設(shè)施硫基型鹽漬化土壤修復(fù)技術(shù)研究

吳 星，趙 虎，蘇天明，王 萌，趙曾菁，李 琴，宋奇琦，龔明霞，何 志，王日升 *

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，廣西 南寧 530007；3.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

吸鹽試驗(yàn)供試作物：蘇丹草(新蘇3號(hào)，新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)選育)，紫花苜蓿(中苜5號(hào)，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所選育)，田菁(魯菁1號(hào)，山東省農(nóng)作物種質(zhì)資源中心選育)，芝麻(Sesamumindicum)、豬毛菜品種為常規(guī)品種，菜心(BrassicacampestrisL. ssp.Chinensisvar.utilisTsen et Lee)為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所選育的桂甜菜心1號(hào)?！跋贷}+吸鹽”修復(fù)試驗(yàn)供試作物：辣椒(CapsicumannuumL.)和苦瓜(MomordicacharantiaL.)品種分別為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜所選育的桂椒9號(hào)和桂農(nóng)科5號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.3 “洗鹽+吸鹽”修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果試驗(yàn) 2017年6-8月在五塘某合作社基地，以輕度鹽漬化大棚土壤為研究對(duì)象小區(qū)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：不處理土壤+苦瓜(NTB)、處理土壤+苦瓜(TB)、不處理土壤+辣椒(NTP)、處理土壤+辣椒(TP)，每個(gè)小區(qū)20 m2，各處理設(shè)3次重復(fù)。不處理土壤為輕度硫基型鹽漬化土壤，處理土壤為經(jīng)過(guò)免耕泡水5 d洗鹽處理后輪作芝麻吸鹽處理，然后在組合處理后的土壤上種植苦瓜和辣椒，各處理的田間管理相同。

1.3 土壤樣品采集及測(cè)定指標(biāo)

“洗鹽+吸鹽”組合應(yīng)用效果試驗(yàn)：鹽漬化土壤在“洗鹽+吸鹽”處理前、后采用“X”形5點(diǎn)采樣法，采集0～20 cm土層樣品，測(cè)定可溶性鹽含量。采收期調(diào)查各處理苦瓜和辣椒的小區(qū)產(chǎn)量。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和制作圖表。采用SPSS 18.0軟件中的Duncan′s新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 “洗鹽”修復(fù)結(jié)果

2.1.1 “洗鹽”對(duì)設(shè)施土壤可溶性鹽含量的影響 如圖1a所示，6個(gè)泡水處理的耕作層土壤可溶性鹽含量顯著降低，鹽漬化程度由泡水前的輕度鹽漬化(可溶性鹽含量>0.20 %)降為微鹽漬化(<0.20 %)，表明泡水可降低土壤鹽漬化程度。NT5、NT10和NT15處理的洗鹽率分別為52.02 %、53.69 %和54.59 %(圖1b)，處理間差異不顯著，表明免耕條件下一定時(shí)間內(nèi)增加泡水時(shí)間對(duì)洗鹽率的影響不顯著；T5、T10和T15處理的洗鹽率分別為54.94 %、57.34 %和63.72 %(圖1b)，說(shuō)明翻耕條件下一定時(shí)間內(nèi)洗鹽率隨泡水時(shí)間的增加而顯著升高。可見(jiàn)一定時(shí)間內(nèi)翻耕泡水時(shí)間越長(zhǎng)洗鹽效果越好，而免耕泡水處理無(wú)此規(guī)律。

此外，日常課程中采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)收集過(guò)程性數(shù)據(jù)，包括平時(shí)測(cè)試分?jǐn)?shù)、資料查閱情況以及教師發(fā)布內(nèi)容完成情況等；在課堂中教師記錄學(xué)生上課表現(xiàn)，工作臺(tái)整理情況等，共占課程評(píng)價(jià)的30%。新的評(píng)價(jià)機(jī)制降低了最終考試成績(jī)?cè)诳傮w成績(jī)中所占的比例,更多的是綜合考查學(xué)生的綜合能力和專業(yè)應(yīng)用能力，也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，增強(qiáng)課程培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的作用。

圖柱上不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05),下同Columns of the same legend with different letters are significantly different, P<0.05, the same as below圖1 泡水洗鹽對(duì)設(shè)施土壤可溶性鹽含量及洗鹽率的影響Fig.1 Effect of salt leaching on content of soluble salt and salt leaching rate of facility soil

2.2 吸鹽修復(fù)結(jié)果

表1 泡水對(duì)土壤養(yǎng)分及鹽分下降率的影響

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤，同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Data are mean± SD, data on the same column with different letters are significantly different (P<0.05), the same as below.

表2 輪作對(duì)土壤可溶性鹽含量的影響

表3 輪作對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

2.2.2 “吸鹽”對(duì)設(shè)施土壤養(yǎng)分含量的影響 表3所示，輪作6種作物后土壤養(yǎng)分(全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀)含量變化不同， SS和SP處理的土壤堿解氮、有效磷含量顯著增加，速效鉀含量顯著降低，MS、SI、BC處理的土壤全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量均降低，SC處理的全氮、有效磷、速效鉀含量顯著降低，但堿解氮含量顯著升高，SI處理的土壤全氮和速效鉀含量下降率顯著低于SC處理，堿解氮和有效磷含量下降率(18.25 %、49.92 %)均為最高，總養(yǎng)分(全N+堿解N+有效磷P+速效鉀K)下降率(140.58 %)最高(表4)，表明輪作6種作物對(duì)土壤養(yǎng)分(全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀)含量的影響不同，SI對(duì)養(yǎng)分含量的影響最大，可能的原因是各作物吸收利用養(yǎng)分的種類和能力不同，芝麻吸收養(yǎng)分的能力較其他5種作物強(qiáng)。

2.2.3 “吸鹽”對(duì)設(shè)施土壤容重、總孔隙度和pH的影響 表4所示，輪作處理有效降低了土壤容重(降幅為11.82 %～35.22 %)，增加了土壤總孔隙度(增幅為18.86 %～64.27 %)，其中SI處理土壤容重降低的幅度及總孔隙度增加的幅度最大；不同作物輪作在一定程度上影響了土壤pH的變化，SS、SC、SI處理后土壤pH有所降低，而B(niǎo)C、SP處理則提高了土壤pH。說(shuō)明SI有利于降低土壤容重，提高土壤總孔隙度。

2.2.4 “吸鹽”對(duì)設(shè)施土壤微生物的影響 土壤微生物的數(shù)量影響土壤質(zhì)量，并且對(duì)土壤質(zhì)量的變化反應(yīng)敏感，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的生物指標(biāo)[27]。輪作6種作物，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，增加了土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量(表5)。其中SI處理的土壤細(xì)菌數(shù)量增加了149.02 %、微生物總量增加了134.75 %為6個(gè)處理中最高，并與其他處理間差異顯著，說(shuō)明SI最有利于土壤微生物的增殖和改善土壤質(zhì)量。

2.2.5 “吸鹽”對(duì)設(shè)施土壤交換性鉀、鈉、鈣、鎂含量的影響 表6所示，除了SS和SP處理，其他處理陽(yáng)離子總濃度(K++Na++Ca2++Mg2+)均顯著降低，其中SI處理降低的幅度(46.20 %)最大，表明SI提高土壤通透性和水分淋洗效應(yīng)的效果較其他處理好。輪作處理后交換性Na+的含量顯著降低，其中SI處理降低的幅度顯著高于SS，表明SI處理降低土壤發(fā)生板結(jié)的效果好。SI處理的土壤Mg2+含量以及Mg/K比例降低，SI處理后可能導(dǎo)致作物缺鎂。SI處理后Ca2+飽和度、Ca/K等指標(biāo)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)(表7)，表明SI提高了土壤鈣的供應(yīng)能力。

表4 輪作對(duì)土壤容重、總孔隙度和pH的影響

表5 輪作對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物數(shù)量的影響

表6 輪作對(duì)土壤主要交換性陽(yáng)離子含量的影響

表7 輪作對(duì)土壤鈣離子飽和度、Ca/K和Mg/K比值的影響

2.3 “NT5+SI”組合修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果

表8所示，“NT5+ SI”處理后大棚土壤可溶性鹽含量分別下降低60.19 %和60.63 %，鹽漬化程度由處理前的輕度鹽漬化降為微鹽漬化；大棚土壤經(jīng)“NT5+SI”處理后種植苦瓜和辣椒，小區(qū)產(chǎn)量分別比對(duì)照增加28.72 %和31.15 %，增產(chǎn)效果顯著。說(shuō)明組合技術(shù)處理有效降低了土壤鹽漬化程度，并顯著提高了苦瓜和辣椒產(chǎn)量。

3 討 論

3.1 “洗鹽”對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤鹽分和養(yǎng)分的影響

本研究結(jié)果表明，免耕和翻耕泡水處理均顯著降低了0～20 cm土層可溶性鹽含量，其中免耕泡水

表8 “NT5+ SI”處理對(duì)土壤可溶性鹽含量及苦瓜、辣椒產(chǎn)量的影響

5 d處理的洗鹽率為52.02 %，翻耕泡水處理的洗鹽率高于免耕泡水。黃歆賢等[28]的試驗(yàn)結(jié)果表明，泡田洗鹽30 d后，試驗(yàn)區(qū)0～20 cm土層脫鹽率為36. 30 %和43. 80 %，茅國(guó)芳等[16]則認(rèn)為，漫灌洗鹽8 d后，脫鹽率均值可達(dá)54.76 %。本研究中泡水洗鹽降低土壤鹽分的結(jié)果與前人報(bào)道的結(jié)果基本一致[29]，免耕泡水5 d處理的洗鹽率與漫灌洗鹽8 d[16]的接近，但高于泡田洗鹽30 d的脫鹽率[28]，可能的原因是本研究中泡水洗鹽處理與漫灌洗鹽方法相似，洗鹽時(shí)間也相近，而泡田洗鹽用水量大，處理時(shí)間長(zhǎng)，淋洗到土壤底層的鹽分存在返鹽的可能。灌水洗鹽降低鹽分含量的原因是，灌水后鹽分溶解于水，一部分隨徑流水排出，一部分隨滲漏水垂直下滲到土壤深層[30]。本研究結(jié)果表明，翻耕泡水洗鹽率高于免耕泡水，原因有以下幾點(diǎn)，一、翻耕本身可以降低土壤鹽分含量[31]；二、相比免耕，翻耕改善了土壤結(jié)構(gòu)，增大了土壤孔隙度[32]，使水分入滲能力增強(qiáng)[33]，因此翻耕泡水鹽分隨水入滲到土壤深層的量多于免耕；三、免耕保護(hù)了表層土壤微孔隙和其連續(xù)的孔隙路徑[34]，提高了土壤穩(wěn)定性滲透率和飽和導(dǎo)水率[35]，使土壤持水量增大[33]，因此免耕泡水減少了鹽分隨徑流水排離土壤的量，故翻耕泡水降低土壤鹽分的量高于免耕，因此翻耕泡水洗鹽率高于免耕泡水。

本研究結(jié)果表明，一、免耕和翻耕泡水處理的土壤全氮、全磷、全鉀等養(yǎng)分含量均降低，且養(yǎng)分下降率總和隨著泡水時(shí)間的增加而增加；二、翻耕泡水養(yǎng)分下降率總和均高于免耕泡水，其中免耕泡5 d處理養(yǎng)分下降率總和最低。楊建軍等[36]研究表明，灌水洗鹽后土壤硝態(tài)氮含量降低、速效磷和水浸提磷含量增加，而本研究洗鹽后氮素下降的結(jié)果與其灌水洗鹽結(jié)果一致，而磷素含量變化與其不同，可能原因是，楊建軍等[36]采用持續(xù)灌水，溶解出的大量磷素只能殘留在土壤中，致使有效磷等含量升高，而本研究泡水時(shí)間1 d只有10 h，雖然土壤干濕交替導(dǎo)致氧化還原電位發(fā)生變化，致使土壤中難溶性磷溶解增加了磷素水平，但第2天又隨徑流水排出，因而全磷含量降低。本研究翻耕泡水土壤總養(yǎng)分下降率高于免耕泡水，原因可能是翻耕后土壤孔隙度增加[32]，水分入滲能力增強(qiáng)[33]，增加了土壤顆粒上養(yǎng)分離子的溶解量，加速了養(yǎng)分的淋洗，而免耕處理提高了土壤穩(wěn)定性滲透率和飽和導(dǎo)水率[35]，使土壤持水量增大[33]，因此免耕泡水利于溶解于水中的養(yǎng)分在土壤中保留，減少養(yǎng)分的淋溶損失[37]，所以翻耕泡水總養(yǎng)分下降率高于免耕泡水。

3.2 “吸鹽”對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤鹽分和養(yǎng)分的影響

研究表明，種植作物后，土壤有機(jī)質(zhì)，全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量降低[41-42]，而秦嘉海等[20]和趙可夫等[21]的研究表明種植魯梅克斯草、堿蓬耐鹽作物后，土壤有機(jī)質(zhì)、速效 N、P和K含量增加。本研究結(jié)果表明，輪作蘇丹草等6種作物后，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，這與秦嘉海[20]和趙可夫[21]的結(jié)果一致，但與王金龍和阮維斌的結(jié)果相反[41]，原因可能是每種作物根系活動(dòng)對(duì)土壤微生物的影響不同。輪作芝麻、紫花苜蓿和菜心后，土壤全氮，堿解氮，有效磷，速效鉀含量降低，這與王金龍等[41]、李元等[42]的研究結(jié)果一致。其中輪作芝麻土壤養(yǎng)分下降率總和最大，可見(jiàn)芝麻吸收土壤養(yǎng)分的能力較其他5種作物強(qiáng)。

3.3 “吸鹽”對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤理化性狀及微生物數(shù)量的影響

土壤鹽漬化降低土壤的通氣性、透水性、土壤有機(jī)質(zhì)含量及 N、P和K有效性，導(dǎo)致土壤板結(jié)[43]，種植耐鹽植物可以改善土壤物理性狀[20]。本研究結(jié)果顯示，輪作6種作物后，增加了土壤總孔隙度，提高了土壤通氣、透水性，這與張曉琴和胡明貴[40]的研究結(jié)果一致。土壤陽(yáng)離子組成是土壤高產(chǎn)的重要指標(biāo)之一[44]，土壤陽(yáng)離子總濃度的降低，反映了土壤通透性和水分淋洗效應(yīng)的增強(qiáng)[43]。本研究結(jié)果顯示，輪作紫花苜蓿、田菁、芝麻和菜心顯著降低陽(yáng)離子總濃度，其中輪作芝麻處理降低的幅度最大，說(shuō)明輪作芝麻增強(qiáng)土壤通透性和水分淋洗效應(yīng)的效果最好。

土壤微生物參與土壤有機(jī)質(zhì)的分解和養(yǎng)分循環(huán)，調(diào)節(jié)土壤中各種生物化學(xué)過(guò)程，是評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的生物指標(biāo)[27,45]。種植耐鹽作物有利于提高土壤細(xì)菌、真菌、放線菌的數(shù)量[22]。在溫室內(nèi)種植甜玉米等增加了土壤細(xì)菌和放線菌的數(shù)量[42]。本研究結(jié)果顯示，輪作6種作物后，土壤細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量均顯著增加，這與前人[22,42]的研究結(jié)果一致。其中輪作芝麻處理微生物總量和細(xì)菌數(shù)量增加的幅度最大，說(shuō)明輪作芝麻最有利于提高土壤微生物的活性和改善土壤微生態(tài)環(huán)境。

3.4 “洗鹽+吸鹽”對(duì)設(shè)施鹽漬化土壤鹽分含量及作物產(chǎn)量的影響

灌水洗鹽和種植耐鹽作物吸鹽均有較好的脫鹽效果，組合應(yīng)用效果更佳，研究表明，濱海鹽漬土在經(jīng)灌水洗鹽和種植紫花苜蓿組合處理后，耕作層土壤可溶性鹽含量降低了63.70 %[46]。本研究結(jié)果表明，大棚輕度鹽漬化土壤經(jīng)“免耕泡水5 d+輪作芝麻”組合修復(fù)后，可溶性鹽含量降低60.00 %以上，修復(fù)效果顯著。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)“免耕泡水5 d+輪作芝麻”組合修復(fù)后土壤上種植辣椒和苦瓜，小區(qū)產(chǎn)量顯著增加。

4 結(jié) 論

免耕泡水5 d洗鹽率高，土壤養(yǎng)分下降率低，省時(shí)省工是最優(yōu)的洗鹽處理。輪作芝麻處理吸鹽率高，改善土壤理化性狀及微生態(tài)環(huán)境效果好，適于修復(fù)設(shè)施硫基型鹽漬化土壤?！懊飧菟? d+輪作芝麻”組合修復(fù)輕度鹽漬化土壤效果好。

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