土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土脫鹽過(guò)程及效果的影響

李霞++張志華++韓桂鷗++賈寶軍++王玲++劉洪慶

摘 要：通過(guò)土壤調(diào)理劑摻拌改良與室內(nèi)淋洗相結(jié)合的方法，研究水力淋洗快速脫鹽條件下適宜天津?yàn)I海吹填土改良的土壤調(diào)理劑。結(jié)果表明，濱海吹填土脫鹽過(guò)程中添加脫硫石膏的調(diào)理劑處理單位時(shí)間內(nèi)滲出液體積是未添加調(diào)理劑處理（CK）的5.15倍，滲出液含鹽量提前4 d達(dá)到穩(wěn)定，滲出液pH值降低2.42%；添加脫硫石膏調(diào)理劑處理較CK脫鹽后土壤容重減小10.63%，土壤pH值降低了 0.5個(gè)單位；添加脫硫石膏調(diào)理劑處理的非毛管孔隙度是CK的2.87倍。添加脫硫石膏調(diào)理劑能有效提高濱海吹填土排水脫鹽效率，抑制脫鹽堿化。

關(guān)鍵詞：吹填土；土壤調(diào)理劑；脫鹽過(guò)程；脫鹽效果

中圖分類號(hào)：S156.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.10.019

Effects of the Soil Conditioner on the Process and Effect of Soil Desalting in Coastal Dredger Fill

LI Xia1，2， ZHANG Zhihua1，2， HAN Guiou1，2， JIA Baojun1，2， WANG Ling1，2， LIU Hongqing1，2

（1. Tianjin Hailin Horticulture Company Limited， Tianjin 300457， China； 2.Engineering and Technology Center for Coastal Wetland and Ecological Reconstroction in Tianjin， Tianjin 300457， China）

Abstract： This study aimed to explore effects of the soil conditioner as an improvement to impmve the soil property of the coastal dredger fill during mixing and leaching process. The results showed that volume of tested liquor in treatments with soil conditioner was 5.15 times of that in treatment without soil conditioner. The salinity of tested liquor of treatments with soil conditioner was 4 days early to achieve stable to treatment without soil conditioner. pH of treatments with soil conditioner dcreased 2.42% to treatment without soil conditioner. Moreover， soil bulk decreased by more than 10.63%， pH of the soil decreased by more than 0.5 to treatment without soil conditioner. Permeation rate of the soil in treatments with soil conditioner was 2.87 times of that in treatment without soil conditioner. In conclusion， adding soil conditioner with cdesulfurization gypsum could effectively improve the efficiency of soil desalting in coastal dredger fill and control salt-leaching alkalization.

Key words： coastal dredger fill； soil conditioner； process of soil desalting； effect of soil desalting

濱海吹填土（濱海潮灘鹽土）是通過(guò)淺海底泥挖掘等人工吹填方式形成的新陸地，是濱海鹽土的成土母質(zhì)[1]，土層無(wú)明顯發(fā)育，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)其是濱海鹽土母質(zhì)的鹽漬淤泥，處在濱海鹽土形成過(guò)程的初級(jí)階段，含鹽量高，全氮、堿解氮貧乏，土壤容重較大，不透水不透氣，不適合耕作、種植和綠化[2]。我國(guó)沿海城市每年圍墾造地?cái)?shù)百平方公里，采用科技手段對(duì)其改良利用，是恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)和保障生態(tài)安全的重要舉措[3]。

20世紀(jì)60—70年代我國(guó)開(kāi)始了土壤調(diào)理劑的研究。土壤調(diào)理劑具有改善土壤結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)土壤pH值等功能[4]，在鹽堿土的原土改良過(guò)程中起著重要的作用。石膏和磷石膏是當(dāng)前鹽堿地普遍應(yīng)用的化學(xué)改良劑，但多數(shù)研究都集中在內(nèi)陸鹽堿地上[5-6]，其在改良吹填土方面的應(yīng)用研究還不多見(jiàn)。而利用脫硫石膏對(duì)濱海吹填土改良也不能一味照搬前人改良內(nèi)陸鹽堿土所得出的研究結(jié)論。

本研究針對(duì)濱海吹填土土壤特點(diǎn)將脫硫石膏結(jié)合有機(jī)物復(fù)配成土壤調(diào)理劑，采用土壤調(diào)理劑摻拌改良與室內(nèi)花盆淋洗相結(jié)合的方法，通過(guò)對(duì)比不同脫硫石膏含量的調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土洗鹽速率、洗鹽效果的影響，篩選適宜濱海吹填土的土壤調(diào)理劑及適宜的脫硫石膏比例，旨在為吹填土改良提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試調(diào)理劑由蘑菇棒、鋸末、諾沃肥和脫硫石膏組成，其中，諾沃肥是土豆面粉、玉米淀粉等原材料的發(fā)酵殘?jiān)写罅康臓I(yíng)養(yǎng)元素；蘑菇棒主要是以食用菌生產(chǎn)后的廢棄菌棒經(jīng)腐熟后制成；鋸末主要是木材廠加工下腳料。endprint

供試土壤采自天津市臨港工業(yè)園，土壤類型吹填土，基本理化性狀如表1 所示。土壤自然風(fēng)干后過(guò)1 cm 篩，備用。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在天津海林園藝股份有限公司進(jìn)行。設(shè)置4種調(diào)理劑配方：配方1，0份脫硫石膏∶4份諾沃肥∶6份蘑菇棒∶9份鋸末（體積比0∶4∶6∶9）混勻；配方2，2/3份脫硫石膏∶4份諾沃肥∶6份蘑菇棒∶9份鋸末（體積比2∶12∶18∶27）混勻；配方3，1份脫硫石膏∶4份諾沃肥∶6份蘑菇棒∶9份鋸末（體積比1∶4∶6∶9）混勻；配方4，4/3份脫硫石膏∶4份諾沃肥∶6份蘑菇棒∶9份鋸末（體積比4∶12∶18∶27）混勻。各調(diào)理劑基本性質(zhì)如表2所示。

將調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4分別與過(guò)1 cm篩土壤按1∶4體積比混合均勻，稱量8 kg放置于花盆內(nèi)，壓實(shí)到相同高度15 cm，同時(shí)以不施調(diào)理劑為對(duì)照（CK），每處理5次重復(fù)。花盆規(guī)格，底部有濾水孔，直徑為28 cm，高20 cm。

裝填后的花盆用自來(lái)水慢速飽和，待花盆飽和后，靜置4 d，使調(diào)理劑與土壤充分接觸后開(kāi)始進(jìn)行淋洗試驗(yàn)。每天相同時(shí)間收集各土柱滲出液，測(cè)定電導(dǎo)率及體積，根據(jù)淋洗液體積調(diào)節(jié)灌水量，每次澆水保持各處理水面一致。測(cè)定每次淋洗后土壤的電導(dǎo)率，當(dāng)電導(dǎo)率基本穩(wěn)定時(shí)，表明脫鹽過(guò)程基本結(jié)束，停止淋洗。

1.3 樣品制備及測(cè)定方法

淋洗過(guò)程中土壤電導(dǎo)率由ECTestr土壤原位電導(dǎo)計(jì)直接測(cè)定（美國(guó)優(yōu)特上海分公司生產(chǎn)），測(cè)定淋出液電導(dǎo)率（EC，1∶5）和pH值。淋洗結(jié)束后取土樣，風(fēng)干，磨碎，過(guò)2 mm篩，制備1∶5土水比浸提液，測(cè)定其電導(dǎo)率（EC，1∶5）和pH值。電導(dǎo)率（EC，1∶5）采用DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀和DJS-1C型電導(dǎo)電極測(cè)定；pH值采用pHS-3C型pH計(jì)和E-201-C型pH復(fù)合電極測(cè)定（上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠生產(chǎn)）。土壤容重、滲透率、非毛管孔隙度等物理指標(biāo)采用環(huán)刀法測(cè)定[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理和作圖采用Microsoft Excel 2007軟件，統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 21.0軟件，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤脫鹽過(guò)程的影響

2.1.1 土壤調(diào)理劑對(duì)淋出液體積的影響 從表3可以看出，調(diào)理劑對(duì)淋出液體積有顯著影響。調(diào)理劑1與CK處理淋出液體積隨淋洗時(shí)間增加而顯著下降，且在淋洗初期下降幅度較大，后期緩慢下降并趨于穩(wěn)定；調(diào)理劑2、調(diào)理劑3與調(diào)理劑4處理淋出液體積隨淋洗時(shí)間增加基本穩(wěn)定。不同處理間淋出液體積差異顯著，其大小排序?yàn)檎{(diào)理劑4>調(diào)理劑3>調(diào)理劑2>調(diào)理劑1>CK，其中，淋洗初期，調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4淋出液體積分別是CK的1.34倍、2.58倍、2.58倍、2.66倍；淋洗后期，調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4淋出液體積分別是CK的1.12倍、15.67倍、16.35倍、15.97倍。這是因?yàn)闉I海鹽堿土土壤顆粒遇水后形成大塊的板結(jié)土壤，而調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理加入脫硫石膏成分，脫硫石膏使土壤顆粒凝聚成團(tuán)，板結(jié)的大塊土壤變少，并且使團(tuán)粒與團(tuán)粒之間也出現(xiàn)了大小不一的空隙[8]，提高了土壤飽和水力傳導(dǎo)度[9]。調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理間淋出液體積差異不顯著，說(shuō)明3種調(diào)理劑對(duì)土壤物理特性（孔隙度等）的改善作用相近。

2.1.2 土壤調(diào)理劑對(duì)淋出液含鹽量的影響 從表4可以看出，調(diào)理劑對(duì)淋出液含鹽量有顯著影響。CK處理淋出液含鹽量隨淋洗時(shí)間增加而整體緩慢降低，最后趨于穩(wěn)定；調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3與調(diào)理劑4處理淋出液含鹽量在淋洗初期下降幅度較大，后期緩慢下降并趨于穩(wěn)定。CK處理淋出液含鹽量在第7天后趨于穩(wěn)定，調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3在第3天洗鹽后就趨于穩(wěn)定，較CK提前4 d；調(diào)理劑4處理淋出液含鹽量在第4天后趨于穩(wěn)定，較CK提前3 d。表明調(diào)理劑可以加快脫鹽速率，可能是由于調(diào)理劑改善了土壤物理性狀，加快了排水脫鹽。不同處理間淋出液含鹽量差異顯著，其大小排序?yàn)镃K>調(diào)理劑1>調(diào)理劑4>調(diào)理劑3>調(diào)理劑2，CK淋出液含鹽量高于調(diào)理劑處理組，可能是由于CK淋出液體積較少。

2.1.3 土壤調(diào)理劑對(duì)淋出液pH值的影響 從表5可以看出，各處理隨淋洗時(shí)間增加淋出液pH值均升高，但CK淋出液pH值在整個(gè)淋洗過(guò)程中持續(xù)升高，而試驗(yàn)組淋出液pH值則是在淋洗初期隨淋洗時(shí)間增加而顯著升高，后期隨淋洗時(shí)間增加緩慢升高。淋洗結(jié)束時(shí)不同處理間淋出液pH值差異顯著，其大小排序?yàn)檎{(diào)理劑1>CK>調(diào)理劑2>調(diào)理劑3>調(diào)理劑4，調(diào)理劑1淋出液pH值較CK升高5.19%，調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4淋出液pH值較CK分別降低1.09%，2.17%，3.99%。這是由于調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理加入脫硫石膏的組分，淋洗液pH 值雖有上升，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照，因?yàn)镃a2+ 將Na+ 置換出來(lái)之后，由電子守恒可知，Na+ 便會(huì)與 SO42- 形成Na2SO4使得淋洗液的 pH 值大大降低[24]；另外，Ca2+ 被置換后剩下的SO42- 是強(qiáng)酸根，能中和水中堿，也使得最后淋洗液的 pH 值降低，有效防止脫鹽過(guò)程中土壤的堿化作用[10]。

2.1.4 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤電導(dǎo)率的影響 由表6可知，調(diào)理劑對(duì)土壤電導(dǎo)率有顯著影響。調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3 、調(diào)理劑4與CK處理土壤電導(dǎo)率均隨淋洗時(shí)間增加而降低，并分別在第2天、第3天、第4天、第6天及第7天后趨于穩(wěn)定，調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4較CK分別提前5，4，3，1 d趨于穩(wěn)定， 調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4及CK的最終土壤脫鹽率分別是65.63%，74.90%，75.44%，74.03%，35.57%，表明調(diào)理劑改善了土壤物理性狀，加快了排水脫鹽，但隨著調(diào)理劑中無(wú)機(jī)成分比例的增加，脫鹽用時(shí)會(huì)增加，但最終脫鹽的效果無(wú)差異。endprint

2.2 土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土脫鹽效果的影響

2.2.1 水力淋洗快速脫鹽條件下土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土脫鹽率的影響 試驗(yàn)表明，土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土土壤脫鹽率有顯著影響。調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理的土壤脫鹽率較CK分別提高86.76%，112.34%，116.50%和108.06%（圖1）。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，濱海吹填土脫鹽率隨調(diào)理劑中脫硫石膏比例增大而降低，這是因?yàn)槊摿蚴嗍菬o(wú)機(jī)鹽。

2.2.2 土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土pH值的影響 從圖2可以看出，土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土土壤脫鹽后pH值有顯著影響。調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理的土壤脫鹽后pH值較CK分別降低0. 54%，4.39%，5.50%和6.92%。這是因?yàn)闉I海吹填土快速脫鹽過(guò)程中NaCl 大量減少，使鹽堿土中原來(lái)被吸附于固相的交換性鈉因土壤溶液濃度減少而離解參與到土壤溶液中，因而造成土壤溶液的堿度增加，土壤pH值隨之升高[11] ，而調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理加有脫硫石膏的成分，而脫硫石膏中的Ca2+將吸附于固相的交換性鈉Na+ 置換出來(lái)，排出土體。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，濱海吹填土脫鹽后pH值隨調(diào)理劑中脫硫石膏比例增大而降低。

2.2.3 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響 土壤容重、滲透性、土壤孔隙度與孔隙大小分配是土壤重要的物理性質(zhì)，影響土壤水肥氣熱變化。施用土壤改良劑不僅能增加土壤中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的含量，顯著提高團(tuán)聚體的質(zhì)量，而且還可以增大土壤總孔隙度，降低土壤容重，調(diào)節(jié)三相比，改善其通氣性、透水性，最終達(dá)到提高土壤農(nóng)學(xué)價(jià)值的目的[12-14]。

由表7可知，土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土土壤脫鹽后物理性狀有顯著影響，調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理的土壤容重較CK分別降低14.66%，11.21%，10.34%，10.34%； 調(diào)理劑1、調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理的土壤非毛管孔隙度分別是CK的 1.79 倍、2.26倍、2.64倍、3.72倍；調(diào)理劑1及CK處理土壤基本無(wú)滲透率，但調(diào)理劑2、調(diào)理劑3、調(diào)理劑4處理的土壤滲透率為0.02，0.01，0.01 mm·min-1，添加脫硫石膏土壤調(diào)理劑滲透率明顯優(yōu)于未添加。因此，添加脫硫石膏調(diào)理劑更有利于改良土壤結(jié)構(gòu)，疏松土壤，調(diào)節(jié)土壤水肥氣熱狀況。

3 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，水力淋洗快速脫鹽條件下土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土土壤脫鹽過(guò)程有顯著影響，可加快排水脫鹽，加速洗鹽進(jìn)程；使用添加脫硫石膏調(diào)理劑后，淋出液體積持續(xù)穩(wěn)定、淋出液含鹽量及土壤電導(dǎo)率迅速降低。

水力淋洗快速脫鹽條件下土壤調(diào)理劑對(duì)濱海吹填土土壤脫鹽效果有顯著影響，可顯著提高濱海吹填土脫鹽率，抑制脫鹽堿化，有效改善土壤物理性狀；使用添加脫硫石膏調(diào)理劑后，土壤pH值顯著降低，滲透率和非毛管孔隙度顯著增大。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨調(diào)理劑中脫硫石膏成分比例增大，土壤脫鹽速率降低，脫鹽后pH值降低幅度增大，土壤物理性狀無(wú)明顯差異。

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