淤泥質(zhì)濱海重鹽土低成本快速脫鹽技術(shù)研究

劉雅輝，王秀萍，李 強，張國新，魯雪林

（河北省農(nóng)林科學(xué)院 濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北 曹妃甸063200）

濱海鹽堿土是重要后備資源，同時也是沿海生態(tài)問題，是沿海植被修復(fù)和植被構(gòu)建的最大障礙。對濱海重鹽土改良利用問題，國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，主要包括鹽漬土發(fā)生機制、水鹽動態(tài)變化規(guī)律，土壤改良劑篩選等方面的研究［1－6］，并取得較好成果。但以上研究大多是對有結(jié)構(gòu)、全鹽含量1.2%以下的鹽堿土進行研究與利用，對無結(jié)構(gòu)、土壤全鹽含量2.0%以上的濱海重鹽土的改良與利用研究，尚不多見，尤其對顆粒組成及其細(xì)膩的粉砂質(zhì)濱海重鹽土，更是稀少。粉砂質(zhì)濱海重鹽土，由于鹽分含量高，黏土含量更高，一般為48.5%以上，粉砂含量更低，一般為30%左右［7］，土質(zhì)地細(xì)膩，土壤滲透系數(shù)低，導(dǎo)致降雨徑流損失高，淋溶脫鹽效率低，植被覆蓋率極低，僅有稀疏耐鹽野生植被黃須存在，光板地大于80%，是土壤類型中，含鹽最高、土壤改良極其困難的土壤類型。本研究針對濱海區(qū)淡水資源短缺、濱海粉砂質(zhì)黏土淋洗脫鹽效率低的問題，采用室內(nèi)模擬滴灌脫鹽技術(shù)，開展不同滴灌量淋溶條件下，不同配比的土壤改良劑對粉砂質(zhì)濱海重鹽土的脫鹽效果研究。室內(nèi)淋洗試驗減少了許多自然及人為因素的干擾，試驗結(jié)果較能準(zhǔn)確地體現(xiàn)脫鹽過程中鹽堿性狀的變化，為濱海重鹽土節(jié)本型治理技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試重鹽土取自河北省唐山市曹妃甸生態(tài)城植被修復(fù)區(qū)。地處北緯39°12′01.17″—39°12′14.04″，東經(jīng)118°32′55.52″—118°33′05.34″，屬于粉砂質(zhì)黏土型濱海鹽土，土壤全鹽含量3.15%，pH值8.05，容重1.47g／cm3，滲透系數(shù)0.053 9mm／min，鹽分組成以NaCl為主，取土區(qū)域為光板地。采集0—30 cm土層混合樣，風(fēng)干、碾壓后過20目篩備用。

1.2 土壤改良劑

營養(yǎng)型土壤改良劑由玉米秸稈（A）、磷石膏（B）、有機肥（C）、高活性腐植酸（E）和硫酸鋅（F）按一定比例配置而成。玉米秸稈：1.0～2.0cm的短節(jié)；磷石膏：工業(yè)廢料，主要成分CaSO4；高活性腐植酸：內(nèi)蒙古西蒙科工貿(mào)集團生產(chǎn)，有機質(zhì)干基≥56%，腐植酸干基≥38%；牛糞：腐熟牛糞，有機質(zhì)≥56%；硫酸鋅：工業(yè)用硫酸鋅。

1.3 試驗設(shè)計與方法

試驗于2013年3月在河北省農(nóng)科院濱海農(nóng)業(yè)研究所實驗室進行。采用土柱模擬滴灌淋洗法，試驗土柱用1mm厚的有機玻璃制作，截面內(nèi)徑14cm，高100cm，土柱側(cè)面底部裝有排水細(xì)管，底部鋪設(shè)5cm厚的石子作為反濾層。取30cm土柱厚的土樣約56 kg與一定配比的土壤改良劑混合后，裝入土柱。

土壤淋溶采用可調(diào)控模擬滴灌法，滴水速度0.5 L／h。淋溶分6次進行，每次滴量為1L，從有水淋出開始取土樣，之后每淋溶1L取土一次，共取土4次，測定土壤鹽分、pH值。4次取土滴灌量分別用 W1，W2，W3，W4表示，滴灌水量分別為0.2m3／m2，0.26 m3／m2，0.33m3／m2，0.39m3／m2。

土壤改良劑配比處理采用L16（45）正交設(shè)計，設(shè)5個因子（A，B，C，D，E），4個水平（1，2，3，4），共16個處理，試驗方案見表1。

表1 試驗方案

1.4 測定方法

土壤酸堿度（pH）測定采用pH酸度計法；土壤全鹽含量測定采用電導(dǎo)率法（水土比為5∶1）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌量對濱海重鹽土脫鹽的影響

2.1.1 滴灌量對濱海重鹽土全鹽含量的影響 滴灌是淡水淋鹽最節(jié)本增效的措施之一。在滴灌條件下濱海重鹽土添加土壤改良劑淋鹽試驗中，30cm土層土柱加一定配比改良劑的土壤達到飽和并淋出鹽水，持水量為2～2.5L，滴灌3L淡水后，各處理土體中均有水淋出。根據(jù)滴灌量與土壤改良劑配比兩因素隨機區(qū)組設(shè)計分析（圖1）表明，隨著滴灌數(shù)量的增加濱海鹽土平均全鹽含量逐漸降低，但不同滴灌水量降低土壤鹽分幅度有差異。滴灌水量為W1（0.2m3／m2）時土壤鹽分平均值為0.94%，脫鹽率70.15%；W2（0.26 m3／m2）處 理 土 壤 鹽 分 平 均 值 為 0.67%，脫 鹽 率78.73%；W3（0.33m3／m2）處理土壤鹽分平均值為0.59%，脫鹽率81.26%；W4（0.39m3／m2）處理土壤鹽分平均值為0.61%，脫鹽率80.63%。根據(jù)差異顯著性分析，W1與其它滴灌量處理之間的土壤全鹽含量差異達極顯著水平；W2，W3，W4處理之間的土壤全鹽含量差異不顯著，說明滴灌淋鹽中前期大水量滴灌可以取得較好的脫鹽效果。因此，考慮脫鹽效果與節(jié)本增效的目的，應(yīng)該選取0.26m3／m2滴灌量進行重鹽土脫鹽淋洗。

圖1 滴灌量對濱海重鹽土全鹽含量的影響

2.1.2 滴灌量對濱海重鹽土pH值的影響 根據(jù)滴灌量與土壤改良劑配比兩因素隨機區(qū)組試驗分析，結(jié)果表明（圖2），滴灌與土壤改良劑共同作用可使濱海重鹽土pH值迅速降低，滴灌量為W1處理時，pH值降低幅度最大，與其它滴灌量處理對pH值的影響差異達到極顯著水平，pH值由原來的8.05降至7.16，土壤類型由堿性土（7.5～8.5）轉(zhuǎn)化為適宜植物生長的中性土（6.5～7.5）。隨著滴灌量的增加，pH 值有升高的趨勢，但升高幅度不大，W2，W3兩處理之間差異不顯著；當(dāng)?shù)喂嗔窟M一步增加至W4處理，pH值又有所下降，降幅也不大，這可能是土壤改良劑的施用使土壤的理化性質(zhì)發(fā)生變化所致?？梢?，在改良劑與滴灌水量的共同作用下，滴灌水量為0.2m3／m2就能將土壤pH值降低到適宜植物生長的范圍。

圖2 滴灌量對濱海重鹽土pH值的影響

2.1.3 淋溶脫鹽過程中濱海重鹽土全鹽含量與pH值的關(guān)系 對4次淋溶脫鹽過程中土壤全鹽含量與pH值進行相關(guān)分析，結(jié)果表明（表2），土壤全鹽含量與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)，即土壤全鹽含量隨土壤pH值的降低而逐漸增加，這種現(xiàn)象在淋溶脫鹽后期明顯大于前期，這與王麗娜等研究結(jié)果一致［8］。因此，綜合考慮脫鹽率、pH值及在其淋溶過程中它們間的相互關(guān)系，淋溶滴灌水量選取W2，鹽分及pH值均能達到植物適宜生長的范圍，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速脫鹽、節(jié)本增效的目的，又能解決隨滴灌量的增加，土壤鹽分降低、土壤pH值升高的問題。

表2 滴灌過程中濱海重鹽土全鹽含量與pH值的相關(guān)系數(shù)

2.2 不同土壤改良劑對濱海重鹽土脫鹽的影響

2.2.1 不同土壤改良劑對濱海重鹽土全鹽含量的影響 滴灌量0.26m3／m2的滴灌條件下，應(yīng)用正交設(shè)計極差分析法對滴灌后土壤全鹽含量進行極差分析并作圖，結(jié)果表明（圖3），5個因素對土壤全鹽含量的影響順序為磷石膏＞腐植酸＞有機肥＞ZnSO4＞秸稈。可以看出，磷石膏是土壤全鹽量影響最大的因素，但不是降低土壤全鹽量貢獻最大的因素，根據(jù)圖3曲線，磷石膏的施用使土壤全鹽量增加了，而且土壤全鹽量隨著磷石膏施入量增加而略有增加，說明施入脫硫石膏過量可導(dǎo)致土壤全鹽量增加，與邵玉翠等［9］研究結(jié)果一致。施用磷石膏后，土壤的理化性質(zhì)得到明顯改善，施用量越大，土壤滲透性越好、硬度明顯降低［10］。同樣從圖3還可以看出，腐植酸、有機肥對土壤全鹽含量的影響曲線陡峭，而且施用量越大土壤全鹽量降低越明顯，因此，對土壤脫鹽貢獻率較大。秸稈與ZnSO4施用量對土壤全鹽量的影響曲線平緩，對土壤脫鹽貢獻率較小。從降低全鹽含量來看，最優(yōu)改良劑配比組合為A1B1C2D2E4。

2.2.2 不同土壤改良劑對濱海重鹽土pH值影響從圖4看出，5個因素對土壤pH值影響順序為磷石膏＞腐植酸＞ZnSO4＞秸稈＞有機肥?？梢姡资嗪透菜崾峭寥纏H值影響較大的因素，并且隨著施入量的增大，pH值降低，說明磷石膏和腐植酸對調(diào)節(jié)土壤pH值有十分重要的作用。綜合分析5個因素對土壤pH值影響，可以看出降低pH值的最優(yōu)改良劑配比組合為A1B3C3D4E2。

2.2.3 濱海重鹽土脫鹽改良劑配比最優(yōu)組合的確定

根據(jù)降低全鹽含量和pH值來看，得到2種不同的改良劑配比組合。要達到濱海重鹽土改良目的，就是使土壤全鹽含量和pH值2個指標(biāo)均降低到適宜植物生長的范圍。兼顧降低土壤全鹽含量和pH值的作用，擇優(yōu)選擇最佳改良劑水平組合是十分關(guān)鍵的。對A因素而言，對土壤全鹽含量和對pH值的影響均屬于次要因素，而且兩指標(biāo)最優(yōu)水平都是選取的A1，因此最后選取A1水平；對B因素而言，對全鹽含量和對pH值的影響均排在第一位，兩指標(biāo)中分別選B1和B3，因為全鹽含量隨磷石膏施入量的增加反會而升高，考慮節(jié)本增效，應(yīng)該選取B1水平；對C因素而言，對全鹽含量影響排第三位，此時選取的C2，對pH值的影響排末位，因此，以全鹽含量的最優(yōu)水平為準(zhǔn)，即選C2水平；對D因素，對全鹽含量和對pH值的影響均排在第二位，兩指標(biāo)中分別選取為D2和D4，若選D2，pH值增加1%，若選D4，全鹽含量增加43%，因此選取D2水平；對E因素，對全鹽含量和pH值的影響均屬次要因素，兩指標(biāo)中分別選取為E4和E2，若選取E4，pH值比選E2增加0.5%，選E2，全鹽含量增加36%左右，因此選取E4水平。因此，適宜濱海重鹽土的改良劑最優(yōu)水平組合為A1B1C2D2E4，即秸稈0.05m3／m2＋磷石膏3kg／m2＋有機肥0.1 m3／m2＋腐植酸0.06kg／m2＋ZnSO40.12kg／m2。

圖3 不同改良劑及施用量對濱海重鹽土全鹽含量的影響

圖4 不同改良劑及施用量對濱海重鹽土pH值的影響

3 結(jié) 論

（1）通過不同滴灌水量對濱海鹽土全鹽含量和pH值的影響研究，確定了以0.26m3／m2滴灌量進行滴灌，脫鹽率達78.73%，pH值也能達到植物適宜生長的范圍，能夠達到快速脫鹽的目的。

（2）在滴灌量0.26m3／m2的滴灌條件下，5種改良物質(zhì)在4個水平上對土壤全鹽含量影響順序為磷石膏＞腐植酸＞有機肥＞ZnSO4＞秸稈，最優(yōu)水平組合為A1B1C2D2E4；對pH值影響順序為磷石膏＞腐植酸＞ZnSO4＞秸稈＞有機肥，最優(yōu)水平組合為A1B3C3D4E2。

（3）兼顧土壤全鹽含量和pH值的影響，考慮節(jié)本增效目標(biāo)，淤泥粉砂質(zhì)濱海重鹽土改良的最佳配方為秸稈0.05m3／m2＋磷石膏3kg／m2＋有機肥0.1 m3／m2＋腐植酸0.06kg／m2＋ZnSO40.12kg／m2。

（4）該研究結(jié)果不僅改善了土壤理化性質(zhì)，達到快速脫鹽的效果，也為植物生長提供了所需營養(yǎng)元素，尤其有機肥和腐植酸等營養(yǎng)肥料，可緩解淤泥質(zhì)濱海鹽土土壤結(jié)構(gòu)性差、鹽分高、肥力低的問題。但是，由于該研究是室內(nèi)進行的試驗，其田間效果還有待進一步驗證。

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