草木樨與脫硫石膏對(duì)內(nèi)蒙古鹽漬化土壤的改良培肥作用與效果

溫國(guó)昌，徐彥虎，林啟美，李貴桐，趙小蓉

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100193)

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草木樨與脫硫石膏對(duì)內(nèi)蒙古鹽漬化土壤的改良培肥作用與效果

溫國(guó)昌，徐彥虎，林啟美，李貴桐，趙小蓉

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院， 北京 100193)

摘要：在內(nèi)蒙古河套地區(qū)硫酸鈉鹽漬化土壤布置田間試驗(yàn)，研究種植草木樨和施用脫硫石膏(30 t·hm-2)對(duì)鹽漬化土壤的改良作用與效果。結(jié)果表明：春季灌溉洗鹽大幅度降低土體土壤pH值、鹽漬化程度，尤其是表層土壤，pH值和EC值分別降低1.54～2.07和7%～69%，主要鹽分離子Na+和SO42-分別降低了80%和39%。施用脫硫石膏對(duì)灌溉洗鹽沒有顯著的影響，但顯著降低土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、有效鉀含量，分別降低了20%、15%和50%；施用脫硫石膏提高草木樨生物量34%，但植株磷含量降低了42%。種植草木樨大幅度降低土壤EC值和鹽分離子含量，表層土壤主要鹽分離子Na+和SO42-含量分別從670 mg·kg-1和2 500 mg·kg-1降低至3.38 mg·kg-1和140.80 mg·kg-1，降低了200倍和16倍；土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量分別提高了6%和40%，而有效磷、有效鉀卻降低了49%和26%，同時(shí)施用脫硫石膏，盡管對(duì)土壤pH值、EC值和鹽分離子濃度沒有太大的影響，但顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，有效磷和有效鉀含量也相對(duì)有所增加。說明草木樨具有很好改良培肥鹽漬化土壤作用，與脫硫石膏也有一定的交互作用，可加快鹽漬化土壤改良培肥，但需要增加磷鉀肥的施用。

關(guān)鍵詞：草木樨；脫硫石膏；硫酸鹽鹽漬化土壤；內(nèi)蒙古河套地區(qū)

鹽漬化土壤是非常重要的土壤類型，我國(guó)鹽漬化土壤面積大，分布廣泛，類型多樣。據(jù)最新研究，我國(guó)現(xiàn)代鹽漬化土壤面積約3 693.3萬 hm2，殘余鹽漬化土壤約4 486.7萬 hm2，潛在鹽漬化土壤為1 733.3萬 hm2，總計(jì)9 913.3萬 hm2，其中鹽漬化耕地面積近670萬hm2，約占全國(guó)總耕地面積的5%，主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)及長(zhǎng)江以北沿海地帶[1]。顯然，改良利用鹽漬化土壤資源，不僅可緩解人口與土地之間的矛盾，而且對(duì)于生態(tài)環(huán)境建設(shè)，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展也具有重要的意義。

鹽漬化土壤改良有多種技術(shù)措施，如客土、施用石膏、灌排溝渠、精耕細(xì)作、種植耐鹽植物等[2]，其中種植耐鹽植物等生物技術(shù)措施近年來備受關(guān)注。耐鹽植物種類很多，包括真鹽生植物、泌鹽鹽生植物和假鹽生植物，據(jù)報(bào)道，豬毛菜、四翅濱藜等鹽生植物，不僅能夠吸收攜帶走大量鹽分，而且提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤物理結(jié)構(gòu)[3]。草木樨(MelilotusMill)為豆科植物[4]，耐寒、耐旱、耐鹽堿，具有比較強(qiáng)的生物固氮能力，一般用作鹽漬化土壤改良的先鋒植物，也可用作綠肥，提高土壤氮素含量，改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力；草木樨可直接用作飼料，也可干燥后加工成草粉，用作精飼料；草木樨還是蜜源植物，促進(jìn)養(yǎng)蜂業(yè)發(fā)展[5]。

鑒于此，本研究在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市十二連城鄉(xiāng)東不拉村黃河灘鹽漬化土壤上設(shè)置田間試驗(yàn)，比較施用脫硫石膏并種植草木樨后，土壤鹽分及理化性質(zhì)的變化，以期了解：(1) 脫硫石膏對(duì)灌溉洗鹽的影響；(2) 草木樨對(duì)鹽漬化土壤的改良培肥作用與效果；(3) 脫硫石膏與草木樨相互作用及其對(duì)鹽漬化土壤的改良培肥作用。

1材料與方法

1.1土壤

2012年5月初，土壤解凍灌溉洗鹽之前，采集剖面樣品，測(cè)定土壤pH值、EC值及鹽分離子組成及含量(表1)。供試土壤為堿化度比較高的硫酸鈉鹽漬化土壤，表層土壤黏粒(<0.002 mm)、粉粒(0.002～0.05 mm)及砂粒(0.05～2 mm)的含量分別為23%、22%、55%，屬于粉砂質(zhì)粘壤土，次表層和底層土壤質(zhì)地相似[16]。地下水位0.8～2.0 m，排水設(shè)施比較完善。

表1　供試土壤剖面pH值、EC值及鹽分離子組成及含量

1.2脫硫石膏

脫硫石膏來自內(nèi)蒙古托克托縣大唐發(fā)電廠，粒徑<0.080 mm，石膏(CaSO4·2H2O)含量89.8%。

1.3田間試驗(yàn)

(4)在重點(diǎn)城市群里，長(zhǎng)三角以及京津冀城市群農(nóng)村居民收入與成渝、中原、長(zhǎng)江中游城市的差距在逐漸拉大，且長(zhǎng)三角城市群農(nóng)村居民收入基尼系數(shù)不斷增加并高于成渝、中原、長(zhǎng)江中游城市群，因此，在提高農(nóng)村居民收入的同時(shí)，我們也要通過鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、精準(zhǔn)扶貧等政策控制城市群內(nèi)部收入不平等的加大。

試驗(yàn)地點(diǎn)在內(nèi)蒙古鄂爾多斯市十二連城鄉(xiāng)東不拉村黃河灘,該地區(qū)屬典型的半干旱大陸性氣候，年平均溫度約為6℃～10℃，年平均降雨量約為140～330 mm，在時(shí)間分配上雨熱同季，集中在7、8月份，冬春雨雪少；年平均水面蒸發(fā)量約為1 800～2 000 mm，蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過降雨量。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)施用和不施用脫硫石膏兩個(gè)處理，每個(gè)小區(qū)面積約120 m2，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，分別種植草木樨(MelilotusMill)。脫硫石膏用量30 t·hm-2，用機(jī)械均勻撒施于地表，犁翻后再旋耕，4月初大水漫灌洗鹽，灌溉量約為2 000 t·hm-2，不施用脫硫石膏小區(qū)進(jìn)行同樣操作。

土壤落干后再次采取剖面土壤樣品，測(cè)定pH值、EC值和鹽分離子，以了解灌溉洗鹽效果。表施氮磷復(fù)合肥(折合 N 150 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2)，按照常規(guī)方法種植草木樨，播種量為1.5～2 kg·667m-2，試驗(yàn)期間不再灌溉，10月初采集表層和剖面土壤樣品，表層土壤測(cè)定有機(jī)質(zhì)和有效N、P、K，剖面樣品測(cè)定pH值、EC值、8大鹽分離子；同時(shí)，測(cè)定3個(gè)1 m2(1 m×1 m)面積的草木樨地上部生物量，植物樣品殺青烘干粉碎后測(cè)定N、P、K含量。

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤機(jī)械組成用吸管法，土壤用AgNO3去Cl-后，有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀外加熱容量法、堿解氮含量用堿解擴(kuò)散法、有效磷含量用Olsen法、有效鉀含量用1 mol·L-1的NH4OAc浸提火焰光度計(jì)法測(cè)定，pH值和EC值用5∶1水土比浸提，分別用UB-7精密pH計(jì)和雷磁DDS-307A電導(dǎo)儀測(cè)定[16]。

土壤8大鹽分離子：稱取<2 mm風(fēng)干土樣100.00 g于1 000 mL三角瓶中，加入500 mL無CO2蒸餾水(水土比5∶1)，充分振蕩5 min，濾液中的K+、Na+用火焰光度法測(cè)定，Ca2+、Mg2+用EDTA滴定法測(cè)定，SO42-用EDTA間接絡(luò)合滴定法測(cè)定，Cl-用硝酸銀滴定法測(cè)定，HCO3-、CO32-用雙指示劑-中和滴定法測(cè)定。植物樣品用H2SO4-H2O2消煮，消煮液氮濃度用凱氏定氮法測(cè)定，磷用釩鉬黃比色法測(cè)定，鉀用火焰光度計(jì)法測(cè)定，計(jì)算植物體N、P、K含量[16]。

1.5數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析

所有測(cè)量均用烘干質(zhì)量表示，除非特別說明，均為2次測(cè)定平行的平均值。用SPSS20.0進(jìn)行單因素方差分析，用LSD0.05表示置信度達(dá)到95%的顯著性差異。

2結(jié)果與分析

2.1土壤養(yǎng)分

施用脫硫石膏土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷、有效鉀含量顯著下降(表2)，比不施脫硫石膏分別下降20%、15%和50%，但土壤堿解氮卻提高了60%。顯然，施用脫硫石膏加劇了灌溉洗鹽過程中土壤養(yǎng)分的淋洗，而堿解氮提高可能與土壤有機(jī)氮轉(zhuǎn)化有關(guān)。

表2　施用脫硫石膏和種植草木樨前后0～20 cm表層土壤養(yǎng)分含量

種植草木樨后，土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮比播種前分別提高了6%和40%，而有效磷、有效鉀卻降低了49%和26%；同時(shí)施用脫硫石膏，進(jìn)一步提高土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，有效磷有效鉀含量降低的幅度也減小。這說明草木樨具有一定的改良培肥土壤作用，但也需要補(bǔ)充施用P、K肥料。

2.2土壤pH值和EC值

供試土壤pH值和EC值分別為9.67、1.60 mS·cm-1，全鹽含量約為1.0 g·kg-1(1 mS·cm-1相當(dāng)于全鹽量0.70 g·kg-1)，堿化硫酸鹽土壤(表1)。表3的結(jié)果顯示，灌溉洗鹽后，土壤pH值和EC值均大幅度下降，表層土壤更為明顯，pH值和EC值分別降低了2.07個(gè)單位和220%。施用脫硫石膏促進(jìn)了表層土壤pH值下降，但EC值卻提高了66%，對(duì)亞表層與底層土壤pH值、EC值影響比較小。這說明灌溉可有效降低表層土壤鹽分和堿度，施用脫硫石膏可加劇堿度降低，但鹽分含量則有所提高。

種植草木樨后各層土壤的pH值增加了0.4～0.5個(gè)單位，EC值則進(jìn)一步大幅度降低，比播種前降低了58%～74%；同時(shí)施用脫硫石膏后，總體來看，土壤pH值變化比較小，而EC值有所提高，比不施用脫硫石膏提高11%～88%。十分明顯，種植草木樨加速土壤脫鹽，但堿度有所提高，同時(shí)施用脫硫石膏，在一定程度上有利于鹽分累積。

表3　施用脫硫石膏和種植草木樨前后各土層土壤pH值和EC值

2.3土壤鹽分離子濃度

供試土壤主要含有SO42-和Na+，也有一定量的HCO3-和Cl-(表1)。由表4可以看出，灌溉洗鹽大幅度降低了0～70 cm土層土壤幾乎所有的鹽分離子濃度，其中K+，Cl-，HCO3-濃度降低了95%以上，Na+和SO42-也大幅度降低，尤其表層土壤分別降低了80%和39%，但底層土壤出現(xiàn)SO42-聚集。施用脫硫石膏，對(duì)大部分鹽分離子淋洗并沒有產(chǎn)生顯著的影響，鹽分洗脫主要是水分的淋溶作用。

在未施脫硫石膏區(qū)種植草木樨后，各層土壤Na+、Ca2+、Mg2+和SO42-含量大幅度降低，尤其是表層Na+和SO42-的含量，分別從670 mg·kg-1和2 500 mg·kg-1降低至3.38 mg·kg-1和140.80 mg·kg-1，降低了200倍和16倍；K+、Cl-和HCO3-含量則有所增加，表層土壤的HCO3-從32.79 mg·kg-1提高到72.86 mg·kg-1。種植草木樨同時(shí)施用脫硫石膏，表層土壤HCO3-和Na+分別提高了28.81 mg·kg-1和21.09 mg·kg-1，但遠(yuǎn)未達(dá)到危害作物生長(zhǎng)的濃度水平(鹽分>0.1%)[18-19]，其余離子濃度沒有受到顯著的影響。這充分說明種植草木樨促進(jìn)了土壤脫鹽，尤其是Na+大幅度地降低至安全水平，但沒有發(fā)現(xiàn)草木樨與脫硫石膏之間顯著的相互作用。

2.4作物生物量及NPK含量

施用脫硫石膏顯著地提高了草木樨地上部分干生物量，提高幅度達(dá)34%，植物體內(nèi)全磷含量降低了42%，全氮和全鉀含量沒有顯著的差異(表5)。

3討論與結(jié)論

3.1脫硫石膏對(duì)鹽漬化土壤肥力及草木樨生長(zhǎng)的影響

內(nèi)蒙古河套地區(qū)土壤春季返鹽十分嚴(yán)重，在播種前必須進(jìn)行灌溉洗鹽，使表層土壤鹽分含量降低至作物耐受范圍[20]。本研究結(jié)果顯示，灌溉洗鹽確實(shí)大幅度降低了土壤鹽分含量，尤其是表層土壤鈉鹽含量降了80%。但與此同時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)、有效K發(fā)生淋失，最多損失了79%。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中，需要增強(qiáng)施肥，尤其是施用有機(jī)肥料，以補(bǔ)充淋失的養(yǎng)分。

脫硫石膏是燃煤電廠的廢棄物，我國(guó)年產(chǎn)超過100萬t，用作鹽漬化土壤改良劑，是安全處置與資源化利用脫硫石膏的一個(gè)“多贏”的舉措。大量研究結(jié)果顯示，脫硫石膏具有明顯的改良鹽漬化土壤的作用，如降低土壤鈉飽和度(ESP)[10-11]，降低土壤pH值和EC值[12,21]，提高土壤飽和導(dǎo)水率和滲透速率[13-14]，據(jù)Rahmat等報(bào)道施用1 t·hm-2和2 t·hm-2脫硫廢棄物，小麥產(chǎn)量分別提高25.25%和65.66%[22]。本研究結(jié)果顯示，施用脫硫石膏對(duì)土壤主要鹽分離子含量沒有顯著的影響，但顯著降低了表層土壤pH值(表3)，這可能是脫硫石膏對(duì)土壤鹽分離子影響的一種綜合效應(yīng)。施用脫硫石膏的處理，草木樨生物量提高了34%，但植株P(guān)含量降低了。說明脫硫石膏可能通過其他途徑，如改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)植物鈣鎂等營(yíng)養(yǎng)，從而促進(jìn)植物生長(zhǎng)[7-8,23]；同時(shí)，由于鈣增加，可能增強(qiáng)土壤固定磷能力，土壤有效磷含量降低，植物磷素營(yíng)養(yǎng)受到影響，具體原因還有待深入研究。

表5　施用脫硫石膏對(duì)草木樨地上部分干生物量

注：同一列不同字母表示施用與不施用脫硫石膏之間差異顯著(P<0.05)。

Note: The different letters in the same column indicate the significant difference between two treatments with or without desulfurization gypsum(P<0.05).

3.2種植草木樨對(duì)鹽漬化土壤的改良培肥作用

草木樨一直被視為鹽漬化土壤改良的先鋒植物，也是瘠薄土壤培肥的重要植物，其龐大的生物量，尤其是地下生物量，以及強(qiáng)大的生物固氮功能，可快速提高土壤有機(jī)質(zhì)，改善土壤結(jié)構(gòu)，活化土壤養(yǎng)分，提高氮磷鉀等養(yǎng)分的有效性[5]。湯潔等報(bào)道在松嫩平原種植草木樨后，能顯著降低土壤的鹽分含量，并且能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤含水量，顯著提高土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮和全鉀的含量。本研究結(jié)果表明，種植草木樨后，土壤有機(jī)質(zhì)、NP含量顯著提高，電導(dǎo)率降低，Na+含量大幅度降低，K+含量顯著提高，顯然，種植草木樨可改良培肥鹽漬化土壤；同時(shí)施用脫硫石膏，盡管對(duì)土壤鹽分離子濃度沒有太大的影響，但顯著提高了土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量，有效磷和有效鉀含量也相對(duì)有所增加，說明草木樨具有很好改良培肥鹽漬化土壤的作用，與脫硫石膏也有一定的交換作用，可加快鹽漬化土壤改良培肥。

3.3結(jié)論

灌溉是有效降低鹽漬化土壤鹽分含量和pH值的重要技術(shù)措施，但同時(shí)也導(dǎo)致養(yǎng)分淋失。施用脫硫石膏盡管對(duì)主要鹽分離子淋洗沒有顯著的影響，但顯著降低土壤pH值，反應(yīng)出脫硫石膏影響土壤鹽分離子平衡的綜合效應(yīng)。種植草木樨配施脫硫石膏大幅度降低主要鹽分離子Na+和SO42-，提高土壤有機(jī)質(zhì)和堿解氮含量。

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Improvement of Na2SO4saline soil byMelilotusMilland desulfurization

gypsum in Hetao Inner Mongolia

WEN Guo-chang, XU Yan-hu, LIN Qi-mei, LI Gui-tong, ZHAO Xiao-rong

(CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)

Abstract：To investigate the improvement results from bothMelilotusMilland desulfurization gypsum (30 t·hm-2) on salt contents and properties, a field experiment was set up in the Na2SO4saline soil at Hetao Inner Mongolia. The results showed that the irrigation in spring largely reduced the pH and salinization level. In particular, the values of pH and EC in surface soil were reduced by 1.54～2.07 and 7%～69% respectively. The concentrations of main salt ions Na+and SO42-became decreased by 80% and 39%, respectively. Addition of desulfurization gypsum had no significant effect on salt washing, but reduced soil organic matter, available P and K by 20%, 15% and 50%, respectively, implying that addition of desulfurization gypsum enhanced nutrient leaching during irrigation washing. The amendment of desulfurization gypsum resulted in 34% increase ofMelilotusMillbiomass. However, the P content in plant tissue was significantly reduced by 42%.MelilotusMilllargely reduced soil EC and ion contents. The concentrations of main ions of Na+and SO42-in the surface soil were decreased from 670 mg·kg-1to 3.38 mg·kg-1, and from 2 500 mg·kg-1to 140.80 mg·kg-1, respectively, which was about 200 times and 16 times lower than those in the soil before cultivation. The contents of both soil organic matter and alkaline-released N were elevated by 6% and 40% respectively. In contrary, available P and K went decreased by 49% and 26%, respectively. Though addition ofMelilotusMillhad not significant impacts on soil pH, EC and salt ion concentration, it significantly lifted soil organic matter, alkaline-released N, available P and K. It was thus concluded thatMelilotusMillhad a marked function in improving saline soil. There was also synergistic effect betweenMelilotusMillanddesulfurization gypsum. To maintain available P and K nutrients levels in soil, additional PK fertilizers might be needed.

Keywords:MelilotusMill; desulfurization gypsum; Na2SO4saline soil; Hetao Inner Mongolia

中圖分類號(hào)：S156.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

通信作者：林啟美(1961—)，男，湖北武穴人，教授，主要研究方向?yàn)橥寥郎锱c生物過程。 E-mail：linqm@cau.edu.cn。

作者簡(jiǎn)介：溫國(guó)昌(1989—)，男，河北武安人，碩士研究生，研究方向?yàn)閮?nèi)蒙古鹽漬化土壤改良。 E-mail：guochangwen113031@126.com。

基金項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAC02B06)

收稿日期：2014-11-17

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.01.13

文章編號(hào)：1000-7601(2016)01-0081-06