不同含硫物料對鹽堿地的改良效果

范定慷，王永亮，張強，楊治平，嚴國輝

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西太原030031；3.土壤環境與養分資源山西省重點實驗室，山西太原030031；4.中國農業發展集團國際公司，北京100000）

不同含硫物料對鹽堿地的改良效果

范定慷1，2，3，王永亮2，3，張強2，3，楊治平2，3，嚴國輝4

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西太原030031；3.土壤環境與養分資源山西省重點實驗室，山西太原030031；4.中國農業發展集團國際公司，北京100000）

針對大同盆地中部的蘇打鹽化土，采用脫硫石膏、硫酸亞鐵、硫磺、硫酸鋁改良劑的不同施用量進行田間小區試驗，研究了改良劑對土壤pH值、電導率（EC）和生物量的影響，通過這些指標來分析和比較改良效果。結果表明，在這4種含硫物料的不同量級上，脫硫石膏降低pH值效果最好，其對土壤pH值降低范圍在0.71～1.25，最大降低幅度達到12.4%；其次是硫酸亞鐵；硫磺和硫酸鋁對pH值的降低效果不顯著。施用脫硫石膏后EC值上升最大，但經過淋洗，最終會下降。飼草玉米的相對產量由大到小依次是脫硫石膏＞硫酸鋁＞硫酸亞鐵＞硫磺。通過試驗發現，在試驗區域施用脫硫石膏33.75 t/hm2能有效降低土壤pH值，改善土壤理化性質，增加飼草玉米生物量，改良效果最佳。

蘇打鹽化土；脫硫石膏；硫酸亞鐵；硫磺；硫酸鋁

鹽堿土在全球分布廣，面積可達9.55億hm2，是一種重要的土地資源[1]。我國的鹽堿土面積大約為991.3萬hm2[1]。山西省的鹽堿地面積約有2.6萬hm2，全省93%的鹽堿地集中分布在大同、忻州、晉中、運城四大盆地，其中，大同盆地面積最大[2]。因此，對于鹽堿地的改良研究具有重要的意義。

國內外學者通過對鹽堿地利用改良劑的研究[3-5]，結果發現，施用改良劑可以改善鹽堿土壤的理化性狀[6-7]，并在一定程度上降低土壤的含鹽量[8-10]。脫硫石膏對于降低鹽堿土壤酸堿度（pH）和提高作物的產量具有顯著效果[11-13]，同時可以消除碳酸鹽對作物的毒害作用，增強土壤的抗堿能力。鹽堿地施用硫磺后，在微生物作用下或水解后，可以產生酸類，中和土壤中的堿性物質[14]，降低土壤pH值，提高土壤及其作物的抗逆性。施入土壤中的硫酸亞鐵經水解氧化后會產生H+和Fe（OH）3，使土壤pH值和ESP降低[15]。在蘇打鹽化土上施用硫酸鋁，可改善土壤結構，降低土壤的pH值[16]。但這只是研究了單一物料對鹽堿地的改良效果，并未比較這幾種含硫物料不同施用量對鹽堿地的改良效果及作物生長情況。

本研究從鹽堿地改良出發，在前期各種改良物料對大同盆地重度鹽堿地改良效果的基礎上，基于目標產量，針對當前鹽堿土壤全鹽量高、pH值偏大、ESP高、作物生長受到嚴重制約等問題，提出了鹽堿地各種物料的施用量范圍，但各種物料在區域鹽堿地上改良效果及最佳用量仍不確定。本研究旨在通過各物料不同用量對土壤pH值、EC的影響及各處理下飼草玉米生物量的構建，找出試驗區最適物料及其用量。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

試驗地位于大同盆地中部的山西省農業科學院農業環境與資源研究所鹽堿地改良試驗示范基地，東經113°10′，北緯39°52′，氣候類型為北溫帶大陸性季風氣候，四季分明，夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，雨季集中在7，8月份，年平均降雨量在315～459 mm，年平均溫度7.3℃。無霜期約150 d，年均日照時數為2 800 h。

試驗區的土壤屬于中度蘇打鹽化土，土壤理化性質列于表1。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗材料

改良物料為脫硫石膏（含硫量16.1%）、硫酸亞鐵（含硫量7.01%）、硫酸鋁（含硫量6.84%）、硫磺（含硫量90%）。

供試玉米品種為雅玉8號。

肥料為鹽堿地玉米專用緩釋肥（N 28%，P2O515%，K2O5%）。

1.3 試驗設計

試驗設5個處理：CK，T1，T2，T3，T4。4種物料不同處理具體施用量列于表2。

表2 不同物料各處理的施用量t/hm2

小區面積為66.7 m2（長16.7 m，寬4 m），每小區6行，株距為25 cm，行距為60 cm，每個處理重復4次，完全隨機區組排列。

2015年5月采用玉米播種機播種，并采用膜下滴灌，種植密度為6.75萬株/hm2。各處理田間管理措施一致，9月16日收獲。

植物樣為每個小區采集2 m2樣方3個。定點在植物樣采集點采集0～10，10～20，20～40 cm的土樣。

1.4 測定項目及方法

土壤pH值使用pH計測定（水土比為2.5∶1[17]）。土壤EC運用電導率儀測定（水土比為5：1）。收獲時測1 m2植株的鮮質量，計算生物量。

1.5 數據處理

數據采用Excel和Minitab 15.0進行統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 各含硫物料不同用量對土壤pH值的影響

土壤pH值是表示土壤酸堿化程度的主要指標，也可以了解土壤是否發生堿化，為改良和利用鹽漬化土壤提供依據[18-19]，高pH值會導致作物生長受阻，因此，降低土壤pH值是蘇打鹽化土改良的首要任務[16]。從表3可以看出，本試驗所施用的物料，對土壤pH值都有降低的效果，但降低效果存在差別，其中，脫硫石膏T4處理的降幅最大，為12.4%。

不同物料T1～T4處理與CK依次相比，脫硫石膏在0～10 cm土層土壤pH值降幅依次為7.9%，8.7%，9.5%，8.8%；在10～20 cm土層土壤pH值降幅依次為10.4%，10.9%，12.0%，9.7%；在20～40 cm土層土壤pH值降幅依次為8.1%，10.2%，11.1%，12.4%。硫酸亞鐵在0～10cm土層土壤pH值降幅依次為3.0%，6.9%，6.6%，5.3%；在10～20 cm土層土壤pH值降幅依次為3.8%，7.1%，7.6%，4.8%；在20～40 cm土層土壤pH值沒有表現出顯著性差異；硫酸亞鐵的T1，T2，T3的10～20 cm土層的pH值降低量比0～10 cm土層降低量大。施用硫酸鋁和硫磺，對土壤pH值有降低作用，但各處理與CK間差異不顯著。

表3 不同物料各施量對土壤pH值的影響

由表3可知，脫硫石膏對降低蘇打鹽化土pH值有極顯著作用。脫硫石膏的T3處理能顯著降低0～10，10～20 cm土層pH值。而在20～40 cm的土層，脫硫石膏的T4處理對土壤pH值的降低效果最為顯著。硫酸亞鐵各處理對蘇打鹽化土的0～10，10～20 cm土層的土壤pH值降低效果顯著，對20～40 cm土層的降低效果不明顯。綜上所述，各含硫物料與對照相比，脫硫石膏對降低土壤pH值有極顯著效果；其次依次是硫酸亞鐵、硫酸鋁和硫磺，但這3種物料對土壤pH值效果不明顯。

2.2 各含硫物料不同用量對土壤EC的影響

電導率（EC）和土壤溶液含鹽量在一定程度上呈正相關，常用EC表示土壤的含鹽量[20-21]。從表4可以看出，除硫磺外，其他3種物料與CK間存在顯著性差異。

表4 不同物料各施用量對電導率（EC）的影響mS/cm

脫硫石膏T1處理在0～10，10～20 cm土層土壤EC值雖有上升，但與CK沒有顯著性差異，其他各處理則表現出顯著性差異。在20～40 cm土層，脫硫石膏各處理的EC值與CK相比，雖有上升，但差異不顯著。

施用硫酸亞鐵后，除T4處理外，其他各處理與CK相比，土壤EC值均有降低。T4處理與CK相比，土壤EC值在0～10，10～20 cm土層均呈上升趨勢，在20～40 cm土層EC值均降低，但差異不顯著。隨著硫酸亞鐵的施用量增加，土壤EC值會上升。

硫酸鋁T3處理與CK相比，在0～10 cm土層，土壤EC值均有顯著性增加，其他處理沒有顯著性差異。施用硫磺時對土壤EC值影響不顯著。

2.3 各含硫物料不同施用量對飼草玉米生物量的影響

從表5可以看出，本試驗所采用的4種含硫物料都有增產作用，其中，脫硫石膏T4處理增產最多，增長了16.88 t/hm2；硫酸亞鐵在T3處理時增產最多，增長了14.97 t/hm2；硫酸鋁在T2處理增產最多，增長了16.28 t/hm2；硫磺在T3處理增產最多，增長了2.18 t/hm2。4種物料各處理與CK相比，飼草玉米的生物量均有所增加，但處理間差異不顯著；施用這4種物料對飼草玉米的出苗、株高和莖粗有一定的促進作用，各處理與CK相比，均有所提高，但出苗率和生物量的相關性較差。4種含硫物料對鹽堿地的改良，能夠在一定程度上增加飼草玉米的生物量。

表5 各含硫物料不同施用量對飼草玉米生物量及其構成因素的影響

3 討論

脫硫石膏對堿化土壤和堿土具有良好的改良效果，它是利用脫硫石膏中的Ca2+置換土壤膠體中的交換性Na+，從而降低土壤中交換性Na+的含量，進一步降低土壤堿性成分，達到改良效果[22]。王金滿等[23]對脫硫石膏在堿性土壤的改良作用上的研究得出，脫硫石膏能顯著降低pH值和土壤堿化度。硫酸鋁施入土壤后，Al3+發生水解作用，生成單體鋁或多聚體鋁，產生大量的H+，中和土壤中的OH-，從而使土壤的pH值降低[16]。硫磺施入鹽堿土中，發生氧化反應，氧化過程為：S轉化為S2O32-再轉化為S4O62-再轉化為SO42-，產生H+，從而降低土壤pH值[24]。硫酸亞鐵水解氧化后會產生H+和Fe（OH）3，使土壤pH值降低[15]，本試驗得出的結果與上述結論基本一致。

本研究發現，在這4種含硫物料的不同用量上，脫硫石膏在降低土壤pH值上效果最好，對土壤pH值的降低范圍在0.71～1.25，并在T3處理下，對0～10，10～20 cm土層降低pH值的效果極顯著。而脫硫石膏在T4處理下，對20～40 cm土層土壤的pH值降低效果極顯著。對土壤pH值降低效果較好的是硫酸亞鐵，硫酸亞鐵各處理對蘇打鹽化土0～10，10～20 cm土層pH值降低顯著，對20～40 cm土層pH值降低效果不明顯，這與梁龍等[15]研究結果一致，硫酸亞鐵能有效降低土壤表層的pH值。而施用硫酸鋁和硫磺，對土壤pH值均有降低作用，但效果不明顯，呈不顯著水平，這與王宇等[16]和曹瑩菲等[24]的研究結果不完全一致。原因可能是由試驗地的鹽斑分布不均勻、改良物料施用的量級不同及未與其他肥料配合所造成的。

與硫酸亞鐵、硫磺和硫酸鋁相比，施用脫硫石膏后，土壤中的EC值上升最大，這與王立志等[11]和梁龍等[15]的研究結果一致。脫硫石膏中的硫酸鈣溶于水之后，會產生大量鈣離子和硫酸根離子，再加上其溶解度不高，會造成表層土壤鹽分在短時間內上升，從而使土壤EC值升高，但隨著不斷地澆水淋洗，土壤EC值最終會下降[15]。王立志等[11]研究表明，當脫硫石膏和有機物混合施用后，可以降低土壤鹽分含量。

本試驗是在面積較大的中度蘇打鹽化土上進行，試驗小區面積較大，且試驗地上鹽堿程度存在空間差異，這對試驗結果產生了較大的影響。本試驗中脫硫石膏的CK較其他物料的CK土壤鹽堿程度低，所以無法準確比較這幾種物料的改良效果。在今后的試驗中，可以把小區面積縮小，進行微區試驗，通過改良機理的研究，更加準確地得出不同物料對鹽堿地改良效果及對作物生長的影響，為當地鹽堿地的改良提供一定的指導依據。

4 結論

本研究結果表明，在這4種含硫物料的不同量級上，脫硫石膏降低pH值效果最好，其次是硫酸亞鐵，硫磺和硫酸鋁對pH值的降低效果不明顯。脫硫石膏對土壤pH值降低范圍在0.71～1.25，最大降低幅度達到12.4%。施用脫硫石膏后，EC值上升最大，但經過淋洗，最終會下降。

飼草玉米的相對產量由大到小依次是脫硫石膏＞硫酸鋁＞硫酸亞鐵＞硫磺。通過本試驗發現，在本試驗區域，施用脫硫石膏33.75 t/hm2能有效降低土壤pH值、改善土壤理化性質、增加飼草玉米生物量，改良效果最佳。

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Improvement Effect of Different Sulfur Bearing Material on Saline-alkali Soil

FANDingkang1，2，3，WANGYongliang2，3，ZHANGQiang2，3，YANGZhiping2，3，YANGuohui4
（1.College ofBiological Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.Institute ofAgricultural Environment&Resources，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；3.KeyLaboratoryofSoil Environment and Nutrient Resources in Shanxi Province，Taiyuan 030031，China；4.China National Agricutural Development Group Co.，Ltd.，Beijing100000，China）

Aiming at soda-saline soil in Shanxi Datong basin,different dosage of desulphurization gypsum,ferrous sulfate, aluminum sulfate and sulfur were used as modified material,field experiment was conducted,and soil pH,electrical conductivity（EC）and crop biomass were measured.Accordingtothese indexes,the improvement effects ofthese soil conditioner were discussed.The result showed that in the different order ofthe 4 kinds ofsulfur containing materials,the pH value ofdesulphurization gypsum was the best,and the range of pH value of soil was reduced from 0.71 to 1.25,and the maximum reduction rate was up to 12.4%.Followed by ferrous sulfate,sulfur and aluminum sulfate had no significant effect on the reduction of pH value.The desulphurization gypsum application resulted in soil EC increased,but after leaching,eventually declined.The relative yield of forage maize from large to small in turn was desulphurization gypsum＞aluminum sulfate＞ferrous sulfate＞sulfur.The experimental research found that in the test area, desulphurization gypsum in the application of 33.75 t/hm2could effectively reduce soil pH value,improve the soil physicochemical properties and increase the biomass offorage maize,and the improvement effect was the best.

soda-saline soil;desulphurization gypsum;ferrous sulfate;sulfur;aluminumsulfate

S156.4

：A

：1002-2481（2017）05-0786-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.29

2016-12-14

國家國際科技合作專項（2015DFA90990）；山西省農業科學院博士基金項目（YBSJJ1309，YBSJJ1310）

范定慷（1991-），男，山西孝義人，在讀碩士，研究方向：鹽漬土改良。張強為通信作者。