不同改良物质对苏打碱土盐碱度及水稻生长的影响

王云贺，王志春，杨 帆，梁正伟，安丰华

(1 中国科学院 东北地理与农业生态研究所 吉林 长春130102;2 中国科学院大学，北京100049;3 大安碱地生态实验站，吉林 大安131317)

大量的科研和生产实践证明，盐碱地种稻是苏打盐碱地改良利用的最有效途径之一，也是促进农民增收、农业增效及改善生态环境的最佳途径［1-4］．随着2007年9月总投资62 亿元的吉林省西部土地开发整理重大项目，即引嫩入白工程、大安灌区工程及哈达山水利枢纽工程的全面启动，吉林省将新增水田27 万hm2，年增大米16.5 亿kg．这是吉林省继20 世纪80年代西部水田开发的又一重大举措［5］．松嫩平原的盐碱土属内陆型苏打盐碱土，土壤呈强碱性反应，盐分组成以苏打(NaHCO3与Na2CO3)为主，pH 多在8.5 以上，重度盐碱地(pH9.0～10.5)占多数．盐化严重，土壤渗透性差，水质盐碱化严重，多数为矿化度1～2 g/L 的微咸水或3～4 g/L 的碱水．同时，潜水位接近地表，蒸发强烈，土壤极易积盐、返盐，治理难度大．在吉林省西部水源条件较好的地区，许多水稻种植户已经将可以直接种植水稻的轻度盐碱地开垦成水田，但是水稻的产量很低，经济效益极低．余下的大部分荒地是苏打碱土，开发难度较大．目前已有大量的文献报道盐碱地的改良方法［6-9］，但对新开垦苏打碱土的改良方法研究较少．传统盐碱地的改良方法主要包括压沙、灌水洗盐、硫酸铝、石膏、农家肥．本试验对比分析脱硫石膏、农家肥和沙土3 种改良物质对苏打碱土的改良效果，通过研究改良物质单独和混合处理对水稻形态特征、各构件生物量、产量及土壤的盐碱化程度的影响，探讨苏打碱土种稻的最佳改良方法，为吉林省西部盐碱地开发种稻提供一定理论基础和技术支持．

1 材料与方法

1．1 试验地概况

试验地点为中国科学院大安碱地生态实验站(N45°35'58″～45°36'28″，E123°50'27″～123°51'31″)，位于松嫩平原腹地，是中重度苏打盐渍土的典型代表区域．地处中温带大陆性季风区，亦属于半湿润向半干旱气候过渡地带．年均降水量413.7 mm．春季少雨，降水多集中在夏季，7—8月份降水量占全年的56%;年均蒸发量1 756.9 mm．年平均气温4.3 ℃．全年光照充足，无霜期达137 d，日照时数达3 014 h，≥10 ℃的有效积温为2 935 ℃．土壤pH 10.5，电导率2．08 dS·m－1，容重1．54 g·kg－1，有机质质量分数0.34%，交换性钠质量分数为74.5%．

1．2 试验设计

试验开始于2009年春，水稻品种为“G19”．试验设5 个处理分别为:1)对照，不加任何改良措施(CK);2)农家肥(FM);3)脱硫石膏(GR);4)沙土(SS);5)混合(M)．肥料用量及处理方法:GR 处理3 kg/m2，加入后人工搅浆，搅浆深度20 cm，静止24 h放掉，再灌水，再搅浆，再排水，再灌水，沉淀后插秧;SS 处理，在原来土壤上覆盖10 cm 沙土，其他操作同GR 处理;FM 处理6 kg/m2，同GR 处理洗排2次后，施入农家肥，灌水搅浆沉淀后插秧;M 处理，上述GR、SS 和FM 处理的肥料用量相加，一次性施入，灌水搅浆，排干，再灌水，搅浆，排干，灌水沉淀后插秧;CK 处理为不作任何改良，人工搅浆排干2 次后灌水沉淀插秧．小区随机区组排列，3 次重复，小区面积20 m2．在改良第2年即2010年5月26日泡田前采土样，2010年10月10日收获后采0～20 cm 耕层土样，土样自然阴干后备用．抽穗期(2010年08月11日)测叶面积指数，10 次重复．同时每个处理取9穴，测水稻各构件生物量．

脱硫石膏用量(GR)的计算按照下面的公式［10］:

式中，CEC 代表阳离子交换量，ESPi代表起始土壤交换性钠质量分数，ESPf代表目标土壤交换性钠质量分数．本试验目标土壤交换性钠质量分数为15%．

1．3 测定方法

用LAI-2000 测叶面积指数．在水稻收获期测产，计算每个小区水稻的理论产量．土样自然风干后，配制土水质量比1∶5 浸提液，采用DDS-307 型电导率仪(上海精密仪器厂)测定电导率;采用pH-25型pH 计(上海盛磁仪器有限公司)电位法测定pH．阳离子交换量采用乙酸钠－乙醇－乙酸铵法测定;交换性钠离子含量采用乙醇－乙酸铵－火焰光度法测定．

1．4 数据统计分析方法

采用SPSS 软件分析试验数据，利用Duncan’s 新复极差法进行多重比较，用Excel 软件绘制趋势线图．

2 结果与分析

2．1 不同改良物质对水稻形态特征的影响

由表1 可知，不同改良物质对水稻形态特征具有显著影响，M 处理的水稻株高和叶面积指数均最高，而CK 最低．方差分析表明:M 处理的水稻株高与SS、FM、CK 处理间存在极显著差异(P＜0.01)，M 与GR 处理无显著差异;GR 处理的水稻根长与CK、FM处理差异极显著(P＜0.01)，与SS 处理差异显著;GR 处理的水稻叶面积指数最高，与CK、FM 处理差异极显著(P＜0.01)，与SS 处理差异显著(P＜0.05)，与M 处理无显著差异．M 与GR 处理间水稻株高、根长和叶面积指数无显著差异，表明混合处理中的脱硫石膏成分对土壤改良的贡献率最大，进而影响水稻的形态特征．

2．2 不同改良物质对水稻各构件生物量的影响

由表2 可知，M 处理的水稻根生物量最高，GR 处理的水稻茎、叶、穗生物量和总生物量最高．方差分析表明:M 处理的水稻根生物量与CK、SS 处理差异显著(P＜0.05)，FM 和GR 无显著差异;GR 处理的水稻茎、叶生物量与CK 差异极显著(P＜0.01);GR 处理的水稻穗生物量与FM、SS 处理差异极显著，与M 处理间存在显著差异(P＜0.05);GR 处理的水稻总生物量最高，与CK 差异极显著(P＜0.01)，与SS 处理差异显著(P＜0.05)，与M 处理间差异不显著．

表1 不同改良物质对水稻形态特征的影响1)Tab．1 Effects of different ameliorative materials on morphological characteristics of rice

表2 不同改良物质对水稻各构件生物量的影响1)Tab．2 Effects of different ameliorative materials on biomass of rice g·株－1

2．3 不同改良物质0～20 cm 土层土壤pH、电导率和交换性钠的变化

土壤pH、电导率(EC)和交换性钠(ESP)是反应土壤盐碱化程度的主要指标．如表3 所示，土壤改良不同时间后0～20 cm 土层土壤盐碱度发生显著的变化．在改良12 个月后，0～20 cm 土层土壤pH 在M 与CK 之间差异显著(P＜0.05)，而FM、GR 和SS处理间无显著差异;CK 与GR、M 处理的EC 值差异极显著(P＜0.01)，表明石膏改良处理12 个月后能显著降低土壤的盐分含量，而沙土不能;CK 与FM、GR、M 处理间碱化度存在极显著差异，表明石膏和农家肥均能降低土壤的碱化度．

在改良17 个月后，即经过一个水稻生长季后，一部分盐分通过排水排走，一部分垂直入渗到深层土壤，5 个处理的土壤pH 分别降低了0.24、0.72、1.22、0.82 和1.55，CK 与GR、M 处理间土壤pH存在极显著差异(P＜0.01)，表明脱硫石膏和混合处理显著降低了土壤pH;CK、FM 和SS 处理的EC、ESP 与GR、M 处理间存在极显著差异，混合处理的EC 最高，ESP 最低，说明脱硫石膏的Ca2+置换了土壤胶体中的交换性Na+，使电导率升高，碱化度降低．

表3 不同改良物质0～20 cm 土层土壤pH、电导率和交换性钠含量变化1)Tab．3 Changes of pH，electric conductivity and exchangeable sodium percentage in 0－20 cm soil treated by different ameliorative materials

2．4 不同改良物质对水稻产量的影响

由图1 可以看出，不同改良物质对水稻产量有极显著影响．不加任何改良措施的对照(CK)水稻在种植第2年仍没有产量，GR 处理水稻产量达到6 071 kg·hm－2．不同改良处理水稻产量由大到小依次顺序为:M＞GR＞SS＞FM＞CK．说明混合处理中的脱硫石膏的增产效果最明显，贡献率达80.6%，石膏促使土壤结构发生明显改变，改善了作物根系的生长环境，降低了土壤的碱化度，促进了水稻的生长发育．

图1 不同改良物质对水稻产量的影响Fig．1 Effects of different ameliorative materials on rice yield

3 讨论与结论

吉林省西部新垦水田存在的主要问题是土壤盐碱化相对较重，开发难度大，盐碱地资源利用效率低．吉林省西部水利工程建设正在完善，水资源得到了保障，但是水稻种植户对新垦水田的盐碱化问题重视不够．吉林省西部新垦水田大部分是重度盐碱土和苏打碱土，在不采取任何改良措施的情况下，3～5年内水稻难以成活．有研究报道，烟气脱硫副产物脱硫石膏是有效的盐碱土改良剂，其主要成分为CaSO4·2H2O 和CaSO3的混合物，富含S、Ca、Si 等植物必需或有益的矿质营养．脱硫石膏中的Ca2+置换土壤胶体中的交换性Na+，以降低土壤交换性Na+含量，相应地降低土壤碱化度．关于脱硫石膏改良盐碱土的研究已有大量的文献报道［11-17］．本试验研究结果表明，3 种改良物质对水稻的形态特征、生物量、产量和土壤的盐碱化产生了显著的影响．M 处理的水稻根生物量最高，GR 处理的水稻茎、叶、穗生物量和总生物量最高，且与CK 间存在极显著差异．在改良12 个月后，GR 处理的pH、EC 和碱化度均显著降低，这与王金满等［18］的研究结果一致．

盐碱地改良的另一个重要方法是施用农家肥．本研究结果表明，农家肥能降低土壤的pH、电导率和碱化度，但是对水稻产量的影响要小于沙土、石膏和混合处理．有文献报道，农家肥能提供给作物必须的营养(例如N、P 和K)［19］以重建土壤理化性质以及微生物种群和活性［20］;降低土壤容重，增加土壤总孔隙度和毛管孔隙度，提高土壤的入渗率，有利于盐渍土盐分的淋洗［21］;还具有保温保水的作用．但是农家肥对苏打碱土的改良效果见效慢、投入成本高，在吉林省西部不能被水稻种植户认可．

压沙治碱也是传统的改良盐碱土的有效措施之一．沙土能够增大土壤孔隙度，增强透性，利于土壤脱盐脱碱．但由于新开水田的面积27 万hm2，按10 cm沙层计算，需要2 亿7 千万m3的沙土，数量巨大，难以实现．

综上所述，对比3 种改良物质对苏打碱土的改良效果，脱硫石膏对苏打碱土改良的贡献率最大，对水稻增产的贡献率也最大，既能改良土壤，又能快速提高水稻的产量．因此，脱硫石膏适合吉林西部苏打碱土新垦水田大范围使用．

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