農藝覆蓋措施改良鹽堿地技術研究與效果分析

劉建強，畢華軍，毛衛(wèi)兵，王 昕

(1.山東省水利科學研究院，山東濟南250013;2.山東農業(yè)大學，山東泰安271000)

1 前言

黃河三角洲地區(qū)，是以黃河歷史沖積平原和魯北沿海地區(qū)為基礎，向周邊延伸擴展形成的經(jīng)濟區(qū)域。地域范圍包括山東省東營和濱州兩市全部，以及與其相毗鄰，自然環(huán)境條件相似的濰坊北部寒亭區(qū)、壽光市、昌邑市，德州樂陵市、慶云縣，淄博高青縣和煙臺萊州市。共涉及6個設區(qū)市的19個縣(市、區(qū))，總面積2.65萬km2，占全省的六分之一。

黃河三角洲區(qū)位條件優(yōu)越，自然資源豐富，開發(fā)前景廣闊，主要體現(xiàn)在土地資源優(yōu)勢方面，擁有未利用地811萬畝。盡管該區(qū)域土地后備資源豐富，但開發(fā)難度大，改造成為中高產田的難度更大。主要制約因素包括:一是淡水資源短缺，二是生態(tài)環(huán)境相對脆弱。該區(qū)域地形低平，地下水埋深淺、礦化度高，土壤質地粘重，排水困難。導致大量鹽分(特別是Na+)在土壤中過度積累，造成土壤顆粒分散、結構惡化、土壤導水率和入滲率降低等惡劣的土壤物理性狀。導致各種鹽堿耕地的產量低而不穩(wěn)，嚴重制約著區(qū)域農業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。多年來，當?shù)卦诟牧嫉彤a鹽堿地上采用了各農藝措施，如高茬收割、鋪沙壓堿、麥秸翻壓、秸稈覆蓋等，并取得了一定的改鹽增產效果，但尚未大規(guī)模的推廣應用。

鹽堿地改良一直是世界性難題。我國有5億畝以上的鹽堿地及受鹽堿危害的中低產田，處于植被稀疏、生產力低下的原始狀態(tài)，導致大量的土地資源浪費。因此，系統(tǒng)的研究鹽堿地綜合改良技術，并在推廣中進行技術集成與提升，形成外控內排和農藝措施以及生物措施相結合的系統(tǒng)性改堿技術模式加以推廣，對全國的鹽堿地改良具有重要的指導意義，是一項穩(wěn)天下的富民工程，是將低產田、鹽堿荒地改造成為中高產田的主要措施。本項研究主要介紹了農藝覆蓋措施對鹽堿地改良的技術措施和效果分析。

2 農藝覆蓋措施改堿技術研究

本研究示范區(qū)選擇在濱州市陽信縣水落坡鄉(xiāng)境內，項目區(qū)西起濱州市小開河干渠，東止雙保三，南起支七渠，北止溫水線?？偯娣e1.48萬畝，其中耕地面積1.2萬畝，示范區(qū)面積1 020畝。

2.1 試驗材料與方法

本研究采取定位試驗，在項目區(qū)的二號地塊，研究了不同農藝措施與鹽化潮土的土壤理化性狀、土壤鹽分和作物產量間的關系，綜合評價不同農藝措施的鹽堿地改良效果。

2.1.1 試驗地塊位置

項目區(qū)2號地塊(見圖1)位于項目區(qū)中間偏南的位置。2號地塊的地表高程為7.08 m，在項目區(qū)內屬于地勢相對較低的區(qū)域。另外，在2號地塊的東面，緊鄰支渠雙保三，雙保三為灌排合一的支渠，在排水季節(jié)，是項目區(qū)內的主要排水渠道。由于地勢低洼，又緊鄰渠道，導致地下徑流遲緩。因此，2號地塊的排水相對遲緩。特別是雨季，經(jīng)常造成地面積水，嚴重影響作物生長和產量。

2.1.2 土壤基本情況

土壤類型為氯化物鹽化潮土。鹽化潮土是潮土向鹽土的過渡類型，主要是受地下水作用，使潮土附加了鹽化過程的土壤。鹽化潮土是黃河三角洲地區(qū)的主要土壤類型之一，主要分布各縣市洼地邊緣或緩平坡地中下端和洼坡地帶，多與潮土亞類或濕潮土亞類插花分布，從南向北面積逐漸增。

2.1.3 試驗布置

本次田間試驗選擇了秸稈翻耕、土壤有機改良劑骨料、對照試驗三種不同的處理方式，每種處理3個水平，兩次重復，共18個試驗小區(qū)。為了和當?shù)剞r業(yè)耕作方式保持一致，方便農業(yè)機械在田間運行。為了減少田間試驗的誤差，消除田間自然土壤變異對試驗結果的影響，加大了每個試驗小區(qū)的面積，試驗小區(qū)面積設計成3 m×15 m=45 m2，種植作物為棉花。為了便于和當?shù)馗鞣N鹽堿土改良方法的效果比較，三種處理的播種量、耕作施肥方式、施肥量等與當?shù)剞r民采用的方式完全一致。

圖1 2號地塊位置示意圖

各處理直接按照土壤有機改良劑骨料和作物秸稈的添加量命名，分別是:對照三個處理，分別是CK1、CK2、CK3。秸稈耕翻三個處理，分別是P1、P2、P3。P1處理的秸稈使用量是300 kg/畝，P2處理的秸稈使用量是200 kg/畝，P2處理的秸稈使用量是100 kg/畝。土壤改良劑骨料三個處理，分別是GL1、GL2、GL3。在GL1處理中，土壤有機改良劑骨料的使用量是350kg/畝。在GL2處理中，土壤有機改良劑骨料的使用量是240 kg/畝。在GL3處理中，土壤有機改良劑骨料的使用量是130 kg/畝。上述每種處理重復2次。本次田間試驗不同處理的名稱與用量見表1。

表1 2號地田間試驗不同處理的名稱與用量

土壤有機改良劑骨料和秸稈在田間試驗中的使用方法基本一致，都是在耕地前將土壤有機改良劑骨料和作物秸稈灑在地表，然后用旋耕犁隨播種前耕地將土壤有機改良劑骨料、秸稈翻入地下約30 cm，使其與各試驗小區(qū)中0～30 cm的土壤充分混合均勻。土壤有機改良劑骨料粉碎后過2 mm篩，作物碎秸稈的長度小于1 cm。

2號地試驗于2012年4月19日開始進行田間試驗的布置與試驗前土壤取樣，4月30日播種，11月10日棉花完全收獲。田間試驗的監(jiān)測項目包括:土壤鹽分的定期監(jiān)測分析，土壤結構、土壤孔隙狀況、土壤顆粒組成與級配、土壤養(yǎng)分等的測定分析。

2.1.4 土壤采樣與分析測定

2012年4月棉花播種前，在田間均勻的取了12個測點，每點分0～20 cm和20～40 cm兩個土層測定土壤容重，然后求平均值，作為改良前土壤的容重，以便于和棉花收獲后的土壤結果進行比較。并同時取原狀土進行孔隙度測定，分別測定土壤總孔隙度和毛管孔隙度。

在2012年11月棉花收獲后，在每個小區(qū)內按照S形狀各選3個點，進行土壤樣品的采集與田間測試分析。土壤容重的測定方法是每點取樣深度為40 cm，分為0～20 cm、20～40 cm兩個土層，每個土層用標準容重環(huán)(100 cm3)取原狀土，烘干后稱土壤質量，用烘干后的土壤質量除以容重環(huán)的體積(100 cm3)，計算出土壤容重。

土壤總孔隙度用田間實測的土壤容重與土壤顆粒密度進行簡單計算得出。土壤大孔隙(pores＞0.03 mm)用matric potential在10 kPa時原狀土柱的排水量估算。土壤導水率用Umwelt－Ger?te－Technik GmbH 生產的 Hood Infiltrometer在田間進行實際測定，每個小區(qū)測3個點，每個點分別用3個不同的水頭壓力，測定土壤飽和導水率。

土壤鹽分按照0～5 cm、5～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm 八個層次取樣，取樣深度根據(jù)實際情況，以取到地下飽和土層。水溶性鹽總量的測定用陰陽離子重量之和法(5∶1水土浸提)。

土樣帶回實驗室風干，一部分測定土壤顆粒組成，另一部分過篩去除雜質后，進一步研磨用于有機質等土壤養(yǎng)分和鹽分含量的測定。土壤有機質用KCr2O7容量法—外加熱法，全N用開氏法消煮—擴散法，全P用HClO4—濃H2SO4外加熱消煮—分光光度法，速效N用堿解擴散法，速效P用0.5 M NaHCO3浸提—分光光度法，速效K用1 N NH4OAc浸提—火焰光度法。

土壤顆粒分析采用篩分與沉降相結合的方法進行，每個土壤樣品中﹥0.1 mm的土壤顆粒用標準土壤篩進行篩分，將剩余的﹤0.1 mm水土混合液轉入1 000 ml量筒用沉降法進行測定。

2.1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗中各處理的數(shù)據(jù)用excel進行統(tǒng)計分析，方差分析使用SPSS15.0統(tǒng)計分析軟件，數(shù)據(jù)平均值之間的差異用T檢驗，差異顯著性水平為P﹤0.05。棉花產量以各試驗小區(qū)實際收獲的籽棉產量進行統(tǒng)計分析。

在2012年6－9月期間，試驗區(qū)所在區(qū)域的降水較常年偏多48%。特別是在2012年7月30日至8月5日，在一個星期之內，試驗區(qū)的降雨量達301.8 mm，造成整個區(qū)域產生大面積內澇，對2號地各試驗小區(qū)種植的棉花產量造成了很大影響。

2.2 結果與分析

2.2.1 土壤容重的變化

土壤容重是土壤的基本物理性狀，對土壤的透氣性、入滲性能、持水能力、溶質遷移特征以及抗侵蝕能力都有非常大的影響。自然條件下土壤容重由于受成土母質、成土過程、氣候、生物作用及耕作的影響是一個高度變異的土壤性質。

試驗結果顯示，在0～20 cm和20～40 cm土層，對照處理的土壤容重分別為1.48 g/cm3和1.51 g/cm3。在土壤中添加有機改良劑和作物秸稈后，0～20cm土層的土壤容重呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。在20～40cm土層，與對照相比，各種處理的土壤容重都有一定程度下降。特別是P1、P2、P3三種秸稈處理，在0～20 cm和20～40 cm土層的土壤容重下降明顯，因此，作物秸稈耕翻對粘質鹽堿土的土壤容重有明顯的改善，見圖2。

圖2 不同農藝措施對土壤容重的影響

試驗結果顯示，項目區(qū)土壤質地粘重，土壤容重大，在不同深度土層之間，土壤容重的均值差異不大。除少數(shù)地區(qū)較肥沃的耕層土壤容重在1.25 g/cm3左右外，大部分地塊各土層土壤容重平均值的變化范圍在1.401～1.562 g/cm3之間，部分地區(qū)的自然土壤緊實程度更高，土壤容重一般在1.60 g/cm3左右。

通過各種農藝措施改良后，對2號地各試驗小區(qū)不同處理的土壤容重變化分析進行，結果顯示:秸稈耕翻和有機改良劑可以降低明顯鹽堿土壤的容重，改善土壤的緊實狀況。并且隨著作物秸稈和土壤有機改良劑用量的增加，土壤容重的下降幅度也隨之增大。

2.2.2 土壤孔隙度的變化

1)土壤總孔隙度

土壤孔隙是土壤水分、空氣的通道和貯存場所，土壤總孔隙度包括毛管孔隙度和非毛管孔隙度。由于土壤容重是土壤總孔隙度的決定因素，所以，土壤總孔隙度的演變與該土層土壤容重演變一致。在農業(yè)生產上，耕層土壤總孔隙度在50.0% ～56.0%，下層土壤在50.0%時，對作物生長有利。

通過對項目區(qū)不同區(qū)域土壤總孔隙度分析結果顯示，項目區(qū)大部分土壤的總孔隙度都普遍小于48%，一般在40% ～47%左右，土壤緊實、通透性能差是黃河三角洲地區(qū)多數(shù)低洼鹽堿土壤的普遍特征。項目區(qū)不同地塊的土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等分析結果見表2。

表2 項目區(qū)改良前不同地塊土壤孔隙狀況

從表2的數(shù)據(jù)中可以看出，項目區(qū)不同地塊之間的土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度等沒有明顯差別。從區(qū)域土壤孔隙的整體情況來講，都屬于土壤總孔隙度和非毛管孔隙度小，土壤毛管孔隙度大，通氣孔隙數(shù)量較少，土壤通氣狀況不良。

試驗結果顯示，通過采用各種農藝措施，各處理中土壤總孔隙度有一定程度的提高。特別是加入作物秸稈的三個處理總孔隙度呈現(xiàn)出明顯上升的趨勢。在0～20 cm表層土壤中，與對照處理相比較，P1、P2兩種秸稈處理的總孔隙度分別提高為49.43%、47.17%，比對照處理的總孔隙度增加了 11.97% 和6.84%。但是P3處理的總孔隙度為43.77%，比對照下降了0.85%，有略微下降，應屬于土壤自然的變異范圍。試驗結果見圖3。

圖3 不同農藝措施對土壤孔隙度的影響

由圖3可見，土壤有機改良劑骨料的三個處理總孔隙度也呈現(xiàn)出明顯上升的趨勢。在0～20 cm表層土壤中，與對照處理相比較，三種有改良劑處理的總孔隙度分別提高為49.43%、46.79%和47.39%，比對照處理的總孔隙度都有明顯增加。在20～40 cm土壤中，土壤孔隙度也有一定程度的改善，但是其變化明顯小于表層土壤。

2)土壤毛管孔隙度、非毛管孔隙度和通氣孔隙度

土壤毛管孔隙是土壤水分貯存、運動的場所，土壤毛管孔隙過少不易保水，過多則保水性過強，易產生漬澇。黃河三角洲地區(qū)的土壤，特別是鹽化潮土的土壤總孔隙度和非毛管孔隙度小，毛管孔隙度大，旺盛的毛管作用是表層土壤鹽分聚集的重要原因之一。由表6－2可見，項目區(qū)土壤的非毛管孔隙度在3% ～6%之間，毛管孔隙度在40～43%左右，土壤毛管作用強烈。

一般農田中，耕作層土壤通氣孔隙的比例在10%時較為適宜，若非毛管孔隙小于10%，不能保證空氣充足，土壤通氣性差。但是項目區(qū)土壤通氣孔隙的比例一般都小于10%，所以多數(shù)地塊的土壤通氣狀況不能完全滿足各類作物生長的需要。

試驗結果顯示，通過采用各種農藝措施，土壤孔隙狀況的改善呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即:各處理中土壤通氣孔隙度有不同程度的提高，特別是大孔隙的數(shù)量有所提高，但是土壤毛管孔隙的數(shù)量略有下降，非毛管孔隙度也有不同程度的下降趨勢。

與對照處理相比，對土壤孔隙狀況改善效果最好的是GL1、GL2、GL3、和P2三種處理。P1處理對大孔隙數(shù)量的提高最為明顯。但是，由于土壤大孔隙數(shù)量偏高，導致棉花在各個生育期，特別是棉花苗期的生長表現(xiàn)不良，出苗不全，影響到棉花的生長和產量。

2.2.3 土壤飽和導水率的變化

試驗結果顯示，向鹽漬土壤中添加有機改良劑和作物秸稈，都可以明顯改善土壤的導水性能。試驗結果顯示，對照區(qū)土壤飽和導水率(Kf)較低，僅為22.2 cm/d，而其它五種處理的飽和導水率比CK顯著增加。從各試驗小區(qū)所有實測的土壤飽和導水率數(shù)據(jù)來看，整體表現(xiàn)為隨著有機改良劑和秸稈加入量的增加，土壤中大孔隙的數(shù)量隨之增加，土壤飽和導水率也明顯增加，各處理中土壤大孔隙大孔隙的比例與飽和導水率呈現(xiàn)明顯的正相關性，見圖4。

圖4 土壤飽和導水率與土壤大孔隙數(shù)量的相關性

通過對2號地土壤飽和導水率的結果分析，可以發(fā)現(xiàn)當作物秸稈用量增加到300 kg/畝時，土壤飽和導水率最大，達到118.4 cm/d。但是當飽和導水率過高時，會造成土壤保水、保肥能力下降，影響作物產量。

2.2.4 土壤有機質的變化土壤有機質是地球表層系統(tǒng)中最大、最具活性的碳庫，其微小的數(shù)量變化都會對未來大氣中二氧化碳濃度產生非常顯著的影響，對全球變化有著極其重要的作用。在農業(yè)生產中，土壤有機質是一種寶貴的自然資源，是影響土壤質量的核心因子，決定著土地生產力水平的高低。有機質貧乏是黃河三角洲地區(qū)土壤的普遍特點。試驗結果顯示，通過采用各種農藝措施，土壤有機質的含量明顯提高，且呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，即:各處理中土壤有機質的含量隨有機改良劑和作物秸稈數(shù)量的增加而提高。各種處理中，有機質變化比較明顯的是0～20 cm表層土壤，20～40 cm土層中有機質的變化明顯小于表層土壤。以0～20 cm土層有機質數(shù)量的變化為例，2號地塊不同處理在0～20 cm中有機質的數(shù)量均有一定程度的提高，有機質數(shù)量提高最為明顯的是添加有機改良劑骨料的最大量處理。GL1處理的土壤有機質含量比對照處理提高了53.68%。秸稈P3處理的土壤有機質含量基本沒有比變化。統(tǒng)計分析結果見圖5。

圖5 不同農藝措施處理土壤有機質變化

2.2.5 土壤各類養(yǎng)分的變化

土壤中各類養(yǎng)分是土壤肥力的基本保證，是實現(xiàn)耕地生產能力可持續(xù)發(fā)展的物質基礎。項目區(qū)2號地采用各種農藝措施后，土壤中各種養(yǎng)分含量的變化見表3。

表3 項目區(qū)2號地不同農藝處理土壤養(yǎng)分含量

由于有機改良劑和作物秸稈含有一定數(shù)量的營養(yǎng)物質，對提高項目區(qū)的土壤質量有明顯的促進作用。因此，使用后土壤中各類養(yǎng)分含量均有不同程度提高。特別是在0～20 cm表層土壤中，各類養(yǎng)分含量的增加幅度要明顯大于20 cm以下的土層。其中速效N、P、K的含量顯著上升，全N、P、K含量的增加幅度小于其速效養(yǎng)分含量的增加。以各地塊全N和速效N為例，變化規(guī)律基本一致。在土壤有機改良劑處理中，GL1處理的土壤全N和速效N增加幅度最大，GL2次之，GL3最小，與添加土壤有機改良劑的數(shù)量完全一致。分析統(tǒng)計結果見圖6。

圖6 不同農藝措施處理土壤全N和速效N的變化

2.2.6 土壤含鹽量變化

2012年4月1日，在進行試驗布置之前，對2號地塊進行土壤取樣測定土壤含鹽量及基本理化性狀。隨后從2012年5月8日棉花出苗以后，定期對各試驗小區(qū)土壤進行取樣，測定土壤含鹽量。試驗結果顯示，在各處理中，不同土層的土壤含鹽量呈現(xiàn)不同程度的變化。并且隨時間的變化，土壤含鹽量的變化也呈現(xiàn)出不同規(guī)律性，見圖7。

圖7 不同農藝措施處理土壤含鹽量變化

2.2.7 棉花產量統(tǒng)計分析

2012年6－9月，試驗區(qū)所在區(qū)域降水較常年偏多48%。特別是在2012年7月31日至8月1日，試驗區(qū)的降雨量達157 mm，造成大面積內澇，對試驗小區(qū)種植的棉花產量造成了一定影響。

棉花產量按照各試驗小區(qū)的實際產量進行統(tǒng)計，棉花產量在不同處理的兩個重復之間的變化趨勢基本一致，故取其平均值。棉花產量統(tǒng)計結果顯示，P2處理產量最高，兩個重復小區(qū)平均收獲籽棉6.3 kg;其次是P3處理，兩個重復小區(qū)平均收獲籽棉6 kg;對照處理平均收獲棉花5.4 kg。P1、GL1、GL2三個處理，平均收獲棉花基本都在5.7 kg，各處理間棉花產量沒有明顯差異;GL3處理的棉花產量最低為5.3 kg。2號地各農藝措施試驗處理的棉花產量統(tǒng)計分析，見圖8。

圖8 不同農藝措施處理棉花產量統(tǒng)計

3 結語

(1)土壤有機改良劑和作物秸稈翻耕等農藝措施，可以明顯改善鹽堿土壤的理化性狀，提高鹽堿土壤中有機質及其他養(yǎng)分含量，對于黃河三角洲低產鹽堿土壤改良，提高其土地質量是成本低廉且行之有效的措施。

(2)作物秸稈屬于黃河三角洲地區(qū)的農業(yè)廢棄物，易于獲得。采用作物秸稈粉碎后耕翻入田的措施，可以有效改良鹽堿土壤的物理性狀，增加土壤導水性能，快速降低土壤鹽分、提高作物產量。其田間操作技術簡單，不需要石膏那樣高昂的成本，也避免了利用粉煤灰、各種礦渣對土壤和地下水的污染。又有效避免了大量秸稈覆蓋帶來的作物病蟲害和減產問題。

(3)根據(jù)對土壤理化性狀的綜合分析，結合試驗小區(qū)收獲的棉花產量，在黃河三角洲地區(qū)，改良粘質氯化物鹽化潮土時，作物秸稈粉碎后施入農田的適宜用量為200kg/畝。秸稈施入過多會導致土壤大孔隙數(shù)量偏多，雖然土壤鹽分降低，但是土壤的保水、保肥能力下降，不利于作物根系生長，試驗結果顯示，對棉花出苗影響較大。

(4)有機肥可以提高土壤有機質的含量，改善土壤物理性狀，但是由于含有高濃度的氯離子、鈉、鉀和氨等成分，對土壤鹽分含量的降低沒有明顯的效果，另外還對地下水有一定污染。

(5)土壤中大孔隙的數(shù)量與土壤飽和導水率呈現(xiàn)出明顯的正相關，通過各種農藝措施調控土壤孔隙狀況，可以明顯改善鹽漬土壤的飽和導水率，有助于灌溉后鹽堿土壤中可溶性鹽分的淋洗，快速降低土壤含鹽量，促進作物生長、提高作物產量。

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