有機(jī)硅功能肥對(duì)土壤水分運(yùn)移和鹽分的影響

周 客，宋福如，程?hào)|娟，王利書，齊 鳴

（1.河北工程大學(xué)，河北邯鄲056107；2.河北硅谷肥業(yè)有限公司，河北邯鄲057154）

21 世紀(jì)土壤鹽堿化趨勢(shì)加重，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球鹽堿地每年以100～150 萬(wàn)hm2的速度增長(zhǎng)。我國(guó)尚有80%左右的鹽漬土尚未得到開發(fā)利用，是重要的土地資源，有著巨大的發(fā)展?jié)摿1]。近年來(lái)，隨著中國(guó)面臨的糧食短缺和土地資源不足的壓力逐漸加大，開發(fā)利用荒蕪的鹽堿地，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛N的土地，不僅可以提高糧食總產(chǎn)量，緩解糧食危機(jī)，而且可以擴(kuò)大綠化面積，改善生態(tài)環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量。

大量研究者通過(guò)各種改良措施降低鹽堿地中土壤鹽分的含量。范富[2]等人通過(guò)玉米秸稈夾層增加了鹽堿土中微生物數(shù)量和土壤中酶的活性，進(jìn)而增加了出苗率和作物產(chǎn)量；劉莉萍[3]等人通過(guò)新型改良劑和牛糞對(duì)蘇北濱海鹽堿土土壤鹽分影響的研究得出，改良劑在一定程度上降低土壤鹽分，促進(jìn)植物的生長(zhǎng)。王睿彤[4]等人研究牛糞、石膏、秸稈、保水劑4 種改良劑能夠提高養(yǎng)分含量，通過(guò)4 因素4 水平正交設(shè)計(jì)方案，得出A4B4C1D4土壤改良效果最好。郝敏[5]等人通過(guò)玉米秸稈和污泥制備的生物質(zhì)炭改良鹽堿土，提高了土壤養(yǎng)分含量和肥力指標(biāo)，降低了土壤重金屬有效態(tài)含量。前人的改良措施，雖然能夠一定程度上改善鹽堿土壤環(huán)境的狀況，但面臨著技術(shù)周期長(zhǎng)、使用不方便、效果不理想等問題，使得這些改良措施難以大面積推廣應(yīng)用。

近來(lái)，一種利用有機(jī)硅新材料自主研發(fā)的有機(jī)硅功能肥，在治理鹽堿土壤領(lǐng)域取得重要突破，有望破解鹽堿土壤大難題[6]。研究表明硅能有效促進(jìn)作物生長(zhǎng)，緩解作物生長(zhǎng)壓力，

減輕重金屬毒性，硅減輕重金屬毒性主要通過(guò)減少土壤pH 值升高導(dǎo)致的重金屬有效性[9]。同時(shí)，磷肥配施硅肥可顯著促進(jìn)鹽漬化土壤水稻根系生長(zhǎng)，提高磷素有效性、水稻產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益[7]。鹽漬土施用硅肥后，土壤中的氮、磷、鉀、硅含量都有提高，尤其是堿解氮、速效磷增加明顯[8]。有機(jī)硅功能肥作為一種復(fù)合肥料具有改良治理鹽堿土壤與補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)元素的多種功能，施用簡(jiǎn)便易行，為我國(guó)鹽堿地改良治理創(chuàng)造了一套技術(shù)體系[6]。但，有機(jī)硅功能肥在改善鹽堿土中鹽分含量變化還需要進(jìn)一步的研究，因此，本文試圖通過(guò)室內(nèi)土柱試驗(yàn)研究有機(jī)硅功能肥在不同施用量下對(duì)土壤入滲特性和鹽分的影響，旨在為有機(jī)硅功能肥科學(xué)施用及改良鹽堿土提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

為研究不同改良劑對(duì)鹽堿土電導(dǎo)率的影響，在室內(nèi)進(jìn)行一維垂直均勻土柱入滲試驗(yàn)。試驗(yàn)于2020年7月在河北省邢臺(tái)市寧晉縣原種場(chǎng)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。供試土壤為鹽堿土，自然風(fēng)干過(guò)1 mm 土篩，按照土壤初始含水率2%進(jìn)行配土，土壤容重均為1.3 g/cm3。有機(jī)硅功能肥由河北省硅谷農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供，采用小麥作物秸稈經(jīng)過(guò)粉碎后均小于5 mm，經(jīng)過(guò)105 ℃下殺青15 min，并于65 ℃下烘干。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)主要由土柱組成，采用固定水頭8 cm 為土柱供水。土柱采用內(nèi)徑為5 cm、高30 cm 的透明有機(jī)玻璃管，其內(nèi)部按照土壤容重1.3 g/cm3，每層均勻填裝52 g左右的風(fēng)干土。土柱每層高為2 cm。

試驗(yàn)以8 cm 水頭的水量結(jié)束，試驗(yàn)設(shè)置9 個(gè)處理，有機(jī)硅肥（W） 不同添加量處理：W0.5%、W1.0%、W1.5%、W2.0%；秸稈(J)不同添加量處理：J0.5%、J1.0%、J1.5%、J2.0%，同時(shí)設(shè)置空白對(duì)照處理CK（不施改良劑）。改良措施主要改變有機(jī)硅功能肥和秸稈施用量改良鹽堿土，按照一定比例添加有機(jī)硅功能肥與鹽堿土進(jìn)行混合，反應(yīng)15 d 后，均勻裝入土柱。秸稈按照不同添加量與鹽堿土混合均勻，裝入土柱。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

入滲開始后，用秒表計(jì)時(shí)，每隔5 min 讀取土柱水頭下降的高度，同時(shí)，用記號(hào)筆在土柱外側(cè)表面標(biāo)記濕潤(rùn)鋒入滲距離隨時(shí)間的變化。入滲結(jié)束后從土層表面向下用小勺取土，取土位置分別是0～2、2～4、4～6、6～8、8～10、10～12、12～14、14～16、16～18、18～20 cm，用烘干法測(cè)定土壤質(zhì)量含水率。土壤電導(dǎo)率測(cè)定采用雷磁DDS-11A，在25 ℃，電極常數(shù)為1，電極數(shù)值為0.972，土和水按照質(zhì)量比1∶5，土壤樣品稱取10 g。

1.4 數(shù)據(jù)的處理與分析

圖中所用的數(shù)據(jù)采用Excel進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移的影響

圖1分別為有機(jī)硅功能肥和秸稈，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離隨時(shí)間的變化關(guān)系圖。由圖1可知，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。同一入滲時(shí)刻下，改良劑施用量越高，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離就越小，且均小于對(duì)照組。相同改良劑下，濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離隨著施用量的增加而逐漸減小。

2.2 不同改良劑對(duì)累積入滲量影響

圖2分別為有機(jī)硅功能肥和秸稈，累積入滲量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖。由圖2可知，累積入滲量在不同改良劑下隨著改良劑施用量的增加而逐漸減小，與濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離的規(guī)律大致相同。有機(jī)硅功能肥入滲時(shí)間與秸稈相比較短，秸稈對(duì)水分的阻礙更強(qiáng)。入滲后期，秸稈施用量對(duì)累積入滲量的影響明顯。

2.3 不同改良劑對(duì)含水量影響

圖3分別為有機(jī)硅功能肥和秸稈，含水量隨時(shí)間的變化關(guān)系。由圖3可知，改良劑的種類和施用量影響著土壤含水量的分布。有機(jī)硅功能肥的用量對(duì)土壤含水量影響較小，秸稈用量對(duì)土壤含水量影響較大。對(duì)于有機(jī)硅功能肥而言，根據(jù)土層含水量的剖面可劃分0～3 cm和3～20 cm；在0～3 cm，土壤含水量急劇下降；3～20 cm，下降相對(duì)平緩，各處理差異性較小且均大于對(duì)照組。對(duì)于秸稈而言，隨著土層深度的增加，土壤含水量下降；相同土層深度下，土壤含水量隨著秸稈施用量的增加而增加且均高于對(duì)照組。在同一土層深度下，秸稈與有機(jī)硅功能肥相比提高土壤含水量明顯。如在土層深度3 cm 處，J0.5%、J1%、J1.5%、J2%、CK 的含水量分別為40%、41%、 47%、 50%、 36%， 即CK＜J0.5%＜J1%＜J1.5%＜J2%；W0.5%、W1%、W1.5%、W2%的土壤含水量分別為35%、35%、33%、34%；土層深度7 cm 處，J0.5%、J1%、J1.5%、J2%、CK 的含水量分別為34%、36%、40%、42%、32%；W0.5%、W1%、W1.5%、W2%的土壤含水量分別為33%、34%、32%、34%；相同施用量下，施用秸稈土層含水量高于施用有機(jī)硅功能肥土層含水量。

2.4 不同改良劑對(duì)電導(dǎo)率的影響

圖4分別為有機(jī)硅功能肥和秸稈，電導(dǎo)率隨土層深度的變化關(guān)系圖。圖4中豎線表示供試土壤初始電導(dǎo)率，豎線左側(cè)為脫鹽區(qū)，豎線右側(cè)為積鹽區(qū)，有機(jī)硅功能肥脫鹽區(qū)與積鹽區(qū)的分界線大致在土層深度14 cm 處[10]。秸稈脫鹽區(qū)與積鹽區(qū)的分界線大致在土層深度8 cm處。

土壤電導(dǎo)率是限制植物和微生物活性的閾值，會(huì)影響到土壤養(yǎng)分和污染物的轉(zhuǎn)化存在狀態(tài)及有效性，是反映土壤電化學(xué)特性和肥力特性的基礎(chǔ)指標(biāo)，通過(guò)土壤電導(dǎo)率的測(cè)定，能及時(shí)有效地掌握土壤鹽分濃度和水分狀況等，對(duì)于鹽堿地及鹽漬土的合理利用具有理論意義[11]。土壤電導(dǎo)率反映了在一定水分條件下土壤鹽分的實(shí)際狀況，在一定濃度范圍內(nèi)，土壤溶液含鹽量與電導(dǎo)率呈正相關(guān)，溶解的鹽類越多，溶液電導(dǎo)率就越大[12]。由圖4 可知，有機(jī)硅功能肥和秸稈施用量影響不同土層深度下電導(dǎo)率的分布。土壤電導(dǎo)率隨著土層深度的增加而增大。有機(jī)硅功能肥在一定土層深度范圍內(nèi)（0～10 cm）能夠降低土壤電導(dǎo)率，隨著有機(jī)硅功能肥施用量的增加而減小且均低于對(duì)照處理；在土層深度10 cm 以下，土壤電導(dǎo)率逐漸大于對(duì)照組，并隨著有機(jī)硅功能肥施用量的增加而增加。秸稈的存在一定程度上增加了土壤電導(dǎo)率，土壤電導(dǎo)率隨著秸稈施用量的增加而增加且均大于對(duì)照處理。表1是各處理在不同土層深度下電導(dǎo)率的變化。

表1 不同土層深度下，各處理所對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率大小 mS/cmTab.1 The electrical conductivity of each treatment under different soil depth

由表1可知，改良劑的種類和施用量影響著不同土層深度下的電導(dǎo)率的大小。如在土層深度9 cm，與對(duì)照CK 相比W0.5%、 W1%、 W1.5%、 W2% 電導(dǎo)率分別減少28.3%、31.2%、35.4%、40.8%；其中有機(jī)硅功能肥施用量2%（W2%）電導(dǎo)率最小。而在積鹽區(qū)同一土層土壤電導(dǎo)率與脫鹽區(qū)相反，電導(dǎo)率隨著有機(jī)硅功能肥施用量的增加而逐漸增加且都大于對(duì)照組。在土層深度15 cm，與對(duì)照組CK 相比較，W0.5%、W1%、W1.5%、W2% 電導(dǎo)率分別增加了15.7%、21.9%、25.1%、35.4%，其中，有機(jī)硅功能肥施用量2%(W2%)土壤電導(dǎo)率最大。在土層深度7 cm，J0.5%、J1%、J1.5%、J2%與對(duì)照組CK 相比電導(dǎo)率增加了8.8%、16.2%、24.6%、25.9%。在土層深度15 cm，J0.5%、J1%、J1.5%、J2%與對(duì)照組CK 相比電導(dǎo)率增加了26.9%、33.7%、37.6%、45.5%。

在土壤水分入滲過(guò)程中，電導(dǎo)率隨著土層深度的增加而逐漸增加，即上層土壤中的鹽分溶入水中并隨著水流的入滲向下遷移，使得大量鹽分聚集在濕潤(rùn)鋒附近，土壤剖面呈現(xiàn)出上層脫鹽、下層積鹽的現(xiàn)象[13]。有機(jī)硅功能肥能促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成，加速鹽分的淋洗，破除土壤板結(jié)，增加土壤孔隙度[6]，鹽分就會(huì)從土壤表層隨著水分下滲。由于水頭水位的降低，水分下滲緩慢，水量減少，水分中能夠攜帶的鹽分會(huì)減少，隨著土層深度的加深部分鹽分會(huì)停留在深層土壤中，導(dǎo)致土層深度越深鹽分就會(huì)相對(duì)變大。另外，秸稈具有保水性，使土層中溶于水中的可溶性鹽，一部分隨水分向下入滲，一部分儲(chǔ)存在秸稈中。由于水分入滲會(huì)加速土壤鹽分的淋洗，土壤鹽分會(huì)隨著土層深度越深含量越大，所測(cè)電導(dǎo)率就會(huì)越大。

有機(jī)硅功能肥和秸稈對(duì)鹽堿土的改良造成不同土層深度下電導(dǎo)率的差異。有機(jī)硅功能肥會(huì)加速土壤鹽分的淋洗，在一定土層深度范圍內(nèi)（0～10 cm)會(huì)使土壤鹽分含量相對(duì)減小，電導(dǎo)率會(huì)隨著有機(jī)硅功能肥施用量增加而逐漸減小，即W0.5%＞W(wǎng)1%＞W(wǎng)1.5%＞W(wǎng)2%；超過(guò)土層深度10 cm，電導(dǎo)率會(huì)隨著有機(jī)硅功能肥混施含量增加而逐漸增大，即W0.5%＜W1%＜W1.5%＜W2%，這主要是由于有機(jī)硅功能肥會(huì)隨著水分加速淋洗淺層土壤鹽分，有機(jī)硅功能肥混施含量越大會(huì)使深層鹽分含量增加。秸稈的存在會(huì)在一定程度上阻礙水分下滲，土壤中鹽分相對(duì)于對(duì)照組而言，鹽分含量較大，所測(cè)電導(dǎo)率偏大，但秸稈相對(duì)于有機(jī)硅功能肥而言不會(huì)加速鹽分淋洗，抑制水分入滲和儲(chǔ)存鹽分，這就造成有機(jī)硅功能肥深層土壤所測(cè)電導(dǎo)率比秸稈偏小[14]。

3 結(jié) 論

（1）有機(jī)硅功能肥和秸稈對(duì)土壤入滲性能有重要影響。有機(jī)硅功能肥和秸稈對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移和累積入滲量都有不同程度的抑制，即隨著施用量的增加，累積入滲量和濕潤(rùn)鋒運(yùn)移逐漸減小。秸稈施用量對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)移和累積入滲量的影響較大。

（2）有機(jī)硅功能肥和秸稈能夠提高土壤含水量。秸稈提高土壤含水量更加明顯。

（3）有機(jī)硅功能肥和秸稈施用量影響著不同土層深度下電導(dǎo)率的變化。在土層深度0～10 cm，電導(dǎo)率隨著有機(jī)硅功能肥施用量的增加而逐漸減小且均低于對(duì)照組；超過(guò)10 cm，電導(dǎo)率隨著有機(jī)硅功能肥施用量的增加而逐漸增加。整個(gè)入滲過(guò)程中，電導(dǎo)率隨著秸稈施用量的增加而增大且均大于對(duì)照處理。