不同措施对苏打型盐碱土土壤盐分淋洗特征的影响

郑敏娜，梁秀芝，韩志顺，康佳惠，陈燕妮

（山西农业大学高寒区作物研究所，山西大同 037008）

土壤盐渍化问题严重制约着农业高效发展[1]。据联合国粮农组织的不完全统计，我国盐碱土总面积约3 600 万hm2，占全国可利用土地面积的4.88%，主要分布在地势低平的盆地和干旱平原地区，且类型多样[2]。大同盆地是我国北方农牧交错带的北界和雨养农业的下限区，是较典型的生态脆弱区，在气候、地形、人为等因素的综合作用下，土壤盐碱化严重，生态恢复需求紧迫。该区域苏打型盐碱地面积占比较大[3]，苏打含量高，但土地资源丰富，具有开发潜力，是农牧业发展的优先区域。积极改良和利用该地区的盐碱地资源，是改善区域生态环境和扩大可利用农业用地面积的重要途径之一。

以盐碱地改良利用为目标的土壤生态研究为世界性重大科学问题[4-5]，利用添加外源物质可以改善盐碱土土壤环境，是一种有效的改良土壤盐渍化的手段。但由于可添加物质种类众多，且盐碱化类型多样[5]，因此，针对特定盐碱地寻找适宜的外源材料对盐碱地的改良至关重要。比如：泥炭、生物炭类等物质因其稳定的芳香化结构、高的比表面积、较多的官能团和孔性结构，使其具有很强的稳定性和吸附性，广泛应用于土壤修复等方面。黄腐酸类物质是腐植酸类分子量较小的高分子有机化合物[6]，含有多种活性官能团，具有较强的生物活性，容易被植物吸收，且呈酸性，是配合生物炭进行盐渍化改良的理想材料。生物有机肥是特定功能微生物与有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料，能改良土壤，促进被土壤固定养分的释放[7]。殷小琳等[8]通过土柱试验研究了脱硫石膏对我国干旱地区重度盐碱土土壤理化性质的影响，发现施用脱硫石膏可以降低土壤pH、容重、钠吸附比以及交换Na+含量；孙运朋[6]通过土柱淋洗试验发现，黄腐酸的盐基交换容量大，能够吸附和阻留土壤可溶性盐中的有害阳离子，降低土壤盐浓度和酸碱度。众多研究表明[6-10]，在降雨或灌溉条件下，使用外源输入改良物质如有机肥、秸秆或腐植酸类，可以改善盐碱土条件下的作物生境，但将泥炭与黄腐酸混合应用于盐碱地治理的研究未见报道。

本研究在综合考虑研究区盐碱地形成特点、农业设施条件和土地利用方式等条件下，以典型苏打型盐碱地土壤为研究对象，采用泥炭、黄腐酸、秸秆、有机肥等土壤改良材料，结合常规的灌溉淋洗措施，分析苏打型盐碱地土壤在添加不同外源输入物作用下的脱盐规律，并以此筛选出最适的改良材料及用量，为苏打盐碱地的土壤改良提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试土壤为碱化潮土，采自山西省朔州市山阴县后所乡后张堡村的农田0～20 cm 耕层土壤。取样样地位于一个形状接近长方形的草地，按对角线型布设15 个样点进行取样。新鲜土样置于通风处风干后，剔除杂物，过筛备用。混合样土基本理化性质为：有机质含量3.40 g/kg，全氮含量0.32 g/kg，铵态氮含量3.33 mg/kg，pH 值9.01，碱化度（ESP）12.8%。

试验选择黄腐酸（Fulvicacid，FA）、泥 炭（Turf-soil，TS）、秸秆（Straw，S）、生物有机肥（Organic fertilizer，OF）及泥炭-黄腐酸（TS-FA）混合作为土壤改良材料。其中，供试黄腐酸由山东绿陇生物科技有限公司生产；泥炭由丹麦品氏生产；秸秆由玉米植株粉碎制成，粒径mm 级；生物有机肥由四川百欧农业科技公司生产。

1.2 试验设计

试验于2019 年2—7 月在山西省农业科学院高寒区作物研究所温室中进行，采用室内土柱模拟试验。试验共设6 个处理，分别为：对照（CK），不添加任何物料；单施黄腐酸（FA）；单施泥炭（TS）；单施生物有机肥（OF）；单施秸秆（S）；施泥炭和黄腐酸混合物（TS-FA）。参考周文志等[11]、孟祥天等[12]、孙运朋[13]、郑普山等[14]的研究，每个处理按照质量百分比分别为0（CK）、0.73%（FA）、1.67%（TS）、1.40%（OF）、1.40%（S）和1.33%（TS-FA）的添加量与风干土壤搅拌充分均匀备用，每个处理3 次重复。试验土壤培养5 个月后开始土柱模拟试验。首先，利用PVC圆柱管制成模拟土柱装置（高度40 cm、直径10 cm），底部铺2 cm 厚的石英砂，并用尼龙滤布进行密封；其次，将前期准备好的土壤材料，按平均土壤容重1.48 g/cm3制成模拟土柱，装填高度设为35 cm；由于4 种参试物料本身容重较小，所以，将物料添加到土壤中后，田间土壤实际容重必然降低[15]，为尽可能地保持与田间实际容重一致，装填时不压实，并且各处理在装填时容重采用许健[16]的计算公式进行核算；土层上面覆盖洁净石英砂粒，防止加水后扰动土壤表层，土柱制备好后，在土柱容器下放置托盘以收集淋洗液；最后，土柱制成后浇透水，待没有水分淋出时开始试验。于2019 年6 月29 日、7 月1 日、7 月3 日进行3 次淋溶试验。每次试验时将水（600 mL）分4 次缓慢倒入土柱容器内，待水分下渗至托盘后用针管将淋洗液吸出装至样品瓶内，带回实验室过滤，并立即低温保存；每次采样结束后，在土柱上端放置托盘以减少水分蒸发。

1.3 测定项目及方法

每次取样后，以水土质量比5∶1 制备土壤水浸提液，测定淋洗液样品的pH 值、电导率（EC 值）、盐基离子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+、CO32-等）及NO3--N 含量等。其中，采用酸度计测定pH 值；采用电导率仪（DDS-11A）测定电导率；Ca2+、Mg2+含量采用EDTA（乙二胺四乙酸）络合滴定法测定；K+、Na+含量采用火焰光度法测定；CO32-含量采用双指示剂滴定法测定；NO3--N 含量采用紫外分光光度法测定[17]。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2009 和SPSS 22.0 对数据进行统计分析，采用最小显著数LSD 法进行多重比较，显著水平为5%。

2 结果与分析

2.1 土壤淋溶液中pH 和EC 值的变化特征

pH 是影响土壤养分的重要因素。由表1 可知，第1 次淋溶后，各处理收集的淋溶液pH 值，处理间差异不显著；第2 次淋溶后，各处理淋溶液的pH 值均有所升高，对照显著高于S、TS-FA 和TS 处理（P＜0.05）；第3 次淋溶后，pH 值的变化趋势与第2 次淋溶液的变化趋势基本一致，均高于第1 次淋溶液的pH 值（除TS 处理外），对照显著高于S、TS-FA、OF 和TS 处理（P＜0.05）。此外，在同一处理的3 次不同淋洗时期，土壤淋洗液pH 值间亦存在差异（表1）。其中，CK、FA 和OF 处理，第1 次土壤淋洗液的pH 值显著低于第2 次和第3 次（P＜0.05）。

6 个处理的土壤淋溶液电导率（EC）结果表明，随着淋溶次数的增加，土壤盐分含量随着淋溶液的流出而减少。从表1 可以看出，所有土柱淋溶液的电导率都逐渐降低（除OF 处理外），且在3 次淋洗过程中，前期脱盐迅速，后期脱盐缓慢。至第3 次淋溶，淋溶液电导率的下降幅度由高到低排序为：TS-FA＞TS＞S ＞FA＞CK＞OF。此外，在3 次淋洗中，仅OF 和TS-FA 处理的第2 次淋洗的电导率与第3 次电导率间差异显著（P＜0.05）。

表1 不同处理对土壤淋洗液pH 值与EC 值的影响

2.2 土壤淋溶液中盐基离子的变化特征

2.2.1 Ca2+变化特征 各处理土壤淋洗液中Ca2+含量变化如图1 所示。6 种处理的Ca2+含量随着淋洗次数的增加表现出3 种不同的变化趋势（图1），即CK 和TS 处理随淋洗次数的增加表现出先降低后增加，S 和TS-FA 处理随淋洗次数的增加表现出先增加后降低，而FA 和OF 处理则表现为持续降低。在第1 次抽取的土柱淋洗液中，各处理的Ca2+含量在39.45～180.65 mg/L；第2 次抽取的淋洗液中，各处理的Ca2+含量在25.89～222.32 mg/L，以S 和TS-FA处理的Ca2+含量较高，CK 的Ca2+含量最低；第3 次抽取的淋溶液中，各处理的Ca2+含量在27.10～187.85 mg/L。此外，在3 次不同淋洗时期，OF 处理第1 次淋洗液的Ca2+含量显著高于第2 次、第3 次淋洗液的Ca2+含量（P＜0.05）；TS-FA 处理第1 次淋洗液的Ca2+含量显著低于第2 次淋洗液的Ca2+含量（P＜0.05）；其余处理的不同淋洗次数间差异不显著。

2.2.2 Mg2+变化特征 6 种处理的Mg2+含量随着淋洗次数的增加表现出2 种不同的变化趋势（图2）。总体来看，CK、S 和TS-FA 处理随淋洗次数的增加表现出先增加后降低的变化趋势，而FA、OF 和TS 处理则表现为持续降低的变化趋势。在第1 次抽取的土柱淋洗液中，OF 处理的Mg2+含量最高，显著高于对照和TS-FA 处理（P＜0.05）；第2 次和第3 次抽取的淋洗液中均以S 处理的Mg2+含量最高，分别达到了236.54、174.26 mg/L，FA 处理的Mg2+含量最低，二者在第3 次淋洗时处理间差异显著（P＜0.05）。此外，在3 次不同淋洗时期，FA 和OF 处理中，在第1 次土壤淋洗液的Mg2+含量与第3 次土壤淋洗液的Mg2+含量间均差异显著（P＜0.05）；TS-FA 处理中第2 次土壤淋洗液的Mg2+含量与第3 次土壤淋洗液的Mg2+含量间差异显著（P＜0.05）。

2.2.3 K+变化特征 由图3 可知，各处理K+含量均随着淋洗次数的增加表现出持续下降的变化趋势（除TS-FA 处理外），抽取的3 次土壤淋洗液中，S 处理土壤淋洗液中的K+含量始终最高，而CK 的K+含量均最低，二者之间差异显著（P＜0.05）；而TS-FA 处理随着淋洗次数的增加表现出先增加后下降的变化趋势，与其他处理间差异显著（除S 处理外，P＜0.05）。此外，在3 次不同淋洗时期，FA 和OF 处理第1 次淋洗液的K+含量显著高于第2 次、第3 次淋洗液的K+含量（P＜0.05）。

2.2.4 Na+变化特征 总体来看，6 种处理的Na+含量随着淋洗次数的增加表现出2 种不同的变化趋势（图4），CK、S 和TS-FA 处理随淋洗次数的增加表现出先增加后降低的变化趋势，而FA、OF 和TS 处理则表现为持续降低的变化趋势。在第1 次抽取的土柱淋洗液中，FA 处理的Na+含量最高，显著高于其他处理（除OF 处理外）；第2 次和第3 次抽取的淋洗液中均以TS-FA 处理的Na+含量最高，OF 处理的Na+含量最低，TS-FA 与OF 间差异显著（P＜0.05），与其他处理间差异不显著。还可以看出，在第3 次抽取各处理的淋洗液中Na+含量最低。此外，在3 次淋洗中，FA 和OF 处理中第1 次淋洗液的Na+含量显著高于第2 次、第3 次淋洗液的Na+含量（P＜0.05）。

2.2.5 CO32-变化特征 各处理对土壤淋洗液中CO32-含量的影响如图5 所示。总体来看，在整个淋洗过程中TS-FA 处理随淋洗次数的增加表现出先增加后降低的趋势，CK、FA、OF 和TS 处理随淋洗次数的增加持续降低，第3 次较第1 次CO32-含量，降 幅 分 别 达 到98.8%、1 782.01%、489.11% 和313.13%。第1 次淋洗过程中，OF 和TS 处理显著高于CK。而第2 次和第3 次淋洗过程中，各处理与CK 差异均不显著，但OF 处理显著高于S 处理。

2.2.6 各盐基离子的累计淋洗量 淋洗可有效降低土壤中的盐碱离子。通过3 次淋洗后，淋洗液中的Ca2+、Mg2+、K+、Na+含量显著增加，即土壤中的盐基离子含量显著降低，特别是Na+和Mg2+含量。

表2 不同处理下土壤淋洗液中盐基离子的累积淋洗量 mg/L

从表2 可以看出，Ca2+累积洗出量以S 处理最高（590.81 mg/L），CK 最低（105.78 mg/L），S 处理是CK 的5.58 倍，Ca2+累积含量由高到低排序为：S＞TS＞TS-FA＞OF ＞FA＞CK；TS-FA 处理中Ca2+、Mg2+、K+的累积量均显著高于对照（P＜0.05）；Na+累积洗出量以FA 处理最高（1 141.51 mg/L），OF 处理的最低（747.67 mg/L），FA 处理是OF 处理的1.53 倍，Na+累积含量由高到低排序为：FA＞TS-FA＞CK＞S＞TS＞OF，FA 和TS-FA 显著高于其他处理（P＜0.05）；CO32-的累积洗出量以OF 处理最高（383.39 mg/L），S 处理的最低（12.28 mg/L），与其他处理间差异明显，且OF 处理是S 处理的30.97 倍，CO32-累积含量由高到低排序为：OF＞TS＞TS-FA＞FA＞CK＞S。

3 结论与讨论

盐渍土的改良目的是消除盐碱障碍，改善土壤结构和提高土壤肥力[18]。土壤中盐分不仅可以根据浓度梯度随着水分运动，也会被土壤胶体静电吸附，此外，盐分也会发生化合物分解、离子交换等化学行为[19]。因此，土壤水盐在综合因素的影响下，随时间和空间不断发生变化。

灌溉（或降雨）和改良物质施用是影响土壤水盐运移重要因素。在盐碱土的改良过程中，灌溉可促进土壤中盐基阴离子的脱离，并且由于适量的改良物质施入改变了土壤的透性，促进了土壤中盐分的淋溶，从而降低土壤的pH。土壤淋洗液电导率大小可以表示土壤中可溶性盐含量多少[20]，所以，根据淋溶液电导率的变化趋势可判断土壤盐分的变化过程，至第3 次淋洗完，TS 处理的淋洗液电导率下降幅度最大，达到149.64%，TS-FA 处理次之，为149.51%，说明TS 和TS-FA 混合处理抑制盐分累积的效果较佳。

苏打型盐碱土具有土壤交换性Na+含量高的特点[21]，土壤颗粒中附着的Na+、K+等盐基离子，易引起土壤的盐碱化。其中，Na+也是对作物危害最重的阳离子，使得苏打型盐碱土壤通透性差、质地偏砂，并造成土壤养分低，土壤保水力差，严重影响到作物的生长环境[22]，在引入外源改良物质时，首先要判断改良剂对盐碱土壤中Na+含量变化的影响力。本研究中引入了4 种外源物质5 种组合（即黄腐酸、泥炭、秸秆、生物有机肥、泥炭-黄腐酸）进行盐碱土壤改良。从引入的外源物质的功能特性上来看，黄腐酸含有多种活性官能团，呈酸性，盐基交换容量大，能够吸附和阻留土壤可溶性盐中的有害阳离子，降低土壤盐浓度和酸碱度[23]；泥炭可提高土壤通透性，改善土壤结构，增加养分供给；秸秆作为一类有机物，翻埋于土壤中不但可以切断土壤毛管的连续性，抑制深层土壤的水分和盐分向上层运移[18]，而且分解后可作为有机肥吸附水分和盐分[17]；生物有机肥不但可以增加土壤养分，而且可以提高土壤腐殖质胶体含量，增强土壤的吸附能力，中和土壤中的盐基阳离子[23]。本试验结果表明，4 种改良物质的5 组不同配比组合均能对苏打型盐碱土的改良起到一定的改良作用，在整个淋洗过程中，各处理的Ca2+、Mg2+、K+、Na+等盐基阳离子均随水流淋洗大量排出土体，其中，Ca2+、Mg2+和K+的累积淋洗量以S 处理的最高，TS-FA 和TS 处理次之，说明由于秸秆和泥炭的粒径较大，添加之后土壤的孔隙度首先明显得到改善，增加土壤含水量从而降低渗透压力，并释放大量矿物质（K+、Ca2+、Mg2+等）到土壤溶液中，使Ca2+、Mg2+、K+的淋洗量增加。Na+的累积淋洗量则以FA 和TS-FA 处理的较高，说明黄腐酸对Na+的吸附作用明显，可以显著降低盐碱中的Na+含量，这与LI 等[10]的研究结论是一致的。添加泥炭后，土壤变得疏松多孔，孔隙数量增多，土壤导水能力增加，导致淋洗更为彻底，进而使盐基离子的淋溶量都明显增加；并且泥炭-黄腐酸混合物或泥炭中含有的有机质物质具有极强的螯合作用，使得在原条件下溶解度较低，难以被淋溶的离子与有机质形成可溶性螯合物，从而进一步增强了淋溶效果。因此，在治理苏打型盐碱地中可以优先考虑施用黄腐酸或其混合材料。

TS-FA 和TS 处理在本试验中表现出较好的改良效果，但考虑到综合改良效果和成本问题，认为TS-FA 处理（即泥炭和黄腐酸混合物，占土质量比1.33%）对降低土壤盐分、提高土壤质量的综合应用效果最佳，在研究区域的苏打型盐碱土的治理中应优先考虑施用。此外，其他物质间的更多组合及组合比例的施用效果将在下一步试验中继续验证，以期为苏打型的盐碱土治理提供最优方案。