不同含硫物料对盐碱地的改良效果

范定慷，王永亮，张强，杨治平，严国辉

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030031；3.土壤环境与养分资源山西省重点实验室，山西太原030031；4.中国农业发展集团国际公司，北京100000）

不同含硫物料对盐碱地的改良效果

范定慷1，2，3，王永亮2，3，张强2，3，杨治平2，3，严国辉4

（1.山西大学生物工程学院，山西太原030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030031；3.土壤环境与养分资源山西省重点实验室，山西太原030031；4.中国农业发展集团国际公司，北京100000）

针对大同盆地中部的苏打盐化土，采用脱硫石膏、硫酸亚铁、硫磺、硫酸铝改良剂的不同施用量进行田间小区试验，研究了改良剂对土壤pH值、电导率（EC）和生物量的影响，通过这些指标来分析和比较改良效果。结果表明，在这4种含硫物料的不同量级上，脱硫石膏降低pH值效果最好，其对土壤pH值降低范围在0.71～1.25，最大降低幅度达到12.4%；其次是硫酸亚铁；硫磺和硫酸铝对pH值的降低效果不显著。施用脱硫石膏后EC值上升最大，但经过淋洗，最终会下降。饲草玉米的相对产量由大到小依次是脱硫石膏＞硫酸铝＞硫酸亚铁＞硫磺。通过试验发现，在试验区域施用脱硫石膏33.75 t/hm2能有效降低土壤pH值，改善土壤理化性质，增加饲草玉米生物量，改良效果最佳。

苏打盐化土；脱硫石膏；硫酸亚铁；硫磺；硫酸铝

盐碱土在全球分布广，面积可达9.55亿hm2，是一种重要的土地资源[1]。我国的盐碱土面积大约为991.3万hm2[1]。山西省的盐碱地面积约有2.6万hm2，全省93%的盐碱地集中分布在大同、忻州、晋中、运城四大盆地，其中，大同盆地面积最大[2]。因此，对于盐碱地的改良研究具有重要的意义。

国内外学者通过对盐碱地利用改良剂的研究[3-5]，结果发现，施用改良剂可以改善盐碱土壤的理化性状[6-7]，并在一定程度上降低土壤的含盐量[8-10]。脱硫石膏对于降低盐碱土壤酸碱度（pH）和提高作物的产量具有显著效果[11-13]，同时可以消除碳酸盐对作物的毒害作用，增强土壤的抗碱能力。盐碱地施用硫磺后，在微生物作用下或水解后，可以产生酸类，中和土壤中的碱性物质[14]，降低土壤pH值，提高土壤及其作物的抗逆性。施入土壤中的硫酸亚铁经水解氧化后会产生H+和Fe（OH）3，使土壤pH值和ESP降低[15]。在苏打盐化土上施用硫酸铝，可改善土壤结构，降低土壤的pH值[16]。但这只是研究了单一物料对盐碱地的改良效果，并未比较这几种含硫物料不同施用量对盐碱地的改良效果及作物生长情况。

本研究从盐碱地改良出发，在前期各种改良物料对大同盆地重度盐碱地改良效果的基础上，基于目标产量，针对当前盐碱土壤全盐量高、pH值偏大、ESP高、作物生长受到严重制约等问题，提出了盐碱地各种物料的施用量范围，但各种物料在区域盐碱地上改良效果及最佳用量仍不确定。本研究旨在通过各物料不同用量对土壤pH值、EC的影响及各处理下饲草玉米生物量的构建，找出试验区最适物料及其用量。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验地位于大同盆地中部的山西省农业科学院农业环境与资源研究所盐碱地改良试验示范基地，东经113°10′，北纬39°52′，气候类型为北温带大陆性季风气候，四季分明，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，雨季集中在7，8月份，年平均降雨量在315～459 mm，年平均温度7.3℃。无霜期约150 d，年均日照时数为2 800 h。

试验区的土壤属于中度苏打盐化土，土壤理化性质列于表1。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验材料

改良物料为脱硫石膏（含硫量16.1%）、硫酸亚铁（含硫量7.01%）、硫酸铝（含硫量6.84%）、硫磺（含硫量90%）。

供试玉米品种为雅玉8号。

肥料为盐碱地玉米专用缓释肥（N 28%，P2O515%，K2O5%）。

1.3 试验设计

试验设5个处理：CK，T1，T2，T3，T4。4种物料不同处理具体施用量列于表2。

表2 不同物料各处理的施用量t/hm2

小区面积为66.7 m2（长16.7 m，宽4 m），每小区6行，株距为25 cm，行距为60 cm，每个处理重复4次，完全随机区组排列。

2015年5月采用玉米播种机播种，并采用膜下滴灌，种植密度为6.75万株/hm2。各处理田间管理措施一致，9月16日收获。

植物样为每个小区采集2 m2样方3个。定点在植物样采集点采集0～10，10～20，20～40 cm的土样。

1.4 测定项目及方法

土壤pH值使用pH计测定（水土比为2.5∶1[17]）。土壤EC运用电导率仪测定（水土比为5：1）。收获时测1 m2植株的鲜质量，计算生物量。

1.5 数据处理

数据采用Excel和Minitab 15.0进行统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 各含硫物料不同用量对土壤pH值的影响

土壤pH值是表示土壤酸碱化程度的主要指标，也可以了解土壤是否发生碱化，为改良和利用盐渍化土壤提供依据[18-19]，高pH值会导致作物生长受阻，因此，降低土壤pH值是苏打盐化土改良的首要任务[16]。从表3可以看出，本试验所施用的物料，对土壤pH值都有降低的效果，但降低效果存在差别，其中，脱硫石膏T4处理的降幅最大，为12.4%。

不同物料T1～T4处理与CK依次相比，脱硫石膏在0～10 cm土层土壤pH值降幅依次为7.9%，8.7%，9.5%，8.8%；在10～20 cm土层土壤pH值降幅依次为10.4%，10.9%，12.0%，9.7%；在20～40 cm土层土壤pH值降幅依次为8.1%，10.2%，11.1%，12.4%。硫酸亚铁在0～10cm土层土壤pH值降幅依次为3.0%，6.9%，6.6%，5.3%；在10～20 cm土层土壤pH值降幅依次为3.8%，7.1%，7.6%，4.8%；在20～40 cm土层土壤pH值没有表现出显著性差异；硫酸亚铁的T1，T2，T3的10～20 cm土层的pH值降低量比0～10 cm土层降低量大。施用硫酸铝和硫磺，对土壤pH值有降低作用，但各处理与CK间差异不显著。

表3 不同物料各施量对土壤pH值的影响

由表3可知，脱硫石膏对降低苏打盐化土pH值有极显著作用。脱硫石膏的T3处理能显著降低0～10，10～20 cm土层pH值。而在20～40 cm的土层，脱硫石膏的T4处理对土壤pH值的降低效果最为显著。硫酸亚铁各处理对苏打盐化土的0～10，10～20 cm土层的土壤pH值降低效果显著，对20～40 cm土层的降低效果不明显。综上所述，各含硫物料与对照相比，脱硫石膏对降低土壤pH值有极显著效果；其次依次是硫酸亚铁、硫酸铝和硫磺，但这3种物料对土壤pH值效果不明显。

2.2 各含硫物料不同用量对土壤EC的影响

电导率（EC）和土壤溶液含盐量在一定程度上呈正相关，常用EC表示土壤的含盐量[20-21]。从表4可以看出，除硫磺外，其他3种物料与CK间存在显著性差异。

表4 不同物料各施用量对电导率（EC）的影响mS/cm

脱硫石膏T1处理在0～10，10～20 cm土层土壤EC值虽有上升，但与CK没有显著性差异，其他各处理则表现出显著性差异。在20～40 cm土层，脱硫石膏各处理的EC值与CK相比，虽有上升，但差异不显著。

施用硫酸亚铁后，除T4处理外，其他各处理与CK相比，土壤EC值均有降低。T4处理与CK相比，土壤EC值在0～10，10～20 cm土层均呈上升趋势，在20～40 cm土层EC值均降低，但差异不显著。随着硫酸亚铁的施用量增加，土壤EC值会上升。

硫酸铝T3处理与CK相比，在0～10 cm土层，土壤EC值均有显著性增加，其他处理没有显著性差异。施用硫磺时对土壤EC值影响不显著。

2.3 各含硫物料不同施用量对饲草玉米生物量的影响

从表5可以看出，本试验所采用的4种含硫物料都有增产作用，其中，脱硫石膏T4处理增产最多，增长了16.88 t/hm2；硫酸亚铁在T3处理时增产最多，增长了14.97 t/hm2；硫酸铝在T2处理增产最多，增长了16.28 t/hm2；硫磺在T3处理增产最多，增长了2.18 t/hm2。4种物料各处理与CK相比，饲草玉米的生物量均有所增加，但处理间差异不显著；施用这4种物料对饲草玉米的出苗、株高和茎粗有一定的促进作用，各处理与CK相比，均有所提高，但出苗率和生物量的相关性较差。4种含硫物料对盐碱地的改良，能够在一定程度上增加饲草玉米的生物量。

表5 各含硫物料不同施用量对饲草玉米生物量及其构成因素的影响

3 讨论

脱硫石膏对碱化土壤和碱土具有良好的改良效果，它是利用脱硫石膏中的Ca2+置换土壤胶体中的交换性Na+，从而降低土壤中交换性Na+的含量，进一步降低土壤碱性成分，达到改良效果[22]。王金满等[23]对脱硫石膏在碱性土壤的改良作用上的研究得出，脱硫石膏能显著降低pH值和土壤碱化度。硫酸铝施入土壤后，Al3+发生水解作用，生成单体铝或多聚体铝，产生大量的H+，中和土壤中的OH-，从而使土壤的pH值降低[16]。硫磺施入盐碱土中，发生氧化反应，氧化过程为：S转化为S2O32-再转化为S4O62-再转化为SO42-，产生H+，从而降低土壤pH值[24]。硫酸亚铁水解氧化后会产生H+和Fe（OH）3，使土壤pH值降低[15]，本试验得出的结果与上述结论基本一致。

本研究发现，在这4种含硫物料的不同用量上，脱硫石膏在降低土壤pH值上效果最好，对土壤pH值的降低范围在0.71～1.25，并在T3处理下，对0～10，10～20 cm土层降低pH值的效果极显著。而脱硫石膏在T4处理下，对20～40 cm土层土壤的pH值降低效果极显著。对土壤pH值降低效果较好的是硫酸亚铁，硫酸亚铁各处理对苏打盐化土0～10，10～20 cm土层pH值降低显著，对20～40 cm土层pH值降低效果不明显，这与梁龙等[15]研究结果一致，硫酸亚铁能有效降低土壤表层的pH值。而施用硫酸铝和硫磺，对土壤pH值均有降低作用，但效果不明显，呈不显著水平，这与王宇等[16]和曹莹菲等[24]的研究结果不完全一致。原因可能是由试验地的盐斑分布不均匀、改良物料施用的量级不同及未与其他肥料配合所造成的。

与硫酸亚铁、硫磺和硫酸铝相比，施用脱硫石膏后，土壤中的EC值上升最大，这与王立志等[11]和梁龙等[15]的研究结果一致。脱硫石膏中的硫酸钙溶于水之后，会产生大量钙离子和硫酸根离子，再加上其溶解度不高，会造成表层土壤盐分在短时间内上升，从而使土壤EC值升高，但随着不断地浇水淋洗，土壤EC值最终会下降[15]。王立志等[11]研究表明，当脱硫石膏和有机物混合施用后，可以降低土壤盐分含量。

本试验是在面积较大的中度苏打盐化土上进行，试验小区面积较大，且试验地上盐碱程度存在空间差异，这对试验结果产生了较大的影响。本试验中脱硫石膏的CK较其他物料的CK土壤盐碱程度低，所以无法准确比较这几种物料的改良效果。在今后的试验中，可以把小区面积缩小，进行微区试验，通过改良机理的研究，更加准确地得出不同物料对盐碱地改良效果及对作物生长的影响，为当地盐碱地的改良提供一定的指导依据。

4 结论

本研究结果表明，在这4种含硫物料的不同量级上，脱硫石膏降低pH值效果最好，其次是硫酸亚铁，硫磺和硫酸铝对pH值的降低效果不明显。脱硫石膏对土壤pH值降低范围在0.71～1.25，最大降低幅度达到12.4%。施用脱硫石膏后，EC值上升最大，但经过淋洗，最终会下降。

饲草玉米的相对产量由大到小依次是脱硫石膏＞硫酸铝＞硫酸亚铁＞硫磺。通过本试验发现，在本试验区域，施用脱硫石膏33.75 t/hm2能有效降低土壤pH值、改善土壤理化性质、增加饲草玉米生物量，改良效果最佳。

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Improvement Effect of Different Sulfur Bearing Material on Saline-alkali Soil

FANDingkang1，2，3，WANGYongliang2，3，ZHANGQiang2，3，YANGZhiping2，3，YANGuohui4
（1.College ofBiological Engineering，Shanxi University，Taiyuan 030006，China；2.Institute ofAgricultural Environment&Resources，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China；3.KeyLaboratoryofSoil Environment and Nutrient Resources in Shanxi Province，Taiyuan 030031，China；4.China National Agricutural Development Group Co.，Ltd.，Beijing100000，China）

Aiming at soda-saline soil in Shanxi Datong basin,different dosage of desulphurization gypsum,ferrous sulfate, aluminum sulfate and sulfur were used as modified material,field experiment was conducted,and soil pH,electrical conductivity（EC）and crop biomass were measured.Accordingtothese indexes,the improvement effects ofthese soil conditioner were discussed.The result showed that in the different order ofthe 4 kinds ofsulfur containing materials,the pH value ofdesulphurization gypsum was the best,and the range of pH value of soil was reduced from 0.71 to 1.25,and the maximum reduction rate was up to 12.4%.Followed by ferrous sulfate,sulfur and aluminum sulfate had no significant effect on the reduction of pH value.The desulphurization gypsum application resulted in soil EC increased,but after leaching,eventually declined.The relative yield of forage maize from large to small in turn was desulphurization gypsum＞aluminum sulfate＞ferrous sulfate＞sulfur.The experimental research found that in the test area, desulphurization gypsum in the application of 33.75 t/hm2could effectively reduce soil pH value,improve the soil physicochemical properties and increase the biomass offorage maize,and the improvement effect was the best.

soda-saline soil;desulphurization gypsum;ferrous sulfate;sulfur;aluminumsulfate

S156.4

：A

：1002-2481（2017）05-0786-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.29

2016-12-14

国家国际科技合作专项（2015DFA90990）；山西省农业科学院博士基金项目（YBSJJ1309，YBSJJ1310）

范定慷（1991-），男，山西孝义人，在读硕士，研究方向：盐渍土改良。张强为通信作者。