改良劑對鹽化和堿化環(huán)境下棉田全生育時期土壤特性的影響

王曉麗

摘 要 為研究改良劑對鹽堿脅迫下（NaCl、Na2CO3）棉田土壤特性的影響，以種植棉花的鹽堿地為研究對象，通過田間控制試驗，分析以木質(zhì)素磺酸鈣（P）和黃腐酸（F）為主要成分的改良劑對鹽堿地土壤的改良效應(yīng)。結(jié)果表明，施加改良劑后，隨著棉花生育期的推進，pH值在花期降低最顯著，土壤電導(dǎo)率（electrical conductance，EC）在鈴期降低最顯著，同時有效提高了棉花生育中后期土壤團聚體的幾何粒徑直徑（Geometric Mean Diameter，GMD），增強土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少脅迫對土壤造成的傷害。添加改良劑后棉花各生育期土壤K+、Na+含量均降低，添加改良劑對蕾期和花期土壤K+影響最大，添加改良劑對苗期土壤Na+影響最大。冗余分析顯示，鹽脅迫下，P處理對土壤K+、Na+和EC值的影響最大；堿脅迫下，F(xiàn)處理對土壤K+、Na+和EC值的影響最大。

關(guān)鍵詞 鹽脅迫；堿脅迫；土壤理化性狀

中圖分類號：S156.4 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.14.077

土壤鹽漬化是一個世界性的環(huán)境問題，越來越多的報道證實了堿性鹽（Na2CO3和NaHCO3）對植物的傷害作用大于中性鹽（NaCl和Na2SO4）[1]。新疆是我國鹽漬土分布面積最大的地區(qū)，氣候干旱且少雨，而蒸發(fā)量遠大于降水量。因此，改良利用、綜合治理鹽漬土，提高植物耐鹽性，開發(fā)利用鹽水資源已成為新疆未來農(nóng)業(yè)發(fā)展及環(huán)境治理的重大課題。

通過添加外源物質(zhì)提高作物的耐鹽堿性是一個簡便而有效的手段[2]。木質(zhì)素不僅有很好的分散作用，還有抗沉淀和保護膠體的作用，可作為金屬離子螯合劑使用[3]。黃腐酸是腐殖酸中陽離子交換能力、螯合能力及吸附能力最強的組分，可有效改良土壤[4]。

本研究在鹽堿脅迫（NaCl、Na2CO3）下種植棉花，采用自主研發(fā)的2種復(fù)配液體材料作為改良劑，分析不同脅迫條件下改良劑對棉田土壤特性的影響，為鹽堿地改良治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

供試土壤為壤土，土壤基本理化性質(zhì)為pH值7.72，陽離子交換量17.32 mol·kg-1，土壤有機質(zhì)12.5 g·kg-1，堿解氮54 mg·kg-1，速效磷11.7 mg·kg-1，速效鉀218 mg·kg-1。

1.2 試驗方案

試驗在鹽化（Y）、堿化（J）土壤上分別設(shè)1個常規(guī)施肥（CK）處理，施用化肥，包括尿素360 kg·hm-2、復(fù)合肥[m（N）∶m（P2O5）∶m（K2O）=17∶17∶17]

795 kg·hm-2，分別命名為CK-Y和CK-J；2個自主研發(fā)的改良劑P（以木質(zhì)素磺酸鈣為主的有機高分子復(fù)配材料）、F（以黃腐酸為主的復(fù)合材料型）處理，在施用上述化肥的基礎(chǔ)上增施改良劑300 kg·hm-2，分別命名為P-Y和F-Y、P-J和F-J。即本試驗共6個處理，每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。

1.3 測定方法

土壤K+、Na+采用火焰光度計進行測定；土壤用5倍水稀釋后測定土壤酸堿度（pH值）和土壤電導(dǎo)率（EC值）[5]。采用干篩法分離出土壤團聚體，依照各粒級團聚體組成數(shù)據(jù)計算平均重量直徑（Mean? Weight Diameter，MWD）和平均幾何直徑（Geometric Mean Diameter，GMD），計算公式如（1）和（2）所示，單位均為mm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010、Origin 2020軟件進行數(shù)據(jù)分析及繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 改良劑對鹽堿脅迫下土壤團聚體的影響

土壤團聚體是評價土壤肥力和質(zhì)量的主要指標。如表1所示，在鹽、堿脅迫下團聚體平均重量直徑（MWD）和幾何粒徑直徑（GMD）隨棉花生育期上下波動，且MWD和GMD值在花期達到最大值：鹽脅迫下，與對照相比，添加P和F改良劑后MWD值分別降低4.79%和2.74%，GMD值分別增加了1.48%和2.96%；堿脅迫下，與對照相比，添加P和F改良劑后MWD分別增加4.05%和9.82%，GMD值分別增加6.62%和0.74%。數(shù)據(jù)表明，P和F改良劑使棉花花期土壤團聚體結(jié)構(gòu)達到最穩(wěn)定狀態(tài)，改良劑可使鹽堿土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到改善，可在一定程度上增強土壤團聚體的穩(wěn)定性。

2.2 改良劑對鹽堿脅迫下土壤pH、EC值變化的影響

土壤pH、EC值是衡量土壤質(zhì)地的重要指標。由圖1可以看出，鹽脅迫下，添加改良劑后土壤pH值低于對照組，降低幅度為0.79%～3.25%；堿脅迫下，添加改良劑后土壤pH值均低于對照組，降低幅度為0.62%～9.04%。2）在花期、鈴期和吐絮期，鹽脅迫下，與對照相比，添加改良劑后土壤EC值顯著降低，降低幅度在9.50%～22.74%；堿脅迫下，與對照相比，添加改良劑后土壤EC值顯著降低，降低幅度在7.78%～18.41%。

2.3 改良劑對鹽堿脅迫下土壤中K+、Na+離子含量的影響

如圖2所示，鹽、堿脅迫下，與對照相比，添加改良劑后棉花各生育期土壤K+、Na+含量均降低。1）添加改良劑對蕾期和花期土壤K+影響最大。鹽脅迫下，與對照相比，添加改良劑后土壤K+的降低幅度為17.24%～50.30%；堿脅迫下，與對照相比，添加改良劑后土壤K+降低幅度為26.93%～40.30%。2）添加改良劑對苗期土壤Na+影響最大。鹽脅迫下，與對照相比，添加改良劑后土壤Na+分別降低39.01%和28.28%；堿脅迫下，與對照相比，添加改良劑后土壤Na+分別降低46.98%和27.54%。

2.4 冗余分析

采用冗余分析方法（RDA）分析不同改良劑對鹽化和堿化土壤理化性質(zhì)的影響，如圖3所示。其中，鹽脅迫下，P處理對土壤K+、Na+和EC值的影響最大，CK處理對土壤pH值的影響最大；堿脅迫下，F(xiàn)處理對土壤K+、Na+和EC值的影響最大，CK處理對土壤pH值的影響最大。

3 結(jié)論與討論

鹽堿土壤內(nèi)大量鹽分的積累，易引起土壤物理性狀的惡化，造成土壤結(jié)構(gòu)黏滯，通氣性差，導(dǎo)致表層土壤鹽漬化的加劇[6]。因此，改良土壤理化性狀對于鹽堿地尤為重要。劉璐等研究發(fā)現(xiàn)，添加土壤改良劑能降低土壤中水溶性鹽基離子的含量，顯著改良鹽堿土并能防止土壤鹽漬化[7]。本研究中，堿脅迫對棉花生長發(fā)育后期棉田土壤中鹽基離子的影響大于鹽脅迫。

K+和Na+是與土壤EC值相關(guān)的主要可溶性鹽[8]。為了調(diào)控鹽堿脅迫對土壤造成的影響，向土壤中添加外源物質(zhì)可以改變土壤的理化性質(zhì)，如趙金星等研究發(fā)現(xiàn)，添加改良劑處理后土壤的物理性狀明顯改善[9]。在本研究中，施用改良劑降低了土壤pH和EC值，說明改良劑有降低鹽化、堿化土壤的作用。高阿祥等發(fā)現(xiàn)，土壤改良劑能改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤中大粒徑團粒含量，可增加土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[10]。本研究中，添加改良劑對各生育時期土壤各粒級團聚體有不同程度的影響，均能有效增強土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可能是改良劑中各物質(zhì)具有膠體性質(zhì)，有強的吸附作用，從而改善鹽堿土的理化性質(zhì)，達到降低土壤的鹽化和堿化的作用。

添加改良劑能改善土壤特性，提高土壤質(zhì)地，降低土壤K+和Na+含量。通過對棉花鹽堿地施加改良劑能降低土壤pH值和EC值，隨著棉花生育時期的推進，有效提高了棉花生育中后期土壤團聚體的GMD，增強土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，說明改良劑對棉田土壤中離子含量的變化有一定調(diào)節(jié)作用，降低鹽化、堿化對土壤造成的傷害。

參考文獻：

[1] YANG C W， WANG P， LI C Y， et al. Comparison of effects of salt and alkali stresses on the growth and photosynthesis of wheat[J]. Photosynthetica，2008，46（1）：107-114.

[2] ELSAYED A I，RAFUDEEN M S，EL-HAMAHMY M A M，et al. Enhancing antioxidant systems by exogenous spermine and spermidine in wheat （Triticum aestivum）seedlings exposed to salt stress[J]. Functional Plant Biology，2018，45（7）：745-759.

[3] PALMQVIST L，LYCKFELDT O， CARLSTR?M E， et al. Dispersion mechanisms in aqueous alumina suspensions at high solids loadings[J]. Colloids and Surfaces A：Physicochemical and Engineering Aspects，2006，274（1/3）：100-109.

[4] SAIZ-JIMENEZ C. Chapter 1–the chemical structure of humic substances： recent advances[J].Humic Substances in Terrestrial Ecosystems，1996：1-44.

[5] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

[6] 牛世全，龍洋，李海云，等.應(yīng)用Illumina MiSeq高通量測序技術(shù)分析河西走廊地區(qū)鹽堿土壤微生物多樣性[J].微生物學(xué)通報，2017，44（9）：2067-2078.

[7] 劉璐，張晴雯，潘英華，等.竹炭型土壤調(diào)理劑對土壤水鹽運移及分布的影響[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2019，40（5）：862-869.

[8] SHI DC， SHENG YM. Effect of various salt-alkaline mixed stress conditions on sunflower seedlings and analysis of their stress factors[J].Environmental and Experimental Botanyt，2005，54（1）：8-21.

[9] 趙金星，周偉，戰(zhàn)英策，等.土壤改良劑對鹽化草甸土物理性質(zhì)及水稻產(chǎn)量的影響[J].作物雜志，2018（6）：138-143.

[10] 高阿祥，周鑫斌，徐宸，等.土壤調(diào)理劑對新整理煙田土壤結(jié)構(gòu)改良效應(yīng)研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2016，41（7）：171-176.