盐碱地化学防渗隔盐层初探

王 杰杨延杰

(青岛农业大学园艺学院,山东 青岛 266109)

盐碱土是盐土与碱土的总称。我国盐碱土面积约为3.7×107hm2,约占全世界10%[1],主要分布在我国东北、华北和西北地区,其中滨海盐碱地主要分布在山东滨海、唐山秦皇岛等沿海地区[2]。

盐碱土改良的根本目的是改善土壤理化性质,为作物提供良好的生长发育环境,使作物高产高效[3]。在滨海地区,由于地下和盐水联通,盐碱容易上行,所以,改造之后持续时间短,效果不理想,因此,在处理技术上首先需要阻断地下盐碱的上行。近几年,设施农业中多利用作物秸秆作为隔层[4～6],隔离地下盐分,防止盐分升高,但在设施条件下,缺少降雨洗盐过程,而蒸腾上行带来的盐分积累速度快很快会超过隔层的阻隔上限,隔层寿命较短。在设施环境下,结合现有的建筑工程、分子化学方面的知识,在耕层之下利用化学方法构建能够阻隔地下盐碱上渗的隔层;同时结合水灌溉洗盐等治理措施[7～8],将土壤上部耕作层中的盐分洗去,使耕作层中作物能够正常生长,从而达到治理盐碱地的目的。

防渗隔盐层在应用上还需研究其在特定条件下的应用工艺技术,包括多种复合材料的混合比例、多层结构材料的应用顺序、经济可行的使用数量、适合的时间阶段、工艺进程设计等,目前未见详细报道。本文采用盐碱土栽培箱模拟的方法,对盐碱地防渗层配方和使用效果进行了研究,其结果将有利于推动盐碱地温室内种植园艺作物的稳定健康发展,加速盐碱地的高效开发。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为黑色聚氨酯防水涂料,聚氨酯稀释剂。其中聚氨酯采用911型单组分湿固化聚氨酯防水涂料(聚氨酯乳液),购买于潍坊齐强防水材料有限责任公司,聚氨酯稀释剂购买于东营健豪商贸有限公司。盐碱土来自山东东营地区滨海盐碱土。模拟栽培箱,长 60 cm、高 20 cm、宽30 cm、箱壁厚1.5 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 土壤栽培箱设计

土壤栽培箱内部由3部分构成,由上至下分别为(1)洗盐后土壤;(2)化学防渗隔层,(3)盐碱土。其中1层土壤为冲洗后的盐碱土,厚度为30cm;隔层在最佳配比条件下直接喷涂在盐碱土上,厚度为(3±0.2)mm;3层土壤是未经处理盐碱土,厚度为15 cm,铺设隔层前需将该层土壤夯实整平。隔层与栽培箱连接处应喷涂紧密,在结合位置上方预留孔洞,用于洗盐排盐;隔层下方5cm处连接进水口,栽培试验时输入盐碱水模拟地下盐碱上渗。

1.2.2 化学防渗隔层的最佳稀释配比筛选

在模拟条件下,通过加入聚氨酯稀释剂,改变聚氨酯粘稠程度,将聚氨酯材料与稀料按照1 ∶1、1 ∶2、1 ∶3、1 ∶4的体积比配置,观察隔层凝固后隔层性状筛选防渗隔层最佳稀释配比。

1.2.3 防渗隔层下层土壤湿度范围筛选

准备滨海盐碱土、聚氨酯防水涂料、培养皿。在培养皿内放入适量盐碱土,设置不同土壤含水量范围(含水量＜25%、25%＜含水量＞40%),将土壤表面整平,喷涂未经过稀释的聚氨酯材料,静置凝固时间为2～5 h。

1.2.4 应用防渗隔层的上层盐碱土洗盐效果研究

取试验地盐碱土,风干后按照土水比1∶5的比例浸提,使用DZS-706-A多参数分析仪分别对盐碱土冲洗前后浸提液进行测定。

1.2.5 使用防渗隔层的作物栽培效果

在试验箱铺设隔层,将冲洗后的盐碱土回填至栽培箱,移植同一批培育,且长势均一的辣椒苗。种植10 d后观测植株长势,分别测量植株种植前后鲜重、株高、茎粗。

1.3 数据处理

图表制作使用Excel软件,单因素方差分析采用LSD法,用SPSS 21.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 化学防渗隔层的最佳稀释配比筛选

经试验证明,聚氨酯与稀释剂比例为1∶1与1∶2时试验效果较好,且试验之后性能、性状基本一致,比例为1∶3与1∶4时效果较差。同时在第3、4组在混合搅拌过程中,会凝聚为流动性和粘结性很差的胶块,不易整形。按照聚氨酯隔层性状及经济适用性原则,采用聚氨酯防水涂料与稀释剂1∶2的配置比例作为隔层最佳稀释配比。

2.2 下层土壤含水量对防渗隔层的影响

如图1所示,当土壤含水量＜25%时,聚氨酯材料完全干透后,涂层表面出现不规则开裂现象,且开裂程度较大:未开裂部分表现出良好的延展性与韧性,且具有良好的防水性,在水中浸泡后不分离,不破裂,说明这种材料效果基本达到了要求。

如图2所示,当土壤含水量介于25%与40%之间,干燥后的涂层表面无裂痕,表面光滑平整,具有较好的韧性与延展性,并且具有良好的防水效果,证明土壤含水量在25%～40%之间未能对隔层产生影响或影响较小。若土壤湿度过大将加大操作难度,因此,取该土壤含水量范围作为试验标准。

2.3 应用防渗隔层的上层盐碱土洗盐效果研究

根据表1可以明显看出,使用蒸馏水冲洗之后的盐碱土,EC值从冲洗前的7.48 ms/cm降到2.53 ms/cm,通过水洗,盐碱土壤中阳离子含量显著降低,p H值从冲洗前的8.04以上降到7.5以下,洗盐效果显著,能够满足耐盐作物以及大部分蔬菜作物的正常生长。

表1 盐碱土EC、p H值冲洗前后对比

2.4 使用防渗隔层的辣椒栽培效果

移植土壤栽培箱内的辣椒苗均能够正常生长,与种植前相比,辣椒苗株高、茎粗以及鲜重等形态指标均高于实验前,植株高度、茎粗、鲜重较种植前增长率分别为110%、169%、192.3%,长势良好。

3 结论与讨论

3.1 防渗隔盐层结构研究

本试验利用现有的化学防水材料,在下层盐碱土土壤含水量20%～40%之间、聚氨酯与稀释剂在1∶2的配置比例下喷涂效果最好。同时隔层应喷涂2遍,每层厚度(1.5±0.2)mm。利用盐碱土栽培箱模拟温室内土壤环境,模拟试验证明,隔层在一定程度上有效阻隔了地下盐碱上渗。

聚氨酯防水涂料具有良好的防渗、防腐蚀、使用寿命长等优点,且近几年随着聚氨酯材料的不断优化,其所能达到的使用寿命也将逐渐增加[9]。由于本模拟试验开展时间较短,还需进一步研究该种结构的长期使用性。

3.2 应用防渗隔盐层的栽培效果

利用水灌溉洗盐技术,EC值从冲洗前的7.48 ms/cm 降到2.53 ms/cm,通过水洗盐碱土壤中阳离子含量显著降低,pH值从冲洗前的8.04降到7.5以下,洗盐效果显著。一般作物在p H是6.5～7.5这个范围内生长最适宜[10],证明水灌溉洗盐对去除盐碱土中盐碱效果显著。同时,利用盐碱土栽培箱模拟田间试验,移植后的辣椒苗植株高度、茎粗、鲜重较移植前增长率分别为110%、169%、192.3%,长势良好。但是在洗盐过程中会冲洗掉土壤中含有的无机盐、有机质等营养物质,造成土壤肥效低。因此,在温室种植时,应及时补充植物所需营养物质。

综上,采用栽培箱模拟方法研究结果表明,使用化学防渗材料聚氨酯制作盐碱地防渗隔层,能够有效利用原位盐碱土并降低耕层土壤盐碱含量,避免栽培蔬菜作物的根系受到盐碱胁迫的抑制。