利用黄河泥沙改良砂质中低产田土壤质地小区试验

郑 军，李贵勋

(黄河水利委员会黄河水利科学研究院，郑州 450003)

0 引 言

“水少沙多、水沙关系不协调”是黄河难治的症结，泥沙进入下游河道抬高河床壅高水位，危及下游人民生命财产安全。同时，随着科学技术的发展、经济社会的进步和对黄河泥沙资源属性认识的进一步加深，土地是稀缺资源，泥沙是流失的土地，也是不可多得的稀缺资源。目前黄河泥沙的资源利用已经在黄河防洪安全利用、放淤改土和生态重建、河口造陆和建筑材料利用等方面取得大量研究成果[1]。

土壤质地与土壤通气、保肥、保水状况及耕作的难易有密切关系[2]。李潮海等[3]的研究结果表明，黏壤、中壤和砂壤3 种质地土壤上冬小麦生长后期的光合速率、叶绿素含量、蒸腾速率、根系活力、叶面积指数等生理特性存在明显差异，并且这些差异影响着冬小麦的籽粒灌浆; 翟清云等[4]、韩巧霞等[5]的研究结果表明，土壤质地对小麦籽粒蛋白质积累影响较大。近年来在土壤质地对小麦产量的影响方面开展了大量研究工作[6-11]，而较少分析黄河泥沙影响土壤质地的变化。

在我国的耕地面积中，中低产田高达60%以上。中低产田是我国重要的耕地资源，具有很大的粮食增产潜力。沿黄河南、山东等省区是我国重要的农业生产基地和粮食核心产区，同时也是我国粮食增产潜能主要发掘区。砂质土壤是河南中低产田的一个典型种类，其有机质含量低，黏粒含量低，物理性状差，水、肥、气、热不协调，从而导致漏水漏肥，土壤质量差，严重制约当地农业发展。而下游黄河泥沙中黏粒含量高，因此利用黄河泥沙中年黏粒掺入砂质土地，调整土壤表层砂黏比例，可以有效提高砂质土壤中黏粒含量，改善土壤质地，进而提高耕地单产，是发展民生水利的根本要求。

为此，研究了黄河河道抽取黄河泥沙改良砂质土壤质地的效果，通过在砂土中掺加不同比例的高黏黄河泥沙，对比研究了土壤质地和小麦产量的变化情况，为提高小麦产量提供技术支持。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

砂质地土壤质地改良的材料为黄河淤积泥沙，首先要对黄河淤积泥沙的质地进行分析试验。综合考虑河南省黄河河道设置抽沙试验难易程度和沿黄砂质地的分布情况，在河南省黄河流经区域选择了3个典型河段作为抽沙试验地点，分析淤积泥沙的质地特性，从中选取黏粒含量最高的沙源作为土壤质地改良的材料。

1.2 试验场地选择

2014年6-9月，选取黄河沿岸砂质潮土广泛分布的延津县、开封县、中牟县、兰考县、原阳县、长垣县等县市进行取样，共选取24个典型地块，取得土壤样品24个，每个样品重复3次。测试指标主要为：土壤质地、全氮磷钾、速效氮、速效磷、速效钾等指标。

1.3 试验设计

考虑试验的经济效益，对试验成本进行了控制，加入黄河泥沙不宜太多，初步考虑与小区内土壤的掺入比例5%～20%之间进行掺入试验。试验采用随机区组试验，4个处理：CK；黄河泥沙与小区内土壤按照体积比1∶15掺入黄河泥沙；黄河泥沙与小区内土壤按照体积比1∶10掺入黄河泥沙；黄河泥沙与小区内土壤按照体积比1∶5掺入黄河泥沙。黄河泥沙均匀撒于地表后进行旋耕，旋耕深度25 cm。小麦品种为矮抗58，测定土壤质地变化和小麦产量变化。

2 试验结果与分析

2.1 试验材料和试验场地的土壤质地组成

抽沙现场试验中，选择在抽沙管道出流口用制作加工的钢筋网面过滤浑水，粗颗粒黄河泥沙成散粒体状可以通过钢筋网面，细颗粒淤积固结泥沙凝聚力高一般呈块状形态，多数阻隔在钢筋网面前端，集中收集堆放。此种试验设置实现类泥沙粗细分选，便于分类利用。砂质地土壤改良所使用的黄河泥沙以细颗粒含量高为好，因此要从不同河段中筛选出去黏粒含量高的黄河泥沙(以下简称高黏黄河泥沙)。3个典型河段分别位于郑州刘江黄河大桥附近、原阳县官厂乡附近和原阳县刘庄村附近，抽沙地点的样品质地分析结果见表1。

表1 抽沙点样品质地分析结果

注：样品编号第一位数字代表抽沙地点，第二位数字代表该抽沙点样品重复次数，将0.01 mm作为物理性黏粒和物理性砂粒的划分界限。

从表1中可以看出：1号和3号抽沙点黄河泥沙粒径较大，以砂粒为主，属于松砂土，保水保肥性能差，无法用于砂质地土壤质地改良；2号抽沙点拣选出的样品黏粒含量较高，样品的物理性黏粒达到40%以上，为中壤土，保水保肥性好，可以用于砂质地土壤质地改良。说明不同河段，黄河底部淤积泥沙的质地、黏粒含量和分层情况都大不相同，这和泥沙淤积的年代、距离黄河主槽的远近和后期冲淤变化等有重要的因果关系。

选取黄河沿岸24个典型地块，对其地块样品质地进行了试验分析，部分试验结果见表2。

由表2可以看出，黄河沿岸很多滩区的土地砂含量很大，因为过去黄河发生洪水漫滩时，大水带着泥沙涌入滩区，根据距离远近，落淤的颗粒粗细有所不同。封丘县的曹岗滩区1号距离目前黄河主槽大约3 km，曹岗滩区2号距离目前黄河主槽大约5 km，距离黄河更近的曹岗滩区1号所包含的物理性砂粒比曹岗滩区2号高出12%左右，分析原因为黄河洪水期间携带的粗颗粒泥沙落淤的较近，而粉黏颗粒可随水流流向更远的位置落淤沉积，因此离黄河河道远端的曹岗滩区2号黏粒含量高。

表2 黄河沿岸部分地块样品质地分析结果

原阳县黄河大堤附近的1号、2号和3号地块，土壤类型分别是轻壤土、重壤土和紧砂土，虽然曾经同属黄河洪水淹没滩区，其中1号和3号地块的土壤质地形成原因与之前的曹岗滩区类似，而2号地块的黏粒含量达到51%左右，与黄河洪水期间淹没有一定关系，同时也包含其他原因，形成原因较复杂，还需要进一步研究。

通过结合多地调研和土壤取样试验分析结果，考虑高黏黄河泥沙抽沙点距离远近、运输成本和土地归属权等综合分析，选定河南科技学院新乡试验基地某地块作为质地改良小区试验场地。在河南科技学院新乡试验基地中的3个备选地块，2号地块的物理性砂粒含量最高，因此选定2号地块作为小区验证试验的场地。

2.2 黄河泥沙对0～20 cm土层土壤质地和小麦产量的影响

2014年10月进行了黄河泥沙样本掺入小区所取土壤样本的不同体积配比试验和小区验证试验，1号、2号小区保持不变作为比照小区，在3号、4号、5号小区分别按照高黏黄河泥沙：小区土壤按1∶5和1∶10和1∶15的体积比例掺入，在土壤混掺均匀后种植了小麦。2014年12月对掺入黄河泥沙的不同地块进行了土壤质地的测验，2015年6月对各小区分别进行了土壤质地和小麦测产试验，同时在小麦生长期内进行了田间含水率多次观测，具体结果见表3～表5。

表3 2号抽沙点黄河泥沙与新乡试验田2号土不同处理后土壤质地情况

表4 田间含水率情况 %

表5 试验田土壤质地变化及小麦产量结果

注：采集土样和测产的时间为2015年6月。

从表3中可以看出，土壤质地在原来物理性黏粒平均9.57%的基础上，上升为平均13.81%、11.54%和10.57%，黏粒含量都有一定程度的提升。从表4中可以看出，土壤持水能力也有所不同，黏粒含量高的土壤，在不同时期监测的含水率大。从表5中可以得出：①随着时间的推移，高黏黄河泥沙掺入使原土壤质地持续发生变化， 2015年6月测的土壤物理性黏粒比2014年10月测得数据有所提高，说明高黏黄河泥沙更好的分散到土壤中，改善了土地质地结构；②高黏黄河泥沙掺量少的试验小区小麦产量未见明显提升，分析原因主要是黄河河道内抽出多年淤积泥沙，常年未种植农作物也未见阳光，土壤养分少，导致整体土壤肥力不高；③当高黏黄河泥沙掺量去小区内土壤体积比达1∶5的体积比，试验田黏粒含量提高到16.94%时，小麦产量是未改良土地的2倍以上。

3 结 语

开展黄河泥沙改良砂质中低产田的研究，能够有效减轻黄河泥沙淤积，提高民生水利发展水平，降低改良土地成本，提高耕地质量和作物产出，促进农民增收和确保国家粮食安全。笔者通过试验对比分析了改良试验前后土壤质地和含水率的变化情况，小麦产量的变化情况，具体如下。

(1)设置3种处理，分别是2号抽沙点黄河泥沙与2号地块土壤体积比为1∶5、1∶10、1∶15，土壤混匀后进行土壤质地分析，物理性黏粒在原来平均9.57%的基础上，上升为平均13.81%、11.54%和10.57%，黏粒含量都有一定程度的提升，改善了土地质地结构均发生了变化。同时也带来了土壤保墒能力的变化，黏粒含量越高，相应含水率有一定的提高。

(2)高黏黄河泥沙掺入使原土壤质地发生了变化，高黏黄河泥沙掺量少的试验小区小麦产量未见明显提升；当高黏黄河泥沙掺量达1∶5的体积比，试验田黏粒含量提高到16.94%时，小麦产量是未改良土地的2倍以上。仍需后续继续观测产量变化。

(3)利用黄河泥沙改良砂质中低产田，能提高土壤保水能力，增强持水性，为提高粮食作物产量奠定基础，社会效益显著。当大面积质地改良的时候，经济成本可显著下降，土地开展一次改良试验后，农田可终身受益，经济效益显著。

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