不同改良措施對濱海重度鹽堿地的改良效果分析

田 冬，桂 丕，李化山，彭 沖，張 波，王 麗，周桂英，裴福云

(深圳市鐵漢生態環境股份有限公司，廣東深圳 518040)

【研究意義】我國鹽堿地分布廣泛，約有9.9×107hm2，其中濱海鹽堿地占比近40%［1］。土地鹽堿化已成為制約生態環境建設和經濟發展的突出問題，因此，鹽堿地改良治理技術一直是國內外學術界研究的熱點。【前人研究進展】當前鹽堿地改良措施主要有:物理、水利、化學和生物4種［2］，均在改善土壤理化性質、脫鹽抑堿和促進植物生長方面發揮著重要作用。水利工程措施是目前鹽堿地治理中普遍采用的一項傳統技術，在鹽堿地治理中占有重要地位。水利改良包括灌溉洗鹽、排水脫鹽、節水控鹽等方法［3］。它的優點是能快速降低地下水，排鹽、排水快，阻控鹽效應明顯，短時間內能達到脫鹽抑堿效果［4］;但它也存在一定局限性，如不節水、投資大，維護費用高，大面積開挖動土破壞生態環境，且隨著時間的推移出現表層返鹽現象［5］。化學改良劑簡便易行、成本低、效果快，能改善土壤理化性狀，降低土壤鹽分［6］，減輕鹽害，增加土壤養分，應用也較為廣泛。但目前常用的改良劑存在改良效果單一、持效時間短、有二次污染的風險等問題［7］。總之，各種措施在改善土壤結構、降低土壤鹽分等方面都有效果。【本研究切入點】目前在鹽堿地的治理上，仍然存在措施單一，只洗鹽，不培肥，重工程，輕生態的現象，難以實現鹽堿地長效生態改良與可持續性發展，并未從根本上解決鹽漬化問題8］。濱海鹽堿地由于鹽堿化嚴重、生態環境脆弱和景觀綠化困難復雜性，決定了治理技術必然從單一向綜合治理體系發展［9］，從單純排鹽到脫鹽培肥并重轉變，不同技術相結合形成工程排鹽、化學調理改土、生物生態修復的鹽堿地綜合生態改良治理技術體系。因此，研發出適用濱海地區鹽堿土改良的高效通用型復合改良劑及結合適宜的水利工程措施，創建一套環境友好、經濟合理、生態高效的鹽堿地綜合生態改良治理技術刻不容緩，以此為濱海鹽堿地園林景觀綠化、園林生態環境構建提供適用的解決方案和技術示范，對解決濱海鹽堿地利用開發問題及區域經濟的可持續發展具有重要價值和意義。【擬解決的關鍵問題】本文分析了應用化學改良劑、臺田淺地水利排鹽工程及復合措施等方法對濱州重鹽堿地的土壤改良效果和栽植的植物生長的影響，以期為濱海鹽堿地的生態改良提供理論依據和技術。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗地點位于濱州市無棣縣濱港五路附近，地理位置 N38°0'59″、E117°53'3″，土地為未利用的鹽漬化荒地，地貌類型為濱海平原，地勢低洼，土壤類型是典型的濱海重度鹽漬化潮土，地下水礦化度高，土壤性狀差，0～20 cm土層含鹽量為7.14%，pH為 8.62，容重平均為 1.50 g/cm3，電導率為 10 000 us/cm，陽離子交換量 3.72 cmol/kg，有機質 4.38 g/kg，堿解氮 85.43 mg/kg，有效磷 1.61 mg/kg，速效鉀216.67 mg/kg。氣候類型為暖溫帶季風型，年均氣溫約13.1℃，多年均降水量約523 mm，降雨時空分布不均，7、8月降水量占全年總降水量的59.4%，夏澇、春旱現象突出。試驗地為光板鹽堿地，無任何植物生長，四周零星分布著耐鹽野生植物蘆葦(Phragmites australis)、檉柳(Tamarix chinensis)和堿蓬(Suaeda glauca)，生態環境脆弱。

1.2 試驗材料

試驗材料所用的鐵漢生態改良劑(自制)，磷石膏、聚丙烯酰胺、園林廢棄物腐熟二次料、微生物菌劑重量比按 3500∶15∶10 000∶5混合，pH 為 4.5，含有機質17.35%，CaSO4·2H2O 38.52%，有效活菌數≥2.1×106個/g。禾康改良劑購自北京飛鷹綠地科技發展有限公司，主要成分為陰離子有機酸。排鹽管為110 mm管徑的 HDPE波紋螺旋管，于當地建材市場采購。防滲膜為HDPE材質，厚度為0.7 mm，由泰安金馳華易土工材料有限公司提供。供試植物:檉柳(Tamarix chinensis)、金葉女貞(Ligustrum vicaryi Hort)、鳶尾(Iris tectorum Maxim)和馬藺(Iris lactea.var.chinensis)的株高分別為 70、30、30和30 cm，購自當地花木市場。

1.3 試驗設計

本試驗于2017年5月1日至2017年11月1日開展水利工程排鹽、復合改良劑化學調理改土、植物生態修復的綜合措施改良濱海鹽堿地試驗。試驗共設置6個處理:A(暗管排鹽工程)、G1(15000 kg/hm2鐵漢生態改良劑)、G2(50 kg/hm2禾康改良劑)、T(臺田淺池水利排鹽工程)、TG1(臺田淺池+15 000 kg/hm2鐵漢生態改良劑的綜合改良措施)、TG2(臺田淺池+50 kg/hm2禾康改良劑的綜合改良措施)，并以無任何改良措施為對照(CK)，每個處理重復3次，小區采用隨機區組排列。每個小區面積為50 m2，共計1050 m2。各小區四周圍畦作壟，以保證每個小區獨立排水和排鹽，壟高0.4 m、寬0.5 m，并在小區四周埋2 m深防滲膜，此外，小區之間有2 m寬的隔離帶。各處理的肥料施用量一致，施用尿素300 kg/hm2，過磷酸鈣225 kg/hm2，磷酸二氫鉀120 kg/hm2。

試驗施工步驟如下:①臺田淺地排鹽工程按如圖1所示進行挖土方，沿水平面開挖2 m深淺池，將挖出的土方堆于兩側形成梯形臺田，臺田高2.7 m，臺頂寬2.5 m，臺底寬4 m，長10 m。暗管排鹽工程:開挖深度低于地下水水位的排堿溝，溝底鋪設5 cm厚的細沙，再鋪設管徑為110 mm HDPE波紋螺旋管，排堿管坡度為5‰，回填土。②場地平整后用大水漫灌進行洗鹽;③待樣地土壤微干后，按處理施加改良劑、肥料并旋耕均勻，旋耕深度約為30 cm;④于2017年5月1日將每個小區劃分為面積均等的4個小地塊，每個地塊種植長勢一致的應試植物，其中鳶尾、馬藺、金葉女貞各120株，檉柳8株，栽種后植物上方搭設遮陰網減少水分蒸發，根據植物生長狀況和天氣情況每隔5～7 d，澆水1次，每次澆透直至試驗結束。

1.4 樣品采集與測定

土壤于初期(2017年5月1日)及末期(2017年11月1日)在試驗小區對角線上取5點樣，四分法采集1 kg的混合表層(0～20 cm)土樣，采好的土壤于實驗室自然風干，挑除細根，研磨并分別過2、0.25 mm尼龍篩，保存備用。土壤pH用pHs-2C型數字酸度計測定，水土比為5∶1;土壤電導率EC用DDS-11A型電導率儀測定，水土比5∶1;陽離子交換量(CEC)采用BaCl2-硫酸強迫交換法測定;土壤全鹽含量采用重量法測定，水土比為5∶1。土壤孔隙度和容重，采用環刀法;土壤有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀測定的具體方法步驟見鮑士旦的土壤農化分析［10］。各區每種植物選取長勢均勻且具有代表性的5株用卷尺測定株高，統計植物成活率。

圖1 臺田淺池側視圖Fig.1 Side view of taitian shallow-water conservancy project

1.5 數據處理

試驗數據采用 Microsoft Excel(2007)、SPSS21.0進行統計分析，多重比較采用 Duncan法(P＜0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同改良措施對土壤物理性質的影響

土壤容重和孔隙度直接影響土壤的通氣性和透水性［11］，是決定植物根系生長和土壤鹽分向下層淋溶的重要土壤物理性表征指標。對鹽堿地土壤容重的分析有利于判斷復合改良劑與水利排鹽工程對土壤的改良效應。從表1可以看出，與對照CK(1.61 g/cm3)相比，G1、TG1和 TG2的土壤容重顯著降低，其中 G1、TG1的土壤容重最小，在1.30 g/cm3左右變化，比較接近《園林栽植土質量標準》中園林建植土容重建議值［12］，而 T、G2、A 與 CK 之間的土壤容重無顯著性差異，其容重在1.50～1.52 g/cm3范圍內變化。這說明復合改良劑結合水利排鹽工程的綜合改良措施(TG1、TG2)對土壤結構改良效果優于傳統的復合改良劑(G1、G2)或臺田淺地水利排鹽工程(T)單一措施。

結構良好的土壤應具有適宜的固、液、氣三相比，孔隙度可反映土壤孔隙狀況和松緊程度，土壤孔隙度的提高有利于植物根系生長和土壤鹽分的淋溶，有利于增強土壤的排鹽作用。由表1可以看出，G1、TG1、TG2處理的土壤孔隙度均顯著高于CK對照，而A、G2、T與CK差異不顯著，雖然各處理的土壤孔隙度均有所提高，但大部分處理的孔隙度仍不滿足園林種植土土壤孔隙度要求，僅TG1的土壤孔隙度達到《園林栽植土質量標準》中園林種植土建議值［12］。

孔隙比是土體中孔隙體積與土粒體積之比，反映土壤的密實程度，一般，結構良好的表層土壤孔隙比 ＞1.0［13］。與 CK 相比，6 種措施的孔隙比均有所增加(表1)，大小表現為TG1＞G1＞TG2＞G2＞A＞T＞CK，其中 TG1、G1、TG2顯著高于 CK，比 CK 分別提高 80.00%、50.77%、40.00%。

綜上所述，綜合改良措施TG1對濱海鹽堿地容重的降低和孔隙度的增加起到了良好效果，使土壤變得疏松、通氣透水性能增強，可作為改良濱海鹽堿地土壤結構的優選，次優是復合改良劑G1的使用。

2.2 不同改良措施對土壤化學性質的影響

2.2.1 不同改良措施對土壤pH值的影響 pH是土壤的重要化學性質之一，是評價土壤堿化程度的一個重要指標。一般鹽堿土的pH在8.5以上時，土壤中磷、鋅、銅、鐵、錳等微量元素的有效性較低，一般植物根系生長困難，只有少數耐鹽堿的植物能夠正常生長。因此，降低土壤pH值是鹽堿地改良中的重要環節。由圖2可知，各處理較CK的土壤pH均顯著降低，其中TG1的土壤pH最小，為7.38，其次是 G1、G2、TG2，比 CK 顯著降低了0.90 ～0.98個pH單位，而A改良土壤pH的效果最差，但比CK也顯著降低約0.70個pH單位。整體來看，雖然各措施均能顯著降低土壤pH，但水利排鹽工程單一措施T改良鹽堿地土壤pH的效果差于綜合改良措施(TG1、TG2)。這可能是水利排鹽工程的良好排灌條件有利于土壤洗鹽，化學改良劑禾康G2主要成分為高濃度檸檬酸，可與鹽堿土的堿性鹽發生中和反應［14］;此外，復合改良劑G1中存在大量含鈣磷石膏能置換土壤中的鈉離子，鈣離子與碳酸根離子生成碳酸鈣［15］;改良劑G1含有腐熟園林廢棄物還可通過提高微生物活性和改善土壤性質來降低pH，植物根系活動分泌的有機酸也能降低土壤堿度，所以復合改良劑與水利排鹽工程措施結合能強化鹽堿地改良效果。

表1 不同處理對土壤物理性質的影響Table 1 Effect of different measures on soil physical properties

圖2 不同處理對土壤pH值的影響Fig.2 Effect of different measures on soil pH

2.2.2 不同改良措施對土壤鹽分的影響 鹽堿地限制作物正常生長的最主要的障礙因素是土壤鹽分過高，含鹽量和酸堿度是濱海鹽堿地土壤區別于其它類型土壤的兩項指示性指標［16］，因此，改良鹽堿地的關鍵是降低土壤鹽分。土壤鹽分頻繁地受土壤地下水、降雨和蒸發作用影響，不斷在土壤中隨水運移，因此可溶性鹽在土壤表層聚集是鹽漬化土壤的最明顯的特征，鹽堿地改良常出現返鹽現象。

如圖3所示，施用改良劑與水利排鹽工程措施都可顯著降低土壤含鹽量，但處理間存在顯著差異，各處理的土壤含鹽量由低到高順序依次為:TG1＜TG2＜G1＜T＜G2＜A＜CK，與對照CK的土壤含鹽量(58.70 g/kg)相比，TG1、TG2降低程度最大，降低42.10 ～45.70 g/kg，降幅在71.72%以上，T、G1、G2 也顯著降低了 34.20 ～36.70 g/kg，降幅達 58.26%以上，且T、G1、G2間差異不顯著。這表明各改良措施均顯著降低了濱海鹽堿地的含鹽量，鹽堿化程度得到了明顯改善，且綜合改良措施的改良效果優于復合改良劑、水利排鹽工程單一措施，復合改良劑G1與G2之間對土壤鹽分的影響無顯著差異。鹽堿地改良最核心的環節是徹底降低表層土壤鹽分含量，水利工程措施是鹽堿地改良的重要途徑［17］，挖筑臺田抬高了地面，增大臺面和地下水位之間的距離，改變土壤水分的分布，減弱毛管作用，減少土壤表面水分蒸發［18］，最終抑制鹽分的表聚和減少鹽分在根區的積累［19］。同時，化學改良劑可降低土壤容重和提高土壤通氣透水性，有利于鹽分的下滲，通過灌溉或自然降水，可以使臺田土壤中鹽分淋洗至淺地，并及時排出［20］。復合改良劑還可通過生物絡合及置換反應加快鈉離子的置換和淋洗。因此，綜合改良措施對鹽堿土進行改良，起到了更好的改土脫鹽效果。

圖3 不同處理對土壤含鹽量的影響Fig.3 Effect of different measures on soil salt content

2.2.3 不同改良措施對土壤養分的影響 土壤有機質是衡量土壤養分質量的最重要指標，是植物營養元素的直接來源，也是形成土壤團粒結構的主要膠結物質，同時對土壤理化性質(如保水性、熱量狀況、代換性和緩沖性等)也有重要影響。不同改良措施的土壤有機質含量如表2所示，各處理的土壤有機質含量呈不同程度增加的趨勢，有機質含量變化范圍為 5.48 ～22.60 g/kg。與對照相比(6.24 g/kg)，經過不同措施改良后，各處理有機質含量增加了0.89 ～16.36 g/kg，其中 TG1 處理最高(22.60 g/kg)，其次是TG2、G1 處理，均值在15.50 g/kg以上，約為CK的2.5倍，各處理(除TG1外)土壤有機質都尚未達《園林栽植土質量標準》要求的有機質含量 ＞20 g/kg的土壤質量標準［12］，由此可見，TG1可作為提高鹽堿地有機質含量的優選措施。改良劑G1含有腐熟的二次料，施入鹽堿地可以直接提高土壤有機質含量，同時，微生物菌劑成分能促使土壤微生物大量繁殖，促進土壤有機質的生成。因此，改良劑G1不僅能促進鹽堿地鹽分降低，改善土壤的理化結構，促進土壤團聚粒形成，而且還能增加土壤有機質，提高土壤肥力。

土壤堿解氮含量與土壤有機質含量規律類似，也以TG1的土壤堿解氮含量(134.00 mg/kg)顯著高于其他處理，是 CK(95.30 mg/kg)的1.41倍;其次是G2、TG2，G1、A與CK差異不大。鹽堿地土壤pH高，微生物活動弱，磷素有效性較低。因此，鹽堿地有效磷是植物正常生長的限制性因子。在鹽堿地改良時應適當提高磷肥的施用量，利用磷石膏、磷礦石改良土壤。與對照相比，各處理的土壤有效磷含量均顯著降低，其中T、G1、G2的土壤有效磷含量最低，在1.00 mg/kg以下，土壤極度缺磷，TG1、TG2 也顯著降低60.34% ～64.08%。這說明無論是施加改良劑和水利排鹽工程單一措施，還是綜合改良措施均顯著降低土壤有效磷含量。以往研究證明，改良劑中有機酸能夠溶解和釋放難溶性磷，向植物可直接吸收利用的有效態轉化，可提高土壤磷素的有效性，減輕磷素的固定［21］，這與本試驗呈現不一致的結果，可能是改良劑的使用促進了植物生長，增加植物生物量，植物吸收部分較對照CK多，并且土壤結構改良促進了磷素淋洗流失［22］。

從表2可知，各處理的土壤速效鉀含量從高到低的順序依次為G1＞G2＞CK≈TG1≈TG2＞A＞T，G1、G2的土壤速效鉀含量較 CK(230.00 mg/kg)分別顯著提高30.87%、24.35%，而A、T處理則分別顯著降低28.26%、46.09%，TG1、TG2 與 CK 差異不顯著。說明，施用改良劑有利于土壤速效鉀的提高，而綜合改良措施對土壤速效鉀的影響不明顯。原因可能是，一方面，有機酸根能水解絡合鋁硅酸鹽礦物，活化土壤礦物鉀，減少土壤固鉀。此外，改良劑的施用改善了土壤結構，有利于土壤團粒形成，增加好氧微生物對土壤磷、鉀的活化［23］。同時，復合改良劑G2含有多種芽孢桿菌，施入土壤可激活土壤微生物活性，促進微生物解磷溶鉀，因此，施加復合改良劑G1、G2能顯著提高土壤速效鉀。另外，鉀素是植物生長的必需大量營養元素，隨著植物生物量的增大，植物不斷從土壤吸收速效鉀;綜合改良措施增加土壤透水性，灌溉洗鹽時土壤鉀素也容易隨水大量流失，如果土壤鉀素得不到及時補充，土壤鉀素就會處于虧損狀態，從而土壤速效鉀含量可能降低［22］，這可能是造成TG1、TG2與CK的速效鉀含量不存在顯著性差異的原因。

表2 不同處理對土壤養分的影響Table 2 Effect of different measures on soil nutrients

2.3 不同改良措施對耐鹽植物生長的影響

由表3可以看出，實施不同改良措施后4種植物的成活率均顯著高于CK，成活率均在40%以上，各植物不同處理的成活率由大到小順位大致為TG1＞TG2＞G1≈T＞G2＞A ＞CK，TG1、TG2處理下4種植物成活率顯著高于G2、A，G2、A顯著高于CK，CK處理下僅有強耐鹽植物檉柳存活，而鳶尾、馬藺和女貞均全部死亡。從前文可知，CK處理的土壤pH值和全鹽含量均遠遠超過大部分植物生長允許閾值，所以鹽害導致大部分植物根系難以生長。經土壤改良后，馬藺和檉柳的成活率均較高，因此馬藺和檉柳可作為濱州地區園林綠化景觀的原土改良先鋒植物。

各改良措施處理的植物株高均顯著高于CK植株(表3)，T、TG1、TG2處理下4種植物的株高均顯著高于其他處理，復合改良劑G1、G2處理下4種植物的株高與A處理均不存在顯著性差異。可見復合改良劑對植物生長的影響不明顯，只有綜合改良措施才能顯著促進植物生長。僅從植物存活率和株高來看，TG1處理是改良鹽堿地和建立生態植被的優選措施，TG2次之。

表3 不同處理對植物成活率與株高的影響Table 3 Effect of different measures on plant survival rates and height

3 討論

鹽堿地改良是一個世界性難題，單一措施很難達到改良目的，因此，將鹽堿地土壤化學改良與各種水利排鹽工程結合的綜合改良措施是鹽堿地治理中行之有效的方式［24］。本文對比分析了施用土壤改良劑、臺田淺地水利排鹽工程措施和綜合改良措施對濱海重度鹽堿地土壤改良和栽培的植物生長的影響，各改良措施均能有效降低土壤容重，提高土壤孔隙度，增強土壤透氣性，土壤有機質和土壤養分得到明顯改善。各改良措施均能顯著降低土壤pH和含鹽量，其中綜合改良措施TG1改善土壤結構和促進土壤脫鹽效應最顯著，其pH、含鹽量分別較對照CK降低13.38%、77.85%。一方面，改良劑 G1中的腐殖酸等酸性物質可與鹽堿土的堿性鹽發生中和反應，含鈣磷石膏能置換土壤中的鈉離子［14］;同時，施加化學改良劑能降低土壤容重，提高土壤通氣透水性，有利于鹽分下滲。另一方面，臺田切斷土壤上升毛細管，減少土壤鹽分向上遷移，灌溉可以將鹽分淋洗到淺地，并及時排出［7］。因此，綜合改良措施脫鹽改土的效果優于單純的施加改良劑和水利排鹽工程措施。

改良劑G1含有腐熟的園林廢棄物，施入鹽堿地可以直接提高土壤的有機質含量，同時，微生物菌劑成分也能提高土壤微生物數量和豐富微生物群落結構，促進土壤有機質的生成。改良劑中的高活性有機酸能調節土壤pH，改善土壤性質，激活土壤礦物態的營養物質轉化為可被植物直接利用的有效養分［21］，提高土壤氮、磷、鉀素的有效性，保證植物在鹽堿地上正常生長。單純的水利排鹽工程措施灌水洗鹽時，易造成土壤養分流失［25］。因此，與對照相比，施加化學改良劑能增加土壤速效養分，而水利排鹽工程措施不存在顯著性差異。本研究發現，綜合改良措施TG1、TG2并未提高土壤有效磷和速效鉀，這可能是土壤速效養分始終處于動態變化中，不僅與土壤性質有關，而且還與植物生長狀況、肥料施用量密切聯系［16］。綜合改良措施改善土壤結構，降低土壤容重，增強土壤透水性，顯著促進植物生長，本文也發現TG1、TG2處理下4種植物的成活率和株高均顯著高于其他處理，隨著植物生物量的增加，植物吸收帶走的部分較對照CK多，并且土壤結構改良促進了磷、鉀元素流失［22］。綜合表現為TG1、TG2與CK的有效磷和速效鉀含量無顯著性差異。綜合考慮鹽堿地土壤結構改善、脫鹽改土、土壤培肥和植物生長的綜合改良土壤的目的，復合改良劑與水利排鹽工程結合的綜合生態改良措施TG1處理是鹽堿地改良和園林生態植被構建的最優推薦選擇，TG2次之。

綜合改良措施能改善土壤的結構，降低土壤鹽分，提高土壤有機質含量，促進植物的生長，而對土壤速效養分的影響不明顯。由于本研究試驗開展時間較短，鹽堿地改良具有復雜性和長期性的特點，因此，本研究的結果僅為改良措施對鹽堿地土壤脫鹽培肥的初期效應，未來還需進一步的研究來驗證改良效果的長期性。

4 結論

(1)不同處理均降低土壤容重、土壤pH和鹽分，提高土壤孔隙度，其中TG1改善土壤結構，促進土壤脫鹽效應最顯著，其pH和含鹽量分別較對照降低13.38%、77.85%，而其他處理的鹽堿指標仍高于園林種植土建議值，綜合改良措施(TG1、TG2)優于單純的水利排鹽工程措施(A、T)和施加化學改良劑(G1、G2)。

(2)各處理均不同程度地增加土壤有機質和土壤速效養分，土壤有機質含量比對照提高8.89～18.22 g/kg，TG1 最高(22.60 g/kg)，其次是 TG2、G1( ＞15.50 g/kg)，約為對照的 2.5 倍;雖然 TG1、TG2的土壤堿解氮含量顯著提高23.70～38.70 mg/kg，但土壤有效磷含量卻顯著降低，G1、G2顯著增加土壤速效鉀含量，A、T處理則顯著降低28.26%、46.09%。

(3)TG1、TG2處理下4種植物成活率顯著高于G2、A，CK處理僅有檉柳存活，檉柳可作為濱海鹽堿地綜合生態原土改良先鋒植物;T、TG1、TG2處理下4種植物的株高均顯著高于其他處理，G1、G2與A處理間差異不顯著。

綜合考慮鹽堿地土壤結構改善、脫鹽改土、土壤培肥和植物生長的綜合改良土壤的目的，復合改良劑與水利排鹽工程結合的綜合改良措施TG1處理是鹽堿地改良和園林生態植被構建的最優推薦選擇，TG2次之。