不同改良措施对河套灌区盐渍化土壤性质及向日葵产量的影响

白勇兴，慕宗杰，赵 举，赵 强，刘晓燕，栗艳芳，卢旭东，景宇鹏，，李跃进

（1.杭锦后旗农牧业技术推广中心，内蒙古 陕坝 015400；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；3.内蒙古农业大学 草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011）

土壤盐渍化是一个世界性的资源和生态问题，已成为制约干旱、半干旱地区生态环境与农业高效持续利用的一个重要因素[1]。世界范围内的盐碱地面积高达1.0×1010hm2，约占陆地面积的25%，占全世界耕地面积的76%[2]。盐碱土作为重要的后备土壤资源，开发利用潜力巨大，对保证我国耕地红线具有重大战略意义[3-4]。内蒙古河套灌区地处干旱半干旱地区，是我国重要的粮食生产基地，该地区由于土壤母质含盐量大，以及长期不合理的大水漫灌制度，地下水位迅速抬升，导致区域土壤盐碱化和次生盐渍化现象较为严重，土壤的盐碱化已成为阻碍当地农业持续发展的主要障碍因子[5-6]。因此，采取有效的措施改良盐碱地是该地区研究的重点。

目前，有关不同改良/治理措施对盐碱土的改良效果以及如何在盐碱地上实现农业的高效利用受到广泛关注，已成为研究的热点问题。前人有关盐碱地改良措施只注重单项改良技术方面的研究，如物理措施（客土、掺沙、表层覆盖、深耕深翻、粉垄、轮作）[7-10]、水利措施（竖井排灌、暗管排水）[11-14]、化学措施（磷石膏、脱硫石膏、硅酸盐矿物、酸性残渣、粉煤灰）[15-17]、生物措施（种植耐盐作物、微生物菌肥）[18-21]或单施有机肥等，这些单项技术改良效果不明显，不能从根本上解决盐碱地“瘦、生、冷、板”的问题，缺乏不同改良措施综合应用对盐碱化农田土壤改良效果的研究。因此，本研究以内蒙古巴彦淖市典型的盐碱土为研究对象，探究不同改良措施对盐碱地的改良效果，以期筛选出适合河套灌区盐碱地改良较为合理的方式，为今后河套灌区盐碱地改良技术筛选与优化，以及推广应用提供技术方案和参考依据。

1 材料和方法

1.1 研究区概况

试验地位于内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗三头道桥镇澄泥村（40°26′～41°13′N、106°34～107°24′E，海拔高度991 m），当地年均气温8.7℃，年均降水量135.9 mm，蒸发量1 984.3 mm，无霜期152 d 左右，年日照时数3 220 h 以上，积温3 520℃以上，日照率达73%，土壤以氯化物硫酸盐盐化土为主。

1.2 试验设计

试验采用大田对比试验研究方法，试验共设6个处理（表1），分别为覆盖明沙（M）、有机肥（N）、磷石膏+有机肥（PN）、有机肥+明沙（NM）、磷石膏+明沙+有机肥（PMN）以及常规施肥处理（CK），试验区分别于2015年、2016年5月初将磷石膏、有机肥、明沙按照试验处理分别撒施到不同地块，然后旋耕、整地、覆膜，5月中旬大水漫灌后待播，6月初人工点播种植向日葵，供试所用向日葵品种为当地主栽品种SH361，采用大小垄覆膜种植，大行80 cm，小行40 cm，株距45 cm，留苗36 000株/hm2。

1.3 测定项目和计算方法

土壤样品采集：在2015年、2016年每年在向日葵收获后采集1次土壤样品，每种处理随机选择4个取样点，采集0～20 cm 土层土壤，将采集的土壤样品在室内阴干过2.00 mm 和0.15 mm 筛后保存，进行相关指标的测定。

表1 试验设计及施用量

土壤相关指标测定[22]：土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定；全氮采用半微量凯氏定氮法测定；速效氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提钼锑比色法测定；土壤速效钾采用钼锑比色法测定；土壤阳离子交换量采用乙酸钠浸提火焰光度计法测定；交换性钠采用乙酸铵浸提火焰光度计法测定；土壤pH值采用电位法测定，土壤全盐量采用烘干法测定；土壤容重采用环刀法测定。

向日葵生长指标测定：在每个处理选取长势均匀具有代表性的连续4株进行定株挂牌，在每个生育时期测定株高和茎粗；株高采用卷尺测定，茎粗采用游标卡尺测定；向日葵产量测定：在每个处理内选取3个点，取样面积为13 m2（5.0 m×2.6 m），晒干脱粒测定产量。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007 整理并制图，采用SPSS 16.0 统计学软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同改良措施对土壤物理性状的影响

由表2可知，不同改良措施均显著降低了土壤容重，大小依次为：对照＞明沙＞有机肥＞有机肥+明沙＞磷石膏+有机肥＞磷石膏+明沙+有机肥。不同改良措施土壤容重均比对照低，对照处理条件下的土壤容重最大，高达1.46 g/cm3，磷石膏+明沙+有机肥处理条件下的土壤容重最低，为1.31 g/cm3，较对照处理土壤容重降低了10.27%，其次是磷石膏+有机肥处理，土壤容重为1.36 g/cm3。同时不同改良措施均显著增加了土壤孔隙度，大小依次为：磷石膏+明沙+有机肥＞磷石膏+有机肥＞有机肥+明沙＞有机肥＞明沙＞对照。不同改良措施土壤孔隙度均比对照大，磷石膏+明沙+有机肥处理条件下土壤孔隙度最大，为50.75%，较对照处理土壤孔隙度增加了13.00%。因此，可以认为，不同处理均可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，以磷石膏+明沙+有机肥、磷石膏+有机肥处理条件下对土壤物理性状的改良效果较为理想，土壤容重降低了6.85%～10.27%，孔隙度增大了8.82%～13.00%，同时随改良时间的延长土壤物理性状得到更好地改善。

表2 不同处理对土壤物理性状的影响

2.2 不同改良措施对土壤盐碱化特征的影响

由表3可知，不同改良措施均能降低土壤盐碱化特征指标，2015年明沙+有机肥、磷石膏+有机肥、磷石膏+明沙+有机肥处理土壤pH值、碱化度与对照达显著差异，土壤pH值分别较对照下降0.13、0.26、0.35，土壤碱化度分别下降了9.17%、11.32%、18.10%；2016年除明沙处理外，其他处理土壤pH值、碱化度与对照均达显著差异（P＜0.05），土壤pH值分别较对照下降0.21、0.23、0.48、0.62，土壤碱化度分别下降了12.79%、13.06%、25.47%、31.91%；2015年不同改良措施对土壤全盐的影响较小，明沙+有机肥、磷石膏+有机肥、磷石膏+明沙+有机肥处理与对照差异显著（P＜0.05），分别较对照下降8.39%、7.87%、12.49%；2016年不同改良措施均能显著降低土壤盐分含量，磷石膏+明沙+有机肥对土壤盐分含量降低最为显著（P＜0.05），脱盐率高达42.96%。整体来看，随时间的延长不同改良措施均能有效降低土壤盐碱化特征指标，改良效果依次为：磷石膏+明沙+有机肥＞磷石膏+有机肥＞有机肥+明沙＞有机肥＞明沙＞对照。

表3 不同处理对土壤盐碱化特征的影响

2.3 不同改良措施对土壤养分含量的影响

由表4可知，增施有机肥处理均能不同程度增加土壤有机质、全氮、速效养分含量；单施有机肥、磷石膏+明沙+有机肥处理土壤有机质、全氮含量增幅最大，分别较对照增加8.06%～11.29%、27.43%～28.24%；明沙处理的土壤有机质、全氮含量虽有一定程度的提高，但没有表现出差异显著性（P＞0.05）。除明沙处理外，其他不同处理土壤速效养分含量较对照均显著提高（P＜0.05）；土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量增加幅度分别为42.39%～79.80%、21.43%～36.81%、25.49%～33.73%，而单施有机肥处理土壤碱解氮增加幅度最大；磷石膏+明沙+有机肥处理土壤有效磷和速效钾含量提升幅度最大。可见增施有机肥能有效提高土壤养分含量，尤其是磷石膏+明沙+有机肥处理使用对提高土壤养分含量最为显著（P＜0.05）。

表4 不同处理对土壤养分含量的影响

2.4 不同改良措施对向日葵生长特性及产量的影响

2.4.1 不同改良措施对向日葵生长特征的影响 由图1、图2可知，不同改良措施向日葵株高、茎粗随生育过程的推进呈先升高后降低的变化趋势，在灌浆期植株达最高。苗期不同改良措施向日葵株高与对照差异不显著（P＞0.05）；从现蕾期向日葵进入快速生长阶段，除单施明沙处理外其他改良措施向日葵株高均与对照差异显著，分别较对照增加了18.22%、22.56%、20.39%、28.63%；开花期，除单施明沙处理外不同改良措施同样与对照显差异著性（P ＜0.05），分别较对照增加了9.63%、21.76%、11.46%、22.43%；灌浆期不同改良措施向日葵株高均达最大值，有机肥与明沙、磷石膏+明沙+有机肥处理分别较对照增长了16.29%、18.72%；成熟期向日葵株高有所下降，不同改良措施之间差异不显著（P＞0.05）。不同改良措施除单施明沙处理外，其他改良措施在向日葵各生育时期茎粗均与对照差异显著（P＜0.05）；苗期单施有机肥、有机肥+明沙、磷石膏+有机肥、磷石膏+明沙+有机肥处理分别较对照增加了9.86%、20.23%、9.73%、21.33%；现蕾期分别较对照增加了18.22%、19.39%、18.48%、21.88%；开花期分别较对照增加了14.59%、20.65%、17.71%、21.97%；灌浆期不同改良措施向日葵茎粗达最大值，有机肥+明沙、磷石膏+明沙+有机肥处理分别较对照增长了18.91%、20.11%；成熟期向日葵茎粗有所下降，分别较对照增加了10.65%、14.26%、10.37%、15.49%。可见，除单施明沙处理外，其他改良措施均有利于向日葵的生长，尤其以有机肥+明沙、磷石膏+明沙+有机肥处理对向日葵株高和茎粗影响最为显著。

2.4.2 不同改良措施对向日葵产量的影响 由图3可知，除单施明沙处理外，其他改良措施向日葵产量均与对照差异显著（P＜0.05），磷石膏+明沙+有机肥（PMN）处理向日葵产量最高，比对照增产35.76%，有机肥+明沙（NM）、磷石膏+有机肥（PN）处理次之，分别比对照增加了14.89%、20.32%；不同改良措施向日葵产量大小顺序依次为：磷石膏+明沙+有机肥＞有机肥+明沙＞磷石膏+有机肥＞有机肥＞明沙＞对照。

2.5 向日葵产量与生长指标与土壤肥力特征的相关性

盐碱土改良的主要目的是降低盐碱对作物的危害、培肥土壤、提高土壤养分，从而达到增加作物的产量目标。因此，将向日葵产量、生育指标与土壤肥力等指标进行相关性分析。由表5可知，向日葵产量与有机质、孔隙度、株高、茎粗存在极显著的正相关关系，与有效磷呈显著正相关关系，与全盐、容重呈极显著的负相关关系，与pH值、碱化度呈显著的负相关关系；株高与有机质呈极显著正相关关系，与全氮、有效磷、速效钾、孔隙度呈显著的正相关关系，与全盐和容重呈显著的负相关关系；茎粗与有机质、全氮、速效钾、株高呈极显著的正相关关系，与碱解氮、有效磷呈显著的正相关关系，与容重和全盐呈显著的负相关关系。这表明土壤肥力提高、盐碱化指标降低对于促进作物生长和增产具有重要意义。

表5 各指标相关性分析

3 讨论

3.1 不同改良措施对盐渍化土壤理化特性的影响

容重、孔隙度是土壤最基本的物理性质，对土壤的透气性、水分入渗能力、持水能力等特征有重要影响。土壤容重越小，孔隙度越大，通透性、透水性、持水性越好，有利于作物生长发育。而在盐渍化土壤中由于土壤含有大量的Na+，土壤高度分散、黏性增大，孔隙度与入渗能力大幅度下降。本研究结果表明，不同改良措施均降低了土壤容重和增加了土壤孔隙度，磷石膏+明沙+有机肥处理条件下对土壤物理性状改善最为显著，磷石膏+有机肥处理次之，这与杨洪涛等[23]研究结果一致，再一次验证了在土壤中添加含钙物质与有机肥对盐渍化土壤容重影响的重要性。

土壤pH值、碱化度、全盐是评价和判定土壤是否发生盐化、碱化及盐渍化程度高低的重要指标与依据[24-27]。本试验研究结果表明，不同改良措施均能有效降低土壤pH值、全盐、碱化度，磷石膏+明沙+有机肥处理改良效果最佳，碱化度和全盐分别下降了50.50%、41.97%，这是由于施入的磷石膏增加了土壤中钙离子和硫酸根离子，钙离子和钠离子发生离子交换反应，钠离子被置换下来，同时施入有机肥和明沙，增加了土壤孔隙度和土壤阳离子交换量，易于土壤中盐分离子的淋洗，从而降低了土壤碱化度和全盐；而土壤pH值的变化主要受碳酸根离子和重碳酸根离子的影响，当土壤中施入大量的磷石膏，其中的钙离子与重碳酸根离子发生反应，生成重碳酸盐从而降低土壤pH值。

土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾是评价土壤肥力的重要指标[28]。本试验研究结果表明，除明沙处理外，其他处理均能显著提高土壤养分含量，磷石膏+明沙+有机肥三者混合施用对土壤有机质和全氮含量增幅最大，一方面可能是由于磷石膏降低了土壤盐碱指标，提高了土壤养分含量；另一方面磷石膏与有机肥改善土壤环境，易于土壤养分的活化，从而提高土壤养分含量，这与李谟志等[29]、唐珧等[30]的研究结果一致。

3.2 不同改良措施对向日葵生长特性及产量的影响

作物生长状况和产量是衡量盐渍化土壤改良效果的重要指标之一。除单施明沙处理外，其他改良措施均促进向日葵生长和增加向日葵产量，说明不同改良措施均能不同程度改善土壤理化性状，增加土壤养分含量，进而促进向日葵生长发育和提高其产量。磷石膏+明沙+有机肥处理增产效果最好，这可能是磷石膏除了能够降低土壤盐碱化危害和活化土壤养分含量，磷石膏中还有大量的磷、钙、硅等元素，从而提高作物产量；相关性方面也表明向日葵产量与土壤有效磷含量呈显著的正相关关系。同时向日葵产量还与土壤有机质、孔隙度呈显著或极显著的正相关关系，与土壤盐分含量、pH值、碱化度、容重呈显著或极显著的负相关关系；与向日葵生长指标株高、茎粗呈极显著的正相关关系。

4 结论

不同改良措施均显著降低了土壤容重，增加土壤孔隙度，以磷石膏+明沙+有机肥、磷石膏+有机肥处理条件下对土壤物理性状的改良效果较为理想，土壤容重降低了6.85%～10.27%，孔隙度增大了8.82%～13.00%。

不同改良措施均能降低土壤pH值、全盐、碱化度，磷石膏+明沙+有机肥三者混合对盐渍化土壤改良效果最为理想，分别较对照下降7.17%、31.91%、12.49%，土壤脱盐率高达42.96%。整体来看，随时间的延长不同改良措施均能有效降低土壤盐碱化特征指标，改良效果依次为：磷石膏+明沙+有机肥＞磷石膏+有机肥＞有机肥+明沙＞有机肥＞明沙＞对照。

增施有机肥均能不同程度增加土壤有机质、全氮、速效养分含量，单施有机肥、磷石膏+明沙+有机肥三者混合施用土壤有机质、全氮含量增幅最大，分别较对照增加8.06%～11.29%、27.43%～28.24%；除明沙处理外，其他不同处理土壤速效养分含量较对照均有显著提高，土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量增加幅度分别为42.39%～79.80%、21.43%～36.81%、25.49%～33.73%。

除单施明沙处理外，其他改良措施均能显著提高向日葵产量，磷石膏+明沙+有机肥处理向日葵产量最高，比对照增产35.76%。同时向日葵产量与土壤孔隙度、容重、有机质、有效磷、全盐、pH值、碱化度等指标以及向日葵的生长指标株高、茎粗有显著的相关性。