發(fā)布時(shí)間：2022-03-05所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：針對(duì)試驗(yàn)區(qū)鹽堿土特點(diǎn)，選擇石膏和腐植酸為鹽堿土壤改良劑，通過(guò)石膏、腐植酸單施與石膏和腐植酸不同用量配施試驗(yàn)，分析了改良劑施用后土壤鹽分含量和 pH 變化及對(duì)棉花株高、莖粗和產(chǎn)量的影響，優(yōu)選出適宜于該試驗(yàn)區(qū)的最佳改良劑。試驗(yàn)結(jié)果表明，石膏和腐植酸質(zhì)
摘 要：針對(duì)試驗(yàn)區(qū)鹽堿土特點(diǎn)，選擇石膏和腐植酸為鹽堿土壤改良劑，通過(guò)石膏、腐植酸單施與石膏和腐植酸不同用量配施試驗(yàn)，分析了改良劑施用后土壤鹽分含量和 pH 變化及對(duì)棉花株高、莖粗和產(chǎn)量的影響，優(yōu)選出適宜于該試驗(yàn)區(qū)的最佳改良劑。試驗(yàn)結(jié)果表明，石膏和腐植酸質(zhì)量配比 9∶1 組合在 3 000 和 4 500 kg/hm2施用量情況下，0 ~ 20 cm 土壤降鹽效果好于單獨(dú)施用石膏或腐植酸處理;而單施腐植酸處理對(duì)棉花增產(chǎn)效果最好，較對(duì)照增產(chǎn) 29.8%。綜合來(lái)看，該地區(qū)較優(yōu)的改良劑及用量為：石膏和腐植酸質(zhì)量配比 9∶1 混合施用 3 000 kg/hm2 ，其可使 0 ~ 20 cm 土壤含鹽量較對(duì)照下降 24.3%，棉花增產(chǎn) 24%。
關(guān)鍵詞：土壤改良;鹽堿地;田間試驗(yàn);土壤鹽分含量;干旱區(qū);作物產(chǎn)量
土地鹽堿化是影響干旱和半干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、資源有效利用和生產(chǎn)發(fā)展的核心問(wèn)題之一。新疆鹽堿地有 0.2 億 hm2 ，約占新疆土地面積的 1/8、平原區(qū)的 1/4[1]，其中鹽堿化耕地占灌區(qū)耕地的 37.72%，南疆鹽堿化耕地占總耕地面積的 49.6%[2]。合理開(kāi)發(fā)、治理與利用巨大的鹽堿地資源，是解決人口日益增加與耕地逐漸減少的矛盾的重要突破口，對(duì)促進(jìn)我國(guó)耕地資源占補(bǔ)平衡、保持地區(qū)耕地總量、確保糧食安全具有重要意義。
鹽堿地改良和修復(fù)措施主要包括物理、化學(xué)、生物和水利工程等[3-5]，其中由于物理、生物和水利工程等方法投入代價(jià)大、周期長(zhǎng)，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用化學(xué)改良劑是主要修復(fù)措施之一[6-7]。化學(xué)措施改良鹽堿土通過(guò)施用改良物質(zhì)置換土壤中的 Na+ 、降低土壤堿性、凝聚土壤顆粒和改善土壤結(jié)構(gòu)，達(dá)到加速鹽分淋洗的目的。因此常用的化學(xué)改良材料包括含鈣類(石膏、脫硫石膏、磷石膏等)、酸性物質(zhì)(硫磺、硫酸鋁等)和有機(jī)物料類(腐植酸、沼液、木醋液等)。其中石膏和腐植酸由于其環(huán)境友好性[7]，在鹽堿地和反酸田改良[8-13]方面均有研究報(bào)道，且其混合施用效果在改良鹽堿地方面效果顯著，因此常作為化學(xué)改良措施的首選材料[10]。劉娟等[12]在新疆農(nóng)八師 134 團(tuán)開(kāi)展了滴灌條件下脫硫石膏對(duì)鹽堿土改良效果研究，結(jié)果表明，施用脫硫石膏可明顯降低 0 ~ 20 cm 土壤電導(dǎo)率和 pH。Zhao 等[13]研究了燃?xì)饷摿蚴鄬?duì)東北蘇打鹽堿土的改良效果，結(jié)果表明，脫硫石膏施用 2 a 后，土壤電導(dǎo)率和 pH 可下降 38.6% 和 14.6%。顧鑫等[14] 通過(guò)小白菜盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，天然煤炭腐植酸可降低土壤 pH 和電導(dǎo)率，增加土壤含水率。孫在金[10]研究表明，脫硫石膏和腐植酸配施對(duì)濱海地區(qū)中高鹽堿化土壤改良效應(yīng)顯著，可改善土壤的理化性能，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。周陽(yáng)[15]認(rèn)為脫硫石膏和腐植酸配施可顯著提高鹽堿地玉米產(chǎn)量，降低土壤容重、pH 和堿化度。 Bacilio 等[16]研究表明，通過(guò)施用腐植酸可改善鹽堿地上胡椒的生長(zhǎng)指標(biāo)。綜上所述，前人多研究改良劑對(duì)鹽堿化土壤理化性質(zhì)的影響，而對(duì)干旱區(qū)鹽堿地改良以及棉花的生長(zhǎng)發(fā)育情況研究較少，綜合分析石膏、腐植酸及其兩者混施對(duì)干旱區(qū)鹽堿耕地土壤改良效果和棉花生長(zhǎng)影響的研究，更是鮮有報(bào)道。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，研究石膏和腐植酸不同配比及其不同施用量對(duì)干旱鹽堿區(qū)土壤鹽分含量、pH 和棉花生長(zhǎng)的影響，探索該地區(qū)石膏和腐植酸最佳使用配比及施用量，以期為該地區(qū)鹽堿土治理改良提供一定的科學(xué)參考。
1 試驗(yàn)區(qū)概況與試驗(yàn)方法
1.1 試驗(yàn)區(qū)概況
試驗(yàn)在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理處灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行(41°36´N，86°12´E)。試驗(yàn)區(qū)位于南疆庫(kù)爾勒市西尼爾鎮(zhèn)，處于天山南麓塔里木盆地邊緣孔雀河沖積平原帶;屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差大。年平均氣溫 11.5 ℃，無(wú)霜期 191 d，日照時(shí)數(shù) 3 036.2 h，年平均降雨量 53.3 ~ 62.7 mm，潛在蒸發(fā)量 2 273 ~ 2 788 mm，地下水位埋深在 1.4 ~ 2.4 m。試驗(yàn)區(qū)土壤基本理化性質(zhì)如表 1 所示。
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)置改良劑處理組合和空白對(duì)照共 9 個(gè)處理(表 2)，即完全對(duì)照處理 CK、單施石膏處理、單施腐植酸處理，以及根據(jù)石膏和腐植酸不同質(zhì)量配比設(shè)置 2 種配方處理，每種配方設(shè)置高、中、低 3 種用量。
其中，S 表示石膏，F(xiàn) 表示腐植酸，L 表示低用量， M 表示中用量，H 表示高用量，1 表示配方一，2 表示配方二。試驗(yàn)在田間小區(qū)進(jìn)行，小區(qū)長(zhǎng) 7 m，寬度為 4 個(gè)覆膜寬度約 6 m，以中間兩膜覆蓋區(qū)域?yàn)椴蓸訁^(qū)域，兩邊覆膜區(qū)域?yàn)楸Ｗo(hù)行，各處理隨機(jī)排列。本試驗(yàn)石膏施用量參考羅小東等[17]在該試驗(yàn)區(qū)研究結(jié)果。供試腐植酸為新疆雙龍腐植酸有限公司生產(chǎn)，其中腐植酸(干基)≥60%，推薦用量為 450 kg/hm2 。石膏和腐植酸改良劑于翻地前撒播于土壤表層，翻地時(shí)與耕層土壤混勻。
供試作物為棉花，于 2017 年 4 月 24 日播種，施用底肥磷酸二銨 750 kg/hm2 、硫酸鉀 75 kg/hm2 ，灌水方式為膜下滴灌，田間管理同當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式保持一致。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法
土壤含鹽量和 pH 測(cè)定[18]：在施加改良劑前和棉花收獲后，分別在 0 ~ 10、10 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、 60 ~ 80 和 80 ~ 100 cm 土層采集土壤樣品，測(cè)定其鹽分含量和 pH，其中，土壤鹽分含量采用土水質(zhì)量比 1∶5 電導(dǎo)法測(cè)定，pH 采用土水質(zhì)量比 1∶5 電位法測(cè)定。
棉花生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定：在棉花生育期，每個(gè)小區(qū)選定 3 株棉花，定期采用米尺和游標(biāo)卡尺分別測(cè)定其株高和莖粗。在收獲前期，在試驗(yàn)區(qū)選擇一定面積對(duì)其區(qū)域內(nèi)棉花株數(shù)和棉桃數(shù)進(jìn)行計(jì)量，并隨機(jī)采集 50朵棉絮進(jìn)行晾曬稱重，根據(jù)測(cè)產(chǎn)面積、棉花株數(shù)、棉桃數(shù)和 50 朵棉絮質(zhì)量計(jì)算小區(qū)棉花產(chǎn)量。由于樣方測(cè)產(chǎn)數(shù)據(jù)一般偏高，因此實(shí)測(cè)棉花產(chǎn)量為小區(qū)計(jì)算棉花產(chǎn)量乘以 0.85。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同改良劑對(duì)土壤鹽分含量的影響
由表3可以看出，施用不同改良劑后，在0 ~ 10 cm 土層，各改良劑處理土壤鹽分含量都低于 CK，其中以 H1 處理土壤鹽分含量最低，為 4.72 g/kg，較 CK 降低 31%，L1 處理土壤鹽分含量與 CK 接近，為 6.78 g/kg，鹽分含量?jī)H下降 1%;在 10 ~ 20 cm 土層，各改良劑處理土壤鹽分含量均明顯低于 CK，其中 M2 處理土壤鹽分含量較 CK 降低最多，為 5.07 g/kg，其次為 M1 和 S 處理，F(xiàn) 處理土壤鹽分含量降低最少，為 7.13 g/kg;在 20 ~ 40 cm 土層，除 S、L2 和 M2 處理外，其他處理鹽分含量均大于 CK，其中以 H2 和 L1 處理土壤鹽分含量最大，較 CK 土壤鹽分含量高約 47%，這也說(shuō)明在灌溉淋洗作用下，施用改良劑處理小區(qū)土壤鹽分更容易向下淋洗;在 40 ~ 80 cm 土層，除個(gè)別處理外，各改良劑處理土壤鹽分含量均小于 CK;在 80 ~ 100 cm 土層，各改良劑處理土壤鹽分含量除 L2 處理外，與 CK 差別不大。通過(guò)對(duì)整個(gè)剖面土壤鹽分分布的分析發(fā)現(xiàn)，施用改良劑處理的小區(qū)土壤鹽分在 20 ~ 40 cm 土層有累積現(xiàn)象，這可能是由于棉花生育期采用滴灌灌溉方式，土壤鹽分淋洗深度有限。羅小東等[17]也研究發(fā)現(xiàn)，在 0 ~ 20 cm 土層范圍內(nèi)，土壤含鹽量呈現(xiàn)降低現(xiàn)象，在 30 ~ 40 cm 土層范圍內(nèi)，有些處理相比對(duì)照有積鹽現(xiàn)象。
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將不同改良劑處理 0 ~ 20 cm 土層土壤鹽分平均含量與 CK 土壤鹽分的差值作為衡量各改良劑在降低土壤鹽分含量方面的效果，可以發(fā)現(xiàn)，H1、M1、 M2、S 和 H2 處理降低鹽分效果較好，脫鹽率分別為 26.6%、24.3%、22.8%、22.6% 和 20.6%;而 F、L2 和 L1 處理在脫鹽效果方面稍遜于其他處理，脫鹽率分別為 11.5%、10.0% 和 9.9%。石膏(90%)和腐植酸 (10%)配比施用在施用量為 3 000 和 4 500 kg/hm2 時(shí)，土壤脫鹽效果優(yōu)于單獨(dú)施用石膏 4 500 kg/hm2 和腐植酸 450 kg/hm2 。
2.2 不同改良劑對(duì)土壤 pH 的影響
表 4 為不同試驗(yàn)處理棉花收獲后土壤剖面 pH，可以看出，在 0 ~ 10 cm 土層，除 S 處理土壤 pH 略高于 CK 外，其他處理土壤 pH 相較于 CK 均有所降低，其中以 M1 處理降低效果最為明顯，降低了 0.16 個(gè)單位;在 10 ~ 20 cm 土層，除 L2 處理外，施用改良劑處理土壤 pH 均小于 CK，其中以 L1 處理降低效果最為明顯，降低了 0.22 個(gè)單位;而在 20 ~ 40 cm 土層，除 L2 處理土壤 pH 略高于 CK 外，其他處理均小于 CK，且以 L1 和 H1 處理降低效果最為明顯;在 40 cm 土層以下，由于滴灌灌溉水量和改良劑作用深度的原因，各處理土壤 pH 變化規(guī)律不如 0 ~ 40 cm 土壤表現(xiàn)明顯，變化趨勢(shì)更多的是反映了土壤 pH 本來(lái)的分布特征。
從 0 ~ 20 cm 土層土壤平均 pH 變化來(lái)看，石膏與腐植酸配比施用處理降低 pH 效果要優(yōu)于 S 處理; L1、M1、H1 和 H2 處理降低 pH 效果優(yōu)于 F 處理， L2 處理降低 pH 效果劣于 F 處理，M2 處理降低土壤 pH 效果與 F 處理效果相當(dāng)。這可能是因?yàn)槭嘣谥泻屯寥缐A性降低 pH 的同時(shí)，土壤中 HCO– 3 的相對(duì)含量隨鹽分降低而增加，導(dǎo)致 pH 升高[19]，而腐植酸分子結(jié)構(gòu)中含有羥基和酚羥基等活性功能團(tuán)，因此具有弱酸性，通過(guò)酸堿中和作用使土壤 pH 降低。
2.3 不同改良劑對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響
棉花生育期間，分別于 2017 年 6 月 7 日和 7 月 27 日對(duì)棉花株高、莖粗指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定(圖 1)。從圖 1A 可以看出，在棉花生長(zhǎng)前期，除 CK 外，其他處理之間無(wú)明顯差別，H1 和 H2 處理株高最大，分別為 17.1 和 16.9 cm;在棉花生長(zhǎng)后期，F(xiàn) 處理棉花生長(zhǎng)加速，株高最高，為 64.5 cm，其次為 M1 和 M2 處理，CK 株高最低為 44.5 cm。從顯著性分析來(lái)看，兩次測(cè)定結(jié)果 F、M1 和 M2 處理之間無(wú)顯著差別。從圖 1B 可以看出，不論在棉花生長(zhǎng)早期還是后期，L2 處理棉花莖粗均最大。除 CK 和 H2 處理外，其他處理在棉花生長(zhǎng)后期莖粗無(wú)顯著差別;除 H2 處理外，施用改良劑處理棉花莖粗均顯著大于 CK，表明改良劑的施用改善了棉花根系生長(zhǎng)的環(huán)境條件，更加有利于根層養(yǎng)分的利用，促進(jìn)棉花的生長(zhǎng)。
施用改良劑后，棉花產(chǎn)量都高于 CK，其中以 F 處理對(duì)棉花產(chǎn)量提高最多，其次為 M1、M2 和 H2 處理，產(chǎn)量均超過(guò)了 6 000 kg/hm2 ，相較于 CK，F(xiàn)、 M1、M2 和 H2 處理棉花產(chǎn)量增加了 29.8%、24.0%、 22.2% 和 17.0%;S、L1、L2 和 H1 處理棉花產(chǎn)量均大于 5 850 kg/hm2 ，分別比 CK 增加了 14.4%、13.4%、 12.7% 和 12.4%(圖 1C)。
3 討論
3.1 改良劑對(duì)土壤鹽分和 pH 的影響
石膏加入土壤后，通過(guò) Ca2+置換土壤膠體上吸附的 Na+ 和 Mg2+，使鈉質(zhì)親水膠體變?yōu)殁}質(zhì)疏水膠體，從而改善土壤結(jié)構(gòu)和通透性，起到了脫鹽和抑鹽作用，同時(shí)還可以降低土壤的 pH、堿化度及土壤的容重與緊實(shí)度[20-21]。而腐植酸是土壤中的重要有機(jī)部分，一般占土壤有機(jī)質(zhì)的 60% 左右，通過(guò)影響土壤鹽基交換量、影響土壤持水性、促進(jìn)土壤團(tuán)粒形成、控制土壤中各類離子遷移、固定和淋溶等來(lái)改良鹽堿土[10,15-16, 22]。腐植酸和石膏配施可加大石膏的溶解量[23-24]，進(jìn)而提升 Na+ 置換能力，強(qiáng)化石膏改良鹽堿土效果。王曉洋等[22]研究表明，在江蘇濱海地區(qū)腐植酸與石膏配施降低鹽分效果最好。這可能是由于腐植酸的陽(yáng)離子交換量比一般土壤高 10 倍以上，施入腐植酸后，土壤對(duì) Ca2+ 的吸附能力顯著提高，加速了 Na+ 等的淋洗，從而使表層土壤鹽分下降[25]。岳殷萍等[23]通過(guò)土柱淋洗試驗(yàn)研究得出，脫硫石膏與腐植酸配施在改良鹽堿土方面效果顯著。Nan 等[26] 研究表明，脫硫石膏和腐植酸配施，可增加土壤含水率，顯著降低土壤 Na+ 、Cl- 、鹽分含量和 pH。本文研究也表明，石膏和腐植酸 9∶1 配施降低土壤鹽分和 pH 效果優(yōu)于單獨(dú)使用石膏的 S 處理。進(jìn)一步分析 CK、S 和 H1 處理土壤 Na+ 、Mg2+ 和 Ca2+ 變化情況， CK、S 和 H1 處理 0 ~ 20 cm 土壤 Na+ 含量分別為 0.239、0.065 和 0.027 g/kg，Mg2+含量分別為 0.204、 0.199 和 0.166 g/kg，Ca2+ 含量分別為 0.412、0.504 和 0.644 g/kg。試驗(yàn)結(jié)果表明，S 處理相比 CK，土壤 Na+ 含量下降了 72.8%，Mg2+ 含量下降了 2.5%，Ca2+ 含量增加了 22.3%;而 H1 處理相比 CK，土壤 Na+ 含量下降了 88.7%，Mg2+ 含量下降了 18.6%，Ca2+ 含量增加了 56.3%，相比 S 處理，土壤 Ca2+含量增加了 27.8%，Na+ 含量下降了 58.5%，大大提升了 Na+ 置換能力，印證了已有研究結(jié)論。
3.2 改良劑對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響
棉花生長(zhǎng)受多種因素影響，對(duì) 0 ~ 20 cm 土層土壤鹽分平均含量與棉花產(chǎn)量做回歸分析，得到的回歸方程為 y=-721.22x2 +8831.1x-20682，R2 =0.574，方程擬合度較好，說(shuō)明在鹽漬化地區(qū)棉花產(chǎn)量受土壤鹽分含量影響較大，鹽分含量是限制該地區(qū)棉花增產(chǎn)的主要因素。進(jìn)一步分析鹽分?jǐn)?shù)據(jù)和產(chǎn)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在鹽分含量超過(guò) 6 g/kg 以后，產(chǎn)量開(kāi)始呈線性下降趨勢(shì)，這也與前人在新疆地區(qū)研究的棉花耐鹽閾值類似，張?jiān)サ萚27]研究發(fā)現(xiàn)在阿克蘇河灌區(qū) 0 ~ 20 cm 土壤鹽分含量為 5.6 g/kg 時(shí)，棉花減產(chǎn)速率最大。施用改良劑，有效降低了土壤鹽分含量，進(jìn)而促進(jìn)了棉花株高、莖粗的生長(zhǎng)，提高了產(chǎn)量。以產(chǎn)量為例，棉花產(chǎn)量由低到高依次為 CK L1=L2>F>H2>S>M2>M1>H1，除 H1 和 F 處理外，棉花產(chǎn)量排序基本與鹽分高低排序相反，說(shuō)明改良劑降低鹽分效果越好，棉花產(chǎn)量提高越多。本研究結(jié)果表明石膏和腐植酸 9∶1 組合根據(jù)用量不同可實(shí)現(xiàn)棉花增產(chǎn) 12.4% ~ 24.0%，并促進(jìn)棉花株高和莖粗生長(zhǎng)。這是因?yàn)楦菜崮軌虼龠M(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)土壤的水、肥、氣、熱狀況，從而改善作物的生長(zhǎng)環(huán)境;而石膏中的 Ca2+可以置換出吸附在土壤中的 Na+ ，并通過(guò)灌溉淋洗作用，將 Na+ 淋洗出作物根層，為作物創(chuàng)造良好的生長(zhǎng)環(huán)境。不管是單獨(dú)施用石膏、腐植酸還是兩者的配比施用，均改善了土壤的物理特性、棉花生長(zhǎng)的水鹽環(huán)境，有利于根系養(yǎng)分的吸收，進(jìn)而促進(jìn)了棉花的生長(zhǎng)。南江寬等 [28]研究了不同改良劑對(duì)濱海鹽漬土鹽堿指標(biāo)和作物產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明施用腐植酸對(duì)油菜和玉米產(chǎn)量的提高最有效。羅小東等[17]研究石膏不同施用量對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明各施用量情況下均促進(jìn)了棉花莖粗和產(chǎn)量的提高，以施用量為土壤 Na+ 含量的 200%時(shí)，棉花的莖粗和產(chǎn)量增加最多。張伶波等[6] 研究表明，脫硫石膏和腐植酸 1∶1 組合可實(shí)現(xiàn)玉米增產(chǎn) 40%。
4 結(jié)論
1)各鹽堿改良劑處理可明顯降低 0 ~ 20 cm 土層土壤鹽分含量和 pH。不同改良劑處理土壤含鹽量和 pH 降低效果不同，以石膏和腐植酸 9∶1 組合施用量 3 000 和 4 500 kg/hm2降低鹽分效果較好，降鹽率可達(dá) 20%;石膏與腐植酸配施降 pH 效果好于單獨(dú)施用石膏處理，以石膏和腐植酸 9.5∶1 組合施用量 1 500 kg/hm2 降低 pH 效果最為明顯。
2)各鹽堿改良劑處理均可促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，提高棉花產(chǎn)量。綜合分析各試驗(yàn)處理棉花株高、莖粗和產(chǎn)量結(jié)果，發(fā)現(xiàn)石膏和腐植酸 9∶1 組合施用量 3 000 kg/hm2 增產(chǎn)效果較好。
3)綜合棉花生長(zhǎng)指標(biāo)和土壤改良效果，該區(qū)推薦鹽堿土改良劑為石膏和腐植酸 9∶1 組合，施用量 3 000 kg/hm2 時(shí)，0 ~ 20 cm 土壤鹽分含量較 CK 下降 24.3%，棉花增產(chǎn) 24%。——論文作者：王相平1 ，楊勁松1*，張勝江2 ，姚榮江1 ，謝文萍1
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