滴灌条件下脱硫石膏对甘肃盐碱地的改良效果研究

陈 建，王文芬

(1. 江苏建筑职业技术学院建筑设备与市政工程学院，江苏 徐州 221116；2. 江苏建筑节能与建造技术协同创新中心，江苏 徐州 221116)

盐碱地广泛分布于世界各地，面积近100 亿hm2，且每年在不断增长[1]。我国盐碱地面积占耕地面积的6.62%，主要分布在西北、华北、东北及沿海地区[2]。据调查，分布于甘肃境内的盐碱地面积近10 万hm2，约占全省耕地面积的1/4[3]。甘肃靖远县分布的盐碱地大多被撂荒，不仅造成土地资源的浪费，也严重制约当地农业发展。该地区土壤耕层深厚，且毗邻黄河，有一定的开发潜力。燃煤电厂脱硫产生的废弃物即脱硫石膏，其主要成分为CaSO4·2H2O[4]，弃置于地表会对周边环境产生威胁，而用来改良盐碱地，是一项成本低、修复速率快的土壤改良剂[5]。Sakai[6]等人应用脱硫石膏在田间进行盐碱地改良试验表明：施入脱硫石膏能显著改善土壤的孔隙状况，提高土壤的渗透性利于土壤可溶性盐分淋洗。此外，脱硫石膏能显著降低土壤碱化度，提高作物出苗率、成活率和产量[7,8]。孙兆军等[9]的研究结果表明：脱硫石膏能显著改良盐碱地，促进枸杞生长，但施用过量会引起土壤盐分含量的增加，抑制根系的生长。滴灌因其高频率、点源扩散的优点[10]，能精准为作物提供水分，在盐碱地治理中得到广泛应用[11]。枸杞干果具有极高的经济价值和药用价值，主要分布在我国西北干旱、半干旱地区，具有耐盐耐旱的特点[12]，非常适合在盐碱化的干旱地区种植。

目前，应用滴灌[13]、脱硫石膏[9]改良盐碱地取得了一定成果，但施用不同脱硫石膏结合滴灌技术对甘肃盐碱土理化性质及作物生长的研究鲜有报道。为此，本文在甘肃白银市靖远县开展田间对比试验，研究滴灌条件下不同脱硫石膏施用量对甘肃靖远盐碱土理化性质及枸杞生长的影响，旨在为该地区同类盐碱土壤的改良利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于甘肃白银市靖远县北滩乡，年平均降水量210 mm，年蒸发量2 056 mm。试验区土壤黏粒(<0.002 mm)占6.52%，粉沙粒(0.002～0.02 mm)占5.37%，沙粒(0.02～2.0 mm)占88.11%，土壤质地为壤质沙土[14]。0～20 cm土层土壤容重为1.47 g/cm3，土壤有机质为5.65 g/kg，碱解氮为31.87 mg/kg，速效磷为5.72 mg/kg，速效钾为214.38 mg/kg，其他理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of tested soils

1.2 试验材料

脱硫石膏来自宁夏中宁电厂，化学成分见表2。枸杞为宁夏枸杞研究所提供的1 a生种苗，品种为宁杞七号。水源以黄河水为主。

表2 脱硫石膏化学成分Tab.2 Chemical constituents of desulfurized gypsum

1.3 试验设计及过程

在统一淋洗定额3.2×103m3/hm2，施用有机肥40 t/hm2、黄沙225 m3/hm2的基础上[9]，设置脱硫石膏施用量0(T0)、18(T1)、22(T2)、26(T3)、30 t/hm2(T4)共5个处理，每个处理重复3次。

试验于2016-2017年进行。试验前，将脱硫石膏、有机肥、黄沙按照试验设计的施用量均匀撒于地表，然后进行机械旋耕。2016年4月2日开始灌水洗盐，淋洗量为3.2×103m3/hm2，淋洗分3次进行[9]。2016年4月26日按行距1.5 m，株距1.0 m的规格种枸杞。试验区采用滴灌系统进行灌溉，每行枸杞铺设1条滴灌带；从5月份开始每隔15 d灌一次水[灌水定额50 m3/(hm2·次)]，每次灌水时间为2 h，灌溉定额为500 m3/hm2。

1.4 观测项目与方法

于每年10月底，采用卷尺测量枸杞冠幅和株高，每个小区随机测3株，得到平均冠幅和株高。待枸杞成熟后，于2016年7月2日第1次采摘鲜果，以后每隔7 d采摘一次。每个小区每次采集的果实放在45 ℃烘箱内烘干，最后统计得出每个小区的枸杞干果产量。

1.5 数据处理

利用SPSS 20.0软件进行显著性检验，土壤理化性质、枸杞生长指标均取试验重复平均值。

2 结果与分析

2.1 pH

各处理对pH的影响见图1。试验结果表明：第1年，各处理的pH值0～40 cm土层显著低于改良前。从图1可知，T4处理第1年降幅最大，比改良前降低8.12%，第2年T4处理的pH为8.03±0.07，为各处理中最小。第1年，T1、T2、T3、T4处理比改良前分别降低3.81%、4.84%、6.79%、8.12%，但各处理间差异并不显著(P>0.05)，因此，不同脱硫石膏施用量对改善土壤pH无显著性差异。

图1 各处理对土壤pH值的影响(0～40 cm土层)Fig.1 Effects of all treatments on pH value of soil depth 0～40 cm 注：不同英文字母表示第1年或第2年各处理差异显著(P<0.05)，下同。

2.2 碱化度

各处理对碱化度的影响见图2。从图2可知，T1、T2、T3、T4处理的碱化度均低于T0处理(P<0.05)，第1年T1、T2、T3、T4处理的碱化度分别比T0降低32.08%、35.25%、38.48%、42.90%；第2年在第1年的基础上继续降低。施用脱硫石膏能显著降低土壤碱化度，随脱硫石膏施用的增多碱化度降低幅度也越大。第1年，T4与其他处理差异显著(P<0.05)，第2年，T3与T4差异不显著(P>0.05)，其中T4处理的碱化度最低(12.3±0.05%)。

图2 各处理对碱化度的影响(0～40 cm土层)Fig.2 Effects of all treatments on alkalinity of soil depth 0～40 cm

2.3 电导率

各处理对第2年0～60 cm土层电导率的影响见图3。从图3可知，与改良前相比，各处理0～20 cm土层电导率值降低显著(P<0.05)；0～20 cm土层T0、T1、T2、T3、T4处理的电导率比改良前分别降低80.7%、84.0%、85.9%、86.2%、85.7%，20～40 cm土层T0、T1、T2、T3、T4处理的电导率比改良前分别降低74.3%、79.9%、80.62%、82.9%、82.0%，40～60 cm土层电导率值升高；0～20 cm土层随脱硫石膏施用量的增加电导率呈先减小后增大的趋势，脱硫石膏施用量并不是越多盐分越低，T1、T2、T3、T4处理间差异不显著(P>0.05)；40～60 cm土层各处理处理出现了盐分累积，T0处理盐分累积最为明显(P<0.05)，T1、T2、T3、T4处理之间差异不显著(P>0.05)。

图3 各处理对电导率的影响(0～60 cm土层)Fig.3 Effects of all treatments on EC of soil depth 0～60 cm

2.4 各处理对土壤盐分离子含量的影响

表3 各处理对土壤盐分离子含量的影响(0～40 cm土层) cmol/kg

2.5 枸杞生长及产量的影响

各处理对枸杞生长及产量的影响见表4。从表4可知，与T0相比T1、T2、T3、T4处理均能显著提高枸杞的成活率和产量(P<0.05)。第1年和第2年枸杞产量均表现为：T3>T2>T4>T1，表明在一定范围内枸杞产量与脱硫石膏施用量成正比，超过26 t/hm2时反而会影响枸杞产量。第2年的产量均高于第1年，各处理第2年的产量分别比第1年提高38.8%、51.9%、60.6%、69.7%、67.0%。

表4 各处理对枸杞生长及产量的影响Tab.4 Effects of different treatments on growth and yield of Lycium barbarum

注：枸杞产量为干果产量。

3 讨论与结论

通过田间对比试验，主要得出以下结论。

(1)盐碱土壤与脱硫石膏之间的理化作用，能改善团粒结构，利于降低土壤碱化度、电导率、pH。在本试验条件下，随脱硫石膏施用量的增加，土壤pH、碱化度呈递减趋势，土壤电导率先减小后增加。

(2)脱硫石膏也是一种中等溶解度的盐，施用过多会给土壤带来额外的盐分不利于枸杞生长和产量提高，结合本试验结果，改良甘肃靖远县地区盐碱土最佳脱硫石膏施用量为26 t/hm2。

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