不同改良劑對吉林西部重度鹽堿土的改良及牧草的增產

張瑜 徐子棋 楊獻坤

摘 要：? 為研究磷石膏、有機肥在吉林省西部重度蘇打鹽堿地上改土、增產效果，提供蘇打鹽堿地化學改良的理論支持。本研究開展室外試驗，研究不同用量的磷石膏、有機肥對鹽堿土理化性質及當地優質牧草—水稗（ Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.）產量的影響。結果表明：①有機肥和磷石膏均能改善土壤物理性質，LY（磷石膏20 t/hm2+有機肥20 t/hm2）處理改善效果最明顯，該處理降低容重12.1%、提高土壤含水率17.5%、提高土壤總孔隙度11.3%;②磷石膏降低土壤鹽堿化指標效果優于有機肥，且LY的改良效果最明顯，降低pH和電導率的百分比分別為11.3%和32.7%;③有機肥提高有機質、全氮效果優于磷石膏，但二者對土壤全鉀沒有明顯的影響。④有機肥促進水稗生長、生物量積累的效果優于磷石膏，LY的增產效果最佳，提高鮮草產量和干草產量的比例分別為208.4%和217.1%。⑤分析表明，吉林西部重度蘇打鹽堿土影響水稗產量最重要的3個因子為土壤總孔隙度、全氮和有機質。綜上所述，磷石膏和有機肥在改良吉林西部重度蘇打鹽堿土理化性狀和提高該區域牧草產量方面均具有較好效果，二者合理配合使用效果更佳，適于推廣利用。

關鍵詞： 鹽堿地;改良;磷石膏;有機肥;水稗

中圖分類號 ：S154.4??? ?文獻標識碼 ：A?? ?文章編號 ：1006-8023（2020）02-0025-10

Effects of Different Soil Amendments on the Soil Improving and the Forage Grass

Yield Increasing on the Severe Saline-alkali Soil in the Western Jilin Province

ZHANG Yu， XU Ziqi*， YANG Xiankun

（Institute of Soil and Water Conservation of Jilin Province， Changchun 130033， China）

Abstract： In order to explore the soil improvement effect and the forage grass yield-increasing effect of the phosphogypsum and the organic fertilizer on the severe Soda saline-alkali soil in the Western Jinlin Province， and to provide theoretical support for chemical improvement of soda saline-alkali soil， the field experiments were carried out to research the influence of the phosphogypsum and the organic fertilizer on the physical and chemical properties of the severe saline-alkali soil and the yield of the barnyard grass （Echinochloa crusgalli（L.） Beauv.）. The results show that： ① Both of the phosphogypsum and the organic fertilizer can improve the soil physical properties， and the effect of the LY （phosphogypsum 20 t/hm2 + organic fertilizer 20 t/hm2） treatment is most significant， and this treatment reduces 12.1% of the bulk density， increases 17.5% of the water content， and increases 11.3% of the total porosity; ② The salinization degree reducing function of the phosphogypsum is much better than that of the organic fertilizer， and the function of the LY treatment is the best， and it reduces 11.3% of the pH and 32.7% of the conductivity; ③ The organic matter and the total nitrogen increasing effect of the organic fertilizer is more significant than that of the phosphogypsum， but both of them has no significant influence on the total potassium; ④ The growth promoting action and the biomass improving action of the organic fertilizer is better than those of the phosphogypsum， and the LY treatment has the best effect， it increases 208.4% of the fresh grass yield and 217.1% of the dry grass yield， respectively; ⑤ The correlation analysis result shows that the most important factors those influence the yield of the barnyard grass on the severe saline-alkali soil in the Western Jinlin Province are total porosity， total nitrogen and the organic matter. In conclusion： the phosphogypsum and the organic fertilizer have significant effect on the improvement of the soil physical and chemical properties and the yield of the barnyard grass on the severe soda saline-alkali soil， and by using them cooperatively with proper dosage， the influence will be more remarkable， and they are proper for popularization and utilization.

Keywords： Saline-alkali soil; improvement; phosphogypsum; organic fertilizer; barnyard grass

收稿日期： 2019-11-18

基金項目：? 吉林省財政廳項目（吉林省西部濕地消落帶植被修復關鍵技術研究）;國家重點研發計劃（2017YFC0504200;2018YFC0507002-05）

第一作者簡介： 張瑜，碩士，高級工程師。研究方向：水土保持生態修復研究。E-mail： 124058200@qq.com

*通信作者： 徐子棋，碩士，助理工程師。研究方向：水土保持生態修復研究。E-mail： 235175758@qq.com

引文格式： 張瑜，徐子棋，楊獻坤.不同改良劑對吉林西部重度鹽堿土的改良及牧草的增產[J].森林工程，2020，36（2）：25-34.

ZHANG Y， XU Z Q， YANG X K. Research of the soil improving and the forage grass yield increasing effect of different soil amendments on the saline-alkali soil in the Western Jinlin Province[J]. Forest Engineering，2020，36（2）：25-34.

0 引言

土地鹽堿化是世界性的生態環境問題，鹽堿化區域土壤主要問題是鹽堿化程度高、肥力低下和理化性質較差，致使土地難以利用，且由于自然原因（氣候、地質運動等）和人為原因（不合理灌溉、不合理化肥施用等），土地鹽堿化程度不斷提高、范圍不斷擴大[1-2]。鹽堿化直接影響該地區人民生活、生 產，阻礙了區域農業發展、經濟發展和人民生活水平的提高[3]。吉林省西部地處世界三大蘇打鹽堿地分布 區之一的松嫩平原，20世紀50年代，吉林省西部蘇打鹽堿地面積約為1.13×106 hm2，至2018年，該區域蘇打鹽堿地面積已發展到2.2×106 hm2[4]。吉林省西部耕地儲備資源和過境水資源豐富，具有較大的生產潛力[5]，是吉林省主要糧食產區之一，也是我國重要糧食保障區[6]。因此，改良該區域鹽堿地，增加可利用土地面積，提高作物產量成為近年來的研究熱點。

磷石膏和有機肥是近年來應用較多的鹽堿土改良劑。多位學者研究了添加磷石膏對蘇打鹽堿地土壤養分狀況（氮和磷等）、鹽堿化狀況（pH、鹽分含量和堿化度等）、土壤物理性質（團聚體、容重、持水能力和鹽分運移特征）以及植物（蕓豆和糜子等）生長、產量和生理（葉片抗氧化和光合生理等）特性的影響[7-15]。相關專家對濱海鹽堿地施用磷石膏后土壤物理性質、鹽堿化狀況、微生物狀況、離子配比和作物生長狀況變化開展了研究[16-19]。崔向超等[20]、郭全恩等[21]、左余寶等[22]和郭天云等[23]研究了以氯化鹽為主的內陸鹽堿地施加磷石膏對水鹽運移、土地鹽堿程度、養分指標和作物（玉米、番茄和棉花等）生長、產量的影響。眾多研究闡述了施加有機肥對輕度、中度蘇打鹽堿土土壤鹽堿化指標（pH、電導率、全鹽含量和堿化度等）、養分指標（氮、磷、鉀和有機質等）和植物（大豆、楊樹苗、玉米和蓖麻）生長、生理（滲透調節和保護性酶調節等）及產量的影響[24-31]。張娟等[32]研究了相同有機肥施用量不同年限對重度蘇打鹽堿土有機碳組分和玉米產量的影響。較多學者開展大田試驗，研究了施用有機肥對濱海鹽堿土物理性質、鹽堿化程度、水鹽運移、微生物狀況、養分狀況和植物（百慕大草、玉米、大麥、棉花和水稻）生長、產量、生理（光合生理和保護酶調節生理）狀況的影響[16-17，33-37]?；袅盏萚38]研究了添加有機肥對黃河沿岸鹽堿地土壤物理性質（容重、通透性等）、土壤養分及玉米產量的影響。楊芳芳等[39]開展室內試驗，研究了有機肥對混合鹽堿上甜菜光合作用和生物量的影響。楊華等[40]研究了施用有機肥對柴達木鹽堿地土壤團聚體的影響。然而，有關重度蘇打鹽堿地施加不同量磷石膏、有機肥及二者混施對土壤理化性質和牧草產量的研究卻鮮有報道。

本研究通過野外試驗，對吉林西部重度蘇打鹽堿地磷石膏不同施加量和有機肥作用下土壤物理性質、鹽堿化狀況、養分狀況的變化及其與當地優質牧草-水稗（Echinochloa crusgalli（L.） Beauv.）產量關系進行了相關研究，以期為磷石膏和有機肥在鹽堿土改良、增產中利用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

研究區域為鴻興鎮，位于吉林省通榆縣，經緯度為 122°02′～123°30′E，44°13′～45°16′N。該區 域地勢平坦，地勢東南低西北高，海拔為140～180 m。通榆縣屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，年平均日照2 900 h，年 平均氣溫5.5 ℃，年平均降水量350 mm，無霜期約164 d，最大凍土深度125 cm，年主導風向為西熏風和西冬風。主要土壤類型包括鹽堿土、淡黑鈣土和風沙土等。

1.2 供試材料

1.2.1 土壤樣本

試驗田土壤為蘇打鹽堿土。本研究試驗田共分為8個處理：空白對照（CK）、磷石膏10 t/hm2（L1）、磷石膏20 t/hm2（L2）、磷石膏30 t/hm2（L3）、 有機肥10 t/hm2（Y1）、有機肥20 t/hm2（Y2）、有機肥30 t/hm2（Y3）、磷石膏20 t/hm2+有機肥20 t/hm2（LY）。 每個處理田塊規格為5 m×20 m，相鄰田塊間留1 m寬道路。

1.2.2 植物樣本

植物樣本為水稗。播種時間為2019年5月初， 播種方法為單散播，行距為20 cm，播種深度3～4 cm，播種量為10 kg/hm2。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤指標

本研究土壤理化性狀本底值于2018年11月初在試驗田“S”形取土，取0～20 cm表土，土壤理化性狀取平均值，具體見表1。參考潘保原等[41]的分類方法，本研究試驗田土壤屬重度蘇打鹽堿土。改良后土壤取樣時間為2019年11月初。每個處理田塊S形取樣，測量指標取平均值。

土壤物理性質（容重、總孔隙度和含水量）采用環刀稱重法。土壤電導率和全鹽用浙江托普儀器有限公司的TZS-PHW-4 G土壤多參數測定儀測定。土壤全氮量（TN）用半微量開氏法測定，土壤全磷量（TP）用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，土壤全鉀量（TK）用NaOH熔融法測定，土壤有機質含量測定用重鉻酸鉀容量法（外加熱），土壤pH測定用美國Spectrum pH 400。

1.3.2 植物指標

水稗生長指標測定時，每個處理選取20株長勢具有代表性植株進行測定并取均值。株高測定時間為2019年5月15日—9月27日。其余生長指標測定時間為2019年10月中旬。生物量測定時，每個處理設置5個1 m×1 m的樣方，測定樣方內水稗總鮮重，帶回實驗室置于烘箱中，溫度調至105 ℃烘24 h，至恒重，測定每樣方總干重，將鮮重和干重換算成每hm2重量。

1.4 數據處理及分析

數據整理及繪圖所使用軟件為Excel，數據方差分析（ANNOVA單因素方差分析Duncan法）使用軟件為SPSS 25.0。

2 結果與分析

2.1 不同改良劑對重度蘇打鹽堿土理化性質的影響

2.1.1 物理性質的影響

不同改良劑處理蘇打鹽堿土物理性質見表2。由表2可知，施用磷石膏和有機肥均能提高土壤含水率、降低土壤容重并增加土壤孔隙度，除L1和Y1土壤含水率、孔隙度外，其他指標均差異顯著（P<0.05）。單獨施用磷石膏改善上述土壤物理性質的程度排序為：L3>L2>L1; 單獨施用有機肥改善上述土壤物理性質的程度排序為：Y3>Y2>Y1。同時施用磷石膏和有機肥，即LY處理比單獨施用磷石膏或有機肥改善土壤物理性質的效果更加明顯，例如，L3、Y3、LY可提高土壤含水量，較對照（CK）分別提高11.0%、8.8%、17.5%。

2.1.2 鹽堿化狀況的影響

由表3可知，施用磷石膏和有機肥均能夠降低蘇打鹽堿土pH和電導率，除Y1處理pH和電導率與CK對比差異不顯著外，其他均差異顯著（P<0.05）。單施磷石膏降低pH和電導率的程度排序為：Y3>Y2>Y1;單施有機肥降低pH和電導率的程度排序為：L3>L2>L1。施用磷石膏降低pH和電導率的效果比施用有機肥更顯著，配合施用磷石膏和有機肥的效果最佳，例如，L3、Y3、LY較CK的pH降低了分別為9.16%、1.91%、11.3%。

2.1.3 養分狀況的影響

表4為不同改良劑處理蘇打鹽堿土養分狀況。由表4可知，單施磷石膏能夠提高土壤全磷含量，對其他養分指標沒有顯著的改善效果;單施有機肥能夠提高土壤全氮、 全磷和有機質含量，對土壤全鉀含量沒有顯著影響。磷石膏提高土壤全磷含量的效果比有機肥更加顯著。配合施用磷石膏和有機肥對土壤養分的改善效果最為顯著。例如，L3、Y3、LY較CK提高土壤全氮的百分比為10.5%、54.3%、59.6%;L3、Y3、LY可提高土壤全磷量，較CK分別提高80.0%、40.0%、116.0%。

2.2 不同改良劑對重度蘇打鹽堿土上水稗生長、產量的影響

2.2.1 水稗生長的影響

由圖1可知，不同改良劑處理的水稗株高生長總趨勢均為“慢-快-慢”，即處理15～60 d為速生期，不同處理水稗在速生期內株高生長量占總生長量的百分比范圍為83.3%～89.2%。各改良劑處理顯著促進水稗株高生長，差異顯著（P<0.05）。例如，9月27日L2、Y2、LY組水稗的株高分別為CK組的155.0%、182.0%、204.0%。各處理株高生長總量排序為：LY>Y3>Y2>L3>L2>Y1>L1>CK。 由表5可見，不同施用量磷石膏和有機肥均顯著促進水稗生長，差異顯著（P<0.05）。例如，L3、Y3、LY處理根長分別為CK組的123.0%、142.5%、154.4%，分蘗數分別為CK組的236.7%、262.5%、 285.0%。磷石膏處理下水稗生長狀況排序為：L3>L2>L1，有機肥處理下水稗的生長狀況排序為：Y3>Y2>Y1，LY處理下水稗生長狀況顯著優 于L3和Y3。這說明：蘇打鹽堿地施用磷石膏和有機肥能夠顯著促進水稗生長。且單獨施用磷石膏時30 t/hm2施用量水稗生長狀況最優，獨施用有機肥時30 t/hm2施用量水稗生長狀況最優，20 t/hm2磷石膏+ 20 t/hm2有機肥的處理最有利于水稗生長。

2.2.2 水稗生物量的影響

由表6可知，施用磷石膏和有機肥顯著可提高水稗鮮草產量和干草產量（P<0.05）。例如，L3、Y3、LY處理鮮草產量分別為CK組的164.2%、198.7%、208.4%;L3、Y3、LY處理干草產量分別為CK組 的169.7%、206.2%、217.1%。 施用磷石膏和有機肥對提高水稗干鮮比也有一定的作用，例如，L3、 Y3、LY處理干鮮比分別為CK組的103.25%、103.65%、104.65%。磷石膏處理下水稗產量狀況排序為：L3>L2>L1，有機肥處理下水稗的產量狀況排序為：Y3>Y2>Y1，LY處理下水稗產量狀況顯著優于L3和Y3。這說明：施用磷石膏和有機肥能夠顯著提高蘇打鹽堿土水稗產量，且二者配合施用促進水稗產量效果優于單獨施用。

2.3 不同改良劑處理下水稗產量與土壤理化性質的相關關系

由表7可知，各土壤因子與水稗鮮草產量相關系數由大到小排序為：總孔隙度、全氮、有機質、含水量、容重、全鉀、全磷、pH、電導率，各土壤因子與水稗干草產量相關系數大小排序為：全氮、總孔隙度、有機質、全鉀、含水量、容重、全磷、pH、電導率。水稗鮮草產量和干草產量與土壤總孔隙度、全氮和有機質極顯著相關，相關系數均超過0.8;產量與土壤含水率、土壤容重和全鉀顯著相關，相關系數均超過0.7;產量與土壤pH、電導率和全磷相關性較小。這說明：蘇打鹽堿土水稗具有一定的耐鹽堿性，能夠很好地適應pH=7.94～8.95、電導率為0.098～0.263 mS/cm的蘇打鹽堿地，因此產量與鹽堿化指標相關性不大，土壤通透性、含水狀況、全氮、全鉀和有機質是夠促進其產量積累的重要因子。

3 討論

鹽堿土物理結構較差，地力貧乏，鹽堿化程度較高，改良土壤理化性狀、提高地力、增加作物產量是該區域的重要任務[13]。土壤容重和孔隙度反映土壤的結構，直接影響著土壤的水肥氣熱和植物生長[42]。 本研究結果表明，蘇打鹽堿地施用磷石膏和有機肥均能提高土壤含水率、總孔隙度和降低容重，磷石膏（10～30 t/hm2）和有機肥（10～30 t/hm2 ）施用量越大，土壤物理性質改良效果越明顯，且各處理中20 t/hm2磷石膏+20 t/hm2 有機肥改良效果最優。多位學者也有相似結論。王玉江等[43]和張麗輝等[44]的研究表明，磷石膏中的鈣質膠體能夠促進土壤團聚結構形成，改善土壤結構，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，且能夠促進鹽分向下淋溶。有學者研究表明，磷石膏能改善鹽堿土土壤持水性，增加土壤通透性[45-47]。耿澤銘[1]的認為，施用有機肥能夠降低鹽堿土容重。李旭霖等[16]認為，有機肥和磷石膏均能降低土壤容重，提高土壤通透性，從而改善土壤的水肥氣熱狀況。王偉[42]的試驗結果表明，有機肥通過增加土壤有機質和大團聚顆粒含量來增加土壤養分含量，改善土壤物理性狀，施用有機肥能夠改善土壤結構，減少地表水分蒸發，提高土壤含水量，且配合施用有機肥、磷石膏的改良效果更明顯。

土壤鹽堿度是影響土壤營養物質的釋放、微生物作用、植物存活和生長的重要因子，土壤有機質、氮、磷、鉀元素是決定植物生長狀況的重要營養指標[48]。本研究結果表明，施用磷石膏和有機肥均能夠降低蘇打鹽堿土pH和電導率，施用磷石膏降低pH和電導率的效果比施用有機肥更顯著，磷石膏（10～30 t/hm2）和有機肥（10～30 t/hm2）施用量越大，降低鹽堿化指標的效果越明顯，且配合施用磷石膏和有機肥的效果最佳。單施磷石膏能夠提高土壤全磷含量，對其他養分指標沒有顯著的改善效果，單施有機肥能夠提高土壤全氮、全磷和有機質含量，對土壤全鉀含量沒有顯著影響。磷石膏提高土壤全磷含量的效果比有機肥更加顯著。配合施用磷石膏和有機肥對土壤養分的改善效果最為顯著。相關研究也有相似結論。多位學者鹽堿地改良試驗結果都表明，磷石膏能夠顯著降低土壤pH、鹽分含量、堿化度[9，19，46，49]。張麗輝等[44]的研究表明，磷石膏中的游離酸可降低鹽堿土的pH。此外，有研究表明，隨著磷石膏的施用量增加，鹽堿土中對植物有害的碳酸根、碳酸氫根、氯離子和鈉離子減少的幅度增大[50]。王玉江等[42]研究表明，磷石膏富含的CaSO4能與HCO3-和CO32-形成Ca（HCO3）2和難溶的CaCO3，從而降低土壤pH和可溶性鹽含量。陳小青[51]和吳洪生等[19]的研究結果表明，鹽堿土施用磷石膏能夠提高土壤全氮、堿解氮和速效磷等養分的含量，但有機質影響作用不明顯。多位學者認為，鹽堿地施用有機肥能夠降低土壤pH、電導率，提高土壤有機質、全氮、速效磷和速效鉀含量，且改善幅度隨有機肥施用量增加而增大[1，52-53]。原因是有機肥通過增加土壤有機質和大團聚顆粒含量來增加土壤養分含量[42]。有機肥能夠降低水溶性鹽離子含量，提高陽離子交換量，從而降低土壤鹽堿化程度，提高土壤肥力[1]。有研究認為，磷石膏降低土壤鹽堿化的作用強于有機肥，有機肥提高土壤肥力、土壤微生物數量的作用強于磷石膏[16，42]。

本研究結果表明，蘇打鹽堿地施用磷石膏和有機肥能夠顯著促進水稗生長量和生物量積累，且磷石膏（10～30 t/hm2）和有機肥（10～30 t/hm2）施用量越大，促進作用越明顯。有機肥改善水稗生長和生物量狀況的效果優于磷石膏，二者配合施用（20 t/hm2磷石膏+20 t/hm2有機肥）的效果最佳。相關學者對小麥、玉米、水稻的研究也有相似結論，即鹽堿地合理利用磷石膏能夠增加作物產量[44，49，54]。有研究認為，磷石膏中的游離酸可降低鹽堿土的pH，有利于植物生長[44]。磷石膏中富含植物生長所需元素（包括磷、硫和鈣等），能夠促進植物生物量積累[43]。且磷石膏能夠提高植物葉片內全氮和全磷等養分的含量，提高植物生長量[51]。多位學者認為，鹽堿地添加有機肥能夠增強植物光合作用能力，提高保護酶活性，降低脯氨酸、丙二醛等逆境產物的含量，促進根系生長及養分、水分吸收，從而增強植物抗性，促進植物生長和生物量積累[1，28，52，55]。有機肥促進土壤呼吸作用，有利于提高土壤蔗糖酶、脈酶及堿性磷酸酶等酶類活性，促進了土壤養分分解、活化，有利于植物對其吸收[42，48]。此外，多位學者的研究結果顯示，鹽堿地施用有機肥的增產效果強于磷石膏，二者合理配合施用的增產效果更佳[9，13，16，42]。

綜上所述，磷石膏和有機肥合理配合施用能夠很好地改良蘇打鹽堿地土壤理化性狀，提高水稗產量。今后，還應對磷石膏和有機肥改良不同類型蘇打鹽堿化土壤進行進一步研究

4 結論

（1）磷石膏和有機肥均能改善蘇打鹽堿土物理性質，降低土壤鹽堿化程度，提高土壤養分含量（單施磷石膏能夠提高土壤全磷含量，單施有機肥能夠提高土壤全氮、全磷和有機質含量）。

（2）蘇打鹽堿地施用磷石膏和有機肥能夠顯著促進水稗生長和生物量積累，有機肥的效果優于磷石膏。

（3）在10～30 t/hm2范圍內，磷石膏和有機肥施用量越大，土壤改良效果和提高水稗生長量、生物量效果越明顯，二者配合施用效果最佳。

（4）分析表明，重度蘇打鹽堿土影響水稗產量最重要的3個因子為土壤總孔隙度、全氮、有機質。

【參 考 文 獻】

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