土壤pH和SO42-含量對(duì)設(shè)施菜地土壤障礙強(qiáng)還原處理修復(fù)的響應(yīng)

趙旭麗，姚宇闐，陳超，黃新琦，孟天竹*

1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.江蘇省沿海開發(fā)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210000；3.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023

蔬菜生產(chǎn)在中國農(nóng)業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。2018年中國蔬菜種植面積為2.044×107hm2，約占農(nóng)作物總種植面積的12.3%，蔬菜成交額達(dá)7420億元（中華人民共和國國家統(tǒng)計(jì)局國家統(tǒng)計(jì)局，2019）。為獲得更高經(jīng)濟(jì)效益，設(shè)施蔬菜地在種植過程中往往施用過量化肥，導(dǎo)致土壤在種植2－5年后出現(xiàn)嚴(yán)重酸化和次生鹽漬化等退化現(xiàn)象（Shi et al.，2009；Shen et al.，2016）。研究表明，設(shè)施土壤年均氮肥施用量超過4000 kg·hm-2，遠(yuǎn)超植物所需，且土壤中硝態(tài)氮（NO3-）平均含量是普通農(nóng)田土壤的21.2倍（Yu et al.，2010；Li et al.，2019）。值得注意的是，伴隨氮、磷、鉀肥料施入土壤的硫酸根（SO42-）被作物吸收利用率低，因此，SO42-也是導(dǎo)致設(shè)施土壤次生鹽漬化的主要鹽基離子之一（Eriksen，2005；Meng et al.，2015）。一般而言，設(shè)施蔬菜地土壤中SO42-含量在100－1000 mg·kg-1（Huan et al.，2007；Meng et al.，2015），但在SO42-累積嚴(yán)重的土壤中其含量可高達(dá)近4000 mg·kg-1（Cho et al.，2011；Jo et al.，2012）。SO42-過量累積會(huì)直接造成鹽脅迫導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受抑制（余海英等，2006）。

強(qiáng)還原土壤消毒方法（Reductive Soil Disinfestation，RSD）通過向土壤中施用易分解有機(jī)物料、淹水、覆膜的手段，能夠在短期創(chuàng)造強(qiáng)還原環(huán)境殺滅土壤病原菌，提高土壤pH，去除土壤中累積的NO3-，緩解次生鹽漬化，從而起到有效改良退化土壤的效果（蔡祖聰?shù)龋?015）。前期研究結(jié)果表明，RSD處理能夠有效降低土壤SO42-含量，減少的SO42-主要轉(zhuǎn)化為其他硫形態(tài)保留在土壤中，但RSD過程中SO42-的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及處理后種植作物過程中其他硫形態(tài)是否會(huì)再次轉(zhuǎn)化為SO42-尚未有確切結(jié)論（Meng et al.，2015）。在有機(jī)碳和可利用氮含量充足的條件下，SO42-可被微生物固定為酯鍵硫或碳鍵硫（Tavakoli et al.，2017）。厭氧條件下，SO42-能夠被硫酸鹽還原菌（sulfate-reducing bacteria，SRB）還原為硫化氫（H2S）從土壤中脫除。因此，RSD處理過程中施用大量易分解有機(jī)物料并創(chuàng)造的強(qiáng)還原環(huán)境，或?qū)⑼寥乐欣鄯e的SO42-固定為有機(jī)硫或轉(zhuǎn)化為H2S。Al-Zuhair et al.（2008）研究表明，相較于酸性環(huán)境，SRB在中性條件下生長(zhǎng)迅速且活性更高，對(duì)于環(huán)境中SO42-的去除效果更好。同時(shí)，提高土壤pH可促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)降解（Curtin et al.，1998），或促進(jìn)SO42-的同化作用。因此，RSD過程中施用石灰調(diào)節(jié)土壤pH至中性或?qū)⑻岣逽O42-的去除效率。

值得注意的是，目前關(guān)于RSD處理土壤理化性質(zhì)變化的研究主要聚焦于處理過程中的變化，對(duì)處理后種植作物過程的土壤理化性質(zhì)變化情況關(guān)注甚少。RSD處理后的設(shè)施土壤恢復(fù)種植后，由于化肥的過量施用或?qū)?dǎo)致土壤再次面臨次生鹽漬化和酸化風(fēng)險(xiǎn)。此外，在RSD處理過程中，轉(zhuǎn)化為非揮發(fā)性硫化物的SO42-，在后續(xù)種植過程中有再次轉(zhuǎn)化為可溶性SO42-的可能，導(dǎo)致次生鹽漬化加劇。土壤非生物環(huán)境是植物和微生物賴以生存的基礎(chǔ)，因此，RSD處理土壤恢復(fù)種植后理化性質(zhì)變化將直接或間接影響作物健康。

綜上，明確RSD處理過程及種植作物過程中土壤理化性質(zhì)變化，尤其是土壤中SO42-含量及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物含量的變化，對(duì)于評(píng)估RSD處理對(duì)土壤次生鹽漬化長(zhǎng)期改良效果及優(yōu)化RSD處理方法具有理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本試驗(yàn)選取退化嚴(yán)重的設(shè)施蔬菜地土壤，在RSD處理前添加石灰和硫酸鉀（K2SO4）調(diào)節(jié)土壤pH和SO42-含量，后期連續(xù)種植2茬黃瓜，研究土壤初始pH和SO42-含量對(duì)RSD處理過程中SO42-去除效果、轉(zhuǎn)化產(chǎn)物及種植作物過程中土壤主要理化性質(zhì)的影響，初步探究RSD處理對(duì)土壤次生鹽漬化的長(zhǎng)期改良效果及其影響因素。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自江蘇省南京市橫溪鎮(zhèn)（31°43′N，118°46′E）土壤嚴(yán)重退化的設(shè)施蔬菜大棚（6 m×70 m）。該大棚已連續(xù)種植作物3年，每年種植2－3茬作物，主要為西紅柿（SolanumlycopersicumL.）和黃瓜（CucumissativusL.）。2015年4月，黃瓜收獲后進(jìn)行土壤樣品的采集。在大棚內(nèi)隨機(jī)選取10個(gè)1 m×1 m的樣地采集土樣，間隔距離為10 m，采樣深度為0－20 cm。剔除土壤中的石塊和植物根系，過8 mm孔徑的篩，并將新鮮土壤混合均勻。測(cè)定土壤初始理化性質(zhì)，具體如下：土壤含水量11.1%，最大田間持水量37.0%，pH 5.08，EC 0.56 mS·cm-1，NH4+-N 8.06 mg·kg-1，NO3--N 340 mg·kg-1，可溶性SO42--S 395 mg·kg-1，吸附態(tài)SO42--S 38.1 mg·kg-1，硫酸鹽沉淀（以S計(jì)）152 mg·kg-1，有機(jī)硫（以S計(jì)）40.5 mg·kg-1，總硫626 mg·kg-1。

RSD處理選取紫花苜蓿粉為有機(jī)物料，購于山東省濱州市無棣縣，60 ℃烘干后粉碎，過0.25 mm孔徑的篩。紫花苜蓿粉總碳含量為549 g·kg-1，總氮20.3 g·kg-1，總硫2.33 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理：無處理對(duì)照（CK）；淹水+紫花苜蓿粉（RSD0）；淹水+紫花苜蓿粉+石灰（CaO）（RSD1），石灰用量為1.10 g·kg-1（干土），調(diào)節(jié)土壤pH至7.30；淹水+紫花苜蓿粉+硫酸鉀（K2SO4）（RSD2），為創(chuàng)造高SO42-土壤環(huán)境，SO42-添加量為4000 mg·kg-1，即以S計(jì)為1333 mg·kg-1（干土）；淹水+紫花苜蓿粉+石灰+K2SO4（RSD3），石灰用量為1.10 g·kg-1（干土），SO42--S添加量為1333 mg·kg-1（干土）。紫花苜蓿粉添加量為9.35 g·kg-1干土，折合大田施用量為20 t·hm-2每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

RSD處理具體操作為：稱取相當(dāng)于6.00 kg干土質(zhì)量的新鮮土壤，根據(jù)不同處理分別與紫花苜蓿粉、石灰和K2SO4充分混勻后裝入封口袋中，加入1800 mL蒸餾水至土壤最大持水量。除CK外，其余處理封口袋均密封，35 ℃條件下連續(xù)培養(yǎng)15 d，培養(yǎng)過程中定期補(bǔ)充CK處理蒸發(fā)流失的水分。培養(yǎng)15天后每個(gè)處理隨機(jī)選擇3個(gè)重復(fù)采集土壤樣品，采樣前充分混勻封口袋內(nèi)的土壤，取一定量土樣（約500 g），測(cè)定土壤含水量、pH、EC、NH4+和NO3-含量、可溶性SO42-、吸附性SO42-、硫酸鹽沉淀和硫化物含量。將所有土樣晾干至田間持水量60%后過8 mm孔徑的篩，取一定量土樣（約500 g）過2 mm孔徑的篩，再次測(cè)定上述指標(biāo)及總硫（TS）含量。

1.2.2 盆栽試驗(yàn)

上述處理后的土樣中稱取相當(dāng)于5.00 kg干土質(zhì)量的新鮮土壤，裝入盆缽中。將事先培育好的黃瓜苗定植于盆缽中，每盆種植一株黃瓜，黃瓜品種為津春4號(hào)。種植過程中，水肥均一化管理，定期補(bǔ)充氮、磷、鉀肥。相較于田間種植，盆栽種植需提高施肥量以維持植物正常生長(zhǎng)，施肥形態(tài)及用量見表1。種植60 d后，將盆缽中土樣過8 mm孔徑的篩后混合均勻，取約500 g過2 mm孔徑的篩，測(cè)定pH、EC、NH4+、NO3-、可溶性SO42-、吸附性SO42-、硫酸鹽沉淀、硫化物和總硫含量。稱取相當(dāng)于4.50 kg干土質(zhì)量的上述新鮮土壤，裝入盆缽中，種植第二茬黃瓜，種植過程中黃瓜出現(xiàn)缺肥癥狀，為保證其正常生長(zhǎng)增加肥料施用量，施肥量見表1。由于第二茬黃瓜于秋冬季種植，受低溫影響，與第一茬相比生長(zhǎng)緩慢，固延長(zhǎng)種植時(shí)間。種植90 d后，將盆缽中土樣混合均勻后，采集土壤樣品約500 g過2 mm孔徑的篩，測(cè)定土壤pH、EC、NH4+、NO3-、可溶性SO42-、吸附性SO42-、硫酸鹽沉淀、硫化物和總硫含量。

表1 黃瓜種植過程中施用肥料種類和用量Table 1 Fertilizer type and quantity during the cucumber planting

1.3 樣品分析

不同無機(jī)硫形態(tài)測(cè)定：

水溶性SO42-含量：土壤用蒸餾水（土水質(zhì)量比1::10）浸提，25 ℃、250 r·min-1震蕩30 min后，8000 r·min-1離心10 min，取上清液過0.45 μm 濾膜和C18柱后用離子色譜（Thermo Dionex ICS-1100，美國）測(cè)定濾液中SO42-濃度。

吸附性SO42-含量：將上述離心后土壤用0.016 mol·L-1KH2PO4溶液浸提（土水質(zhì)量比1:10），浸提液處理和測(cè)定同水溶性SO42-。

硫化物和硫酸鹽沉淀含量：二次離心后的土壤樣品用10 mL蒸餾水洗入J-N蒸餾器（Reed et al.，1996），消化蒸餾瓶中加入2 mol·L-1鹽酸10 mL，微沸蒸餾30 min，氣體接收器中加入0.05 mol·L-1NaOH吸收HCl揮發(fā)性硫，待蒸餾完成后，加入2滴質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的H2O2溶液，將吸收液中的S2-氧化至SO42-，過濾蒸餾器中的HCl消煮液。NaOH吸收液和HCl溶液用ICP-AES（Prodigy，Leeman，USA）分別測(cè)定其中硫化物（HCl揮發(fā)性硫）和硫酸鹽沉淀（HCl可溶性硫）含量。

總硫含量：土壤在60 ℃下烘干研磨過0.150 mm孔徑的篩，采用元素分析儀（Elementar，Vario MAX CNS，德國）測(cè)定。其他土壤理化性質(zhì)測(cè)定參考《土壤農(nóng)化分析方法》（魯如坤，2000）。

土壤pH：采集的土樣用蒸餾水（土水質(zhì)量比1:2.5）浸提，采用DMP-2mV/pH計(jì)（Mettler S220，Switzerland）測(cè)定。土壤電導(dǎo)率EC：土樣用蒸餾水（土水質(zhì)量比1:5）浸提，采用電導(dǎo)率儀（Kang Yi Corp.，中國）測(cè)定。

NH4+和NO3-含量：用2 mol·L-1KCl溶液浸提（土水質(zhì)量比1:5）土樣，25 ℃、250 r·min-1條件下震蕩1 h后用定性濾紙過濾，用流動(dòng)分析儀（Skalar，Breda，Netherlands）測(cè)定KCl浸提液中NO3-和NH4+的N含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

施石灰處理土壤pH初始值為土壤僅施石灰穩(wěn)定2 h后測(cè)得的pH值，添加SO42-處理土壤初始SO42-含量為土壤原SO42-含量加施入的SO42-含量，其余土壤理化性質(zhì)初始值即原始土壤性狀。

添加SO42-處理土壤初始總硫含量為土壤原總硫含量加施入的SO42-含量。

土壤有機(jī)硫含量用下式計(jì)算：

式中：

w(OS)——土壤有機(jī)硫-S含量（mg·kg-1）；

w(TS)——土壤總硫-S含量（mg·kg-1）；

w(IS)——土壤無機(jī)硫-S含量（mg·kg-1）。

土壤無機(jī)硫含量為不同形態(tài)無機(jī)硫含量之和，用下式計(jì)算：

式中：

w(IS)——土壤無機(jī)硫-S含量（mg·kg-1）；

——土壤水溶性SO42--S含量（mg·kg-1）；

——土壤吸附態(tài)SO42--S含量（mg·kg-1）；

——土壤硫酸鹽沉淀-S含量（mg·kg-1）；

w(S2-)——土壤硫化物-S含量（mg·kg-1）。

采用單因素方差分析（one-way ANOVA）與LSD檢驗(yàn)進(jìn)行處理間土壤理化和微生物學(xué)性質(zhì)顯著性差異分析（P<0.05）。上述分析在SPSS 17.0軟件中操作。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 土壤pH、EC、NO3-和NH4+含量變化

培養(yǎng)結(jié)束后，各RSD處理土壤pH與處理前相比均顯著升高（P<0.05）（圖1a），未施石灰的RSD0和RSD2處理中pH從初始的5.08分別上升至7.20和7.23，施加石灰的RSD1和RSD3處理中pH從處理前的7.30分別上升至7.61和7.71。土壤晾干后，各處理pH略有下降，但RSD處理土壤pH仍保持中性偏堿狀態(tài)，RSD0、RSD1、RSD2和RSD3處理pH分別為7.15、7.28、6.80和7.53，顯著高于CK。種植一茬黃瓜后，RSD0和RSD2處理土壤pH分別降至5.84和5.83，RSD1和RSD3處理分別下降至6.52和6.64，CK處理降至4.74；種植兩茬黃瓜后，RSD0和RSD2處理土壤pH降至4.90和4.87，RSD1和RSD3處理分別降至5.59和5.54，仍顯著高于CK處理（4.30）（P<0.05）。與初始EC值相比（0.56 mS·cm-1），培養(yǎng)結(jié)束后未加SO42-的RSD處理（RSD0和RSD1）土壤EC降至0.32－0.33 mS·cm-1（P<0.05）；添加SO42-的處理（RSD2和RSD3）土壤EC值則顯著增至0.82－0.84 mS·cm-1（圖1b）。土壤晾干后，各RSD處理EC值略有升高，RSD0和RSD1處理EC值分別為0.33和0.34 mS·cm-1，RSD2和RSD3處理EC值分別為0.86和0.85 mS·cm-1。種植一茬黃瓜后，各處理EC顯著增加，CK、RSD0、RSD1、RSD2和RSD3處理EC值分別為0.55、0.48、0.49、1.02和1.01 mS·cm-1。種植二茬黃瓜后，各處理EC進(jìn)一步上升，RSD0和RSD1處理接近初始EC值。

圖1 培養(yǎng)和種植黃瓜過程中土壤pH、EC、NO3-和NH4+含量變化Figure1 Changes in pH,EC and NO3-,NH4+ contents in the soils with different treatments during the incubation and cultivation periods

培養(yǎng)結(jié)束后，各RSD處理土壤NO3-含量顯著降低，NH4+含量顯著升高（P<0.05）。NO3--N含量從初始的340 mg·kg-1下降至0.28－0.33 mg·kg-1（圖1c），NH4+-N含量從初始的8.07 mg·kg-1上升至31.0－41.3 mg·kg-1（圖1d）。土壤晾干過程中，RSD處理NO3-含量保持不變，NH4+-N含量顯著降低至18.5－24.9 mg·kg-1。第一茬黃瓜種植結(jié)束后，RSD處理NO3--N含量上升至23.5－37.0 mg·kg-1，NH4+-N含量下降至1.62－2.50 mg·kg-1，顯著低于CK處理NO3--N含量（385 mg·kg-1）和NH4+-N含量（7.13 mg·kg-1）（P<0.05）。種植二茬黃瓜后，由于增加施肥量，各處理NO3-和NH4+含量均顯著增加，RSD處理NO3--N含量上升至267－340 mg·kg-1，NH4+-N含量升至4.45－12.9 mg·kg-1，仍顯著低于CK處理NO3--N（448 mg·kg-1）和NH4+-N含量（72.4 mg·kg-1）（P<0.05）。

2.2 土壤不同硫形態(tài)含量變化

培養(yǎng)結(jié)束后，RSD0和RSD1處理可溶性SO42--S含量從初始的395 mg·kg-1分別顯著下降至64.9和26.5 mg·kg-1，RSD2和RSD3處理可溶性SO42--S含量分別從1728 mg·kg-1顯著下降至1123 mg·kg-1和1000 mg·kg-1（圖2a）（P<0.05）。RSD0、RSD1、RSD2和RSD3處理可溶性SO42--S含量分別降低了83.6%、93.3%、35.0%和42.1%，且施用石灰處理可溶性SO42-含量顯著低于未施石灰處理。土壤晾干后，RSD0和RSD1處理可溶性SO42--S含量分別上升至167 mg·kg-1和211 mg·kg-1；RSD2和RSD3處理可溶性SO42--S含量分別上升至1433和1231 mg·kg-1，RSD3處理顯著低于RSD2（P=0.01）。種植一茬黃瓜后，RSD0和RSD1處理可溶性SO42--S含量分別上升至334 mg·kg-1和376 mg·kg-1，與CK處理相近（347 mg·kg-1），RSD2和RSD3處理可溶性SO42--S含量分別上升至1649 mg·kg-1和1658 mg·kg-1（P<0.05），接近其初始值。種植第二茬黃瓜過程中，各處理可溶性SO42-含量基本保持不變，CK、RSD0、RSD1、RSD2和RSD3處理SO42--S含量分別為301、316、350、1652和1645 mg·kg-1。整個(gè)試驗(yàn)過程中，所有處理土壤可溶性SO42-含量與EC間呈顯著正相關(guān)關(guān)系（圖3）。

圖2 培養(yǎng)和種植黃瓜過程中土壤可溶性SO42-、吸附態(tài)SO42-、硫酸鹽沉淀、有機(jī)硫和總硫含量變化Figure 2 Changes in SO42-,adsorbed SO42-,sulfate precipitate,organic sulfur and total sulfur contents in soils with different treatments during the incubation and cultivation periods

圖3 整個(gè)過程中土壤可溶性SO42-與EC間的相關(guān)關(guān)系Figure 3 The correlation of soil soluble SO42- and EC in all treatments during the whole experiment

與初始值相比（38.1 mg·kg-1），處理結(jié)束后，RSD0和RSD1處理吸附態(tài)SO42-含量顯著下降至16.0－17.0 mg·kg-1；由于K2SO4的施入，RSD2和RSD3處理吸附態(tài)SO42--S含量顯著上升至86.6－87.7 mg·kg-1（圖2b）（P<0.05）。土壤晾干過程中，各處理吸附態(tài)SO42--S含量基本保持不變。種植一茬黃瓜后，RSD0和RSD1處理吸附態(tài)SO42--S含量上升至44.4－50.7 mg·kg-1，與CK含量相近（53.5 mg·kg-1），RSD2和RSD3處理吸附態(tài)SO42--S含量進(jìn)一步升至139－148 mg·kg-1（P<0.05）。種植二茬黃瓜后，各處理吸附態(tài)SO42-含量略有下降。RSD處理和晾干過程中，各處理硫酸鹽沉淀（以S計(jì)）含量基本保持不變，為144－184 mg·kg-1（圖2c）。種植一茬黃瓜后，RSD處理硫酸鹽沉淀含量顯著增加至187－234 mg·kg-1（P<0.05）。種植二茬黃瓜后，各處理硫酸鹽沉淀含量略有下降。整個(gè)試驗(yàn)過程中，由于硫化物含量太低，未能測(cè)定出硫化物含量。

RSD處理結(jié)束后，與初始值（40.4 mg·kg-1）相比，RSD0、RSD1、RSD2和RSD3處理有機(jī)硫（以S計(jì)）含量顯著上升至355、415、564和694 mg·kg-1（圖2d），且施用石灰處理有機(jī)硫含量顯著高于未加石灰處理，施用SO42-處理有機(jī)硫含量顯著高于未施用SO42-處理（P<0.05）。土壤晾干過程中，RSD處理有機(jī)硫含量顯著降低（P<0.05），RSD0、RSD1、RSD2和RSD3處理有機(jī)硫含量降低至236－527 mg·kg-1，處理間顯著差異情況與RSD處理結(jié)束后相同。種植一茬黃瓜后，CK處理有機(jī)硫含量保持不變，RSD處理有機(jī)硫含量顯著降低至0 mg·kg-1（P<0.05）。種植二茬黃瓜后，RSD0和RSD1處理有機(jī)硫含量分別上升至45.6 mg·kg-1和52.8 mg·kg-1，接近初始值。培養(yǎng)和種植過程中，各處理的總硫（以S計(jì)）含量基本保持不變（圖2e）。CK、RSD0和RSD1處理總硫含量差異不顯著（P>0.05），在552－626 mg·kg-1之間，RSD2和RSD3處理總硫含量在1908－1971 mg·kg-1之間。

3 討論

3.1 RSD處理后土壤化學(xué)性狀及硫形態(tài)變化

與前人研究結(jié)果相同，RSD處理能夠短期內(nèi)迅速改良土壤理化性質(zhì)，改善土壤酸化與鹽漬化程度（蔡祖聰?shù)龋?015）。RSD過程中創(chuàng)造的強(qiáng)還原環(huán)境和施用的易分解有機(jī)物料促進(jìn)反硝化過程快速發(fā)生，土壤中累積的NO3-轉(zhuǎn)化為N2和N2O從土壤脫除（Jiang et al.，2020）。NO3-等氧化物質(zhì)還原過程中消耗大量H+，土壤pH顯著提高。同時(shí)，厭氧條件下可發(fā)生有機(jī)N的礦化作用和NO3-的異化還原為銨過程（DNRA）（Silver et al.，2001），因此，RSD處理土壤NH4+含量顯著增加。

RSD處理后土壤可溶性SO42-和吸附態(tài)SO42-含量顯著降低，土壤硫酸鹽沉淀含量和總硫含量不變。硫素以有機(jī)硫和無機(jī)硫兩種形態(tài)存在于土壤中，有機(jī)硫主要包括酯鍵硫（C-O-S），碳鍵硫（CS）和惰性硫，無機(jī)硫主要包括水溶性SO42-，吸附性SO42-、硫化物和硫酸鹽沉淀。不同硫形態(tài)之間可通過礦化、固定、氧化和還原等過程相互轉(zhuǎn)化（F?rster et al.，2012；Tanikawa et al.，2014）。本試驗(yàn)中，隨紫花苜蓿粉添加至土壤中的總硫含量?jī)H為21.79 mg·kg-1（干土），因此，RSD處理過程中，無機(jī)硫（包括SO42-和吸附態(tài)SO42-）還原為揮發(fā)性含硫化物（如H2S）從土壤脫除的比例極少，SO42-主要轉(zhuǎn)化為有機(jī)硫。在有機(jī)碳含量豐富的情況下，SO42-能夠被土壤中的微生物轉(zhuǎn)化為有機(jī)硫（Wu et al.，1995；Houle et al.，2001）。Saha et al.（2018）和Jashandeep et al.（2018）研究表明，施用有機(jī)物料（如作物秸稈）可促進(jìn)S的固定作用。因此，RSD處理施加的易分解有機(jī)物料或?yàn)槲⑸锕潭⊿O42-提供大量可利用碳源。此外，施用石灰處理有機(jī)硫含量顯著高于其他處理，這是由于提高土壤pH能夠促進(jìn)有機(jī)物質(zhì)降解，微生物活性增強(qiáng)（Wachendorf，2015；Inagaki et al.，2017），或促進(jìn)了SO42-向有機(jī)硫轉(zhuǎn)化過程。添加石灰是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中提高土壤pH的常見措施，且隨石灰加入的大量鈣離子（Ca2+）可能會(huì)與SO42-形成硫酸鈣沉淀，但本試驗(yàn)結(jié)果中施用石灰并未增加土壤硫酸鹽沉淀含量。這可能由于在短時(shí)間內(nèi)，隨石灰施入的Ca2+在土壤中更易與碳酸根形成碳酸鹽沉淀或被膠體吸附（Inagaki et al.，2017），而非與SO42-形成硫酸鹽沉淀。

3.2 土壤晾干和種植過程中土壤理化性質(zhì)變化

土壤晾干過程中，RSD處理土壤pH略有降低，EC值略有升高。這可能是由于土壤恢復(fù)好氧狀態(tài)過程中，有機(jī)硫通過礦化作用轉(zhuǎn)化為SO42-，并釋放H+，導(dǎo)致有機(jī)硫含量和土壤pH略有降低，SO42-含量和EC增加（圖1，圖2）。同時(shí)，土壤NH4+含量降低，但NO3-含量保持不變。這可能是由于本試驗(yàn)中，RSD處理后土壤呈中性偏堿狀態(tài)容易發(fā)生氨易揮發(fā)作用。

種植黃瓜后，RSD處理土壤理化性質(zhì)發(fā)生退化，土壤pH值降低至偏酸性，NO3-和SO42-再次累積，EC值升高。本試驗(yàn)種植過程中，氮肥以尿素（CO(NH2)2）形式施入。尿素施入土壤一周后會(huì)快速水解為NH4+，接著通過硝化作用轉(zhuǎn)化為NO3-，此過程中將釋放大量H+，導(dǎo)致土壤pH迅速降低。同時(shí)，種植過程中有機(jī)硫幾乎全部礦化為SO42-，釋放的H+進(jìn)一步降低土壤pH。第一茬黃瓜種植過程中由于氮肥施用量不高，因此NO3-含量仍保持較低水平，但SO42-迅速回升至接近初始值，導(dǎo)致土壤鹽分回升。土壤SO42-含量與EC的顯著正相關(guān)關(guān)系也表明SO42-含量升高是導(dǎo)致RSD處理后土壤鹽分回升的重要原因（圖3）。第二茬黃瓜種植過程中，由于植物出現(xiàn)缺肥癥狀，大量增施無機(jī)肥導(dǎo)致土壤NO3-累積，進(jìn)一步加劇土壤次生鹽漬化程度（圖1b、c）。值得注意的是，第二茬黃瓜種植結(jié)束后，CK處理土壤NH4+含量顯著高于RSD處理，Zhu et al.（2014）研究表明，RSD處理后土壤中自養(yǎng)硝化和異養(yǎng)硝化速率顯著提高。由于NO3-的脫除，RSD處理后需補(bǔ)充大量氮肥（Padilla et al.，2018），土壤中過快的硝化速率易造成NO3-的淋溶損失，同時(shí)導(dǎo)致土壤pH降低。因此，探究并構(gòu)建適合于RSD處理土壤的施肥體系對(duì)于維持RSD改良效果具有重要意義。本試驗(yàn)結(jié)果表明，種植作物過程中土壤SO42-含量迅速增加。McLaren et al.（1985）研究結(jié)果表明，在有機(jī)質(zhì)含量豐富的條件下，施入土壤的SO42-中有60%－90%在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為酯鍵硫，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，大部分酯鍵硫最終固定為碳鍵硫。RSD是個(gè)短期的過程（本試驗(yàn)為15 d），減少的SO42-可能主要轉(zhuǎn)化為酯鍵硫形態(tài)。因此，在RSD過程中若能通過一定措施促使SO42-轉(zhuǎn)化為形態(tài)更為穩(wěn)定的含硫化物（如碳鍵硫），或可減緩?fù)寥繱O42-含量的回升速度，提升RSD對(duì)土壤次生鹽漬化的長(zhǎng)期改良效果。

4 結(jié)論

RSD處理過程中減少的SO42-基本全部轉(zhuǎn)化為有機(jī)硫，施用石灰能夠促進(jìn)SO42-向有機(jī)硫轉(zhuǎn)化。土壤在晾干和后續(xù)種植作物過程中，有機(jī)硫?qū)⒌V化為SO42-，導(dǎo)致土壤鹽分回升和pH值降低。對(duì)于SO42-含量較高土壤，RSD處理后種植作物過程中SO42-將成為導(dǎo)致土壤再次鹽漬化的主要離子。同時(shí)，RSD處理后由于NO3-的完全脫除土壤面臨缺氮風(fēng)險(xiǎn)，若施用大量銨態(tài)氮肥將導(dǎo)致土壤再次面臨酸化和次生鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)。因此，RSD處理后應(yīng)選用合適的肥料品種結(jié)合科學(xué)施肥方式，以維持RSD處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的長(zhǎng)期改良效果。