機(jī)械混勻鹽堿土配施不同物料對(duì)土壤堿化特征的影響

馬玉露，馬金慧，賈桂華，李云飛，范 富，蘇雅樂其其格，馬玉樁

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028043；2.通遼市臺(tái)河口水利樞紐管護(hù)中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

土地鹽堿化已經(jīng)成為世界性問題，促使生態(tài)環(huán)境惡化，阻礙農(nóng)業(yè)與農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展.我國約有9 913萬hm2的鹽堿土地，其中，現(xiàn)代鹽漬化土地有3 693萬hm2，殘余鹽漬化土壤有4 487萬hm2［1］.內(nèi)蒙古通遼市的鹽堿地主要以蘇打鹽堿土為主，當(dāng)土壤堿化程度較高時(shí)土壤會(huì)出現(xiàn)堿斑，其表層緊密、膠結(jié)，在干旱條件下收縮呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)的裂隙，緊結(jié)而不透水［2］；如不合理施肥，不僅會(huì)使糧食減產(chǎn)，而且會(huì)使土壤鹽堿化程度更嚴(yán)重.目前，我國學(xué)者運(yùn)用洗鹽法［3］、改良劑調(diào)節(jié)土壤pH法［4-5］、微生物改良法［6］、植物改良法［7］等對(duì)鹽堿地進(jìn)行改良的研究較多；國內(nèi)學(xué)者在鹽堿化土壤中施加有機(jī)肥［8-11］、有機(jī)物料［12-16］、脫硫石膏［17-19］、覆沙摻沙［20-25］等物料改良鹽堿地，研究主要集中在單個(gè)因素或2個(gè)因素對(duì)鹽堿地的改良效果.筆者在前期研究的基礎(chǔ)［26］上施用化肥、有機(jī)肥、氧化鈣、玉米秸稈、羊糞、沙子及脫硫石膏改良鹽堿地，研究土壤耕層施用機(jī)械混合后采用7種改良劑對(duì)鹽堿地堿化特征的影響，并鑒選出最佳施入量，為提高鹽堿地的土壤生產(chǎn)力和高效利用土地資源提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)區(qū)選自內(nèi)蒙古通遼市科爾沁左翼中旗蘇打鹽堿地較為集中的代力吉鎮(zhèn)，海拔高度150～160 m，典型大陸季風(fēng)氣候，年均降水量300 mm，年均氣溫為5℃.試驗(yàn)區(qū)耕層土壤基本理化特性見表1.

表1 試驗(yàn)區(qū)鹽堿地機(jī)混前耕層土壤情況Tab.1 Soil condition of topsoil layer before mixing saline and alkaline soil in the test area

1.2 試驗(yàn)方案 試驗(yàn)區(qū)設(shè)置7種改良物料，分別為化肥、有機(jī)肥、氧化鈣、羊糞、玉米秸稈、沙子及脫硫石膏，每種物料施入量設(shè)6個(gè)梯度（0、1、2、3、4、5），分別旋耕（表2），以未旋耕未改良鹽堿地作為對(duì)照（CK），共43個(gè)小區(qū).每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)25 m、寬2.5 m（面積62.5 m2）.種植鹽角草，常規(guī)田間管理.

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Tab.2 Experimental design scheme kg·hm-2

續(xù)表2

1.3 試驗(yàn)材料 試驗(yàn)用鹽角草由內(nèi)蒙古通遼市金穗農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料有限責(zé)任公司提供，化肥、有機(jī)肥和氧化鈣分別由吉林市吉大化肥有限公司和五洲豐農(nóng)業(yè)科技有限公司提供，脫硫石膏由內(nèi)蒙古通遼市雙泡子電廠提供；腐熟1 a的羊糞、玉米秸稈碎屑（3～5 cm）和沙子由當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶提供.

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法 鹽角草成熟期采用五點(diǎn)取樣法取0～20 cm土層土壤樣品，采用電位法測(cè)定pH值，pH=9醋酸銨-氨水（NH4OAc-NH4OH）火焰光度法測(cè)定交換性鈉，pH=8.21乙酸鈉（NaOAc）-火焰光度法測(cè)定陽離子交換量（CEC），殘?jiān)娓煞y(cè)定水溶性鹽含量；根據(jù)交換性Na占CEC的百分含量求得ESP；K+、Na+采用火焰光度法測(cè)定，Ca2+、Mg2+采用EDTA容量法滴定，CO32-及HCO3-采用雙指示劑-中和滴定法.

2 結(jié)果與分析

2.1 改良物料施入量對(duì)鹽堿地土壤pH值的影響 各處理的pH值測(cè)定結(jié)果詳見表3.

表3 各處理pH值Tab.3 pH value of various treatments

從表3可知，旋耕未添加改良物料與CK土壤pH值無顯著差異；隨著化肥施入量的增加，pH值呈先下降后上升趨勢(shì)，化肥處理3 pH值最低，與化肥處理2、4無顯著差異，但顯著低于其他處理；隨著有機(jī)肥施入量的增加，pH值呈下降趨勢(shì)，有機(jī)肥處理4、5 pH值均極顯著低于有機(jī)肥處理0、1、CK，有機(jī)肥處理1與2、有機(jī)肥處理2與3、有機(jī)肥處理3與4、有機(jī)肥處理4與5間pH值無顯著差異，有機(jī)肥處理2、3、4、5 pH值均極顯著低于有機(jī)肥處理0與CK；隨著氧化鈣施入量的增加，pH值呈先下降后上升趨勢(shì)，氧化鈣處理3 pH值最低，極顯著低于氧化鈣處理0、1、4、5、CK；隨著羊糞施入量的增加，土壤pH值呈先下降后上升趨勢(shì)，羊糞處理3 pH值最低，羊糞處理3、4 pH值均極顯著低于處理0、1、5、CK；隨著玉米秸稈施入量的增加，土壤pH值呈下降趨勢(shì)，玉米秸稈處理4、5的pH值最低，均小于8.0；隨著沙子施入量的增加，土壤pH值呈先下降后上升趨勢(shì)；脫硫石膏處理2、3、4、5間土壤pH值均無顯著差異，極顯著低于脫硫石膏處理0和CK.改良物料中有機(jī)肥5對(duì)鹽堿地pH值的降幅最大.

2.2 改良物料施入量對(duì)鹽堿地土壤堿化度的影響 各處理的土壤堿化度詳見表4.

表4 各處理土壤堿化度Tab.4 Soil alkalinity of various treatments

從表4可知，隨著化肥施入量的增加，土壤堿化度呈先下降后上升趨勢(shì)，添加化肥處理間堿化度無顯著差異，化肥處理2、3、4、5極顯著降低堿化度；隨著有機(jī)肥施入量的增加，土壤堿化度呈逐漸降低趨勢(shì)，有機(jī)肥處理3、4、5極顯著降低堿化度；氧化鈣處理3、4、5顯著降低堿化度；羊糞處理2、3、4、5堿化度顯著降低土壤堿化度；玉米秸稈處理3、4、5極顯著降低土壤堿化度；添加沙子處理3條件下堿化度最低，脫硫石膏處理3、4差異顯著（P＜0.05）.

2.3 改良物料施入量對(duì)鹽堿地土壤陽離子含量的影響

2.3.1 對(duì)鈉離子含量的影響 各處理的土壤鈉離子含量詳見表5.

表5 各處理鈉離子含量Tab.5 Sodium ion content of various treatments cmol·kg-1

從表5可知，隨著化肥施入量的增加，土壤鈉離子含量呈先下降后上升趨勢(shì)，化肥處理2、3、4、5間無顯著差異，均顯著降低土壤鈉離子含量；化肥處理0、1、CK之間鈉離子含量無顯著差異.隨著有機(jī)肥施入量的增加，土壤鈉離子含量呈逐漸降低趨勢(shì)；隨著氧化鈣施入量的增加，土壤鈉離子含量呈先下降后上升趨勢(shì)，添加氧化鈣極顯著降低土壤鈉離子含量；隨著羊糞施入量的增加，土壤鈉離子含量呈逐漸降低趨勢(shì)，羊糞處理2、3、4、5極顯著降低土壤鈉離子含量；隨著玉米秸稈施入量的增加，土壤鈉離子含量呈逐漸降低趨勢(shì)，添加玉米秸稈極顯著降低鈉離子含量；沙子處理1、2、3、4、5極顯著降低鈉離子含量；脫硫石膏處理3、4、5極顯著降低鈉離子含量.

2.3.2 對(duì)鉀離子含量的影響 各處理的土壤鉀離子含量詳見表6.

表6 各處理鉀離子含量Tab.6 Potassium ion content of various treatments cmol·kg-1

續(xù)表6

從表6可知，隨著化肥施入量的增加，土壤鉀離子含量呈先增加后降低趨勢(shì)，除了化肥處理3與CK有顯著差異（P＜0.05）外，其余處理均與CK無顯著差異.隨著有機(jī)肥施入量的增加，土壤鉀離子含量呈逐漸增加趨勢(shì)，有機(jī)肥處理4、5鉀離子含量顯著大于其他處理（處理3除外）.隨著氧化鈣施入量的增加，土壤鉀離子含量呈先增加后降低趨勢(shì)，氧化鈣處理3、4均顯著高于氧化鈣處理0（P＜0.05），其余處理間均無顯著差異.隨著羊糞施入量的增加，土壤鉀離子含量呈逐漸增加趨勢(shì).隨著玉米秸稈施入量的增加，土壤鉀離子含量呈先增加后降低趨勢(shì)，玉米秸稈處理4顯著高于其他處理.沙子處理1、2、3、4、5、CK間均無顯著差異；沙子處理2、4與沙子處理0無顯著差異.隨著脫硫石膏加量的增加，土壤鉀離子含量呈先增加后下降趨勢(shì)，脫硫石膏處理2、3、4間無顯著差異.

2.3.3 對(duì)鎂離子含量的影響 各處理的土壤鎂離子含量詳見表7.

表7 各處理鎂離子含量Tab.7 Magnesium ion content of various treatments cmol·kg-1

從表7可知，化肥組中各處理間無顯著差異.有機(jī)肥處理5顯著高于有機(jī)肥處理0和CK，有機(jī)肥處理1、2、3與有機(jī)肥處理0和CK無顯著差異.氧化鈣處理0、1、2、4、5、CK間無顯著差異，只有氧化鈣處理3顯著大于氧化鈣處理0.羊糞處理0、1、2、3、4、CK間無顯著差異，只有羊糞處理5顯著大于羊糞處理0.隨著玉米秸稈施入量的增加，土壤鎂離子含量呈先增加后降低趨勢(shì).沙子組處理間土壤鎂離子含量無顯著差異.隨著脫硫石膏施入量的增加，土壤鎂離子含量呈先增加后降低趨勢(shì)，脫硫石膏處理3與0有顯著差異，其余處理間無顯著差異.

2.3.4 對(duì)鈣離子含量的影響 各處理的土壤鈣離子含量詳見表8.

表8 各處理鈣離子含量Tab.8 Calcium ion content of various treatments cmol·kg-1

續(xù)表8

從表8可知，化肥處理2、3、4、5均極顯著提高土壤鈣離子含量.有機(jī)肥處理3、4、5均極顯著提高土壤鈣離子含量，其余處理間無顯著差異.隨著氧化鈣施入量的增加，土壤鈣離子含量呈逐漸上升趨勢(shì)，處理4、5鈣離子含量均大于2.0 cmol·kg-1.羊糞處理3、4、5土壤鈣離子含量極顯著高于羊糞處理0和CK.隨著玉米秸稈施入量的增加，土壤鈣離子含量呈逐漸增加趨勢(shì).隨著沙子施入量的增加，土壤鈣離子含量呈先增加后下降趨勢(shì)，其中，沙子處理3顯著大于沙子處理0.隨著脫硫石膏量的增加，土壤鈣離子含量呈逐漸增加趨勢(shì)，脫硫石膏處理4、5均極顯著高于其他處理.

2.4 改良物料施入量對(duì)鹽堿地土壤陰離子含量的影響

2.4.1 對(duì)碳酸根含量的影響 旋耕未添加改良物料與CK碳酸根含量無顯著差異.隨著化肥施入量的增加，碳酸根含量呈先下降后上升趨勢(shì)；化肥處理3含量最低，顯著低于其他處理，極顯著低于化肥處理0、1、4、5、CK；除了化肥處理5外，添加化肥處理顯著降低碳酸根含量.隨著有機(jī)肥施入量的增加，碳酸根含量呈下降趨勢(shì)，有機(jī)肥5顯著低于其他處理，添加有機(jī)肥處理均極顯著低于機(jī)混前處理.氧化鈣處理2與4、處理3與4間無顯著差異，并且均極顯著低于機(jī)混前處理.隨著羊糞施入量的增加，碳酸根含量呈下降趨勢(shì).隨著玉米秸稈施入量的增加，碳酸根含量呈先下降后上升趨勢(shì)，最低值為玉米秸稈3極顯著低于其他處理.隨著沙子和脫硫石膏施入量的增加，碳酸根含量均呈先下降后上升趨勢(shì)；脫硫石膏處理2、3、4顯著降低碳酸根含量（表9）.

表9 各處理碳酸根含量Tab.9 Carbonate content of various treatments cmol·kg-1

2.4.2 對(duì)碳酸氫根含量的影響 化肥處理2、3、4、5極顯著降低碳酸氫根含量（P＜0.05），其中，化肥處理3的降幅最大；隨著有機(jī)肥施入量的增加，碳酸氫根離子含量呈逐漸下降趨勢(shì)，有機(jī)肥處理2、3、4、5顯著降低碳酸氫根含量（P＜0.05）；氧化鈣4顯著降低土壤碳酸氫根含量；羊糞處理2、3、4顯著降低土壤碳酸氫根含量；玉米秸稈處理2、3、4、5均顯著降低土壤碳酸氫根含量（P＜0.05）；沙子處理2、3、4、5均顯著降低土壤碳酸氫根含量；脫硫石膏處理2、3、4顯著降低土壤碳酸氫根含量（表10）.

表10 各處理碳酸氫根含量Tab.10 Bicarbonate content of various treatments cmol·kg-1

續(xù)表10

3 討論與結(jié)論

鹽堿地改良是一個(gè)較漫長(zhǎng)的過程，改良方法較多，其中，化肥處理對(duì)鹽堿地土壤鹽分的影響不大，而有機(jī)肥替代部分化肥處理可顯著降低土壤水溶性鹽總量和pH，使ESP值減少［9］.本試驗(yàn)中，化肥施入量800 kg·hm-2顯著降低pH值、堿化度、土壤陰離子含量.相比單施化肥處理，化肥減氮1/6+秸稈（6 000 kg·hm-2）處理在第2、第3年0～20 cm土層處分別脫鹽20.27%、37.53%，相比不施肥、單施化肥（N 540 kg·hm-2）、化肥減氮1/3+有機(jī)肥（9 000 kg·hm-2）、化肥減氮1/6+玉米秸稈（6 000 kg·hm-2），化肥減氮1/3+有機(jī)肥（9 000 kg·hm-2）土壤有機(jī)質(zhì)含量最高［27］；中度鹽堿地建議氨化秸稈還田量0.9 kg·m-2為宜［28］；相比秸稈半量還田（3 350 kg·hm-2）和無秸稈還田，秸稈全量還田（6 700 kg·hm-2）結(jié)合淺旋耕后再深松對(duì)鹽堿地改良的效果最好［29］；在松嫩平原鹽堿地秸稈翻埋還田對(duì)土壤pH改善有限［30］.本試驗(yàn)中，秸稈還田量28 000 kg·hm-2改良鹽堿地效果較好，是前人研究結(jié)果推薦用量的3倍多，這有可能因鹽堿土的鹽堿程度、還田秸稈腐熟度及土壤微環(huán)境條件不同導(dǎo)致.隨著脫硫石膏用量的增加，土壤堿化程度降低，但土壤鹽化程度增加［31］；脫硫石膏（22.5 t·hm-2）+土壤結(jié)構(gòu)改良劑（270 kg·hm-2）的施用量能改善龜裂堿土理化性狀［32］；脫硫石膏22.5 t·hm-2礫石暗溝處理下龜裂堿土Na+、CO32-、HCO3-、Cl-濃度顯著減少［33］；施用脫硫石膏對(duì)增加水分入滲、降低0～20 cm土層土壤pH和鹽分含量產(chǎn)生了積極影響［34］；利用脫離石膏改良5年后降低草甸堿土0～20 cm土層堿化度、pH值、含鹽量.而本試驗(yàn)中，脫硫石膏施入量2 600 kg·hm-2就能達(dá)到較好的改良效果.因此，要因地制宜選擇改良物料.

旋耕未加改良劑處理對(duì)鹽堿地pH值、堿化度、陽離子、陰離子含量均無顯著影響；7種改良物料處理3、4、5均顯著降低土壤堿化特征指標(biāo)，其施入量達(dá)到化肥800 kg·hm-2、有機(jī)肥2 400 kg·hm-2、氧化鈣960 kg·hm-2、羊糞240 000 kg·hm-2、玉米秸稈28 000 kg·hm-2、沙子80 000 kg·hm-2、脫硫石膏2 600 kg·hm-2就能顯著改善鹽堿地土壤性質(zhì)；其中，有機(jī)肥2 400 kg·hm-2改良鹽堿地效果最好.