脫硫石膏對改良鹽堿地種植甜高梁的影響

王笛 李達 韓東辰 孫萍萍 賴憲明 孫興智

(白城市畜牧科學研究院/白城綜合試驗站，吉林 白城 137000)

土壤表層中可溶性鹽成分進行不斷積聚形成鹽堿土的過程稱為鹽堿化，主要表現為土壤中積累了過多的可溶性鹽類(Na2SO4、NaCl、Na2CO3、Ca等)。土壤鹽堿化是全世界面臨的一個難題[1]，目前已逐漸成為限制全球范圍農業發展的一個主要因素，全球鹽堿地面積約為9.55×108hm2，而我國鹽堿地的面積約高達9.913×107hm2[2,3]，主要分布在華北、東北、西北以及東部濱海地區，同時隨著人口的急劇增長，所需耕地面積卻逐漸減少，從而鹽堿地的改良利用存在巨大的開發潛力[4]。白城市地處吉林省西部，土地總面積為2.6×104hm2，鹽堿地面積達63.12×104hm2，占土地面積的24.3%[5]，已經對該地區的生態環境和農業發展產生了巨大的威脅，因此吉林西部鹽堿地改良利用對于能否改善當地脆弱的生態環境，能否改善生態系統的穩定性具有重要作用，而且在吉林省西部土地資源中鹽堿地面積占據重要的比例，其合理利用與否已經成為吉林西部草牧業發展的關鍵問題。

脫硫石膏的性質與天然的石膏相似，主要成分為CaSO4·2H2O和CaSO3，并含有豐富的S、Ca、Si等植物抗逆性[5,6]，因而在土壤鹽堿地改良上具有一定的可利用空間[6-8]。施用脫硫石膏并對其進行監測、研究其發生發展規律，更好地進行改良治理，顯得十分重要。同時通過利用電廠脫硫石膏來進行改良鹽堿地，既能解決電廠脫硫石膏占地堆放的問題，又達到了通過改良鹽堿地來增加可利用耕地面積的數量。脫硫石膏的改良利用，不僅為未來鹽堿地改良開辟了新的路線，同時對建設環境友好型社會的發展和循環經濟具有積極作用[3]。本研究采用不同的脫硫石膏施用量，以期為白城地區甜高粱栽培技術和鹽堿地改良提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為白城電廠的脫硫石膏，甜高粱品種為“海牛”。供試土樣取自吉林省白城市洮北區0～20cm、20～40cm、40～60cm耕作層。

1.2 試驗區概況

試驗地位于吉林省西部地級市白城，播前將脫硫石膏一次性人工均勻施于試驗田，深翻20cm，保證與土壤充分混合[9]，播前底肥施復合肥1.33kg·hm-2，土壤理化性質為土層0～60cm，總堿度為0.57cmol·kg-1，堿化度為31.9%，pH為8.9，全鹽為5.5g·kg-1。

1.3 試驗設計

根據試驗設計的要求，脫硫石膏的施用量分別為50kg·hm-2、100kg·hm-2、150kg·hm-2、200kg·hm-2，同時設空白對照組，重復3次，共15個小區。人工播種于2019年5月8日，行距為50cm，播種深度為4～5cm。甜高粱品種為“海牛”，播種量13.5kg·hm-2。2019年10月5日進行收獲，每小區測定其產量。在甜高梁出苗期、開花期和成熟期，每個試驗小區分別測定出苗率、株高、株徑、植株鮮重和根鮮重等生長發育指標。在收獲時，測定土壤堿化指標，如土層0～60cm堿化、總堿度和pH。出苗期測定時間為2019年6月10日；開花期測定時間為2019年8月10日；成熟期測定時間為2019年10月5日。

1.4 數據分析方法

采用Excel軟件進行分析和繪圖，再用SPSS 20.0統計軟件對各處理下的不同指標進行單因素方差分析，采用Duncan法進行顯著性分析。t檢驗法用于比較差異顯著性，檢驗水平為p=0.05。

2 結果與分析

2.1 對土壤堿化性質的影響

具體見表1，施用不同量的脫硫石膏對不同土層深度在堿化度降低、總堿度降低、pH降低方面都有一定的顯著提高，對比空白對照組，4個不同施用量在堿化度、總堿度、pH 3個指標上都顯著高于空白(p<0.05)，在堿化度降低方面，100kg·hm-2的脫硫石膏施用量在土壤表層表現堿化度降低數值最高，而更深入的土層，各施用量間差異不顯著。在總堿度降低方面，與堿化度降低結果相似，唯一不同的是在4種施用量之間差異不顯著，但是在表1中可以看到，100kg·hm-2的脫硫石膏施用量在總堿度降低方面降低的數值最高。在pH降低方面，與堿化度降低結果同樣相似，而不同的是，100kg·hm-2的脫硫石膏施用量在土層0～20cm、20～40cm和平均都顯著高于其余各處理組。

由圖1可知，當脫硫石膏施用量為119.33kg·hm-2時，降低土壤堿化度的值最大，達到10.76%；由圖2可知，當脫硫廢棄物施用量為116.67kg·hm-2時，降低土壤總堿度的值最大，達到0.23cmol·kg-1；由圖3可知，當脫硫石膏施用量為114.67kg·hm-2時，降低土壤pH最大，達到0.61。因此，為了更好地實現鹽堿土達到最好的改良效果，脫硫石膏施用量可以初步判斷約為114.67～119.33kg·hm-2。

2.2 對甜高梁生長發育的影響

由表2可知，在甜高粱生長發育階段，脫硫石膏的不同施用量在植株各生育期各生產指標上表現相似，在出苗期時，4個處理組在出苗率、株高、株徑、植株鮮重方面數值均顯著高于空白對照組(p<0.05)，但在鮮根重的表現上，只有50kg·hm-2施用量是顯著高于其它處理組的。在開花期時，在出苗率、株高、株徑、植株鮮重等4個方面結果與出苗期時相似，唯一區別是在鮮根重的表現上各處理組與空白對照組之間均沒有顯著差異。在成熟期時，4個處理組在株高、株徑、鮮根重和植株鮮重4個指標上均顯著高于空白對照組，同時在表中可以看到100kg·hm-2時植株株徑數值最高。由圖4可知，當施用量為116.67kg·hm-2時，甜高梁出苗率最高，達到78.41%。

表2 脫硫石膏施用量對甜高粱生長發育的影響

2.3 脫硫石膏施用量對甜高粱產量和產量構成的影響

由表3可知，脫硫石膏的不同施用量在千粒重上表現均不顯著，在每株粒數上是100kg·hm-2表現最好，均顯著高于其余處理組(p<0.05)，而在秸稈鮮重、收獲株數、籽粒理論產量、籽粒實際產量、總產量5個指標上，施用脫硫石膏的4個處理組均顯著高于空白對照組(p<0.05)，特別是在50kg·hm-2的施用量上，表現最好，數值最高。由圖5可知，當脫硫廢棄物施用量為116.67kg·hm-2時，甜高粱產量最高，達到84.35kg·hm-2。

表3 施用脫硫石膏對甜高粱產量及產量組成的影響

3 討論

研究表明，脫硫石膏在改善鹽堿土壤中的應用可以顯著降低土壤總堿度、堿度和pH值。然而，根據施用的脫硫石膏的量，土壤總堿度、堿度和pH值的降低值也不同[10]。本試驗結果顯示當脫硫石膏施用量為100kg·hm-2時，土壤堿化度、總堿度和pH降低分別為10.5%、0.23cmol·kg-1、0.68，較施用量50kg·hm-2、150kg·hm-2和200kg·hm-2，對降低土壤總堿度、堿化度和pH的效果更顯著，說明施用100kg·hm-2的脫硫石膏可以顯著降低土壤的總堿度、堿化度和pH值。有研究表明，隨著脫硫石膏施用量的不斷增加，土壤中總鹽含量(TDS)也隨之不斷增加，而鹽分的增大一定會抑制作物的出苗和生長發育[5,11]。因此，鹽堿地的改善效果與脫硫石膏的量沒有正相關關系，必須選擇合適的脫硫石膏的量。在回歸方程的曲線圖上可以看到，降低土壤堿化度、總堿度和pH值3個方面的數值最高點約在114.67～119.33kg·hm-2，因此，為了更好地對鹽堿土進行一定效果的改良利用，本試驗建議脫硫石膏施用量可以確定為114.67～119.33kg·hm-2，但是，應進一步研究具體數值。脫硫石膏可降低土壤的pH值和堿度，并干預其中所含的高價離子，以減少土壤膠體負表面相互排斥所產生的潛在電位。其通過相互吸附促進土壤膠體的凝聚，有利于土壤團聚體結構的形成，降低土壤容重，提高土壤持水能力。改善作物根系生長環境，促進作物生長發育[12]。然而，該試驗結果表明，由于施用的脫硫石膏的量不同，對作物生長和發育的影響也不同。施用脫硫石膏100kg·hm-2較施用量50kg·hm-2、150kg·hm-2和200kg·hm-2，對促進甜高梁的株高、株徑和植株鮮重的效果更顯著，但對根鮮重沒有明顯的效果，而從出苗率的線性回歸曲線圖中可以看出，脫硫石膏施用量約在116.67kg·hm-2時出苗率最高，則說明與土壤堿化性質的結果相同，試驗設置的方案4種處理組中100kg·hm-2土壤堿化性質和生長發育指標上表現最好，但在回歸方程式上均可以看出預計在114.67～119.33kg·hm-2還可能存在更好的施用脫硫石膏的施用量，有待進一步研究。有研究得出的結論是，認為適量施加脫硫石膏會提高葵花的產量，但是當作物產量達到峰值后，繼續增加脫硫石膏用量會降低作物的產量[5,13]。本試驗研究結果也表明，脫硫石膏施用量不同，甜高粱產量不同。施用脫硫石膏100kg·hm-2較施用量50kg·hm-2、150kg·hm-2和200kg·hm-2，對促進甜高粱秸稈鮮重效果更顯著，同樣對籽粒產量的效果更明顯。但是，脫硫石膏施用量的多少對甜高梁千粒重效果沒有明顯差異，而在線性回歸的曲線圖上，產量的表現與土壤堿化性質和植株生長發育的表現結果相似，均表示在114.67～119.33kg·hm-2存在更好的脫硫石膏的施用量，說明該試驗應開展進一步的研究，以期可以確定具體的脫硫石膏最佳施用量。

4 結論

根據吉林西部白城地區土壤理化性質，結合甜高粱的出苗率、株高、產量等生物量指標，建議脫硫石膏100kg·hm-2是最適宜種植甜高粱時的施用量，同時建議在114.67～119.33kg·hm-2的施用量上開展進一步研究。