活化礦物對鹽漬土改良及玉米生長的影響

杜玉鳳，何振全，張仙梅，蓋國勝，，孟繁榮，王斌

（1.西安建筑科技大學材料學院，陜西 西安 710055；2.清華大學材料學院，北京 100084；3.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所／耕地培育技術國家工程實驗室，北京 100081；4.清華大學無錫應用研究院，江蘇 無錫 204000；5.新疆農業科學院土壤肥料與農業節水研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

土壤鹽漬化改變了土壤的理化性質，并在植物生長過程中產生抑制作用［1］。鹽漬化土壤主要表現為鹽堿化程度高、肥力低下和理化性質較差，導致土壤的利用率較低，土壤資源的浪費［2，3］。我國鹽堿地約有9 913×104hm2，占國土面積的3.26%，主要分布在東北、華北、西北內陸地區以及長江以北沿海地帶［4］。鹽堿區域內的植物幾乎不能生長。人們對鹽堿地改良已有很多研究，也取得較多成果，但是對于改良原生鹽堿化和控制土壤次生鹽堿化還有待于研究突破［5，6］。因此，有必要對鹽堿化土壤進行改良，提高土地利用率。目前，采用非金屬礦物類物質對鹽堿地土壤的改良已有不少研究［7，8］，非金屬礦物是土壤改良劑的重要原料來源，但天然非金屬礦形成年代長、結構致密、活性較低，影響其土壤改良效果。采用機械力化學活化的方式實現礦物晶體結構的轉化，可以實現礦物活化［9，10］。本試驗研究微晶化磷礦粉、沸石粉、膨潤土等礦物加工而成的土壤改良劑對鹽堿土壤理化性質和玉米生長的影響，以探明機械活化非金屬礦物對鹽堿地的改良效果。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

微晶化磷礦粉：產自河南省，全磷（P2O5）含量25.12%。活化劑5%（W）與普通磷礦粉95%（W）混合均勻后，經過微晶化設備滾筒式球磨機（WJH-02）處理4 h后，過200目篩，樣品保存備用。微晶化磷礦粉平均粒徑2.44μm，枸溶性磷含量增加，由原料的3.09%提高到5.50%。

活化沸石礦粉：原料來自河北省靈壽縣，經濕法球磨設備（WJH-03）處理3.5 h，烘干后過200目篩備用。活化沸石粉平均粒徑4.80μm，比表面積由0.40 m2／g提高到0.67 m2／g。

活化膨潤土粉：原料來自河北省靈壽縣，處理方法同沸石粉，比表面積由0.40 m2／g提高到1.92 m2／g。

有機肥，產自山東濱州清大科技有限責任公司。所用氮肥為尿素（含N 46%），鉀肥為硫酸鉀（含K2O 50%）。

供試玉米品種為鄭單958。試驗用土為鹽漬土，取自山東省陽信縣，土樣混勻后帶回實驗室備用，具體理化性質如表1所示。

表1 鹽漬土耕層土壤理化性質

1.2 試驗設計

盆栽試驗于2017年10月在清華大學昌平實驗基地玻璃溫室內進行。試驗共設7個處理，具體方案如表2。土樣自然風干，過2 mm篩后裝盆，每盆裝土5.0 kg。試驗用不透光高強度聚乙烯盆缽規格：上Φ26.5 cm、下Φ15.7 cm、高17.6 cm。N、P、K施用量均按照0.16 g／kg土標準與土壤混勻，每處理重復3次。

將選取的玉米種子浸種12 h后播種，每盆10粒，出苗后選取長勢均勻的幼苗定植，每盆4株。每次澆水量相同，生長42 d后收獲植株樣品。

表2 試驗方案

1.3 測定項目及方法

收獲玉米植株稱鮮重，后105℃下殺青，70℃烘干后稱干重。土壤培養60 d取樣測定各指標。

玉米葉片葉綠素含量（SPAD值）用TYS-A型葉綠素儀（浙江托普儀器有限公司生產）測定；植株干重和鮮重使用百分之一天平測定；土壤pH值采用精密pH計（pH復合電極型號E-201-C，上海儀電科學儀器股份有限公司提供）按1∶2.5土水比常溫測定；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定；有效磷含量采用Olsen法測定；速效鉀含量采用醋酸銨浸提火焰光度法測定；可溶性鹽含量采用重量法測定。

2 結果與分析

2.1 不同改良劑對土壤可溶性鹽含量的影響

鹽漬土中可溶性鹽主要是鈉、鈣、鎂的氯化物或硫酸鹽、碳酸鹽及重碳酸鹽等，當其在土壤中積累到一定濃度時，危害作物生長，鈉鹽尤其是堿性鈉鹽的存在及其在土體內的頻繁移動還會造成土壤堿化［11］。由圖1可看出，鹽漬土施用微晶化磷礦粉、沸石粉、膨潤土粉均能不同程度地降低土壤可溶鹽含量，CK1、PR1、PT1分別較CK0下降3.5%、23.3%和13.8%。施用活化沸石粉的PR2處理和活化膨潤土的PT2處理對降低土壤可溶性鹽含量的效果更明顯。表明微晶化處理對沸石、膨潤土改良鹽漬土有促進作用［12］。活化沸石粉與有機肥配施的PR3處理對降低土壤可溶性鹽含量效果最好，與其他處理差異達顯著水平。

圖1 不同處理土壤的可溶性鹽含量

2.2 不同改良劑對土壤pH值的影響

由圖2看出，除施用微晶化磷礦粉的CK1土壤pH值較CK0略有增加外，其他處理pH值較CK0均下降。其中活化沸石粉處理較普通沸石粉處理的pH值差別不明顯，表明沸石可以在短期內使土壤pH值降低，但活化處理對其影響較小；活化沸石粉與有機肥配施的PR3處理pH值降至8.0以下，降幅為4.49%，與其他處理差異達顯著水平。膨潤土及其活化后處理對鹽堿土壤pH值影響也較小，與對照差異不顯著。

圖2 不同處理對鹽堿土壤pH值的影響

2.3 不同改良劑對玉米植株生長的影響

2.3.1 對株高的影響 由圖3可知，鹽漬土壤施用磷礦粉和沸石處理促進了玉米植株地上部生長。其中，微晶化磷礦粉加活化沸石粉的PR2處理株高顯著高于CK0，但與普通沸石粉處理PR1差異不顯著；有機肥與活化沸石粉配施處理PR3效果最佳，苗期42 d，較CK0提高15.29%。施用膨潤土處理對玉米株高無顯著影響。

圖3 不同處理的玉米株高

2.3.2 對葉片葉綠素、生物量的影響 由表2可以看出，施用土壤改良劑處理的葉片葉綠素含量（SPAD值）較CK0均有增加，除PR2外差異均達顯著水平。其中PR3處理的葉綠素含量最高，較CK1增加12.82%；其次為PT1處理，增加10.29%。

由表2還可看出，施用不同土壤改良劑促進玉米苗期生長，與CK0相比均提高了玉米植株的鮮重和干重。其中，PR3、PT1、PR2處理玉米植株鮮重增量較大，分別較CK0增加25.84%，9.59%和7.87%，差異達顯著水平。PR3、PR2處理玉米植株干重增加顯著，根冠比較高。隨著根系干重的增加，根冠比隨之增加，較高的根冠比有利于作物對營養元素的吸收，并將營養元素向地上部運輸，從而提高作物的產量和品質［13］。

表3 不同處理玉米葉片葉綠素含量及植株鮮、干重

3 討論與結論

鹽漬土壤含鹽量的變化，與水分對土壤的淋溶、土壤調理劑與土壤溶液的交換吸附固定作用、作物對離子的選擇吸收有關。我國濱海鹽堿地主要是以NaCl和Na2SO4混合為主要類型的鹽漬土，Na+荷質比較Ca2+、Mg2+、H+小，這種交換吸附和作物對鈣鎂的吸收，促進了土壤溶液鈉離子的降低。有機肥、秸稈等有機物料能打破土壤板結，促進土壤結構體形成，降低鹽堿對作物的危害［14，15］。因此，石膏等鈣制劑是改良鹽堿土壤的通常原料［16］。磷礦粉中的磷酸鈣能提供鈣離子和磷酸根養分，磷酸根對局部pH值還具有緩沖作用。因此，從改良土壤和對玉米苗期生長的影響上看各處理表現為PR3＞PR2＞CK0。

沸石具有多孔結構，離子代換能力強，具有分子篩的功能，施入鹽堿土壤后，對鈉離子的代換吸附可以促進土壤溶液中離子交換和洗脫，進而減少外界空間鈉離子的濃度及對作物的危害［17，18］。由于沸石、膨潤土內外表面的陰離子都是比較穩定的礦物態，灌水淋溶的陰離子只能是Cl-、SO2-4、OH-等，從而使土壤可溶性鹽含量和pH值降低。兩種礦物通過機械活化降低粒徑，有利于顆粒打通顆粒內層孔道和形成新的活性表面，增強對土壤的改良作用。沸石、膨潤土以及有機肥本身含有鹽分離子，超過用量范圍，對pH值和可溶性鹽的降低效果可能下降。本研究中施用沸石、膨潤土均可促進玉米苗期生長，提高其生物量，這可能與沸石提高作物對氮磷鉀的利用效率繼而促進作物生長發育有關［19］。

適宜用量的磷礦粉、沸石粉、有機肥、膨潤土等土壤改良劑可降低鹽漬土壤可溶性鹽總量和土壤pH值，特別是對降低可溶性鹽含量效果明顯，且以微晶化磷礦粉和活化沸石粉與有機肥配施處理效果最優。