利用黃河泥沙改良砂質中低產田土壤質地小區試驗

鄭 軍，李貴勛

(黃河水利委員會黃河水利科學研究院，鄭州 450003)

0 引 言

“水少沙多、水沙關系不協調”是黃河難治的癥結，泥沙進入下游河道抬高河床壅高水位，危及下游人民生命財產安全。同時，隨著科學技術的發展、經濟社會的進步和對黃河泥沙資源屬性認識的進一步加深，土地是稀缺資源，泥沙是流失的土地，也是不可多得的稀缺資源。目前黃河泥沙的資源利用已經在黃河防洪安全利用、放淤改土和生態重建、河口造陸和建筑材料利用等方面取得大量研究成果[1]。

土壤質地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關系[2]。李潮海等[3]的研究結果表明，黏壤、中壤和砂壤3 種質地土壤上冬小麥生長后期的光合速率、葉綠素含量、蒸騰速率、根系活力、葉面積指數等生理特性存在明顯差異，并且這些差異影響著冬小麥的籽粒灌漿; 翟清云等[4]、韓巧霞等[5]的研究結果表明，土壤質地對小麥籽粒蛋白質積累影響較大。近年來在土壤質地對小麥產量的影響方面開展了大量研究工作[6-11]，而較少分析黃河泥沙影響土壤質地的變化。

在我國的耕地面積中，中低產田高達60%以上。中低產田是我國重要的耕地資源，具有很大的糧食增產潛力。沿黃河南、山東等省區是我國重要的農業生產基地和糧食核心產區，同時也是我國糧食增產潛能主要發掘區。砂質土壤是河南中低產田的一個典型種類，其有機質含量低，黏粒含量低，物理性狀差，水、肥、氣、熱不協調，從而導致漏水漏肥，土壤質量差，嚴重制約當地農業發展。而下游黃河泥沙中黏粒含量高，因此利用黃河泥沙中年黏粒摻入砂質土地，調整土壤表層砂黏比例，可以有效提高砂質土壤中黏粒含量，改善土壤質地，進而提高耕地單產，是發展民生水利的根本要求。

為此，研究了黃河河道抽取黃河泥沙改良砂質土壤質地的效果，通過在砂土中摻加不同比例的高黏黃河泥沙，對比研究了土壤質地和小麥產量的變化情況，為提高小麥產量提供技術支持。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

砂質地土壤質地改良的材料為黃河淤積泥沙，首先要對黃河淤積泥沙的質地進行分析試驗。綜合考慮河南省黃河河道設置抽沙試驗難易程度和沿黃砂質地的分布情況，在河南省黃河流經區域選擇了3個典型河段作為抽沙試驗地點，分析淤積泥沙的質地特性，從中選取黏粒含量最高的沙源作為土壤質地改良的材料。

1.2 試驗場地選擇

2014年6-9月，選取黃河沿岸砂質潮土廣泛分布的延津縣、開封縣、中牟縣、蘭考縣、原陽縣、長垣縣等縣市進行取樣，共選取24個典型地塊，取得土壤樣品24個，每個樣品重復3次。測試指標主要為：土壤質地、全氮磷鉀、速效氮、速效磷、速效鉀等指標。

1.3 試驗設計

考慮試驗的經濟效益，對試驗成本進行了控制，加入黃河泥沙不宜太多，初步考慮與小區內土壤的摻入比例5%～20%之間進行摻入試驗。試驗采用隨機區組試驗，4個處理：CK；黃河泥沙與小區內土壤按照體積比1∶15摻入黃河泥沙；黃河泥沙與小區內土壤按照體積比1∶10摻入黃河泥沙；黃河泥沙與小區內土壤按照體積比1∶5摻入黃河泥沙。黃河泥沙均勻撒于地表后進行旋耕，旋耕深度25 cm。小麥品種為矮抗58，測定土壤質地變化和小麥產量變化。

2 試驗結果與分析

2.1 試驗材料和試驗場地的土壤質地組成

抽沙現場試驗中，選擇在抽沙管道出流口用制作加工的鋼筋網面過濾渾水，粗顆粒黃河泥沙成散粒體狀可以通過鋼筋網面，細顆粒淤積固結泥沙凝聚力高一般呈塊狀形態，多數阻隔在鋼筋網面前端，集中收集堆放。此種試驗設置實現類泥沙粗細分選，便于分類利用。砂質地土壤改良所使用的黃河泥沙以細顆粒含量高為好，因此要從不同河段中篩選出去黏粒含量高的黃河泥沙(以下簡稱高黏黃河泥沙)。3個典型河段分別位于鄭州劉江黃河大橋附近、原陽縣官廠鄉附近和原陽縣劉莊村附近，抽沙地點的樣品質地分析結果見表1。

表1 抽沙點樣品質地分析結果

注：樣品編號第一位數字代表抽沙地點，第二位數字代表該抽沙點樣品重復次數，將0.01 mm作為物理性黏粒和物理性砂粒的劃分界限。

從表1中可以看出：1號和3號抽沙點黃河泥沙粒徑較大，以砂粒為主，屬于松砂土，保水保肥性能差，無法用于砂質地土壤質地改良；2號抽沙點揀選出的樣品黏粒含量較高，樣品的物理性黏粒達到40%以上，為中壤土，保水保肥性好，可以用于砂質地土壤質地改良。說明不同河段，黃河底部淤積泥沙的質地、黏粒含量和分層情況都大不相同，這和泥沙淤積的年代、距離黃河主槽的遠近和后期沖淤變化等有重要的因果關系。

選取黃河沿岸24個典型地塊，對其地塊樣品質地進行了試驗分析，部分試驗結果見表2。

由表2可以看出，黃河沿岸很多灘區的土地砂含量很大，因為過去黃河發生洪水漫灘時，大水帶著泥沙涌入灘區，根據距離遠近，落淤的顆粒粗細有所不同。封丘縣的曹崗灘區1號距離目前黃河主槽大約3 km，曹崗灘區2號距離目前黃河主槽大約5 km，距離黃河更近的曹崗灘區1號所包含的物理性砂粒比曹崗灘區2號高出12%左右，分析原因為黃河洪水期間攜帶的粗顆粒泥沙落淤的較近，而粉黏顆粒可隨水流流向更遠的位置落淤沉積，因此離黃河河道遠端的曹崗灘區2號黏粒含量高。

表2 黃河沿岸部分地塊樣品質地分析結果

原陽縣黃河大堤附近的1號、2號和3號地塊，土壤類型分別是輕壤土、重壤土和緊砂土，雖然曾經同屬黃河洪水淹沒灘區，其中1號和3號地塊的土壤質地形成原因與之前的曹崗灘區類似，而2號地塊的黏粒含量達到51%左右，與黃河洪水期間淹沒有一定關系，同時也包含其他原因，形成原因較復雜，還需要進一步研究。

通過結合多地調研和土壤取樣試驗分析結果，考慮高黏黃河泥沙抽沙點距離遠近、運輸成本和土地歸屬權等綜合分析，選定河南科技學院新鄉試驗基地某地塊作為質地改良小區試驗場地。在河南科技學院新鄉試驗基地中的3個備選地塊，2號地塊的物理性砂粒含量最高，因此選定2號地塊作為小區驗證試驗的場地。

2.2 黃河泥沙對0～20 cm土層土壤質地和小麥產量的影響

2014年10月進行了黃河泥沙樣本摻入小區所取土壤樣本的不同體積配比試驗和小區驗證試驗，1號、2號小區保持不變作為比照小區，在3號、4號、5號小區分別按照高黏黃河泥沙：小區土壤按1∶5和1∶10和1∶15的體積比例摻入，在土壤混摻均勻后種植了小麥。2014年12月對摻入黃河泥沙的不同地塊進行了土壤質地的測驗，2015年6月對各小區分別進行了土壤質地和小麥測產試驗，同時在小麥生長期內進行了田間含水率多次觀測，具體結果見表3～表5。

表3 2號抽沙點黃河泥沙與新鄉試驗田2號土不同處理后土壤質地情況

表4 田間含水率情況 %

表5 試驗田土壤質地變化及小麥產量結果

注：采集土樣和測產的時間為2015年6月。

從表3中可以看出，土壤質地在原來物理性黏粒平均9.57%的基礎上，上升為平均13.81%、11.54%和10.57%，黏粒含量都有一定程度的提升。從表4中可以看出，土壤持水能力也有所不同，黏粒含量高的土壤，在不同時期監測的含水率大。從表5中可以得出：①隨著時間的推移，高黏黃河泥沙摻入使原土壤質地持續發生變化， 2015年6月測的土壤物理性黏粒比2014年10月測得數據有所提高，說明高黏黃河泥沙更好的分散到土壤中，改善了土地質地結構；②高黏黃河泥沙摻量少的試驗小區小麥產量未見明顯提升，分析原因主要是黃河河道內抽出多年淤積泥沙，常年未種植農作物也未見陽光，土壤養分少，導致整體土壤肥力不高；③當高黏黃河泥沙摻量去小區內土壤體積比達1∶5的體積比，試驗田黏粒含量提高到16.94%時，小麥產量是未改良土地的2倍以上。

3 結 語

開展黃河泥沙改良砂質中低產田的研究，能夠有效減輕黃河泥沙淤積，提高民生水利發展水平，降低改良土地成本，提高耕地質量和作物產出，促進農民增收和確保國家糧食安全。筆者通過試驗對比分析了改良試驗前后土壤質地和含水率的變化情況，小麥產量的變化情況，具體如下。

(1)設置3種處理，分別是2號抽沙點黃河泥沙與2號地塊土壤體積比為1∶5、1∶10、1∶15，土壤混勻后進行土壤質地分析，物理性黏粒在原來平均9.57%的基礎上，上升為平均13.81%、11.54%和10.57%，黏粒含量都有一定程度的提升，改善了土地質地結構均發生了變化。同時也帶來了土壤保墑能力的變化，黏粒含量越高，相應含水率有一定的提高。

(2)高黏黃河泥沙摻入使原土壤質地發生了變化，高黏黃河泥沙摻量少的試驗小區小麥產量未見明顯提升；當高黏黃河泥沙摻量達1∶5的體積比，試驗田黏粒含量提高到16.94%時，小麥產量是未改良土地的2倍以上。仍需后續繼續觀測產量變化。

(3)利用黃河泥沙改良砂質中低產田，能提高土壤保水能力，增強持水性，為提高糧食作物產量奠定基礎，社會效益顯著。當大面積質地改良的時候，經濟成本可顯著下降，土地開展一次改良試驗后，農田可終身受益，經濟效益顯著。

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