碴石盲溝排水條件下潮灘鹽土原土改良效果的定位試驗(yàn)研究

韓桂鷗+劉洪慶+李霞+趙娜+劉曉鸞+張亞南+趙玉

摘 要：通過對(duì)碴石盲溝（填料暗溝）排水條件下潮灘鹽土原土改良進(jìn)行定位試驗(yàn)，研究其改良效果的有效性、持續(xù)性。結(jié)果表明，改良后種植時(shí)土壤的脫鹽率達(dá)到76.00%。改良后3年內(nèi)土壤的全鹽含量保持在3.00 g·kg-1以下，pH值8.50以下；土壤鹽分組成由改良前的氯化鈉潮灘鹽土演變?yōu)槁然锪蛩猁}輕度鹽漬土或硫酸鹽鹽漬土；土壤養(yǎng)分由改良前的Ⅵ級(jí)土壤演變?yōu)棰艏?jí)及以上。可見，該技術(shù)可使土壤迅速脫鹽，改變土壤鹽分組成，增加土壤養(yǎng)分含量，且這種改良效果具有持續(xù)性。

關(guān)鍵詞：潮灘鹽土；碴石盲溝；原土改良；定位試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.08.003

潮灘鹽土，濱海鹽土的亞類，處于濱海鹽土發(fā)育的初級(jí)階段，成土年齡極其短暫，為基本上沒有生長高等植物的海灘（俗稱“光灘”）[1]，多分布于海岸線外側(cè)。中國擁有長達(dá)18 000 km的海岸線和眾多島嶼，潮灘鹽土資源豐富[2]，且由于河流入海口的不斷淤長以及修筑海堤等活動(dòng)，每年有面積可觀的海灘形成[3]。隨著全國耕地面積持續(xù)減少、建設(shè)用地日趨緊張，灘涂潮灘鹽土成為寶貴的戰(zhàn)略土地資源，對(duì)其改良利用成為解決中國面臨的糧食、資源和環(huán)境等問題的重要措施[4]。

濱海鹽土的原土改良一直被公認(rèn)為是“世界性難題”。不換種植土原土改良技術(shù)是一項(xiàng)速成、速效、高效，適用于鹽漬化淤泥質(zhì)濱海平原的鹽土與圍海吹填新陸地的改土與綠化技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于濱海城市的園林綠化和沿海防護(hù)林工程體系建設(shè)[5]。使用該技術(shù)改良曹妃甸新區(qū)灘涂土壤后2個(gè)月，土壤含鹽量及地下水礦化度顯著下降，土壤有機(jī)質(zhì)、無機(jī)養(yǎng)分大幅提高，土壤容重降低，綠化成活率達(dá)到98%[6]，但對(duì)其改良效果持續(xù)性的研究鮮見報(bào)道。本文在研究碴石盲溝（填料暗溝）排水條件下潮灘鹽土原土改良效果的基礎(chǔ)上，通過3周年的定位跟蹤監(jiān)測，以探明該技術(shù)的有效性和持續(xù)性。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2010—2013年在天津市濱海新區(qū)臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)及南港工業(yè)區(qū)進(jìn)行。濱海新區(qū)屬于溫帶大陸季風(fēng)性氣候，年平均氣溫12 ℃，年平均風(fēng)速4.5 m·s-1，年平均降水量602.9 mm，多集中在7—8月份，冬春干旱而蒸發(fā)量大，年平均蒸發(fā)量1 909.6 mm，為年降水量的3倍以上。兩試驗(yàn)地均為灘涂吹填造陸僅半年時(shí)間的潮灘鹽土。改良前吹填土壤全鹽量、pH值、離子含量見表1，養(yǎng)分含量見表2。

1.2 土壤改良的技術(shù)要點(diǎn)

臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)試驗(yàn)地位于天津市濱海新區(qū)臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)緯一路，長400 m，寬10 m，面積為4 000 m2，該試驗(yàn)地距離渤海僅10 m；南港工業(yè)區(qū)試驗(yàn)地位于天津市濱海新區(qū)南港工業(yè)區(qū)，長150 m，寬10 m，面積為1 500 m2。兩試驗(yàn)地均采用“不換種植土的吹填土改良與綠化技術(shù)”進(jìn)行潮灘鹽土原土改良。此技術(shù)是在天津海林園藝股份有限公司發(fā)明的專利技術(shù)“節(jié)水型鹽堿灘地物理-化學(xué)-生態(tài)綜合改良及植被構(gòu)建技術(shù)”[7]基礎(chǔ)上提出的針對(duì)潮灘鹽土土壤改良與綠化的創(chuàng)新技術(shù)。該技術(shù)的工程要點(diǎn)是采用碴石盲溝（地面以下100～130 cm，截面積30 cm×30 cm的溝中填入直徑3～4 cm建筑用石料構(gòu)成的以碴石作為淋水材料的填料暗溝）進(jìn)行地下排水。其農(nóng)藝技術(shù)的要點(diǎn)是在改良前回填的土體中摻拌10%（體積比）的秸稈以增加土壤通透性加速脫鹽速率，在改良后種植時(shí)摻拌10%（體積比）的有機(jī)肥進(jìn)行培肥及添加脫硫石膏等土壤改良劑以抑制土壤脫鹽堿化。

1.3 采樣及定位監(jiān)測方法

為了避免土壤鹽分含量空間差異性的干擾，采取定點(diǎn)方式采集土樣[8]。根據(jù)試驗(yàn)地的大小布設(shè)定位監(jiān)測點(diǎn)。全鹽量、pH值的定位監(jiān)測：臨港試驗(yàn)地設(shè)置定位點(diǎn)6個(gè)，南港試驗(yàn)地設(shè)置定位點(diǎn)3個(gè)，分別取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm土壤進(jìn)行分析。離子組成、養(yǎng)分含量定位監(jiān)測：分別從臨港、南港試驗(yàn)地定位點(diǎn)中隨機(jī)選取一個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行離子、養(yǎng)分分析，取0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm四層土壤分析離子組成變化，取0～20 cm土壤進(jìn)行養(yǎng)分分析。分別于改良前、洗鹽結(jié)束后（土壤中全鹽含量3 g·kg-1作為洗鹽臨界指標(biāo)[9]）、改良后1周年、改良后2周年、改良后3周年取樣檢測。

1.4 測定方法

土壤全鹽量及鹽離子的測定水樣通過5∶l的水土比浸提抽濾得到，土壤全鹽量用電導(dǎo)法測定；K+、Na+用火焰光度計(jì)法測定；Ca2+和Mg2+用EDTA滴定法測定；Cl-用硝酸銀滴定法測定；CO32-和HCO3-用雙指示劑中和滴定法測定；SO42-用EDTA間接絡(luò)合滴定法測定；pH用酸度計(jì)法，水土比5∶1；全氮用半微量凱氏法；水解氮用堿解-擴(kuò)散法；有效磷用碳酸氫鈉浸提法；速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度法。以上測定方法均采用森林土壤分析方法[10]。

2 結(jié)果分析

2.1 土壤剖面全鹽與pH值動(dòng)態(tài)變化規(guī)律

2.1.1 土壤鹽化分級(jí) 見表3。

2.1.2 土壤全鹽含量與pH值變化 土壤全鹽含量的變化見表4、表5。

由表4、表5可以看出，臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)緯一路經(jīng)過灌溉洗鹽，改良后種植時(shí)0～80 cm土壤的含鹽量由改良前的12.01 g·kg-1降至3.23 g·kg-1，脫鹽率達(dá)73.1%；南港工業(yè)區(qū)土壤含鹽量由改良前的21.60 g·kg-1降至4.45 g·kg-1，脫鹽率達(dá)79.40%，表明碴石盲溝排水條件下的潮灘鹽土原土改良技術(shù)可以迅速降低土壤含鹽量（降至3.00 g·kg-1左右），適宜大部分苗木生長。

臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)緯一路改良后一周年、兩周年、三周年土壤含鹽量分別為2.77 g·kg-1、2.90 g·kg-1、1.43 g·kg-1；南港工業(yè)區(qū)改良后一周年、兩周年、三周年土壤含鹽量分別為2.34 g·kg-1、2.01 g·kg-1、0.85 g·kg-1，表明碴石盲溝排水條件下的潮灘鹽土原土改良技術(shù)可以使土壤含鹽量長期穩(wěn)定保持在3.00 g·kg-1以下。

2.1.3 土壤pH值的變化 表4、5顯示臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)緯一路土壤pH值由改良前的8.40上升到8.70，南港工業(yè)區(qū)土壤pH值由改良前的8.59上升到9.18，表明土壤隨著灌溉洗鹽發(fā)生了脫鹽堿化現(xiàn)象，應(yīng)采取相應(yīng)的農(nóng)藝措施加以調(diào)控。本項(xiàng)技術(shù)在洗鹽結(jié)束種植時(shí)結(jié)合土壤培肥添加一定量的脫硫石膏等土壤改良劑以抑制土壤堿化。臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)緯一路改良后1周年、2周年、3周年土壤pH值分別為8.35，8.36，8.24；南港工業(yè)區(qū)改良后1周年、2周年、3周年土壤pH值分別為8.67，8.37，8.42，表明該技術(shù)可以降低土壤pH值，并有效抑制土壤脫鹽堿化。

2.2 土壤離子總量及鹽分組成的變化

2.2.1 土壤鹽分組成分類 見表6、表7和表8。

表7、表8可以看出，臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)兩塊試驗(yàn)地改良前土壤鹽分組成均以NaCl鹽占絕對(duì)優(yōu)勢，比重分別達(dá)到86.04%和90.52%，而硫酸鹽比重僅占10.29%和8.84%，Cl-∶SO42-分別為8.36和10.24，根據(jù)表3土壤鹽化分級(jí)指標(biāo)及表5土壤鹽分組成分類，臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)試驗(yàn)地土壤均屬于以氯化物為主的氯化物濱海潮灘鹽土。

改良1周年后，臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的土壤鹽組分中，氯化物鹽下降到18.76%，而硫酸鹽比重上升到66.51%，Cl-∶SO42-下降到0.28，鹽漬土類型由改良前的氯化物濱海潮灘鹽土演變成了硫酸鹽中度鹽漬土；南港工業(yè)區(qū)的土壤鹽組分中，氯化物鹽下降到43.22%，硫酸鹽比重上升到32.91%，Cl-∶SO42-下降到1.31，鹽漬土類型由改良前的氯化物濱海潮灘鹽土演變成了氯化物硫酸鹽中度鹽漬土；改良2周年后，臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的土壤鹽組分中，氯化物鹽下降到17.51%，而硫酸鹽比重為52.53%，Cl-∶SO42-為0.33，鹽漬土類型為硫酸鹽中度鹽漬土；南港工業(yè)區(qū)的土壤鹽組分中，氯化物鹽下降到29.97%，硫酸鹽比重上升到42.65%，Cl-∶SO42-下降到0.70，鹽漬土類型由改良1周年后硫酸鹽氯化物中度鹽漬土變成了氯化物硫酸鹽中度鹽漬土；改良3周年后，臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)的土壤鹽組分中，氯化物鹽下降到8.67%，而硫酸鹽比重為63.78%，Cl-∶SO42-為0.14，屬于硫酸鹽輕度鹽漬土類型；南港工業(yè)區(qū)的土壤鹽組分中，氯化物鹽下降到21.77%，硫酸鹽比重為22.58%，Cl-∶SO42-為0.96，屬于氯化物硫酸鹽輕度鹽漬土。上述結(jié)果表明，潮灘鹽土經(jīng)過改良不僅土壤含鹽量明顯降低，而且土壤離子組成和鹽組分發(fā)生了明顯的變化，即由氯化鈉濱海潮灘鹽土演變?yōu)榱蛩猁}輕度鹽漬土和氯化物硫酸鹽輕度鹽漬土。由于硫酸鹽對(duì)植物的危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于氯化物鹽[11]，改良后的潮灘鹽土可滿足大多數(shù)喬灌木的生長。

2.3 土壤養(yǎng)分含量變化

2.3.1 土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 見表9、表10。

參照土壤養(yǎng)分含量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，土壤養(yǎng)分均由缺乏、中等然后變?yōu)橹械然蜇S富[12]。表10顯示臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)兩塊試驗(yàn)地改良前土壤養(yǎng)分含量低，根據(jù)表9土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，均屬于Ⅵ級(jí)土壤。而改良1周年后臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)土壤養(yǎng)分含量上升至土壤Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，改良2周年及3年周后土壤養(yǎng)分標(biāo)準(zhǔn)上升至Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。南港工業(yè)區(qū)土壤改良一1周年后土壤養(yǎng)分含量上升至Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，改良2周年、3周年后土壤養(yǎng)分含量維持在土壤Ⅳ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述，該技術(shù)改良后的潮灘鹽土的土壤養(yǎng)分含量在改良后3年內(nèi)呈逐年穩(wěn)步上升趨勢。

3 小結(jié)與討論

（1）碴石盲溝排水條件下的潮灘鹽土原土改良綠化技術(shù)，能夠迅速降低潮灘鹽土的土壤全鹽含量，并在改良后三年內(nèi)使潮灘鹽土逐步演變?yōu)檩p度鹽化土壤，可滿足大多數(shù)喬灌木的生長。

（2）碴石盲溝排水條件下的潮灘鹽土原土改良綠化技術(shù)不但能夠降低潮灘鹽土的全鹽含量，而且可以改變潮灘鹽土的鹽分組成，即由氯化物鹽土演變成對(duì)喬灌木危害較輕的氯化物硫酸鹽輕度鹽漬土或硫酸鹽輕度鹽漬土。

（3）在碴石盲溝排水脫鹽的基礎(chǔ)上，采取洗鹽前添加有機(jī)物料（碎秸稈、稻殼等），洗鹽后增施有機(jī)肥料、樹穴內(nèi)構(gòu)建和培育熟化土層等方法，使潮灘鹽土的土壤養(yǎng)分穩(wěn)步提升。

致謝：本項(xiàng)研究在天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所原所長毛建華研究員悉心指導(dǎo)下完成。本文承蒙毛先生多次修改，一并致謝！

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