脱硫石膏对改良盐碱地种植甜高梁的影响

王笛 李达 韩东辰 孙萍萍 赖宪明 孙兴智

(白城市畜牧科学研究院/白城综合试验站，吉林 白城 137000)

土壤表层中可溶性盐成分进行不断积聚形成盐碱土的过程称为盐碱化，主要表现为土壤中积累了过多的可溶性盐类(Na2SO4、NaCl、Na2CO3、Ca等)。土壤盐碱化是全世界面临的一个难题[1]，目前已逐渐成为限制全球范围农业发展的一个主要因素，全球盐碱地面积约为9.55×108hm2，而我国盐碱地的面积约高达9.913×107hm2[2,3]，主要分布在华北、东北、西北以及东部滨海地区，同时随着人口的急剧增长，所需耕地面积却逐渐减少，从而盐碱地的改良利用存在巨大的开发潜力[4]。白城市地处吉林省西部，土地总面积为2.6×104hm2，盐碱地面积达63.12×104hm2，占土地面积的24.3%[5]，已经对该地区的生态环境和农业发展产生了巨大的威胁，因此吉林西部盐碱地改良利用对于能否改善当地脆弱的生态环境，能否改善生态系统的稳定性具有重要作用，而且在吉林省西部土地资源中盐碱地面积占据重要的比例，其合理利用与否已经成为吉林西部草牧业发展的关键问题。

脱硫石膏的性质与天然的石膏相似，主要成分为CaSO4·2H2O和CaSO3，并含有丰富的S、Ca、Si等植物抗逆性[5,6]，因而在土壤盐碱地改良上具有一定的可利用空间[6-8]。施用脱硫石膏并对其进行监测、研究其发生发展规律，更好地进行改良治理，显得十分重要。同时通过利用电厂脱硫石膏来进行改良盐碱地，既能解决电厂脱硫石膏占地堆放的问题，又达到了通过改良盐碱地来增加可利用耕地面积的数量。脱硫石膏的改良利用，不仅为未来盐碱地改良开辟了新的路线，同时对建设环境友好型社会的发展和循环经济具有积极作用[3]。本研究采用不同的脱硫石膏施用量，以期为白城地区甜高粱栽培技术和盐碱地改良提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为白城电厂的脱硫石膏，甜高粱品种为“海牛”。供试土样取自吉林省白城市洮北区0～20cm、20～40cm、40～60cm耕作层。

1.2 试验区概况

试验地位于吉林省西部地级市白城，播前将脱硫石膏一次性人工均匀施于试验田，深翻20cm，保证与土壤充分混合[9]，播前底肥施复合肥1.33kg·hm-2，土壤理化性质为土层0～60cm，总碱度为0.57cmol·kg-1，碱化度为31.9%，pH为8.9，全盐为5.5g·kg-1。

1.3 试验设计

根据试验设计的要求，脱硫石膏的施用量分别为50kg·hm-2、100kg·hm-2、150kg·hm-2、200kg·hm-2，同时设空白对照组，重复3次，共15个小区。人工播种于2019年5月8日，行距为50cm，播种深度为4～5cm。甜高粱品种为“海牛”，播种量13.5kg·hm-2。2019年10月5日进行收获，每小区测定其产量。在甜高梁出苗期、开花期和成熟期，每个试验小区分别测定出苗率、株高、株径、植株鲜重和根鲜重等生长发育指标。在收获时，测定土壤碱化指标，如土层0～60cm碱化、总碱度和pH。出苗期测定时间为2019年6月10日；开花期测定时间为2019年8月10日；成熟期测定时间为2019年10月5日。

1.4 数据分析方法

采用Excel软件进行分析和绘图，再用SPSS 20.0统计软件对各处理下的不同指标进行单因素方差分析，采用Duncan法进行显著性分析。t检验法用于比较差异显著性，检验水平为p=0.05。

2 结果与分析

2.1 对土壤碱化性质的影响

具体见表1，施用不同量的脱硫石膏对不同土层深度在碱化度降低、总碱度降低、pH降低方面都有一定的显著提高，对比空白对照组，4个不同施用量在碱化度、总碱度、pH 3个指标上都显著高于空白(p<0.05)，在碱化度降低方面，100kg·hm-2的脱硫石膏施用量在土壤表层表现碱化度降低数值最高，而更深入的土层，各施用量间差异不显著。在总碱度降低方面，与碱化度降低结果相似，唯一不同的是在4种施用量之间差异不显著，但是在表1中可以看到，100kg·hm-2的脱硫石膏施用量在总碱度降低方面降低的数值最高。在pH降低方面，与碱化度降低结果同样相似，而不同的是，100kg·hm-2的脱硫石膏施用量在土层0～20cm、20～40cm和平均都显著高于其余各处理组。

由图1可知，当脱硫石膏施用量为119.33kg·hm-2时，降低土壤碱化度的值最大，达到10.76%；由图2可知，当脱硫废弃物施用量为116.67kg·hm-2时，降低土壤总碱度的值最大，达到0.23cmol·kg-1；由图3可知，当脱硫石膏施用量为114.67kg·hm-2时，降低土壤pH最大，达到0.61。因此，为了更好地实现盐碱土达到最好的改良效果，脱硫石膏施用量可以初步判断约为114.67～119.33kg·hm-2。

2.2 对甜高梁生长发育的影响

由表2可知，在甜高粱生长发育阶段，脱硫石膏的不同施用量在植株各生育期各生产指标上表现相似，在出苗期时，4个处理组在出苗率、株高、株径、植株鲜重方面数值均显著高于空白对照组(p<0.05)，但在鲜根重的表现上，只有50kg·hm-2施用量是显著高于其它处理组的。在开花期时，在出苗率、株高、株径、植株鲜重等4个方面结果与出苗期时相似，唯一区别是在鲜根重的表现上各处理组与空白对照组之间均没有显著差异。在成熟期时，4个处理组在株高、株径、鲜根重和植株鲜重4个指标上均显著高于空白对照组，同时在表中可以看到100kg·hm-2时植株株径数值最高。由图4可知，当施用量为116.67kg·hm-2时，甜高梁出苗率最高，达到78.41%。

表2 脱硫石膏施用量对甜高粱生长发育的影响

2.3 脱硫石膏施用量对甜高粱产量和产量构成的影响

由表3可知，脱硫石膏的不同施用量在千粒重上表现均不显著，在每株粒数上是100kg·hm-2表现最好，均显著高于其余处理组(p<0.05)，而在秸秆鲜重、收获株数、籽粒理论产量、籽粒实际产量、总产量5个指标上，施用脱硫石膏的4个处理组均显著高于空白对照组(p<0.05)，特别是在50kg·hm-2的施用量上，表现最好，数值最高。由图5可知，当脱硫废弃物施用量为116.67kg·hm-2时，甜高粱产量最高，达到84.35kg·hm-2。

表3 施用脱硫石膏对甜高粱产量及产量组成的影响

3 讨论

研究表明，脱硫石膏在改善盐碱土壤中的应用可以显著降低土壤总碱度、碱度和pH值。然而，根据施用的脱硫石膏的量，土壤总碱度、碱度和pH值的降低值也不同[10]。本试验结果显示当脱硫石膏施用量为100kg·hm-2时，土壤碱化度、总碱度和pH降低分别为10.5%、0.23cmol·kg-1、0.68，较施用量50kg·hm-2、150kg·hm-2和200kg·hm-2，对降低土壤总碱度、碱化度和pH的效果更显著，说明施用100kg·hm-2的脱硫石膏可以显著降低土壤的总碱度、碱化度和pH值。有研究表明，随着脱硫石膏施用量的不断增加，土壤中总盐含量(TDS)也随之不断增加，而盐分的增大一定会抑制作物的出苗和生长发育[5,11]。因此，盐碱地的改善效果与脱硫石膏的量没有正相关关系，必须选择合适的脱硫石膏的量。在回归方程的曲线图上可以看到，降低土壤碱化度、总碱度和pH值3个方面的数值最高点约在114.67～119.33kg·hm-2，因此，为了更好地对盐碱土进行一定效果的改良利用，本试验建议脱硫石膏施用量可以确定为114.67～119.33kg·hm-2，但是，应进一步研究具体数值。脱硫石膏可降低土壤的pH值和碱度，并干预其中所含的高价离子，以减少土壤胶体负表面相互排斥所产生的潜在电位。其通过相互吸附促进土壤胶体的凝聚，有利于土壤团聚体结构的形成，降低土壤容重，提高土壤持水能力。改善作物根系生长环境，促进作物生长发育[12]。然而，该试验结果表明，由于施用的脱硫石膏的量不同，对作物生长和发育的影响也不同。施用脱硫石膏100kg·hm-2较施用量50kg·hm-2、150kg·hm-2和200kg·hm-2，对促进甜高梁的株高、株径和植株鲜重的效果更显著，但对根鲜重没有明显的效果，而从出苗率的线性回归曲线图中可以看出，脱硫石膏施用量约在116.67kg·hm-2时出苗率最高，则说明与土壤碱化性质的结果相同，试验设置的方案4种处理组中100kg·hm-2土壤碱化性质和生长发育指标上表现最好，但在回归方程式上均可以看出预计在114.67～119.33kg·hm-2还可能存在更好的施用脱硫石膏的施用量，有待进一步研究。有研究得出的结论是，认为适量施加脱硫石膏会提高葵花的产量，但是当作物产量达到峰值后，继续增加脱硫石膏用量会降低作物的产量[5,13]。本试验研究结果也表明，脱硫石膏施用量不同，甜高粱产量不同。施用脱硫石膏100kg·hm-2较施用量50kg·hm-2、150kg·hm-2和200kg·hm-2，对促进甜高粱秸秆鲜重效果更显著，同样对籽粒产量的效果更明显。但是，脱硫石膏施用量的多少对甜高梁千粒重效果没有明显差异，而在线性回归的曲线图上，产量的表现与土壤碱化性质和植株生长发育的表现结果相似，均表示在114.67～119.33kg·hm-2存在更好的脱硫石膏的施用量，说明该试验应开展进一步的研究，以期可以确定具体的脱硫石膏最佳施用量。

4 结论

根据吉林西部白城地区土壤理化性质，结合甜高粱的出苗率、株高、产量等生物量指标，建议脱硫石膏100kg·hm-2是最适宜种植甜高粱时的施用量，同时建议在114.67～119.33kg·hm-2的施用量上开展进一步研究。