脱硫石膏改良盐碱地对紫花苜蓿生长的影响
时间：2020-03-29 05:19:51 来源：千叶帆 本文已影响人
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摘要：通过盆栽试验，研究重度苏打（Na2CO3）盐碱地施用脱硫石膏对土壤理化性质、紫花苜蓿出苗率和生物量的影响。结果表明，与不施脱硫石膏（对照）相比，土壤pH 值降低15.6%～17.5%，EC值提高0.50～1.65 mS/cm；紫花苜蓿出苗率提高7～29百分点，干生物量提高11.17%～50.20%，株高增加0.75～8.34 cm，分蘖数增加4%～75%，苜蓿含水量有所增加，但与对照相比，差异不显著。根据吉林省西部土壤、气候条件，结合土壤pH值、EC 值的变化与紫花苜蓿的出苗率、生物量、株高等数值指标，建议脱硫石膏施用量为15 000 kg/hm2，以改良白城市重度苏打盐碱土。
关键词：脱硫石膏；盐碱地；土壤理化性质；紫花苜蓿
中图分类号： S541+.101；S156.4 文献标志码： A
文章编号：1002-1302（2015）03-0188-02
土壤盐碱化和次生盐碱化是全世界面临的一个难题，已成为限制农业发展的一个主要环境因素。全球约有盐碱地9.5亿hm2，分布于100多个国家。我国盐碱地面积约 0.99亿hm2，主要分布在东北、西北、华北以及东部滨海地带[1-2]。白城市地处吉林省西北部，是我国北方生态环境脆弱带的重要组成部分，盐碱地面积达63.12万hm2，占土地总面积的24.2%，其中，易改良和较易改良的中轻度盐碱地占4587%，重度以上盐碱地占54.13%，土地盐碱化已经对该区的生态环境与经济发展构成严重威胁。
紫花苜蓿属多年生草本豆科植物，是世界上栽培历史最悠久、分布面积最广、利用最广泛和经济价值最高的牧草品种，素有“牧草之王”之美誉。紫花苜蓿发达的根系能为土壤提供大量有机物质，在土壤改良、水土保持和环境保护方面具有重要作用。白城市是我国细毛羊、草原红牛育种和生产基地，由于气候因素影响和人类活动的破坏，草原生产力水平持续下降，草原“三化”面积逐年扩大。据统计，吉林西部草原资源碱化、沙化正以每年3%的速度扩大；产草量逐年下降，草质变差，难以满足畜牧业发展的需求。利用脱硫石膏改良盐碱地并引种经济价值较高的紫花苜蓿，不仅能改善盐碱化土壤的生态环境，使土壤中生物种群不断发展壮大，生物多样性得以增加，生态系统逐渐恢复，达到土壤修复的目的，而且还可以解决脱硫石膏的二次污染问题。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试土壤取自白城市洮北区高坪村，土壤pH值为9.9，EC值为1.734 mS/cm，碱化度为63.5%，属于重度苏打盐碱土壤；试验所用紫花苜蓿（Medicago sativa）品种为美国培育的金皇后，由白城市畜牧科学研究院提供；栽种盆规格为下径21 cm、上径 25 cm、盆高 29 cm，花盆的表土面积为0.057 m2；种植紫花苜蓿施肥量为尿素10 kg/hm2、磷酸二铵 150 kg/hm2、氯化钾100 kg/hm2；脱硫石膏来自吉林省白城市电厂，其化学组成为CaSO4·2H2O含量为89.9%、CaSO4·1/2H2O 含量为0.10%、CaCO3含量为7%、H2O含量为10.10%，pH值为6.19。
1.2 试验方法
将取来的土样自然风干，用2 mm孔径筛网过筛；将过筛后的土样回填至栽种盆底部10～29 cm处，将脱硫石膏按照配比与剩余土样混匀，回装到表层0～10 cm处，每盆装土 11 kg；加水到田间持水量，按照苜蓿播种技术，挑选饱满的种子于6月15日播种于花盆中，每盆播种20粒；在9月15日紫花苜蓿收割期，分别测定株高、分孽数、株质量、含水量、土壤pH值、全盐量等指标。试验共设5个处理，每盆添加脱硫石膏量分别为：对照（CK），0 g；处理1，85.49 g；处理2，17098 g；处理3，256.47 g；处理4，341.96 g，对应施用量依次为0、15 000、30 000、45 000、60 000 kg/hm2。试验重复4次，测试土样自然风干，过1 mm筛，使水土比为5 ∶1，用酸度计测定pH值，用电导率仪测定全盐量。
1.3 数据分析方法
采用Excel软件进行分析和绘图。
2 结果与分析
2.1 脱硫石膏对紫花苜蓿各项生理指标的影响
由表1可见，脱硫石膏处理的土壤可明显提高苜蓿的出苗率，但紫花苜蓿的出苗率并不随脱硫石膏施用量的增加而增加，总体表现为处理1>处理3>处理2>处理4，处理1出苗率最高，较CK增加29百分点；苜蓿株高、干生物量、含水量的变化趋势一致，都表现为处理1>处理2>处理3>处理4>CK，处理1株高、含水量和干生物量等最大，与CK相比，分别提高50.2%、3.8%、98.6%；脱硫石膏能影响紫花苜蓿分蘖数，施用脱硫石膏处理的分蘖数均高于CK，表现为处理2>处理1>处理3>处理4>CK，处理2分蘖数最多，平均达3.15个，较CK增加75%。这是由于施用脱硫石膏改变了土壤结构，其中的钙离子代换了土壤胶体上的钠离子，使土壤胶体上钠离子含量减少，降低了土壤碱性，提高了土壤通透性，使紫花苜蓿能在良好土壤环境中生长，促进紫花苜蓿种子萌发和植株生长，有利于提高苜蓿出苗率，增加分蘖数。另外，脱硫石膏中含有丰富的S、Ca、Si等植物必需或有益的矿质营养，对苜蓿营养起到一定的均衡协调作用。
2.2 脱硫石膏对土壤理化指标的影响
2.2.1 对土壤pH值的影响 土壤pH值是代表土壤酸碱的重要指标，表征土壤的活性酸强度，这也是土壤肥力的一个重要因素。pH值可直接影响土壤养分的存在状态和有效性，因此，土壤pH值对植物的生长发育有重要的影响[3]。由图1可见，紫花苜蓿收割后各处理的土壤pH值均有显著变化，施用脱硫石膏的土壤pH值较未施用脱硫石膏处理的下降幅度大，各处理pH值与原始土壤相比，分别降低了5.7%、205%、21.6%、22.3%、20.5%；处理3的pH值下降最多，较CK平均下降了17.5%。这是由于脱硫石膏中Ca2+从盐碱土中代换出交换性Na+，改善了土壤的理化性质，降低了土壤的pH值。由图2可见，脱硫石膏处理的线性趋势线方程为y=0.31x+0.866，决定系数为r2=0.505 2
2.2.2 对土壤EC值的影响 土壤水溶性盐是盐碱土的一个重要属性，是限制作物生长的障碍因素。可溶性盐分在土壤表层富集是盐碱地的特征之一[5]。盐分是作物生长所必需的，但土壤中盐分过高，必然会抑制作物的出苗和生长，从而影响作物产量甚至绝产。由图3可见， 脱硫石膏本身可溶性盐类含量较高，施用脱硫石膏导致土壤含盐量增加；与原始土壤相比，处理4土壤EC值有所增加，其他各处理均有不同程度降低。这是由于脱硫石膏改良盐碱士，是用 Ca2+把土壤胶体中的Na+代换出来，使土壤胶体主要吸附钙，形成土壤团粒结构，改善了土壤的通气、透水性能，使土壤盐分能够顺利淋洗出土体，从而降低了土壤的EC值，但当脱硫石膏施用量提高到一定程度，土壤中的Ca2+、Mg2+和SO2-4增加，土壤EC值反而提高。由图4可见，施用脱硫石膏处理与CK相比，EC值有不同程度增加，且EC增加值与脱硫石膏的施用量成正相关，其趋势线方程为y=0.418 3x-1.752 3，决定系数r2=0.924 5>r20.05=0.811 4，通过显著性检验。这是由于脱硫石膏本身是一种无机盐类，施用后会增加土壤含盐量。
3 结论与讨论
研究表明，重度苏打盐碱地施用脱硫石膏与不施用脱硫石膏相比，pH值降低15.6%～17.5%，减轻了土壤中碱对紫花苜蓿种子萌发、出苗和生长的危害；处理4的土壤EC值有所升高，其他各处理与原始土壤相比都有不同程度降低，但均比CK提高了0.50～1.65 mS/cm，且EC增加值与脱硫石膏施用量呈正相关。因此，在使用脱硫石膏改良盐碱土时，应选择适宜施用量，并配合淋洗以达到脱盐的目的。施用脱硫石膏处理的紫花苜蓿与对照相比，出苗率提高7～29百分点，干生物量提高11.17%～50.20%，株高增加0.75～8.34 cm，苜蓿分蘖数增加4%～75%，含水量也有所增加，但与对照相比无明显差异。这与李跃进等的研究结论[6-9]一致。
紫花苜蓿在长期生长进化过程中，适应了“三北地区”干旱、半干旱的自然环境条件，形成了耐寒、耐旱、耐盐碱土壤的特性。针对吉林省西部土壤气候条件，结合土壤pH值、EC 值的变化与紫花苜蓿的出苗率、生物量、株高等指标，建议脱硫石膏施用量为15 000 kg/hm2以改良白城市重度苏打盐碱土。
白城市一方面种植业由“二元”种植结构向“三元”种植结构过渡，另一方面正在积极退耕还草，在重度苏打盐碱地施用脱硫石膏的基础上，选择种植适宜盐碱地的牧草兼绿肥作物紫花苜蓿金皇后，是一项值得推广应用的实用技术，这为吉林西部在“三化”草场上建植苜蓿人工草地提供了技术支撑。扩大紫花苜蓿生产，不仅为当地畜牧业提供优质饲草，促进白城市“工业脱硫废渣-改良盐碱地-种植牧草-发展畜牧养殖-畜肥还田-改良盐碱地”循环经济的形成和发展，同时也为牛羊产业的发展提供优质饲料，以保证相关产业安全。
參考文献：
[1]王遵亲. 中国盐渍土[M]. 北京：科学出版社，1993.
[2]Flowers T J. Improving crop salt tolerance[J]. Journal Experimental Botany，2004，55（396）：307-319.
[3]陈永伟. 脱硫废气物改良盐碱地对水稻生长发育及土壤的影响研究[D]. 银川：宁夏大学，2010.
[4]罗成科，肖国举，张峰举，等. 脱硫石膏改良中度苏打盐渍土施用量的研究[J]. 生态与农村环境学报，2009，25（3）：44-48.
[5]王 昶，黄晓明，酒井裕司，等. 脱硫副产物在碱化土壤改良中的应用[J]. 天津科技大学学报，2009，24（1）：39-41.
[6]李跃进，乌力更，芦永兴，等. 燃煤烟气脱硫副产物改良碱化土壤田间试验研究[J]. 华北农学报，2004，19（S1）：10-15.
[7]任 坤，任树梅，杨培岭，等. CaSO4在改良碱化土壤过程中对其理化性质的影响[J]. 灌溉排水学报，2006，25（4）：77-80.
[8]王金满，杨培岭，石 懿，等. 脱硫副产物对改良碱化土壤的理化性质与作物生长的影响[J]. 水土保持学报，2005，19（3）：34-37.
[9]赵淑芬，陈志远. 内蒙古自治区农牧交错带紫花苜蓿优质高产栽培关键技术[J]. 华北农学报，2004，19（S1）：131-133.
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