：脫硫石膏能顯著改良鹽堿地，促進(jìn)枸杞生長(zhǎng)，但施用過量會(huì)引起土壤鹽分含量的增加，抑制根系的生長(zhǎng)。滴灌因其高頻率、點(diǎn)源擴(kuò)散的優(yōu)點(diǎn)[10]，能精準(zhǔn)為作物提供水分，在鹽堿地治理中得到廣泛應(yīng)用[11]。枸杞干果具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藥用價(jià)值，主要分布在我國(guó)西北干旱、半干旱地區(qū)，具有耐鹽耐旱的特點(diǎn)[12]，非常適合在鹽堿化的干旱地區(qū)種植。

目前，應(yīng)用滴灌[13]、脫硫石膏[9]改良鹽堿地取得了一定成果，但施用不同脫硫石膏結(jié)合滴灌技術(shù)對(duì)甘肅鹽堿土理化性質(zhì)及作物生長(zhǎng)的研究鮮有報(bào)道。為此，本文在甘肅白銀市靖遠(yuǎn)縣開展田間對(duì)比試驗(yàn)，研究滴灌條件下不同脫硫石膏施用量對(duì)甘肅靖遠(yuǎn)鹽堿土理化性質(zhì)及枸杞生長(zhǎng)的影響，旨在為該地區(qū)同類鹽堿土壤的改良利用提供依據(jù)。

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)縣北灘鄉(xiāng)，年平均降水量210 mm，年蒸發(fā)量2 056 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤黏粒(<0.002 mm)占6.52%，粉沙粒(0.002～0.02 mm)占5.37%，沙粒(0.02～2.0 mm)占88.11%，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)沙土[14]。0～20 cm土層土壤容重為1.47 g/cm3，土壤有機(jī)質(zhì)為5.65 g/kg，堿解氮為31.87 mg/kg，速效磷為5.72 mg/kg，速效鉀為214.38 mg/kg，其他理化性質(zhì)見表1。

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

脫硫石膏來(lái)自寧夏中寧電廠，化學(xué)成分見表2。枸杞為寧夏枸杞研究所提供的1 a生種苗，品種為寧杞七號(hào)。水源以黃河水為主。

表2 脫硫石膏化學(xué)成分Tab.2 Chemical constituents of desulfurized gypsum

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及過程

在統(tǒng)一淋洗定額3.2×103m3/hm2，施用有機(jī)肥40 t/hm2、黃沙225 m3/hm2的基礎(chǔ)上[9]，設(shè)置脫硫石膏施用量0(T0)、18(T1)、22(T2)、26(T3)、30 t/hm2(T4)共5個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。

試驗(yàn)于2016-2017年進(jìn)行。試驗(yàn)前，將脫硫石膏、有機(jī)肥、黃沙按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的施用量均勻撒于地表，然后進(jìn)行機(jī)械旋耕。2016年4月2日開始灌水洗鹽，淋洗量為3.2×103m3/hm2，淋洗分3次進(jìn)行[9]。2016年4月26日按行距1.5 m，株距1.0 m的規(guī)格種枸杞。試驗(yàn)區(qū)采用滴灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉，每行枸杞鋪設(shè)1條滴灌帶；從5月份開始每隔15 d灌一次水[灌水定額50 m3/(hm2·次)]，每次灌水時(shí)間為2 h，灌溉定額為500 m3/hm2。

1.4 觀測(cè)項(xiàng)目與方法

于每年10月底，采用卷尺測(cè)量枸杞冠幅和株高，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)測(cè)3株，得到平均冠幅和株高。待枸杞成熟后，于2016年7月2日第1次采摘鮮果，以后每隔7 d采摘一次。每個(gè)小區(qū)每次采集的果實(shí)放在45 ℃烘箱內(nèi)烘干，最后統(tǒng)計(jì)得出每個(gè)小區(qū)的枸杞干果產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，土壤理化性質(zhì)、枸杞生長(zhǎng)指標(biāo)均取試驗(yàn)重復(fù)平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH

各處理對(duì)pH的影響見圖1。試驗(yàn)結(jié)果表明：第1年，各處理的pH值0～40 cm土層顯著低于改良前。從圖1可知，T4處理第1年降幅最大，比改良前降低8.12%，第2年T4處理的pH為8.03±0.07，為各處理中最小。第1年，T1、T2、T3、T4處理比改良前分別降低3.81%、4.84%、6.79%、8.12%，但各處理間差異并不顯著(P>0.05)，因此，不同脫硫石膏施用量對(duì)改善土壤pH無(wú)顯著性差異。

圖1 各處理對(duì)土壤pH值的影響(0～40 cm土層)Fig.1 Effects of all treatments on pH value of soil depth 0～40 cm 注：不同英文字母表示第1年或第2年各處理差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 堿化度

各處理對(duì)堿化度的影響見圖2。從圖2可知，T1、T2、T3、T4處理的堿化度均低于T0處理(P<0.05)，第1年T1、T2、T3、T4處理的堿化度分別比T0降低32.08%、35.25%、38.48%、42.90%；第2年在第1年的基礎(chǔ)上繼續(xù)降低。施用脫硫石膏能顯著降低土壤堿化度，隨脫硫石膏施用的增多堿化度降低幅度也越大。第1年，T4與其他處理差異顯著(P<0.05)，第2年，T3與T4差異不顯著(P>0.05)，其中T4處理的堿化度最低(12.3±0.05%)。

圖2 各處理對(duì)堿化度的影響(0～40 cm土層)Fig.2 Effects of all treatments on alkalinity of soil depth 0～40 cm

2.3 電導(dǎo)率

各處理對(duì)第2年0～60 cm土層電導(dǎo)率的影響見圖3。從圖3可知，與改良前相比，各處理0～20 cm土層電導(dǎo)率值降低顯著(P<0.05)；0～20 cm土層T0、T1、T2、T3、T4處理的電導(dǎo)率比改良前分別降低80.7%、84.0%、85.9%、86.2%、85.7%，20～40 cm土層T0、T1、T2、T3、T4處理的電導(dǎo)率比改良前分別降低74.3%、79.9%、80.62%、82.9%、82.0%，40～60 cm土層電導(dǎo)率值升高；0～20 cm土層隨脫硫石膏施用量的增加電導(dǎo)率呈先減小后增大的趨勢(shì)，脫硫石膏施用量并不是越多鹽分越低，T1、T2、T3、T4處理間差異不顯著(P>0.05)；40～60 cm土層各處理處理出現(xiàn)了鹽分累積，T0處理鹽分累積最為明顯(P<0.05)，T1、T2、T3、T4處理之間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 各處理對(duì)電導(dǎo)率的影響(0～60 cm土層)Fig.3 Effects of all treatments on EC of soil depth 0～60 cm

2.4 各處理對(duì)土壤鹽分離子含量的影響

表3 各處理對(duì)土壤鹽分離子含量的影響(0～40 cm土層) cmol/kg

2.5 枸杞生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

各處理對(duì)枸杞生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響見表4。從表4可知，與T0相比T1、T2、T3、T4處理均能顯著提高枸杞的成活率和產(chǎn)量(P<0.05)。第1年和第2年枸杞產(chǎn)量均表現(xiàn)為：T3>T2>T4>T1，表明在一定范圍內(nèi)枸杞產(chǎn)量與脫硫石膏施用量成正比，超過26 t/hm2時(shí)反而會(huì)影響枸杞產(chǎn)量。第2年的產(chǎn)量均高于第1年，各處理第2年的產(chǎn)量分別比第1年提高38.8%、51.9%、60.6%、69.7%、67.0%。

表4 各處理對(duì)枸杞生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響Tab.4 Effects of different treatments on growth and yield of Lycium barbarum

注：枸杞產(chǎn)量為干果產(chǎn)量。

3 討論與結(jié)論

通過田間對(duì)比試驗(yàn)，主要得出以下結(jié)論。

(1)鹽堿土壤與脫硫石膏之間的理化作用，能改善團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，利于降低土壤堿化度、電導(dǎo)率、pH。在本試驗(yàn)條件下，隨脫硫石膏施用量的增加，土壤pH、堿化度呈遞減趨勢(shì)，土壤電導(dǎo)率先減小后增加。

(2)脫硫石膏也是一種中等溶解度的鹽，施用過多會(huì)給土壤帶來(lái)額外的鹽分不利于枸杞生長(zhǎng)和產(chǎn)量提高，結(jié)合本試驗(yàn)結(jié)果，改良甘肅靖遠(yuǎn)縣地區(qū)鹽堿土最佳脫硫石膏施用量為26 t/hm2。

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