李帥志 侯立剛 劉亮 馬巍 劉曉亮 林喆

（1吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，長春 130118；2吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，長春 130124；第一作者：lishuaizhi@hotmail.com；*通訊作者：houligang888@163.com）

松嫩平原是世界蘇打鹽堿地三大集中分布區(qū)之一[1]。蘇打鹽堿土主要表現(xiàn)為高pH值、高鹽分、高鈉離子含量、低土壤肥力和低滲透率，極易造成植物離子毒害和生理干旱，對植物生長發(fā)育危害大[2-5]。同時，蘇打鹽堿地是重要的后備耕地資源，其改良開發(fā)和合理利用，對保障國家糧食安全具有重大意義。迄今為止，國內(nèi)外針對鹽堿地的改良措施主要有物理改良、化學(xué)改良和生物改良?，F(xiàn)有的改良方法普遍采用單一改良措施，各改良措施均存在弊端：物理改良見效快，但需要大量復(fù)雜施工，改良投入成本較高，不利于大規(guī)模推廣；化學(xué)改良能有效改善土壤理化性質(zhì)，但存在次生污染隱患，易造成環(huán)境惡化；生物改良的成本低、污染少、可持續(xù)性強，但改良周期長[6-8]。劉曉波等[9]研究發(fā)現(xiàn)，打孔處理能疏松土壤，促進土壤有機質(zhì)分解利用，提升植物根系養(yǎng)分利用效率和改善土壤環(huán)境。張鋒舉等[10-11]研究表明，脫硫石膏能顯著改良堿化土壤的團聚體組成與穩(wěn)定性。張鳳霞[12]等研究表明，在打孔中填充有機物，可以顯著增加土壤有機質(zhì)和養(yǎng)分含量，顯著促進作物生長發(fā)育。張翼夫等[13]研究表明，采用打孔灌沙的措施，能促進濱海鹽堿土水分下滲，提高土壤表層脫鹽總量。但有關(guān)改良蘇打鹽堿地水田適宜打孔密度的研究卻鮮有報道，基于此，筆者研究了在填充改良物條件下不同打孔密度對蘇打鹽堿地耕層土壤水穩(wěn)定性團聚體、pH值、含鹽量和水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，以為中重度蘇打鹽堿地水田改良技術(shù)創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

大田試驗于2019年在吉林省白城市鎮(zhèn)賚縣白沙灘灌區(qū)（E 123°67′，N 46°26′）進行。該地屬溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫4.9℃，年均日照時數(shù)2 919.4 h，年均降水量407.9 mm。試驗站土壤為典型蘇打鹽堿土，供試區(qū)域土壤理化性質(zhì)：pH值9.37，含鹽量2.54 g/kg，堿解氮9.37 g/kg，有效磷11.17 mg/kg，速效鉀174.53 mg/kg，有機質(zhì)21.66 g/kg。

1.2 試驗材料

試驗用水稻品種為耐鹽堿常規(guī)粳稻白粳1號。打孔填充物為細沙、有機肥和脫硫石膏（CaSO4·2H2O）同質(zhì)量比例混合物，可確保其滲水特性較好并且在滲水后的坍縮程度較低，保證打孔處理的微區(qū)淋洗通道具有一定的穩(wěn)定性。

1.3 試驗設(shè)計

根據(jù)打孔密度的不同設(shè)5個處理試驗：CK，0孔/m2；T1，5孔/m2；T2，10孔/m2；T3，15孔/m2；T4，20孔/m2。隨機區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)面積300 m2，每個處理3次重復(fù)。在春季土壤化凍后、稻田灌水前打孔，打孔設(shè)備為便攜式手持取土鉆機，各處理按照試驗設(shè)計的密度均勻分布打孔，孔徑0.1 m、孔深0.6 m，并填充細沙、有機肥和脫硫石膏的混合填充物。常規(guī)水肥管理，每叢插3～5株苗。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 pH值

于水稻移栽期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期和成熟期，每個處理用5點原位定位測定法，使用pH 3000便攜式土壤pH酸堿度計測定土壤pH值。

1.4.2 土壤含鹽量

于水稻移栽期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期和成熟期測定田間土壤含鹽量。按水土比1∶5制備土壤浸提液，用硝酸銀滴定法測定浸提液中的Cl-含量，用EDTA滴定法測定SO42-、Ca2+、Mg2+含量，用雙指示劑-中和滴定法測定HCO3-含量，用陰陽離子平衡法測定Na+、K+含量，以上離子含量之和為土壤含鹽量[14]。

1.4.3 團聚體含量

收獲后每個小區(qū)用5點采樣法采集耕層土樣，將采集的原狀土自然風干，測定土壤團聚體。團聚體分級采用CAMBARDELLA和ELLIOTT[15]的濕篩方法，將水穩(wěn)定性團聚體分為大團聚體（粒徑＞2.00 mm）、小團聚體（粒徑2.00～0.25 mm）、微團聚體（粒徑0.25～0.053mm）和粉粘粒級團聚體（粒徑＜0.053 mm）。

1.4.4 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

于水稻成熟期，在各處理中隨機選取20叢水稻植株并調(diào)查有效穗數(shù)，隨機取其中有效穗數(shù)接近平均數(shù)的10叢考察每穗粒數(shù)、結(jié)實率和千粒重，各小區(qū)實割測產(chǎn)[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行整理、作圖及統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同打孔處理對水稻不同生育期耕層土壤p H值的影響

由圖1可以看出，打孔處理降低了耕層土壤的pH值，其在水稻各生育期均低于CK。在水稻灌漿期，T1、T2、T3和T4處理土壤pH值分別比CK低0.35、0.38、0.45和0.49，降幅分別為3.70%、4.02%、4.75%和5.17%。

圖1 不同打孔處理對耕層土壤p H值影響

2.2 不同打孔處理對水稻各生育期耕層土壤含鹽量的影響

由圖2可以看出，打孔處理降低了耕層土壤含鹽量，其在水稻各生育時期均低于CK。在成熟期，T1、T2、T3和T4處理土壤含鹽量分別比CK降低0.16、0.19、0.26和0.27 g/kg，降幅分別為6.27%、7.51%、10.16%和10.63%。

圖2 不同打孔處理對耕層土壤含鹽量的影響

2.3 不同打孔處理對土壤團聚體的影響

從表1可見，打孔處理提高了土壤水穩(wěn)定性團聚體（大團聚體和小團聚體）含量，降低了微團聚體和粉團聚體的含量，隨著打孔數(shù)的增多，大團聚體和小團聚體含量增幅越大、粉團聚體含量降幅越大。T1、T2、T3和T4處理小團聚體含量分別比CK顯著增加13.54%、20.14%、26.22%和29.86%，粉團聚體分別降低4.13%、5.43%、6.96%和8.69%。

表1 不同打孔處理對耕層土壤團聚體的影響 （單位：%）

2.4 不同打孔處理對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表2可以看出，打孔處理顯著提高了水稻有效穗數(shù)和每穗粒數(shù)，提高了結(jié)實率（除T1處理外其他處理均顯著高于CK）。T3處理表現(xiàn)最好，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實率分別較CK增加24.42%、10.55%和6.19%。繼續(xù)增加打孔密度，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和結(jié)實率反而較T3處理下降，但差異不顯著。從實際產(chǎn)量來看，隨著打孔密度提升，產(chǎn)量表現(xiàn)為CK＜T1＜T2＜T4＜T3（圖3）。

表2 不同打孔處理對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

圖3 不同打孔處理對水稻實際產(chǎn)量影響

3 討論

鹽堿地由于土壤鹽漬化，會導(dǎo)致土壤板結(jié)、透氣透水性差、養(yǎng)分釋放緩慢等一系列問題。長期以來，鹽堿地改良依據(jù)“鹽隨水來，鹽隨水去”原理，通過大量淡水灌溉和排水，以淋洗的方式將土壤表層鹽分排出。逄煥成等[17]認為，以往的排灌措施存在耗水多、易反復(fù)、持續(xù)性差等弊端。王素君等[18]對濱海吹填土快速脫鹽技術(shù)的研究表明，摻拌脫硫石膏能提升土壤灌水后的穩(wěn)定性、透氣性和滲水性，促進土壤脫鹽。王小彬等[19]和FU等[20]研究表明，增加脫硫石膏施用量，對土壤能起到較好的脫鹽效果，但是可能會增加土壤中的重金屬含量，存在次生污染隱患。本試驗采用構(gòu)建微區(qū)垂直淋洗通道的方法，解決了表層土壤鹽分高、透水性差、阻礙灌溉水下滲的問題，將表層土壤中的鹽分快速從通道中垂直運回至土壤深層，以節(jié)約灌溉水資源、降低土壤鹽漬化次生污染。將脫硫石膏作為建立微區(qū)垂直淋洗通道的填充物之一，提高了通道中的離子置換效率，保證了淋洗通道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及脫鹽效果的持續(xù)性。

土壤pH值是反映土壤堿化程度的重要指標，土壤中鹽含量與pH值呈正相關(guān)，土壤的酸堿度不僅影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、存在形態(tài)及其有效性，而且制約土壤微生物的活動和土壤的物理性質(zhì)，影響作物正常生長。而土壤鹽分含量直接影響土壤的酸堿性、土壤膠體的凝聚與分散，進而影響土壤的結(jié)構(gòu)性、持水性及耕性等物理性質(zhì)[21]。土壤含鹽量高會影響作物的新陳代謝，可能引起作物能量缺乏，降低CO2同化、蛋白質(zhì)合成、呼吸作用及植物激素周轉(zhuǎn)，使植物產(chǎn)生生理阻礙。本研究結(jié)果表明，增加打孔密度，增加了水分下滲通道表面積，降低了耕層土壤pH值、土壤含鹽量，在單位面積形成了更多的微區(qū)鹽分垂直遷移通道，加速了耕層鹽堿淋洗速度，從而降低耕層土壤pH值、土壤含鹽量，減輕鹽堿對水稻的脅迫。

土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單位，是土壤肥力的基礎(chǔ)物質(zhì)。土壤團聚體結(jié)構(gòu)狀況是鑒定土壤肥力的指標之一，其中各級水穩(wěn)性團聚體的比例能較好反映土壤團聚體的質(zhì)量。鹽堿土水穩(wěn)性團聚體較少，土壤的分散系數(shù)較高，導(dǎo)致團粒結(jié)構(gòu)數(shù)量較少、結(jié)構(gòu)性差、養(yǎng)分貧瘠、滲透性低。陳恩鳳等[22]研究表明，施用有機肥能增加微團聚體的團聚性能，提高土壤團聚體的穩(wěn)定性。廖栩等[23]和杜學(xué)軍等[24]研究表明，脫硫石膏提供的Ca2+可與蘇打鹽堿土中的可溶性Na+置換，反應(yīng)生成CaCO3、Ca（HCO3）2，從而降低其中的Na2CO3、NaHCO3含量；Ca2+亦可與腐殖酸反應(yīng)生成土壤膠體結(jié)合劑，促進土壤團聚體形成，從而增加土壤透氣性和透水性，提高土壤脫鹽效率。本研究結(jié)果表明，將脫硫石膏和有機肥作為打孔填充物時，隨著打孔密度提高，脫硫石膏和有機肥的施用量增加，打孔周圍耕層土壤水穩(wěn)定性團聚體的含量也隨著增加，說明通過打孔填充改良物形成改良微區(qū)對提高打孔周邊耕層土壤水穩(wěn)性團聚體具有一定效果。

張翼夫等[13]研究表明，在漫灌條件下的鹽堿土表層打孔灌沙，增加打孔密度能促進脫鹽效果。朱明霞等[25]研究表明，鹽堿脅迫導(dǎo)致水稻產(chǎn)量下降，隨著鹽堿脅迫的減少，水稻產(chǎn)量呈上升趨勢。本研究結(jié)果表明，打孔處理提高了水稻產(chǎn)量，但更高打孔密度的T4處理比T3處理水稻產(chǎn)量反而出現(xiàn)小幅下降，這可能與其打孔密度過大，鹽分淋洗過快造成肥料流失過多有關(guān)。

本試驗為了便于試驗采樣和統(tǒng)計分析，試驗時采用較低孔徑、較密孔距的處理，可以建立相對理想環(huán)境下的土壤淋洗微區(qū)，使表層土壤鹽分淡化均勻，但會造成田間作業(yè)量過大。生產(chǎn)實踐中，在不需求精確的試驗采樣和統(tǒng)計分析的情況下，保證單位打孔面積即可保證土壤改良效果，可以適當增大孔徑來降低作業(yè)量。

4 結(jié)論

打孔處理顯著降低了蘇打鹽堿地水田耕層土壤的pH值和含鹽量，提高了其水穩(wěn)定性團聚體含量，有利于增加水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。然而過高的打孔密度即過高的單位打孔面積，可能會造成肥料損失過量。結(jié)合生產(chǎn)實際，認為15孔/m2打孔密度或每m2打孔面積為0.12 m2為合適的打孔處理方案。