不同改良剂对融雪剂盐害土壤的修复效果

姜美玲, 孙向阳, 栾亚宁, 郭 城, 龚小强, 武轩韵

(北京林业大学 林学院, 北京 100083)

不同改良剂对融雪剂盐害土壤的修复效果

姜美玲, 孙向阳, 栾亚宁, 郭 城, 龚小强, 武轩韵

(北京林业大学 林学院, 北京 100083)

摘要：[目的] 探究不同改良剂对融雪剂盐害土壤的修复效果及其对矮牵牛生长的影响，为改良剂的大田推广提供理论依据。 [方法] 采用香菇菌糠、平菇菌糠和脱硫石膏3种改良剂，通过土柱室内模拟试验，对改良后土壤的pH值，土壤电导率(EC)，K+，Na+，Cl-、容重和孔隙度进行测定。 [结果] 改良处理后，pH值均有不同程度的降低；香菇菌糠施用量为24 g/kg时，降低土壤EC值效果最显著；平菇菌糠改良可以有效提高土壤中K+离子含量；对于降低土壤中Na+离子含量而言，表现为：平菇菌糠>香菇菌糠>脱硫石膏；香菇菌糠处理(24 g/kg)对于降低土壤中Cl-离子含量、土壤容重和提高孔隙度等方面效果最显著，土壤容重比CK减少了57.3%，孔隙度增加了24.6%，使矮牵牛单株鲜重较CK增加了244.64%。 [结论] 当香菇菌糠施用量达到24 g/kg时，改良融雪剂盐害土壤的效果最显著。

关键词：融雪剂; 香菇菌糠; 平菇菌糠; 脱硫石膏; 施用量; 矮牵牛

近年来融雪剂的频繁使用导致了土壤受到严重的危害，融雪剂一般为价格较便宜的氯盐类，以氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等一种物质或几种物质为主要成分,非氯盐类的融雪剂比较贵，一般不会使用[1]。通过盐碱地以及盐渍土的改良可以延伸到融雪剂污染土壤的改良，其作用机理是相同的，受融雪剂污染的土壤也属于盐害土，而融雪剂对土壤的污染最直接就表现在植物的生长上。

一般认为，Na+和Cl-溶解度较高，容易在土壤中蓄积，不容易被降解或吸附，导致土壤盐度上升。而且Na+通过离子交换置换土壤中Ca2+，Mg2+，K+等离子，使植物细胞内Ca2+，Mg2+，K+等离子的含量降低，抑制植物对有效离子的吸收。此外，Na+离子浓度过高，会分散土壤中有机颗粒和无机颗粒，导致土壤板结，渗透能力下降，土壤通气透水性下降[2-3]。余海英等[4]研究表明融雪剂盐害土壤主要以EC值和主要盐分离子Na+，Cl-含量增加为显著特征，其分布没有明显的规律性。郭城等[5]通过在天安门铺设吸附层，证明由海泡石绒、沸石、腐殖质3种材料组成的吸附层，能够吸附融雪剂中Na+、Cl-等无机离子。根据“盐随水走”的水盐运行规律，灌水能够使盐害土壤中的离子排除，达到改良土壤的目的[6]。王晓洋等[7]通过添加不同的改良剂，结果证明，腐殖酸改良滨海盐渍土效果最好，腐殖酸与石膏配施是滨海盐渍土适宜的改良剂组合。添加改良剂、灌溉以及隔盐层都能够达到改良和预防盐害土壤的目的，菌糠和脱硫石膏改良土壤的原理一致，均可通过Ca2+对土壤胶体吸附的Na+进行交换，提高土壤孔隙度，达到改良土壤的目的。

本研究通过添加香菇菌糠、平菇菌糠和石膏等3种改良剂以及牵牛花的栽培试验，探索不同改良剂对盐害土壤的改良效果以及最佳施用量，为改良剂的大田推广提供理论依据。

1材料与方法

1.1　供试材料

供试土壤取自北京市海淀区北京林业大学北路栽培用土，基本性质见详表1。改良剂选用香菇菌糠和平菇菌糠，购买自北京朝阳园林废弃物堆肥处理基地，pH值分别为6.93，7.25；脱硫石膏(CaSO4·2H2O)购买于山西太原电厂，pH值7.94。融雪剂购买于大连申维建材制品有限公司，NaCl含量为95%。

表1　供试土壤的理化性质

1.2　试验设计与方法

(1) 试验处理。试验共设10个处理(表2)，每个处理3次重复。X1，X2和X3分别表示香菇菌糠改良剂，P1，P2和P3分别表示平菇菌糠改良剂，S1，S2和S3则分别表示脱硫石膏改良剂，CK为空白对照，不加任何改良剂。

首先进行室外分层取土，分层将土装入土柱，每个土柱5 kg,每隔10 cm有1个取样孔，土柱底面直径10 cm,高65 cm,将0.785 g的融雪剂溶于150 ml水中(以100 g/m2的标准[8])，利用恒流泵将融雪剂加入土柱中，保证融雪剂均匀渗入土壤。按照以上方法处理33个土柱，稳定后选取改良处理之外的3个土柱，测定融雪剂污染后的土壤性状作为原始值，然后添加改良剂并注入500 ml水，使土壤保持湿润，脱硫石膏是粉末状，直接施于土壤表面，平菇菌糠和香菇菌糠与表层土壤0—10 cm混合，试验为期30 d，结束后进行测定分析。

(2) 矮牵牛的栽培试验。改良后的土壤进行室内栽培试验，矮牵牛采用先育苗后移栽的方法，为期2个月后收获并测定各种生物指标。

1.3　测定指标与方法

土样分析采用水土比为5∶1进行浸提，土壤容重采用环刀法进行测定，土壤孔隙度可由土壤容重算出；pH值用酸度计测定，电导率(EC)用电导率仪测定，K+，Na+用火焰光度计法测定，Cl-采用AgNO3滴定法测定[9]。试验数据采用Excel和SPSS 18.0软件进行处理分析。

表2　土壤改良试验方案

2结果分析与讨论

2.1　施用不同改良剂对土壤pH值的影响

图1　不同改良剂处理后土壤pH的变化

注：同行不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。下同。

2.2　施用不同改良剂对土壤EC值的影响

土壤0—10 cm和10—20 cm的土层EC值分别为1.184，0.9 mS/cm。从图2可以看出，在0—10 cm土层，石膏改良处理后，EC值较对照处理明显升高，S1，S2和S3处理均显著高于CK(p≤0.05)，但S1和处理前相比降低了0.32，原因可能是由于脱硫石膏中Ca2+的增加，使总盐含量相对升高，从而导致EC值升高[10]，在香菇菌糠和平菇菌糠处理后，仅X3处理显著低于对照CK，而P1与CK相比差异不显著，其他处理相比CK显著升高。对于10—20 cm土层，脱硫石膏和平菇菌糠各处理均显著高于CK处理，随着平菇菌糠施用量的增加，EC降低值逐渐减少，原因可能是平菇菌糠本身EC值相对较大，而香菇菌糠处理后，X1与对照相比差异不显著，X2显著高于CK处理，X3处理则显著低于对照CK。上述结果表明，X3(24 g/kg)处理对降低土壤EC值效果最好。

图2　不同改良剂施用后土壤EC值的变化

2.3　不同改良剂的施用对土壤中水溶性钠离子含量的影响

施用脱硫石膏的目的是利用脱硫石膏中的Ca2+对土壤胶体吸附的Na+进行交换，并通过一定的淋洗，达到改良土壤的目的[12]。施用菌糠也是为了将土壤中释放出的Na+被Ca2+交换[11]，从而使钠离子含量降低，减轻土壤盐害，使土壤胶体主要吸附Ca2+，促进土壤团粒结构的形成，改善土壤肥力[13]。

从表3可以看出，处理前土壤中水溶性钠离子平均含量在0—10和10—20 cm土层分别为1.54和0.73 g/kg,为重度盐化下的钠离子含量水平，已超出土壤可以承受的钠离子含量0.58 g/kg[14]。添加改良剂处理之后，在0—10 cm土层，P1，P2，P3，X1，X2和X3处理的钠离子相对降低量均显著高于CK(p≤0.05)，香菇菌糠和平菇菌糠处理后，随着施用量的增加，钠离子相对降低量越大，最高达91.06%，处理S1，S2和S3处理的钠离子相对降低量则与CK差异不显著(p≤0.05)，但除S1以外，相对降低量均比对照高，且随着石膏施用量的增加，钠离子含量降低效果越好。在10—20 cm土层，9个改良处理的钠离子相对降低量与CK相比差异均不显著(p≤0.05)，但各处理相对降低量均比对照高，而且香菇菌糠处理后，仍是随着施用量的增加，钠离子相对降低量越大，其他改良剂则相反。同时，可以看出改良之后CK和9个改良处理在0—10和10—20 cm土层钠离子含量范围分别为0.14～0.39和0.11～0.18 g/kg，均达到正常水平。上述结果表明，各改良剂处理钠离子降低作用主要发生在0—10 cm土层，各改良剂中平菇和香菇为最优改良剂，与对照相比改良效果显著，且平菇菌糠>香菇菌糠，而对10—20 cm土层作用相对较弱。

2.4　不同改良剂对土壤水溶性K+含量的影响

由表4可以看出，添加改良剂之前，K+含量处在同一水平，0—10 cm和10—20 cm土层K+含量分别为0.08和0.06 g/kg，而土壤中钾离子正常允许范围是0.75～1.24 g/kg[14]，可见融雪剂盐害土壤均明显低于正常K+所需水平。改良处理之后，0—10 cm土层K+范围为0.04～0.45 g/kg，10—20 cm土层K+含量范围是0.03～0.11 g/kg，明显可以看出0—10 cm和10—20 cm土层，K+含量有所降低也有所升高。同时可以看出，对于0—10 cm土层脱硫石膏处理可以使K+含量降低，这可能是因为脱硫石膏中的Ca2+与土壤中的K+发生离子交换作用，且S1相对降低量达到最大，达到14.31%，但相比对照高出33.25%，且随着石膏施用量的增加，这种现象逐渐减弱，S2和S3处理后，升高量显著高于CK。0—10 cm土层香菇和平菇菌糠处理后，只有X3处理显著低于对照CK，其他各处理相比对照，均显著升高。香菇菌糠处理是随着施用量的增加，K+离子升高量越小，平菇菌糠处理P3效果最好，相比对照高出447.20%，这有可能是因为添加菌糠使得矿物态钾不断分解，水溶性钾离子含量增加，改善土壤结构[15],这与谢修鸿等[16]研究黑木耳菌糠改良盐碱地的结论相一致。对于10—20 cm的土层，脱硫石膏和平菇菌糠各处理相比对照显著升高，香菇菌糠X1和X2相比对照无显著影响，X3显著低于对照CK，趋势和0—10 cm土层相一致，随着施用量的增加，K+离子相对降低量越大。由此可以看出，平菇菌糠处理对提升K+离子含量效果最佳。

表3　不同改良剂处理对融雪剂次生盐害土壤中Na+含量相对降低量的影响

注：同行不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。离子含量单位为g/kg。下同。

表4　不同改良剂处理对融雪剂次生盐害土壤中K+含量相对升高量的影响

2.5　不同改良剂对土壤Cl-含量的影响

从表5可以看出，添加改良剂之前土壤中Cl-离子含量在0—10 cm土层为1.67 g/kg，高于土壤正常Cl-离子含量<0.90 g/kg[14],Cl-对于植物所需元素来说属于微量元素，需求量极少，一般0.1%即可满足需要[17]。而在10—20 cm土层为0.72 g/kg处于正常水平内。添加改良剂处理之后，Cl-含量均有所降低。在0—10 cm土层，9个改良处理氯离子相对降低量均显著高于CK(p≤0.05)，且均随着改良剂施用量的增加，Cl-相对降低效果越显著，其中处理S3和X3处理效果最佳，显著高于其他改良处理。添加改良剂处理之后，在10—20 cm土层，香菇和平菇菌糠处理后，其Cl-相对降低量均显著高于CK(p≤0.05)，且随着菌糠施用量的增加，Cl-相对降低效果越显著。

同时，可以看出改良之后CK和9个改良处理在0—10 cm土层钠离子含量范围为0.10～0.48 g/kg，达到土壤理想水平<0.90 g/kg[14]。说明在0—20 cm土层，香菇菌糠(24 g/kg)处理对于降低Cl-含量效果最显著。

表5　不同改良剂处理对融雪剂次生盐害土壤中Cl-含量相对降低量的影响

2.6　改良剂对土壤容重和孔隙度的影响

改良处理之前，土壤容重为1.19 g/cm3，孔隙度是54.95%，由图3可以看出，改良处理后，均使土壤容重降低，孔隙度升高。但不同改良剂的施用对土壤容重和孔隙度的影响有所差异，此外还可以看出，香菇菌糠处理后，土壤容重降低效果最显著，最低达到0.34 g/cm3，比CK减少了57.3%，其次为平菇菌糠处理，且两种菌糠均是随着施用量的增加，土壤容重逐渐降低；对于增加土壤孔隙度而言，表现为：，香菇菌糠处理>平菇菌糠>脱硫石膏，这是由于菌糠本身疏松多孔，对保持土壤的通透性和保水性有着显著的作用[18]，石膏则是由于高价离子的介入降低电位势有利于团粒结构的形成[19]。

图3　不同改良剂施用量对土壤容重及孔隙度的影响

2.7　改良后的土壤对矮牵牛生长发育的影响

从表6可以看出，施用3种改良剂后，矮牵牛的生物量均比对照高，说明含盐量的降低为矮牵牛的生长提供的适宜的环境[8]。改良处理后，矮牵牛生物量与对照相比均有显著差异。3种改良剂处理后，花朵数的显著效果基本一致；S3，X3，P1处理后，株高分别比CK增加了33.3%，45.76%和45.10%，茎粗分别比CK增加了63.79%，125.93%和81.54%，冠幅分别比CK增加了356.45%，484.86%和387.64%，单株鲜重分别比对照增加了194.98,244.64%和200.64%，最大值达到91.33 g;由此可见X3处理效果最好,P1和S3次之。这是因为改良剂施用后使pH值、EC值、盐分含量降低，孔隙度升高；另一方面是因为改良剂中含有植物所需要的Ca，Mg等营养元素。

3结 论

(1) 各处理均能使土壤pH值降低，有效改善土壤的碱性，改良土壤，0—10 cm的土层，脱硫石膏0.9 g/kg和香菇菌糠12 g/kg处理效果最好，比对照分别降低了0.21和0.19个单位，10—20 cm的土层，平菇菌糠24 g/kg处理降低效果最佳，与对照CK相比降低0.2个单位；当香菇菌糠施用量为24 g/kg时，可以显著降低土壤EC值，从而减轻土壤盐害。

表6　改良后的土壤对矮牵牛生长发育的影响

(2) 平菇菌糠处理后可以显著提高土壤中K+离子含量，改善土壤结构。融雪剂盐害土壤中最主要是Na+和Cl-含量偏高，对于降低土壤中Na+离子含量表现为：平菇菌糠﹥香菇菌糠﹥脱硫石膏；香菇菌糠处理对于降低土壤中Cl-离子含量效果最佳，其次是脱硫石膏和平菇菌糠。

(3) 改良剂处理后，均使土壤容重降低，孔隙度升高，香菇菌糠处理达到24 g/kg时效果最显著，土壤容重比CK减少了57.3%，孔隙度增加24.6%。对土壤结构有明显改善，增强土壤的通气透水能力，提高土壤肥力。

(4) 香菇菌糠24 g/kg、平菇菌糠12 g/kg和石膏1.2 g/kg处理对提高矮牵牛的生物量效果最佳，其中香菇菌糠施用量达到24 g/kg时，效果最显著，综合比较来看，香菇菌糠处理(24 g/kg)是改良土壤的最佳施用量水平。

[参考文献]

[1]李瀚涛,岳冠华,王辰,等.融雪剂的危害及其治理对策[J].绿色科技,2011(10):109-111.

[2]Shabala S, Cuin T A. Potassium transport and plant salt tolerance [J].Physiol Plant, 2008,133(4):651-669.

[3]骆虹,罗立斌,张晶.融雪剂对环境的影响及对策[J].中国环境监测,2004,20(1):55-56.

[4]余海英,孔亚平,张科利,等.融雪剂在路域土壤中的累积、扩散及其对土壤性质的影响[J].水土保持通报,2009,23(6):182-185.

[5]郭城,孙向阳,郝利锋,等.天安门融雪剂次生盐害土壤的防治与监测[J].中国农学通报,2012,28(35):239-243.

[6]董芸雷,妥德宝,李彬,等.脱硫石膏改良盐碱土的研究进展[J].安徽农业科学,2013,41(15):6677-6678.

[8]王艳春,白雪薇,李芳.氯盐融雪剂对城市道路绿化带土壤性状的影响[J].环境科学与技术,2011,34(11):59-63.

[9]鲍士旦主编.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000：192-196.

[10]南江宽,陈效民,王晓洋,等.不同改良剂对滨海盐渍土盐碱指标及作物产量的影响研究[J].土壤,2013,45(6):1108-1112.

[11]董宁,康立娟.鸡腿蘑菌糠对苏打盐渍土改良效果及大豆生长发育的影响[J].吉林农业,2011(4)：82-83.

[12]Choudharya O P, Josana A S, Bajwaa M S, et al. Effect of sustained sodic and saline-sodic irrigation and application of gypsum and farmyard manure on yield and quality of sugarcane under semi-arid conditions[J]. Field Crops Research, 2004,87(2/3):103-116.

[13]李玉波,许清涛.脱硫石膏对苏打盐碱土旱田的改良效果研究[J].中国农机化学报,2013,34(1):249-252.

[14]Noguera P, Abad M, Puchades R, et al. Influence of particle size on physical and chemical properties of coconut coir dust as container medium[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2003,34(3/4):593-605.

[15]董宁.菌糠新型苏打盐渍土改良剂组方效果试验研究[D]. 吉林 长春:吉林农业大学,2011.

[16]谢修鸿,梁运江,李玉.黑木耳菌糠改良苏打盐碱土效果研究[J].水土保持通报,2008,22(5):130-133.

[17]涂书新,郭智芬,孙锦荷.土壤氯研究的进展[J].土壤,1998(3):125-130.

[18]周巍,盛萱宜,彭霞薇,李宝聚.菌糠的综合利用研究进展[J].生物技术,2011,21(2):94-97.

[19]王金满,杨培岭,张建国.脱硫石膏改良碱化土壤过程中的向日葵苗期盐响应研究[J].农业工程学报,2005,21(9):33-37.

Effects of Different Soil Amendments on Soil Improvement of Deicing Salt Damaged Soil

JIANG Meiling, SUN Xiangyang, LUAN Yaning, GUO Cheng, GONG Xiaoqiang, WU Xuanyun

(CollegeofForestry,BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

Abstract：[Objective] Effects of soil amendments with different addition amount on the amelioration of deicing salt damaged soil and its inflences on growth of petunia were observed to guide practical filed employment. [Methods] Three amendments, including spent Lentinula edodes substrate, Pleurotus ostreatus and gypsum were used in a soil column laboratory experiment. Soil pH value, EC, K+, Na+, Cl-, bulk density and porosity were measured after the amendments were applied. [Results] pH values were observed significantly decreased in all amendment treatments. Shiitake mushroom(24 g/kg) had the best effect on decreasing soil EC. Pleurotus ostreatus effectively improved soil K+concentration. Regarding the reducing of soil Na+, the amendments had a rank of Pleurotus ostreatus>Shiitake mushroom>Gypsum. Spent Lentinula edodes substrate(24 g/kg) had the best effects on decrease of soil Cl-content, density and improvement of soil porosity. As compared with CK, the spent Lentinula edodes treatment decreased soil bulk density 57.3%, increased soil porosity by 24.6%, and the fresh weight of petunia in the treated soil increased by 244.64%. [Conclusion] Spent Lentinula edodes substrate(24 g/kg) was observed having the best effects on ameliorating of deicing salt damaged soil.

Keywords:deicing; spent Lentinula edodes substrate; Pleurotus ostreatus; desulfurized gypsum; applying amount; petunia

文献标识码：A

文章编号：1000-288X(2015)06-0301-05

中图分类号：S156.2

通信作者：孙向阳(1965—),男(汉族),山东省乐陵市人,教授,博士生导师,主要从事土壤生态、森林土壤、植物营养等方面的研究。E-mail:1206281403@qq.com。

收稿日期：2014-09-23修回日期：2014-11-20

资助项目：北京市自然科学基金项目“复合吸附层对融雪剂的吸附作用研究”(2122044); 北京市教育委员会科学研究与研究生培养共建项目

第一作者：姜美玲(1987—),女(汉族),黑龙江省佳木斯市人,硕士研究生,研究方向为土壤生态。E-mail:jddzzh123@163.com。