不同土壤改良劑對滴灌模式下次生鹽堿化土壤改良效果研究

鐘輝麗，陸祥生，劉興成，陳天山，馬天偉

（1武威市農業(yè)技術推廣中心，甘肅武威 733000；2甘肅農墾黃洋河農工商（集團）有限責任公司良種場，甘肅武威 733000）

0 引言

膜下滴灌技術的應用，對節(jié)約水資源，降低化肥施用量，減輕勞動強度，推行農業(yè)規(guī)?；岣咦魑锂a量等具有積極作用。河西綠洲灌區(qū)為干旱缺水地區(qū)，2010年以來開始積極推行膜下滴灌技術，在節(jié)水節(jié)肥方面起到了非常明顯的作用。但是，膜下滴灌給農業(yè)發(fā)展帶來巨大收益的同時也對農田的可持續(xù)發(fā)展帶來了很多的負面影響。因河西綠洲灌區(qū)土壤母質自身含有鹽分多，而且節(jié)水滴灌對鹽分的淋洗作用弱，滴灌后土壤鹽分無法下排至土壤深處，只是積聚在滴灌濕潤區(qū)的邊緣[1-3]，滴灌后鹽分又隨土壤水分蒸發(fā)積集在土壤耕作層，導致在長時間安裝滴灌的地塊上，出現了零星分布的白色“鹽堿斑”，“鹽堿斑”土壤的pH和EC值顯著增高。根據2018—2020年的實地觀察，“堿斑”面積呈現逐年擴大的趨勢，土壤次生鹽堿化問題日漸突出，作物產量開始下降。在目前水資源緊缺條件下，為了保證該地區(qū)的作物穩(wěn)產和增產，不可能采用高頻次、大定額灌水達到降鹽目的[4-6]，也只有在繼續(xù)發(fā)展節(jié)水農業(yè)的基礎上，采用合理土壤改良措施，才能經濟有效地防治土壤次生鹽堿化，所以滴灌模式下土壤次生鹽堿化改良成為急需解決的難題。常采用的鹽堿地改良措施有很多，可以歸納為：水利措施、農業(yè)措施[7]、化學措施、生物措施[8-9]、綜合措施[10]，見效最快、經濟又方便的鹽堿改良措施為施用土壤改良劑，在鹽堿地治理方面有著廣泛的應用，它不僅可以改善土壤理化性質、提高土壤保肥保水能力和減少土壤鹽分含量，而且還能活化土壤中被固定的土壤養(yǎng)分，利于作物吸收[11]。然而土壤改良劑種類較多，最常應用到的有脫硫廢棄物[11-13]、有機肥類[14-16]、腐殖酸類[17,18]、菌類[19]、沸石[20]、其他改良劑[21]，選擇適合當地的土壤改良劑，并使其功效最大化是改良河西綠洲灌區(qū)滴灌模式下次生鹽堿化土壤所要解決的問題。本研究通過田間試驗，探討了幾種不同主要成分的土壤改良劑對滴灌模式下次生鹽堿化土壤的理化性質及糯玉米生長、產量的影響，以期篩選出適合的土壤改良劑，為下一步深入研究及廣泛推廣應用提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在武威市涼州區(qū)黃羊河農場常年滴灌次生鹽堿化嚴重的地塊（連續(xù)滴灌10年）進行，該地區(qū)海拔高度1450 m，無霜期150天，日照時數2870 h，降雨量110 mL，年蒸發(fā)量2020 mL，主要風向西北風，大于10℃的積溫2985℃。試驗地塊前茬為糯玉米。試驗區(qū)耕層土壤基本理化性狀見表1。

表1 試驗地土壤基本理化性狀

1.2 試驗材料

以‘萬糯2000’糯玉米為試驗試材。5種土壤改良劑分別為：脫硫石膏（屬基施型土壤改良劑），購買于武威市電廠，脫硫石膏樣品為淺灰色半干狀粉末，其主要成分為CaSO4·2H2O，含量為69.54%；禾康鹽堿土壤改良劑劑（屬聚馬來酸類滴施型土壤改良劑），購于北京飛鷹綠地科技有限公司；土管家酸堿自動調節(jié)劑（屬基施型配方土壤改良劑）、旱地龍鹽堿消（屬黃腐植酸類滴施型土壤改良劑）、施地佳鹽堿土壤調理劑（屬氨基酸類滴施型土壤改良劑）購于甘肅省武威市天豐農資有限公司。

1.3 試驗方法

于2019、2020年開展為期2年的田間試驗。設置6個處理，每個處理重復3次，共18個小區(qū)，每個小區(qū)50 m×3 m，各小區(qū)間設一幅膜的隔離行，小區(qū)采取完全隨機分布，具體處理方法分別為：

T1：結合2019年、2020年春季整地，撒施脫硫石膏（施用量4500 kg/hm2），與0～20 cm耕層土壤充分混勻；

T3：于2019年、2020年春季播種后，結合頭兩次水，分別滴施禾康鹽堿土壤改良劑劑37.5 kg/hm2；

T4：于2019年、2020年春季播種后，結合頭兩次水，分別滴施旱地龍鹽堿消37.5 kg/hm2；

T5：于2019年、2020年春季播種后，結合頭兩次水，分別滴施施地佳牌鹽堿改良劑37.5 kg/hm2；

對照(CK)：不施任何土壤改良劑。

1.4 田間管理

試驗糯玉米采用一膜雙行定植，0.75 m膜，空白行寬40 cm，株距28 cm，中間鋪設單管，選用滴頭間距為30 cm、滴水量為2.1～3.1 L/min滴灌帶（如圖1）。

圖1 糯玉米種植模式示意圖

田間管理：試驗地糯玉米于4月24日用鋪膜鋪帶一體機鋪設滴灌帶和地膜，4月30日機械點種，次日滴出苗水，及時放苗、定苗，8月29日收鮮穗（如圖2）。糯玉米整個生育期滴水6～8次，每次滴水量375～345 m3/hm2，滴水間隔期8～12天，滴肥4～5次，每次滴肥量75～135kg/hm2，具體滴水、滴肥量依據糯玉米長勢和天氣情況適時調整。糯玉米生長期間要及時進行微耕機中耕、除草、封穴，禁止田間地埂使用任何除草劑。所有處理的耕作制度和水肥管理均相同。

圖2 糯玉米種植模式實圖

1.5 測定項目及數據處理

土壤樣品采集：在2019年春耕之前（4月23日），在每個處理的3個重復樣地上采集0～20 cm耕層3個采樣點（S型）的混合土樣，每處理混合土樣再次混合，作為土壤改良前試驗地土壤樣品，測定其背景值。于2020年第二次施入改良劑后一周再次按以上釆集方法采集各處理、各重復的耕層土壤，共18個樣品。

土壤理化性質及養(yǎng)分含量測定：環(huán)刀法測定土壤容重、孔隙度、含水率[23]。將采集的土壤樣品室內風干后過1 mm篩，裝保鮮袋備用。測定土壤pH、EC、有機質、速效氮、速效磷、速效鉀、全氮。土壤pH采用酸度計測定（土水比為1:2.5），EC采用電導儀測定（土水比為1:5）。土壤有機質釆用重鉻酸鉀容量法測定；土壤速效氮釆用堿解擴散法測定；土壤速效磷用浸提—鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀用浸提—火焰光度法測定；全氮用凱氏定氮法測定[24-25]。土壤綜合肥力指數(IFI)：利用修正的內梅羅公式計算土壤綜合肥力指數[26]。

（1）分肥力指數(IFIi)。計算公式如(1)所示。

我們有以下結論：地球對其內距球心為r的質點P的引力，等效為與半徑為r的球體質量相等且位于球心的質點對質點P的引力。即:

式中，IFIi：分肥力系數，x：該屬性測定值

（2）綜合土壤肥力指數IFI。計算公式如(2)所示。

其中：IFIi平均與IFIi最小為土壤各屬性分肥力均值與最小值；n為評價指標個數。

株高、莖粗、SPAD值測定：每個重復固定10株玉米，于2020年糯玉米的三葉期、拔節(jié)期、吐絲期測定株高、莖粗、SPAD值，SPAD值用SPAD-502葉綠素計測定。

表2 土壤基礎化學指標分級標準值

測產考種：手刻棒子中間籽粒呈糊狀、無漿水溢出，即為糯玉米乳熟期，可進行采收，每個小區(qū)取連續(xù)的15株測產考種，并按照黃洋河食品加工廠的要求及定價計算產值，如式(3)所示（表3）。

表3 糯玉米質量標準和收購單價

試驗數據采用SPSS 18.0軟件和Microsoft Excel 2010進行數據統(tǒng)計分析，利用單因子方差分析對試驗結果進行差異性檢驗，多重比較采用LSD法，P＜0.05為差異顯著。

2 結果及分析

2.1 不同土壤改良劑對土壤物理性質的影響

通過連續(xù)2年的土壤改良后，對土壤物理性質進行分析，如表4所示，施入土壤改良劑土壤耕層容重均下降、孔隙度增大、含水量增加，這表明隨著土壤改良劑的施入，次生鹽堿土壤的緊實度降低、孔隙增大、通透性增強、蓄水能力增強，以上土壤物理特性變化有利于其對鹽分淋洗。T3、T2、T5與CK處理的容重差異顯著，分別降低14.91%、8.07%、6.83%，T1、T4與CK相比，容重雖有所降低但差異不顯著；T3孔隙度增加到43.13%，較CK提高8.23%，T1、T4、T2、T5與CK差異不顯著；各土壤改良劑處理間的土壤含水量均較CK有所增加，但無顯著差異。綜上，禾康鹽堿土壤改良劑劑在改善土壤物理性質方面較其他4種改良劑效果好。

表4 不同土壤改良劑對土壤物理性質的影響

2.2 不同土壤改良劑對土壤pH的影響

不同土壤改良劑對土壤pH的影響如圖3所示。從圖中可看出：與對照比，土壤改良劑均能顯著降低土壤pH。土壤pH降低程度以T3最顯著，降低了9.3%，其次是T5、T4、T2、T1，分別降低8.1%、7.8%、7.5%、4.4%。改良劑間比較，滴施型土壤改良劑效果略優(yōu)于基施型土壤改良劑。

圖3 不同土壤改良劑對土壤pH的影響

2.3 不同土壤改良劑對土壤鹽分的影響

由圖4可知，不同土壤改良劑均能夠降低土壤鹽分，處理之間存在一定的差異。各處理的土壤鹽分較CK降低幅度在8.3%～23.2%之間，其中旱地龍鹽堿消和禾康鹽堿土壤改良劑劑的降鹽效果比較顯著，分別降低了23.2%、19.9%。2種撒施型土壤改良劑處理下鹽分有所降低，但沒有滴施型土壤改良劑降鹽效果明顯，這與其性質和施肥方式有關，固態(tài)土壤改良劑溶解性較滴施型差，在較短時間內降鹽效果不佳，而且撒施到遠離滴頭的固態(tài)土壤改良劑得不到很好的淋洗，溶解慢，導致取得的土壤中殘留的固態(tài)土壤改良劑分子成分過多，因此用電導率儀測定的EC值比滴施型土壤改良劑高。

圖4 不同土壤改良劑對土壤EC的影響

2.4 不同土壤改良劑對土壤養(yǎng)分的影響

2.4.1 不同土壤改良劑對土壤有機質的影響 從表5中可以看出：與CK比，施土壤改良劑均可顯著提高土壤有機質含量，施土壤改良劑各處理(T3、T4、T5、T2、T1)分別比CK有機質含量提高了14.8%、4.7%、1.2%、1.0%、0.7%，禾康鹽堿土壤改良劑劑在提高有機質含量上影響最明顯。這是由于堿性環(huán)境條件下不利于土壤有機質分解，施入土壤改良劑后，土壤pH有所降低，使土壤中秸稈分解速度加快，從而提高土壤有機質含量，進而提高土壤肥力。

2.4.2 不同改良措施對土壤速效養(yǎng)分的影響 速效氮、速效磷、速效鉀是土壤中農作物可直接進行吸收的營養(yǎng)元素，其含量與作物的生長與產量息息相關。由表5可知，較對照而言，不同土壤改良劑處理的速效氮、速效磷、速效鉀含量顯著提升，速效氮增加幅度在36.3%～73.6%之間，速效磷的增加幅度在7.0%～10.5%之間，速效鉀的增加幅度在2.7%～7.7%之間，可見，土壤改良劑可以活化土壤中的氮磷鉀。處理之間比較知，滴施型土壤改良劑在提高土壤速效氮、速效鉀含量方面顯著大于基施型改良劑，滴施型改良劑以禾康鹽堿土壤改良劑劑效果最明顯，基施型改良劑在提高土壤速效磷含量方面顯著大于滴施型改良劑。因當地土壤的速效氮含量只有25 mg/kg，氮素是限制該地區(qū)作物產量的主要因子，土壤速效氮含量的增加，可促進糯玉米生長，達到增產目的。不同處理在提高土壤全氮含量上差異不明顯。土壤改良劑對土壤綜合肥力指數有顯著影響，但土壤改良劑之間差異不大，總體分析滴施型土壤改良劑較基施型土壤改良劑在提高土壤綜合肥力指數方面稍有優(yōu)勢。

表5 不同改良劑對土壤養(yǎng)分的影響

2.5 不同土壤改良劑對糯玉米株高、莖周、葉綠素含量的影響

由圖5可以看出，在糯玉米生育期前期，不同改良劑對糯玉米株高的影響之間差異并不顯著，隨著生育期的延長，各處理間差異逐漸顯著。不同處理間的平均株高相比為T3＞T4＞T5＞T2＞T1＞CK，其中處理T3和處理T4的平均株高相比CK分別增加13.41%、6.32%，其他3個處理對株高的影響沒有達到顯著水平，試驗結果說明施用禾康鹽堿土壤改良劑劑和旱地龍鹽堿消可以有效的提高糯玉米的生長，脫硫石膏、土管家酸堿自動調節(jié)劑和施地佳牌鹽堿改良劑雖然在一定程度上能提高糯玉米生長，但效果不顯著。由圖6可以看出，3個時期不同改良劑對糯玉米莖周的影響之間差異均不顯著。

圖5 不同土壤改良劑對糯玉米株高的影響

圖6 不同土壤改良劑對糯玉米莖周的影響

施土壤改良劑對糯玉米葉綠素的影響大致分為3個階段：苗期，與CK相比，各土壤改良劑處理葉綠素測定值有顯著的提高，不同土壤改良劑之間也有顯著差異，從高到低的順序為：T3＞T4＞T5＞T1＞T2＞CK，各土壤改良劑處理的葉綠素測定值比CK分別增長了46.2%、38.5%、27.2%、22.5%、17.5%，滴施土壤改良劑效果優(yōu)于基施土壤改良劑。拔節(jié)期，與CK相比，各土壤改良劑處理葉綠素測定值較CK仍有顯著的提高，各土壤改良劑處理之間葉綠素的測定值也仍有顯著差異，從高到低的順序仍為：T3＞T4＞T5＞T1＞T2＞CK，各土壤改良劑處理的葉綠素測定值比CK葉綠素測定值分別增長了31.6%、23.7%、15.8%、7.9%、5.3%，較苗期各處理間的差異減小。吐絲期，各處理糯玉米葉綠素測定值均在43左右（如圖7）。

圖7 不同土壤改良劑對糯玉米SPAD值的影響

2.6 不同改良劑對糯玉米產量及構成的影響

從表6中可以看出，不同土壤改良劑均能提高糯玉米的產值、凈增產及產量構成。各處理之間穗長和穗粗差異不顯著。T3處理的禿尖長最小，與其他處理之間差異顯著，各處理之間禿尖長比較為：T3＜T5＜T4＜T2＜T1＜CK。土壤改良劑處理的穗行數和行粒數與CK間差異達到顯著水平，但各土壤改良劑處理之間的差異不顯著。單穗鮮重和產值的各處理之間差異基本一致，表現為T3處理的單穗鮮重和產值最大，與其他處理差異顯著，T3、T4、T5、T1、T2處理的單穗鮮重分別較CK提高8.9%、5.5%、5.4%、3.2%、2.4%，產值分別較CK提高10.9%、8.4%、6.4%、4.4%、4.8%。凈增產各處理之間差異顯著，T3處理的凈增產最多，凈增產最少的是T2處理，同時滴施型土壤改良劑在提高凈增產方面顯著優(yōu)于基施型土壤改良劑。

表6 不同改良劑對糯玉米產量及構成的影響

3 結論與討論

（1）5種土壤改良劑改良對土壤理化性質產生不同程度的改觀。經過連續(xù)2年的次生鹽堿土壤改良，土壤的緊實度降低，容重減小，土壤顆粒間的孔隙度增大，土壤蓄水能力變強，土壤pH降低，以上土壤理化性質的變化有利于鹽分的淋洗。在土壤理化性質方面總體分析，滴施型土壤改良劑較基施型效果好，見效快，改善效果最好的是禾康鹽堿土壤改良劑劑，較CK容重降低14.91%，孔隙度提高8.23%，土壤含水量增加1.4%，pH降低9.3%。

（2）5種土壤改良劑均能降低次生鹽堿土壤鹽分，提高土壤養(yǎng)分。次生鹽堿土壤經兩年改良后，鹽分降低顯著，降鹽效果最好的土壤改良劑為旱地龍鹽堿消和禾康鹽堿土壤改良劑劑，分別降鹽23.2%和19.9%，滴施型土壤改良劑較基施型土壤改良劑降鹽效果好，降鹽效果較明顯。在提高土壤養(yǎng)分方面，幾種土壤改良劑在提高全氮含量上不明顯，在提高土壤有機質、速效氮、有效磷、有效鉀、肥力綜合指數上土壤改良劑起到了很好的作用，滴施型土壤改良劑在提高有機質、速效氮、有效鉀方面較基施型土壤改良劑顯著，基施型土壤改良劑在提高有效磷方面較滴施型顯著，從肥力綜合指數上看，滴施型土壤改良劑較基施型好，并且以禾康鹽堿土壤改良劑劑最為優(yōu)。

（3）不同土壤改良劑對糯玉米莖周的影響不明顯，對糯玉米株高的影響表現出循序漸進的趨勢，具體表現為：在糯玉米生育期前期，土壤改良劑對糯玉米株高的影響并不明顯，隨著生育期的延長，影響逐漸顯著。從平均株高來看，施用禾康鹽堿土壤改良劑劑和旱地龍鹽堿消可以有效的提高糯玉米的生長，其他幾種土壤改良劑的效果不明顯。不同土壤改良劑對糯玉米葉綠素含量的影響表現出“前強、中弱、后平”的趨勢。苗期，不同改良劑對葉綠素的含量有顯著提高，禾康鹽堿土壤改良劑劑處理比對照增長了46.2%；拔節(jié)期，不同改良劑對葉綠素的含量仍有有顯著提高，但相比苗期影響減弱；吐絲期，各個處理之間差異不明顯。從不同土壤改良劑對株高、莖周、葉綠素含量的影響結果分析來看：滴施土壤改良劑效果優(yōu)于基施土壤改良劑，原因可能是滴施型土壤改良劑直接接觸糯玉米根系，對植株的生長影響比基施型土壤改良劑明顯，而且作物苗期對土壤環(huán)境的變化很敏感，土壤條件適宜時糯玉米幼苗葉綠素含量會有明顯增加，隨著糯玉米植株的快速增長，自身調解能力逐漸增強，對土壤環(huán)境的變化反應不是太明顯。

（4）不同土壤改良劑均能提高糯玉米的產值、凈增產及產量構成。各處理之間穗長和穗粗差異不顯著。禾康鹽堿土壤改良劑劑處理的禿尖長最小。各土壤改良劑處理的穗行數和行粒數與CK間差異達到顯著水平，但各土壤改良劑處理之間的差異不顯著。禾康鹽堿土壤改良劑劑處理的單穗鮮重、產值和凈增產最大，與其他處理差異顯著，較CK單穗鮮重提高8.9%、產值提高10.9%、凈增產增加175.5元，其次為旱地龍鹽堿消，同時滴施型土壤改良劑在提高凈增產方面顯著優(yōu)于基施型土壤改良劑。