分类：农业论文 时间：2022-01-26 热度：706
摘 要: 为了研究不同改良剂对滨海盐碱土壤的改良效果，采用有机改良剂、沸石和园林废弃物 3 种改良剂的组合，通过 5 种不同的配比处理对河北省黄骅市中捷友谊农场的滨海盐碱土进行改良，通过田间试验，改良 1 年后取样，测定 8 大离子含量及土壤总盐分，探讨 3 种改良剂的对滨海盐碱土的改良效果。结果表明: 5 种处理均能显著降低滨海盐碱地的总盐分含量，与对照相比，T4、T5、T1、T2、T3 分别降低了 65. 03%、47. 48%、 47. 34%、45. 24%、41. 78%; T4 处理下土壤总盐分含量显著低于其他 4 种处理; 5 种处理均能显著降低 Na + 含量，与对照相比，T4、T5、T3、T2、T1 分别降低了 69. 55%、65. 43%、62. 96%、57. 61%、54. 73%; 5 种处理均能显著降低 Cl -含量，与对照相比，T4、T5、T1、T3、T2 分别降低了 76. 35%、64. 97%、61. 49%、55. 84%、50. 17%; T4 处理还能够显著降低 K+ 、Ca2+ 、Mg2+ 和 SO4 2-含量，与对照相比，分别降低了 93. 33%、76. 09%、68. 75%、55. 01%。
关键词: 滨海盐碱土; 土壤改良; 沸石; 园林废弃物; 有机改良剂
盐渍土是各种盐化土壤、盐土、碱化土壤和碱土的简称。据联合国粮食及农业和教科文组织的不完全统计，全世界约有总面积为 9. 5×108 hm2 的盐渍土，占全世界内陆总面积的 6. 5%[1]。在中国约有 3. 5×107 hm2 盐渍土，耕地盐渍化更是高达 7. 6×106 hm2 。土壤盐渍化已成为我国土地资源受限的一个主要因素，盐碱地改良刻不容缓。
当前盐碱改良大多采用客土、灌溉排水等措施，不仅投资大、成本高，而且易反复，很难大面积进行推广。土壤改良剂作为新型土壤改良措施，高效、经济、方便、易于推广。李素艳等[2]研究发现，施用沸石改良盐碱地可以提高土壤有机质质量分数; 王琳琳等[3]研究表明，利用沸石改良盐碱地，能够降低土壤 pH，降低电导率和盐分总含量; 何云华等[4]研究表明，沸石独特的结构组成使其具有很强的吸附能力和离子交换能力; 于秀丽等[5]研究表明增施生物有机肥能够提升盐碱土壤有机质含量; 郝秀珍等[6]研究发现，沸石改良土壤，可以吸附 Na+ 和 Cl -等盐分离子，达到降盐目的; 潘峰等[7]研究表明，添加园林废弃物可以促进 植 物 生 长，改良土壤物理结构; 索 琳 娜等[8]和顾兵等[9]研究发现，园林废弃物能够改善土壤的通透性，降低碱化土壤 pH，提高土壤微生物活性。但是，上述盐碱土改良多为微区改土，微区改土是指在植树时于树坑周围放置隔盐层，这种改良方式工作量大，费时费工，不易于大面积植树造林，多适用于大型乔木的种植，对于全面的园林绿化局限性很大。为此，本研究选取有机改良剂、沸石和园林废弃物 3 种材料进行全面土壤改良试验，以期为盐碱地上园林绿化提供理论依据及科学方法。
1 研究区域与研究方法
1. 1 试验地概况
试验地位于河北省沧州临港经济技术开发区，即黄骅市中捷友谊农场，靠近河北省东南部的渤海西岸，渤海经济圈的前沿地带，地处北纬 38° 19' ～38°29'，东经 117°23' ～ 117°39'。黄骅地区，属暖温带半湿润季风型大陆性气候，年均温度 12. 5 ℃，年平均降雨量 577 mm，蒸发量 800 mm，年均径流深 88 mm，年均径流量为 1. 3×108 m3 ，夏季降雨多，地表径流大，占全年径流量的 79%，属河北省严重缺水区。试验区地下水主要为多层次结构下的松散岩类孔隙水，地下水分布极为不均，浅层地下水深 0. 35 ～ 6. 00 m，深层地下水深 20 ～ 600 m，且地下水矿化度大多超过 1 g /L，成分含有大量 Na+ 和 Cl -。试验地土壤属淡草甸盐化土[10]，土壤质地黏重，透气性差，含盐量高，且土壤的次生盐渍化较为严重。试验区土壤基本性状及离子组成见表 1。
1. 2 试验材料
土壤改良剂选用园林废弃物、有机改良剂和沸石，基础性状及离子组成情况见表 2。
园林废弃物( Green-waste) 是在城市绿化中自然产生的枯枝、落叶、草屑、花瓣、绿化修剪物等有机物质，经过腐熟发酵将部分易被微生物分解的物质转化为性质稳定的腐殖质类物质，以及剩下不易被分解的木质纤维素类物质。
有机改良剂( Organic soil amendment) 是北京林业大学土壤学科自主研发的新型改良盐碱土壤的有机肥料，由农林废弃物堆肥发酵产物和现代生物技术高分子化合物及多种吸盐材料构成。
沸石( Zeolite) 是一种碱金属或碱土金属的含水硅酸盐矿物，其结构是硅氧四面体( SiO4 ) 和铝氧四面体( Al2O3 ) ，构架中有相互连接的孔穴和孔道，孔穴通过开口的孔道彼此相连，比表面积极大。本试 验 采 用 的 是 天 然 沸 石，粒 径 为 10 ～ 20 mm。
1. 3 试验设计与方法
试验按照完全随机区组设计，将试验区由东至西，按 1 个小区长 8 m、宽 5 m 的规格，平均分成 6 个小区进行试验布设，每个小区布设 1 个处理，共设 6 个处理，即处理 T1、T2、T3、T4、T5 和对照组 ck，每个处理 3 次重复。
于 2013 年 10 月按表 3 配比方案进行改良剂添加，具体做法: 撒施 3 种改良剂在指定的小区，要钩机进行 20 cm 深翻，将改良剂混匀。1 个月后，进行植树造林，正常管理。试验设计及改良剂施用量见表 3。
1. 4 采样及分析测定
改良 1 年后，即 2014 年 10 月，分别在每个改良小区进行取样，具体做法: 在每个小区，按照 “S”型布设 3 个点，利用土钻采集 0～20 cm 土样，装入塑封袋，供分析使用。
实验室测定的具体方法: 将样品进行阴干，而后将土壤磨碎并经过 1 mm 孔筛，按土水质量比 1 ∶ 5浸提，测定土壤水溶性盐分离子( Cl -、SO4 2-、 HCO3 -、Na+ 、K+ 、Ca2+ 和 Mg2+ ) 含量，利用 MP521 型电导仪测定浸提液的 pH 和电导率。采用 AgNO3 滴 定 法 测 定 Cl -，采 用 EDTA 间 接 法 测 定 SO4 2-，采用标准盐酸滴定法测定 CO3 2-和 HCO3 -，采用 EDTA 络合滴定法测定 Ca2+ 和 Mg2+ ，采用火焰光度计测定 Na+ 和 K+ ，全盐量为土壤水溶性 8 大离子含量之和[11]。
1. 5 统计分析
采用 SPSS 18. 0 进行单因素方差分析，比较不同处理对土壤盐分以及盐分离子的影响; 采用 Excel 进行图表制作。
2 结果与分析
2. 1 改良剂对土壤盐分总量的影响
由图 1( 不同字母表示处理间差异显著 P < 0. 05，n = 3) 可知，5 种处理均能显著降低土壤盐分总量，降低盐分含量最低至 3. 75 g /kg。T4、T5、 T1、T2、T3 降盐效果依次减弱，与对照组相比，全盐 量 分 别 降 低 了 65. 03%、47. 48%、47. 34%、 45. 24%、41. 78%; T4 改良效果显著优于其他 4 种处理。
沸石的结构组成比较独特，内部有很多大小一定的晶格，以及彼此相连能与外界沟通大小均一的孔穴和通道，比表面积极大，拥有良好的吸附性[12-13]，能够吸附大量盐分离子，达到降盐的效果。另外，施入沸石后，土壤孔隙度增大[2]，根据土壤水动力学原理，孔隙度越大，水吸力越小，土壤中的盐分会得到充分的淋溶而下渗，也会减弱盐分随着毛管水上升的趋势，断离上下土层间的水分联系，抑制土壤表层返盐。同时沸石可以将其内部的水分子自由地排出或重新释放，有利于蓄水保墒[3]。综上，沸石作为改良材料能够吸附大量的盐分，减缓盐分上升运动，且减少盐分在土壤表层的聚集，有效地降低了试验地区土壤表层的全盐量。
由于园林废弃物和有机改良剂，施入土壤后会分解产生腐殖质胶体，通过部分官能团的解离以及有机酸的形成( 如富里酸和胡敏酸等) ，腐殖质胶体会促进土壤颗粒表面盐分离子发生交换，且腐殖质具有一定的吸附性[14]，也会吸附大部分盐分离子，降低土壤溶液的盐分浓度以及 pH。同时园林废弃物和有机改良剂的添加，改善了土壤的结构和孔性，土壤的渗透能力得到提升[7-9]，促进了土壤中盐分离子的淋洗，最终达到改良降盐效果。
2. 2 改良剂对土壤各盐分离子含量的影响
改良 1 年后，土壤中 Na+ 、K+ 、Mg2+ 、Ca2+ 、Cl -、 SO4 2-和 HCO3 -的含量见表 4。
2. 2. 1 土壤中 Na+ 和 K+ 的变化 由表 4 可知， 5 种处理均能有效降低土壤中的 Na+ 含量，与 ck 相比，T4、T5、T3、T2、T1 分 别 降 低 了 69. 55%、 65. 43%、62. 96%、57. 61%、54. 73%。T1、T2 和 T4 可以有效降低 K+ 含量，与 ck 相比，分别降低了 93. 33%、73. 33%、93. 33%。T3 和 T5 改良后 K+ 含量与 ck 差异不显著。
沸石因其独特的结构组成，能够吸附土壤中大量的盐分离子，如 Na+ 、K+ 、Ca2+ 、Cl -等。园林废弃物和有机改良剂本身含有大量的 Ca2+ 和 Mg2+ ，且 Ca2+ 、Mg2+ 能够作为碳酸盐及碱性物质的反应底物，故园林废弃物和有机改良剂的施入促进了土壤颗粒表面阳离子交换位中 Na+ 、K+ 被 Ca2+ 和 Mg2+ 替换，反应产生的 Na+ 和 K+ 易随水分排出土体; 园林废弃物和有机改良剂分解产生的腐殖质胶体中大量的多功能团会发生解离，使得土壤中腐殖质胶体表面带有负电荷，进而吸附了大量的 Na+ 、K+ 等[15]。但是，由于园林废弃物和有机改良剂 2 种改良剂本身 K+ 含量较高，施入后间接弱化了沸石对 K+ 的吸附以及 Ca2+ 、Mg2+ 对 K+ 的置换，且 T5 处理只是添加有机改溶剂不含沸石。因此， 5 种处理均能有效降低土壤中的 Na+ 含量，T1、T2 和 T4 能有效降低 K+ 含量，但 T3 和 T5 降 K+ 效果不显著。
2. 2. 2 土壤中 Ca2+ 和 Mg2+ 含量的变化 由表 4 可知，T1 和 T4 能够显著降低 Ca2+ 含量，与 ck 相比分别降低了 58. 70%、76. 09%，但 T2、T3 和 T5 无显著差异。T4 能够显著降低 Mg2+ 含量，与 ck 相比，Mg2+ 含量降低了 68. 75%，其他处理均无显著差异。
由于沸石对 Ca2+ 和 Mg2+ 有良好的吸附性，以及腐殖质中功能团的解离而产生对 Ca2+ 和 Mg2+ 的固定作用，Ca2+ 和 Mg2+ 含量有所降低。但是，有机改良剂和园林废弃物的加入也会在土壤中产生部分有机酸，促进活化土壤中 Ca2+ 和 Mg2+[15，16]。另外，有机改良剂本身 Ca2+ 和 Mg2+ 含量较高，园林废弃物本身 Mg2+ 含量较高。因此，除了 T1 能够显著降低 Ca2+ 含量，T4 显著降低 Ca2+ 和 Mg2+ 含量外，其他处理降 Ca2+ 和 Mg2+ 效果均不显著。
有研究证实，Ca2+ 能够改良土壤的结构，通过置换团聚体上的 Na+ 和 K+ 来保证团聚体的结构性，在黏土颗粒与土壤有机质二者之间形成一种离子桥，进而加强其稳定程度[17]，改善 土 壤 结构[18-19]，Ca2+ 有利于降 Na+ 和 K+ ，起到减缓土壤碱化的作用，有助于土壤团粒结构的形成，改良土壤[20]。
2. 2. 3 土壤中阴离子的变化 由表 4 可知，5 个处理均可有效降低土壤中的 Cl -含量，T4、T5、T1、 T3、T2 降低 Cl -效果依次减弱，与 ck 相比分别降低 了 76. 35%、 64. 97%、 61. 49%、 55. 84%、 50. 17%。沸石本身极大的比表面积和一定大小的晶格，对于吸附 Cl -起到了关键的作用，大量的 Cl -可通过孔道进入沸石内部被固定，故沸石降 Cl -效果显著。施入园林废弃物和有机改良剂，土壤孔隙增大，Cl -在蒸发条件下随水分移动到土壤表层的速度受到减缓，防止表层聚集大量的 Cl - ; 分解后形成的腐殖质对 Cl - 也 有 较 强 的 吸 附性[13]。因此，5 种处理均能有效降低 Cl -含量。
只有 T4 能够显著降低 SO4 2-含量，与 ck 相比，SO4 2-含量降低了 55. 01%; 其他 4 个处理含量虽然有所降低，但无显著差异。沸石对 SO4 2-有一定的吸附作用，但园林废弃物和有机改良剂本身 SO4 2-含量较高，施用后会增加土壤中的 SO4 2-含量，且腐殖质由于显酸性也会促进土壤释放 SO4 2-[16]，故只有 T4 能够显著降低 SO4 2-含量。
除 T5 外，与 ck 相比，其他 4 种处理下 HCO3 -含量有所增加，但均无显著差异。综上所述，T1 能够显著降低土壤中的 Na+ 、 K+ 、Ca2+ 和 Cl -含量; T2 能够显著降低土壤中的 Na+ 、K+ 和 Cl -含量; T3 能够显著降低土壤中的 Na+ 和 Cl -含量; T4 能够有效降低土壤中的 Na+ 、 K+ 、Ca2+ 、Mg2+ 、Cl -和 SO4 2-含量，且在 5 种处理中 T4 降 Na+ 和 Cl -效果最好; T5 能够显著降低土壤中的 Na+ 和 Cl -含量。
3 结 论
施入有机改良剂、沸石和园林废弃物 1 年后， 5 种处理均能有效地降低土壤全盐量，T4 效果最好，其他依次为 T5、T1、T2、T3; 5 种处理均能显著地降低 Na+ 和 Cl -含量，T4 降 Na+ 效果最好，其他依次为 T5、T3、T2、T1; T4 降 Cl -效果最好，其他依次为 T1、T5、T3、T2; T1、T2 和 T4 能显著地降低 K+ 含量; T1 能够显著降低 Ca2+ 含量; T4 显著降低 Ca2+ 、Mg2+ 和 SO4 2-含量。因此，综合比较，只加沸石处理降盐效果最好，有机改良剂和园林废弃物作为改良土壤降盐材料也有助于滨海盐碱地改良，能够达到降盐效果。——论文作者：张 洋 ，李素艳**，张 涛，潘淑意，孙向阳，张 乐
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文章名称：滨海盐碱土壤改良技术
