不同措施對蘇打型鹽堿土土壤鹽分淋洗特征的影響

鄭敏娜，梁秀芝，韓志順，康佳惠，陳燕妮

（山西農業大學高寒區作物研究所，山西大同 037008）

土壤鹽漬化問題嚴重制約著農業高效發展[1]。據聯合國糧農組織的不完全統計，我國鹽堿土總面積約3 600 萬hm2，占全國可利用土地面積的4.88%，主要分布在地勢低平的盆地和干旱平原地區，且類型多樣[2]。大同盆地是我國北方農牧交錯帶的北界和雨養農業的下限區，是較典型的生態脆弱區，在氣候、地形、人為等因素的綜合作用下，土壤鹽堿化嚴重，生態恢復需求緊迫。該區域蘇打型鹽堿地面積占比較大[3]，蘇打含量高，但土地資源豐富，具有開發潛力，是農牧業發展的優先區域。積極改良和利用該地區的鹽堿地資源，是改善區域生態環境和擴大可利用農業用地面積的重要途徑之一。

以鹽堿地改良利用為目標的土壤生態研究為世界性重大科學問題[4-5]，利用添加外源物質可以改善鹽堿土土壤環境，是一種有效的改良土壤鹽漬化的手段。但由于可添加物質種類眾多，且鹽堿化類型多樣[5]，因此，針對特定鹽堿地尋找適宜的外源材料對鹽堿地的改良至關重要。比如：泥炭、生物炭類等物質因其穩定的芳香化結構、高的比表面積、較多的官能團和孔性結構，使其具有很強的穩定性和吸附性，廣泛應用于土壤修復等方面。黃腐酸類物質是腐植酸類分子量較小的高分子有機化合物[6]，含有多種活性官能團，具有較強的生物活性，容易被植物吸收，且呈酸性，是配合生物炭進行鹽漬化改良的理想材料。生物有機肥是特定功能微生物與有機物料復合而成的一類兼具微生物肥料和有機肥效應的肥料，能改良土壤，促進被土壤固定養分的釋放[7]。殷小琳等[8]通過土柱試驗研究了脫硫石膏對我國干旱地區重度鹽堿土土壤理化性質的影響，發現施用脫硫石膏可以降低土壤pH、容重、鈉吸附比以及交換Na+含量；孫運朋[6]通過土柱淋洗試驗發現，黃腐酸的鹽基交換容量大，能夠吸附和阻留土壤可溶性鹽中的有害陽離子，降低土壤鹽濃度和酸堿度。眾多研究表明[6-10]，在降雨或灌溉條件下，使用外源輸入改良物質如有機肥、秸稈或腐植酸類，可以改善鹽堿土條件下的作物生境，但將泥炭與黃腐酸混合應用于鹽堿地治理的研究未見報道。

本研究在綜合考慮研究區鹽堿地形成特點、農業設施條件和土地利用方式等條件下，以典型蘇打型鹽堿地土壤為研究對象，采用泥炭、黃腐酸、秸稈、有機肥等土壤改良材料，結合常規的灌溉淋洗措施，分析蘇打型鹽堿地土壤在添加不同外源輸入物作用下的脫鹽規律，并以此篩選出最適的改良材料及用量，為蘇打鹽堿地的土壤改良提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤為堿化潮土，采自山西省朔州市山陰縣后所鄉后張堡村的農田0～20 cm 耕層土壤。取樣樣地位于一個形狀接近長方形的草地，按對角線型布設15 個樣點進行取樣。新鮮土樣置于通風處風干后，剔除雜物，過篩備用。混合樣土基本理化性質為：有機質含量3.40 g/kg，全氮含量0.32 g/kg，銨態氮含量3.33 mg/kg，pH 值9.01，堿化度（ESP）12.8%。

試驗選擇黃腐酸（Fulvicacid，FA）、泥 炭（Turf-soil，TS）、秸稈（Straw，S）、生物有機肥（Organic fertilizer，OF）及泥炭-黃腐酸（TS-FA）混合作為土壤改良材料。其中，供試黃腐酸由山東綠隴生物科技有限公司生產；泥炭由丹麥品氏生產；秸稈由玉米植株粉碎制成，粒徑mm 級；生物有機肥由四川百歐農業科技公司生產。

1.2 試驗設計

試驗于2019 年2—7 月在山西省農業科學院高寒區作物研究所溫室中進行，采用室內土柱模擬試驗。試驗共設6 個處理，分別為：對照（CK），不添加任何物料；單施黃腐酸（FA）；單施泥炭（TS）；單施生物有機肥（OF）；單施秸稈（S）；施泥炭和黃腐酸混合物（TS-FA）。參考周文志等[11]、孟祥天等[12]、孫運朋[13]、鄭普山等[14]的研究，每個處理按照質量百分比分別為0（CK）、0.73%（FA）、1.67%（TS）、1.40%（OF）、1.40%（S）和1.33%（TS-FA）的添加量與風干土壤攪拌充分均勻備用，每個處理3 次重復。試驗土壤培養5 個月后開始土柱模擬試驗。首先，利用PVC圓柱管制成模擬土柱裝置（高度40 cm、直徑10 cm），底部鋪2 cm 厚的石英砂，并用尼龍濾布進行密封；其次，將前期準備好的土壤材料，按平均土壤容重1.48 g/cm3制成模擬土柱，裝填高度設為35 cm；由于4 種參試物料本身容重較小，所以，將物料添加到土壤中后，田間土壤實際容重必然降低[15]，為盡可能地保持與田間實際容重一致，裝填時不壓實，并且各處理在裝填時容重采用許健[16]的計算公式進行核算；土層上面覆蓋潔凈石英砂粒，防止加水后擾動土壤表層，土柱制備好后，在土柱容器下放置托盤以收集淋洗液；最后，土柱制成后澆透水，待沒有水分淋出時開始試驗。于2019 年6 月29 日、7 月1 日、7 月3 日進行3 次淋溶試驗。每次試驗時將水（600 mL）分4 次緩慢倒入土柱容器內，待水分下滲至托盤后用針管將淋洗液吸出裝至樣品瓶內，帶回實驗室過濾，并立即低溫保存；每次采樣結束后，在土柱上端放置托盤以減少水分蒸發。

1.3 測定項目及方法

每次取樣后，以水土質量比5∶1 制備土壤水浸提液，測定淋洗液樣品的pH 值、電導率（EC 值）、鹽基離子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO32-等）及NO3--N 含量等。其中，采用酸度計測定pH 值；采用電導率儀（DDS-11A）測定電導率；Ca2+、Mg2+含量采用EDTA（乙二胺四乙酸）絡合滴定法測定；K+、Na+含量采用火焰光度法測定；CO32-含量采用雙指示劑滴定法測定；NO3--N 含量采用紫外分光光度法測定[17]。

1.4 數據處理

利用Microsoft Excel 2009 和SPSS 22.0 對數據進行統計分析，采用最小顯著數LSD 法進行多重比較，顯著水平為5%。

2 結果與分析

2.1 土壤淋溶液中pH 和EC 值的變化特征

pH 是影響土壤養分的重要因素。由表1 可知，第1 次淋溶后，各處理收集的淋溶液pH 值，處理間差異不顯著；第2 次淋溶后，各處理淋溶液的pH 值均有所升高，對照顯著高于S、TS-FA 和TS 處理（P＜0.05）；第3 次淋溶后，pH 值的變化趨勢與第2 次淋溶液的變化趨勢基本一致，均高于第1 次淋溶液的pH 值（除TS 處理外），對照顯著高于S、TS-FA、OF 和TS 處理（P＜0.05）。此外，在同一處理的3 次不同淋洗時期，土壤淋洗液pH 值間亦存在差異（表1）。其中，CK、FA 和OF 處理，第1 次土壤淋洗液的pH 值顯著低于第2 次和第3 次（P＜0.05）。

6 個處理的土壤淋溶液電導率（EC）結果表明，隨著淋溶次數的增加，土壤鹽分含量隨著淋溶液的流出而減少。從表1 可以看出，所有土柱淋溶液的電導率都逐漸降低（除OF 處理外），且在3 次淋洗過程中，前期脫鹽迅速，后期脫鹽緩慢。至第3 次淋溶，淋溶液電導率的下降幅度由高到低排序為：TS-FA＞TS＞S ＞FA＞CK＞OF。此外，在3 次淋洗中，僅OF 和TS-FA 處理的第2 次淋洗的電導率與第3 次電導率間差異顯著（P＜0.05）。

表1 不同處理對土壤淋洗液pH 值與EC 值的影響

2.2 土壤淋溶液中鹽基離子的變化特征

2.2.1 Ca2+變化特征 各處理土壤淋洗液中Ca2+含量變化如圖1 所示。6 種處理的Ca2+含量隨著淋洗次數的增加表現出3 種不同的變化趨勢（圖1），即CK 和TS 處理隨淋洗次數的增加表現出先降低后增加，S 和TS-FA 處理隨淋洗次數的增加表現出先增加后降低，而FA 和OF 處理則表現為持續降低。在第1 次抽取的土柱淋洗液中，各處理的Ca2+含量在39.45～180.65 mg/L；第2 次抽取的淋洗液中，各處理的Ca2+含量在25.89～222.32 mg/L，以S 和TS-FA處理的Ca2+含量較高，CK 的Ca2+含量最低；第3 次抽取的淋溶液中，各處理的Ca2+含量在27.10～187.85 mg/L。此外，在3 次不同淋洗時期，OF 處理第1 次淋洗液的Ca2+含量顯著高于第2 次、第3 次淋洗液的Ca2+含量（P＜0.05）；TS-FA 處理第1 次淋洗液的Ca2+含量顯著低于第2 次淋洗液的Ca2+含量（P＜0.05）；其余處理的不同淋洗次數間差異不顯著。

2.2.2 Mg2+變化特征 6 種處理的Mg2+含量隨著淋洗次數的增加表現出2 種不同的變化趨勢（圖2）。總體來看，CK、S 和TS-FA 處理隨淋洗次數的增加表現出先增加后降低的變化趨勢，而FA、OF 和TS 處理則表現為持續降低的變化趨勢。在第1 次抽取的土柱淋洗液中，OF 處理的Mg2+含量最高，顯著高于對照和TS-FA 處理（P＜0.05）；第2 次和第3 次抽取的淋洗液中均以S 處理的Mg2+含量最高，分別達到了236.54、174.26 mg/L，FA 處理的Mg2+含量最低，二者在第3 次淋洗時處理間差異顯著（P＜0.05）。此外，在3 次不同淋洗時期，FA 和OF 處理中，在第1 次土壤淋洗液的Mg2+含量與第3 次土壤淋洗液的Mg2+含量間均差異顯著（P＜0.05）；TS-FA 處理中第2 次土壤淋洗液的Mg2+含量與第3 次土壤淋洗液的Mg2+含量間差異顯著（P＜0.05）。

2.2.3 K+變化特征 由圖3 可知，各處理K+含量均隨著淋洗次數的增加表現出持續下降的變化趨勢（除TS-FA 處理外），抽取的3 次土壤淋洗液中，S 處理土壤淋洗液中的K+含量始終最高，而CK 的K+含量均最低，二者之間差異顯著（P＜0.05）；而TS-FA 處理隨著淋洗次數的增加表現出先增加后下降的變化趨勢，與其他處理間差異顯著（除S 處理外，P＜0.05）。此外，在3 次不同淋洗時期，FA 和OF 處理第1 次淋洗液的K+含量顯著高于第2 次、第3 次淋洗液的K+含量（P＜0.05）。

2.2.4 Na+變化特征 總體來看，6 種處理的Na+含量隨著淋洗次數的增加表現出2 種不同的變化趨勢（圖4），CK、S 和TS-FA 處理隨淋洗次數的增加表現出先增加后降低的變化趨勢，而FA、OF 和TS 處理則表現為持續降低的變化趨勢。在第1 次抽取的土柱淋洗液中，FA 處理的Na+含量最高，顯著高于其他處理（除OF 處理外）；第2 次和第3 次抽取的淋洗液中均以TS-FA 處理的Na+含量最高，OF 處理的Na+含量最低，TS-FA 與OF 間差異顯著（P＜0.05），與其他處理間差異不顯著。還可以看出，在第3 次抽取各處理的淋洗液中Na+含量最低。此外，在3 次淋洗中，FA 和OF 處理中第1 次淋洗液的Na+含量顯著高于第2 次、第3 次淋洗液的Na+含量（P＜0.05）。

2.2.5 CO32-變化特征 各處理對土壤淋洗液中CO32-含量的影響如圖5 所示。總體來看，在整個淋洗過程中TS-FA 處理隨淋洗次數的增加表現出先增加后降低的趨勢，CK、FA、OF 和TS 處理隨淋洗次數的增加持續降低，第3 次較第1 次CO32-含量，降 幅 分 別 達 到98.8%、1 782.01%、489.11% 和313.13%。第1 次淋洗過程中，OF 和TS 處理顯著高于CK。而第2 次和第3 次淋洗過程中，各處理與CK 差異均不顯著，但OF 處理顯著高于S 處理。

2.2.6 各鹽基離子的累計淋洗量 淋洗可有效降低土壤中的鹽堿離子。通過3 次淋洗后，淋洗液中的Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量顯著增加，即土壤中的鹽基離子含量顯著降低，特別是Na+和Mg2+含量。

表2 不同處理下土壤淋洗液中鹽基離子的累積淋洗量 mg/L

從表2 可以看出，Ca2+累積洗出量以S 處理最高（590.81 mg/L），CK 最低（105.78 mg/L），S 處理是CK 的5.58 倍，Ca2+累積含量由高到低排序為：S＞TS＞TS-FA＞OF ＞FA＞CK；TS-FA 處理中Ca2+、Mg2+、K+的累積量均顯著高于對照（P＜0.05）；Na+累積洗出量以FA 處理最高（1 141.51 mg/L），OF 處理的最低（747.67 mg/L），FA 處理是OF 處理的1.53 倍，Na+累積含量由高到低排序為：FA＞TS-FA＞CK＞S＞TS＞OF，FA 和TS-FA 顯著高于其他處理（P＜0.05）；CO32-的累積洗出量以OF 處理最高（383.39 mg/L），S 處理的最低（12.28 mg/L），與其他處理間差異明顯，且OF 處理是S 處理的30.97 倍，CO32-累積含量由高到低排序為：OF＞TS＞TS-FA＞FA＞CK＞S。

3 結論與討論

鹽漬土的改良目的是消除鹽堿障礙，改善土壤結構和提高土壤肥力[18]。土壤中鹽分不僅可以根據濃度梯度隨著水分運動，也會被土壤膠體靜電吸附，此外，鹽分也會發生化合物分解、離子交換等化學行為[19]。因此，土壤水鹽在綜合因素的影響下，隨時間和空間不斷發生變化。

灌溉（或降雨）和改良物質施用是影響土壤水鹽運移重要因素。在鹽堿土的改良過程中，灌溉可促進土壤中鹽基陰離子的脫離，并且由于適量的改良物質施入改變了土壤的透性，促進了土壤中鹽分的淋溶，從而降低土壤的pH。土壤淋洗液電導率大小可以表示土壤中可溶性鹽含量多少[20]，所以，根據淋溶液電導率的變化趨勢可判斷土壤鹽分的變化過程，至第3 次淋洗完，TS 處理的淋洗液電導率下降幅度最大，達到149.64%，TS-FA 處理次之，為149.51%，說明TS 和TS-FA 混合處理抑制鹽分累積的效果較佳。

蘇打型鹽堿土具有土壤交換性Na+含量高的特點[21]，土壤顆粒中附著的Na+、K+等鹽基離子，易引起土壤的鹽堿化。其中，Na+也是對作物危害最重的陽離子，使得蘇打型鹽堿土壤通透性差、質地偏砂，并造成土壤養分低，土壤保水力差，嚴重影響到作物的生長環境[22]，在引入外源改良物質時，首先要判斷改良劑對鹽堿土壤中Na+含量變化的影響力。本研究中引入了4 種外源物質5 種組合（即黃腐酸、泥炭、秸稈、生物有機肥、泥炭-黃腐酸）進行鹽堿土壤改良。從引入的外源物質的功能特性上來看，黃腐酸含有多種活性官能團，呈酸性，鹽基交換容量大，能夠吸附和阻留土壤可溶性鹽中的有害陽離子，降低土壤鹽濃度和酸堿度[23]；泥炭可提高土壤通透性，改善土壤結構，增加養分供給；秸稈作為一類有機物，翻埋于土壤中不但可以切斷土壤毛管的連續性，抑制深層土壤的水分和鹽分向上層運移[18]，而且分解后可作為有機肥吸附水分和鹽分[17]；生物有機肥不但可以增加土壤養分，而且可以提高土壤腐殖質膠體含量，增強土壤的吸附能力，中和土壤中的鹽基陽離子[23]。本試驗結果表明，4 種改良物質的5 組不同配比組合均能對蘇打型鹽堿土的改良起到一定的改良作用，在整個淋洗過程中，各處理的Ca2+、Mg2+、K+、Na+等鹽基陽離子均隨水流淋洗大量排出土體，其中，Ca2+、Mg2+和K+的累積淋洗量以S 處理的最高，TS-FA 和TS 處理次之，說明由于秸稈和泥炭的粒徑較大，添加之后土壤的孔隙度首先明顯得到改善，增加土壤含水量從而降低滲透壓力，并釋放大量礦物質（K+、Ca2+、Mg2+等）到土壤溶液中，使Ca2+、Mg2+、K+的淋洗量增加。Na+的累積淋洗量則以FA 和TS-FA 處理的較高，說明黃腐酸對Na+的吸附作用明顯，可以顯著降低鹽堿中的Na+含量，這與LI 等[10]的研究結論是一致的。添加泥炭后，土壤變得疏松多孔，孔隙數量增多，土壤導水能力增加，導致淋洗更為徹底，進而使鹽基離子的淋溶量都明顯增加；并且泥炭-黃腐酸混合物或泥炭中含有的有機質物質具有極強的螯合作用，使得在原條件下溶解度較低，難以被淋溶的離子與有機質形成可溶性螯合物，從而進一步增強了淋溶效果。因此，在治理蘇打型鹽堿地中可以優先考慮施用黃腐酸或其混合材料。

TS-FA 和TS 處理在本試驗中表現出較好的改良效果，但考慮到綜合改良效果和成本問題，認為TS-FA 處理（即泥炭和黃腐酸混合物，占土質量比1.33%）對降低土壤鹽分、提高土壤質量的綜合應用效果最佳，在研究區域的蘇打型鹽堿土的治理中應優先考慮施用。此外，其他物質間的更多組合及組合比例的施用效果將在下一步試驗中繼續驗證，以期為蘇打型的鹽堿土治理提供最優方案。