脫硫石膏改良鹽堿地對紫花苜蓿生長的影響

李玉波　許清濤　高標(biāo)等

摘要：通過盆栽試驗，研究重度蘇打（Na2CO3）鹽堿地施用脫硫石膏對土壤理化性質(zhì)、紫花苜蓿出苗率和生物量的影響。結(jié)果表明，與不施脫硫石膏（對照）相比，土壤pH 值降低15.6%～17.5%，EC值提高0.50～1.65 mS/cm；紫花苜蓿出苗率提高7～29百分點(diǎn)，干生物量提高11.17%～50.20%，株高增加0.75～8.34 cm，分蘗數(shù)增加4%～75%，苜蓿含水量有所增加，但與對照相比，差異不顯著。根據(jù)吉林省西部土壤、氣候條件，結(jié)合土壤pH值、EC 值的變化與紫花苜蓿的出苗率、生物量、株高等數(shù)值指標(biāo)，建議脫硫石膏施用量為15 000 kg/hm2，以改良白城市重度蘇打鹽堿土。

關(guān)鍵詞：脫硫石膏；鹽堿地；土壤理化性質(zhì)；紫花苜蓿

中圖分類號： S541+.101；S156.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0188-02

土壤鹽堿化和次生鹽堿化是全世界面臨的一個難題，已成為限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個主要環(huán)境因素。全球約有鹽堿地9.5億hm2，分布于100多個國家。我國鹽堿地面積約 0.99億hm2，主要分布在東北、西北、華北以及東部濱海地帶[1-2]。白城市地處吉林省西北部，是我國北方生態(tài)環(huán)境脆弱帶的重要組成部分，鹽堿地面積達(dá)63.12萬hm2，占土地總面積的24.2%，其中，易改良和較易改良的中輕度鹽堿地占4587%，重度以上鹽堿地占54.13%，土地鹽堿化已經(jīng)對該區(qū)的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

紫花苜蓿屬多年生草本豆科植物，是世界上栽培歷史最悠久、分布面積最廣、利用最廣泛和經(jīng)濟(jì)價值最高的牧草品種，素有“牧草之王”之美譽(yù)。紫花苜蓿發(fā)達(dá)的根系能為土壤提供大量有機(jī)物質(zhì)，在土壤改良、水土保持和環(huán)境保護(hù)方面具有重要作用。白城市是我國細(xì)毛羊、草原紅牛育種和生產(chǎn)基地，由于氣候因素影響和人類活動的破壞，草原生產(chǎn)力水平持續(xù)下降，草原“三化”面積逐年擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計，吉林西部草原資源堿化、沙化正以每年3%的速度擴(kuò)大；產(chǎn)草量逐年下降，草質(zhì)變差，難以滿足畜牧業(yè)發(fā)展的需求。利用脫硫石膏改良鹽堿地并引種經(jīng)濟(jì)價值較高的紫花苜蓿，不僅能改善鹽堿化土壤的生態(tài)環(huán)境，使土壤中生物種群不斷發(fā)展壯大，生物多樣性得以增加，生態(tài)系統(tǒng)逐漸恢復(fù)，達(dá)到土壤修復(fù)的目的，而且還可以解決脫硫石膏的二次污染問題。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自白城市洮北區(qū)高坪村，土壤pH值為9.9，EC值為1.734 mS/cm，堿化度為63.5%，屬于重度蘇打鹽堿土壤；試驗所用紫花苜蓿（Medicago sativa）品種為美國培育的金皇后，由白城市畜牧科學(xué)研究院提供；栽種盆規(guī)格為下徑21 cm、上徑 25 cm、盆高 29 cm，花盆的表土面積為0.057 m2；種植紫花苜蓿施肥量為尿素10 kg/hm2、磷酸二銨 150 kg/hm2、氯化鉀100 kg/hm2；脫硫石膏來自吉林省白城市電廠，其化學(xué)組成為CaSO4·2H2O含量為89.9%、CaSO4·1/2H2O 含量為0.10%、CaCO3含量為7%、H2O含量為10.10%，pH值為6.19。

1.2 試驗方法

將取來的土樣自然風(fēng)干，用2 mm孔徑篩網(wǎng)過篩；將過篩后的土樣回填至栽種盆底部10～29 cm處，將脫硫石膏按照配比與剩余土樣混勻，回裝到表層0～10 cm處，每盆裝土 11 kg；加水到田間持水量，按照苜蓿播種技術(shù)，挑選飽滿的種子于6月15日播種于花盆中，每盆播種20粒；在9月15日紫花苜蓿收割期，分別測定株高、分孽數(shù)、株質(zhì)量、含水量、土壤pH值、全鹽量等指標(biāo)。試驗共設(shè)5個處理，每盆添加脫硫石膏量分別為：對照（CK），0 g；處理1，85.49 g；處理2，17098 g；處理3，256.47 g；處理4，341.96 g，對應(yīng)施用量依次為0、15 000、30 000、45 000、60 000 kg/hm2。試驗重復(fù)4次，測試土樣自然風(fēng)干，過1 mm篩，使水土比為5 ∶1，用酸度計測定pH值，用電導(dǎo)率儀測定全鹽量。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel軟件進(jìn)行分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫硫石膏對紫花苜蓿各項生理指標(biāo)的影響

由表1可見，脫硫石膏處理的土壤可明顯提高苜蓿的出苗率，但紫花苜蓿的出苗率并不隨脫硫石膏施用量的增加而增加，總體表現(xiàn)為處理1>處理3>處理2>處理4，處理1出苗率最高，較CK增加29百分點(diǎn)；苜蓿株高、干生物量、含水量的變化趨勢一致，都表現(xiàn)為處理1>處理2>處理3>處理4>CK，處理1株高、含水量和干生物量等最大，與CK相比，分別提高50.2%、3.8%、98.6%；脫硫石膏能影響紫花苜蓿分蘗數(shù)，施用脫硫石膏處理的分蘗數(shù)均高于CK，表現(xiàn)為處理2>處理1>處理3>處理4>CK，處理2分蘗數(shù)最多，平均達(dá)3.15個，較CK增加75%。這是由于施用脫硫石膏改變了土壤結(jié)構(gòu)，其中的鈣離子代換了土壤膠體上的鈉離子，使土壤膠體上鈉離子含量減少，降低了土壤堿性，提高了土壤通透性，使紫花苜蓿能在良好土壤環(huán)境中生長，促進(jìn)紫花苜蓿種子萌發(fā)和植株生長，有利于提高苜蓿出苗率，增加分蘗數(shù)。另外，脫硫石膏中含有豐富的S、Ca、Si等植物必需或有益的礦質(zhì)營養(yǎng)，對苜蓿營養(yǎng)起到一定的均衡協(xié)調(diào)作用。

2.2 脫硫石膏對土壤理化指標(biāo)的影響

2.2.1 對土壤pH值的影響 土壤pH值是代表土壤酸堿的重要指標(biāo)，表征土壤的活性酸強(qiáng)度，這也是土壤肥力的一個重要因素。pH值可直接影響土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)和有效性，因此，土壤pH值對植物的生長發(fā)育有重要的影響[3]。由圖1可見，紫花苜蓿收割后各處理的土壤pH值均有顯著變化，施用脫硫石膏的土壤pH值較未施用脫硫石膏處理的下降幅度大，各處理pH值與原始土壤相比，分別降低了5.7%、205%、21.6%、22.3%、20.5%；處理3的pH值下降最多，較CK平均下降了17.5%。這是由于脫硫石膏中Ca2+從鹽堿土中代換出交換性Na+，改善了土壤的理化性質(zhì)，降低了土壤的pH值。由圖2可見，脫硫石膏處理的線性趨勢線方程為y=0.31x+0.866，決定系數(shù)為r2=0.505 2

2.2.2 對土壤EC值的影響 土壤水溶性鹽是鹽堿土的一個重要屬性，是限制作物生長的障礙因素。可溶性鹽分在土壤表層富集是鹽堿地的特征之一[5]。鹽分是作物生長所必需的，但土壤中鹽分過高，必然會抑制作物的出苗和生長，從而影響作物產(chǎn)量甚至絕產(chǎn)。由圖3可見， 脫硫石膏本身可溶性鹽類含量較高，施用脫硫石膏導(dǎo)致土壤含鹽量增加；與原始土壤相比，處理4土壤EC值有所增加，其他各處理均有不同程度降低。這是由于脫硫石膏改良鹽堿士，是用 Ca2+把土壤膠體中的Na+代換出來，使土壤膠體主要吸附鈣，形成土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，改善了土壤的通氣、透水性能，使土壤鹽分能夠順利淋洗出土體，從而降低了土壤的EC值，但當(dāng)脫硫石膏施用量提高到一定程度，土壤中的Ca2+、Mg2+和SO2-4增加，土壤EC值反而提高。由圖4可見，施用脫硫石膏處理與CK相比，EC值有不同程度增加，且EC增加值與脫硫石膏的施用量成正相關(guān)，其趨勢線方程為y=0.418 3x-1.752 3，決定系數(shù)r2=0.924 5>r20.05=0.811 4，通過顯著性檢驗。這是由于脫硫石膏本身是一種無機(jī)鹽類，施用后會增加土壤含鹽量。

3 結(jié)論與討論

研究表明，重度蘇打鹽堿地施用脫硫石膏與不施用脫硫石膏相比，pH值降低15.6%～17.5%，減輕了土壤中堿對紫花苜蓿種子萌發(fā)、出苗和生長的危害；處理4的土壤EC值有所升高，其他各處理與原始土壤相比都有不同程度降低，但均比CK提高了0.50～1.65 mS/cm，且EC增加值與脫硫石膏施用量呈正相關(guān)。因此，在使用脫硫石膏改良鹽堿土?xí)r，應(yīng)選擇適宜施用量，并配合淋洗以達(dá)到脫鹽的目的。施用脫硫石膏處理的紫花苜蓿與對照相比，出苗率提高7～29百分點(diǎn)，干生物量提高11.17%～50.20%，株高增加0.75～8.34 cm，苜蓿分蘗數(shù)增加4%～75%，含水量也有所增加，但與對照相比無明顯差異。這與李躍進(jìn)等的研究結(jié)論[6-9]一致。

紫花苜蓿在長期生長進(jìn)化過程中，適應(yīng)了“三北地區(qū)”干旱、半干旱的自然環(huán)境條件，形成了耐寒、耐旱、耐鹽堿土壤的特性。針對吉林省西部土壤氣候條件，結(jié)合土壤pH值、EC 值的變化與紫花苜蓿的出苗率、生物量、株高等指標(biāo)，建議脫硫石膏施用量為15 000 kg/hm2以改良白城市重度蘇打鹽堿土。

白城市一方面種植業(yè)由“二元”種植結(jié)構(gòu)向“三元”種植結(jié)構(gòu)過渡，另一方面正在積極退耕還草，在重度蘇打鹽堿地施用脫硫石膏的基礎(chǔ)上，選擇種植適宜鹽堿地的牧草兼綠肥作物紫花苜蓿金皇后，是一項值得推廣應(yīng)用的實(shí)用技術(shù)，這為吉林西部在“三化”草場上建植苜蓿人工草地提供了技術(shù)支撐。擴(kuò)大紫花苜蓿生產(chǎn)，不僅為當(dāng)?shù)匦竽翗I(yè)提供優(yōu)質(zhì)飼草，促進(jìn)白城市“工業(yè)脫硫廢渣-改良鹽堿地-種植牧草-發(fā)展畜牧養(yǎng)殖-畜肥還田-改良鹽堿地”循環(huán)經(jīng)濟(jì)的形成和發(fā)展，同時也為牛羊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)飼料，以保證相關(guān)產(chǎn)業(yè)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]王遵親. 中國鹽漬土[M]. 北京：科學(xué)出版社，1993.

[2]Flowers T J. Improving crop salt tolerance[J]. Journal Experimental Botany，2004，55（396）：307-319.

[3]陳永偉. 脫硫廢氣物改良鹽堿地對水稻生長發(fā)育及土壤的影響研究[D]. 銀川：寧夏大學(xué)，2010.

[4]羅成科，肖國舉，張峰舉，等. 脫硫石膏改良中度蘇打鹽漬土施用量的研究[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2009，25（3）：44-48.

[5]王 昶，黃曉明，酒井裕司，等. 脫硫副產(chǎn)物在堿化土壤改良中的應(yīng)用[J]. 天津科技大學(xué)學(xué)報，2009，24（1）：39-41.

[6]李躍進(jìn)，烏力更，蘆永興，等. 燃煤煙氣脫硫副產(chǎn)物改良堿化土壤田間試驗研究[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2004，19（S1）：10-15.

[7]任 坤，任樹梅，楊培嶺，等. CaSO4在改良堿化土壤過程中對其理化性質(zhì)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報，2006，25（4）：77-80.

[8]王金滿，楊培嶺，石 懿，等. 脫硫副產(chǎn)物對改良堿化土壤的理化性質(zhì)與作物生長的影響[J]. 水土保持學(xué)報，2005，19（3）：34-37.

[9]趙淑芬，陳志遠(yuǎn). 內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧交錯帶紫花苜蓿優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培關(guān)鍵技術(shù)[J]. 華北農(nóng)學(xué)報，2004，19（S1）：131-133.