王啟龍 盧楠 魏樣

摘要：為探究不同改良措施改良鹽堿地效果，采用田間試驗和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法，以牧草和綠肥兼用型黑麥草作為供試作物，研究覆沙、覆秸稈和施加改良劑3種處理措施對重度鹽堿地土壤結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、黑麥草生長和產(chǎn)量的影響，以及施用脫硫石膏對0～20 cm土層土壤和黑麥草中重金屬含量的影響。結(jié)果表明，與對照相比，通過改良措施0～20 cm土壤含鹽量降低1.16～2.22 g/kg，pH值下降0.05～0.94，容重降低0.06～0.12 g/cm3，土壤理化性狀得到改善;黑麥草出苗率提高43.35%～69.95%，3茬黑麥草鮮草總產(chǎn)量提高34.24%～92.04%;施用脫硫石膏會顯著增加土壤中汞（Hg）、鉛（Pb）、砷（As）和鉻（Cr）的含量和黑麥草葉片中Pb、As、Cr的含量，但土壤重金屬含量未超過GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級土壤使用標(biāo)準(zhǔn)，黑麥草中重金屬含量檢測符合GB 13078—2001《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。此外，本研究還表明，對于定邊縣鹽堿地3種鹽堿地改良措施以施加脫硫石膏效果最好，可在同類型鹽堿地大力推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：脫硫石膏;鹽堿地;黑麥草;土壤理化性質(zhì);重金屬

中圖分類號： S156? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0282-04

近年來，隨著我國社會和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，工業(yè)化、城市化的進(jìn)程不斷加快以及人口的持續(xù)增長，我國耕地數(shù)量和質(zhì)量不斷下降，糧食安全面臨巨大風(fēng)險。鹽堿土作為我國目前資源量最大的后備土地資源，根據(jù)第二次全國土壤普查資料，我國現(xiàn)有鹽土1 600萬hm2，堿土81.99萬hm2，各類鹽化堿化土壤1 800萬hm2。迄今為止，尚有80%左右的鹽漬土尚未得到有效的開發(fā)利用，有著巨大的開發(fā)潛力[1]。陜西省目前仍有鹽堿地面積約14萬hm2，其中耕地占79.7%，林地、園地、牧草地共占16.9%，未利用地占3.4%;且鹽堿化程度趨于嚴(yán)重，中、重度鹽堿地占75%左右，千畝（1 hm2=15畝）以上集中連片的鹽堿地超過300個[2]。不斷加大鹽堿地治理力度，對增加農(nóng)民收入、保障重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給、保護(hù)生態(tài)安全等具有重要意義。

近幾年國內(nèi)對陜北鹽堿地研究較多，并取得了一定的成就，陜西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，覆沙壓鹽措施在榆林市多個縣區(qū)的鹽堿地改良中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在溫度較低、地下水位高和土壤鹽漬化較重的地區(qū)，改良效果尤為顯著，根據(jù)土壤的鹽堿程度確定覆沙厚度，中、重度鹽堿地一般取5～10 cm比較合適[3]。李芙榮等通過田間微區(qū)試驗研究表明，秸稈表層覆蓋可以有效降低潛水層蒸發(fā)量，增加土壤蓄水空間和入滲能力，提高水分利用率，具有明顯的保墑和抑鹽效果，有利于作物生長[4]。肖國舉等通過田間試驗研究得出，施用脫硫石膏可以顯著改善中、重度鹽堿地土壤含鹽量、堿化度、總堿度和pH值，且脫硫石膏最佳施用量為 20 000 kg/hm2[5]。

鹽漬化土壤的形成是一個長期且復(fù)雜的過程，由于不同區(qū)域的鹽堿土成土母質(zhì)、自然環(huán)境等因素存在較大差異，各改良措施間鹽堿化改良效果相差較大[6-7]。本研究以耐寒、耐旱、耐鹽堿的綠肥兼飼草——黑麥草為供試作物，在陜北定邊干旱區(qū)進(jìn)行重度鹽堿地改良試驗，對比分析不同改良措施下土壤理化性質(zhì)動態(tài)變化及作物生長狀況，以期為陜北地區(qū)鹽漬化土壤改良利用提供理論參考與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省西北部榆林市定邊縣（107°15′～108°22′E、36°49′～37°53′N），平均海拔1 605 m，屬于溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫7.9 ℃，年平均降水量 316.9 mm，年平均無霜期141 d左右，年平均日照2 600 h，能完全滿足作物對光熱的需要，是全國最佳的黑麥草適生區(qū)之一。定邊縣有19.20萬hm2耕地，7.33萬hm2鹽堿地，其中重度鹽堿地4.27萬hm2、中度鹽堿地1.93萬hm2、輕度鹽堿地1.13萬hm2[2]。2016年試驗開始前測定土壤基本理化性狀，測定結(jié)果見表1。

1.2 試驗材料與設(shè)計

試驗共設(shè)4個處理，分別為空白對照、覆沙、覆秸稈（玉米秸稈）、施加鹽堿地改良劑（脫硫石膏）。覆沙厚度、覆秸稈量和施加脫硫石膏量均參考中、重度鹽堿地的田間最佳施用量，分別為10 cm、7 500 kg/hm2和20 000 kg/hm2。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，試驗小區(qū)面積為 3 m×5 m。種植黑麥草品種為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所研制的伊犁特。

2016年9月10日人工開溝等距離條播，黑麥草用種量為20 kg/hm2，基本苗種植密度為350萬～400萬株/hm2。采用底肥與追肥相結(jié)合的方式施肥，播種時一次性施入磷酸二胺200 kg/hm2。分蘗期施入尿素50 kg/hm2、氯化鉀 35 kg/hm2。黑麥草刈割后第2天，采用尿素150 kg/hm2、氯化鉀 10 kg/hm2 兌水澆潑1次，并及時除蟲和雜草。

1.3 樣品采集與處理

1.3.1 土壤與植株樣品的采集與處理 2016年9月10日至2017年10月23日，在黑麥草不同時期，從每個小區(qū)采集 0～20 cm 土層樣品測定土壤水溶性鹽總量、pH值、容重。2017年10月黑麥草鮮草收割后，在對照和施加脫硫石膏2個處理區(qū)采集0～20 cm混合土樣9個，測定施用脫硫石膏后土壤中鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、硒（Se）、砷（As）、鉻（Cr）等重金屬含量。

2016年黑麥草鮮草收獲時，分別在對照、施加脫硫石膏2個處理區(qū)各采集16份黑麥草葉片，用于測定施用脫硫石膏后黑麥草葉片中Cd、Hg、Pb、As、Cr等重金屬的含量變化。采集的樣品在室內(nèi)用自來水和去離子水沖洗干凈，在鼓風(fēng)烘箱內(nèi)90 ℃殺青30 min，后于90 ℃烘至恒質(zhì)量，粉碎過篩后裝瓶備用。

1.3.2 測定方法 質(zhì)量法測定水溶性總鹽含量;電位法測定土壤pH值（水 ∶ 土=5 ∶ 1，質(zhì)量比）;環(huán)刀法測定土壤容重;土壤和黑麥草葉片中的重金屬Cd、Hg、Pb、As、Cr含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（GB 5009.268—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定》）測定[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良措施對鹽堿地土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤含鹽量 鹽堿地土壤中的鹽分具有“鹽隨水走”的運(yùn)動規(guī)律，土壤含鹽量受降水和灌溉的影響較大[9]。由圖1可知，覆沙，覆秸稈、施加脫硫石膏3種處理2016—2017年土壤耕層鹽分含量總體呈先升高后緩慢降低趨勢，2016年平均鹽分含量分別為4.68、4.21、3.85 g/kg，3種處理相比天然對照區(qū)0～20 cm土層土壤的含鹽量平均值分別降低0.56、1.03、1.39 g/kg。2016年各處理耕層土壤含鹽量略有增加，一方面是因為第1年開墾農(nóng)田土壤理化性質(zhì)差，透水性不好，鹽分背景值較高，耕種、灌溉過程中淋洗效果不明顯，地表多處出現(xiàn)積水現(xiàn)象;另一方面是由于2016年研究區(qū)地下水位較高、礦化度高、蒸發(fā)量大，深層土壤鹽分受地表強(qiáng)烈蒸發(fā)隨水上移到耕層。

2017 年度各個處理 0～20 cm土層土壤含鹽量明顯低于

2016年，一方面農(nóng)田耕作措施以及鹽堿地改良措施增加了 0～20 cm土層土壤各種養(yǎng)分含量，改善了土壤結(jié)構(gòu)和理化性狀，灌溉時能夠有效地將土壤鹽分淋洗到更深土層;另一方面2017年5—8月研究區(qū)地下水位低，高礦化度地下水對 0～20 cm 土層土壤的含鹽量影響較小。

從2年的土壤含鹽量的監(jiān)測結(jié)果綜合來看，覆沙，覆秸稈、施加脫硫石膏3種改良措施均有助于降低土壤鹽分，不同改良措施降低土壤鹽分的順序為施用脫硫石膏>覆沙>覆秸稈。

2.1.2 土壤pH值 從表2可以看出，不同改良措施下的耕層土壤pH值在2016年和2017年黑麥草生長期均比對照低。2017年8月24日，覆秸稈、覆沙和施加脫硫石膏的耕層土壤pH值分別比對照降低0.05、0.18和0.94。方差分析結(jié)果顯示，在耕層土壤pH值的相同監(jiān)測期內(nèi)，覆秸稈處理和覆沙處理的土壤pH值與對照之間總體不存在顯著差異。施加脫硫石膏處理的耕層土壤pH值比對照顯著降低，2016平均比對照降低0.63，2017年平均比對照降低0.96，說明通過施加脫硫石膏進(jìn)行鹽堿地改良，對第2年的土壤仍有影響。

2.1.3 土壤容重 鹽漬土的容重一般偏大、結(jié)構(gòu)緊實、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)少、透水透氣性較差，改良與利用較為困難[10-11]。2017年第2茬黑麥草收獲后各層土壤容重測定結(jié)果（表3）表明，通過改良措施可有效降低土壤容重、改善土壤物理性質(zhì)。3種改良措施以施用脫硫石膏對土壤物理性狀的改善效果最好。從2016年的數(shù)據(jù)可以看出，覆秸稈對0～60 cm土層土壤容重?zé)o顯著性影響，覆沙和施加脫硫石膏顯著降低了0～20 cm土層土壤容重，但對更深層的土壤容重?zé)o顯著性影響。另外，從2017年數(shù)據(jù)可以看出，3種改良措施對土壤容重均有顯著的改善作用。

2.2 不同改良措施對黑麥草鮮草產(chǎn)量的影響

由表4可以看出，3種不同改良措施均可顯著提高黑麥草的出苗率，覆沙、覆秸稈和施用脫硫石膏的出苗率分別比對照提高54.19%、43.35%、69.95%，2016年黑麥草鮮草產(chǎn)量分別比對照增加60.84%、39.24%、112.48%，表明3種不同改良措施均有提高黑麥草出苗率和產(chǎn)量的效果。2016年施用脫硫石膏鮮草產(chǎn)量最高，收獲了1茬黑麥草后，2017年鮮草產(chǎn)量仍以脫硫石膏試驗小區(qū)的最高，結(jié)果表明，第1年的改良措施對第2年的鮮草產(chǎn)量仍有顯著的增產(chǎn)效果。施用脫硫石膏的3茬黑麥草產(chǎn)量分別比對照平均提高5 759、4 463、4 530 kg/hm2，平均增產(chǎn)112.48%、78.96%、86.19%。

2.3 施用脫硫石膏對耕層土壤和黑麥草重金屬含量的影響

作為燃煤電廠的廢棄物，脫硫石膏含有一些重金屬元素，這些重金屬元素隨著施用脫硫石膏改良鹽堿地而進(jìn)入土壤中，為了探明施用脫硫石膏對土壤環(huán)境、黑麥草、飼草安全性的影響，對施用脫硫石膏的0～20 cm土層土壤和2017年收獲的黑麥草葉片中Cd、Hg、Pb、As、Cr含量進(jìn)行檢測。測定結(jié)果（表5）表明，施用脫硫石膏會顯著增加土壤中Hg、Pb、As、Cr的含量和黑麥草葉片中Pb、As、Cr的含量。其中土壤中Hg、As、Pb和Cr含量分別比對照增加0.02、0.48、0.92、0.77 mg/kg。黑麥草葉片中未檢測到Cd含量，Hg含量較對照未增加，Pb、As和Cr含量隨著脫硫石膏施加比對照顯著增加。0～20 cm土層土壤和黑麥草葉片中Cr含量最高，其次是Pb，Hg和Cd的含量較少。

3 討論

土壤鹽漬化的根本問題是礦化度較高的水在土體中運(yùn)動，所以控制地下水位上升或降低地下水位、減少土壤水分蒸發(fā)是解決土壤鹽漬化的關(guān)鍵[12-13]。地表覆蓋措施可隔斷土壤與大氣的聯(lián)系以降低土壤水分散失，有效減少地面蒸發(fā)，抑制地表返鹽，調(diào)節(jié)土壤水熱過程，使鹽分向地表聚集的過程逐漸減弱，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)及作物生長，從而能使鹽漬土壤生態(tài)過程向良性轉(zhuǎn)化[14]。陜北地區(qū)是陜西省乃至全國玉米和小麥適生區(qū)之一，玉米和小麥等農(nóng)作物種植面積較大，植物秸稈資源量較為豐富[15]，文獻(xiàn)資料表明，覆蓋秸稈可以有效降低土面蒸發(fā)量，同時改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤容重，提高土壤通透性，對鹽漬土有非常明顯的保墑保溫、抑制鹽分表聚、促進(jìn)降水淋鹽等作用，促進(jìn)作物生長和發(fā)育及提高作物產(chǎn)量[16]。另外，作物秸稈中含有大量的碳、氮、磷、鉀及微量元素等營養(yǎng)元素，是土壤養(yǎng)分的重要補(bǔ)給源。

覆沙壓鹽是改良土壤次生鹽漬化的重要措施之一，也是目前陜北鹽堿地開發(fā)利用的常用方法之一。覆沙壓鹽能改變土壤的理化性狀，提高地溫，防止鹽分上升，有利于作物的生長發(fā)育進(jìn)而提高作物產(chǎn)量，故有“沙壓堿、賽金板”。在中、重度鹽堿土上覆蓋風(fēng)沙土可以起到“沙壓堿、沙壓鹽”的作用，即通過沙地土壤毛管空隙大、不能形成毛管吸力的作用，限制下層鹽堿土的鹽分向上移動，使之分布于立地土壤的某一深層下面，實現(xiàn)上面覆沙層發(fā)展耕作層的目的;或由于覆蓋的風(fēng)沙土與下面的鹽堿土發(fā)生一定程度的混合，能夠調(diào)節(jié)土壤黏沙比例，降低容重，改善土壤結(jié)構(gòu)，降低鹽分效果[17]。

石膏作為一種傳統(tǒng)的化學(xué)改良劑，國內(nèi)外學(xué)者已指出其改良作用機(jī)制在于降低了土壤pH值、堿化度和容重，同時提高了土壤的滲透速度、孔隙度及脫鹽率，土表不易結(jié)殼[18]，石膏改良堿土成功的經(jīng)驗已經(jīng)被國內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)同。一般對pH值偏高的土壤采用石膏進(jìn)行改良，用石膏中的鈣離子置換出吸附在土壤膠體上的鈉離子，并在灌水淋洗的作用下，將鈉離子淋洗到作物根層以外，從而減輕鈉離子對土壤顆粒的分散程度，并降低土壤pH值，為作物生長創(chuàng)造良好的土壤水鹽環(huán)境[19]。脫硫石膏的主要成分為CaSO3、CaSO4，性質(zhì)與天然石膏類似，并含有豐富的Ca、S、Si等植物必需的礦質(zhì)營養(yǎng)，能夠替代天然石膏改良鹽堿土壤[20]。研究表明，采用脫硫石膏進(jìn)行鹽堿土改良并種植油葵時，脫硫石膏改良的深度一般設(shè)為20～30 cm，建議采用犁翻后再旋耕的方法，有利于提高改良效果并促進(jìn)作物的生長發(fā)育[21]。

4 結(jié)論

試驗結(jié)果表明，在中、重度鹽堿地覆沙、覆秸稈和施加脫硫石膏，與對照相比，2017年第2茬黑麥草收獲后0～20 cm土層土壤含鹽量降低1.16～2.22 g/kg，pH值下降0.05～0.94，容重降低0.06～0.12 g/cm3，土壤理化性質(zhì)得到了有效改善，黑麥草生長狀況得到了顯著提高，黑麥草的出苗率提高43.35%～69.95%，3茬鮮草總產(chǎn)量提高34.24%～92.04%?？傮w而言，3種措施均有助于陜西省定邊縣鹽漬土的改良，且以施用脫硫石膏效果最好。

施用脫硫石膏改良鹽堿地，其所含有害元素雖然沒有形成直接污染，但有害元素在黑麥草各部位的含量已相對增加，形成了對生物鏈的潛在危害。檢測結(jié)果表明，施用脫硫石膏改良鹽堿地雖然會顯著增加耕層土壤和黑麥草中的重金屬含量，但土壤和黑麥草中Cd、Hg、Pb、As、Cr等重金屬的含量遠(yuǎn)低于GB 15618—1995《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和國家飼料衛(wèi)生指標(biāo) GB 13078—2001《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定值，因此合理施加脫硫石膏改良鹽堿地后的農(nóng)用土壤和生產(chǎn)的黑麥草是安全的。

黑麥草是我國陜北地區(qū)廣泛種植的耐旱耐鹽堿的優(yōu)質(zhì)飼草兼綠肥作物，擴(kuò)大中、重度鹽堿地改良規(guī)模和黑麥草的種植，對建立“改良鹽堿地-種植牧草-發(fā)展畜牧業(yè)-有機(jī)肥還田-鹽堿地改善”的循環(huán)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)模式具有重要的參考價值[22]。

鹽漬化土壤的形成是一個長期而復(fù)雜的過程，鹽漬土改良也是一個復(fù)雜的系統(tǒng)性工程。任何單一的措施，都有其自身適用條件和技術(shù)優(yōu)勢及局限性。針對定邊縣鹽堿地的現(xiàn)狀，建議采用綜合措施進(jìn)行改良，耕作前可大面積采用石膏、過磷酸鈣等生理酸性化肥進(jìn)行改良，在補(bǔ)充土壤養(yǎng)分的同時中和土壤堿性。此外，可以在表層覆秸稈或者覆沙，進(jìn)一步改善土壤理化結(jié)構(gòu)、抑制土壤返鹽。

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