鹽堿地化學(xué)防滲隔鹽層初探

王 杰楊延杰

(青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,山東 青島 266109)

鹽堿土是鹽土與堿土的總稱。我國(guó)鹽堿土面積約為3.7×107hm2,約占全世界10%[1],主要分布在我國(guó)東北、華北和西北地區(qū),其中濱海鹽堿地主要分布在山東濱海、唐山秦皇島等沿海地區(qū)[2]。

鹽堿土改良的根本目的是改善土壤理化性質(zhì),為作物提供良好的生長(zhǎng)發(fā)育環(huán)境,使作物高產(chǎn)高效[3]。在濱海地區(qū),由于地下和鹽水聯(lián)通,鹽堿容易上行,所以,改造之后持續(xù)時(shí)間短,效果不理想,因此,在處理技術(shù)上首先需要阻斷地下鹽堿的上行。近幾年,設(shè)施農(nóng)業(yè)中多利用作物秸稈作為隔層[4～6],隔離地下鹽分,防止鹽分升高,但在設(shè)施條件下,缺少降雨洗鹽過(guò)程,而蒸騰上行帶來(lái)的鹽分積累速度快很快會(huì)超過(guò)隔層的阻隔上限,隔層壽命較短。在設(shè)施環(huán)境下,結(jié)合現(xiàn)有的建筑工程、分子化學(xué)方面的知識(shí),在耕層之下利用化學(xué)方法構(gòu)建能夠阻隔地下鹽堿上滲的隔層;同時(shí)結(jié)合水灌溉洗鹽等治理措施[7～8],將土壤上部耕作層中的鹽分洗去,使耕作層中作物能夠正常生長(zhǎng),從而達(dá)到治理鹽堿地的目的。

防滲隔鹽層在應(yīng)用上還需研究其在特定條件下的應(yīng)用工藝技術(shù),包括多種復(fù)合材料的混合比例、多層結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用順序、經(jīng)濟(jì)可行的使用數(shù)量、適合的時(shí)間階段、工藝進(jìn)程設(shè)計(jì)等,目前未見(jiàn)詳細(xì)報(bào)道。本文采用鹽堿土栽培箱模擬的方法,對(duì)鹽堿地防滲層配方和使用效果進(jìn)行了研究,其結(jié)果將有利于推動(dòng)鹽堿地溫室內(nèi)種植園藝作物的穩(wěn)定健康發(fā)展,加速鹽堿地的高效開(kāi)發(fā)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為黑色聚氨酯防水涂料,聚氨酯稀釋劑。其中聚氨酯采用911型單組分濕固化聚氨酯防水涂料(聚氨酯乳液),購(gòu)買(mǎi)于濰坊齊強(qiáng)防水材料有限責(zé)任公司,聚氨酯稀釋劑購(gòu)買(mǎi)于東營(yíng)健豪商貿(mào)有限公司。鹽堿土來(lái)自山東東營(yíng)地區(qū)濱海鹽堿土。模擬栽培箱,長(zhǎng) 60 cm、高 20 cm、寬30 cm、箱壁厚1.5 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤栽培箱設(shè)計(jì)

土壤栽培箱內(nèi)部由3部分構(gòu)成,由上至下分別為(1)洗鹽后土壤;(2)化學(xué)防滲隔層,(3)鹽堿土。其中1層土壤為沖洗后的鹽堿土,厚度為30cm;隔層在最佳配比條件下直接噴涂在鹽堿土上,厚度為(3±0.2)mm;3層土壤是未經(jīng)處理鹽堿土,厚度為15 cm,鋪設(shè)隔層前需將該層土壤夯實(shí)整平。隔層與栽培箱連接處應(yīng)噴涂緊密,在結(jié)合位置上方預(yù)留孔洞,用于洗鹽排鹽;隔層下方5cm處連接進(jìn)水口,栽培試驗(yàn)時(shí)輸入鹽堿水模擬地下鹽堿上滲。

1.2.2 化學(xué)防滲隔層的最佳稀釋配比篩選

在模擬條件下,通過(guò)加入聚氨酯稀釋劑,改變聚氨酯粘稠程度,將聚氨酯材料與稀料按照1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4的體積比配置,觀察隔層凝固后隔層性狀篩選防滲隔層最佳稀釋配比。

1.2.3 防滲隔層下層土壤濕度范圍篩選

準(zhǔn)備濱海鹽堿土、聚氨酯防水涂料、培養(yǎng)皿。在培養(yǎng)皿內(nèi)放入適量鹽堿土,設(shè)置不同土壤含水量范圍(含水量＜25%、25%＜含水量＞40%),將土壤表面整平,噴涂未經(jīng)過(guò)稀釋的聚氨酯材料,靜置凝固時(shí)間為2～5 h。

1.2.4 應(yīng)用防滲隔層的上層鹽堿土洗鹽效果研究

取試驗(yàn)地鹽堿土,風(fēng)干后按照土水比1∶5的比例浸提,使用DZS-706-A多參數(shù)分析儀分別對(duì)鹽堿土沖洗前后浸提液進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 使用防滲隔層的作物栽培效果

在試驗(yàn)箱鋪設(shè)隔層,將沖洗后的鹽堿土回填至栽培箱,移植同一批培育,且長(zhǎng)勢(shì)均一的辣椒苗。種植10 d后觀測(cè)植株長(zhǎng)勢(shì),分別測(cè)量植株種植前后鮮重、株高、莖粗。

1.3 數(shù)據(jù)處理

圖表制作使用Excel軟件,單因素方差分析采用LSD法,用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)防滲隔層的最佳稀釋配比篩選

經(jīng)試驗(yàn)證明,聚氨酯與稀釋劑比例為1∶1與1∶2時(shí)試驗(yàn)效果較好,且試驗(yàn)之后性能、性狀基本一致,比例為1∶3與1∶4時(shí)效果較差。同時(shí)在第3、4組在混合攪拌過(guò)程中,會(huì)凝聚為流動(dòng)性和粘結(jié)性很差的膠塊,不易整形。按照聚氨酯隔層性狀及經(jīng)濟(jì)適用性原則,采用聚氨酯防水涂料與稀釋劑1∶2的配置比例作為隔層最佳稀釋配比。

2.2 下層土壤含水量對(duì)防滲隔層的影響

如圖1所示,當(dāng)土壤含水量＜25%時(shí),聚氨酯材料完全干透后,涂層表面出現(xiàn)不規(guī)則開(kāi)裂現(xiàn)象,且開(kāi)裂程度較大:未開(kāi)裂部分表現(xiàn)出良好的延展性與韌性,且具有良好的防水性,在水中浸泡后不分離,不破裂,說(shuō)明這種材料效果基本達(dá)到了要求。

如圖2所示,當(dāng)土壤含水量介于25%與40%之間,干燥后的涂層表面無(wú)裂痕,表面光滑平整,具有較好的韌性與延展性,并且具有良好的防水效果,證明土壤含水量在25%～40%之間未能對(duì)隔層產(chǎn)生影響或影響較小。若土壤濕度過(guò)大將加大操作難度,因此,取該土壤含水量范圍作為試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 應(yīng)用防滲隔層的上層鹽堿土洗鹽效果研究

根據(jù)表1可以明顯看出,使用蒸餾水沖洗之后的鹽堿土,EC值從沖洗前的7.48 ms/cm降到2.53 ms/cm,通過(guò)水洗,鹽堿土壤中陽(yáng)離子含量顯著降低,p H值從沖洗前的8.04以上降到7.5以下,洗鹽效果顯著,能夠滿足耐鹽作物以及大部分蔬菜作物的正常生長(zhǎng)。

表1 鹽堿土EC、p H值沖洗前后對(duì)比

2.4 使用防滲隔層的辣椒栽培效果

移植土壤栽培箱內(nèi)的辣椒苗均能夠正常生長(zhǎng),與種植前相比,辣椒苗株高、莖粗以及鮮重等形態(tài)指標(biāo)均高于實(shí)驗(yàn)前,植株高度、莖粗、鮮重較種植前增長(zhǎng)率分別為110%、169%、192.3%,長(zhǎng)勢(shì)良好。

3 結(jié)論與討論

3.1 防滲隔鹽層結(jié)構(gòu)研究

本試驗(yàn)利用現(xiàn)有的化學(xué)防水材料,在下層鹽堿土土壤含水量20%～40%之間、聚氨酯與稀釋劑在1∶2的配置比例下噴涂效果最好。同時(shí)隔層應(yīng)噴涂2遍,每層厚度(1.5±0.2)mm。利用鹽堿土栽培箱模擬溫室內(nèi)土壤環(huán)境,模擬試驗(yàn)證明,隔層在一定程度上有效阻隔了地下鹽堿上滲。

聚氨酯防水涂料具有良好的防滲、防腐蝕、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),且近幾年隨著聚氨酯材料的不斷優(yōu)化,其所能達(dá)到的使用壽命也將逐漸增加[9]。由于本模擬試驗(yàn)開(kāi)展時(shí)間較短,還需進(jìn)一步研究該種結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期使用性。

3.2 應(yīng)用防滲隔鹽層的栽培效果

利用水灌溉洗鹽技術(shù),EC值從沖洗前的7.48 ms/cm 降到2.53 ms/cm,通過(guò)水洗鹽堿土壤中陽(yáng)離子含量顯著降低,pH值從沖洗前的8.04降到7.5以下,洗鹽效果顯著。一般作物在p H是6.5～7.5這個(gè)范圍內(nèi)生長(zhǎng)最適宜[10],證明水灌溉洗鹽對(duì)去除鹽堿土中鹽堿效果顯著。同時(shí),利用鹽堿土栽培箱模擬田間試驗(yàn),移植后的辣椒苗植株高度、莖粗、鮮重較移植前增長(zhǎng)率分別為110%、169%、192.3%,長(zhǎng)勢(shì)良好。但是在洗鹽過(guò)程中會(huì)沖洗掉土壤中含有的無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),造成土壤肥效低。因此,在溫室種植時(shí),應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充植物所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

綜上,采用栽培箱模擬方法研究結(jié)果表明,使用化學(xué)防滲材料聚氨酯制作鹽堿地防滲隔層,能夠有效利用原位鹽堿土并降低耕層土壤鹽堿含量,避免栽培蔬菜作物的根系受到鹽堿脅迫的抑制。