蘇打鹽化土地膜覆蓋條件下關(guān)鍵鹽分指標動態(tài)變化

李偉偉 ，王永亮 ，郭軍玲 ，郭彩霞 ，楊治平

（1.山西大學生物工程學院，山西太原 030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西太原 030031；3.土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源山西省重點實驗室，山西太原 030031）

土壤鹽堿化已經(jīng)成為一個世界性問題。山西省共有各類鹽堿土約為30萬hm2，其中，大同盆地面積達到20.14萬hm2，分布面積最大的類型是蘇打鹽化土[1]。蘇打鹽化土中含有大量的碳酸鹽，以Na2CO3，NaHCO3為主，導致土壤的結(jié)構(gòu)性、通透性等理化性狀非常差，嚴重影響作物生長發(fā)育[2]，作物出苗困難，出苗率低。地膜覆蓋是目前解決這些問題所采用的主要技術(shù)之一。在國內(nèi)外的田間覆蓋栽培技術(shù)應用和理論研究的基礎上，張瑜芳等[3]分析了地膜覆蓋對土表水熱狀況以及對土壤水鹽運移的影響。趙永敢等[4]研究指出，地膜覆蓋可減少土壤水分散失和減弱鹽分表聚。NASSAR等[5]、KLADIVKO等[6]研究認為，地膜覆蓋可抑制土壤水分蒸發(fā)，影響土壤鹽分分布，使土壤生態(tài)過程向良性轉(zhuǎn)化。這些研究關(guān)注的只是平作覆膜這種單一覆蓋模式下的水鹽運移，對于起壟全覆膜壟溝種植、起壟壟上覆膜膜側(cè)種植等多種方式的地膜覆蓋對鹽漬土中的脫鹽抑鹽效果研究較少。

本研究通過田間試驗，研究了不同覆蓋方式在不同時期鹽堿土壤鹽分離子運移動態(tài)，旨在得出大同盆地蘇打鹽化土脫鹽抑鹽最佳的地膜覆蓋技術(shù)。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗地位于山西省朔州市懷仁縣毛皂鎮(zhèn)（37.78°N，112.57°E），氣候類型屬于北溫帶大陸性季風氣候，一年四季分明。其中，夏季高溫多雨、冬季寒冷干燥，降水量多集中在7—9月，年平均降水量在400 mm左右，年平均氣溫為7.3℃。無霜期約150 d，年平均日照時數(shù)為2 800 h[7]。

試驗區(qū)土壤為鹽堿化土，鹽堿化指標達到中度蘇打鹽化土，土壤質(zhì)地為沙壤土。供試土壤的理化性質(zhì)列于表1。

表1 試驗土壤的理化性質(zhì)

1.2 試驗材料

試驗玉米品種為潞玉39號，肥料為山西省農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與資源研究所研制的鹽堿地玉米專用肥（N-P2O5-K20，30-12-6）。

1.3 試驗設計

試驗設4個處理，分別是：M1.平作不覆膜（CK）；M2.平作常規(guī)覆膜；M3.起壟全覆膜壟溝；M4.起壟壟上覆膜膜側(cè)。

試驗小區(qū)面積是72 m2，株距是24.7 cm，行距是50 cm，其中，每個處理重復4次，隨機區(qū)組排列。2016年5月播種，種植密度是8.1萬株/hm2，各處理間田間管理措施大體一致，每15 d取一次土，5—6月苗期，6—7月拔節(jié)期，7—8月吐絲期，8—9月乳熟期，9—10月收獲期。定期測定土壤剖面0～10，10～20，20～40，40～60，60～80，80～100 cm 土層鹽分離子的含量。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 土壤pH值（水土比為2.5∶1） 振蕩30 min取上清液，使用酸度計測定。

1.4.2 土壤EC值（水土比為5∶1） 振蕩30 min靜置30 min取上清液，使用電導率儀測定。

1.4.3 土壤水溶性離子（水土比5∶1） 振蕩30min，離心機12 000～17 000 r/min離心3～5 min，取上清液為待測液，其中，土壤溶液中Ca2+，Mg2+使用EDTA溶液滴定，土壤溶液中CO32-，HCO3-使用稀硫酸中和滴定，土壤水溶性Na+，K+采用火焰光度計法，土壤溶液中SO42-采用硫酸鋇比濁法，土壤溶液中Cl-使用硝酸銀溶液滴定。

1.4.4 陽離子交換量（CEC） 其采用火焰光度計法進行測定。

1.4.5 交換性鈉 其采用火焰光度計法測定。

式中，[CO32-]，[HCO3-]分別表示每千克土壤中CO32-，HCO3-的量（cmol/kg）；[Na+]，[Ca2+]和[Mg2+]分別表示每千克土壤中 Na+，Ca2+和 Mg2+的量（cmol/kg）。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Minitab 16和Microsoft Excel 2007等統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期土壤總堿度變化特征

土壤總堿度是指土壤溶液中不同來源的OH-離子的濃度總和超過H+濃度時所表現(xiàn)出來的堿度，以pH值表示，通常還可以用每100 g土中含有的OH-離子的毫摩爾數(shù)表示[10]。總堿度的主要來源：一是土壤母質(zhì)中含有的Ca，Mg，Na，K的碳酸鹽或重碳酸鹽通過水解所產(chǎn)生的OH-離子；二是中性硫酸鹽類還原物質(zhì)作用下被還原為硫化物，然后再與碳酸鈣作用轉(zhuǎn)化為碳酸鹽，水解后產(chǎn)生的OH-離子；三是土壤膠體上吸附性鹽基離子水解后產(chǎn)生的OH-離子。總堿度可作為改良堿化土壤的一項參數(shù)[11]。由圖1可知，隨著土層深度的增加，不同處理土壤總堿度均升高，但在同一土層深度中，作物生育期內(nèi)不同處理土壤總堿度呈降低趨勢。對于0～10 cm土層，各處理相比土壤總堿度有明顯的變化，與苗期相比，M1和M4處理收獲期土壤總堿度分別增加2.7%和28.57%；M2和M3分別降低15.15%和2.78%。對于10～20 cm土層，各處理相比土壤總堿度有一定的變化，與苗期相比，M1，M2和M4處理收獲期土壤總堿度分別增加42.86%，26.47%和16.22%；M3降低8.51%。對于20～40 cm土層，不同處理土壤總堿度收獲期較苗期有較大的變化，與苗期相比，M1，M2和M3處理收獲期土壤總堿度分別降低7.02%，6.98%和33.04%，M4增加40.91%。對于40～60 cm土層，各處理土壤總堿度均降低，與苗期相比，M1，M2，M3和M4處理收獲期土壤總堿度分別降低 31.09%，30.56%，17.45%和5.95%。對于60～80 cm土層，各處理土壤總堿度顯著降低，與苗期相比，M1和M2處理收獲期土壤總堿度分別降低61.88%和44.07%；M3和M4分別降低25.63%和36.76%。對于80～100 cm土層，各處理土壤總堿度進一步降低，與苗期相比，M1和M2處理收獲期土壤總堿度分別降低43.79%和48.59%；M3和M4分別降低29.79%和33.52%（圖1）。

2.2 生育期土壤鈉吸附比變化特征

由圖2可知，0～10 cm土壤中不同處理SAR為0.01～0.13 cmol/kg，其中，苗期到乳熟期，不同處理土壤SAR明顯降低，M1和M2處理土壤SAR分別降低88.30%和90.04%，M3和M4處理土壤SAR分別降低86.57%和76.36%，M2處理較M1（CK）減少 0.01 cmol/kg，M3 和 M4 處理較 M1（CK）分別減少0.04，0.03 cmol/kg；乳熟期到收獲期，不同處理土壤SAR有一定幅度變化，M2和M3處理較M1（CK）分別增加0.004，0.07 cmol/kg，M4處理較M1（CK）減少0.02 cmol/kg。10～20 cm土壤中，不同處理SAR為0.04～0.70 cmol/kg，苗期到收獲期，不同處理土壤SAR變化趨勢大，M2，M3和M4處理較M1（CK）分別增加 0.61，0.20，0.54cmol/kg。20～40cm土壤中，不同處理SAR為0.07～5.04 cmol/kg，其中，苗期到乳熟期，不同處理土壤SAR有所降低，M1，M2，M3和M4處理土壤SAR分別降低15.2%，9.8%，85.57%和 52.04%，M2處理較 M1（CK）減少0.02 cmol/kg，M3和M4處理較M1（CK）分別增加1.03，0.09 cmol/kg；乳熟期到收獲期，不同處理土壤SAR有一定幅度變化，M2，M3和M4處理較M1（CK）分別增加 4.87，2.64，4.68 cmol/kg。

2.3 0～100 cm土層中土壤水溶性鈉變化特征

土壤中鈉離子濃度的高低是反映土壤鹽分含量高低的重要指標，也是鹽分對作物生長和土壤孔隙狀況產(chǎn)生直接影響的因素[12]。一般情況下，土壤水溶性Na+有表聚的特點。已有研究表明，土壤中鈉離子過高會造成土壤顆粒分散，物理性狀差，通氣透水性低等，同時在鹽脅迫條件下鹽離子吸收增加并抑制養(yǎng)分的吸收，造成Na+濃度增加；高濃度的鈉對植物的危害較重，極易造成植物的營養(yǎng)失調(diào)，并干擾N，P，K等營養(yǎng)元素的吸收[13]。從圖3很容易發(fā)現(xiàn)，苗期不同處理土層中的Na+被轉(zhuǎn)移到下層土壤。其中，M4處理0～100 cm土壤Na+含量變化趨勢緩慢；M3處理土壤Na+含量變化較大，由0.11 cmol/kg增加到2.35 cmol/kg，說明M3處理土壤脫鹽抑鹽效果沒有M4處理好。拔節(jié)期，M3和M4處理土壤中Na+變化趨勢與苗期大體一致，但M1處理土層中Na+含量明顯低于M3處理，高于處理M2和M4，由0.07 cmol/kg增加到1.94 cmol/kg，說明M1處理土壤脫鹽抑鹽效果強于處理M3，弱于處理M2和M4。吐絲期，M2和M4處理土壤中Na+變化趨勢與拔節(jié)期大體一致，但M1處理距土層60 cm后土壤Na+含量開始降低，M3處理距土層40 cm后土壤Na+含量也降低，說明M1處理土壤脫鹽抑鹽效果強于M3。乳熟期，M4處理土壤中Na+變化趨勢與吐絲期大體一致；M1，M2，M3處理都有所變化，其中，M3處理土壤Na+含量最高，M1次之，M2最低，說明M2處理土壤脫鹽抑鹽效果強于M1，M3處理。收獲期，M4處理0～100 cm土壤Na+含量變化趨勢與乳熟期大體一致，但M3處理土壤Na+含量高于M2；M1處理土壤Na+含量變化差異較大，說明M4處理土壤脫鹽抑鹽效果最佳。綜上所述，蘇打鹽化土地膜覆蓋條件下可抑制土壤水溶性Na+的表聚[14]，其中，M4處理土壤脫鹽抑鹽效果最佳，能夠有效抑制土壤中水溶性Na+，改善土壤結(jié)構(gòu)。

2.4 生育期土壤交換性鈉變化特征

交換性鈉是評價土壤保水保肥能力的指標，大量的交換性鈉會導致蘇打鹽化土產(chǎn)生許多不良現(xiàn)象，使土壤的理化性質(zhì)不斷惡化。含鈉的膠體具有分散性強的特點，易堵塞在土壤顆粒之間，致使土壤形成致密不透水的板結(jié)土層[15]。由圖4可知，不同覆蓋方式能降低土壤中交換性鈉的含量，尤其對表層0～20 cm土壤交換性鈉含量影響較大。在0～10 cm土層，從播前到收獲，不同處理土壤交換性鈉的含量下降，下降幅度分別為67.21%（M2），52.46%（M3），48.63%（M1），28.96%（M4）。在 10～20 cm土層，不同處理土壤交換性鈉的含量也有所減少，下降幅度分別為 35.96%（M1），31.14%（M4），30.26%（M2），17.54%（M3）。在 20～40 cm土層，處理 M1，M2，M4土壤交換性鈉含量均低于初始水平，而處理M3卻高于初始水平，說明處理M3土壤脫鹽時，土壤溶液中的鈉離子與膠體中的鈣、鎂離子相交換，使土壤膠體吸附較多的交換性鈉，土壤呈強堿性，使土壤物理性質(zhì)惡化，土壤高度離散，濕時膨脹，干時板結(jié)，通透性很差，不利于作物生長發(fā)育。總之，在0～40 cm土層中，處理M4土壤中交換性含量下降幅度趨于穩(wěn)定。

2.5 不同覆蓋方式土壤堿化度變化特征

土壤堿化度是指被土壤膠體上吸附的交換性鈉占陽離子交換量的百分率。當堿化度達到一定值時，對土壤的理化性質(zhì)會造成一系列的影響，使得土壤呈極強的堿性反應。堿化度可作為鹽堿土分類、利用、改良的重要指標，一般把ESP＞15%，pH值＞8.5作為引起土壤結(jié)構(gòu)惡化和影響作物生長的關(guān)鍵值[16]。由圖5可知，不同覆蓋方式能降低土壤的堿化度，對土壤ESP值影響程度存在顯著差異。在0～10 cm土層，從播前到收獲，不同處理土壤堿化度下降，降低幅度達 64.93%（M2），60.7%（M3），40.59%（M1），22.57%（M4）。在 10～20 cm土層，不同處理土壤堿化度進一步降低，但與0～10 cm土層相比變化幅度較小，降低幅度達72.73%（M2），33.58%（M3），28.6%（M1），24.8%（M4）。在 20～40 cm土層，不同處理土壤堿化度降低幅度達61.08%（M2），40.43%（M4），10.73%（M1），處理 M3 上升?？傊?，從播前到收獲，不同處理土壤堿化度降低，其中，處理M2和M3差異顯著，處理M4差異較顯著，處理M1差異不顯著。

3 討論

蘇打鹽化土在脫鹽的過程中，隨著鹽分含量的減少，其鹽漬性狀會發(fā)生一定的變化，鹽分化學類型也將發(fā)生變化。已有研究表明，蘇打鹽化土在自然脫鹽的過程中常伴隨著土壤的堿化，嚴重制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。本研究區(qū)土壤鹽分含量達到中度鹽化指標（0.20～0.30 mS/cm），不同層次土壤pH值均＞9.2，說明該地區(qū)土壤有中度堿化的趨勢。地膜覆蓋條件下各層土壤總堿度普遍大于非堿化指標（0.3 cmol/kg），進一步說明了土壤堿化特征，即該區(qū)土壤達到中等堿化水平。研究區(qū)土壤鹽分與土壤總堿度、pH值和SAR均呈正相關(guān)關(guān)系，即隨著鹽分的降低，土壤總堿度、pH值和SAR逐漸降低。其中，處理M3，M4變化幅度較大，說明起壟覆膜條件下降低土壤鹽分的同時有效抑制了土壤堿化。當起壟壟上覆膜膜側(cè)種植（M4）作物時，土壤鹽分含量降低效果最佳，能夠明顯地抑制鹽分在土壤中的累積，使各層土壤鹽分含量動態(tài)變化逐漸趨于穩(wěn)定，與孫博等[17]的研究結(jié)果一致。

土壤中的鈉離子含量是反映土壤鹽分的重要指標，蘇打鹽化土的理化性質(zhì)與其含有大量的鈉離子密切相關(guān)[18]。當肥料施入土壤后，溶解產(chǎn)生的其他鹽分離子與土壤溶液或膠體吸附的Na+作用，生成易溶性鹽隨降雨排出土體，降低土壤pH值和SAR，從而減輕對作物的毒害[19]。同時，地膜覆蓋條件下有利于土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的理化性質(zhì)，加速土壤脫鹽[20]。有研究表明，地膜覆蓋可減少土壤水分散失和減弱鹽分表聚。地膜覆蓋可抑制土壤水分蒸發(fā)，影響土壤鹽分分布，使土壤生態(tài)過程向良性轉(zhuǎn)化。本研究結(jié)果表明，水分作為土壤鹽分運移的載體，對土壤鹽分運移與擴散具有一定影響，其影響與不同耕作覆蓋條件有很大相關(guān)性。蘇打鹽化土地膜覆蓋條件下可抑制土壤水溶性Na+的表聚，達到改善土壤結(jié)構(gòu)的目的。起壟覆膜對水分運動和擴散有促進作用，而平作不覆膜有一定的抑制，表明不同耕作覆蓋條件下“鹽隨水來，鹽隨水去，鹽水相隨”的理論存在一定不足，這與趙文舉等[21]的研究結(jié)果一致。

本試驗分析表明，蘇打鹽化土地膜覆蓋條件下交換性鈉和ESP顯著降低。處理M2和M4對土壤鹽堿化的降低效果較好，其中，處理M4對土壤交換性鈉和ESP降低效果最好。這是由于土壤在脫鹽過程中土壤溶液中的鹽離子含量趨于穩(wěn)定，使得土壤膠體吸附不了更多的鹽離子，土壤濕度增加，通透性增強，有利于作物生長發(fā)育，與關(guān)勤智等[22]學者的研究結(jié)果基本一致。研究發(fā)現(xiàn)，在蘇打鹽化土地膜覆蓋條件下種植作物，能夠有效降低土壤總堿度、SAR、水溶性鈉、交換性鈉、堿化度等表征鹽分變化特征的指標。本研究僅做了0～40 cm土層鹽分運移的規(guī)律，更深層次的土壤鹽分運移規(guī)律有待進一步研究。

4 結(jié)論

本研究通過田間試驗，確定采用起壟壟上覆膜膜側(cè)種植（M4）作物為大同盆地蘇打鹽化土脫鹽抑鹽最佳的地膜覆蓋技術(shù)，它能夠有效降低土壤表層的總堿度、土壤鈉吸附比、水溶性鈉、交換性鈉、堿化度，對蘇打鹽化土的改良效果較好。