木醋液對鹽堿土壤及其地表植被作用的影響研究

張 航 彭冬梅 伍 恒 李明周 支金虎 周 嶺*

(1 塔里木大學機械電氣化工程學院，新疆 阿拉爾 843300) (2 塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300)

新疆地區的耕地面積為407×104hm2，其中122. 88×104hm2的耕地受不同程度鹽堿化影響，約占新疆總耕地面積的30. 12%；在1 031. 75×104hm2的宜農荒地中，受鹽堿限制的面積為49. 93%[1～3]。土地鹽堿化已經成為制約新疆農業發展的重要因素之一。木醋液是生物質熱解過程中的混合氣體經過冷凝回收所得的無毒害作用、無污染的天然物質，可作為有機肥發酵劑、防腐保鮮劑、除草劑及害蟲忌避劑來使用[4～6]。針對農業生產過程中有害物質的殘留問題具有一定的效果，其他國家也將木醋液廣泛應用于各種領域。

1 材料與方法

1.1試驗土壤

試驗研究土壤采自億利阿拉爾生態科技有限公司生態治理試驗示范工程苗圃，試驗地按種植植物的種類和施加木醋液的稀釋倍數劃分試驗區。取樣時，在試驗樣地內分別取0～20 cm和20～40 cm土層的土壤，以S型取3個點，去除草木根莖和石子等雜物后混合均勻作為土樣。試驗土壤的有機質含量在1. 0～4. 0 g/kg之間。

1.2木醋液

本研究采用由山東省東營潤益生物科技有限公司所提供，是木屑經過高溫持續熱解冷凝回收制得。木醋液包含成分種類復雜，其主要成分為水，另含多種酸類、醇類、醛類、脂類、酮類成分。

1.3試驗設計

1.3.1 試驗區域及方法

阿克蘇地區地處塔克拉瑪干沙漠邊緣，其鹽堿地的面積為1. 26×105hm2，占總灌溉面積5. 37×106hm2的23. 5%[7]。新疆屬于典型的荒漠性氣候，新疆灌區氣候極端干旱，年降水量20～100 mm，年蒸發量為年平均降水量的幾十倍。該實驗選取了三種不同研究價值的植株，分別為梭梭、紫穗槐、甘草，在試驗區鋪設管道，以滴灌的方式對三種植物施加不同濃度的木醋液。木醋液的稀釋倍數為600、800、1 000、1 200、1 400倍，每次添加300 L，每月添加兩次。

1.3.2 指標測定

本試驗測定的主要指標為土壤容重、土壤有機質及土壤全鹽。土壤容重的測量方法采用環刀法。有機質的測定：重鉻酸鉀～濃硫酸氧化法[9]。全鹽量的測定采用重量法[8]。每組土樣測兩次，取平均值。

1.3.3 數據統計方法

應用origin分析軟件繪制曲線趨勢圖及分析統計數據。

2 結果與分析

2.1對土壤容重的影響

土壤容重是自然狀態下單位容積的干土和同容積的水的質量比值，是衡量土壤理化性質的重要指標，能夠間接的反映土壤結構、土壤中相關酶的活性及微生物的分解能力。

圖1 甘草土壤容重的變化 圖2 紫穗槐土壤容重的變化

圖3 梭梭土壤容重的變化

表1 改良前后容重變化

由表1可以看出，3種不同植物對于土壤容重指標均具有一定的作用規律，但作用效果差異較大。甘草和紫穗槐容重隨著木醋液稀釋倍數增加呈現先升高后降低的趨勢。同時木醋液的濃度過高或過低都會減少木醋液的作用效果。三種植物中甘草的作用效果最顯著，施加800倍木醋稀釋液使甘草土壤容重下降最高，各濃度稀釋液使甘草土壤容重分別降低了6. 74%、10. 41%、13. 75%、12. 38%、8. 08%和1. 63%，這可能是施加木醋液改善了土壤結構。紫穗槐植物對照組在試驗結束后，高濃度木醋液使土壤容重有所升高，而施加低濃度木醋液能降低土壤容重，其中1 200倍的稀釋倍數處理效果最好，對植物最有利。梭梭植株的土壤容重變化與其他兩種植株完全相反，木醋液的施加對容重有相反作用。

如上圖1、2、3中，甘草土壤的容重隨著試驗周期的增加呈現出先降低然后升高再降低的趨勢，說明施加木醋液后土壤內產生了一系列復雜的性質變化，對土壤結構起到了一定的調節作用，在此期間木醋液為土壤中微生物的活動提供了一定的營養物質[10]。有研究表明木醋液有助于促進土壤團聚體的形成[11]，其中的有機分子可能對土壤具有膠結作用[12]，能夠優化土壤結構。紫穗槐在木醋液施加后短時間內容重升高，而梭梭的容重在短期內容重先升高后降低，再出現上下浮動的變化。這可能是由于木醋液施加到土壤當中后改變了土壤的理化性質，影響了植物與土壤間關系。

2.2對土壤有機質的影響

土壤有機質能夠提供土壤當中的營養，為微生物提供活動的能源，是反映土壤肥力水平的重要指標。木醋液能夠使微生物在短期內激活[13]，同時能提供部分有機物質，有研究表明施加木醋液可增加土壤中的有機質的含量[11]。本文針對木醋液的施加對沙質土壤中有機質含量的變化，為木醋液改良土壤提供一定的依據。

圖4 甘草0～20 cm(左) 20～40 cm(右)土層有機質含量的變化

由圖4可知，與對照組CK相比，木醋液的添加明顯增加了土壤中有機質的含量，在木醋液的施加過程當中不同植物的不同土層中均呈現規律性變化，在施加兩次后土壤有機質呈現明顯的上升趨勢。在0～20 cm的土層中，土壤有機質增量變化為1 200>1 000>800>600>1 400>CK。在20～40 cm的土層中，土壤有機質含量分別增長了20%、24. 7%、91. 2%、139%、95. 6%和43. 6%。得出最優處理組為施加1 000倍木醋稀釋液。

由涂層的截面形貌(圖3b)可見，涂層較為致密，呈典型的薄片狀結構，各層間可見清晰的界面，這主要是由于單個熔融顆粒具有極快的扁平化速度和冷卻凝固速度，在幾微秒內即完成從碰撞到完全凝固的整個過程[12-13]，因此各熔滴在基體表面的沉積行為通?？梢暈楠毩⒌?，從而形成典型的層狀結構。此外，涂層層間條狀氧化物較少且呈非連續狀態，未熔顆粒和孔洞缺陷較少。這樣的結構有助于提高涂層的內聚強度，改善其耐磨性能，并可阻止高溫服役環境中氧向涂層內部擴散。

圖5 紫穗槐0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層有機質的變化

由圖5知紫穗槐在0～20 cm土壤層中，施加1 400倍木醋稀釋液在試驗初期對有機質的含量增加不明顯，但是隨試驗周期的延長對有機質含量的影響越來越顯著性。在20～40 cm的土壤層中，處理組對于有機質的增加具有促進的作用，但促進作用在試驗前期更加明顯。試驗結束時土壤中有機質含量相對于初始時增加了15. 35%、98. 7%、214. 3%、167. 8%和22. 8%。

圖6 梭梭0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層有機質的變化

由圖6分析得出，梭梭除第二次試驗時的異常值外，有機質的含量變化趨勢相同。在0～20 cm土壤層中有機質含量分別增加了1. 124 g/kg、1. 860 g/kg、1. 916 g/kg、1. 667 g/kg和1. 198 g/kg。20～40 cm土壤層中分別為1. 44 g/kg、1. 79 g/kg、1. 40 g/kg、1. 63 g/kg和1. 58 g/kg。則最優處理組為1 000倍稀釋處理組。

2.3對土壤全鹽的影響

隨著土壤中可溶性鹽含量的增加，會增大植物體內外溶液濃度的滲透壓，從而使植物根系對于營養物質及水分吸收造成的阻礙增加，抑制植物的生長，甚至在植物體內造成離子毒害[14～15]。

圖7 甘草0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層全鹽的變化

由圖7得出，種植甘草的土壤在0～20 cm土壤層中的全鹽含量要大于20～40 cm的土壤的全鹽量。在第二次施加木醋液后，不同土壤層全鹽含量的變化為逐漸降至低于初始值。實驗結束時，0～20 cm土壤層全鹽分別降低了53%、55%、35%、100%和55%。最優處理組為1 400倍稀釋處理組。20～40 cm土壤層分別降低了68. 5%、52%、37%、40%和26. 5%。最優處理組為600倍稀釋處理組。

圖8 紫穗槐0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層全鹽的變化

通過圖8發現：種植紫穗槐的土壤在不同土層中鹽分含量差異不大，且不同土層的全鹽的變化趨勢基本相同，施加高濃度木醋稀釋液的處理組全鹽含量先增加后降低，施加低濃度木醋稀釋液的處理組全鹽量隨試驗的進行逐漸減少。整體而言，0～20 cm和20～ 40 cm兩個土層處理中較對照組全鹽含量有明顯降低。

圖9 梭梭0～20 cm(左)20～40 cm(右)土層全鹽的變化

由上圖9可知：木醋液施加后，不同土層的全鹽含量在第一次木醋液的施加后全鹽含量均顯著降低。但是隨著試驗的進行，全鹽含量呈現上升的趨勢，在試驗結束時土壤全鹽含量有所下降，其中施加600倍和800倍木醋稀釋液對全鹽的降低作用明顯，而施加低濃度的木醋稀釋液在整個試驗周期內對全鹽的影響相對較小。

3 結論

3.1 木醋液對于三種植株的土壤容重影響差異較大，其中甘草的作用效果最顯著，800倍稀釋液對甘草土壤容重作用效果最顯著，降低了13. 75%。

3.2 隨著試驗周期的延長，施加木醋液對三種植物土壤有機質均有明顯的增加。甘草在0～20 cm和20～40 cm土層最優處理組均為1 000倍稀釋液；紫穗槐在0～20 cm和20～40 cm土層最優處理組分別為1 400倍稀釋液和1 000倍稀釋液；梭梭在0～20 cm和20～40 cm土層最優處理組均為1 000倍稀釋液。

3.3 低濃度的木醋液的施加短期內會使甘草、紫穗槐土壤全鹽含量上升，但隨試驗周期增長逐漸下降至初始值以下。梭梭的作用效果相反，隨試驗周期增長呈現先降低后升高的趨勢。