不同改良剂对吉林西部重度盐碱土的改良及牧草的增产

    张瑜 徐子棋 杨献坤

    

    

    

    摘 要：? 為研究磷石膏、有机肥在吉林省西部重度苏打盐碱地上改土、增产效果，提供苏打盐碱地化学改良的理论支持。本研究开展室外试验，研究不同用量的磷石膏、有机肥对盐碱土理化性质及当地优质牧草—水稗（ Echinochloa crusgalli （L.） Beauv.）产量的影响。结果表明：①有机肥和磷石膏均能改善土壤物理性质，LY（磷石膏20 t/hm2+有机肥20 t/hm2）处理改善效果最明显，该处理降低容重12.1%、提高土壤含水率17.5%、提高土壤总孔隙度11.3%;②磷石膏降低土壤盐碱化指标效果优于有机肥，且LY的改良效果最明显，降低pH和电导率的百分比分别为11.3%和32.7%;③有机肥提高有机质、全氮效果优于磷石膏，但二者对土壤全钾没有明显的影响。④有机肥促进水稗生长、生物量积累的效果优于磷石膏，LY的增产效果最佳，提高鲜草产量和干草产量的比例分别为208.4%和217.1%。⑤分析表明，吉林西部重度苏打盐碱土影响水稗产量最重要的3个因子为土壤总孔隙度、全氮和有机质。综上所述，磷石膏和有机肥在改良吉林西部重度苏打盐碱土理化性状和提高该区域牧草产量方面均具有较好效果，二者合理配合使用效果更佳，适于推广利用。

    关键词： 盐碱地;改良;磷石膏;有机肥;水稗

    中图分类号 ：S154.4??? ?文献标识码 ：A?? ?文章编号 ：1006-8023（2020）02-0025-10

    Effects of Different Soil Amendments on the Soil Improving and the Forage Grass

    Yield Increasing on the Severe Saline-alkali Soil in the Western Jilin Province

    ZHANG Yu， XU Ziqi*， YANG Xiankun

    （Institute of Soil and Water Conservation of Jilin Province， Changchun 130033， China）

    Abstract： In order to explore the soil improvement effect and the forage grass yield-increasing effect of the phosphogypsum and the organic fertilizer on the severe Soda saline-alkali soil in the Western Jinlin Province， and to provide theoretical support for chemical improvement of soda saline-alkali soil， the field experiments were carried out to research the influence of the phosphogypsum and the organic fertilizer on the physical and chemical properties of the severe saline-alkali soil and the yield of the barnyard grass （Echinochloa crusgalli（L.） Beauv.）. The results show that： ① Both of the phosphogypsum and the organic fertilizer can improve the soil physical properties， and the effect of the LY （phosphogypsum 20 t/hm2 + organic fertilizer 20 t/hm2） treatment is most significant， and this treatment reduces 12.1% of the bulk density， increases 17.5% of the water content， and increases 11.3% of the total porosity; ② The salinization degree reducing function of the phosphogypsum is much better than that of the organic fertilizer， and the function of the LY treatment is the best， and it reduces 11.3% of the pH and 32.7% of the conductivity; ③ The organic matter and the total nitrogen increasing effect of the organic fertilizer is more significant than that of the phosphogypsum， but both of them has no significant influence on the total potassium; ④ The growth promoting action and the biomass improving action of the organic fertilizer is better than those of the phosphogypsum， and the LY treatment has the best effect， it increases 208.4% of the fresh grass yield and 217.1% of the dry grass yield， respectively; ⑤ The correlation analysis result shows that the most important factors those influence the yield of the barnyard grass on the severe saline-alkali soil in the Western Jinlin Province are total porosity， total nitrogen and the organic matter. In conclusion： the phosphogypsum and the organic fertilizer have significant effect on the improvement of the soil physical and chemical properties and the yield of the barnyard grass on the severe soda saline-alkali soil， and by using them cooperatively with proper dosage， the influence will be more remarkable， and they are proper for popularization and utilization.

    Keywords： Saline-alkali soil; improvement; phosphogypsum; organic fertilizer; barnyard grass

    收稿日期： 2019-11-18

    基金项目：? 吉林省财政厅项目（吉林省西部湿地消落带植被修复关键技术研究）;国家重点研发计划（2017YFC0504200;2018YFC0507002-05）

    第一作者简介： 张瑜，硕士，高级工程师。研究方向：水土保持生态修复研究。E-mail： [email protected]

    *通信作者： 徐子棋，碩士，助理工程师。研究方向：水土保持生态修复研究。E-mail： [email protected]

    引文格式： 张瑜，徐子棋，杨献坤.不同改良剂对吉林西部重度盐碱土的改良及牧草的增产[J].森林工程，2020，36（2）：25-34.

    ZHANG Y， XU Z Q， YANG X K. Research of the soil improving and the forage grass yield increasing effect of different soil amendments on the saline-alkali soil in the Western Jinlin Province[J]. Forest Engineering，2020，36（2）：25-34.

    0 引言

    土地盐碱化是世界性的生态环境问题，盐碱化区域土壤主要问题是盐碱化程度高、肥力低下和理化性质较差，致使土地难以利用，且由于自然原因（气候、地质运动等）和人为原因（不合理灌溉、不合理化肥施用等），土地盐碱化程度不断提高、范围不断扩大[1-2]。盐碱化直接影响该地区人民生活、生 产，阻碍了区域农业发展、经济发展和人民生活水平的提高[3]。吉林省西部地处世界三大苏打盐碱地分布 区之一的松嫩平原，20世纪50年代，吉林省西部苏打盐碱地面积约为1.13×106 hm2，至2018年，该区域苏打盐碱地面积已发展到2.2×106 hm2[4]。吉林省西部耕地储备资源和过境水资源丰富，具有较大的生产潜力[5]，是吉林省主要粮食产区之一，也是我国重要粮食保障区[6]。因此，改良该区域盐碱地，增加可利用土地面积，提高作物产量成为近年来的研究热点。

    磷石膏和有机肥是近年来应用较多的盐碱土改良剂。多位学者研究了添加磷石膏对苏打盐碱地土壤养分状况（氮和磷等）、盐碱化状况（pH、盐分含量和碱化度等）、土壤物理性质（团聚体、容重、持水能力和盐分运移特征）以及植物（芸豆和糜子等）生长、产量和生理（叶片抗氧化和光合生理等）特性的影响[7-15]。相关专家对滨海盐碱地施用磷石膏后土壤物理性质、盐碱化状况、微生物状况、离子配比和作物生长状况变化开展了研究[16-19]。崔向超等[20]、郭全恩等[21]、左余宝等[22]和郭天云等[23]研究了以氯化盐为主的内陆盐碱地施加磷石膏对水盐运移、土地盐碱程度、养分指标和作物（玉米、番茄和棉花等）生长、产量的影响。众多研究阐述了施加有机肥对轻度、中度苏打盐碱土土壤盐碱化指标（pH、电导率、全盐含量和碱化度等）、养分指标（氮、磷、钾和有机质等）和植物（大豆、杨树苗、玉米和蓖麻）生长、生理（渗透调节和保护性酶调节等）及产量的影响[24-31]。张娟等[32]研究了相同有机肥施用量不同年限对重度苏打盐碱土有机碳组分和玉米产量的影响。较多学者开展大田试验，研究了施用有机肥对滨海盐碱土物理性质、盐碱化程度、水盐运移、微生物状况、养分状况和植物（百慕大草、玉米、大麦、棉花和水稻）生长、产量、生理（光合生理和保护酶调节生理）状况的影响[16-17，33-37]。霍琳等[38]研究了添加有机肥对黄河沿岸盐碱地土壤物理性质（容重、通透性等）、土壤养分及玉米产量的影响。杨芳芳等[39]开展室内试验，研究了有机肥对混合盐碱上甜菜光合作用和生物量的影响。杨华等[40]研究了施用有机肥对柴达木盐碱地土壤团聚体的影响。然而，有关重度苏打盐碱地施加不同量磷石膏、有机肥及二者混施对土壤理化性质和牧草产量的研究却鲜有报道。

    本研究通过野外试验，对吉林西部重度苏打盐碱地磷石膏不同施加量和有机肥作用下土壤物理性质、盐碱化状况、养分状况的变化及其与当地优质牧草-水稗（Echinochloa crusgalli（L.） Beauv.）产量关系进行了相关研究，以期为磷石膏和有机肥在盐碱土改良、增产中利用提供理论支持。

    1 材料与方法

    1.1 研究区域概况

    研究区域为鸿兴镇，位于吉林省通榆县，经纬度为 122°02′～123°30′E，44°13′～45°16′N。该区 域地势平坦，地势东南低西北高，海拔为140～180 m。通榆县属中温带半干旱大陆性季风气候，年平均日照2 900 h，年 平均气温5.5 ℃，年平均降水量350 mm，无霜期约164 d，最大冻土深度125 cm，年主导风向为西熏风和西冬风。主要土壤类型包括盐碱土、淡黑钙土和风沙土等。

    1.2 供试材料

    1.2.1 土壤样本

    试验田土壤为苏打盐碱土。本研究试验田共分为8个处理：空白对照（CK）、磷石膏10 t/hm2（L1）、磷石膏20 t/hm2（L2）、磷石膏30 t/hm2（L3）、 有机肥10 t/hm2（Y1）、有机肥20 t/hm2（Y2）、有机肥30 t/hm2（Y3）、磷石膏20 t/hm2+有机肥20 t/hm2（LY）。 每个处理田块规格为5 m×20 m，相邻田块间留1 m宽道路。

    1.2.2 植物样本

    植物样本为水稗。播种时间为2019年5月初， 播种方法为单散播，行距为20 cm，播种深度3～4 cm，播种量为10 kg/hm2。

    1.3 测定方法

    1.3.1 土壤指标

    本研究土壤理化性状本底值于2018年11月初在试验田“S”形取土，取0～20 cm表土，土壤理化性状取平均值，具体见表1。参考潘保原等[41]的分类方法，本研究试验田土壤属重度苏打盐碱土。改良后土壤取样时间为2019年11月初。每个处理田块S形取样，测量指标取平均值。

    土壤物理性质（容重、总孔隙度和含水量）采用环刀称重法。土壤电导率和全盐用浙江托普仪器有限公司的TZS-PHW-4 G土壤多参数测定仪测定。土壤全氮量（TN）用半微量开氏法测定，土壤全磷量（TP）用NaOH熔融-钼锑抗比色法，土壤全钾量（TK）用NaOH熔融法测定，土壤有机质含量测定用重铬酸钾容量法（外加热），土壤pH测定用美国Spectrum pH 400。

    1.3.2 植物指标

    水稗生长指标测定时，每个处理选取20株长势具有代表性植株进行测定并取均值。株高测定时间为2019年5月15日—9月27日。其余生长指标测定时间为2019年10月中旬。生物量测定时，每个处理设置5个1 m×1 m的样方，测定样方内水稗总鲜重，带回实验室置于烘箱中，温度调至105 ℃烘24 h，至恒重，测定每样方总干重，将鲜重和干重换算成每hm2重量。

    1.4 数据处理及分析

    数据整理及绘图所使用软件为Excel，数据方差分析（ANNOVA单因素方差分析Duncan法）使用软件为SPSS 25.0。

    2 结果与分析

    2.1 不同改良剂对重度苏打盐碱土理化性质的影响

    2.1.1 物理性质的影响

    不同改良剂处理苏打盐碱土物理性质见表2。由表2可知，施用磷石膏和有机肥均能提高土壤含水率、降低土壤容重并增加土壤孔隙度，除L1和Y1土壤含水率、孔隙度外，其他指标均差异显著（PL2>L1; 单独施用有机肥改善上述土壤物理性质的程度排序为：Y3>Y2>Y1。同时施用磷石膏和有机肥，即LY处理比单独施用磷石膏或有机肥改善土壤物理性质的效果更加明显，例如，L3、Y3、LY可提高土壤含水量，较对照（CK）分别提高11.0%、8.8%、17.5%。

    2.1.2 盐碱化状况的影响

    由表3可知，施用磷石膏和有机肥均能够降低苏打盐碱土pH和电导率，除Y1处理pH和电导率与CK对比差异不显著外，其他均差异显著（PY2>Y1;单施有机肥降低pH和电导率的程度排序为：L3>L2>L1。施用磷石膏降低pH和电导率的效果比施用有机肥更显著，配合施用磷石膏和有机肥的效果最佳，例如，L3、Y3、LY较CK的pH降低了分别为9.16%、1.91%、11.3%。

    2.1.3 养分状况的影响

    表4为不同改良剂处理苏打盐碱土养分状况。由表4可知，单施磷石膏能够提高土壤全磷含量，对其他养分指标没有显著的改善效果;单施有机肥能够提高土壤全氮、 全磷和有机质含量，对土壤全钾含量没有显著影响。磷石膏提高土壤全磷含量的效果比有机肥更加显著。配合施用磷石膏和有机肥对土壤养分的改善效果最为显著。例如，L3、Y3、LY较CK提高土壤全氮的百分比为10.5%、54.3%、59.6%;L3、Y3、LY可提高土壤全磷量，较CK分别提高80.0%、40.0%、116.0%。

    2.2 不同改良剂对重度苏打盐碱土上水稗生长、产量的影响

    2.2.1 水稗生长的影响

    由图1可知，不同改良剂处理的水稗株高生长总趋势均为“慢-快-慢”，即处理15～60 d为速生期，不同处理水稗在速生期内株高生长量占总生长量的百分比范围为83.3%～89.2%。各改良剂处理显著促进水稗株高生长，差异显著（PY3>Y2>L3>L2>Y1>L1>CK。 由表5可见，不同施用量磷石膏和有机肥均显著促进水稗生长，差异显著（PL2>L1，有机肥处理下水稗的生长状况排序为：Y3>Y2>Y1，LY处理下水稗生长状况显著优 于L3和Y3。这说明：苏打盐碱地施用磷石膏和有机肥能够显著促进水稗生长。且单独施用磷石膏时30 t/hm2施用量水稗生长状况最优，独施用有机肥时30 t/hm2施用量水稗生长状况最优，20 t/hm2磷石膏+ 20 t/hm2有机肥的处理最有利于水稗生长。

    2.2.2 水稗生物量的影响

    由表6可知，施用磷石膏和有机肥显著可提高水稗鲜草产量和干草产量（PL2>L1，有机肥处理下水稗的产量状况排序为：Y3>Y2>Y1，LY处理下水稗产量状况显著优于L3和Y3。这说明：施用磷石膏和有机肥能够显著提高苏打盐碱土水稗产量，且二者配合施用促进水稗产量效果优于单独施用。

    2.3 不同改良剂处理下水稗产量与土壤理化性质的相关关系

    由表7可知，各土壤因子与水稗鲜草产量相关系数由大到小排序为：总孔隙度、全氮、有机质、含水量、容重、全钾、全磷、pH、电导率，各土壤因子与水稗干草产量相关系数大小排序为：全氮、总孔隙度、有机质、全钾、含水量、容重、全磷、pH、电导率。水稗鲜草产量和干草产量与土壤总孔隙度、全氮和有机质极显著相关，相关系数均超过0.8;产量与土壤含水率、土壤容重和全钾显著相关，相关系数均超过0.7;产量与土壤pH、电导率和全磷相关性较小。这说明：苏打盐碱土水稗具有一定的耐盐碱性，能够很好地适应pH=7.94～8.95、电导率为0.098～0.263 mS/cm的苏打盐碱地，因此产量与盐碱化指标相关性不大，土壤通透性、含水状况、全氮、全钾和有机质是够促进其产量积累的重要因子。

    3 讨论

    盐碱土物理结构较差，地力贫乏，盐碱化程度较高，改良土壤理化性状、提高地力、增加作物产量是该区域的重要任务[13]。土壤容重和孔隙度反映土壤的结构，直接影响着土壤的水肥气热和植物生长[42]。 本研究结果表明，苏打盐碱地施用磷石膏和有机肥均能提高土壤含水率、总孔隙度和降低容重，磷石膏（10～30 t/hm2）和有机肥（10～30 t/hm2 ）施用量越大，土壤物理性质改良效果越明显，且各处理中20 t/hm2磷石膏+20 t/hm2 有机肥改良效果最优。多位学者也有相似结论。王玉江等[43]和张丽辉等[44]的研究表明，磷石膏中的钙质胶体能够促进土壤团聚结构形成，改善土壤结构，降低土壤容重，提高土壤孔隙度，且能够促进盐分向下淋溶。有学者研究表明，磷石膏能改善盐碱土土壤持水性，增加土壤通透性[45-47]。耿泽铭[1]的认为，施用有机肥能够降低盐碱土容重。李旭霖等[16]认为，有机肥和磷石膏均能降低土壤容重，提高土壤通透性，从而改善土壤的水肥气热状况。王伟[42]的试验结果表明，有机肥通过增加土壤有机质和大团聚颗粒含量来增加土壤养分含量，改善土壤物理性状，施用有机肥能够改善土壤结构，减少地表水分蒸发，提高土壤含水量，且配合施用有机肥、磷石膏的改良效果更明显。

    土壤盐碱度是影响土壤营养物质的释放、微生物作用、植物存活和生长的重要因子，土壤有机质、氮、磷、钾元素是决定植物生长状况的重要营养指标[48]。本研究结果表明，施用磷石膏和有机肥均能够降低苏打盐碱土pH和电导率，施用磷石膏降低pH和电导率的效果比施用有机肥更显著，磷石膏（10～30 t/hm2）和有机肥（10～30 t/hm2）施用量越大，降低盐碱化指标的效果越明显，且配合施用磷石膏和有机肥的效果最佳。单施磷石膏能够提高土壤全磷含量，对其他养分指标没有显著的改善效果，单施有机肥能够提高土壤全氮、全磷和有机质含量，对土壤全钾含量没有显著影响。磷石膏提高土壤全磷含量的效果比有机肥更加显著。配合施用磷石膏和有机肥对土壤养分的改善效果最为显著。相关研究也有相似结论。多位学者盐碱地改良试验结果都表明，磷石膏能够显著降低土壤pH、盐分含量、碱化度[9，19，46，49]。张丽辉等[44]的研究表明，磷石膏中的游离酸可降低盐碱土的pH。此外，有研究表明，随着磷石膏的施用量增加，盐碱土中对植物有害的碳酸根、碳酸氢根、氯离子和钠离子减少的幅度增大[50]。王玉江等[42]研究表明，磷石膏富含的CaSO4能与HCO3-和CO32-形成Ca（HCO3）2和难溶的CaCO3，从而降低土壤pH和可溶性盐含量。陈小青[51]和吴洪生等[19]的研究结果表明，盐碱土施用磷石膏能够提高土壤全氮、碱解氮和速效磷等养分的含量，但有机质影响作用不明显。多位学者认为，盐碱地施用有机肥能够降低土壤pH、电导率，提高土壤有机质、全氮、速效磷和速效钾含量，且改善幅度随有机肥施用量增加而增大[1，52-53]。原因是有机肥通过增加土壤有机质和大团聚颗粒含量来增加土壤养分含量[42]。有机肥能够降低水溶性盐离子含量，提高阳离子交换量，从而降低土壤盐碱化程度，提高土壤肥力[1]。有研究认为，磷石膏降低土壤盐碱化的作用强于有机肥，有机肥提高土壤肥力、土壤微生物数量的作用强于磷石膏[16，42]。

    本研究结果表明，苏打盐碱地施用磷石膏和有机肥能够显著促进水稗生长量和生物量积累，且磷石膏（10～30 t/hm2）和有机肥（10～30 t/hm2）施用量越大，促进作用越明显。有机肥改善水稗生長和生物量状况的效果优于磷石膏，二者配合施用（20 t/hm2磷石膏+20 t/hm2有机肥）的效果最佳。相关学者对小麦、玉米、水稻的研究也有相似结论，即盐碱地合理利用磷石膏能够增加作物产量[44，49，54]。有研究认为，磷石膏中的游离酸可降低盐碱土的pH，有利于植物生长[44]。磷石膏中富含植物生长所需元素（包括磷、硫和钙等），能够促进植物生物量积累[43]。且磷石膏能够提高植物叶片内全氮和全磷等养分的含量，提高植物生长量[51]。多位学者认为，盐碱地添加有机肥能够增强植物光合作用能力，提高保护酶活性，降低脯氨酸、丙二醛等逆境产物的含量，促进根系生长及养分、水分吸收，从而增强植物抗性，促进植物生长和生物量积累[1，28，52，55]。有机肥促进土壤呼吸作用，有利于提高土壤蔗糖酶、脉酶及碱性磷酸酶等酶类活性，促进了土壤养分分解、活化，有利于植物对其吸收[42，48]。此外，多位学者的研究结果显示，盐碱地施用有机肥的增产效果强于磷石膏，二者合理配合施用的增产效果更佳[9，13，16，42]。

    综上所述，磷石膏和有机肥合理配合施用能够很好地改良苏打盐碱地土壤理化性状，提高水稗产量。今后，还应对磷石膏和有机肥改良不同类型苏打盐碱化土壤进行进一步研究

    4 结论

    （1）磷石膏和有机肥均能改善苏打盐碱土物理性质，降低土壤盐碱化程度，提高土壤养分含量（单施磷石膏能够提高土壤全磷含量，单施有机肥能够提高土壤全氮、全磷和有机质含量）。

    （2）苏打盐碱地施用磷石膏和有机肥能够显著促进水稗生长和生物量积累，有机肥的效果优于磷石膏。

    （3）在10～30 t/hm2范围内，磷石膏和有机肥施用量越大，土壤改良效果和提高水稗生长量、生物量效果越明显，二者配合施用效果最佳。

    （4）分析表明，重度苏打盐碱土影响水稗产量最重要的3个因子为土壤总孔隙度、全氮、有机质。

    【参 考 文 献】

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