土壤調理劑對陜北鹽堿地土體化學性質及水稻生長的影響

舒 錕, 曹 源, 王 波, 王啟龍

(陜西省土地工程建設集團有限責任公司, 陜西 西安 710075)

近年來，我國城市化的進程不斷加快，耕地數(shù)量和質量不斷下降。鹽堿地作為我國目前資源量最大的未利用地，我國鹽堿地面積約為1.00×108hm2[1]，并有逐年擴大趨勢，其中，陜西省的鹽堿化問題也相當嚴重，鹽堿地總面積1.52×105hm2，約占陜西省總土地面積的7%，陜北地區(qū)定邊、靖邊、綏德、橫山等縣區(qū)均有分布，其中定邊縣有6.70×104hm2[2-3]。加大陜北地區(qū)鹽堿地治理力度，對增加農民收入、保障重要農產品有效供給、保護生態(tài)安全等具有重要意義。鹽堿地改良技術主要包括耕作改良技術[4]、地表覆蓋技術[5]、化學改良技術[6]、水利改良技術[7]、工程改良技術[8]以及植物改良技術[9]，其中植物改良主要通過植物根系生長，可改善土壤物理性狀，根系分泌的有機酸可以中和土壤堿性，吸收、富集土壤鹽分[10-11]；減少土壤水分蒸發(fā)，從而防止土壤返鹽[12]。定邊縣部分鹽堿地地下水位常年普遍較高，旱地作物無法生長，但其水熱資源豐富，滿足水稻生長基本條件。在該地區(qū)鹽堿地種植耐鹽堿水稻不僅可以提高土地利用率，還能起到保護環(huán)境的作用。相關研究表明，土壤調理劑可以有效改善土壤結構、增強土壤肥力、促進團粒形成、蓄水保墑土壤調理劑是指在加入土壤中用于改善土壤的物理、化學、生物性狀的物料。在鹽堿地改良方面，土壤調理劑可以通過調節(jié)土壤pH值、降低土壤鹽分、改善土壤結構以及調節(jié)微生物環(huán)境等作用，來降低鹽堿土壤對作物的危害程度，達到改良鹽堿地、促進作物生長和提高產量的目的[13]。王文杰等[14]在2005年采用土壤改良劑與改土增肥、取沙壓堿、種植樹木等傳統(tǒng)改良方法相結合的措施改良鹽堿地，結果表明，土壤調理劑可使鹽堿地pH值與水溶性鹽總量明顯下降。楊海儒等[15]通過田間試驗，研究了石膏、煤灰及糠醛渣的組合的調理劑對鹽堿土改良作用及改良機理，并與單一改良劑的影響進行比較，結果表明，施用石膏、粉煤灰與糠醛渣均能顯著降低鹽堿土的pH值，還可通過螯合作用，使有機陰離子與磷競爭吸附位點結合，從而減少土壤對磷鉀的固定，分解難溶態(tài)和固定態(tài)的磷、鉀元素。倪海峰[16]通過對有機酸土壤調理劑對鹽堿地的改良效果及小麥產量的影響研究發(fā)現(xiàn)，與空白組相比，中度鹽堿土的耕作層土壤含鹽率減低42%，土壤有機質含量增加29%，小麥增產16%；史蛟華等[17]以鹽堿地葡萄為研究對象，通過田間試驗研究發(fā)現(xiàn)，施加土壤調理劑改良土壤能有效改善土壤理化性質，降低鹽堿地土壤pH，提高土壤鉀的含量，降低鈉含量。龐喆等[18]以定邊縣新開墾的重度鹽堿地為研究對象，設置8種不同試驗處理，研究了脫硫石膏與保水劑PAM兩種土壤調理劑對于陜北鹽堿地土壤理化性質和作物生長的影響，研究結果表明20 t/hm2脫硫石膏和20 kg/hm2的PAM混合施用，改良效果最好，可顯著減少鹽堿地治理過程中的季節(jié)性返鹽。陜北地區(qū)氣候環(huán)境、土壤構成成分和鹽堿度與其他區(qū)域不盡相同，目前陜北鹽堿地地區(qū)水稻種植規(guī)模較小，對于土壤調理劑使用種類有一定研究，但是對于其用量研究較少。本試驗以陜北鹽堿地水稻為研究對象，在施肥和灌溉方式一致的情況下，設置不同的土壤調理劑施用量，研究不同土壤調理劑使用量對陜北鹽堿地土壤化學性質及水稻養(yǎng)分吸收和產量的影響，以確定水稻高產、穩(wěn)產的最佳調理劑用量。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2019年4—11月在陜西省榆林市定邊縣堆子梁鎮(zhèn)營盤梁村(東經110°30′34”—110°33′36″，北緯35°31′02″—35°34′01″)進行，試驗區(qū)屬于古河床上沖積母質發(fā)育的鹽化草甸土壤，因為地勢低洼，地下水出流不暢，受到地下水位埋藏淺，地下水礦化度高以及氣候蒸發(fā)量大的共同作用，土壤表層積鹽，鹽漬化特征明顯。試驗區(qū)年平均降水量316 mm，年平均蒸發(fā)量2 850 mm，年平均氣溫7.9 ℃，日照2 728 h，無霜期125 d。

1.2 試驗設計

在試驗區(qū)內分別選擇鹽堿程度具有代表性的1個地塊(中重度鹽堿地)設置田間試驗。試驗地四周起壟后，劃分為8個田塊，每個田塊面積為80 m2(10 m×8 m)。土壤調理劑采用“金阜豐”土壤調理劑，調理劑N≥16%，有機質≥4%，pH值為3.0～4.0。試驗根據(jù)調理劑用量指導說明，設置4種處理，2019年5月，插秧前施加土壤調理劑，T1，T2，T3處理土壤調理劑用量依次為1 000，1 500和2 000 kg/hm2，處理CK為空白對照，不施土壤調理劑。各處理施肥制度一致，尿素300 kg/hm2，過磷酸鈣450 kg/hm2，硫酸鉀300 kg/hm2，試驗開始前用土鉆分層采集0—20，20—40，40—60 cm土層土壤樣品，測定其基本性質，測定結果詳見表1。

水稻于2019年4月中旬育秧，6月初采用人工插秧，插秧密度為20 000株/hm2，10月10日水稻成熟收獲，除土壤調理劑用量不同以外，試驗小區(qū)采用統(tǒng)一的栽培管理措施，主要包括病蟲害的防治和田間灌溉等，試驗田采用井水灌溉，灌溉用水量為12 000 m3/hm2，灌溉水的pH值為8.2，含鹽量為0.27 g/L。

表1 試驗區(qū)土壤基本性質

1.3 測定項目與方法

在施用基肥前和收獲后采用土鉆，分層采集試驗區(qū)土壤樣品，土壤采樣深度為：0—20，20—40，40—60 cm，通過室內試驗檢測土壤pH值、含鹽量、有機質、全氮、有效磷、速效鉀含量的變化情況，土壤pH值采用電位法測定；土壤含鹽量采用質量法測定；土壤有機質含量采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定；全氮含量采用半微量凱氏法測定；土壤有效磷含量采用0.5 mol/L NaHCO3法測定；土壤速效鉀含量采用火焰光度法測定。

在作物關鍵生育期(苗期、分蘗期、拔節(jié)期等)選取長勢比較有代表性的3～5叢植株，定期測定株高、分蘗數(shù)，水稻收獲后，每個處理選取比較有代表性的3～5叢植株，對其穗數(shù)、穗粒數(shù)和百粒重進行測量，而后將水稻收割測產。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Microsoft Excel 2007分析軟件處理試驗數(shù)據(jù)，同時采用SPSS 11.4軟件進行統(tǒng)計學分析，并對相關指標進行顯著性分析，顯著性水平為(p<0.05)，極顯著性水平為(p<0.01)。

2 結果與分析

2.1 不同調理劑施加量對土壤化學性質的影響

2.1.1 土壤pH值、含鹽量 水稻收獲后土壤pH值的剖面分布情況如圖1所示。試驗區(qū)地勢低洼，地下水出流不暢，土壤表層鹽漬化特征明顯，種植前，0—40 cm土層土壤pH值為9.12,40—60 cm土層土壤pH值為9.15，種植水稻后，各處理的土壤pH值較種植前均有所下降，其中0—40 cm土層顯著下降，40—60 cm土層pH變化不明顯。另外，水稻收獲后0—40 cm土層，CK，T1，T2，T3處理土壤平均pH值分別為8.97,8.89,8.78和8.52，可以看出，隨著調理劑的用量增加，各處理0—40 cm土層土壤pH值得到顯著降低，各處理較CK降低0.89%～5.02%，另外，各處理40—60 cm土層土壤pH值分別為9.15,9.14,9.08和9.09，隨著調理劑的用量增加，pH值降低效果不明顯。

注：圖中不同字母表示差異顯著(p<0.05)。下同。

圖2為不同土壤調理劑添加量對于0—60 cm土層土壤水溶性鹽總量的影響，分析可知，水稻種植可以明顯降低土壤含鹽量，種植前0—60 cm土層土壤平均含鹽量為2.51 g/kg，水稻收獲后，土壤水溶性鹽總量明顯降低，平均值達到1.83 g/kg，較種植前降低27.09%。另外由圖2還可以看出，相對CK處理，土壤調理劑使用量增加，各處理0—40 cm土層土壤pH得到明顯降低，CK，T1，T2，T3處理0—40 cm土層土壤水溶性鹽總量分別1.77,1.65,1.52和1.53 g/kg，各處理較CK降低了6.78%～13.56%。

圖2 不同土壤調理劑施加量條件下0-60 cm土層土壤水溶性鹽總量

2.1.2 土壤養(yǎng)分 表2為不同土壤調理劑對陜北鹽堿地土壤養(yǎng)分的影響。由表2可知，不同土壤調理劑對土壤有機質含量的影響達到極顯著水平(p<0.01)，對土壤全氮含量和速效鉀含量的影響達到顯著水平(p<0.05)，對有效磷含量的影響不顯著(p>0.05)。相較于CK，添加土壤調理劑后土壤有機質含量顯著提高，但全氮、有效磷和速效鉀含量變化不明顯。這主要是由于土壤調理劑中本身會含有一定程度的有機質含量，施加至土壤中后使土壤有機質含量出現(xiàn)了較為明顯的變化，而土壤調理劑中土壤全氮、有效磷和速效鉀含量較低，故對其他土壤養(yǎng)分含量影響不大。在不同土層深度層面來看，土壤有機質含量隨著土層深度的增加逐漸降低，且T2處理在各土層深度的有機質含量均最大，平均值為10.0 g/kg，分別較T1，CK提高9.17%和21.65%，較T3提高0.4%，說明當土壤調理劑施加量為1 500和2 000 kg/hm2時，對土壤有機質含量的增加效果最為顯著。而土壤全氮含量為T3處理最高，即土壤全氮含量隨土壤調理劑施加量的增加而增加，施加量為2 000 kg/hm2時土壤全氮含量達到最大為0.97 g/kg，分別較T1，T2和CK提高27.63%，10.86%和34.72%。各處理土壤有效磷含量分別為T1處理8.07 mg/kg，T2處理7.13 mg/kg，T3處理8.03和CK 8.23 mg/kg，土壤調理劑施加對土壤有效磷含量影響不顯著。土壤速效鉀含量為T2處理最高，土壤速效鉀含量隨土壤調理劑施加量表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，施加量為1 500 kg/hm2時土壤速效鉀含量達到最大為223.33 mg/kg，分別較T1，T3和CK提高了5.01%，12.79%和9.29%。

表2 不同土壤調理劑對陜北鹽堿地土壤養(yǎng)分的影響

2.2 不同調理劑施加量對水稻生長發(fā)育的影響

圖3分別為不同土壤調理劑施加量對水稻分蘗動態(tài)和株高生長的影響，可以看出，在生育期初起，土壤調理劑施加量對水稻分蘗數(shù)的影響不顯著，但隨著生育期的增長，水稻分蘗數(shù)不斷增加，且不同施加量處理間的差異越來越顯著。其中T2處理分蘗數(shù)最高，平均為14.1，分別高于CK，T1處理和T3處理13.23%，6.0%和0.89%，也就是說，當土壤調理劑添加量為1 500 kg/hm2時，能較為顯著提升水稻分蘗數(shù)，而當土壤調理劑添加量達到2 000 kg/hm2時，對分蘗數(shù)的增加并不顯著。與水稻分蘗數(shù)相似的是，在生育期初起，土壤調理劑施加量對水稻株高生長影響不顯著，但隨著生育期的增長，水稻株高不斷增加，且不同施加量處理間的差異越來越顯著。水稻株高隨土壤調理劑施加量的增加而增大，其中T2和T3處理株高最高，平均為64.4～65.1 cm，而高于CK和T1處理達到10%。綜合來看，T2處理與T3處理條件下，水稻分蘗數(shù)和株高均增加，而土壤調理劑添加量超過1 500 kg/hm2時，各項指標增加不顯著。

圖3 不同土壤調理劑施加量對水稻株高和分蘗的影響

2.3 不同調理劑施加量對水稻產量影響

表3為不同土壤調理劑用量下水稻的產量及產量構成因素。從產量構成角度來看，T2處理和T3處理穗數(shù)最大，分別達到183和185個/m2，顯著高于T1處理和CK，說明施加土壤調理劑在1 000～1 500 kg/hm2時，水稻穗數(shù)較高，當超過1 500 kg/hm2時，調理劑量增加對穗數(shù)影響不顯著。土壤調理劑量在1 000 kg/hm2時可顯著提高穗粒數(shù)，但施加超過1 000 kg/hm2時，調理劑施加會對穗粒數(shù)產生抑制作用，其中T1處理穗粒數(shù)最大，為96個，顯著高于T2和T3處理。百粒重體現(xiàn)種子大小與飽滿程度的一項重要指標，是檢驗種子質量和作物考種的重要內容之一，也是預測田間產量時的重要依據(jù)之一。分析可知，土壤調理劑施加對水稻百粒重的影響顯著，T1處理和CK百粒重最低，僅為2.06～2.07 g，當施加土壤調理劑在1 500～2 000 kg/hm2時達到最大，達到2.34～2.37 g，顯著高于T1處理和CK。而根據(jù)水稻實際產量來看，土壤調理劑施加能顯著提高水稻產量，且水稻產量與土壤調理劑施加量成顯著的正相關關系，T3處理達到最大，為2 589 kg/hm2，由施加量1 000～2 000 kg/hm2，水稻產量較CK提高了5.49%～24.77%。

表3 不同土壤調理劑用量下水稻的產量及產量構成因素

3 討 論

土壤的pH值會直接影響肥料的有效性，土壤的pH值過高或過低，一些營養(yǎng)元素會變得難溶，有效性降低，從而不能被根系很好的吸收，土壤鹽分過高對于植物的傷害不容忽視，土壤鹽分過高會影響作物的光合作用和呼吸作用，會阻礙農作物蛋白質的合成。試驗區(qū)地勢低洼，地下水出流不暢，受到地下水位埋藏淺，地下水礦化度高以及氣候蒸發(fā)量大的共同作用，土壤表層鹽漬化特征明顯，其中表層土(0—20 cm)pH值為9.21，水溶性鹽總量為2.78 g/kg，亞表層土(20—40 cm)pH值為9.16，水溶性鹽總量為2.37 g/kg，本次試驗選擇的“金阜豐”酸性土壤調理劑，pH值為3.0～4.0，隨著水稻種植和土壤調理劑添加，各個處理土壤pH值和水溶性鹽總量得到明顯降低，各處理較空白對照降低范圍分別為0.89%～5.02%和6.78%～13.56%。史蛟華等[17]研究發(fā)現(xiàn)，酸性土壤調理劑可以有效改良新疆綠洲區(qū)土壤理化性質，在施加調理劑90 d時，各處理土壤pH值下降量平均為2.42。另外也有研究發(fā)現(xiàn)，添加有機酸土壤調理劑可以有效降低中重度鹽堿地含鹽量[18]，與空白組相比，中度鹽堿土的含鹽率減低42.0%，土壤有機質含量增加29.2%，這與本研究結果基本相同。

土壤養(yǎng)分是指由土壤提供的植物必需的營養(yǎng)元素，它是土壤肥力的重要物質基礎，也是評價土壤肥力水平的重要內容之一。添加土壤調理劑后土壤有機質含量顯著提高，但全氮、有效磷和速效鉀含量變化不明顯。當土壤調理劑施加量為1 500，2 000 kg/hm2時，對土壤有機質含量的增加效果最為顯著。土壤調理劑施加對土壤有效磷含量影響不顯著，李彥強等[19]在土壤調理劑用量對油麥菜生長及土壤改良的效果試驗中發(fā)現(xiàn)，使用不同土壤調理劑用量后，不同程度增強了土壤養(yǎng)分活性，增加了有機質、有效磷、速效鉀的含量，同時顯著提高了油麥菜產量。施加土壤調理劑增加有機質含量與本研究結果相同，有效磷、速效鉀的含量增加與本研究結果存在一定出入，這與試驗使用的調理劑養(yǎng)分含量不同有關。

作物產量和品質是土壤理化性質和水熱條件的最終體現(xiàn)，不同土壤調理劑用量處理下的水稻的產量及產量構成因素有差異[20]。施加土壤調理劑在1 000～1 500 kg/hm2時，對水稻穗數(shù)增長有較大影響。土壤調理劑量在1 000 kg/hm2時可顯著提高穗粒數(shù)。土壤調理劑施加對水稻百粒重的影響顯著，施加土壤調理劑在1 500～2 000 kg/hm2時達到最大，達到2.34～2.37 g。土壤調理劑施加能顯著提高水稻產量，由施加量1 000～2 000 kg/hm2，水稻產量較CK提高了5.49%～24.77%。解秋等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤調理劑后可降低水稻株高8～12 cm，水稻增產可達10%以上施，王伯平等[22]研究發(fā)現(xiàn)，用土壤調理劑對水稻的主要農藝性狀影響不大，但可以顯著增加水稻產量。劉郁文等[23]研究表明，弱鹽漬土壤鹽漬化程度與水稻產量相關性不顯著，在中鹽漬土和強鹽漬土中，土壤壤鹽漬化程度與水稻產量相關性均顯著。因此，在不同鹽漬化程度的土壤上添加土壤調理劑的應用效果可能存在一定區(qū)別，其最適的調理劑用量也不盡相同，因此有必要針對土壤起始鹽漬化程度、調理劑種類和施用量展開進一步深入研究。

4 結 論

隨著土壤調理劑的用量增加，各個處理土壤pH值和水溶性鹽總量得到明顯降低。土壤調理劑添加量為1 500，2 000 kg/hm2時，能較為顯著提升水稻分蘗數(shù)和水稻株高。添加土壤調理劑后土壤有機質含量顯著提高，但全氮、有效磷和速效鉀含量變化不明顯。土壤調理劑施加能顯著提高水稻產量，土壤調理劑大于1 500 kg/hm2時，可以顯著增加水稻產量，而土壤調理劑添加量超過1 500 kg/hm2時，產量增加不顯著。陜北定邊鹽堿地種植水稻，綜合考慮土壤理化性質改善、水稻產量和效益，土壤調理劑的參考適宜添加量為1 500 kg/hm2。