第 1 期罗小东等 : 基于土壤钠离子含量的不同施用量石膏改良剂的改良效果 289 盐环境新疆库尔勒巴州灌区的农田, 种植作物为棉花, 种植结构单一土壤盐碱化严重, 钠离子含量大, 在采用膜下滴灌灌水技术之前, 棉花的产量很低膜下滴灌技术结合化学改良, 可以更好地淋洗作物根层的盐分, 为作物

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庶皮
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1 第干旱地区农业研究卷第期ＶＮ年月ＡＲＡＡＪ文章编号基于土壤钠离子含量的不同施用量石膏改良剂的改良效果罗小东王全九谭帅西安理工大学水资源研究所陕西西安摘要以土壤中钠离子含量为依据分析石膏施量对土壤水盐分布和作物生长的影响从而确定石膏改良剂合理施量结果表明石膏施量为土壤钠离子含量的时土壤的容重下降较其他处理下降幅度大石膏施量为土壤钠离子含量的和时土壤的含水量较其他处理增加幅度大分别为和石膏施量为土壤钠离子含量的和时更有利于土壤的脱盐相对脱盐率分别为和各施量都增加了棉花的茎粗产量施量为土壤钠离子含量的时棉花的茎粗和产量增加最多分别为和时经济效益增加相比对照分别增加ｍｍ和ｋｍ当石膏施量为元ｍ当石膏施量为时经济效益降低相比对照降低了元ｍ关键词盐碱地石膏改良剂水盐运移土壤容重经济效益中图分类号Ｓ文献标志码ＡＴｍｍＮＷＡＮＧＱＴＡＮＳＬＵＯＸＩＸＸＣＷＲＵＴＳｘＩＡｍｗｚｍｗｍＯｗｗｍｗｍｋｗＩｗｗｍｗｍＭｗｍｗｍｗＦｍｍｍｍＡｍｍｗｍｗＡｍｗｍｍｍｍｗｍＨｗｍｗｍｍｍｗｍｗＫｗｋｍｍｋｍ我国是一个拥有丰富盐碱地资源的国家盐的施量也因地域差异而发生变化这使改良剂的推碱地的开发可以实现土地资源的可持续利用和农业广使用受到限制不利于盐碱地的开发和利用本的增产增收近年来很多学者对盐碱地的改良做试验所在地区土壤为钠质化盐碱地含有大量的钠了大量研究研究了改良剂的改良原理离子恶化土壤的物理特性针对这一现状采用石得出了膏进行改良用石膏中的钙离子置换出吸附在土壤但是由于盐碱颗粒上的钠离子并在灌水淋洗的作用下将钠离子地的盐分含量和组成在不同区域存在差异改良剂运移到作物根层以外处为作物创造良好的生长水确定了很多类改良盐碱地的改良剂针对某一区域的改良剂施量收稿日期基金项目水利部公益性行业科研专项经费项目新疆维吾尔自治区科技计划项目作者简介罗小东男宁夏中卫人硕士研究生主要从事节水灌溉和盐碱地治理ＥＬｘｍｍ通信作者王全九男内蒙古人教授博士生导师主要从事土壤物理与溶质迁移研究Ｅｗｑｍｍ

2 第 1 期罗小东等 : 基于土壤钠离子含量的不同施用量石膏改良剂的改良效果 289 盐环境新疆库尔勒巴州灌区的农田, 种植作物为棉花, 种植结构单一土壤盐碱化严重, 钠离子含量大, 在采用膜下滴灌灌水技术之前, 棉花的产量很低膜下滴灌技术结合化学改良, 可以更好地淋洗作物根层的盐分, 为作物创造良好的水盐环境改良剂石膏的施量与土壤中钠离子含量有关, 本文以土壤中钠离子含量的相对值确定改良剂石膏的合理施量, 为确定改良剂合理施量提供参考 1 材料与方法 1.1 试验地概况试验于 2013 年在库尔勒西尼尔镇巴州水管处灌溉试验站进行该地区年降雨量 55mm 左右, 蒸发量 2500mm 左右, 地下水埋深在 1.4~2.4m, 矿化度大于 3g L -1 土壤质地为砂土, 其中砂粒占 88.9%, 粉粒占 9.4%, 粘粒占 1.7% 1m 以内土壤平均容重为 1.57g cm -3, 在 0~40cm 土层土壤平均含盐量为 1.8g kg -1, 其中 10cm 土层处含盐量为 2.2g kg -1,20cm 土层处含盐量为 2.0g kg -1,30 cm 土层处含盐量为 1.6g kg -1,40cm 土层处含盐量为 1.4g kg -1 多以 Cl - 和 Na + 为主试验地种植作物为棉花, 采用膜下滴灌技术, 采用统一的灌水定额为 4500m 3, 具体膜下滴灌种植方式如图 1 所示图 1 膜下滴灌棉花种植模式 Fig.1 Dripirigationpaternsforcotoncultivation 1.2 试验材料供试改良剂为石膏, 其主要成分为 CaO303.3 g kg -1,P 2 O 5 9.2g kg -1,K 2 O2.2g kg -1,SO g kg -1,Fe 2 O 3 2.2g kg -1, 游离酸 12.3g kg -1, 全 F 2.97g kg -1, 水溶性 F11.84mg kg -1 改良深度为 30cm, 钠离子含量的本底值和石膏施量如表试验设计试验是在大田试验小区进行, 试验设 5 种处理, 即施加石膏用量分别为土壤钠离子含量的 100% 200% 300% 350%, 以不施加石膏处理为对照, 设 2 个重复试验方案如表 1, 每个试验小区面积为 70 m 2 (10m 7m) 每个试验小区分别在膜间布置 5 个取土点, 每个取土点相距 30cm, 并在每个测点的 cm 和 40cm 土层深处提取土样, 取土时间为第次灌水的前 1 天提取土样用于测定土壤含水量盐分和离子含量表 1 钠离子含量的本底值和石膏施量 Table1 Amountofsodiumioncontentandthegypsum 项目 Items 本底值 /(g kg -1 ) Thebackgroundvalue 石膏施量 /(kg 667m -2 ) Applicationamountof gypsum applicationamount 处理 Treatments 100% 200% 300% 350% 对照 CK 试验方法 (1) 本底值调查 : 在施加改良剂之前, 在埋深为 cm 处取土样测定其盐分含量和 10~20cm 处的土壤容重 (2) 试验期监测 : 在第次灌水前 1 天, 在膜间的 cm 土层处提取土样, 用于测定土壤含水量和盐分其中, 土壤含水量用烘干法测定 ; 土壤含盐量采用电导率仪测定, 将所取的土样烘干后研磨, 取 18g 土用 90g 纯净水 ( 水土比 1 5) 浸提, 然后用 DOS 307 型电导率仪测定浸提液电导率值, 并将电导率值转化为土壤含盐量在第 11 次灌水后的第 10 天测定土壤容重, 用体积为 100cm 3 的环刀取原状土, 作为土样, 称重烘干测定在棉花的每个生育期测定棉花的生长指标, 茎粗用游标卡尺测定 (3) 脱盐率计算 : 由于每个试验地含盐量本底值存在差异, 所以在分析各处理对土壤含盐量的影响时, 采用了相对脱盐率表示, 具体表达式为 : s x = s-s d 100% (1) s d 式中,s x 为相对脱盐率 ;s 为每次取土的土壤含盐量 ;s d 为土壤的含盐量本底值其中相对脱盐率为正时, 表示积盐 ; 相对脱盐率为负时, 表示脱盐 2 结果与分析 2.1 石膏不同施用量对土壤容重的影响图 2 显示了石膏的不同施量对 10~20cm 土层处土壤容重的影响由图可知 : 石膏的施量分别为土壤钠离子含量的 100% 200% 300% 以及 350% 时, 土壤容重的下降率分别为 11.93% 14.44%

3 290 干旱地区农业研究第 34 卷图 2 石膏施用量对土壤容重的影响 Fig.2 Efectsofgypsumapplicationonsoilbulkdensity 11.49% 及 13.41%, 而对照土壤容重下降了 8.2%, 各处理都降低了土壤容重这是因为石膏含有二价钙离子, 施加到土壤中, 置换出土壤中一价阳离子 ( 主要是钠离子 ), 然后经过灌水淋洗, 将钠离子运移到作物根层以下的土壤中, 从而减轻钠离子对土壤颗粒的分散程度, 降低土壤的容重其中各施量相比, 石膏施加量为土壤钠离子含量的 200% 时, 土壤的容重下降幅度最大 2.2 石膏不同施用量对土壤含水量的影响图 3 显示了不同处理对膜下窄行埋深分别为 10cm 20cm 30cm 及 40cm 土层处土壤含水量的影响由图可知 : 在 0~30cm 土层处, 施加石膏的试验田土壤含水量相比对照有所提高其中, 在埋深 20cm 处, 石膏施量分别为土壤钠离子含量的 100% 200% 300% 及 350% 时, 土壤含水量相比对照分别提高了 3.06% 5.94% 6.21% 和 3.68% 说明石膏施加到土壤后, 经过灌水溶解, 分离出二价钙离子, 从而置换出土壤中的一价钠离子, 再在灌水淋洗的作用下, 将钠离子运移到湿润锋处 (>30cm), 改善了 0~30cm 处的土壤物理特性, 减小了水分蒸发的通道和增加了土壤的持水能力对不同施量进行比较分析可以看出, 石膏施量为土壤钠离子含量的 200% ~300% 时, 土壤的含水量比较大图 3 石膏不同施用量对土壤含水量的影响 Fig.3 Efectsofgypsumapplicationonsoilwatercontent 2.3 石膏不同施用量对土壤含盐量的影响图 4 显示了施加石膏对埋深为 10cm 20cm 30 cm 和 40cm 处土壤相对含盐率的影响由图可知, 在埋深 0~40cm 范围内, 各处理和对照的脱盐率均为负值, 呈现脱盐现象这是因为一方面棉花在整个生育期对土壤盐分的吸收, 另一方面是灌水淋洗的作用另外各处理与对照相比, 在 0~20cm 土层范围内, 土壤含盐量呈现降低的现象其中, 在 10 cm 土层处, 石膏的施量为 100% 200% 300% 和 350% 时, 土壤相对脱盐率相比对照分别增加了 5.2% 14.1% 13.6% 和 7.3% 说明施加石膏有助于土壤的脱盐在深度为 30~40cm 土层范围内, 有些处理相比对照有积盐的现象, 这是因为在灌水淋洗的作用下, 盐分被淋洗到深层土壤中各施量之间进行比较发现 : 石膏施量为土壤钠离子含量的 200% ~300% 时, 更有利于土壤的脱盐

4 第 1 期罗小东等 : 基于土壤钠离子含量的不同施用量石膏改良剂的改良效果 291 图 4 石膏不同施用量对土壤含盐量的影响 Fig.4 Efectsofgypsumapplicationonsoilsaltcontent 2.4 石膏不同施用量对棉花生长特性的影响施加改良剂影响了土壤的物理特性, 改善了棉花生长的水盐环境, 从而对作物的生长产生影响图 5~ 图 7 显示了施加石膏对棉花出苗率茎粗和产量的影响从图 5 可知, 各试验小区出苗率存在微小差异, 改良剂的施量对出苗率的影响规律不明显这可能是因为春灌将大量的盐分淋洗到深层土壤中, 再加上播种之后的覆膜, 阻碍了盐分向表层的积累, 而且没有灌水, 改良剂没有溶解, 改良作用发挥不明显, 所以对出苗率的影响比较小从图 6 可知, 施加石膏相比对照, 增加了棉花的茎粗其中, 当施量为 200% 时, 棉花茎粗相比对照增加了 1.6 mm 这是因为, 施加改良剂改善了棉花生长的水盐环境, 而植物茎秆的体积微变化动态与其体内水分状态有关, 当根系吸水充足时茎秆膨胀, 亏缺时茎秆收缩从图 7 可知, 施加石膏, 相比对照, 增加了棉花的产量其中, 石膏的施量为 100% 200% 300% 和 350% 时, 相比对照棉花的产量分别增加 kg 667m 施加石膏经济效益分析施用化学改良剂的目的之一是取得高产, 增加农民的收入, 这样也有利于改良剂的推广使用有些改良剂可以使棉花获得高产, 但是其成本昂贵, 反而造成农民收入的减小, 不被农民接受因此从经图 5 石膏不同施用量对棉花出苗率的影响 Fig.5 Efectsofgypsumapplicationonemergenceratesofcoton 图 6 石膏不同施用量对棉花茎粗的影响 Fig.6 Efectsofgypsumapplicationonstemthicknesofcoton 济效益的角度对改良剂的改良效果予以评价是很重要的采用经济效益值评价改良剂的经济效益其表达式为 :

5 292 干旱地区农业研究第 34 卷经济效益值 ( 元 )= 棉花的产量 (kg) 棉花的价格 ( 元 kg -1 )- 改良剂的施加量 (kg) 改良剂的价格 ( 元 kg -1 ) 图 8 显示了石膏不同施量对经济效益值的影响从图 8 可知, 当石膏施量为 100% 200% 和 300% 时, 经济效益增加, 相比对照分别增加元当石膏施量为 350% 时, 经济效益降低, 相比对照降低了 44 元 667m -2 图 7 石膏不同施用量对棉花产量的影响 Fig.7 Efectsofgypsumapplicationoncotonyield 图 8 石膏不同施用量对经济效益值的影响 Fig.8 Efectsofgypsumapplicationoneconomicvalue 3 结论通过上述分析, 试验所得结果和许多学者推荐 [16] 的石膏施量值相近, 王晓洋等研究发现 : 石膏施量为 300kg 667m -2 时, 土层盐分含量相对降低率分别为 18.8%,13.0% 和 4.9%, 油菜较对照增产 6.1% 说明用这种方法确定石膏的施量值是有效和合理的, 因此通过改良土壤中钠离子数量确定石膏施量可以克服土壤空间变异性, 针对任何钠质化盐碱地都可以给出改良剂石膏的最佳施量所得结论如下 : 1) 石膏施量为 213kg 667m -2 (200%) 和 320 kg 667m -2 (300%) 时, 土壤的容重下降率 ( 约 14%) 和土壤含水率相对增加值 ( 约 6.1%) 相比其他处理较大, 而且也更有利于土壤的脱盐 ( 相对脱盐率约 89.8%) 2) 石膏施量为 213kg 667m -2 (200%) 时, 增加棉花的茎粗产量和经济效益值最大, 分别为 1.6 mm 45kg 667m -2 和 263 元 667m -2 综上所述, 石膏的最佳施量推荐值在 213 kg 667m -2 (200%) 和 320kg 667m -2 (300%) 之间参考文献 : [1] 牛东玲, 王启基. 盐碱地治理研究进展 [J]. 土壤通报,2002, (6): [2] 赵锦慧, 乌力更, 红梅, 等. 石膏改良碱化土壤中所发生的化学反应的初步研究 [J]. 土壤学报,2001,41(3): [3] 俞仁培, 尤文瑞. 土壤碱化的监测与防治 [M]. 北京 : 科学出版社,1993. [4] 陈义群, 董元华. 土壤改良剂的研究与应用进展 [J]. 生态环境, 2008,17(3): [5] 王维敏. 中国北方旱地农业技术 [M]. 北京 : 中国农业出版社, [6] MitchelJP,ShennanC,SingerM J,etal.Impactsofgypsumand wintercovercropsonsoilphysicalpropertiesandcropproductivity whenirigatedwithsalinewater[j].agriculturalwatermanagement, 2000,45(1): [7] RasouliF,PouyaAK,KarimianN.Wheatyieldandphysico chemi calpropertiesofasodicsoilfromsemi aridareaofiranasafectedby appliedgypsum[j].geoderma,2013,193: [8] 夏海江, 杜尧东, 孟维忠, 等. 聚丙烯酰胺防治水土流失的效果 [J]. 生态学杂志,2001,20(1): [9] 李晶晶, 白岗栓. 聚丙烯酰胺的水土保持机制及研究进展 [J]. 中国水土保持科学,2011,9(5): [10] 王宇. 硫酸铝对苏打盐碱土的改良作用研究 [J]. 水土保持学报,2006,20(4): [11] 高玉山, 朱知运, 等. 石膏改良苏打盐碱土田间定位试验研究 [J]. 吉林农业学,2003,28(6): [12] 朱娱. 化学改良方法在温室盐碱化土壤上的应用 [J]. 北方园艺,2008,(7): [13] 王金满, 杨培岭, 张建国, 等. 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): [14] 岳中辉, 孙国荣, 阎秀峰. 不同改良方法对盐碱土壤腐殖酸及几种酶流活性的影响 [J]. 植物研究,2003,23(2): [15] FrenkelH.Solutionofgypsumandimprovementofsodicsoilaroused byelementexchange[j].thejournalofsoilscience,1989,40(3): [16] 赵锦慧, 李杨, 乌力更, 等. 石膏改良碱化土壤的效果 (I) 一石膏在土柱上部 20cm 混匀的土柱系列 [J]. 长江大学学报 ( 自然科学版 ) 农学卷,2006,3(1): [17] 田霄鸿. 施用硫磺和 ALA 对碱性盐土上作物生长发育及土壤性质的影响 [J]. 生态环境,2008,17(6): [18] 姚晓芹, 马文奇, 楚建周. 不同酸性物质对石灰性土壤的酸化效果研究 [J]. 中国生态农业学报,2006,14(4): [19] 王晓洋, 陈效民, 李孝良, 等. 不同改良剂与石膏配施对滨海盐渍土的改良效果研究 [J]. 水土保持学报,2012,32(3)46 53.

第 6 期石婧等 : 脱硫石膏不同施用量对新疆盐碱土壤改良效果及作物产量的影响 1801 土壤碱性成分, 同时尽可能地控制土壤盐分的增加, 达到比较理想的改良效果, 本研究采用田间实验的方法, 通过种植小麦 (Triticum aestivum Linn.), 研究脱硫石膏对土容重孔隙度团聚体

第 6 期石婧等 : 脱硫石膏不同施用量对新疆盐碱土壤改良效果及作物产量的影响 1801 土壤碱性成分, 同时尽可能地控制土壤盐分的增加, 达到比较理想的改良效果, 本研究采用田间实验的方法, 通过种植小麦 (Triticum aestivum Linn.), 研究脱硫石膏对土容重孔隙度团聚体第 12 卷第 6 期 2018 年 6 月环境工程学报 Chinese Journal of Environmental Engineering Vol. 12, No. 6 Jun. 2018 土壤污染防治 DOI 10.12030/j.cjee.201711090 中图分类号 X53 文献标识码 A 石婧, 黄超, 刘娟, 等. 脱硫石膏不同施用量对新疆盐碱土壤改良效果及作物产量的影响 [J].