鹽堿地原位工程化根治技術(shù)對(duì)鹽堿地土壤養(yǎng)分及玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

劉斌 寇燕燕 何巨峰 王偉 劉瑛

摘要：以玉米品種先玉33為指示品種，研究了鹽堿地原位工程化根治技術(shù)對(duì)鹽堿地土壤養(yǎng)分和玉米主要性狀及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，鹽堿地原位工程化根治技術(shù)顯著降低了鹽堿地土壤的全鹽量、土壤pH，促進(jìn)玉米對(duì)土壤堿解氮和速效鉀的吸收。玉米全生育期縮短5～8 d，顯著提高鹽堿地玉米的株高、穗長(zhǎng)、穗粗和百粒重。其中凹晶材料45 t/hm2一次性鋪設(shè)的折合產(chǎn)量為7 868.1 kg/hm2，較不鋪設(shè)凹晶材料增產(chǎn)2 877.4 kg/hm2，增產(chǎn)率57.7%，可作為未來鹽堿地改良的重要措施之一。

關(guān)鍵詞：鹽堿地原位工程化根治技術(shù);玉米;凹晶材料;景電灌區(qū)

Abstract：The effects of three new types of urea on potato yield and absorption efficiency of nitrogen fertilizer were studied in the main potato producing areas of Gansu Province. The results showed that compared with the conventional application of common urea， the controlled loss of urea could increase potato yield by 18.01% and nitrogen absorption efficiency by 23.4 percentage points compared with ordinary urea under the condition of N application of 225 kg/hm2， the potato yield and nitrogen absorption efficiency were increased by 15.73% and 14.5 percentage points respectively under the application of humic acid urea， the potato yield and nitrogen absorption efficiency were increased by 7.30% and 29.3 percentage points respectively under the application of Limoushi efficiency urea.

土壤鹽堿化是指土壤底層或地下水的鹽分通過毛細(xì)作用不斷向土壤表層聚積，水分蒸發(fā)以后，使鹽分留在上層土壤中而形成鹽漬土的自然地質(zhì)過程[1 ]。土壤鹽漬化和次生鹽堿化不但會(huì)導(dǎo)致土壤肥力下降，作物減產(chǎn)生長(zhǎng)遲緩，品質(zhì)和產(chǎn)量下降[2 ]，也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成危害，嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。研究表明，鹽堿土壤中土壤微生物量、碳、氮和基礎(chǔ)呼吸都較普通農(nóng)用土壤有大幅的下降，嚴(yán)重影響鹽堿地土壤的保肥供肥能? ? ?力[3 ]，如何改良和治理鹽堿化土壤成為亟須研究解決的問題[4 - 5 ]。

景電灌區(qū)地處騰格里沙漠向黃土高原的過渡地帶，是我國(guó)黃河中上游重要的高揚(yáng)程灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，灌區(qū)土壤屬于荒漠灰鈣土，含鹽量高[6 ]，長(zhǎng)期存在大面積的鹽堿化土壤，如何有效的改良這些土壤就成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。目前景電灌區(qū)土地鹽堿化有1.8萬hm2，占水地面積的42%，其中中重度1.1萬hm2，棄耕撂荒地0.4萬hm2，鹽堿化問題以景電一、二期和五佛灌區(qū)為重。我國(guó)目前已形成諸多水利工程、生物、農(nóng)藝、化學(xué)等鹽堿地綜合治理技術(shù)，并在各鹽堿區(qū)形成了一些區(qū)域特色明顯的關(guān)鍵技術(shù)。鹽堿地原位工程化根治技術(shù)針對(duì)鹽堿地和鹽堿化成因，利用優(yōu)勢(shì)特色資源凹凸棒石材料表面積大、孔隙多以及極性強(qiáng)等特征，通過離子交換、層間吸附、交聯(lián)柱化、插入置換等物化方法，把其他離子或化合物引入層間域，可調(diào)節(jié)層間域的電荷、介質(zhì)、層間距，破壞凹晶材料的層電荷分布平衡，使其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的變化，使土壤有一定的自凈作用，并同地表下滲水阻隔材料、超標(biāo)鹽堿吸附材料、改造后土地熟化和肥化等材料配合，采用鹽堿地改造與鹽堿化土地修復(fù)功能性材料、土壤修復(fù)聯(lián)合技術(shù)，可對(duì)鹽堿地進(jìn)行有效改良。我們針對(duì)景電灌區(qū)土壤鹽堿化和次生鹽堿化現(xiàn)象，采用鹽堿地原位工程化根治技術(shù)，研究了該技術(shù)對(duì)鹽堿地玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期為改善和解決景電灌區(qū)土壤鹽堿化和次生鹽堿化問題提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

供試凹晶材料、阻隔材料、凹晶地力恢復(fù)劑和改良劑，由甘肅靖遠(yuǎn)凹晶礦業(yè)開發(fā)有限公司提供。指示玉米品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N先玉335號(hào)，景泰縣農(nóng)業(yè)推廣技術(shù)中心提供。

1.2? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于景泰縣蘆陽鎮(zhèn)城北墩村（37.23° N，103.08° E）。該區(qū)域?qū)儆跍貛Ц珊荡箨懶詺夂?，年均氣溫?.6 ℃，≥10 ℃年有效積溫3 038 ℃，無霜期120 d左右，年日照時(shí)數(shù) 2 723.9 h。年平均降水量180 mm，約60%的降水集中在7 — 9月份;年潛在蒸發(fā)量3 038 mm。風(fēng)沙日數(shù)較多，平均風(fēng)速2.0～3.1 m/s，瞬時(shí)最大風(fēng)速可達(dá)21.7 m/s。試驗(yàn)地為黏壤性土壤，土地平整、排灌方便、形狀規(guī)整，鹽堿類型為硫酸鹽蓬松鹽堿。前茬為玉米。

1.3? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)2個(gè)處理，處理1為凹晶材料45 t/hm2一次性鋪設(shè)，處理2為凹晶材料30 t/hm2一次性鋪設(shè)，以不鋪設(shè)凹晶材料作為對(duì)照（CK），3次重復(fù)，小區(qū)面積43.2 m2（7.2 m×6.0 m），間距1 m。2018年4月16日機(jī)械施肥并鋪好地膜待播，4月20日用玉米點(diǎn)播器采用破膜穴播的方法在膜上種植玉米2行，株距25 cm，每穴2粒，小行距40 cm，大行距70 cm，播后田間管理與當(dāng)?shù)毓芾硭较嗤?0月3日收獲。

1.4? ?鹽堿地原位工程化技術(shù)實(shí)施工藝

1.4.1? ? 材料鋪設(shè)? ? 2017年6月，將試驗(yàn)地50～70 cm土壤開挖，對(duì)下層基礎(chǔ)及側(cè)壁進(jìn)行整平處理后用壓路機(jī)夯實(shí)。按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的鋪設(shè)量將凹晶緩沖材料均勻鋪設(shè)于夯實(shí)后的基礎(chǔ)之上，用小型壓路機(jī)碾平。用鋪設(shè)機(jī)械將阻隔材料均勻鋪設(shè)于凹晶材料上，鋪設(shè)厚度為3 cm，鋪設(shè)量為225 t/hm2，鋪設(shè)完成后用小型壓路機(jī)碾平，在阻隔層上鋪設(shè)細(xì)沙和上層細(xì)顆粒土壤作為保護(hù)層，鋪設(shè)厚度為10 cm，最后將上層土壤回填。

1.4.2? ? 上層土壤鹽分清除和土壤地力恢復(fù)

采用灌水洗鹽的方式清除上層土壤鹽分，洗鹽每次用水量2 250 m3/hm2，共洗鹽4次，周期為7 d，在每次灌水前采用旋耕機(jī)械進(jìn)行攪拌處理。上層土壤鹽分清除后，將地力恢復(fù)劑顆粒均勻撒于土壤表面，進(jìn)行土壤地力恢復(fù)，用量為3 750 kg/hm2，然后用旋耕機(jī)械進(jìn)行耕作。土壤地力恢復(fù)期為 180 d，土壤地力恢復(fù)期結(jié)束后進(jìn)行作物種植。

1.5? ?測(cè)定指標(biāo)與方法

生育期記載播種期、出苗期、拔節(jié)期、大喇叭口期和成熟期。玉米植株完全抽雄后測(cè)量株高和莖粗;玉米成熟時(shí)，隨機(jī)取樣10株進(jìn)行考種，測(cè)量穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗、穗長(zhǎng)、百粒重。各小區(qū)取樣方20 m2，曬干后采用脫粒機(jī)對(duì)樣方進(jìn)行產(chǎn)量實(shí)測(cè)。各小區(qū)單收計(jì)產(chǎn)。

采用5點(diǎn)取樣法，于玉米收獲后，去除采樣點(diǎn)處的表土，用土鉆垂直插入土壤中，取深度0～30 cm的土壤，每份500 g。將土樣中的較大顆粒碾碎，然后將每個(gè)小區(qū)5點(diǎn)的土樣混勻，用四分法留取每塊砂地土樣500 g供檢測(cè)。土壤pH采用電極法，用pHS-25型酸度計(jì)測(cè)定;有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀硫酸氧化-外加熱法測(cè)定;全鹽量采用電導(dǎo)率法，用DDS-12A數(shù)顯電導(dǎo)率儀測(cè)定;全氮采用凱氏定氮法，采用Kjeltec8200半自動(dòng)定氮儀測(cè)定;堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，用28YX-500型電熱恒溫培養(yǎng)箱測(cè)定;全磷采用堿熔-鉬銻抗比色法，用Cary50紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定;速效磷采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，用Cary50紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定;全鉀采用堿熔-火焰光度法，用Sherwood M410火焰光度計(jì)測(cè)定;速效鉀采用乙酸銨提取-火焰光度法，用Sherwood M410火焰光度計(jì)測(cè)定。

1.6? ?數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用新復(fù)極差法（Duncan）比較不同處理間的差異顯著性，采用Excel2007軟件制圖。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同處理對(duì)土壤養(yǎng)分和全鹽量的影響

通過表1可以看出，鹽堿地原位工程化技術(shù)使鹽堿地土壤的全鹽量和pH明顯降低。處理1、處理2土壤全鹽量分別較CK降低29.8、26.6 g/kg，pH較CK分別降低0.39、0.50。玉米收獲后的耕作層土壤養(yǎng)分，處理1和處理2有機(jī)質(zhì)含量均低于CK，全氮、全磷和全鉀含量基本無差異。堿解氮含量處理1、處理2較CK分別降低47.5、50.8 mg/kg，速效鉀含量較CK分別降低365、339 mg/kg。有效磷含量以處理1最高，為26.4 mg/kg，較CK和處理2分別高4.7、12.9 mg/kg。表明鹽堿原位工程化技術(shù)可以降低鹽堿地土壤全鹽量和pH，促進(jìn)作物對(duì)堿解氮和速效鉀的吸收。

2.2? ?不同處理對(duì)玉米物候期和生育期的影響

從表2可以看出，鹽堿原位工程化技術(shù)使鹽堿地玉米的各物候期提前，全生育期天數(shù)縮短，提前成熟。不同處理下，玉米的全生育期以CK最長(zhǎng)，為146 d，分別較處理1、處理2延后8、5 d。處理1、處理2拔節(jié)期、大喇叭口期、成熟期均較CK均提前，其中拔節(jié)期提前2 d，大喇叭口期提前8、5 d。成熟期處理1較CK提前10 d，處理2較CK提前7 d。表明鹽堿原位工程化技術(shù)可以縮短鹽堿地玉米的全生育期天數(shù)，提早物候期。

2.3? ?不同處理對(duì)玉米農(nóng)藝性狀的影響

通過表3可以看出，鹽堿地原位工程化技術(shù)可以顯著提高鹽堿地玉米的株高、穗長(zhǎng)、穗粗和百粒重。株高以處理1最高，為248.3 cm，顯著高于處理2、CK;處理2顯著高于CK。莖粗以處理2最高，為8.3 cm，與處理1、CK之間差異不顯著。穗長(zhǎng)、穗粗均表現(xiàn)為處理1、處理2顯著高于CK，其中穗長(zhǎng)分別較CK提高13.0%、9.2%，穗粗分別較CK提高13.9%、13.2%。行粒數(shù)以處理1的最多，為36.5粒，顯著高于處理2、CK，處理2和CK間無顯著差異。百粒重以處理1最高，為36.8 g，顯著高于CK，較CK增加5.4 g;處理2為35.7 g，顯著高于CK，較CK增加4.3 g。表明鹽堿原位工程化技術(shù)可以顯著提高鹽堿地玉米的株高、穗長(zhǎng)、穗粗和百粒重。

2.4? ?不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，鹽堿地原位工程化技術(shù)可以顯著提高鹽堿地玉米的產(chǎn)量。玉米折合產(chǎn)量以處理1的最高，為7 868.1 kg/hm2，較CK增產(chǎn)2 877.4 kg/hm2，增產(chǎn)率57.7%;其次是處理2，為6 833.3 kg/hm2，較CK增產(chǎn)1 842.6 kg/hm2，增產(chǎn)率36.9%。方差分析的結(jié)果表明，各處理產(chǎn)量之間差異均達(dá)顯著水平。表明鹽堿原位工程化技術(shù)可以提高鹽堿地玉米的產(chǎn)量。

3? ?結(jié)論與討論

采用鹽堿地原位工程化根治技術(shù)核心材料凹晶材料對(duì)鹽堿地土壤進(jìn)行處理，對(duì)鹽堿地土壤性狀和玉米的主要性狀及產(chǎn)量進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，經(jīng)過鹽堿原位工程化技術(shù)治理的鹽堿地，玉米全生育期縮短5～8 d。顯著提高玉米的株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重，顯著提高玉米產(chǎn)量。其中凹晶材料45 t/hm2一次性鋪設(shè)折合產(chǎn)量最高，為7 868.1 kg/hm2，較不鋪設(shè)凹晶材料增產(chǎn)2 877.4 kg/hm2，增產(chǎn)率57.7%;其次為凹晶材料30 t/hm2一次性鋪設(shè)，折合產(chǎn)量6 833.3 kg/hm2，較不鋪設(shè)凹晶材料增產(chǎn)1 842.6 kg/hm2，增產(chǎn)率36.9%。同時(shí)顯著降低了土壤全鹽量和pH，促進(jìn)作物對(duì)土壤堿解氮和速效鉀的吸收。

鹽堿地的改良是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)過程，改良鹽堿土的核心就是改善鹽堿地的生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)造適合植物生長(zhǎng)的生存條件[7 ]，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本研究結(jié)果表明玉米農(nóng)藝性狀隨著核心材料凹晶材料鋪設(shè)量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，這與吳明昊等[8 ]利用凹凸棒石土壤改良劑在水稻上的應(yīng)用效果一致。鹽堿原位工程化技術(shù)可以顯著提高鹽堿地玉米的產(chǎn)量，增產(chǎn)效果顯著，這與郭天 云等[9 ]采用化學(xué)方法治理鹽堿地玉米時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果一致。鹽堿原位工程化技術(shù)可以有效縮短鹽堿地玉米的全生育期，成熟期提前，顯著提高玉米主要性狀。在今后的鹽堿地改良中，堿地原位工程化根治技術(shù)會(huì)發(fā)揮更大的作用，為鹽堿地的改良提供一定技術(shù)支持。

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（本文責(zé)編：陳? ? 偉）