不同改良材料對(duì)濱海鹽堿土鹽分淋溶特征的影響

周文志，李素艷，孫向陽(yáng)，李嘯沖，查貴超，魏寧嫻

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

濱海鹽堿土是在海洋和陸地的相互作用下，由大量泥沙沉積形成的連接陸地和海洋的緩沖地帶。我國(guó)分布著大量的濱海鹽堿土，面積約1.1萬(wàn)km。鹽堿土具有pH值高、通透性差、表層易板結(jié)、養(yǎng)分含量低等特點(diǎn)，土壤條件惡劣，生產(chǎn)能力低，土地資源難以得到充分開發(fā)，一方面造成大量土地資源的浪費(fèi)，另一方面也加劇了沿海地區(qū)土地資源短缺的困境。灌溉洗鹽是降低鹽漬化土壤鹽分含量最簡(jiǎn)單有效的方法之一。要提高灌溉洗鹽的效率，其首要任務(wù)是改善土壤的通透性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的能夠改良鹽堿土通透性的材料較多，例如：粉煤灰具有粒細(xì)質(zhì)輕、多孔松散、比表面積大、活性基團(tuán)較多、吸附能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，能促進(jìn)土壤顆粒的團(tuán)聚作用；木醋液能改善土壤的物理性質(zhì)，有利于土壤中大團(tuán)聚體的形成，且可在降低土壤鹽分、堿化度和鈉吸附比的同時(shí)，提高土壤有機(jī)質(zhì)和水溶性有機(jī)碳的含量；堆腐后的園林廢棄物具有碳含量豐富、質(zhì)地疏松的特點(diǎn)，作為肥料或土壤調(diào)節(jié)劑施入土壤后，可促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤通透性，降低土壤pH值，提高土壤肥力和微生物活性，從而達(dá)到改良土壤的效果。在上述研究的基礎(chǔ)上，本研究選擇木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥作為改良材料，以河北省某濱海地區(qū)鹽堿土的表層(0～20 cm)土壤為試驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)土柱模擬試驗(yàn)，對(duì)添加不同改良材料后土壤淋溶液和土壤鹽分的組成及其變化進(jìn)行分析，比較鹽分淋溶與脫鹽過(guò)程的特征和差異，明確淋溶脫鹽過(guò)程中不同鹽分離子淋溶運(yùn)移的特點(diǎn)與差異，以期為鹽堿土改良尋找合適的改良材料，從而促進(jìn)濱海鹽堿土的可持續(xù)利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自河北中捷農(nóng)場(chǎng)二分場(chǎng)(38°22′38″N，117°23′03″E)耕地的表層，其在自然狀態(tài)下的容重為1.46 g·cm，田間持水量為20%，風(fēng)干后備用。粉煤灰由國(guó)電承德熱電有限公司提供。園林廢棄物堆肥由白蠟(Roxb)、楊樹(L.)、柳樹()和雜草等植物的修剪殘余物和凋落物經(jīng)二次堆肥法制得。木醋液系桃殼熱解所得，由石家莊宏森活性炭有限公司提供。將各試驗(yàn)材料的基本理化性質(zhì)整理于表1。供試土壤鹽分的垂直分布特征呈現(xiàn)出明顯的表聚性。堆肥中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等養(yǎng)分。

表1 供試材料的基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019年3—6月在北京林業(yè)大學(xué)教學(xué)苗圃溫室中進(jìn)行。從底層開始裝填土柱(由PVC管制作而成，管厚2 mm，高40 cm，內(nèi)徑8 cm)。為了避免在加土?xí)r造成各處理在土壤緊實(shí)方面的差異，分4次加入，每次加入的高度為5 cm，共加入20 cm高的土壤。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理：CK，不添加任何改良材料；T1，添加稀釋400倍的木醋液200 mL(含水量約為田間持水量的70%)；T2，添加10%(土壤體積分?jǐn)?shù))的粉煤灰；T3，添加4%(土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù))的園林廢棄物堆肥。每個(gè)處理均設(shè)置3次重復(fù)。土柱裝置底部用在中間位置留有直徑2 mm孔的PVC板密封，軟塑管連接該孔，承接淋溶液。為降低界面效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)一定的過(guò)濾效果，在土層表面和底層裝入2 cm厚的石英砂(粒徑3 mm)。

1.3 測(cè)定方法

圖1 淋溶裝置示意圖

SAR的計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：為SAR的值；(Na)、(Ca、(Mg)分別表示Na、Ca、Mg的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)，制作圖表。用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，對(duì)有顯著(<0.05)差異的，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)淋溶液電導(dǎo)率的影響

添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥后，土壤淋溶液的EC值均較CK提高，其中，試驗(yàn)初期，T2處理土壤淋溶液的EC值可達(dá)CK的3.7倍。Wilcox提出，當(dāng)土壤飽和浸出液的EC值小于2 mS·cm時(shí)，對(duì)作物不產(chǎn)生鹽害。據(jù)此判斷，在CK、T1、T2、T3處理下，要讓土壤淋溶液的EC值低于2 mS·cm，所需天數(shù)分別為28、22、16、26 d。也就是說(shuō)，施加改良材料后，土壤淋溶液EC值低于2 mS·cm所需時(shí)長(zhǎng)可較CK縮短2～12 d，其中，添加粉煤灰的處理需時(shí)最短，添加園林廢棄物堆肥的處理需時(shí)最長(zhǎng)。淋溶過(guò)程中，根據(jù)土壤淋溶液EC值的變化速度，一般可以分為急降、緩降、穩(wěn)定3個(gè)階段。本研究中，CK處理只有緩降和穩(wěn)定2個(gè)階段，添加改良材料后，能在前期加速淋洗。從急降到緩降的變化速率來(lái)看，T2和T3處理要快于T1和CK。至淋洗結(jié)束(即淋溶液的EC值穩(wěn)定在0.6 mS·cm)，CK、T1、T2、T3處理所需的天數(shù)分別為48、38、32、46 d。顯然，添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥都能提高鹽分洗脫速率，其中，粉煤灰的效果最好，其次是木醋液。

圖2 不同處理下土壤淋洗液電導(dǎo)率(EC)的變化

2.2 對(duì)淋溶液中主要離子濃度的影響

圖3 不同處理下土壤淋溶液中主要陽(yáng)離子的濃度變化

圖4 不同處理下土壤淋溶液中主要陰離子的濃度變化

2.3 對(duì)土壤鹽分指標(biāo)及主要鹽分離子含量的影響

添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥淋溶后，土壤pH值均顯著(<0.05)低于CK(表2)，其中，T2處理的pH值最低，且顯著(<0.05)低于其他處理，而T1和T3處理的土壤pH值差異不顯著。淋溶后，T2處理的土壤EC值顯著(<0.05)低于CK處理，而T1和T3處理的土壤EC值均顯著(<0.05)高于CK處理，且這2組間不存在顯著差異。鈉吸附比(SAR)是評(píng)價(jià)土壤鹽堿化程度的重要指標(biāo)，其值越大，說(shuō)明對(duì)土壤的危害越大。T2處理較CK顯著(<0.05)降低了淋溶后土壤的SAR值，降幅達(dá)56.63%；而T1和T3處理卻較CK顯著(<0.05)增加了淋溶后土壤的SAR值，說(shuō)明添加木醋液和園林廢棄物堆肥并不能降低鹽堿危害。

表2 不同處理淋溶后土壤的鹽分指標(biāo)

3 討論

本研究中，添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥后，淋溶液中的電導(dǎo)率變化呈急降、緩降、穩(wěn)定3個(gè)階段，從淋溶開始至淋溶液中的EC值趨于穩(wěn)定所需要的時(shí)間分別為38、32、46 d，均低于對(duì)照組的48 d，其中，添加粉煤灰的處理所需時(shí)間最短。

表3 不同處理下淋溶后土壤中主要鹽分離子的含量

一般來(lái)說(shuō)，pH值接近于7和EC值低于1 mS·cm的土壤環(huán)境更利于植物生長(zhǎng)。淋溶結(jié)束后，添加粉煤灰的處理土壤pH值、EC值降低最明顯，而添加木醋液、園林廢棄物堆肥的處理土壤pH值降低，EC值增加。這可能是因?yàn)椋敬滓褐泻卸喾N有機(jī)酸，園林廢棄物堆肥中的腐植酸(硝基腐植酸銨、硝基腐植酸)可調(diào)節(jié)土壤的pH值，粉煤灰中的AlO和SiO可與OH反應(yīng)，從而消耗土壤中的OH。當(dāng)土壤中的鹽分含量過(guò)高時(shí)，Na不僅會(huì)抑制植物對(duì)K的吸收，還會(huì)增加植物根中K的向外滲透，造成植物缺素。Ca、Mg能夠有效減輕Na的毒害。Ca不僅能保證Ca信號(hào)系統(tǒng)傳遞，還能增加質(zhì)膜的穩(wěn)定性，阻止細(xì)胞內(nèi)K外流和Na大量進(jìn)入，降低鹽分尤其是Na對(duì)功能器官的毒害。SAR值能直觀地反映土壤中Ca、Mg、Na的含量關(guān)系，SAR值越大，說(shuō)明Na含量越高，當(dāng)其值大于10時(shí)，可認(rèn)為土壤受到鹽分毒害。本研究發(fā)現(xiàn)，添加粉煤灰后淋溶，能明顯降低土壤的SAR值。這可能是因?yàn)?，隨著粉煤灰的添加，Ca、Mg交換出土壤中的Na，使得Na被淋失。

總的來(lái)看，添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥對(duì)濱海鹽堿土的淋溶都有促進(jìn)作用，其中，添加粉煤灰可使土壤中的8種主要離子的含量在短時(shí)間內(nèi)迅速減低，縮短鹽分淋溶時(shí)間。淋溶結(jié)束后，土壤的pH值、EC值和SAR值均較CK顯著降低，土壤鹽分毒害降低，改良效果最優(yōu)。添加木醋液和園林廢棄物堆肥雖然也能促進(jìn)土壤中鹽分的淋溶，但淋溶后土壤中的鹽分含量仍然較高，尤其是較高的Na含量導(dǎo)致土壤SAR值進(jìn)一步增加。綜合對(duì)比，在本試驗(yàn)條件下，濱海鹽堿土的改良宜添加粉煤灰。該結(jié)果有助于拓寬粉煤灰的利用途徑，減少其對(duì)環(huán)境的污染。但要說(shuō)明的是，粉煤灰中含有少量有害元素，其用量應(yīng)合理。研究證明，以不超過(guò)土壤體積10%的比例施用粉煤灰，一般不會(huì)造成作物的毒害，但在應(yīng)用粉煤灰時(shí)，仍應(yīng)加強(qiáng)對(duì)土壤質(zhì)量的檢測(cè)，避免二次污染。