不同改良劑對融雪劑鹽害土壤的修復效果

姜美玲, 孫向陽, 欒亞寧, 郭 城, 龔小強, 武軒韻

(北京林業大學 林學院, 北京 100083)

不同改良劑對融雪劑鹽害土壤的修復效果

姜美玲, 孫向陽, 欒亞寧, 郭 城, 龔小強, 武軒韻

(北京林業大學 林學院, 北京 100083)

摘要：[目的] 探究不同改良劑對融雪劑鹽害土壤的修復效果及其對矮牽牛生長的影響，為改良劑的大田推廣提供理論依據。 [方法] 采用香菇菌糠、平菇菌糠和脫硫石膏3種改良劑，通過土柱室內模擬試驗，對改良后土壤的pH值，土壤電導率(EC)，K+，Na+，Cl-、容重和孔隙度進行測定。 [結果] 改良處理后，pH值均有不同程度的降低；香菇菌糠施用量為24 g/kg時，降低土壤EC值效果最顯著；平菇菌糠改良可以有效提高土壤中K+離子含量；對于降低土壤中Na+離子含量而言，表現為：平菇菌糠>香菇菌糠>脫硫石膏；香菇菌糠處理(24 g/kg)對于降低土壤中Cl-離子含量、土壤容重和提高孔隙度等方面效果最顯著，土壤容重比CK減少了57.3%，孔隙度增加了24.6%，使矮牽牛單株鮮重較CK增加了244.64%。 [結論] 當香菇菌糠施用量達到24 g/kg時，改良融雪劑鹽害土壤的效果最顯著。

關鍵詞：融雪劑; 香菇菌糠; 平菇菌糠; 脫硫石膏; 施用量; 矮牽牛

近年來融雪劑的頻繁使用導致了土壤受到嚴重的危害，融雪劑一般為價格較便宜的氯鹽類，以氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等一種物質或幾種物質為主要成分,非氯鹽類的融雪劑比較貴，一般不會使用[1]。通過鹽堿地以及鹽漬土的改良可以延伸到融雪劑污染土壤的改良，其作用機理是相同的，受融雪劑污染的土壤也屬于鹽害土，而融雪劑對土壤的污染最直接就表現在植物的生長上。

一般認為，Na+和Cl-溶解度較高，容易在土壤中蓄積，不容易被降解或吸附，導致土壤鹽度上升。而且Na+通過離子交換置換土壤中Ca2+，Mg2+，K+等離子，使植物細胞內Ca2+，Mg2+，K+等離子的含量降低，抑制植物對有效離子的吸收。此外，Na+離子濃度過高，會分散土壤中有機顆粒和無機顆粒，導致土壤板結，滲透能力下降，土壤通氣透水性下降[2-3]。余海英等[4]研究表明融雪劑鹽害土壤主要以EC值和主要鹽分離子Na+，Cl-含量增加為顯著特征，其分布沒有明顯的規律性。郭城等[5]通過在天安門鋪設吸附層，證明由海泡石絨、沸石、腐殖質3種材料組成的吸附層，能夠吸附融雪劑中Na+、Cl-等無機離子。根據“鹽隨水走”的水鹽運行規律，灌水能夠使鹽害土壤中的離子排除，達到改良土壤的目的[6]。王曉洋等[7]通過添加不同的改良劑，結果證明，腐殖酸改良濱海鹽漬土效果最好，腐殖酸與石膏配施是濱海鹽漬土適宜的改良劑組合。添加改良劑、灌溉以及隔鹽層都能夠達到改良和預防鹽害土壤的目的，菌糠和脫硫石膏改良土壤的原理一致，均可通過Ca2+對土壤膠體吸附的Na+進行交換，提高土壤孔隙度，達到改良土壤的目的。

本研究通過添加香菇菌糠、平菇菌糠和石膏等3種改良劑以及牽?；ǖ脑耘嘣囼灒剿鞑煌牧紕}害土壤的改良效果以及最佳施用量，為改良劑的大田推廣提供理論依據。

1材料與方法

1.1　供試材料

供試土壤取自北京市海淀區北京林業大學北路栽培用土，基本性質見詳表1。改良劑選用香菇菌糠和平菇菌糠，購買自北京朝陽園林廢棄物堆肥處理基地，pH值分別為6.93，7.25；脫硫石膏(CaSO4·2H2O)購買于山西太原電廠，pH值7.94。融雪劑購買于大連申維建材制品有限公司，NaCl含量為95%。

表1　供試土壤的理化性質

1.2　試驗設計與方法

(1) 試驗處理。試驗共設10個處理(表2)，每個處理3次重復。X1，X2和X3分別表示香菇菌糠改良劑，P1，P2和P3分別表示平菇菌糠改良劑，S1，S2和S3則分別表示脫硫石膏改良劑，CK為空白對照，不加任何改良劑。

首先進行室外分層取土，分層將土裝入土柱，每個土柱5 kg,每隔10 cm有1個取樣孔，土柱底面直徑10 cm,高65 cm,將0.785 g的融雪劑溶于150 ml水中(以100 g/m2的標準[8])，利用恒流泵將融雪劑加入土柱中，保證融雪劑均勻滲入土壤。按照以上方法處理33個土柱，穩定后選取改良處理之外的3個土柱，測定融雪劑污染后的土壤性狀作為原始值，然后添加改良劑并注入500 ml水，使土壤保持濕潤，脫硫石膏是粉末狀，直接施于土壤表面，平菇菌糠和香菇菌糠與表層土壤0—10 cm混合，試驗為期30 d，結束后進行測定分析。

(2) 矮牽牛的栽培試驗。改良后的土壤進行室內栽培試驗，矮牽牛采用先育苗后移栽的方法，為期2個月后收獲并測定各種生物指標。

1.3　測定指標與方法

土樣分析采用水土比為5∶1進行浸提，土壤容重采用環刀法進行測定，土壤孔隙度可由土壤容重算出；pH值用酸度計測定，電導率(EC)用電導率儀測定，K+，Na+用火焰光度計法測定，Cl-采用AgNO3滴定法測定[9]。試驗數據采用Excel和SPSS 18.0軟件進行處理分析。

表2　土壤改良試驗方案

2結果分析與討論

2.1　施用不同改良劑對土壤pH值的影響

圖1　不同改良劑處理后土壤pH的變化

注：同行不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。下同。

2.2　施用不同改良劑對土壤EC值的影響

土壤0—10 cm和10—20 cm的土層EC值分別為1.184，0.9 mS/cm。從圖2可以看出，在0—10 cm土層，石膏改良處理后，EC值較對照處理明顯升高，S1，S2和S3處理均顯著高于CK(p≤0.05)，但S1和處理前相比降低了0.32，原因可能是由于脫硫石膏中Ca2+的增加，使總鹽含量相對升高，從而導致EC值升高[10]，在香菇菌糠和平菇菌糠處理后，僅X3處理顯著低于對照CK，而P1與CK相比差異不顯著，其他處理相比CK顯著升高。對于10—20 cm土層，脫硫石膏和平菇菌糠各處理均顯著高于CK處理，隨著平菇菌糠施用量的增加，EC降低值逐漸減少，原因可能是平菇菌糠本身EC值相對較大，而香菇菌糠處理后，X1與對照相比差異不顯著，X2顯著高于CK處理，X3處理則顯著低于對照CK。上述結果表明，X3(24 g/kg)處理對降低土壤EC值效果最好。

圖2　不同改良劑施用后土壤EC值的變化

2.3　不同改良劑的施用對土壤中水溶性鈉離子含量的影響

施用脫硫石膏的目的是利用脫硫石膏中的Ca2+對土壤膠體吸附的Na+進行交換，并通過一定的淋洗，達到改良土壤的目的[12]。施用菌糠也是為了將土壤中釋放出的Na+被Ca2+交換[11]，從而使鈉離子含量降低，減輕土壤鹽害，使土壤膠體主要吸附Ca2+，促進土壤團粒結構的形成，改善土壤肥力[13]。

從表3可以看出，處理前土壤中水溶性鈉離子平均含量在0—10和10—20 cm土層分別為1.54和0.73 g/kg,為重度鹽化下的鈉離子含量水平，已超出土壤可以承受的鈉離子含量0.58 g/kg[14]。添加改良劑處理之后，在0—10 cm土層，P1，P2，P3，X1，X2和X3處理的鈉離子相對降低量均顯著高于CK(p≤0.05)，香菇菌糠和平菇菌糠處理后，隨著施用量的增加，鈉離子相對降低量越大，最高達91.06%，處理S1，S2和S3處理的鈉離子相對降低量則與CK差異不顯著(p≤0.05)，但除S1以外，相對降低量均比對照高，且隨著石膏施用量的增加，鈉離子含量降低效果越好。在10—20 cm土層，9個改良處理的鈉離子相對降低量與CK相比差異均不顯著(p≤0.05)，但各處理相對降低量均比對照高，而且香菇菌糠處理后，仍是隨著施用量的增加，鈉離子相對降低量越大，其他改良劑則相反。同時，可以看出改良之后CK和9個改良處理在0—10和10—20 cm土層鈉離子含量范圍分別為0.14～0.39和0.11～0.18 g/kg，均達到正常水平。上述結果表明，各改良劑處理鈉離子降低作用主要發生在0—10 cm土層，各改良劑中平菇和香菇為最優改良劑，與對照相比改良效果顯著，且平菇菌糠>香菇菌糠，而對10—20 cm土層作用相對較弱。

2.4　不同改良劑對土壤水溶性K+含量的影響

由表4可以看出，添加改良劑之前，K+含量處在同一水平，0—10 cm和10—20 cm土層K+含量分別為0.08和0.06 g/kg，而土壤中鉀離子正常允許范圍是0.75～1.24 g/kg[14]，可見融雪劑鹽害土壤均明顯低于正常K+所需水平。改良處理之后，0—10 cm土層K+范圍為0.04～0.45 g/kg，10—20 cm土層K+含量范圍是0.03～0.11 g/kg，明顯可以看出0—10 cm和10—20 cm土層，K+含量有所降低也有所升高。同時可以看出，對于0—10 cm土層脫硫石膏處理可以使K+含量降低，這可能是因為脫硫石膏中的Ca2+與土壤中的K+發生離子交換作用，且S1相對降低量達到最大，達到14.31%，但相比對照高出33.25%，且隨著石膏施用量的增加，這種現象逐漸減弱，S2和S3處理后，升高量顯著高于CK。0—10 cm土層香菇和平菇菌糠處理后，只有X3處理顯著低于對照CK，其他各處理相比對照，均顯著升高。香菇菌糠處理是隨著施用量的增加，K+離子升高量越小，平菇菌糠處理P3效果最好，相比對照高出447.20%，這有可能是因為添加菌糠使得礦物態鉀不斷分解，水溶性鉀離子含量增加，改善土壤結構[15],這與謝修鴻等[16]研究黑木耳菌糠改良鹽堿地的結論相一致。對于10—20 cm的土層，脫硫石膏和平菇菌糠各處理相比對照顯著升高，香菇菌糠X1和X2相比對照無顯著影響，X3顯著低于對照CK，趨勢和0—10 cm土層相一致，隨著施用量的增加，K+離子相對降低量越大。由此可以看出，平菇菌糠處理對提升K+離子含量效果最佳。

表3　不同改良劑處理對融雪劑次生鹽害土壤中Na+含量相對降低量的影響

注：同行不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。離子含量單位為g/kg。下同。

表4　不同改良劑處理對融雪劑次生鹽害土壤中K+含量相對升高量的影響

2.5　不同改良劑對土壤Cl-含量的影響

從表5可以看出，添加改良劑之前土壤中Cl-離子含量在0—10 cm土層為1.67 g/kg，高于土壤正常Cl-離子含量<0.90 g/kg[14],Cl-對于植物所需元素來說屬于微量元素，需求量極少，一般0.1%即可滿足需要[17]。而在10—20 cm土層為0.72 g/kg處于正常水平內。添加改良劑處理之后，Cl-含量均有所降低。在0—10 cm土層，9個改良處理氯離子相對降低量均顯著高于CK(p≤0.05)，且均隨著改良劑施用量的增加，Cl-相對降低效果越顯著，其中處理S3和X3處理效果最佳，顯著高于其他改良處理。添加改良劑處理之后，在10—20 cm土層，香菇和平菇菌糠處理后，其Cl-相對降低量均顯著高于CK(p≤0.05)，且隨著菌糠施用量的增加，Cl-相對降低效果越顯著。

同時，可以看出改良之后CK和9個改良處理在0—10 cm土層鈉離子含量范圍為0.10～0.48 g/kg，達到土壤理想水平<0.90 g/kg[14]。說明在0—20 cm土層，香菇菌糠(24 g/kg)處理對于降低Cl-含量效果最顯著。

表5　不同改良劑處理對融雪劑次生鹽害土壤中Cl-含量相對降低量的影響

2.6　改良劑對土壤容重和孔隙度的影響

改良處理之前，土壤容重為1.19 g/cm3，孔隙度是54.95%，由圖3可以看出，改良處理后，均使土壤容重降低，孔隙度升高。但不同改良劑的施用對土壤容重和孔隙度的影響有所差異，此外還可以看出，香菇菌糠處理后，土壤容重降低效果最顯著，最低達到0.34 g/cm3，比CK減少了57.3%，其次為平菇菌糠處理，且兩種菌糠均是隨著施用量的增加，土壤容重逐漸降低；對于增加土壤孔隙度而言，表現為：，香菇菌糠處理>平菇菌糠>脫硫石膏，這是由于菌糠本身疏松多孔，對保持土壤的通透性和保水性有著顯著的作用[18]，石膏則是由于高價離子的介入降低電位勢有利于團粒結構的形成[19]。

圖3　不同改良劑施用量對土壤容重及孔隙度的影響

2.7　改良后的土壤對矮牽牛生長發育的影響

從表6可以看出，施用3種改良劑后，矮牽牛的生物量均比對照高，說明含鹽量的降低為矮牽牛的生長提供的適宜的環境[8]。改良處理后，矮牽牛生物量與對照相比均有顯著差異。3種改良劑處理后，花朵數的顯著效果基本一致；S3，X3，P1處理后，株高分別比CK增加了33.3%，45.76%和45.10%，莖粗分別比CK增加了63.79%，125.93%和81.54%，冠幅分別比CK增加了356.45%，484.86%和387.64%，單株鮮重分別比對照增加了194.98,244.64%和200.64%，最大值達到91.33 g;由此可見X3處理效果最好,P1和S3次之。這是因為改良劑施用后使pH值、EC值、鹽分含量降低，孔隙度升高；另一方面是因為改良劑中含有植物所需要的Ca，Mg等營養元素。

3結 論

(1) 各處理均能使土壤pH值降低，有效改善土壤的堿性，改良土壤，0—10 cm的土層，脫硫石膏0.9 g/kg和香菇菌糠12 g/kg處理效果最好，比對照分別降低了0.21和0.19個單位，10—20 cm的土層，平菇菌糠24 g/kg處理降低效果最佳，與對照CK相比降低0.2個單位；當香菇菌糠施用量為24 g/kg時，可以顯著降低土壤EC值，從而減輕土壤鹽害。

表6　改良后的土壤對矮牽牛生長發育的影響

(2) 平菇菌糠處理后可以顯著提高土壤中K+離子含量，改善土壤結構。融雪劑鹽害土壤中最主要是Na+和Cl-含量偏高，對于降低土壤中Na+離子含量表現為：平菇菌糠﹥香菇菌糠﹥脫硫石膏；香菇菌糠處理對于降低土壤中Cl-離子含量效果最佳，其次是脫硫石膏和平菇菌糠。

(3) 改良劑處理后，均使土壤容重降低，孔隙度升高，香菇菌糠處理達到24 g/kg時效果最顯著，土壤容重比CK減少了57.3%，孔隙度增加24.6%。對土壤結構有明顯改善，增強土壤的通氣透水能力，提高土壤肥力。

(4) 香菇菌糠24 g/kg、平菇菌糠12 g/kg和石膏1.2 g/kg處理對提高矮牽牛的生物量效果最佳，其中香菇菌糠施用量達到24 g/kg時，效果最顯著，綜合比較來看，香菇菌糠處理(24 g/kg)是改良土壤的最佳施用量水平。

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Effects of Different Soil Amendments on Soil Improvement of Deicing Salt Damaged Soil

JIANG Meiling, SUN Xiangyang, LUAN Yaning, GUO Cheng, GONG Xiaoqiang, WU Xuanyun

(CollegeofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：[Objective] Effects of soil amendments with different addition amount on the amelioration of deicing salt damaged soil and its inflences on growth of petunia were observed to guide practical filed employment. [Methods] Three amendments, including spent Lentinula edodes substrate, Pleurotus ostreatus and gypsum were used in a soil column laboratory experiment. Soil pH value, EC, K+, Na+, Cl-, bulk density and porosity were measured after the amendments were applied. [Results] pH values were observed significantly decreased in all amendment treatments. Shiitake mushroom(24 g/kg) had the best effect on decreasing soil EC. Pleurotus ostreatus effectively improved soil K+concentration. Regarding the reducing of soil Na+, the amendments had a rank of Pleurotus ostreatus>Shiitake mushroom>Gypsum. Spent Lentinula edodes substrate(24 g/kg) had the best effects on decrease of soil Cl-content, density and improvement of soil porosity. As compared with CK, the spent Lentinula edodes treatment decreased soil bulk density 57.3%, increased soil porosity by 24.6%, and the fresh weight of petunia in the treated soil increased by 244.64%. [Conclusion] Spent Lentinula edodes substrate(24 g/kg) was observed having the best effects on ameliorating of deicing salt damaged soil.

Keywords:deicing; spent Lentinula edodes substrate; Pleurotus ostreatus; desulfurized gypsum; applying amount; petunia

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0301-05

中圖分類號：S156.2

通信作者：孫向陽(1965—),男(漢族),山東省樂陵市人,教授,博士生導師,主要從事土壤生態、森林土壤、植物營養等方面的研究。E-mail:1206281403@qq.com。

收稿日期：2014-09-23修回日期：2014-11-20

資助項目：北京市自然科學基金項目“復合吸附層對融雪劑的吸附作用研究”(2122044); 北京市教育委員會科學研究與研究生培養共建項目

第一作者：姜美玲(1987—),女(漢族),黑龍江省佳木斯市人,碩士研究生,研究方向為土壤生態。E-mail:jddzzh123@163.com。