不同改良材料对滨海盐碱土盐分淋溶特征的影响

周文志，李素艳，孙向阳，李啸冲，查贵超，魏宁娴

(北京林业大学 林学院，森林培育与保护教育部重点实验室，北京 100083)

滨海盐碱土是在海洋和陆地的相互作用下，由大量泥沙沉积形成的连接陆地和海洋的缓冲地带。我国分布着大量的滨海盐碱土，面积约1.1万km。盐碱土具有pH值高、通透性差、表层易板结、养分含量低等特点，土壤条件恶劣，生产能力低，土地资源难以得到充分开发，一方面造成大量土地资源的浪费，另一方面也加剧了沿海地区土地资源短缺的困境。灌溉洗盐是降低盐渍化土壤盐分含量最简单有效的方法之一。要提高灌溉洗盐的效率，其首要任务是改善土壤的通透性。已经发现的能够改良盐碱土通透性的材料较多，例如：粉煤灰具有粒细质轻、多孔松散、比表面积大、活性基团较多、吸附能力较强的特点，能促进土壤颗粒的团聚作用；木醋液能改善土壤的物理性质，有利于土壤中大团聚体的形成，且可在降低土壤盐分、碱化度和钠吸附比的同时，提高土壤有机质和水溶性有机碳的含量；堆腐后的园林废弃物具有碳含量丰富、质地疏松的特点，作为肥料或土壤调节剂施入土壤后，可促进土壤团粒结构的形成，改善土壤通透性，降低土壤pH值，提高土壤肥力和微生物活性，从而达到改良土壤的效果。在上述研究的基础上，本研究选择木醋液、粉煤灰、园林废弃物堆肥作为改良材料，以河北省某滨海地区盐碱土的表层(0～20 cm)土壤为试验对象，通过土柱模拟试验，对添加不同改良材料后土壤淋溶液和土壤盐分的组成及其变化进行分析，比较盐分淋溶与脱盐过程的特征和差异，明确淋溶脱盐过程中不同盐分离子淋溶运移的特点与差异，以期为盐碱土改良寻找合适的改良材料，从而促进滨海盐碱土的可持续利用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤取自河北中捷农场二分场(38°22′38″N，117°23′03″E)耕地的表层，其在自然状态下的容重为1.46 g·cm，田间持水量为20%，风干后备用。粉煤灰由国电承德热电有限公司提供。园林废弃物堆肥由白蜡(Roxb)、杨树(L.)、柳树()和杂草等植物的修剪残余物和凋落物经二次堆肥法制得。木醋液系桃壳热解所得，由石家庄宏森活性炭有限公司提供。将各试验材料的基本理化性质整理于表1。供试土壤盐分的垂直分布特征呈现出明显的表聚性。堆肥中含有丰富的有机质和氮、磷、钾等养分。

表1 供试材料的基本理化性质

1.2 试验设计

试验于2019年3—6月在北京林业大学教学苗圃温室中进行。从底层开始装填土柱(由PVC管制作而成，管厚2 mm，高40 cm，内径8 cm)。为了避免在加土时造成各处理在土壤紧实方面的差异，分4次加入，每次加入的高度为5 cm，共加入20 cm高的土壤。试验共设置4个处理：CK，不添加任何改良材料；T1，添加稀释400倍的木醋液200 mL(含水量约为田间持水量的70%)；T2，添加10%(土壤体积分数)的粉煤灰；T3，添加4%(土壤质量分数)的园林废弃物堆肥。每个处理均设置3次重复。土柱装置底部用在中间位置留有直径2 mm孔的PVC板密封，软塑管连接该孔，承接淋溶液。为降低界面效应和实现一定的过滤效果，在土层表面和底层装入2 cm厚的石英砂(粒径3 mm)。

1.3 测定方法

图1 淋溶装置示意图

SAR的计算公式为

(1)

式(1)中：为SAR的值；(Na)、(Ca、(Mg)分别表示Na、Ca、Mg的含量。

1.4 数据分析

采用Excel 2016软件整理数据，制作图表。用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，对有显著(<0.05)差异的，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对淋溶液电导率的影响

添加木醋液、粉煤灰、园林废弃物堆肥后，土壤淋溶液的EC值均较CK提高，其中，试验初期，T2处理土壤淋溶液的EC值可达CK的3.7倍。Wilcox提出，当土壤饱和浸出液的EC值小于2 mS·cm时，对作物不产生盐害。据此判断，在CK、T1、T2、T3处理下，要让土壤淋溶液的EC值低于2 mS·cm，所需天数分别为28、22、16、26 d。也就是说，施加改良材料后，土壤淋溶液EC值低于2 mS·cm所需时长可较CK缩短2～12 d，其中，添加粉煤灰的处理需时最短，添加园林废弃物堆肥的处理需时最长。淋溶过程中，根据土壤淋溶液EC值的变化速度，一般可以分为急降、缓降、稳定3个阶段。本研究中，CK处理只有缓降和稳定2个阶段，添加改良材料后，能在前期加速淋洗。从急降到缓降的变化速率来看，T2和T3处理要快于T1和CK。至淋洗结束(即淋溶液的EC值稳定在0.6 mS·cm)，CK、T1、T2、T3处理所需的天数分别为48、38、32、46 d。显然，添加木醋液、粉煤灰、园林废弃物堆肥都能提高盐分洗脱速率，其中，粉煤灰的效果最好，其次是木醋液。

图2 不同处理下土壤淋洗液电导率(EC)的变化

2.2 对淋溶液中主要离子浓度的影响

图3 不同处理下土壤淋溶液中主要阳离子的浓度变化

图4 不同处理下土壤淋溶液中主要阴离子的浓度变化

2.3 对土壤盐分指标及主要盐分离子含量的影响

添加木醋液、粉煤灰、园林废弃物堆肥淋溶后，土壤pH值均显著(<0.05)低于CK(表2)，其中，T2处理的pH值最低，且显著(<0.05)低于其他处理，而T1和T3处理的土壤pH值差异不显著。淋溶后，T2处理的土壤EC值显著(<0.05)低于CK处理，而T1和T3处理的土壤EC值均显著(<0.05)高于CK处理，且这2组间不存在显著差异。钠吸附比(SAR)是评价土壤盐碱化程度的重要指标，其值越大，说明对土壤的危害越大。T2处理较CK显著(<0.05)降低了淋溶后土壤的SAR值，降幅达56.63%；而T1和T3处理却较CK显著(<0.05)增加了淋溶后土壤的SAR值，说明添加木醋液和园林废弃物堆肥并不能降低盐碱危害。

表2 不同处理淋溶后土壤的盐分指标

3 讨论

本研究中，添加木醋液、粉煤灰、园林废弃物堆肥后，淋溶液中的电导率变化呈急降、缓降、稳定3个阶段，从淋溶开始至淋溶液中的EC值趋于稳定所需要的时间分别为38、32、46 d，均低于对照组的48 d，其中，添加粉煤灰的处理所需时间最短。

表3 不同处理下淋溶后土壤中主要盐分离子的含量

一般来说，pH值接近于7和EC值低于1 mS·cm的土壤环境更利于植物生长。淋溶结束后，添加粉煤灰的处理土壤pH值、EC值降低最明显，而添加木醋液、园林废弃物堆肥的处理土壤pH值降低，EC值增加。这可能是因为，木醋液中含有多种有机酸，园林废弃物堆肥中的腐植酸(硝基腐植酸铵、硝基腐植酸)可调节土壤的pH值，粉煤灰中的AlO和SiO可与OH反应，从而消耗土壤中的OH。当土壤中的盐分含量过高时，Na不仅会抑制植物对K的吸收，还会增加植物根中K的向外渗透，造成植物缺素。Ca、Mg能够有效减轻Na的毒害。Ca不仅能保证Ca信号系统传递，还能增加质膜的稳定性，阻止细胞内K外流和Na大量进入，降低盐分尤其是Na对功能器官的毒害。SAR值能直观地反映土壤中Ca、Mg、Na的含量关系，SAR值越大，说明Na含量越高，当其值大于10时，可认为土壤受到盐分毒害。本研究发现，添加粉煤灰后淋溶，能明显降低土壤的SAR值。这可能是因为，随着粉煤灰的添加，Ca、Mg交换出土壤中的Na，使得Na被淋失。

总的来看，添加木醋液、粉煤灰、园林废弃物堆肥对滨海盐碱土的淋溶都有促进作用，其中，添加粉煤灰可使土壤中的8种主要离子的含量在短时间内迅速减低，缩短盐分淋溶时间。淋溶结束后，土壤的pH值、EC值和SAR值均较CK显著降低，土壤盐分毒害降低，改良效果最优。添加木醋液和园林废弃物堆肥虽然也能促进土壤中盐分的淋溶，但淋溶后土壤中的盐分含量仍然较高，尤其是较高的Na含量导致土壤SAR值进一步增加。综合对比，在本试验条件下，滨海盐碱土的改良宜添加粉煤灰。该结果有助于拓宽粉煤灰的利用途径，减少其对环境的污染。但要说明的是，粉煤灰中含有少量有害元素，其用量应合理。研究证明，以不超过土壤体积10%的比例施用粉煤灰，一般不会造成作物的毒害，但在应用粉煤灰时，仍应加强对土壤质量的检测，避免二次污染。