稻殼深施對蘇打堿土鹽分運移特征的影響

王秋菊 焦峰 劉峰 等

摘要 [目的]明確蘇打堿土深施稻殼對土壤鹽分運移特征的影響。[方法]采用模擬試驗方法和田間試驗調(diào)查方法，在稻殼深埋至蘇打堿土后，調(diào)查灌水和自然干燥過程中不同土層土壤鹽分的變化，以及自然氣候條件下土壤鹽分變化。[結(jié)果]模擬試驗灌水后土壤鹽分有向下淋洗的過程，稻殼深埋處理鹽分淋洗量大;干燥條件下，自然狀態(tài)土壤鹽分在表層積聚，稻殼處理上層土壤鹽分無明顯積聚，土壤鹽分在稻殼層下聚積;田間稻殼深施土壤鹽分運移特征與模擬試驗一致，旱季鹽分隨水分向地表運移并累積，雨季鹽分隨水分向下淋洗，有稻殼區(qū)下層土壤鹽分向上運移被阻隔，上層土壤鹽分通過稻殼在土壤中建立的大孔隙向下淋洗，鹽分在稻殼層下累積，土壤表層鹽分明顯下降。[結(jié)論]該研究為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鹽漬土改良提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 稻殼;蘇打堿土;鹽分;阻隔;運移

中圖分類號 S156.4文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）04-0086-04

Abstract [Objective]To determine soil salt transport characteristics after deep application of rice husk. [Method]The simulation test method and field test investigation method were adopted in this paper， investigated the changes of soil salt in different soil layers during irrigation and natural drying and the changes of soil salt under natural climatic conditions after application husk in deep layer soil. [Result]The result showed that the soil salt was washed down after irrigation in the simulated test， and the amount of washing salt was large in the deep application rice husk;Under dry conditions， soil salt accumulated in the surface layer in the natural state soil， and soil salt didnt significantly accumulated in the upper layer in deep application rice husk， soil salinity accumulated under rice husk layer;the soil salinity transport characteristics of deep application rice husk in field were consistent with those of simulation experiments， salt moved to the surface with water during the dry season， and draft down with water in the rainy season， the migration of soil salt to the upward was blocked in the application rice husk， the salt of the upper soil was washed downward through the large pores established by the rice husk in the soil，salt was accumulated under the rice husk layer， and the soil salt of surface decreased obviously.[Conclusion]The study provides a theoretical basis for the improvement of saline soil in agricultural production.

Key words Rice husk;Soda alkali soil;Salt;Blocking;Migration

鹽漬土是我國重要的耕地土壤，約占我國國土面積的1/3[1]，由于土壤中含鹽量高，對作物產(chǎn)生危害，鹽漬土的改良和利用一直是我國政府和科研部門關(guān)注的問題。鹽漬土的形成不只是受自然成土過程的影響，更受人為活動因素的影響，不合理施肥、灌溉以及其他不合理利用均會導致土壤次生鹽漬化[2]。我國在鹽漬土改良過程中取得了一定的成績，如遼寧的灌排結(jié)合種稻[3]，河北的井灌溝排、抽咸補淡灌排技術(shù)模式[4]，新疆的暗管排鹽工程都為鹽漬土的改良提供了技術(shù)和思路[5]，但長期實施后，導致地下水位下降等一系列的生態(tài)環(huán)境問題也值得關(guān)注。在局部土壤上采用施石膏、有機肥、一些酸性肥料或生物制劑等[6-9]，成本較高，且不能解決鹽漬土的瓶頸問題。黑龍江省鹽漬土面積并不大，鹽漬土和鹽漬化土壤面積93.08萬hm 占全省土壤面積的2.1%，主要分布在松嫩平原，三江平原也有零星分布[10]。黑龍江省在改良鹽漬土方面也做了大量的工作，如種稻治鹽、以水壓鹽、深松、深翻，施酸性肥料等途徑[11-13]。由于黑龍江省鹽漬土類型屬于蘇打堿土，土壤中鈉離子含量高，土壤分散度強，深松、深翻均未起到持久效果，種稻壓鹽在生長季節(jié)作用明顯，但在無地表水時，土壤返鹽問題仍未得到解決。鹽漬土的鹽分與土壤水分運行密切相關(guān)，改變土壤鹽分運行要從改變土壤水分運行方向著手[14]。筆者所在課題組早期開展稻殼大田機械深施改良蘇打堿土效果，改良土壤物理性質(zhì)明顯，苜蓿增產(chǎn)明顯[15-16]，但稻殼深施后土壤中鹽分運行機理尚不明確，筆者將稻殼作為改土介質(zhì)埋于20～30 cm土層，研究稻殼施入對土壤鹽分運移特征的影響，明確稻殼深施對鹽漬土鹽分的阻隔效果，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鹽漬土改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

供試土壤為蘇打堿土，位于黑龍江省蘭西縣遠大鄉(xiāng)勝利村黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院草業(yè)研究所試驗基地的撂荒農(nóng)田，黑土層厚度為20～25 cm，表層疏松，下層為緊實的柱狀結(jié)構(gòu)，具備典型的蘇打堿土剖面構(gòu)造。土壤基本性質(zhì)見表1。

試驗地地理坐標為125°28′24″E、46°32′17″N，屬于溫帶大陸性季風氣候，近10年年平均降雨量450 mm，平均氣溫3.1 ℃，≥10 ℃有效活動積溫2 760 ℃[17]。2017年降雨集中分布在7、8、9月，其余月份降雨量小。

1.2 試驗方法

1.2.1 模擬試驗。

通過土柱法進行模擬試驗，供試土壤取自黑龍江省蘭西縣遠大鄉(xiāng)勝利村黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院草業(yè)研究所試驗基地的撂荒農(nóng)田0～30 cm土層土壤，混勻后裝入土柱中。設(shè)置2個處理，一個處理為稻殼深埋土壤。稻殼處理見圖1a，在直徑30 cm、高55 cm塑料桶（底部有孔）中，底部先鋪2 cm厚粗沙，然后鋪20 cm厚的鹽漬土，壓實到容重1.3 g/cm3，在其上鋪10 cm厚稻殼，在上面再裝填20 cm厚、容重1.0 g/cm3的表層土。

另一個為對照，在塑料桶底部先鋪2 cm 厚粗沙，再裝入30 cm厚土層，壓實至容重1.3 g/cm3;然后在其上面裝填20 cm厚、容重1.0 g/cm3的表層土（圖1）。

處理前將各土柱1次性澆50 mm水，土壤達到飽和后用塑料布封口防止水分蒸發(fā)。7 d后打開封口，任其自然蒸發(fā)。從試驗第1天起，每天取樣調(diào)查各層土壤鹽分含量，連續(xù)調(diào)查14 d。每個處理設(shè)置42個塑料桶，共計84個。試驗設(shè)在大慶市黑龍江八一農(nóng)墾大學盆栽試驗場進行。

1.2.2 田間試驗。

試驗設(shè)在黑龍江省蘭西縣遠大鄉(xiāng)勝利村黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院草業(yè)研究所試驗基地院內(nèi)的撂荒農(nóng)田。

與模擬試驗對應，田間試驗設(shè)置2個處理。自然狀態(tài)區(qū)（對照）：土壤保持原狀，不經(jīng)過翻動;稻殼深施區(qū)：采用土層置換犁將鋪在地表稻殼深施作業(yè)，總耕深約40 cm。首先在試驗區(qū)表面平鋪約10 cm厚稻殼（1 000 m3/hm2），然后根據(jù)土層置換犁作業(yè)原理將稻殼翻埋至25～30 cm土層中。每區(qū)面積500 m2。

試驗處理時間為2016年11月10—15日，2017年開展跟蹤調(diào)查。

1.3 調(diào)查項目與方法

模擬試驗每天按照0～10、10～20、30～40、40～50 cm土層對土柱破壞，進行取樣，分析土壤全鹽量。大田調(diào)查自5月1日至11月15日，每隔15 d左右田間取樣，按照0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm土層用土鉆進行取樣，每次取5點，按土層混合后帶回實驗室處理，分析土壤全鹽量。每次取樣錯開前期取樣位置。

土壤鹽分采用電導法測定，取回土樣風干后磨碎，過2 mm篩，以1∶5的土水比提取土壤溶液上清液，用電導率儀DDS-307測定土壤電導率，根據(jù)公式計算土壤鹽分含量。土壤鹽分含量（g/kg）=電導率×0.064×5×10/1 000[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬試驗結(jié)果

從圖2可以看出，灌水后密封7 d內(nèi)，0～10 cm土層土壤鹽分呈下降趨勢，埋藏稻殼和不埋稻殼處理一致，當處于自然狀態(tài)后，土壤中鹽分含量又呈上升趨勢，無稻殼處理上升明顯;10～20 cm土層土壤鹽分變化趨勢與0～10 cm土層一致，自然狀態(tài)下后土壤鹽分呈上升趨勢，無稻殼處理與有稻殼埋藏處理間鹽分含量差異更大，且稻殼處理土壤鹽分再次上升后仍低于處理初期的鹽分總量;在稻殼下面的30～40 cm土層，土壤鹽離子總量高于對照，與上層土壤表現(xiàn)不一致，主要是稻殼阻礙了鹽基離子上升，鹽基離子在此層積累，因此高于對照;40～50 cm土層在前期灌水后對照與有稻殼處理差異不大，對照呈前期低、中期高、后期又低的變化趨勢，稻殼處理在自然狀態(tài)下鹽基離子含量高于對照，與稻殼阻礙了下層土壤鹽基離子上升有關(guān)。有稻殼土壤下層土的鹽基離子高于無稻殼處理，上層土壤鹽基離子低于無稻殼處理，說明稻殼在土層中分布可以阻礙鹽分上升，同時可促進上層土壤鹽分向下淋洗。

2.2 田間調(diào)查結(jié)果

土壤全鹽量呈季節(jié)性變化，黑龍江省蘇打堿土鹽分變化，一般5—7月是積鹽期，此時土壤鹽分隨毛管水向上運移，表現(xiàn)為表層和上層土壤鹽分積累。從圖3可以看出，0～15 cm土層土壤總鹽量逐漸增加;7—9月是降雨期，土壤鹽分隨雨水向下淋洗，此時表層土壤鹽分降低，0～7.5 cm 土層土壤全鹽量呈下降趨勢，15 cm處土壤鹽分則呈升高趨勢，說明表層土壤鹽分主要淋洗至此層，10月后又隨著降雨終止土壤再度呈現(xiàn)干旱狀態(tài)，土壤鹽分又向表層運移，呈現(xiàn)季節(jié)性變化，土壤鹽分變異幅度較大的土層是30 cm以上土層，30 cm土層向下變異幅度小。而稻殼深施土壤鹽分變化在各土層與對照不一致，在0～7.5 cm土層，5—7月土壤也呈積鹽過程，但鹽分含量低于對照，7月進入降雨期后，土壤中鹽分大幅度降低，15 cm土層土壤鹽分也呈降低趨勢，30 cm土層土壤鹽分含量升高，并高于對照，50 cm土層無明顯變化。稻殼區(qū)土壤鹽分在0～7.5 cm土層隨季節(jié)變化趨勢與對照一致，但0～7.5 cm土層鹽分在降雨時期明顯低于對照，當再度干旱時土壤鹽分上升不明顯，15 cm土層土壤鹽分一直處于緩慢降低狀態(tài)，與對照變化趨勢不一致。30 cm土層土壤鹽分稻殼處理區(qū)高于對照區(qū)，50 cm土層土壤鹽分與對照相比差異不大。在30 cm土層處稻殼區(qū)土壤鹽分升高，一方面與稻殼切斷土壤毛管孔隙，使下層鹽分隨毛管水上升至稻殼下積累有關(guān)，另一方面與上層鹽分向下淋洗有關(guān)，稻殼的存在增加了土壤的大孔隙，土壤變得疏松，利于雨水對表層鹽分向下淋洗，也是導致稻殼層下土壤鹽分增多的一個原因。50 cm土層土壤鹽分稻殼區(qū)和對照區(qū)差異不大與土壤淋洗距離有關(guān)。

從圖4可以看出，在干旱季節(jié)，鹽分在剖面10 cm以上含量能夠達到最高峰，在降雨季節(jié)，鹽分在10～20 cm土層達到最高峰，說明蘇打堿土鹽分淋洗距離較短，一般10 cm土層左右，稻殼區(qū)土壤鹽分在剖面中的分布與對照區(qū)不同，在干旱季節(jié)，稻殼深施區(qū)2個峰值，一個是在0～10 cm土層，另一個是在30～40 cm土層，降雨季節(jié)土壤剖面中30～40 cm土層鹽分含量最高，鹽分通過稻殼淋洗至稻殼下面的土層中，明顯降低耕層土壤鹽離子總量。

3 討論

關(guān)于鹽漬土鹽分運行規(guī)律，國內(nèi)相關(guān)研究較多[19-21]，比較系統(tǒng)。黑龍江省鹽漬土屬于內(nèi)陸型鹽漬土，在《中國鹽漬土》中被分類為現(xiàn)代鹽漬土[2]，處于不斷積鹽過程，受太平洋季風氣候影響，土壤鹽分運行呈規(guī)律性變化，在《黑龍江土壤》中，介紹了黑龍江鹽漬土在干旱期和降雨期土壤鹽分的運移規(guī)律，鄭冬梅[14]對松嫩平原鹽漬土水鹽運移的時間節(jié)律進行了研究，分析了土體熱量與鹽分運行的關(guān)系。黑龍江省鹽漬土主要分布在松嫩平原北部，鹽分運移時間節(jié)律有其自身特點，也是黑龍江特殊氣候條件決定的，在11月至來年4月末土壤鹽分運移以橫向為主，此時是黑龍江省冰凍時期，5—7月、10—11月處于融凍期，是鹽漬土分布地區(qū)的干旱季節(jié)，鹽分向上積累，表層鹽分升高，7—9月是降雨季節(jié)，鹽分會隨降水向下淋洗，表層鹽分降低。黑龍江省作物播種時期在5月，而此時土壤表層鹽分積累，會造成作物生長受阻，出苗率低，長勢差，因此在此時期降低表層土壤鹽分至關(guān)重要。該研究根據(jù)黑龍江鹽漬土土壤鹽分運移特點，開展稻殼深施對土壤鹽分運移特征的研究，通過稻殼建立的隔隔層達到在干旱季節(jié)阻礙下層土壤鹽分隨毛管水向上積累、造成表層鹽分過多的現(xiàn)象，降雨季節(jié)又可促進表層鹽分向下淋洗。模擬試驗中表現(xiàn)為表層土壤鹽分隨水向下淋洗，干旱時表層積累緩慢，而稻殼下層鹽分含量則較高，田間調(diào)查各層土壤鹽分變化趨勢與模擬試驗一致;由于稻殼的作用，鹽分在田間的剖面分布特征與無稻殼土壤有差異，在干旱時，表層0～10 cm土層和稻殼層下30～40 cm土層土壤鹽分含量高，有2個峰值，無稻殼的僅有一個峰值，只是表層鹽分含量高;降雨時，稻殼層下30～40 cm土層鹽分含量高，沒有稻殼的降雨時鹽分在10～20 cm土層高。稻殼在土體中起到了阻隔下層鹽分上升的過程，也有助于上層鹽分的向下淋洗，降低土壤表層鹽分，有利于作物生長。

4 結(jié)論

稻殼深施在土壤中，隨水分運行土壤鹽分分布特征發(fā)生變化，灌水飽和期，土壤鹽分向下淋洗，干燥期，下層土壤鹽分在稻殼層下聚積，稻殼上層土壤鹽分未明顯積聚，且明顯低于沒有稻殼的自然土壤;田間稻殼深施土壤鹽分運移特征與模擬試驗一致，旱季鹽分隨水分向地表運移并累積，雨季鹽分隨水分向下淋洗，有稻殼區(qū)下層土壤鹽分向上運移被阻隔，上層土壤鹽分通過稻殼在土壤中建立的大孔隙向下淋洗，在稻殼層下累積，土壤表層土壤鹽分明顯下降。

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