利用黃河泥沙改良砂質(zhì)中低產(chǎn)田土壤質(zhì)地小區(qū)試驗(yàn)

鄭 軍，李貴勛

(黃河水利委員會(huì)黃河水利科學(xué)研究院，鄭州 450003)

0 引 言

“水少沙多、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)”是黃河難治的癥結(jié)，泥沙進(jìn)入下游河道抬高河床壅高水位，危及下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步和對(duì)黃河泥沙資源屬性認(rèn)識(shí)的進(jìn)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(jīng)在黃河防洪安全利用、放淤改土和生態(tài)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(zhì)地與土壤通氣、保肥、保水狀況及耕作的難易有密切關(guān)系[2]。李潮海等[3]的研究結(jié)果表明，黏壤、中壤和砂壤3 種質(zhì)地土壤上冬小麥生長(zhǎng)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(shù)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(jié)果表明，土壤質(zhì)地對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)積累影響較大。近年來(lái)在土壤質(zhì)地對(duì)小麥產(chǎn)量的影響方面開(kāi)展了大量研究工作[6-11]，而較少分析黃河泥沙影響土壤質(zhì)地的變化。

在我國(guó)的耕地面積中，中低產(chǎn)田高達(dá)60%以上。中低產(chǎn)田是我國(guó)重要的耕地資源，具有很大的糧食增產(chǎn)潛力。沿黃河南、山東等省區(qū)是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地和糧食核心產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是我國(guó)糧食增產(chǎn)潛能主要發(fā)掘區(qū)。砂質(zhì)土壤是河南中低產(chǎn)田的一個(gè)典型種類，其有機(jī)質(zhì)含量低，黏粒含量低，物理性狀差，水、肥、氣、熱不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致漏水漏肥，土壤質(zhì)量差，嚴(yán)重制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)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(zhì)土地，調(diào)整土壤表層砂黏比例，可以有效提高砂質(zhì)土壤中黏粒含量，改善土壤質(zhì)地，進(jìn)而提高耕地單產(chǎn)，是發(fā)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(zhì)土壤質(zhì)地的效果，通過(guò)在砂土中摻加不同比例的高黏黃河泥沙，對(duì)比研究了土壤質(zhì)地和小麥產(chǎn)量的變化情況，為提高小麥產(chǎn)量提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

砂質(zhì)地土壤質(zhì)地改良的材料為黃河淤積泥沙，首先要對(duì)黃河淤積泥沙的質(zhì)地進(jìn)行分析試驗(yàn)。綜合考慮河南省黃河河道設(shè)置抽沙試驗(yàn)難易程度和沿黃砂質(zhì)地的分布情況，在河南省黃河流經(jīng)區(qū)域選擇了3個(gè)典型河段作為抽沙試驗(yàn)地點(diǎn)，分析淤積泥沙的質(zhì)地特性，從中選取黏粒含量最高的沙源作為土壤質(zhì)地改良的材料。

1.2 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇

2014年6-9月，選取黃河沿岸砂質(zhì)潮土廣泛分布的延津縣、開(kāi)封縣、中牟縣、蘭考縣、原陽(yáng)縣、長(zhǎng)垣縣等縣市進(jìn)行取樣，共選取24個(gè)典型地塊，取得土壤樣品24個(gè)，每個(gè)樣品重復(fù)3次。測(cè)試指標(biāo)主要為：土壤質(zhì)地、全氮磷鉀、速效氮、速效磷、速效鉀等指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)試驗(yàn)成本進(jìn)行了控制，加入黃河泥沙不宜太多，初步考慮與小區(qū)內(nèi)土壤的摻入比例5%～20%之間進(jìn)行摻入試驗(yàn)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，4個(gè)處理：CK；黃河泥沙與小區(qū)內(nèi)土壤按照體積比1∶15摻入黃河泥沙；黃河泥沙與小區(qū)內(nèi)土壤按照體積比1∶10摻入黃河泥沙；黃河泥沙與小區(qū)內(nèi)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(jìn)行旋耕，旋耕深度25 cm。小麥品種為矮抗58，測(cè)定土壤質(zhì)地變化和小麥產(chǎn)量變化。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)場(chǎng)地的土壤質(zhì)地組成

抽沙現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，選擇在抽沙管道出流口用制作加工的鋼筋網(wǎng)面過(guò)濾渾水，粗顆粒黃河泥沙成散粒體狀可以通過(guò)鋼筋網(wǎng)面，細(xì)顆粒淤積固結(jié)泥沙凝聚力高一般呈塊狀形態(tài)，多數(shù)阻隔在鋼筋網(wǎng)面前端，集中收集堆放。此種試驗(yàn)設(shè)置實(shí)現(xiàn)類泥沙粗細(xì)分選，便于分類利用。砂質(zhì)地土壤改良所使用的黃河泥沙以細(xì)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(jiǎn)稱高黏黃河泥沙)。3個(gè)典型河段分別位于鄭州劉江黃河大橋附近、原陽(yáng)縣官?gòu)S鄉(xiāng)附近和原陽(yáng)縣劉莊村附近，抽沙地點(diǎn)的樣品質(zhì)地分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 抽沙點(diǎn)樣品質(zhì)地分析結(jié)果

注：樣品編號(hào)第一位數(shù)字代表抽沙地點(diǎn)，第二位數(shù)字代表該抽沙點(diǎn)樣品重復(fù)次數(shù)，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(hào)和3號(hào)抽沙點(diǎn)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(wú)法用于砂質(zhì)地土壤質(zhì)地改良；2號(hào)抽沙點(diǎn)揀選出的樣品黏粒含量較高，樣品的物理性黏粒達(dá)到40%以上，為中壤土，保水保肥性好，可以用于砂質(zhì)地土壤質(zhì)地改良。說(shuō)明不同河段，黃河底部淤積泥沙的質(zhì)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(yuǎn)近和后期沖淤變化等有重要的因果關(guān)系。

選取黃河沿岸24個(gè)典型地塊，對(duì)其地塊樣品質(zhì)地進(jìn)行了試驗(yàn)分析，部分試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可以看出，黃河沿岸很多灘區(qū)的土地砂含量很大，因?yàn)檫^(guò)去黃河發(fā)生洪水漫灘時(shí)，大水帶著泥沙涌入灘區(qū)，根據(jù)距離遠(yuǎn)近，落淤的顆粒粗細(xì)有所不同。封丘縣的曹崗灘區(qū)1號(hào)距離目前黃河主槽大約3 km，曹崗灘區(qū)2號(hào)距離目前黃河主槽大約5 km，距離黃河更近的曹崗灘區(qū)1號(hào)所包含的物理性砂粒比曹崗灘區(qū)2號(hào)高出12%左右，分析原因?yàn)辄S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(yuǎn)的位置落淤沉積，因此離黃河河道遠(yuǎn)端的曹崗灘區(qū)2號(hào)黏粒含量高。

表2 黃河沿岸部分地塊樣品質(zhì)地分析結(jié)果

原陽(yáng)縣黃河大堤附近的1號(hào)、2號(hào)和3號(hào)地塊，土壤類型分別是輕壤土、重壤土和緊砂土，雖然曾經(jīng)同屬黃河洪水淹沒(méi)灘區(qū)，其中1號(hào)和3號(hào)地塊的土壤質(zhì)地形成原因與之前的曹崗灘區(qū)類似，而2號(hào)地塊的黏粒含量達(dá)到51%左右，與黃河洪水期間淹沒(méi)有一定關(guān)系，同時(shí)也包含其他原因，形成原因較復(fù)雜，還需要進(jìn)一步研究。

通過(guò)結(jié)合多地調(diào)研和土壤取樣試驗(yàn)分析結(jié)果，考慮高黏黃河泥沙抽沙點(diǎn)距離遠(yuǎn)近、運(yùn)輸成本和土地歸屬權(quán)等綜合分析，選定河南科技學(xué)院新鄉(xiāng)試驗(yàn)基地某地塊作為質(zhì)地改良小區(qū)試驗(yàn)場(chǎng)地。在河南科技學(xué)院新鄉(xiāng)試驗(yàn)基地中的3個(gè)備選地塊，2號(hào)地塊的物理性砂粒含量最高，因此選定2號(hào)地塊作為小區(qū)驗(yàn)證試驗(yàn)的場(chǎng)地。

2.2 黃河泥沙對(duì)0～20 cm土層土壤質(zhì)地和小麥產(chǎn)量的影響

2014年10月進(jìn)行了黃河泥沙樣本摻入小區(qū)所取土壤樣本的不同體積配比試驗(yàn)和小區(qū)驗(yàn)證試驗(yàn)，1號(hào)、2號(hào)小區(qū)保持不變作為比照小區(qū)，在3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)小區(qū)分別按照高黏黃河泥沙：小區(qū)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(duì)摻入黃河泥沙的不同地塊進(jìn)行了土壤質(zhì)地的測(cè)驗(yàn)，2015年6月對(duì)各小區(qū)分別進(jìn)行了土壤質(zhì)地和小麥測(cè)產(chǎn)試驗(yàn)，同時(shí)在小麥生長(zhǎng)期內(nèi)進(jìn)行了田間含水率多次觀測(cè)，具體結(jié)果見(jiàn)表3～表5。

表3 2號(hào)抽沙點(diǎn)黃河泥沙與新鄉(xiāng)試驗(yàn)田2號(hào)土不同處理后土壤質(zhì)地情況

表4 田間含水率情況 %

表5 試驗(yàn)田土壤質(zhì)地變化及小麥產(chǎn)量結(jié)果

注：采集土樣和測(cè)產(chǎn)的時(shí)間為2015年6月。

從表3中可以看出，土壤質(zhì)地在原來(lái)物理性黏粒平均9.57%的基礎(chǔ)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(shí)期監(jiān)測(cè)的含水率大。從表5中可以得出：①隨著時(shí)間的推移，高黏黃河泥沙摻入使原土壤質(zhì)地持續(xù)發(fā)生變化， 2015年6月測(cè)的土壤物理性黏粒比2014年10月測(cè)得數(shù)據(jù)有所提高，說(shuō)明高黏黃河泥沙更好的分散到土壤中，改善了土地質(zhì)地結(jié)構(gòu)；②高黏黃河泥沙摻量少的試驗(yàn)小區(qū)小麥產(chǎn)量未見(jiàn)明顯提升，分析原因主要是黃河河道內(nèi)抽出多年淤積泥沙，常年未種植農(nóng)作物也未見(jiàn)陽(yáng)光，土壤養(yǎng)分少，導(dǎo)致整體土壤肥力不高；③當(dāng)高黏黃河泥沙摻量去小區(qū)內(nèi)土壤體積比達(dá)1∶5的體積比，試驗(yàn)田黏粒含量提高到16.94%時(shí)，小麥產(chǎn)量是未改良土地的2倍以上。

3 結(jié) 語(yǔ)

開(kāi)展黃河泥沙改良砂質(zhì)中低產(chǎn)田的研究，能夠有效減輕黃河泥沙淤積，提高民生水利發(fā)展水平，降低改良土地成本，提高耕地質(zhì)量和作物產(chǎn)出，促進(jìn)農(nóng)民增收和確保國(guó)家糧食安全。筆者通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析了改良試驗(yàn)前后土壤質(zhì)地和含水率的變化情況，小麥產(chǎn)量的變化情況，具體如下。

(1)設(shè)置3種處理，分別是2號(hào)抽沙點(diǎn)黃河泥沙與2號(hào)地塊土壤體積比為1∶5、1∶10、1∶15，土壤混勻后進(jìn)行土壤質(zhì)地分析，物理性黏粒在原來(lái)平均9.57%的基礎(chǔ)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(zhì)地結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化。同時(shí)也帶來(lái)了土壤保墑能力的變化，黏粒含量越高，相應(yīng)含水率有一定的提高。

(2)高黏黃河泥沙摻入使原土壤質(zhì)地發(fā)生了變化，高黏黃河泥沙摻量少的試驗(yàn)小區(qū)小麥產(chǎn)量未見(jiàn)明顯提升；當(dāng)高黏黃河泥沙摻量達(dá)1∶5的體積比，試驗(yàn)田黏粒含量提高到16.94%時(shí)，小麥產(chǎn)量是未改良土地的2倍以上。仍需后續(xù)繼續(xù)觀測(cè)產(chǎn)量變化。

(3)利用黃河泥沙改良砂質(zhì)中低產(chǎn)田，能提高土壤保水能力，增強(qiáng)持水性，為提高糧食作物產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)，社會(huì)效益顯著。當(dāng)大面積質(zhì)地改良的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)成本可顯著下降，土地開(kāi)展一次改良試驗(yàn)后，農(nóng)田可終身受益，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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