添加脫硫石膏對蘇打鹽堿土理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量的影響

周 賓

（太原科技大學 環(huán)境科學與工程學院，山西 太原 030000）

土壤鹽堿化及次生鹽漬化是導致土壤退化、影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要原因。我國鹽堿地主要分布在長江以北的內(nèi)陸地區(qū)，以及渤海灣、遼東半島和蘇北濱海地帶。隨我國東西部的氣候變化，鹽堿地分布范圍、積鹽強度和特點等也不斷改變，最終呈現(xiàn)出內(nèi)陸多于沿海、逐漸成片的大體規(guī)律。松嫩平原是世界三大蘇打鹽堿地分布區(qū)之一，也是鹽堿土壤中改良利用難度最大的土壤類型[1]。據(jù)統(tǒng)計，1950年松嫩平原的鹽堿地約為240萬hm2，2016年就達到了393.7萬hm2，土地鹽堿化面積不斷擴大，鹽堿化程度不斷加劇[2-4]。近半個世紀以來，鹽堿土的開發(fā)利用一直受到土壤工作者的關(guān)注。針對松嫩平原蘇打鹽堿地而言，其具有水資源匹配良好、集中連片的特點，如果能夠合理開發(fā)利用，能夠有效增加我國耕地面積，有助于發(fā)展北方稻米，提高水稻產(chǎn)量，緩解我國糧食壓力，確保我國糧食安全和社會穩(wěn)定[5]。同時，開發(fā)利用鹽堿荒地種植水稻能夠改善該地區(qū)脆弱的生態(tài)環(huán)境，有效解決當?shù)赝恋赝嘶膯栴}。稻田作為具有生態(tài)功能的人工濕地，能夠有效凈化水質(zhì)，調(diào)解地區(qū)氣候，增加生物多樣性，協(xié)調(diào)生物與環(huán)境之間關(guān)系，提高土地綜合生產(chǎn)能力。

從目前的研究來看，鹽堿土壤的改良主要集中在物理、水利、生物和化學等方面。物理改良措施具體是指通過客土、深耕等手段，減少鹽分累計，達到改良目的。此外，通過平整土地，消除由于高低不平造成的低洼地帶的鹽分積累也是最常用最簡單的手段。水利改良措施是通過明溝暗管等工程措施，“鹽隨水來，鹽隨水去”，增加排水排鹽效率。生物改良措施是指通過篩選培育出耐鹽堿植物，通過在鹽堿地進行種植，能夠增加植被覆蓋度，減少土壤表層水分蒸發(fā)，抑制土壤反鹽，降低鹽分在表層的積累。且植物根系分解產(chǎn)生的二氧化碳和有機酸能夠起到酸堿中和的目的。通過化學改良劑改良鹽堿地一直都是國內(nèi)外科學家研究的熱點，并且已經(jīng)取得了不錯的成果。添加化學改良劑能夠?qū)ν寥李w粒進行凝聚，改善土壤結(jié)構(gòu)[6]。另一方面，化學改良劑中的陽離子能夠置換出土壤膠體中的鈉離子，促進鹽分向下淋洗，達到土壤耕作層脫鹽的目的[7]。官婭莉等[8]研究表明，在土壤中施加磷石膏后，能夠有效降低耕層土壤的p H和堿化度，提高土壤滲透性。李月芬等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中通過添加硫酸鋁會增加土壤對磷的吸附量和提高作物的出苗率。邵玉翠等[10]研究表明，添加脫硫石膏土壤的堿化度、p H和全鹽含量降低的同時，為作物也提供了豐富的鈣和硫元素。WANG等[11]通過田間試驗發(fā)現(xiàn)，脫硫石膏能夠顯著改善土壤的孔隙狀況，提高土壤滲透性，利于鹽分的向下淋洗。王金滿等[12]通過土柱淋洗和盆栽試驗研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中適量添加脫硫石膏能夠顯著降低土壤堿化度、鈉吸附比和pH值，而且淋洗措施也起著重要作用。本研究不僅測定了添加脫硫石膏后，土壤理化性質(zhì)的改變，而且從水稻生長性狀及產(chǎn)量等方面?zhèn)让娣从沉送寥栏牧夹Ч?。脫硫石膏改良鹽堿土要在水稻種植前施用，種植期間不再添加，合理的脫硫石膏用量是改良是否成功的關(guān)鍵因素。筆者通過添加不同用量的脫硫石膏改良鹽堿地，對改良后土壤的理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量進行測定，分析脫硫石膏的改良效果并明確脫硫石膏的田間適宜用量。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2019年5—10月在吉林省通榆縣八面鄉(xiāng)進行，該地屬于半干旱大陸性季風氣候區(qū)，春秋干旱多風，夏季炎熱多雨，尤其7—8月的降水占據(jù)了全年降水的70%以上，“十春九旱”是該地氣候的特點[13]。土壤質(zhì)地為砂質(zhì)黏壤土，砂粒占比54.12%，粉粒占比18%，黏粒占比27.88%[14]。土壤容重為1.6 g/cm3，p H值為10.4，水溶性鹽總量為9.35 g/kg，堿化度39.2%。

1.2 試驗材料

水稻品種選用耐鹽堿的白稻8號，改良劑選用脫硫石膏（主要成分為硫酸鈣和亞硫酸鈣）

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理，分別為CK（對照，不添加脫硫石膏）、T 1（脫硫石膏5 t/hm2）、T 2（脫硫石膏10 t/hm2）、T 3（脫硫石膏15 t/hm2）。小區(qū)面積均為0.1 hm2，2019年5月20日，在插秧前對試驗地施加脫硫石膏，將脫硫石膏均勻施入試驗地中，采用犁翻耕使脫硫石膏與土壤充分混合，脫硫石膏一次性施入，之后不再進行脫硫石膏的撒施。之后平整土地，試驗小區(qū)開始灌水、泡田和排水。6月5日插秧，插秧密度為20穴/m2，每個處理設(shè)3次重復，小區(qū)隨機排列。期間正常田間管理，10月9日收獲。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)的測定 10月9日水稻收獲后，在每個試驗小區(qū)按照對角線設(shè)3個采樣點采集0~10、10~20、20~40 cm土樣并進行混合，將上述樣品烘干過篩用于分析理化性質(zhì)。土壤容重采用環(huán)刀法進行測定；土壤p H采用電位法測定；水溶性鹽總量采用殘渣烘干-質(zhì)量法測定。

1.4.2 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的測定 收獲期每小區(qū)隨機選取3處1 m×1 m對水稻進行取樣，統(tǒng)計該樣方內(nèi)株高、穗長、有效分蘗、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等生長性狀，烘干后計算地上部生物量。每個小區(qū)完全收獲后測定產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2013進行處理，用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計，試驗結(jié)果用Origin 8.1作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤基本理化性質(zhì)的影響

由圖1可知，與CK相比，添加脫硫石膏之后0~40 cm土層pH值均顯著降低，且隨脫硫石膏用量的增加，土壤同一土層pH值也是不斷降低。同一處理不同土層間變化差異不顯著。在0~10 cm土層，添加脫硫石膏pH值降幅為3.9%~8.7%；在10~20 cm土層，添加脫硫石膏pH值降幅為4.3%~9.7%；在20~40 cm土層，添加脫硫石膏pH值降幅為2.9%~8.4%。其中，T 3處理較CK降低最多，不同土層分別降低了8.7%，9.7%，8.4%，T 2、T 3處理間差異不顯著。鹽堿土壤p H值降低能夠有效提高土壤養(yǎng)分的有效性、微生物活性，有利于植物生長發(fā)育。

從圖2可以看出，隨著深度的增加，土壤容重是不斷增加的。在同一土層，土壤容重隨脫硫石膏用量的增加基本呈現(xiàn)降低的趨勢。在0~10 cm土層，土壤容重降幅為1.2%~3.8%，T 2、T 3較CK差異顯著（P<0.05）；在10~20 cm土層，容重降幅為2.5%~3.7%，添加脫硫石膏處理較CK差異顯著（P<0.05），脫硫石膏各處理間差異不顯著；20~40 cm土層各處理間差異不顯著。T 2處理的容重降低最多，各土層較CK分別降低了3.8%、3.7%、1.0%。土壤容重降低，間接反映了土壤孔隙是增加的，說明添加脫硫石膏能夠有效提高土壤結(jié)構(gòu)，改善鹽堿土地板結(jié)嚴重的情況，有利于鹽分的向下淋洗，使土壤表層脫鹽。

從圖3可以看出，添加脫硫石膏后，水溶性鹽總量均顯著降低。同一處理下隨取樣深度的增加，水溶性鹽總量呈增加趨勢。在0~10 cm土層，水溶性鹽總量降幅為39%~71%；在10~20 cm土層，水溶性鹽總量降幅為26%~66%；在20~40 cm，水溶性鹽總量降幅為16%~52%。其中，T 2處理水溶性鹽總量降低幅度最大，在不同土層較CK分別降低了71%、66%、52%。土壤水溶性鹽分含量降低，能夠降低植物受到的鹽脅迫，有利于水稻生長。

2.2 不同處理對水稻生長狀況及產(chǎn)量性狀的影響

從表1可以看出，與CK相比，添加脫硫石膏能夠顯著提高水稻株高、穗長和地上部生物量。T 1、T 2、T 3的水稻株高分別提高了10.5%、43.3%、34.2%，T 2、T 3較CK處理差異顯著（P<0.05）；水稻穗長提高了7.2%、39.2%、30.4%，T 2、T 3較CK處理差異顯著（P<0.05）；水稻地上部生物量提高了118%、208%、178%，各處理間差異顯著（P<0.05）。其中，T 2處理下水稻生長狀況最優(yōu)。

表1 不同處理對水稻生長的影響Tab.1 Effects of differ ent tr eatments on rice gr owth

從表2可以看出，添加脫硫石膏處理的穗粒數(shù)、癟粒率、千粒質(zhì)量和實測產(chǎn)量等指標與CK均差異顯著（P<0.05）。T 1、T 2、T 3的水稻有效分蘗數(shù)提高了25%、81.5%、51.8%，T 1、T 3處理間差異不顯著；水稻穗粒數(shù)提高了24.6%、63.6%、66.5%，且T 2、T 3處理間差異不顯著；水稻癟粒率降低了48.2%、63.5%、65%，T 2、T 3處理間差異不顯著；千粒質(zhì)量提高了40.8%、38.4%、48%，各處理間差異顯著（P<0.05）；小區(qū)實測產(chǎn)量提高了205%、475%、389%，各處理間差異顯著（P<0.05）。說明通過添加脫硫石膏，水稻產(chǎn)量性狀和實際產(chǎn)量得到顯著提高，其中，T 2處理的水稻產(chǎn)量增幅最高。

表2 不同處理對水稻產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量的影響Tab.2 Effects of different treatments on rice yield traits and yield

3 結(jié)論與討論

本試驗通過添加脫硫石膏進行鹽堿土壤的改良，能夠顯著提高土壤的理化性質(zhì)。脫硫石膏中含有的Ca2+與土壤膠體中的Na+發(fā)生置換，Na+會形成中性鹽，而不會形成氫氧化鈉[15]，隨后隨水向下淋洗，使土壤由鈉質(zhì)土變?yōu)殁}質(zhì)土，能夠顯著降低土壤的p H值。通過添加脫硫石膏，一方面有利于土壤中團聚體數(shù)量的增加，使小顆粒向大顆粒轉(zhuǎn)變，土壤孔隙不斷增加。另一方面，隨脫硫石膏用量增加，土壤理化性質(zhì)得到改善，有利于水稻生長和水稻根系的延伸發(fā)育，形成一定規(guī)模的根系，能夠增加土壤大孔隙數(shù)量[16]。所以，土壤容重是不斷降低、土壤孔徑和孔隙率增加能夠有效緩解鹽堿土壤板結(jié)嚴重的問題，有利于鹽分的向下淋洗[17]，使土壤表層脫鹽。鹽分會在深層土壤進行積累（40~60 cm），所以，隨深度增加水溶性含鹽量呈現(xiàn)了增加的趨勢，這與之前的研究也是相吻合的[18]。同時，脫硫石膏含有大量的SO42-、Ca2+等離子，在鹽堿土壤中加入過量的脫硫石膏也會導致含鹽量上升，這也解釋了T 3處理水溶性含鹽量相對升高的原因。

添加脫硫石膏能夠改善水稻生長狀況和水稻產(chǎn)量，其中，T 2處理水稻生長狀況最佳，該結(jié)論與肖國舉等[19]研究表明的水稻種植條件下脫硫石膏的降低土壤堿化度、全鹽含量的最佳用量與水稻最大產(chǎn)量的脫硫石膏用量一致是相符合的?？赡苁怯捎谔砑用摿蚴?，土壤理化性質(zhì)得到改善，土壤容重降低，土壤孔隙度增加，提高了土壤通透性，利于水稻根系下扎發(fā)育。土壤pH值和水溶性鹽總量降低，土壤對水稻的鹽堿脅迫降低，提高了水稻根際周圍土壤微生物活性和土壤酶活性，加快了土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化，利于水稻根系發(fā)育[20]。脫硫石膏中含有豐富的硫、鈣、硅等元素，其中的鈣元素對作物生長發(fā)育和抗逆性具有有利作用[21]。

本試驗通過探究脫硫石膏對蘇打鹽堿土理化性質(zhì)及水稻產(chǎn)量的影響可以發(fā)現(xiàn)，土壤理化性質(zhì)得到顯著改善，土壤p H值、土壤容重、水溶性鹽總量均顯著降低。其中，T 2處理條件下，綜合改良效果最優(yōu)，土壤pH值降幅為6.8%~8.6%，容重降幅為1.0%~3.7%：水溶性鹽總量降幅為52%~71%。水稻生長受到的鹽堿脅迫降低，水稻癟粒率顯著降低，水稻株高、穗長、有效分蘗、穗粒數(shù)、千粒重等水稻生長性狀顯著提高，T 2處理實測產(chǎn)量提高了475%。試驗表明，脫硫石膏能夠有效改良鹽堿地，田間施用10 t/hm2的脫硫石膏改良效果最佳。本研究只表征了施加脫硫石膏后土壤理化性質(zhì)的改變，說明改良效果，未探討脫硫石膏施入土壤以后的作用機制，今后將作進一步探索。