淤泥質濱海重鹽土低成本快速脫鹽技術研究

劉雅輝，王秀萍，李 強，張國新，魯雪林

（河北省農林科學院 濱海農業研究所，河北 曹妃甸063200）

濱海鹽堿土是重要后備資源，同時也是沿海生態問題，是沿海植被修復和植被構建的最大障礙。對濱海重鹽土改良利用問題，國內外學者做了大量研究，主要包括鹽漬土發生機制、水鹽動態變化規律，土壤改良劑篩選等方面的研究［1－6］，并取得較好成果。但以上研究大多是對有結構、全鹽含量1.2%以下的鹽堿土進行研究與利用，對無結構、土壤全鹽含量2.0%以上的濱海重鹽土的改良與利用研究，尚不多見，尤其對顆粒組成及其細膩的粉砂質濱海重鹽土，更是稀少。粉砂質濱海重鹽土，由于鹽分含量高，黏土含量更高，一般為48.5%以上，粉砂含量更低，一般為30%左右［7］，土質地細膩，土壤滲透系數低，導致降雨徑流損失高，淋溶脫鹽效率低，植被覆蓋率極低，僅有稀疏耐鹽野生植被黃須存在，光板地大于80%，是土壤類型中，含鹽最高、土壤改良極其困難的土壤類型。本研究針對濱海區淡水資源短缺、濱海粉砂質黏土淋洗脫鹽效率低的問題，采用室內模擬滴灌脫鹽技術，開展不同滴灌量淋溶條件下，不同配比的土壤改良劑對粉砂質濱海重鹽土的脫鹽效果研究。室內淋洗試驗減少了許多自然及人為因素的干擾，試驗結果較能準確地體現脫鹽過程中鹽堿性狀的變化，為濱海重鹽土節本型治理技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試重鹽土取自河北省唐山市曹妃甸生態城植被修復區。地處北緯39°12′01.17″—39°12′14.04″，東經118°32′55.52″—118°33′05.34″，屬于粉砂質黏土型濱海鹽土，土壤全鹽含量3.15%，pH值8.05，容重1.47g／cm3，滲透系數0.053 9mm／min，鹽分組成以NaCl為主，取土區域為光板地。采集0—30 cm土層混合樣，風干、碾壓后過20目篩備用。

1.2 土壤改良劑

營養型土壤改良劑由玉米秸稈（A）、磷石膏（B）、有機肥（C）、高活性腐植酸（E）和硫酸鋅（F）按一定比例配置而成。玉米秸稈：1.0～2.0cm的短節；磷石膏：工業廢料，主要成分CaSO4；高活性腐植酸：內蒙古西蒙科工貿集團生產，有機質干基≥56%，腐植酸干基≥38%；牛糞：腐熟牛糞，有機質≥56%；硫酸鋅：工業用硫酸鋅。

1.3 試驗設計與方法

試驗于2013年3月在河北省農科院濱海農業研究所實驗室進行。采用土柱模擬滴灌淋洗法，試驗土柱用1mm厚的有機玻璃制作，截面內徑14cm，高100cm，土柱側面底部裝有排水細管，底部鋪設5cm厚的石子作為反濾層。取30cm土柱厚的土樣約56 kg與一定配比的土壤改良劑混合后，裝入土柱。

土壤淋溶采用可調控模擬滴灌法，滴水速度0.5 L／h。淋溶分6次進行，每次滴量為1L，從有水淋出開始取土樣，之后每淋溶1L取土一次，共取土4次，測定土壤鹽分、pH值。4次取土滴灌量分別用 W1，W2，W3，W4表示，滴灌水量分別為0.2m3／m2，0.26 m3／m2，0.33m3／m2，0.39m3／m2。

土壤改良劑配比處理采用L16（45）正交設計，設5個因子（A，B，C，D，E），4個水平（1，2，3，4），共16個處理，試驗方案見表1。

表1 試驗方案

1.4 測定方法

土壤酸堿度（pH）測定采用pH酸度計法；土壤全鹽含量測定采用電導率法（水土比為5∶1）。

1.5 數據分析

數據采用Excel 2003和DPS數據處理系統進行統計、分析。

2 結果與分析

2.1 滴灌量對濱海重鹽土脫鹽的影響

2.1.1 滴灌量對濱海重鹽土全鹽含量的影響 滴灌是淡水淋鹽最節本增效的措施之一。在滴灌條件下濱海重鹽土添加土壤改良劑淋鹽試驗中，30cm土層土柱加一定配比改良劑的土壤達到飽和并淋出鹽水，持水量為2～2.5L，滴灌3L淡水后，各處理土體中均有水淋出。根據滴灌量與土壤改良劑配比兩因素隨機區組設計分析（圖1）表明，隨著滴灌數量的增加濱海鹽土平均全鹽含量逐漸降低，但不同滴灌水量降低土壤鹽分幅度有差異。滴灌水量為W1（0.2m3／m2）時土壤鹽分平均值為0.94%，脫鹽率70.15%；W2（0.26 m3／m2）處 理 土 壤 鹽 分 平 均 值 為 0.67%，脫 鹽 率78.73%；W3（0.33m3／m2）處理土壤鹽分平均值為0.59%，脫鹽率81.26%；W4（0.39m3／m2）處理土壤鹽分平均值為0.61%，脫鹽率80.63%。根據差異顯著性分析，W1與其它滴灌量處理之間的土壤全鹽含量差異達極顯著水平；W2，W3，W4處理之間的土壤全鹽含量差異不顯著，說明滴灌淋鹽中前期大水量滴灌可以取得較好的脫鹽效果。因此，考慮脫鹽效果與節本增效的目的，應該選取0.26m3／m2滴灌量進行重鹽土脫鹽淋洗。

圖1 滴灌量對濱海重鹽土全鹽含量的影響

2.1.2 滴灌量對濱海重鹽土pH值的影響 根據滴灌量與土壤改良劑配比兩因素隨機區組試驗分析，結果表明（圖2），滴灌與土壤改良劑共同作用可使濱海重鹽土pH值迅速降低，滴灌量為W1處理時，pH值降低幅度最大，與其它滴灌量處理對pH值的影響差異達到極顯著水平，pH值由原來的8.05降至7.16，土壤類型由堿性土（7.5～8.5）轉化為適宜植物生長的中性土（6.5～7.5）。隨著滴灌量的增加，pH 值有升高的趨勢，但升高幅度不大，W2，W3兩處理之間差異不顯著；當滴灌量進一步增加至W4處理，pH值又有所下降，降幅也不大，這可能是土壤改良劑的施用使土壤的理化性質發生變化所致。可見，在改良劑與滴灌水量的共同作用下，滴灌水量為0.2m3／m2就能將土壤pH值降低到適宜植物生長的范圍。

圖2 滴灌量對濱海重鹽土pH值的影響

2.1.3 淋溶脫鹽過程中濱海重鹽土全鹽含量與pH值的關系 對4次淋溶脫鹽過程中土壤全鹽含量與pH值進行相關分析，結果表明（表2），土壤全鹽含量與pH值呈顯著負相關，即土壤全鹽含量隨土壤pH值的降低而逐漸增加，這種現象在淋溶脫鹽后期明顯大于前期，這與王麗娜等研究結果一致［8］。因此，綜合考慮脫鹽率、pH值及在其淋溶過程中它們間的相互關系，淋溶滴灌水量選取W2，鹽分及pH值均能達到植物適宜生長的范圍，不僅能夠實現快速脫鹽、節本增效的目的，又能解決隨滴灌量的增加，土壤鹽分降低、土壤pH值升高的問題。

表2 滴灌過程中濱海重鹽土全鹽含量與pH值的相關系數

2.2 不同土壤改良劑對濱海重鹽土脫鹽的影響

2.2.1 不同土壤改良劑對濱海重鹽土全鹽含量的影響 滴灌量0.26m3／m2的滴灌條件下，應用正交設計極差分析法對滴灌后土壤全鹽含量進行極差分析并作圖，結果表明（圖3），5個因素對土壤全鹽含量的影響順序為磷石膏＞腐植酸＞有機肥＞ZnSO4＞秸稈。可以看出，磷石膏是土壤全鹽量影響最大的因素，但不是降低土壤全鹽量貢獻最大的因素，根據圖3曲線，磷石膏的施用使土壤全鹽量增加了，而且土壤全鹽量隨著磷石膏施入量增加而略有增加，說明施入脫硫石膏過量可導致土壤全鹽量增加，與邵玉翠等［9］研究結果一致。施用磷石膏后，土壤的理化性質得到明顯改善，施用量越大，土壤滲透性越好、硬度明顯降低［10］。同樣從圖3還可以看出，腐植酸、有機肥對土壤全鹽含量的影響曲線陡峭，而且施用量越大土壤全鹽量降低越明顯，因此，對土壤脫鹽貢獻率較大。秸稈與ZnSO4施用量對土壤全鹽量的影響曲線平緩，對土壤脫鹽貢獻率較小。從降低全鹽含量來看，最優改良劑配比組合為A1B1C2D2E4。

2.2.2 不同土壤改良劑對濱海重鹽土pH值影響從圖4看出，5個因素對土壤pH值影響順序為磷石膏＞腐植酸＞ZnSO4＞秸稈＞有機肥。可見，磷石膏和腐植酸是土壤pH值影響較大的因素，并且隨著施入量的增大，pH值降低，說明磷石膏和腐植酸對調節土壤pH值有十分重要的作用。綜合分析5個因素對土壤pH值影響，可以看出降低pH值的最優改良劑配比組合為A1B3C3D4E2。

2.2.3 濱海重鹽土脫鹽改良劑配比最優組合的確定

根據降低全鹽含量和pH值來看，得到2種不同的改良劑配比組合。要達到濱海重鹽土改良目的，就是使土壤全鹽含量和pH值2個指標均降低到適宜植物生長的范圍。兼顧降低土壤全鹽含量和pH值的作用，擇優選擇最佳改良劑水平組合是十分關鍵的。對A因素而言，對土壤全鹽含量和對pH值的影響均屬于次要因素，而且兩指標最優水平都是選取的A1，因此最后選取A1水平；對B因素而言，對全鹽含量和對pH值的影響均排在第一位，兩指標中分別選B1和B3，因為全鹽含量隨磷石膏施入量的增加反會而升高，考慮節本增效，應該選取B1水平；對C因素而言，對全鹽含量影響排第三位，此時選取的C2，對pH值的影響排末位，因此，以全鹽含量的最優水平為準，即選C2水平；對D因素，對全鹽含量和對pH值的影響均排在第二位，兩指標中分別選取為D2和D4，若選D2，pH值增加1%，若選D4，全鹽含量增加43%，因此選取D2水平；對E因素，對全鹽含量和pH值的影響均屬次要因素，兩指標中分別選取為E4和E2，若選取E4，pH值比選E2增加0.5%，選E2，全鹽含量增加36%左右，因此選取E4水平。因此，適宜濱海重鹽土的改良劑最優水平組合為A1B1C2D2E4，即秸稈0.05m3／m2＋磷石膏3kg／m2＋有機肥0.1 m3／m2＋腐植酸0.06kg／m2＋ZnSO40.12kg／m2。

圖3 不同改良劑及施用量對濱海重鹽土全鹽含量的影響

圖4 不同改良劑及施用量對濱海重鹽土pH值的影響

3 結 論

（1）通過不同滴灌水量對濱海鹽土全鹽含量和pH值的影響研究，確定了以0.26m3／m2滴灌量進行滴灌，脫鹽率達78.73%，pH值也能達到植物適宜生長的范圍，能夠達到快速脫鹽的目的。

（2）在滴灌量0.26m3／m2的滴灌條件下，5種改良物質在4個水平上對土壤全鹽含量影響順序為磷石膏＞腐植酸＞有機肥＞ZnSO4＞秸稈，最優水平組合為A1B1C2D2E4；對pH值影響順序為磷石膏＞腐植酸＞ZnSO4＞秸稈＞有機肥，最優水平組合為A1B3C3D4E2。

（3）兼顧土壤全鹽含量和pH值的影響，考慮節本增效目標，淤泥粉砂質濱海重鹽土改良的最佳配方為秸稈0.05m3／m2＋磷石膏3kg／m2＋有機肥0.1 m3／m2＋腐植酸0.06kg／m2＋ZnSO40.12kg／m2。

（4）該研究結果不僅改善了土壤理化性質，達到快速脫鹽的效果，也為植物生長提供了所需營養元素，尤其有機肥和腐植酸等營養肥料，可緩解淤泥質濱海鹽土土壤結構性差、鹽分高、肥力低的問題。但是，由于該研究是室內進行的試驗，其田間效果還有待進一步驗證。

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