鹽堿地原位工程化根治技術對土壤養(yǎng)分及甜瓜生長和產量的影響

寇燕燕，史中興，劉 斌，2

（1.甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心 甘肅景泰 730400； 2.甘肅農業(yè)大學園藝學院 蘭州 730070）

鹽堿化土壤在世界范圍內分布廣泛，特別是在干旱和半干旱地區(qū)，據(jù)統(tǒng)計，目前，我國約有1 億hm鹽堿地，而且還在以每年1%的速度增長，約占耕地總面積的5%。其中，可利用的約有3600 萬hm，占全國可利用土地總面積的4.88%。人類在進行生產生活時對土地資源的不合理利用導致了水土流失、土壤污染、土地退化等問題，加速了土壤鹽堿化進程。隨著鹽堿化程度的加劇，伴生的土壤沙化和荒漠化等生態(tài)問題也日益突出，農業(yè)生態(tài)環(huán)境急劇惡化，已成為限制農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素。因此，鹽堿地資源的合理開發(fā)利用與綜合治理對維護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和我國生態(tài)建設與實現(xiàn)全面協(xié)調可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義，如何改良和治理鹽堿化土壤成為現(xiàn)代土壤和農業(yè)生產中亟需研究解決的問題。

目前，用于鹽堿地土壤改良的方法較多，包括“控排鹽工程＋客土（更換土壤）”技術、“控排鹽工程＋原土改良”技術、暗管排鹽技術、水利工程改良技術、生物修復技術、化學改良技術、農藝措施、水產養(yǎng)殖等，這些方法在短期內對鹽堿的治理有較為明顯的效果，但隨著時間的推移，土體深層中可溶性鹽類通過毛細管重新在土壤表層積累，加之農業(yè)可用水資源匱乏，造成土壤鹽堿化和次生鹽堿化加劇。經(jīng)研究，民勤綠洲地區(qū)土壤含鹽量的平均值為47.02 g·kg，鹽堿化程度嚴重。甜瓜（）是甘肅河西綠洲地區(qū)重要的經(jīng)濟作物，民勤綠洲是河西地區(qū)最主要的甜瓜產區(qū)，是當?shù)刂匾闹еa業(yè)之一，給農業(yè)生產帶來了顯著的經(jīng)濟效益。近年來，由于甜瓜價格較高，農民在種植過程中為追求高產經(jīng)常大水大肥，大量開采地下水資源，導致地下水位不斷下降，水質礦化度升高，造成甜瓜土壤鹽堿化和次生鹽堿化逐年加劇，鹽堿地面積大幅增加。有研究表明，土壤鹽脅迫會抑制根系對土壤中一些必需元素的吸收，造成甜瓜植株離子毒害和營養(yǎng)失調，進而影響甜瓜養(yǎng)分吸收、光合作用和生長發(fā)育，不利于甜瓜產量和品質的提高，嚴重影響了當?shù)靥鸸仙a。因此，探索高效、低價、環(huán)保、實用的鹽堿地改良方法和改良材料，是當?shù)佧}堿土改良研究的目標和方向。

鹽堿地原位工程化根治技術利用優(yōu)勢特色資源凹凸棒石，利用研制的鹽堿地透氣防滲阻隔材料，并同地表下滲水阻隔材料、改造后土地“熟化”和“肥化”等材料鋪設于鹽堿地耕作下層，切斷了土壤鹽堿遷移通道，阻隔地下水中可溶性鹽類通過毛細管作用在土壤表面積聚造成的土壤次生鹽堿化，從而實現(xiàn)鹽堿地土壤的改良和治理。該技術已在玉米、小麥上應用，效果明顯，但在甜瓜上的應用研究鮮有報道。因此，為有效解決民勤綠洲甜瓜土壤鹽堿化和次生鹽堿化問題，筆者選用鹽堿地原位工程化根治技術探究該技術對鹽堿地土壤養(yǎng)分和對甜瓜生長發(fā)育生產情況的影響，以期改善民勤綠洲土壤的理化性狀，促進甜瓜增產提質，為該技術的大面積推廣應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021 年5—9 月在甘肅民勤縣農業(yè)技術推廣中心試驗站進行。試驗地位于河西走廊東段的民勤綠洲，為半封閉內陸荒漠區(qū)，溫帶大陸性極干旱氣候，年均降水量110 mm，年蒸發(fā)量2644 mm，晝夜溫差25.2 ℃，年均氣溫7.8 ℃，年均日照時數(shù)為3073 h。供試土地平整、排灌方便、形狀規(guī)整，前茬作物為甜瓜。

1.2 材料

供試材料：凹晶材料、阻隔材料、凹晶地力恢復劑和改良劑，由甘肅靖遠凹晶礦業(yè)開發(fā)有限公司提供。供試甜瓜品種為金紅寶，由廊坊市科龍種子有限公司培育，為當?shù)刂髟云贩N，具有豐產性好、品質較優(yōu)、耐貯運、抗病能力強等優(yōu)點，由甘肅省民勤縣農業(yè)推廣技術中心提供。

1.3 試驗設計

試驗采用單因素隨機區(qū)組試驗設計。以凹晶材料一次性鋪設量作為處理，設4 個處理，分別為3.0、2.5、2.0、1.5 t·667 m，不鋪設凹晶材料作為對照（CK）。3 次重復，共15 個小區(qū)，小區(qū)面積為40 m（2 m×20 m）。

鹽堿原位工程化技術實施工藝：于2020 年5月開挖試驗地50～70 cm 土壤后，將下層基礎及側壁進行整平處理，并用壓路機進行夯實。將凹晶緩沖材料均勻鋪設于夯實后的基礎上，鋪設量按試驗設計進行，然后應用鋪設機械將阻隔材料均勻鋪設于凹晶材料上，鋪設厚度為3 cm，鋪設完成后，用小型壓路機進行碾平處理，鋪設量為15 t·667 m；最后在阻隔層上鋪設細沙和細顆粒土壤作為保護層，鋪設厚度為10 cm，將上層土壤回填。上層土壤鹽分清除和土壤地力恢復：采用灌水洗鹽的方式，洗鹽每次用水量150 m·667 m，于2020 年6—7 月共洗鹽4 次，周期為7 d，在每次灌水前采用旋耕機械進行攪拌處理。上層土壤鹽分清除后，利用凹晶地力恢復劑進行土壤地力恢復。具體使用方法如下：將地力恢復劑顆粒均勻撒于土壤表面，使用量為250 kg·667 m，然后用旋耕機械進行耕作，土壤地力恢復期為6 個月。

甜瓜采用水旱塘栽培，水旱塘寬2 m，水溝寬70 cm，旱塘寬130 cm，株距45 cm，雙蔓整枝，每株留1 果，施肥水平和當?shù)厮较嘁恢?。開溝播種時一次性集中施入基肥施磷二銨10 kg·667 m、尿素20 kg·667 m，過磷酸鈣50 kg·667 m。坐瓜后追施尿素10 kg·667 m、硫酸鉀5 kg·667 m，果實膨大期追施尿素5 kg·667 m。在果實膨大期用尼龍網(wǎng)墊墊瓜。

1.4 測定指標與方法

植株生長指標：在甜瓜開花坐果期、果實膨大期、成熟期的生育階段末，每個小區(qū)選長勢一致的10 株分別測定莖粗、蔓長。采用相關系數(shù)法測定葉面積，葉面積=長×寬×0.68。每株取1 片功能葉片測定葉面積，然后將葉片放在烘箱內烘干至恒質量。比葉質量=葉干質量（mg）/葉面積（cm）。

產量和品質測定：甜瓜成熟時每個小區(qū)采收全部果實計產。每個小區(qū)選取5 個果實測定品質。采用直尺測量果實縱橫徑、皮厚、果肉厚度；采用WYT-A 型手持糖度折光儀測定可溶性固形物含量；采用GY-4 型果實硬度計測定果肉硬度。

土壤pH、全鹽量和養(yǎng)分測定：甜瓜收獲后，于每個處理的3 個重復小區(qū)采用土鉆取土法取深度0～50 cm 的土壤混合處理后，送至甘肅省農業(yè)科學院農業(yè)測試中心進行測定。采用電極法，用pH S-25型酸度計測定土壤pH 值；采用重鉻酸鉀硫酸氧化-外加熱法測定有機質含量；采用電導率法，用DDS-12A 數(shù)顯電導率儀測定全鹽量；采用凱氏定氮法，采用Kjeltec8200 半自動定氮儀測定全氮含量；采用堿解擴散法，用28YX-500 型電熱恒溫培養(yǎng)箱測定堿解氮含量；采用堿熔-鉬銻抗比色法，用Cary50 紫外可見分光光度計測定全磷含量；采用碳酸氫鈉提取-鉬銻抗比色法，采用Cary50 紫外可見分光光度計測定速效磷含量；采用堿熔-火焰光度法，用Sherwood M410 火焰光度計測定全鉀含量；采用乙酸銨提取-火焰光度法，用Sherwood M410火焰光度計測定速效鉀含量。

脫鹽率/%=［（對照土壤全鹽含量-處理土壤全鹽含量）/對照土壤全鹽含量］×100。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用新復極差法（Duncan）比較不同處理間的差異顯著性，采用Excel 2007 軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤養(yǎng)分和含鹽量的影響

由表1 可知，不同處理水平下，處理1 和處理2土壤全鹽量較CK 分別降低4.3%、4.5%，脫鹽率分別為33.86%、35.43%，優(yōu)于處理3 和處理4；處理2的pH（8.07）最低，較CK 下降0.41；各處理的有機質含量（，后同）均高于CK，處理2（8.61 g·kg）較處理1、處理3、處理4 分別高0.34、0.29、0.64 g·kg。土壤養(yǎng)分方面，各處理的堿解氮含量均高于CK，分別提高34.4%、76.9%、24.5%、92.0%，處理2 和處理4 效果最好，各處理對全氮含量無明顯影響。處理2 和CK 的有效磷含量均高于其他處理，處理2 最高，為26.5 mg·kg，較CK 提高11.8%。速效鉀方面，處理1、處理2、處理3 的含量均高于CK，分別提高18.4%、29.2%、19.4%，處理4 最低。各處理的全磷、全鉀含量均低于CK。表明鹽堿原位工程化技術可以降低鹽堿地土壤的全鹽量和pH 值，提高有機質含量提高，促進作物對土壤堿解氮和速效鉀的吸收，處理2 優(yōu)于其他處理。

表1 不同處理對土壤養(yǎng)分和全鹽量的影響

2.2 不同處理對甜瓜各生育期蔓長的影響

由表2 可知，不同處理水平下，開花坐果期處理2 甜瓜的蔓長最長，為70.74 cm，顯著高于處理4和CK，分別增長22.8%、29.3%，與處理1 和處理3差異不顯著。果實膨大期處理1 和處理2 甜瓜的蔓長分別為88.86、88.65 cm，均顯著高于處理4 和CK，與處理3 差異不顯著。成熟期處理1 的甜瓜蔓長（97.65 cm）顯著高于其他處理，處理2 顯著高于CK，與處理3 和處理4 差異不顯著。表明鹽堿原位工程化技術可以促進甜瓜各生育期蔓的生長，處理1 優(yōu)于其他處理。

表2 不同處理對甜瓜各生育期蔓長的影響 cm

2.3 不同處理對甜瓜各生育期莖粗的影響

由表3 可知，不同處理水平下，開花坐果期各處理甜瓜的莖粗均顯著高于CK，各處理之間差異不顯著。果實膨大期處理2 甜瓜的莖粗值最大，為1.22 cm，顯著高于處理1 和CK，與處理3 和處理4差異不顯著。成熟期處理2 甜瓜的莖粗（1.23 cm）顯著高于CK，與其他處理差異不顯著。表明鹽堿原位工程化技術可以促進甜瓜開花坐果期、果實膨大期莖的生長，處理2 優(yōu)于其他處理。

表3 不同處理對甜瓜各生育期莖粗的影響 cm

2.4 不同處理對甜瓜各生育期比葉質量的影響

由表4 可知，不同處理水平下，開花坐果期處理1、處理2 甜瓜的比葉質量均顯著高于處理3 和CK，處理1（6.91 mg·cm）比處理3 和CK 分別提高21.4%、25.2%，處理2（6.80 mg·cm）比處理3 和CK 分別高19.5%、23.3%，處理1 和處理2 之間差異不顯著。果實膨大期處理1、處理2、處理4 甜瓜的比葉質量均顯著高于處理3 和CK，處理1、處理2 和處理4 之間差異不顯著。成熟期處理2 和處理4 甜瓜的比葉質量均顯著高于處理3 和CK，處理2（8.51 mg·cm）比處理3 和CK 分別高18.2%、35.7%，處理4（8.21 mg·cm）比處理3 和CK 分別高14.0%、30.9%，處理1、處理2 和處理4 之間差異不顯著。表明鹽堿原位工程化技術可以顯著提高甜瓜開花坐果期、成熟期的比葉質量，處理1 和處理2 優(yōu)于其他處理。

表4 不同處理對甜瓜各生育期比葉質量的影響（mg·cm-2）

2.5 不同處理對甜瓜品質的影響

由表5 可知，不同處理水平下，處理2 和處理4甜瓜的縱徑顯著高于處理1，與其他處理差異不顯著。處理2 甜瓜的果肉厚度（3.96 cm）和可溶性固形物含量（15.08%）均顯著高于其他處理和CK，果肉厚度其他處理和CK 之間差異不顯著。處理4 甜瓜的硬度最高4.76 kg·cm，顯著高于其他處理和CK，其他處理和CK 之間差異不顯著。不同處理下甜瓜的橫徑和皮厚無顯著差異。表明鹽堿原位工程化技術可以顯著提高甜瓜的果肉厚度和可溶性固形物含量，處理2 優(yōu)于其他處理。

表5 不同處理對甜瓜品質的影響

2.6 不同處理對甜瓜經(jīng)濟產量的影響

由圖1 可以看出，不同處理水平下，處理2 的產量最高，為2 911.33 kg·667 m，顯著高于處理1（2 716.27 kg·667 m）和CK（2 585.67 kg·667 m），分別增產7.2%、12.6%。處理2、處理3、處理4 之間差異不顯著。處理1、處理3、處理4 之間差異不顯著，但均顯著高于CK。表明鹽堿原位工程化技術可以顯著提高甜瓜的經(jīng)濟產量，處理2 優(yōu)于其他處理。

圖1 不同處理對甜瓜產量的影響

3 討論與結論

土壤鹽堿化和次生鹽漬化是目前干旱半干旱地區(qū)農業(yè)面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題。因此，鹽堿地的改良和治理是緩解土地資源緊張的有效途徑。近些年，學者們對鹽堿地的改良和治理主要聚焦于如何降低鹽堿土壤的鹽分、提高土壤肥力、改善土壤環(huán)境。一般在鹽堿脅迫條件下，對作物的各項農藝指標、產品品質和產量都會有一定的負面影響。筆者采用鹽堿地原位工程化根治技術對民勤綠洲鹽堿土壤進行處理，利用其技術核心材料的不同鋪設量對土壤理化性狀和甜瓜的生長、品質和產量進行了研究。筆者研究表明，鹽堿原位工程化技術核心材料鋪設量為2.5 t·667m時土壤全鹽量較CK 降低4.5%，pH 下降0.41，有機質提高1.37 g·kg，脫鹽率達到35.4% ，增產率為12.6%，這與在玉米、小麥上的研究結果一致。綜合考慮，鹽堿原位工程化技術核心材料鋪設量為2.5 t·667 m時，甜瓜產量最高、品質最好，這可能是因為該鋪設量在降低土壤pH 值、含鹽量和促進甜瓜對土壤養(yǎng)分的吸收上優(yōu)于其他鋪設量，降低了鹽堿地對甜瓜植株的脅迫，因此甜瓜的生長指標、產品品質和產量都有明顯改善和提高，具有顯著的改良效果，這與Mavi 等的研究結果一致。該處理促進植株生長主要表現(xiàn)在促進甜瓜植株莖的加粗和比葉質量的增加，提高產品品質主要表現(xiàn)在提高了甜瓜的果肉厚度和可溶性固形物含量，這可能是提高了土壤中堿解氮和速效鉀含量，而已有研究表明鉀能夠顯著降低丙二醛含量和增加脯氨酸含量，進而能夠提高甜瓜的耐鹽堿能力，這與胡凡等在紫花苜蓿上的研究結果基本一致。

綜上所述，鹽堿原位工程化技術可以明顯降低鹽堿地土壤pH 和全鹽量，提高土壤有機質、堿解氮和速效鉀含量，獲得甜瓜較高產量和果實品質的凹晶材料一次性鋪設量為2.5 t·667 m，可以作為民勤綠洲甜瓜鹽堿原位工程化技術治理土壤鹽堿化的參考方案。