盐碱地原位工程化根治技术对盐碱地土壤养分及玉米生长发育的影响

    刘斌 寇燕燕 何巨峰 王伟 刘瑛

    

    

    摘要：以玉米品种先玉33为指示品种，研究了盐碱地原位工程化根治技术对盐碱地土壤养分和玉米主要性状及产量的影响。结果表明，盐碱地原位工程化根治技术显著降低了盐碱地土壤的全盐量、土壤pH，促进玉米对土壤碱解氮和速效钾的吸收。玉米全生育期缩短5～8 d，显著提高盐碱地玉米的株高、穗长、穗粗和百粒重。其中凹晶材料45 t/hm2一次性铺设的折合产量为7 868.1 kg/hm2，较不铺设凹晶材料增产2 877.4 kg/hm2，增产率57.7%，可作为未来盐碱地改良的重要措施之一。

    关键词：盐碱地原位工程化根治技术;玉米;凹晶材料;景电灌区

    Abstract：The effects of three new types of urea on potato yield and absorption efficiency of nitrogen fertilizer were studied in the main potato producing areas of Gansu Province. The results showed that compared with the conventional application of common urea， the controlled loss of urea could increase potato yield by 18.01% and nitrogen absorption efficiency by 23.4 percentage points compared with ordinary urea under the condition of N application of 225 kg/hm2， the potato yield and nitrogen absorption efficiency were increased by 15.73% and 14.5 percentage points respectively under the application of humic acid urea， the potato yield and nitrogen absorption efficiency were increased by 7.30% and 29.3 percentage points respectively under the application of Limoushi efficiency urea.

    土壤鹽碱化是指土壤底层或地下水的盐分通过毛细作用不断向土壤表层聚积，水分蒸发以后，使盐分留在上层土壤中而形成盐渍土的自然地质过程[1 ]。土壤盐渍化和次生盐碱化不但会导致土壤肥力下降，作物减产生长迟缓，品质和产量下降[2 ]，也会对生态环境造成危害，严重影响农业生产的发展。研究表明，盐碱土壤中土壤微生物量、碳、氮和基础呼吸都较普通农用土壤有大幅的下降，严重影响盐碱地土壤的保肥供肥能? ? ?力[3 ]，如何改良和治理盐碱化土壤成为亟须研究解决的问题[4 - 5 ]。

    景电灌区地处腾格里沙漠向黄土高原的过渡地带，是我国黄河中上游重要的高扬程灌溉农业区，灌区土壤属于荒漠灰钙土，含盐量高[6 ]，长期存在大面积的盐碱化土壤，如何有效的改良这些土壤就成为当地农业发展的首要任务。目前景电灌区土地盐碱化有1.8万hm2，占水地面积的42%，其中中重度1.1万hm2，弃耕撂荒地0.4万hm2，盐碱化问题以景电一、二期和五佛灌区为重。我国目前已形成诸多水利工程、生物、农艺、化学等盐碱地综合治理技术，并在各盐碱区形成了一些区域特色明显的关键技术。盐碱地原位工程化根治技术针对盐碱地和盐碱化成因，利用优势特色资源凹凸棒石材料表面积大、孔隙多以及极性强等特征，通过离子交换、层间吸附、交联柱化、插入置换等物化方法，把其他离子或化合物引入层间域，可调节层间域的电荷、介质、层间距，破坏凹晶材料的层电荷分布平衡，使其结构与性质发生相应的变化，使土壤有一定的自净作用，并同地表下渗水阻隔材料、超标盐碱吸附材料、改造后土地熟化和肥化等材料配合，采用盐碱地改造与盐碱化土地修复功能性材料、土壤修复联合技术，可对盐碱地进行有效改良。我们针对景电灌区土壤盐碱化和次生盐碱化现象，采用盐碱地原位工程化根治技术，研究了该技术对盐碱地玉米生长发育的影响，以期为改善和解决景电灌区土壤盐碱化和次生盐碱化问题提供参考。

    1? ?材料与方法

    1.1? ?供试材料

    供试凹晶材料、阻隔材料、凹晶地力恢复剂和改良剂，由甘肃靖远凹晶矿业开发有限公司提供。指示玉米品种为当地主栽品种先玉335号，景泰县农业推广技术中心提供。

    1.2? ?试验地概况

    试验地位于景泰县芦阳镇城北墩村（37.23° N，103.08° E）。该区域属于温带干旱大陆性气候，年均气温为8.6 ℃，≥10 ℃年有效积温3 038 ℃，无霜期120 d左右，年日照时数 2 723.9 h。年平均降水量180 mm，约60%的降水集中在7 — 9月份;年潜在蒸发量3 038 mm。风沙日数较多，平均风速2.0～3.1 m/s，瞬时最大风速可达21.7 m/s。试验地为黏壤性土壤，土地平整、排灌方便、形状规整，盐碱类型为硫酸盐蓬松盐碱。前茬为玉米。

    1.3? ?试验方法

    试验采用随机区组设计。设2个处理，处理1为凹晶材料45 t/hm2一次性铺设，处理2为凹晶材料30 t/hm2一次性铺设，以不铺设凹晶材料作为对照（CK），3次重复，小区面积43.2 m2（7.2 m×6.0 m），间距1 m。2018年4月16日机械施肥并铺好地膜待播，4月20日用玉米点播器采用破膜穴播的方法在膜上种植玉米2行，株距25 cm，每穴2粒，小行距40 cm，大行距70 cm，播后田间管理与当地管理水平相同，10月3日收获。

    1.4? ?盐碱地原位工程化技术实施工艺

    1.4.1? ? 材料铺设? ? 2017年6月，将试验地50～70 cm土壤开挖，对下层基础及侧壁进行整平处理后用压路机夯实。按试验设计的铺设量将凹晶缓冲材料均匀铺设于夯实后的基础之上，用小型压路机碾平。用铺设机械将阻隔材料均匀铺设于凹晶材料上，铺设厚度为3 cm，铺设量为225 t/hm2，铺设完成后用小型压路机碾平，在阻隔层上铺设细沙和上层细颗粒土壤作为保护层，铺设厚度为10 cm，最后将上层土壤回填。

    1.4.2? ? 上层土壤盐分清除和土壤地力恢复

    采用灌水洗盐的方式清除上层土壤盐分，洗盐每次用水量2 250 m3/hm2，共洗盐4次，周期为7 d，在每次灌水前采用旋耕机械进行搅拌处理。上层土壤盐分清除后，将地力恢复剂颗粒均匀撒于土壤表面，进行土壤地力恢复，用量为3 750 kg/hm2，然后用旋耕机械进行耕作。土壤地力恢复期为 180 d，土壤地力恢复期结束后进行作物种植。

    1.5? ?测定指标与方法

    生育期记载播种期、出苗期、拔节期、大喇叭口期和成熟期。玉米植株完全抽雄后测量株高和茎粗;玉米成熟时，随机取样10株进行考种，测量穗行数、行粒数、穗粗、穗长、百粒重。各小区取样方20 m2，晒干后采用脱粒机对样方进行产量实测。各小区单收计产。

    采用5点取样法，于玉米收获后，去除采样点处的表土，用土钻垂直插入土壤中，取深度0～30 cm的土壤，每份500 g。将土样中的较大颗粒碾碎，然后将每个小区5点的土样混匀，用四分法留取每块砂地土样500 g供检测。土壤pH采用电极法，用pHS-25型酸度计测定;有机质采用重铬酸钾硫酸氧化-外加热法测定;全盐量采用电导率法，用DDS-12A数显电导率仪测定;全氮采用凯氏定氮法，采用Kjeltec8200半自动定氮仪测定;碱解氮采用碱解扩散法，用28YX-500型电热恒温培养箱测定;全磷采用碱熔-钼锑抗比色法，用Cary50紫外可见分光光度计测定;速效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，用Cary50紫外可见分光光度计测定;全钾采用碱熔-火焰光度法，用Sherwood M410火焰光度计测定;速效钾采用乙酸铵提取-火焰光度法，用Sherwood M410火焰光度計测定。

    1.6? ?数据处理与分析

    采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析，采用新复极差法（Duncan）比较不同处理间的差异显著性，采用Excel2007软件制图。

    2? ?结果与分析

    2.1? ?不同处理对土壤养分和全盐量的影响

    通过表1可以看出，盐碱地原位工程化技术使盐碱地土壤的全盐量和pH明显降低。处理1、处理2土壤全盐量分别较CK降低29.8、26.6 g/kg，pH较CK分别降低0.39、0.50。玉米收获后的耕作层土壤养分，处理1和处理2有机质含量均低于CK，全氮、全磷和全钾含量基本无差异。碱解氮含量处理1、处理2较CK分别降低47.5、50.8 mg/kg，速效钾含量较CK分别降低365、339 mg/kg。有效磷含量以处理1最高，为26.4 mg/kg，较CK和处理2分别高4.7、12.9 mg/kg。表明盐碱原位工程化技术可以降低盐碱地土壤全盐量和pH，促进作物对碱解氮和速效钾的吸收。

    2.2? ?不同处理对玉米物候期和生育期的影响

    从表2可以看出，盐碱原位工程化技术使盐碱地玉米的各物候期提前，全生育期天数缩短，提前成熟。不同处理下，玉米的全生育期以CK最长，为146 d，分别较处理1、处理2延后8、5 d。处理1、处理2拔节期、大喇叭口期、成熟期均较CK均提前，其中拔节期提前2 d，大喇叭口期提前8、5 d。成熟期处理1较CK提前10 d，处理2较CK提前7 d。表明盐碱原位工程化技术可以缩短盐碱地玉米的全生育期天数，提早物候期。

    2.3? ?不同处理对玉米农艺性状的影响

    通过表3可以看出，盐碱地原位工程化技术可以显著提高盐碱地玉米的株高、穗长、穗粗和百粒重。株高以处理1最高，为248.3 cm，显著高于处理2、CK;处理2显著高于CK。茎粗以处理2最高，为8.3 cm，与处理1、CK之间差异不显著。穗长、穗粗均表现为处理1、处理2显著高于CK，其中穗长分别较CK提高13.0%、9.2%，穗粗分别较CK提高13.9%、13.2%。行粒数以处理1的最多，为36.5粒，显著高于处理2、CK，处理2和CK间无显著差异。百粒重以处理1最高，为36.8 g，显著高于CK，较CK增加5.4 g;处理2为35.7 g，显著高于CK，较CK增加4.3 g。表明盐碱原位工程化技术可以显著提高盐碱地玉米的株高、穗长、穗粗和百粒重。

    2.4? ?不同处理对玉米产量的影响

    从表4可以看出，盐碱地原位工程化技术可以显著提高盐碱地玉米的产量。玉米折合产量以处理1的最高，为7 868.1 kg/hm2，较CK增产2 877.4 kg/hm2，增产率57.7%;其次是处理2，为6 833.3 kg/hm2，较CK增产1 842.6 kg/hm2，增产率36.9%。方差分析的结果表明，各处理产量之间差异均达显著水平。表明盐碱原位工程化技术可以提高盐碱地玉米的产量。

    3? ?结论与讨论

    采用盐碱地原位工程化根治技术核心材料凹晶材料对盐碱地土壤进行处理，对盐碱地土壤性状和玉米的主要性状及产量进行了研究。结果表明，经过盐碱原位工程化技术治理的盐碱地，玉米全生育期缩短5～8 d。显著提高玉米的株高、穗长、穗粒数和千粒重，显著提高玉米产量。其中凹晶材料45 t/hm2一次性铺设折合产量最高，为7 868.1 kg/hm2，较不铺设凹晶材料增产2 877.4 kg/hm2，增产率57.7%;其次为凹晶材料30 t/hm2一次性铺设，折合产量6 833.3 kg/hm2，较不铺设凹晶材料增产1 842.6 kg/hm2，增产率36.9%。同时显著降低了土壤全盐量和pH，促进作物对土壤碱解氮和速效钾的吸收。

    盐碱地的改良是一个长期的系统过程，改良鹽碱土的核心就是改善盐碱地的生态环境，创造适合植物生长的生存条件[7 ]，实现农业的可持续发展。本研究结果表明玉米农艺性状随着核心材料凹晶材料铺设量的增加呈现上升的趋势，这与吴明昊等[8 ]利用凹凸棒石土壤改良剂在水稻上的应用效果一致。盐碱原位工程化技术可以显著提高盐碱地玉米的产量，增产效果显著，这与郭天 云等[9 ]采用化学方法治理盐碱地玉米时的试验结果一致。盐碱原位工程化技术可以有效缩短盐碱地玉米的全生育期，成熟期提前，显著提高玉米主要性状。在今后的盐碱地改良中，碱地原位工程化根治技术会发挥更大的作用，为盐碱地的改良提供一定技术支持。

    参考文献：

    [1] 江? ?娜.? 盐碱地微环境改良剂的研究[D].? 合肥：安徽农业大学，2015.

    [2] 王慧桥，陈为峰，宋付朋，等.? 不同自生固氮菌对盐碱地玉米生长与土壤养分特性的影响[J].? 土壤通报，2018，49（6）：1341-1347.

    [3] 逄焕成，李玉义，严慧峻，等.? 微生物菌剂对盐碱土理化和生物性状影响的研究[J].? 农业环境科学学报，2009，28（5）：951-955.

    [4] 李光道，白生才，张秀志，等.? 植物抗盐性研究综述[J].? 甘肃农业科技，2011（2）：29-32.

    [5] 苏永全，吕迎春.? 盐分胁迫对植物的影响研究简述[J].? 甘肃农业科技，2007（3）：23-26.

    [6] 董志洋.? 高扬程灌区土壤次生盐渍化成因及改良对策探讨[J].? 甘肃农业，2018（10）：50-52.

    [7] 胡? ?一，韩霁昌，张? ?扬.? 盐碱地改良技术研究综述[J].? 陕西农业科学，2015，61（2）：67-71.

    [8] 吴明昊，朱孔志，杨世才，等.? 凹凸棒石土壤改良剂在盐碱地水稻上的应用效果研究[J].? 现代农业科技，2017（24）：15;17.

    [9] 郭天云，郭天海，何增国.? 磷石膏对盐碱地改良效果及对玉米的影响[J].? 甘肃农业科技，2019（7）：48-52.

    （本文责编：陈? ? 伟）