姜美玲, 孫向陽, 欒亞寧, 郭 城, 龔小強(qiáng), 武軒韻

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 北京 100083)

不同改良劑對融雪劑鹽害土壤的修復(fù)效果

姜美玲, 孫向陽, 欒亞寧, 郭 城, 龔小強(qiáng), 武軒韻

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院, 北京 100083)

摘要：[目的] 探究不同改良劑對融雪劑鹽害土壤的修復(fù)效果及其對矮牽牛生長的影響，為改良劑的大田推廣提供理論依據(jù)。 [方法] 采用香菇菌糠、平菇菌糠和脫硫石膏3種改良劑，通過土柱室內(nèi)模擬試驗(yàn)，對改良后土壤的pH值，土壤電導(dǎo)率(EC)，K+，Na+，Cl-、容重和孔隙度進(jìn)行測定。 [結(jié)果] 改良處理后，pH值均有不同程度的降低；香菇菌糠施用量為24 g/kg時，降低土壤EC值效果最顯著；平菇菌糠改良可以有效提高土壤中K+離子含量；對于降低土壤中Na+離子含量而言，表現(xiàn)為：平菇菌糠>香菇菌糠>脫硫石膏；香菇菌糠處理(24 g/kg)對于降低土壤中Cl-離子含量、土壤容重和提高孔隙度等方面效果最顯著，土壤容重比CK減少了57.3%，孔隙度增加了24.6%，使矮牽牛單株鮮重較CK增加了244.64%。 [結(jié)論] 當(dāng)香菇菌糠施用量達(dá)到24 g/kg時，改良融雪劑鹽害土壤的效果最顯著。

關(guān)鍵詞：融雪劑; 香菇菌糠; 平菇菌糠; 脫硫石膏; 施用量; 矮牽牛

近年來融雪劑的頻繁使用導(dǎo)致了土壤受到嚴(yán)重的危害，融雪劑一般為價格較便宜的氯鹽類，以氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等一種物質(zhì)或幾種物質(zhì)為主要成分,非氯鹽類的融雪劑比較貴，一般不會使用[1]。通過鹽堿地以及鹽漬土的改良可以延伸到融雪劑污染土壤的改良，其作用機(jī)理是相同的，受融雪劑污染的土壤也屬于鹽害土，而融雪劑對土壤的污染最直接就表現(xiàn)在植物的生長上。

一般認(rèn)為，Na+和Cl-溶解度較高，容易在土壤中蓄積，不容易被降解或吸附，導(dǎo)致土壤鹽度上升。而且Na+通過離子交換置換土壤中Ca2+，Mg2+，K+等離子，使植物細(xì)胞內(nèi)Ca2+，Mg2+，K+等離子的含量降低，抑制植物對有效離子的吸收。此外，Na+離子濃度過高，會分散土壤中有機(jī)顆粒和無機(jī)顆粒，導(dǎo)致土壤板結(jié)，滲透能力下降，土壤通氣透水性下降[2-3]。余海英等[4]研究表明融雪劑鹽害土壤主要以EC值和主要鹽分離子Na+，Cl-含量增加為顯著特征，其分布沒有明顯的規(guī)律性。郭城等[5]通過在天安門鋪設(shè)吸附層，證明由海泡石絨、沸石、腐殖質(zhì)3種材料組成的吸附層，能夠吸附融雪劑中Na+、Cl-等無機(jī)離子。根據(jù)“鹽隨水走”的水鹽運(yùn)行規(guī)律，灌水能夠使鹽害土壤中的離子排除，達(dá)到改良土壤的目的[6]。王曉洋等[7]通過添加不同的改良劑，結(jié)果證明，腐殖酸改良濱海鹽漬土效果最好，腐殖酸與石膏配施是濱海鹽漬土適宜的改良劑組合。添加改良劑、灌溉以及隔鹽層都能夠達(dá)到改良和預(yù)防鹽害土壤的目的，菌糠和脫硫石膏改良土壤的原理一致，均可通過Ca2+對土壤膠體吸附的Na+進(jìn)行交換，提高土壤孔隙度，達(dá)到改良土壤的目的。

本研究通過添加香菇菌糠、平菇菌糠和石膏等3種改良劑以及牽?；ǖ脑耘嘣囼?yàn)，探索不同改良劑對鹽害土壤的改良效果以及最佳施用量，為改良劑的大田推廣提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1　供試材料

供試土壤取自北京市海淀區(qū)北京林業(yè)大學(xué)北路栽培用土，基本性質(zhì)見詳表1。改良劑選用香菇菌糠和平菇菌糠，購買自北京朝陽園林廢棄物堆肥處理基地，pH值分別為6.93，7.25；脫硫石膏(CaSO4·2H2O)購買于山西太原電廠，pH值7.94。融雪劑購買于大連申維建材制品有限公司，NaCl含量為95%。

表1　供試土壤的理化性質(zhì)

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

(1) 試驗(yàn)處理。試驗(yàn)共設(shè)10個處理(表2)，每個處理3次重復(fù)。X1，X2和X3分別表示香菇菌糠改良劑，P1，P2和P3分別表示平菇菌糠改良劑，S1，S2和S3則分別表示脫硫石膏改良劑，CK為空白對照，不加任何改良劑。

首先進(jìn)行室外分層取土，分層將土裝入土柱，每個土柱5 kg,每隔10 cm有1個取樣孔，土柱底面直徑10 cm,高65 cm,將0.785 g的融雪劑溶于150 ml水中(以100 g/m2的標(biāo)準(zhǔn)[8])，利用恒流泵將融雪劑加入土柱中，保證融雪劑均勻滲入土壤。按照以上方法處理33個土柱，穩(wěn)定后選取改良處理之外的3個土柱，測定融雪劑污染后的土壤性狀作為原始值，然后添加改良劑并注入500 ml水，使土壤保持濕潤，脫硫石膏是粉末狀，直接施于土壤表面，平菇菌糠和香菇菌糠與表層土壤0—10 cm混合，試驗(yàn)為期30 d，結(jié)束后進(jìn)行測定分析。

(2) 矮牽牛的栽培試驗(yàn)。改良后的土壤進(jìn)行室內(nèi)栽培試驗(yàn)，矮牽牛采用先育苗后移栽的方法，為期2個月后收獲并測定各種生物指標(biāo)。

1.3　測定指標(biāo)與方法

土樣分析采用水土比為5∶1進(jìn)行浸提，土壤容重采用環(huán)刀法進(jìn)行測定，土壤孔隙度可由土壤容重算出；pH值用酸度計(jì)測定，電導(dǎo)率(EC)用電導(dǎo)率儀測定，K+，Na+用火焰光度計(jì)法測定，Cl-采用AgNO3滴定法測定[9]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 18.0軟件進(jìn)行處理分析。

表2　土壤改良試驗(yàn)方案

2結(jié)果分析與討論

2.1　施用不同改良劑對土壤pH值的影響

圖1　不同改良劑處理后土壤pH的變化

注：同行不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。下同。

2.2　施用不同改良劑對土壤EC值的影響

土壤0—10 cm和10—20 cm的土層EC值分別為1.184，0.9 mS/cm。從圖2可以看出，在0—10 cm土層，石膏改良處理后，EC值較對照處理明顯升高，S1，S2和S3處理均顯著高于CK(p≤0.05)，但S1和處理前相比降低了0.32，原因可能是由于脫硫石膏中Ca2+的增加，使總鹽含量相對升高，從而導(dǎo)致EC值升高[10]，在香菇菌糠和平菇菌糠處理后，僅X3處理顯著低于對照CK，而P1與CK相比差異不顯著，其他處理相比CK顯著升高。對于10—20 cm土層，脫硫石膏和平菇菌糠各處理均顯著高于CK處理，隨著平菇菌糠施用量的增加，EC降低值逐漸減少，原因可能是平菇菌糠本身EC值相對較大，而香菇菌糠處理后，X1與對照相比差異不顯著，X2顯著高于CK處理，X3處理則顯著低于對照CK。上述結(jié)果表明，X3(24 g/kg)處理對降低土壤EC值效果最好。

圖2　不同改良劑施用后土壤EC值的變化

2.3　不同改良劑的施用對土壤中水溶性鈉離子含量的影響

施用脫硫石膏的目的是利用脫硫石膏中的Ca2+對土壤膠體吸附的Na+進(jìn)行交換，并通過一定的淋洗，達(dá)到改良土壤的目的[12]。施用菌糠也是為了將土壤中釋放出的Na+被Ca2+交換[11]，從而使鈉離子含量降低，減輕土壤鹽害，使土壤膠體主要吸附Ca2+，促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤肥力[13]。

從表3可以看出，處理前土壤中水溶性鈉離子平均含量在0—10和10—20 cm土層分別為1.54和0.73 g/kg,為重度鹽化下的鈉離子含量水平，已超出土壤可以承受的鈉離子含量0.58 g/kg[14]。添加改良劑處理之后，在0—10 cm土層，P1，P2，P3，X1，X2和X3處理的鈉離子相對降低量均顯著高于CK(p≤0.05)，香菇菌糠和平菇菌糠處理后，隨著施用量的增加，鈉離子相對降低量越大，最高達(dá)91.06%，處理S1，S2和S3處理的鈉離子相對降低量則與CK差異不顯著(p≤0.05)，但除S1以外，相對降低量均比對照高，且隨著石膏施用量的增加，鈉離子含量降低效果越好。在10—20 cm土層，9個改良處理的鈉離子相對降低量與CK相比差異均不顯著(p≤0.05)，但各處理相對降低量均比對照高，而且香菇菌糠處理后，仍是隨著施用量的增加，鈉離子相對降低量越大，其他改良劑則相反。同時，可以看出改良之后CK和9個改良處理在0—10和10—20 cm土層鈉離子含量范圍分別為0.14～0.39和0.11～0.18 g/kg，均達(dá)到正常水平。上述結(jié)果表明，各改良劑處理鈉離子降低作用主要發(fā)生在0—10 cm土層，各改良劑中平菇和香菇為最優(yōu)改良劑，與對照相比改良效果顯著，且平菇菌糠>香菇菌糠，而對10—20 cm土層作用相對較弱。

2.4　不同改良劑對土壤水溶性K+含量的影響

由表4可以看出，添加改良劑之前，K+含量處在同一水平，0—10 cm和10—20 cm土層K+含量分別為0.08和0.06 g/kg，而土壤中鉀離子正常允許范圍是0.75～1.24 g/kg[14]，可見融雪劑鹽害土壤均明顯低于正常K+所需水平。改良處理之后，0—10 cm土層K+范圍為0.04～0.45 g/kg，10—20 cm土層K+含量范圍是0.03～0.11 g/kg，明顯可以看出0—10 cm和10—20 cm土層，K+含量有所降低也有所升高。同時可以看出，對于0—10 cm土層脫硫石膏處理可以使K+含量降低，這可能是因?yàn)槊摿蚴嘀械腃a2+與土壤中的K+發(fā)生離子交換作用，且S1相對降低量達(dá)到最大，達(dá)到14.31%，但相比對照高出33.25%，且隨著石膏施用量的增加，這種現(xiàn)象逐漸減弱，S2和S3處理后，升高量顯著高于CK。0—10 cm土層香菇和平菇菌糠處理后，只有X3處理顯著低于對照CK，其他各處理相比對照，均顯著升高。香菇菌糠處理是隨著施用量的增加，K+離子升高量越小，平菇菌糠處理P3效果最好，相比對照高出447.20%，這有可能是因?yàn)樘砑泳肥沟玫V物態(tài)鉀不斷分解，水溶性鉀離子含量增加，改善土壤結(jié)構(gòu)[15],這與謝修鴻等[16]研究黑木耳菌糠改良鹽堿地的結(jié)論相一致。對于10—20 cm的土層，脫硫石膏和平菇菌糠各處理相比對照顯著升高，香菇菌糠X1和X2相比對照無顯著影響，X3顯著低于對照CK，趨勢和0—10 cm土層相一致，隨著施用量的增加，K+離子相對降低量越大。由此可以看出，平菇菌糠處理對提升K+離子含量效果最佳。

表3　不同改良劑處理對融雪劑次生鹽害土壤中Na+含量相對降低量的影響

注：同行不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。離子含量單位為g/kg。下同。

表4　不同改良劑處理對融雪劑次生鹽害土壤中K+含量相對升高量的影響

2.5　不同改良劑對土壤Cl-含量的影響

從表5可以看出，添加改良劑之前土壤中Cl-離子含量在0—10 cm土層為1.67 g/kg，高于土壤正常Cl-離子含量<0.90 g/kg[14],Cl-對于植物所需元素來說屬于微量元素，需求量極少，一般0.1%即可滿足需要[17]。而在10—20 cm土層為0.72 g/kg處于正常水平內(nèi)。添加改良劑處理之后，Cl-含量均有所降低。在0—10 cm土層，9個改良處理氯離子相對降低量均顯著高于CK(p≤0.05)，且均隨著改良劑施用量的增加，Cl-相對降低效果越顯著，其中處理S3和X3處理效果最佳，顯著高于其他改良處理。添加改良劑處理之后，在10—20 cm土層，香菇和平菇菌糠處理后，其Cl-相對降低量均顯著高于CK(p≤0.05)，且隨著菌糠施用量的增加，Cl-相對降低效果越顯著。

同時，可以看出改良之后CK和9個改良處理在0—10 cm土層鈉離子含量范圍為0.10～0.48 g/kg，達(dá)到土壤理想水平<0.90 g/kg[14]。說明在0—20 cm土層，香菇菌糠(24 g/kg)處理對于降低Cl-含量效果最顯著。

表5　不同改良劑處理對融雪劑次生鹽害土壤中Cl-含量相對降低量的影響

2.6　改良劑對土壤容重和孔隙度的影響

改良處理之前，土壤容重為1.19 g/cm3，孔隙度是54.95%，由圖3可以看出，改良處理后，均使土壤容重降低，孔隙度升高。但不同改良劑的施用對土壤容重和孔隙度的影響有所差異，此外還可以看出，香菇菌糠處理后，土壤容重降低效果最顯著，最低達(dá)到0.34 g/cm3，比CK減少了57.3%，其次為平菇菌糠處理，且兩種菌糠均是隨著施用量的增加，土壤容重逐漸降低；對于增加土壤孔隙度而言，表現(xiàn)為：，香菇菌糠處理>平菇菌糠>脫硫石膏，這是由于菌糠本身疏松多孔，對保持土壤的通透性和保水性有著顯著的作用[18]，石膏則是由于高價離子的介入降低電位勢有利于團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成[19]。

圖3　不同改良劑施用量對土壤容重及孔隙度的影響

2.7　改良后的土壤對矮牽牛生長發(fā)育的影響

從表6可以看出，施用3種改良劑后，矮牽牛的生物量均比對照高，說明含鹽量的降低為矮牽牛的生長提供的適宜的環(huán)境[8]。改良處理后，矮牽牛生物量與對照相比均有顯著差異。3種改良劑處理后，花朵數(shù)的顯著效果基本一致；S3，X3，P1處理后，株高分別比CK增加了33.3%，45.76%和45.10%，莖粗分別比CK增加了63.79%，125.93%和81.54%，冠幅分別比CK增加了356.45%，484.86%和387.64%，單株鮮重分別比對照增加了194.98,244.64%和200.64%，最大值達(dá)到91.33 g;由此可見X3處理效果最好,P1和S3次之。這是因?yàn)楦牧紕┦┯煤笫筽H值、EC值、鹽分含量降低，孔隙度升高；另一方面是因?yàn)楦牧紕┲泻兄参锼枰腃a，Mg等營養(yǎng)元素。

3結(jié) 論

(1) 各處理均能使土壤pH值降低，有效改善土壤的堿性，改良土壤，0—10 cm的土層，脫硫石膏0.9 g/kg和香菇菌糠12 g/kg處理效果最好，比對照分別降低了0.21和0.19個單位，10—20 cm的土層，平菇菌糠24 g/kg處理降低效果最佳，與對照CK相比降低0.2個單位；當(dāng)香菇菌糠施用量為24 g/kg時，可以顯著降低土壤EC值，從而減輕土壤鹽害。

表6　改良后的土壤對矮牽牛生長發(fā)育的影響

(2) 平菇菌糠處理后可以顯著提高土壤中K+離子含量，改善土壤結(jié)構(gòu)。融雪劑鹽害土壤中最主要是Na+和Cl-含量偏高，對于降低土壤中Na+離子含量表現(xiàn)為：平菇菌糠﹥香菇菌糠﹥脫硫石膏；香菇菌糠處理對于降低土壤中Cl-離子含量效果最佳，其次是脫硫石膏和平菇菌糠。

(3) 改良劑處理后，均使土壤容重降低，孔隙度升高，香菇菌糠處理達(dá)到24 g/kg時效果最顯著，土壤容重比CK減少了57.3%，孔隙度增加24.6%。對土壤結(jié)構(gòu)有明顯改善，增強(qiáng)土壤的通氣透水能力，提高土壤肥力。

(4) 香菇菌糠24 g/kg、平菇菌糠12 g/kg和石膏1.2 g/kg處理對提高矮牽牛的生物量效果最佳，其中香菇菌糠施用量達(dá)到24 g/kg時，效果最顯著，綜合比較來看，香菇菌糠處理(24 g/kg)是改良土壤的最佳施用量水平。

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Effects of Different Soil Amendments on Soil Improvement of Deicing Salt Damaged Soil

JIANG Meiling, SUN Xiangyang, LUAN Yaning, GUO Cheng, GONG Xiaoqiang, WU Xuanyun

(CollegeofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：[Objective] Effects of soil amendments with different addition amount on the amelioration of deicing salt damaged soil and its inflences on growth of petunia were observed to guide practical filed employment. [Methods] Three amendments, including spent Lentinula edodes substrate, Pleurotus ostreatus and gypsum were used in a soil column laboratory experiment. Soil pH value, EC, K+, Na+, Cl-, bulk density and porosity were measured after the amendments were applied. [Results] pH values were observed significantly decreased in all amendment treatments. Shiitake mushroom(24 g/kg) had the best effect on decreasing soil EC. Pleurotus ostreatus effectively improved soil K+concentration. Regarding the reducing of soil Na+, the amendments had a rank of Pleurotus ostreatus>Shiitake mushroom>Gypsum. Spent Lentinula edodes substrate(24 g/kg) had the best effects on decrease of soil Cl-content, density and improvement of soil porosity. As compared with CK, the spent Lentinula edodes treatment decreased soil bulk density 57.3%, increased soil porosity by 24.6%, and the fresh weight of petunia in the treated soil increased by 244.64%. [Conclusion] Spent Lentinula edodes substrate(24 g/kg) was observed having the best effects on ameliorating of deicing salt damaged soil.

Keywords:deicing; spent Lentinula edodes substrate; Pleurotus ostreatus; desulfurized gypsum; applying amount; petunia

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0301-05

中圖分類號：S156.2

通信作者：孫向陽(1965—),男(漢族),山東省樂陵市人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事土壤生態(tài)、森林土壤、植物營養(yǎng)等方面的研究。E-mail:1206281403@qq.com。

收稿日期：2014-09-23修回日期：2014-11-20

資助項(xiàng)目：北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目“復(fù)合吸附層對融雪劑的吸附作用研究”(2122044); 北京市教育委員會科學(xué)研究與研究生培養(yǎng)共建項(xiàng)目

第一作者：姜美玲(1987—),女(漢族),黑龍江省佳木斯市人,碩士研究生,研究方向?yàn)橥寥郎鷳B(tài)。E-mail:jddzzh123@163.com。