淋洗條件下不同改良劑對(duì)浙江東部濱海鹽堿土的改良效果

項(xiàng)子宸，修海峰，馬琨，楊梢娜，鐘斌，馬嘉偉，阮澤斌，金文豪，曹韓，李雅倩，金皋琪，駱文軒，柳丹*

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)，亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江省土壤污染生物修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州311300；3.岱山縣北部開發(fā)建設(shè)管理處，浙江 岱山316200；4.浙江浙農(nóng)創(chuàng)投科技有限公司，杭州311300；5.舟山市農(nóng)林科學(xué)研究院，浙江 舟山316000）

鹽堿土是在世界范圍內(nèi)廣泛分布的障礙性土壤，限制了農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展。據(jù)估計(jì)，全球鹽堿土面積約為9.54 億hm2，占陸地面積的10%，同時(shí)，其年均增長(zhǎng)率達(dá)100 萬～150 萬hm2[1]。我國(guó)鹽堿土面積約有3.5×107hm2[2]，主要分為濱海鹽堿土和內(nèi)陸蘇打鹽堿土。其中，沿海地區(qū)廣泛分布著各類濱海鹽堿土，總面積達(dá)500 萬hm2[3]。隨著人口的不斷增長(zhǎng)和工業(yè)化及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國(guó)正面臨著耕地面積逐漸減少的壓力，而浙江東部濱海鹽堿土作為潛在的土地后備資源，具有巨大的開發(fā)潛力[4]。然而，濱海土壤的鹽堿化，使土壤機(jī)械結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)和肥力下降，從而抑制土壤中植物和微生物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，破壞土壤生態(tài)圈的良性運(yùn)作[5]。因此，制定符合浙江東部濱海鹽堿土特征的改良措施是解決這一問題的關(guān)鍵。

現(xiàn)階段，對(duì)鹽堿土壤改良主要采用物理、化學(xué)和生物措施等[6]。其中：物理改良措施以暗管排鹽為代表，雖然擁有無污染、使用壽命長(zhǎng)、排鹽效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，但是工程量大，投資成本較高[7]。生物改良措施主要通過種植水稻、玉米、田菁等耐鹽植物來控制和吸收土壤中的鹽分[8]，但缺點(diǎn)是治理周期較長(zhǎng)。而化學(xué)改良措施如施用土壤化學(xué)改良劑對(duì)增大土壤孔隙度和脫鹽保肥都起到重要作用，是如今既經(jīng)濟(jì)又高效的改良措施[2]。程鏡潤(rùn)等[9]采用脫硫石膏改良濱海鹽堿土，發(fā)現(xiàn)石膏中的鈣離子能置換出鹽堿土壤中的大量鈉離子，高于1%質(zhì)量比的施用量顯著降低了土壤電導(dǎo)率、含鹽量和離子濃度；孔祥清等[10]研究發(fā)現(xiàn)，生物炭由于其疏松多孔的比表面積和含有的大量有機(jī)碳，可以改善松嫩平原鹽堿土壤的肥力和提高大豆的產(chǎn)量；寧曉光等[11]通過試驗(yàn)證明過磷酸鈣能有效降低濱海鹽堿土鹽分，提供作物生長(zhǎng)必需的磷素營(yíng)養(yǎng)；郝禹[12]研究發(fā)現(xiàn)，煤渣能降低鹽堿土容重，提高土壤滲透性，使鹽堿土pH 和水溶性鹽含量均有一定程度的下降；王文杰等[13]采用聚馬來酸酐作為降鹽改良劑改良鹽堿土，結(jié)果表明其能有效提高鹽堿土壤酸度，降低土壤含鹽量。可見，綜合比較上述5 種不同物理化學(xué)特性改良劑（脫硫石膏、生物炭、過磷酸鈣、煤渣、聚馬來酸酐）對(duì)鹽堿土的改良效果具有重要研究意義。目前，已有學(xué)者通過田間試驗(yàn)研究了不同改良劑對(duì)江蘇、山東、甘肅地區(qū)鹽堿土的降鹽及培肥改良效果[14-16]，但就其對(duì)浙江東部濱海鹽堿土的改良效果研究仍然鮮有報(bào)道。

本研究采用上述5種常見的且具有不同理化特性的改良劑對(duì)浙江東部濱海重度鹽堿地進(jìn)行改良，通過室內(nèi)土柱淋洗試驗(yàn)，分析改良后的土壤鹽堿指標(biāo)、養(yǎng)分指標(biāo)變化以及不同鹽基離子的淋洗規(guī)律，從而探究不同改良劑的施用對(duì)該區(qū)域土壤鹽化特征和土壤質(zhì)量的影響，以期為選取適合該區(qū)域的土壤改良方案提供合理化建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗(yàn)材料

研究區(qū)位于浙江省舟山市岱山縣岱西鎮(zhèn)火箭鹽場(chǎng)區(qū)域（29°32′—31°04′N，121°30′—123°25′E），地處中國(guó)東南沿海地區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，年均氣溫16 ℃，年均降雨量1 222.6 mm且主要集中在6—8 月，同時(shí)，土壤水分蒸發(fā)量最大的月份集中在夏秋季。本區(qū)域內(nèi)的土壤由多年海洋顆粒物沉積而成，土壤類型是典型的濱海重度鹽漬化黏土，地下水礦化度高，土質(zhì)差。由于試驗(yàn)樣地靠近海域，淡水資源緊缺，且農(nóng)業(yè)灌溉用水含有大量鹽分，因此，容易造成土壤鹽漬化。

5 種改良劑材料分別為農(nóng)用脫硫石膏（浙江農(nóng)資集團(tuán)提供，主要成分硫酸鈣＞86.7%，含鈉、鉀、鎂等其他硫酸鹽），過磷酸鈣（湖北吉順磷化有限公司生產(chǎn)，水溶性磷≥70%，有效五氧化二磷≥12%），煤渣（購自四川崇州軍強(qiáng)商貿(mào)有限公司，主要成分為二氧化硅，含少量氧化鐵和氧化鈣），生物炭（由浙江農(nóng)林大學(xué)通過竹子炭化制作而成，即竹炭），聚馬來酸酐[山東優(yōu)索化工科技有限公司生產(chǎn)，主要成分(C4H4O4)n占48%]。

試驗(yàn)選擇人為干擾較少的地勢(shì)平坦區(qū)域，采集該區(qū)域內(nèi)對(duì)角線上5個(gè)采樣點(diǎn)（0～10 cm土層）的混合土樣，自然風(fēng)干，過2 mm篩后備用。

供試土壤理化性質(zhì)與離子組成見表1，改良劑性質(zhì)見表2。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年7月1日—9月12日在浙江省土壤污染生物修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。土樣經(jīng)風(fēng)干并過2 mm 篩后，裝入高度300 mm、直徑110 mm 的聚氯乙烯（PVC）土柱中，每個(gè)土柱裝土2 kg（容重1.3 g/cm3），裝柱之前分別將不同處理改良劑與土壤混合均勻，然后逐層裝土，按每5 cm 逐次填裝直至裝好。參考舟山年均降雨量，人工模擬降雨，每7 d用純水淋溶至122 mm，持續(xù)10次，共70 d后基本達(dá)到1 年的年均降雨量（1 222.6 mm），按隨機(jī)區(qū)組排列，進(jìn)行室內(nèi)土壤淋溶試驗(yàn)。不同改良劑處理見表3：在參考舟山市歷年農(nóng)田鹽堿土改良劑用量的基礎(chǔ)上，設(shè)置低、中、高梯度，即分別添加1%、1.5%、2%的脫硫石膏、過磷酸鈣、生物炭、煤渣和聚馬來酸酐，共15個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，以不添加改良劑的土壤為對(duì)照，共計(jì)46個(gè)試驗(yàn)土柱。

表1 供試土壤理化性質(zhì)與離子組成Table 1 Physico-chemical properties and ion compositions of tested soil

表2 改良劑性質(zhì)Table 2 Properties of ameliorants

表3 不同改良劑處理Table 3 Different ameliorant treatment

1.3 樣品采集與測(cè)定方法

按每7 d一次的頻率于試驗(yàn)初期（2018年7月1日）至末期（2018 年9 月12 日）收集10 cm 深的土壤淋出液；土壤樣品于淋洗末期進(jìn)行采集，在每個(gè)處理的3 個(gè)重復(fù)中，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)選取土柱內(nèi)3 個(gè)點(diǎn)采集0～10 cm土層土壤。

土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干、碾碎后分別過2 mm 和200 目篩，保存，備用。土壤pH 使用ST2100 型pH計(jì)測(cè)定，土水質(zhì)量比為1∶2.5；土壤電導(dǎo)率（electric conductivity, EC）用DDS-307 型電導(dǎo)率儀測(cè)定，土水質(zhì)量比為1∶5；土壤全鹽含量采用重量法測(cè)定，土水質(zhì)量比為1∶5；Ca2＋、Mg2＋采用原子吸收分光光度法測(cè)定；Na＋、K＋采用火焰光度法測(cè)定。土壤養(yǎng)分堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效鉀采用醋酸銨-火焰光度計(jì)法測(cè)定，有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗顯色法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定[17]。

鈉吸附比（sodium adsorption ratio,SAR）的計(jì)算公式為

式中：c(Na＋)、c(Ca2＋)、c(Mg2＋)分別表示每升土壤溶液中Na＋、Ca2＋、Mg2＋的量，mmol/L。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007 和SPSS 21.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中，多重比較采用鄧肯最小顯著差數(shù)法，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；采用SigmaPlot 12.5進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑處理對(duì)土壤鹽堿指標(biāo)的影響

由表4 可見：添加不同改良劑處理的鹽堿土壤pH 較CK 均有所下降，5 種改良劑的影響大小總體表現(xiàn)為M＞J＞T＞L＞G。煤渣（M1、M2、M3）處理整體上對(duì)土壤pH 的降低效果最佳，其中M1處理的土壤pH最低（7.43），并且分別與M2、M3存在顯著性差異，比CK顯著降低了0.85個(gè)pH單位。聚馬來酸酐（J1、J2、J3）處理改良土壤pH的效果次之，J2分別與J1、J3存在顯著性差異，J1與J3不存在顯著性差異；脫硫石膏（G1、G2、G3）、過磷酸鈣（L1、L2、L3）、生物炭（T1、T2、T3）處理的土壤pH，除了L2和T3仍≥8.00，分別為8.00、8.03，其余pH均處于7.67～8.00之間。在生物炭處理中，T2的pH最小（7.86），T1、T2、T3間不存在顯著性差異；在過磷酸鈣處理中，L1的pH最小（7.67），且L1分別與L2、L3存在顯著性差異；在脫硫石膏處理中，G2的pH最?。?.75），G1、G3分別與G2存在顯著性差異。

同時(shí)，不同改良劑處理的鹽堿土電導(dǎo)率（EC）較CK均有顯著性下降，5種改良劑對(duì)鹽堿土電導(dǎo)率改良作用的大小總體表現(xiàn)為T＞L＞M＞G＞J。以生物炭（T2、T3）和煤渣（M1）處理的效果最明顯，分別下降了93.75%、84.72%、80.90%，M3的處理效果最不明顯，但是也達(dá)到了16.67%（表4）。

土壤含鹽量與電導(dǎo)率存在正相關(guān)性，各個(gè)改良劑處理的鹽堿土電導(dǎo)率較CK 均有所下降，說明改良劑的添加起到了較好的去鹽效果。5種改良劑對(duì)鹽堿土去鹽作用大小總體表現(xiàn)為T＞M＞L＞J＞G。其中除了G1、M3、J2，其余處理均與CK 存在顯著性差異，T2、T3處理的去鹽效果最佳，較CK分別顯著下降了55.44%、44.04%，M3的處理效果最不明顯，較CK僅下降了2.07%（表4）。

鈉吸附比（SAR）是評(píng)價(jià)土壤鹽堿化程度的一個(gè)重要指標(biāo)，通常，SAR的值越大，表現(xiàn)出對(duì)土壤的鹽堿化危害也越大[18]。通過方差分析可以看出，各個(gè)處理對(duì)鹽堿地改良的效果較對(duì)照均存在顯著性（G3除外），但是不同處理的顯著性大小有差異?？傮w上，5 種改良劑對(duì)鹽堿地改良作用大小依次為L(zhǎng)＞M＞T＞J＞G。其中：在過磷酸鈣處理中，L2最?。?.30 mmol1/2/L1/2），L3分別與L1、L2存在顯著性差異，L1與L2不存在顯著性差異；在煤渣處理中，M3最?。?.27 mmol1/2/L1/2），M1、M2、M3之間存在顯著性差異；在生物炭處理中，T3最?。?.91 mmol1/2/L1/2），T1、T2、T3三者之間均存在顯著性差異；在聚馬來酸酐處理中，J3最?。?.30 mmol1/2/L1/2），J1、J2、J3之間存在顯著性差異；在脫硫石膏處理中，G1最小（5.18 mmol1/2/L1/2），G1、G2、G3之間存在顯著性差異（表4）。

表4 不同改良劑處理對(duì)土壤pH、電導(dǎo)率、含鹽量和鈉吸附比的影響Table 4 Effects of different ameliorant treatments on soil pH, electric conductivity (EC), salinity and sodium adsorption ratio(SAR)

2.2 不同改良劑處理對(duì)鹽堿土有效養(yǎng)分的影響

由表5可知，原土經(jīng)過純水淋洗后，土壤鹽分含量降低的同時(shí)，土壤養(yǎng)分含量也受到一定的影響。

淋洗后CK處理的速效鉀含量較原土大幅度降低，其他處理的速效鉀含量也隨著淋洗液和改良劑的作用大幅下降，其中除生物炭和L1處理外，其他改良劑處理的速效鉀含量均低于CK處理。生物炭處理（T1、T2、T3）的速效鉀含量較CK 分別顯著提高了8.43%、14.34%、15.91%，表現(xiàn)為T3＞T2＞T1。

每個(gè)處理的土壤堿解氮含量較原土均有所提高，并表現(xiàn)出隨著改良劑施用量增加而增加的趨勢(shì)，且G1、G2、G3、L2、L3、T1、T2、T3、M2、J2、J3處理的土壤堿解氮含量均顯著高于CK 處理。其中T3、J2、J3處理提高土壤堿解氮的效果最佳，較CK 分別顯著提高了66.67%、87.96%、108.33%。

對(duì)于土壤有效磷含量，除了M1處理與CK 不存在顯著性差異外，其他處理的土壤有效磷含量均較CK有顯著提高，總體表現(xiàn)為L(zhǎng)＞J＞T＞M＞G，其中過磷酸鈣處理對(duì)土壤中有效磷增加的效果最佳，表現(xiàn)為L(zhǎng)3＞L2＞L1。

土壤有機(jī)質(zhì)是衡量土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)土壤的保水、保肥、緩沖能力等都有重要的影響[15]。與CK相比，除了M2、J1，其他處理使土壤有機(jī)質(zhì)含量均顯著提高，增長(zhǎng)率在17.90%以上，總體表現(xiàn)為T＞J＞G＞L＞M，其中T2、T3處理表現(xiàn)最佳，分別較CK顯著提高了74.84%、97.29%。

表5 不同改良劑處理對(duì)鹽堿土有效養(yǎng)分的影響Table 5 Effects of different ameliorant treatments on available nutrients of saline-alkali soil

2.3 不同改良劑處理下鹽基離子的淋洗規(guī)律

2.3.1 鹽堿土淋出液中Na＋含量變化

在前3 次淋洗時(shí)，各個(gè)處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度呈升高的趨勢(shì)并達(dá)到峰值，不同處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度的上升斜率和達(dá)到峰值的時(shí)間點(diǎn)均不同，G1、G3、L1、L2、L3、T1、T2、M1、M2、J2處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度在第2次淋洗時(shí)達(dá)到峰值，G2、T3、M3、J1、J3處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度在第3 次淋洗時(shí)達(dá)到峰值（圖1）。在3次淋洗之后，各個(gè)處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度急劇下降，最后逐漸趨于平穩(wěn)。而CK 處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度在整個(gè)淋洗過程中呈平緩降低的變化趨勢(shì)，表明添加改良劑后進(jìn)行淋洗對(duì)土壤中Na＋的置換效果顯著。淋洗過程中，T2處理的淋出液中Na＋質(zhì)量濃度峰值最高，為6 840 mg/L，其次是M1處理，為5 896 mg/L。

圖1 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中Na＋質(zhì)量濃度變化Fig.1 Variation of Na＋concentration in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

不同改良劑處理的淋出液中Na＋積累量曲線呈快速增長(zhǎng)-緩慢增長(zhǎng)-平穩(wěn)的變化趨勢(shì)，CK處理最終淋洗出的Na＋總量為2 976.97 mg，而J1、M1、T23個(gè)處理遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CK 處理，分別為CK 處理的2.6 倍、2.3倍、2.2倍，其中J1處理的Na＋排出總量最大（圖2）。試驗(yàn)表明，T2處理在Na＋排出效率上表現(xiàn)最佳，J1處理在Na＋排出總量效果上表現(xiàn)最好。由此可見，添加1.5%生物炭（T2）、1%煤渣（M1）、1%聚馬來酸酐（J1）處理對(duì)濱海鹽堿土的Na＋排出效果優(yōu)于其他處理。

2.3.2 鹽堿土淋出液中K＋含量變化

淋出液中K＋質(zhì)量濃度除了G1處理在第2 次淋洗時(shí)達(dá)到峰值，其他各處理在第3 次淋洗之前均呈上升的趨勢(shì)，基本在第3次淋洗時(shí)達(dá)到峰值，隨后又急劇下降，并在第9 次淋洗之后逐漸趨于平穩(wěn)（圖3）。與其他處理相比，M1處理的淋出液中K＋質(zhì)量濃度峰值最高，在第3次淋洗時(shí)達(dá)到1 807 mg/L，其次是L1、L2處理，峰值分別為1 606 和1 602 mg/L。表明1%煤渣（M1）、1%過磷酸鈣（L1）、1.5%過磷酸鈣（L2）在排出K＋的效率上優(yōu)于其他處理。

在整個(gè)淋洗過程中，CK 處理的K＋積累量呈緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，最終淋洗出的K＋總量為710.57 mg。與淋出液中K＋質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)相同，M1、L1、L2處理的淋出液中K＋積累量也顯著高于其他處理，分別是CK 處理的2.64 倍、2.66 倍、2.64 倍（圖4）。但是淋洗結(jié)束時(shí)，淋出液中Na＋積累量則高于K＋積累量2～4 倍，這表明添加改良劑后，土壤中Ca2＋與K＋的置換反應(yīng)能力比Ca2＋與Na＋的置換反應(yīng)能力弱，因此土壤中活化的Ca2＋會(huì)優(yōu)先將Na＋置換出來，并隨淋洗排出土壤。綜上所述，添加1%煤渣（M1）、1%過磷酸鈣（L1）、1.5%過磷酸鈣（L2）對(duì)濱海鹽堿土淋洗排出K＋的效果優(yōu)于其他處理。

2.3.3 鹽堿土淋出液中Ca2＋含量變化

在整個(gè)淋洗過程中，各處理的淋出液中Ca2＋質(zhì)量濃度變化整體上呈增長(zhǎng)-降低-平穩(wěn)的趨勢(shì)（圖5），但不同處理的淋出液中Ca2＋質(zhì)量濃度達(dá)到峰值的時(shí)間點(diǎn)存在差異，L2、L3、T1、J2處理的淋出液中Ca2＋質(zhì)量濃度在第2次淋洗時(shí)達(dá)到峰值，G2、G3、L1、T2、M1、M3、J1、J3處理在第3次淋洗時(shí)達(dá)到峰值，G1、T3、M2處理則在第4 次淋洗時(shí)達(dá)到峰值。其中：L1處理的淋出液中Ca2＋質(zhì)量濃度峰值最高，達(dá)到946.9 mg/L，其次是L2和J3，分別為888.7和871.4 mg/L。

圖2 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中Na＋積累量Fig.2 Accumulation amount of Na＋in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

圖3 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中K＋質(zhì)量濃度變化Fig.3 Variation of K＋concentration in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

圖4 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中K＋積累量Fig.4 Accumulation amount of K＋in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

圖5 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中Ca2＋質(zhì)量濃度變化Fig.5 Variation of Ca2＋concentration in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

各個(gè)處理的淋出液中Ca2＋積累量與CK處理有顯著性差異。CK處理最終的淋出液中K＋積累量為693.97 mg，J3、L1、L2處理的淋出液中Ca2＋積累量相較其他處理更高，分別達(dá)到1 815.15、1 601.38、1 782.46 mg，依次是CK處理的2.62倍、2.31倍、2.57倍（圖6）。上述結(jié)果表明，添加1%過磷酸鈣（L1）、1.5%過磷酸鈣（L2）、2%聚馬來酸酐（J3）對(duì)濱海鹽堿土脫Ca2＋的效果優(yōu)于其他處理。

圖6 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中Ca2＋積累量Fig.6 Accumulation amount of Ca2＋in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

2.3.4 鹽堿土淋出液中Mg2＋含量變化

在淋洗過程中，各改良劑處理下鹽堿土淋出液中Mg2＋質(zhì)量濃度均呈增長(zhǎng)-下降的變化趨勢(shì)，并且各淋出液中Mg2＋質(zhì)量濃度分別在第2至第4次達(dá)到峰值，其中L2處理的淋出液中Mg2＋質(zhì)量濃度峰值最高，為540.5 mg/L，其次是M3處理，為501.8 mg/L（圖7）。但是各個(gè)處理的淋出液中Mg2＋質(zhì)量濃度整體上較其他陽離子質(zhì)量濃度偏低，表明添加各個(gè)改良劑后，土壤中Mg2＋的置換能力低于Na＋、Ca2＋和K＋。

從圖8可以看出，T3、J3、L2處理的淋出液中Mg2＋積累量較其他處理更高，分別為1 048.9、1 007.7、992.2 mg，是CK處理的2.69倍、2.59倍、2.55倍。同時(shí)，該3個(gè)處理的淋洗液中Mg2＋積累量在淋洗第10次時(shí)仍有上升的趨勢(shì)。試驗(yàn)結(jié)果表明，L2處理在排出Mg2＋的效率上表現(xiàn)最佳，T3、J3處理在排出Mg2＋總量上表現(xiàn)最佳。綜上所述，添加1.5%過磷酸鈣（L2）、2%生物炭（T3）、2%聚馬來酸酐（J3）在濱海鹽堿土排出Mg2＋的效果上優(yōu)于其他處理。

2.4 不同改良劑處理對(duì)土壤改良效果的綜合評(píng)價(jià)

2.4.1 不同改良劑處理下主成分分析提取

利用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)鹽堿地改良的負(fù)向變量指標(biāo)（pH、電導(dǎo)率、含鹽量、Ca2＋、Na＋、Mg2＋、K＋、SAR）進(jìn)行倒數(shù)轉(zhuǎn)化的正向化處理，再將所有指標(biāo)進(jìn)行主成分分析提取，結(jié)果如表6 所示。對(duì)主成分提取中初始特征值的方差分析表明，特征值大于1的主成分有4個(gè)，淋洗結(jié)束時(shí)4個(gè)主成分包含的信息指標(biāo)累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為81.666%。根據(jù)初始因子特征值，4 個(gè)主成分分別占總變異的40.245%、27.276%、19.633%、12.846%。荷載方差表明，4個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為32.865%、22.279%、16.031%、10.492%。根據(jù)成分矩陣得知，電導(dǎo)率、含鹽量、K＋、速效鉀、有機(jī)質(zhì)是第1主成分上的主要指標(biāo)，在土壤改良效果中起到主要作用，其中電導(dǎo)率、含鹽量、K＋含量直接反映了各處理的去鹽能力；第2主成分中，占較大荷載的指標(biāo)分別是有效磷、SAR、Mg2＋、Ca2＋；第3主成分中具有較高荷載的指標(biāo)為堿解氮、pH；第4主成分的主要指標(biāo)是Na＋。

圖7 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中Mg2＋質(zhì)量濃度變化Fig.7 Variation of Mg2＋concentration in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

圖8 不同改良劑處理下鹽堿土淋出液中Mg2＋積累量Fig.8 Accumulation amount of Mg2＋in saline-alkali soil leachate treated by different ameliorants

表6 各指標(biāo)主成分分析Table 6 Principal component analysis of each index

2.4.2 不同改良劑處理下改良效果的綜合評(píng)分

根據(jù)各主成分的得分系數(shù)矩陣，得到計(jì)算各主成分得分標(biāo)準(zhǔn)的解析表達(dá)式，分別為：

其中，ai表示第i個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率，F(xiàn)i表示第i個(gè)主成分的得分（i=1,2,3,…,n）。

將12 個(gè)歸一化處理后的土壤指標(biāo)數(shù)據(jù)分別代入上述公式，得到各主成分的得分。根據(jù)各個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率，利用評(píng)價(jià)函數(shù)求得各處理的綜合得分。由表7 可見：第1 主成分中T2、T3處理得分較高，其中最高得分的是T2處理，說明T2、T3處理對(duì)電導(dǎo)率、含鹽量、K＋、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的改良作用較明顯；第2 主成分中J3處理得分最高，其次是L2處理，說明這2 個(gè)處理對(duì)改良土壤中有效磷、SAR、Mg2＋、Ca2＋的作用效果最大；第3 主成分中J2處理得分最高，說明該處理對(duì)土壤堿解氮、pH影響較大；第4主成分中J1、J2處理的得分較高，說明這2 個(gè)處理對(duì)減少土壤Na＋含量效果顯著。從整體得分上來看，1.5%聚馬來酸酐（J2）、1.5%生物炭（T2）、2%生物炭（T3）處理的改良效果最好。

3 討論

土壤pH、電導(dǎo)率和含鹽量是土壤重要的化學(xué)性質(zhì)，是衡量土壤酸堿度的基本指標(biāo)，對(duì)土壤其他養(yǎng)分的形成與轉(zhuǎn)化，以及對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育都有重要作用。本研究發(fā)現(xiàn)，分別用1%煤渣和2%聚馬來酸酐對(duì)濱海鹽堿土進(jìn)行淋洗，土壤pH 下降的效果均表現(xiàn)最佳，與前人的研究結(jié)果相似[13,19]。這與煤渣、聚馬來酸酐的組成成分有關(guān)：煤渣含有腐殖酸以及含氧活性官能團(tuán)，能將分解、釋放出的有機(jī)酸與土壤中的、發(fā)生中和反應(yīng)，也可以利用官能團(tuán)的吸附螯合作用降低土壤pH[20]；聚馬來酸酐自身水解產(chǎn)生馬來酸，可與土壤中的堿性成分中和，從而降低土壤pH。本研究表明，通過適中用量的生物炭（1.5%）處理后，土壤電導(dǎo)率和含鹽量較對(duì)照分別下降了93.75%、55.44%，與前人的研究結(jié)果[21-22]相似。有關(guān)學(xué)者研究表明，低于5%的生物炭施用量能有效削弱土壤蒸發(fā)強(qiáng)度，改善土壤離子組成，減少表層土壤的返鹽作用[23]。濱海鹽堿土的鹽堿化過程是土壤固相和液相間陽離子相互交換的過程，其中土壤Na＋、Mg2＋、Ca2＋的交換反應(yīng)最為明顯，陽離子含量及比例大小對(duì)土壤的物理性狀會(huì)產(chǎn)生不同程度的負(fù)面效果[24]。而施用2%煤渣的土壤SAR值最小，可能一方面是由于煤渣的大顆粒和大孔隙度物理性狀能將土壤中的Na＋吸附于其表面，另一方面是由于煤渣在水中電離出的鈣鎂等離子能置換出土壤中大量的Na＋[25]。

表7 各處理綜合得分Table 7 Comprehensive score for each treatment

速效鉀、堿解氮、有效磷、有機(jī)質(zhì)含量都是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)。較其他改良劑處理，施加生物炭能有效提高土壤堿解氮、速效鉀、有機(jī)質(zhì)的含量，這主要是由于生物炭表面的氧化及羧基官能團(tuán)提供了大量陽離子結(jié)合位點(diǎn)，從而提高了土壤陽離子交換量，使得土壤吸持鉀素和銨根離子的能力增強(qiáng)，并通過形成土壤團(tuán)聚體來提高銨態(tài)氮和速效鉀的含量，同時(shí)，其本身含有的鉀元素也提高了土壤中速效鉀的含量[26-28]。有研究表明，生物炭自身具有高度穩(wěn)定的化學(xué)和生物穩(wěn)定性，可以降低土壤有機(jī)質(zhì)的礦化程度，提高土壤有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定性[29]，這與本文的研究結(jié)果相符，即施加1.5%和2%生物炭的土壤有機(jī)質(zhì)含量高于其他相同施加量的改良劑。1.5%和2%聚馬來酸酐顯著提高了土壤中氮素的有效性，這可能是其構(gòu)建的酸性環(huán)境提高了土壤對(duì)銨根離子的吸附能力，增強(qiáng)了土壤氮素的轉(zhuǎn)化[30]。施加1.5%和2%過磷酸鈣則通過降低原土pH、提供五氧化二磷等外源磷素來促進(jìn)土壤微生物的活動(dòng)，增加土壤中磷元素的有效性轉(zhuǎn)化，從而進(jìn)一步提高土壤中的有效磷含量[31]。

土壤中各鹽基陽離子的淋洗變化規(guī)律反映了不同改良劑對(duì)濱海鹽堿土脫鹽改良效率的優(yōu)劣。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，隨著淋洗次數(shù)的增加，各個(gè)改良劑對(duì)土壤中K＋、Ca2＋、Na＋、Mg2＋的淋洗效果相較于對(duì)照均有顯著提高，表現(xiàn)為淋洗出的陽離子總積累量逐漸增加，這與前人的相關(guān)研究[32-33]一致。而隨著淋洗時(shí)間的推移，土壤淋出液中各個(gè)陽離子質(zhì)量濃度呈上升-下降-穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，這是由于淋洗初期，土壤內(nèi)各鹽基陽離子含量高且土壤孔隙度大，因此，土壤中的鹽離子容易被大量淋洗出去，脫鹽效果明顯；淋洗后期，由于土壤中的可交換性鹽離子含量減少，以及土壤孔隙度變小，使得鹽離子主要隨著水力彌散作用排出土壤，因此淋洗速率減緩[34]。不同施用量的改良劑對(duì)不同鹽離子的淋洗效果存在差異，施用1.5%生物炭、1%聚馬來酸酐對(duì)土壤Na＋淋洗效果最佳，2%生物炭和2%聚馬來酸酐對(duì)土壤Mg2＋淋洗效果最佳，這可能是因?yàn)樯锾烤薮蟮谋缺砻娣e能吸附土壤中過量的Na＋、Mg2＋，從而能快速提高土壤的陽離子交換量[35]，而隨著生物炭用量的增加，生物炭的滯水性降低了水分的滲濾速率，從而降低了Na＋的淋洗效率[36]。聚馬來酸酐則是通過降低土壤pH來活化土壤中的Ca2＋、Mg2＋，進(jìn)而置換出土壤膠體上多余的Na＋，同時(shí)淋洗出一部分的Mg2＋[19]。1%和1.5%過磷酸鈣、2%聚馬來酸酐的施用對(duì)土壤Ca2＋的淋洗效果最佳，這可能是由于過磷酸鈣自身水解產(chǎn)生了大量Ca2＋，導(dǎo)致淋洗液中Ca2＋含量增加，而聚馬來酸酐使土壤處于酸性條件下，通過與土壤中碳酸鈣發(fā)生反應(yīng)，增加了土壤中游離態(tài)Ca2＋含量[19]。廉曉娟等[37]研究不同配比改良劑對(duì)濱海鹽堿土鹽分含量降低程度的結(jié)果表明，施用“褐煤40%＋醋渣20%＋磷石膏40%”對(duì)土壤K＋的淋洗效果較好。本試驗(yàn)中，K＋淋洗效果與其相似，可能是由于1%煤渣處理能降低土壤中的黏粒含量，并增加土壤孔隙度，從而對(duì)K＋有更好的吸附效果。

4 結(jié)論

1）5 種改良劑均能降低土壤各項(xiàng)鹽堿指標(biāo)，其中：1%煤渣和2%聚馬來酸酐顯著降低了土壤pH；1.5%和2%生物炭對(duì)土壤電導(dǎo)率（EC）和含鹽量的改良效果最顯著，電導(dǎo)率較對(duì)照分別下降了93.75%、84.72%，含鹽量較對(duì)照分別減少了55.44%、44.04%；2%煤渣、2%聚馬來酸酐、1.5%過磷酸鈣對(duì)降低土壤鈉吸附比（SAR）的效果最顯著。

2）綜合考慮淋洗后的土壤各項(xiàng)理化指標(biāo)，能夠較好地改良土壤化學(xué)性質(zhì)并提高土壤肥力的改良劑處理是2%過磷酸鈣、2%生物炭、2%聚馬來酸酐。

3）不同改良劑對(duì)鹽基陽離子的淋洗效率存在差異，1%和1.5%過磷酸鈣分別顯著降低了土壤中的K＋、Ca2＋和Mg2＋含量，1%煤渣對(duì)土壤中Na＋、K＋淋洗效果最佳，1.5%和2%生物炭分別顯著降低了土壤中的Na＋和Mg2＋含量，1%和2%聚馬來酸酐分別顯著降低了土壤中的Na＋和Ca2＋、Mg2＋含量。

通過主成分分析對(duì)鹽堿土改良效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)可知，1.5%聚馬來酸酐、1.5%和2%生物炭均可以作為浙江東部濱海鹽堿土較優(yōu)的脫鹽改土及土壤培肥的改良方案。