滴灌條件下脫硫石膏對甘肅鹽堿地的改良效果研究

陳 建，王文芬

(1. 江蘇建筑職業技術學院建筑設備與市政工程學院，江蘇 徐州 221116；2. 江蘇建筑節能與建造技術協同創新中心，江蘇 徐州 221116)

鹽堿地廣泛分布于世界各地，面積近100 億hm2，且每年在不斷增長[1]。我國鹽堿地面積占耕地面積的6.62%，主要分布在西北、華北、東北及沿海地區[2]。據調查，分布于甘肅境內的鹽堿地面積近10 萬hm2，約占全省耕地面積的1/4[3]。甘肅靖遠縣分布的鹽堿地大多被撂荒，不僅造成土地資源的浪費，也嚴重制約當地農業發展。該地區土壤耕層深厚，且毗鄰黃河，有一定的開發潛力。燃煤電廠脫硫產生的廢棄物即脫硫石膏，其主要成分為CaSO4·2H2O[4]，棄置于地表會對周邊環境產生威脅，而用來改良鹽堿地，是一項成本低、修復速率快的土壤改良劑[5]。Sakai[6]等人應用脫硫石膏在田間進行鹽堿地改良試驗表明：施入脫硫石膏能顯著改善土壤的孔隙狀況，提高土壤的滲透性利于土壤可溶性鹽分淋洗。此外，脫硫石膏能顯著降低土壤堿化度，提高作物出苗率、成活率和產量[7,8]。孫兆軍等[9]的研究結果表明：脫硫石膏能顯著改良鹽堿地，促進枸杞生長，但施用過量會引起土壤鹽分含量的增加，抑制根系的生長。滴灌因其高頻率、點源擴散的優點[10]，能精準為作物提供水分，在鹽堿地治理中得到廣泛應用[11]。枸杞干果具有極高的經濟價值和藥用價值，主要分布在我國西北干旱、半干旱地區，具有耐鹽耐旱的特點[12]，非常適合在鹽堿化的干旱地區種植。

目前，應用滴灌[13]、脫硫石膏[9]改良鹽堿地取得了一定成果，但施用不同脫硫石膏結合滴灌技術對甘肅鹽堿土理化性質及作物生長的研究鮮有報道。為此，本文在甘肅白銀市靖遠縣開展田間對比試驗，研究滴灌條件下不同脫硫石膏施用量對甘肅靖遠鹽堿土理化性質及枸杞生長的影響，旨在為該地區同類鹽堿土壤的改良利用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于甘肅白銀市靖遠縣北灘鄉，年平均降水量210 mm，年蒸發量2 056 mm。試驗區土壤黏粒(<0.002 mm)占6.52%，粉沙粒(0.002～0.02 mm)占5.37%，沙粒(0.02～2.0 mm)占88.11%，土壤質地為壤質沙土[14]。0～20 cm土層土壤容重為1.47 g/cm3，土壤有機質為5.65 g/kg，堿解氮為31.87 mg/kg，速效磷為5.72 mg/kg，速效鉀為214.38 mg/kg，其他理化性質見表1。

表1 供試土壤理化性質Tab.1 Physical and chemical properties of tested soils

1.2 試驗材料

脫硫石膏來自寧夏中寧電廠，化學成分見表2。枸杞為寧夏枸杞研究所提供的1 a生種苗，品種為寧杞七號。水源以黃河水為主。

表2 脫硫石膏化學成分Tab.2 Chemical constituents of desulfurized gypsum

1.3 試驗設計及過程

在統一淋洗定額3.2×103m3/hm2，施用有機肥40 t/hm2、黃沙225 m3/hm2的基礎上[9]，設置脫硫石膏施用量0(T0)、18(T1)、22(T2)、26(T3)、30 t/hm2(T4)共5個處理，每個處理重復3次。

試驗于2016-2017年進行。試驗前，將脫硫石膏、有機肥、黃沙按照試驗設計的施用量均勻撒于地表，然后進行機械旋耕。2016年4月2日開始灌水洗鹽，淋洗量為3.2×103m3/hm2，淋洗分3次進行[9]。2016年4月26日按行距1.5 m，株距1.0 m的規格種枸杞。試驗區采用滴灌系統進行灌溉，每行枸杞鋪設1條滴灌帶；從5月份開始每隔15 d灌一次水[灌水定額50 m3/(hm2·次)]，每次灌水時間為2 h，灌溉定額為500 m3/hm2。

1.4 觀測項目與方法

于每年10月底，采用卷尺測量枸杞冠幅和株高，每個小區隨機測3株，得到平均冠幅和株高。待枸杞成熟后，于2016年7月2日第1次采摘鮮果，以后每隔7 d采摘一次。每個小區每次采集的果實放在45 ℃烘箱內烘干，最后統計得出每個小區的枸杞干果產量。

1.5 數據處理

利用SPSS 20.0軟件進行顯著性檢驗，土壤理化性質、枸杞生長指標均取試驗重復平均值。

2 結果與分析

2.1 pH

各處理對pH的影響見圖1。試驗結果表明：第1年，各處理的pH值0～40 cm土層顯著低于改良前。從圖1可知，T4處理第1年降幅最大，比改良前降低8.12%，第2年T4處理的pH為8.03±0.07，為各處理中最小。第1年，T1、T2、T3、T4處理比改良前分別降低3.81%、4.84%、6.79%、8.12%，但各處理間差異并不顯著(P>0.05)，因此，不同脫硫石膏施用量對改善土壤pH無顯著性差異。

圖1 各處理對土壤pH值的影響(0～40 cm土層)Fig.1 Effects of all treatments on pH value of soil depth 0～40 cm 注：不同英文字母表示第1年或第2年各處理差異顯著(P<0.05)，下同。

2.2 堿化度

各處理對堿化度的影響見圖2。從圖2可知，T1、T2、T3、T4處理的堿化度均低于T0處理(P<0.05)，第1年T1、T2、T3、T4處理的堿化度分別比T0降低32.08%、35.25%、38.48%、42.90%；第2年在第1年的基礎上繼續降低。施用脫硫石膏能顯著降低土壤堿化度，隨脫硫石膏施用的增多堿化度降低幅度也越大。第1年，T4與其他處理差異顯著(P<0.05)，第2年，T3與T4差異不顯著(P>0.05)，其中T4處理的堿化度最低(12.3±0.05%)。

圖2 各處理對堿化度的影響(0～40 cm土層)Fig.2 Effects of all treatments on alkalinity of soil depth 0～40 cm

2.3 電導率

各處理對第2年0～60 cm土層電導率的影響見圖3。從圖3可知，與改良前相比，各處理0～20 cm土層電導率值降低顯著(P<0.05)；0～20 cm土層T0、T1、T2、T3、T4處理的電導率比改良前分別降低80.7%、84.0%、85.9%、86.2%、85.7%，20～40 cm土層T0、T1、T2、T3、T4處理的電導率比改良前分別降低74.3%、79.9%、80.62%、82.9%、82.0%，40～60 cm土層電導率值升高；0～20 cm土層隨脫硫石膏施用量的增加電導率呈先減小后增大的趨勢，脫硫石膏施用量并不是越多鹽分越低，T1、T2、T3、T4處理間差異不顯著(P>0.05)；40～60 cm土層各處理處理出現了鹽分累積，T0處理鹽分累積最為明顯(P<0.05)，T1、T2、T3、T4處理之間差異不顯著(P>0.05)。

圖3 各處理對電導率的影響(0～60 cm土層)Fig.3 Effects of all treatments on EC of soil depth 0～60 cm

2.4 各處理對土壤鹽分離子含量的影響

表3 各處理對土壤鹽分離子含量的影響(0～40 cm土層) cmol/kg

2.5 枸杞生長及產量的影響

各處理對枸杞生長及產量的影響見表4。從表4可知，與T0相比T1、T2、T3、T4處理均能顯著提高枸杞的成活率和產量(P<0.05)。第1年和第2年枸杞產量均表現為：T3>T2>T4>T1，表明在一定范圍內枸杞產量與脫硫石膏施用量成正比，超過26 t/hm2時反而會影響枸杞產量。第2年的產量均高于第1年，各處理第2年的產量分別比第1年提高38.8%、51.9%、60.6%、69.7%、67.0%。

表4 各處理對枸杞生長及產量的影響Tab.4 Effects of different treatments on growth and yield of Lycium barbarum

注：枸杞產量為干果產量。

3 討論與結論

通過田間對比試驗，主要得出以下結論。

(1)鹽堿土壤與脫硫石膏之間的理化作用，能改善團粒結構，利于降低土壤堿化度、電導率、pH。在本試驗條件下，隨脫硫石膏施用量的增加，土壤pH、堿化度呈遞減趨勢，土壤電導率先減小后增加。

(2)脫硫石膏也是一種中等溶解度的鹽，施用過多會給土壤帶來額外的鹽分不利于枸杞生長和產量提高，結合本試驗結果，改良甘肅靖遠縣地區鹽堿土最佳脫硫石膏施用量為26 t/hm2。

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