新疆盐碱地土壤改良剂的高效利用

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论文摘要

  盐渍化土壤在全世界广为分布,土壤的盐渍化问题是一个世界性难题。全世界盐碱地面积约 9. 5亿 hm2,约占陆地总面积的 10%。我国盐碱地面积约占全国耕地面积的 20%。新疆盐碱地有0. 2 亿 hm2,约占新疆土地面积的 1/8、平原地区的 1/4。合理开发与利用巨大的盐碱地资源,是解决人口日益增加与耕地逐渐减少矛盾的重要突破口、也是科学家们一直研究的热点。盐碱地改良是一项难度大、复杂程度高、周期长的工作而受到国内外相关学者的长期关注。盐碱地改良的方法很多,目前所采用的,如灌排水利工程措施、增施有机肥、种植盐生植物的农业措施等,这些方法不是投资过大,就是见效太慢。施用盐碱地土壤改良剂是一种既经济又方便的方法,它可以改善土壤理化性状、增强土壤保肥保水能力、增强土壤中微量元素有效性; 同时还能提高土壤中微生物和酶活性、抑制病源微生物、增强植物抗性等。土壤改良剂在盐碱地治理方面有着广泛的应用。然而,市场上的盐碱地土壤改良剂种类较多、名目繁杂,如何选择合适的改良剂、如何使其功效最大化是人们需要面对的普遍而实际的问题。文中基于新疆玛纳斯河流域的典型盐碱土区,重点研究盐碱地土壤改良剂的高效利用,旨在为新疆盐碱地土壤改良剂的合理选择与应用提供一定的数据支持。

  1、 材料与方法

  1. 1 试验区概况

  试验于 2010 年 4 月 -11 月在玛纳斯县包家店镇新疆农科院棉花育种基地上进行。该基地位于天山山系北坡中段,准噶尔盆地西南缘,处于典型灰漠土地带,属中温带大陆性干旱、半干旱气候区,蒸发量大于降水量,昼夜温差悬殊。平均海拔高度489m,≥10℃的有效积温为3584℃,年均日照数2886 小时,无霜期 135 -170 天。试验区盐碱土类型为残余盐土,地下水位在 3m 以下,试验区 0 -40cm 土壤基础性状(表1) 。

  1. 2 试验设计

  按施用方式将盐碱地土壤改良剂分为两种: 播前基施施入土壤(随基肥一起施入土壤,文中简称为基施型) 和膜下滴灌施入土壤(即水溶性改良剂,文中简称为滴施型) 。每种类型,选市面上成分不同、有代表性的 3 种产品,每种产品依使用说明设计田间施用量(表 2) 。

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  基施型土壤改良剂在春天犁地前均匀施入土壤,滴施型在棉花播种后、滴出苗水时(第一次灌水之前)随水滴施,试验区水肥施用时间及用量(表 3) ,栽培管理措施与当地大田一致、同步。试验共 7 个处理、4次重复,小区随机区组排列。试验地播前基施磷酸二铵 300kg·hm- 2(16 -46 -0) ,棉花品种为新陆早 18,4 月 29 日播种,理论株数 270000 株·hm- 2,株行配置为(30 +70 +30 +43) cm,灌溉方式为膜下滴灌、一膜两管四行,试验区占地 0. 31hm2。各处理详细情况(表 2) ,其中,处理 H 为硝基腐植酸、购自新疆双龙腐植酸厂,其余产品购自肥料市场。

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  1. 3 测定项目及方法

  1. 3. 1 土壤电导率、pH 的测定

  土壤水溶性盐总量用土壤溶液电导率(EC) 表示,土壤改良剂对土壤盐分、pH 的作用效果分别用土壤脱盐率、土壤 pH 变化率表示。土壤 EC、pH 分别用电导率仪和土壤 pH 计测定,土水比均为 1:5。棉花生育期间进行了 2 次土壤采样,采样时间及时期分别是 2010 年 5 月 20 日棉花蕾期与 9 月 8 日吐絮期。

  1. 3. 2 棉花产量的测定

  吐絮期,实测小区棉花株数及铃数,按棉株下、中、上部位分别采 50 朵完全吐絮棉花测定单铃重,计算产量。棉花亩产量计算公式为: 产量 = 亩株数 × 铃数 ×单铃重。

  1. 3. 3 数据处理与计算

  土壤 pH 变化率(%) = 100 × (试验前土壤 pH 值- 棉花生长某时期土壤 pH 值) / 试验前土壤 pH 值;土壤脱盐率(%) = 100 × (试验前土壤 EC 值 -棉花生长某时期土壤 EC 值) / 试验前土壤 EC 值试验数据采用 SAS 9. 1 和 Excel 2003 软件进行统计分析,数据间多重比较采用 LSD 法。

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  2、 结果与分析

  2. 1 盐碱地土壤改良剂对棉花生育期土壤 pH、电导率的影响

  2. 1. 1 土壤 pH

  施用盐碱地土壤改良剂后,试验区棉花蕾期(5 月 20 日) 土壤 pH 变化情况(图 1) 。除 M 处理外,其他处理的土壤 pH 值均极显著小于(p < 0. 01) 对照CK,表明改良剂降低土壤 pH 作用较为显著,土壤 pH值降低程度 I、J 处理最显著,其次是 H、K、L; 改良剂间比较,基施型效果优于滴施型改良剂(图 1) 。棉花吐絮期(9 月 8 日) ,改良剂对土壤 pH 值的降低作用与蕾期表现一致、均极为显著(p < 0. 01) ,处理 K 降低土壤pH 的效果最好,其次是 H、I、L、M、J 处理; 类型间比较,滴施型效果略优于基施型改良剂(图 2) 。

  采用土壤基础(初始) pH 值与棉花生长某一时期土壤 pH 值的差、再与初始土壤 pH 值的比值,表示改良剂对土壤 pH 值的影响程度。由图 3、图 4,不同处理对棉花蕾期(5 月 20 日) 和吐絮期(9 月 8 日) 土壤 pH 值的影响可知,基施型改良剂对棉花蕾期影响较为显著(图 3) ,而滴施型改良剂对棉花吐絮期影响较为显著(图 4) 。

  2. 1. 2 土壤电导率

  棉花蕾期(5 月 20 日) ,处理 L、M 的土壤 EC 值极显著(p < 0. 01) 低于基施型改良剂 H、I、J、滴施型 K及对照 CK 处理,滴施型处理 M 又极显著低于 L; 基施型改良剂对降低土壤盐分的效果极显著优于 CK、但不如滴施型处理 L、M(图 5) ; 表明在棉花蕾期,滴施型土壤改良剂 L、M 对耕层 0 - 40cm 土壤盐分抑制作用较显著。棉花吐絮期(9 月8 日) ,施用改良剂处理的土壤EC 值极显著小于未施用的 CK 处理; 不同处理间比较,滴施型处理 L、M 极显著低于基施型 H、I、J 处理,滴施型处理 K 极显著低于基施型 H、I 处理(图 6) ; 表明在棉花吐絮期,滴施型改良剂对耕层 0 - 40cm 土壤盐分的抑制作用显著大于基施型改良剂。

  改良剂对土壤盐分的影响程度一般用土壤脱盐率表示,脱盐率为正值表示脱盐、负值表示返盐,数值大小表示盐分变化的程度。不同类型改良剂对棉花生育期的土壤脱盐效果见图 7、图 8。棉花蕾期,滴施型处理 L 与 M 的土壤脱盐率极显著优于其他处理(图 7) ;吐絮期,滴施型处理 K、L、M 极显著优于基施型 H、I,处理 J 与 K 间差异不显著(图 8) 。在棉花整个生育进程中,滴施型改良剂的土壤脱盐率较高,尤以处理 M 效果较为显著、土壤脱盐率接近 60%。

  2. 2 土壤改良剂对棉花产量的影响

  棉花生育期内,土壤盐分含量的高低直接影响到了棉花吐絮期的产量形成,土壤含盐量越高、棉花产量越低。不同土壤改良剂对棉花产量的影响结果(图9) 。施用改良剂后,棉花产量与对照比较均极显著增产(p < 0. 01) 。不同类型间比较,滴施型土壤改良剂(K、L、M) 棉花产量均大于基施型改良剂(H、I、J) 处理;其中,处理 L、M 棉花产量极显著大于基施型改良剂(H、I、J) 处理(图 9) 。表明滴施型土壤改良剂对盐碱地棉花产量的增产效果较基施型显著。

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  3、 讨论

  目前,市场上来自不同产地、不同企业生产的盐碱地土壤改良剂品种较多,各种改良剂的性质、组成、作用机理、施用方法及施用效果差异也较大。因此,在盐碱地改良与利用过程中,如何结合当地农业生产实际,选择合适的土壤改良剂是农业经济效益和生态环境效益能否提高的关键。

  本研究中,不同原料组成与施用方式的 6 种盐碱地土壤改良剂,在棉花蕾期,滴施型改良剂对土壤 pH的降低效果不如基施型,但随棉花生长进程,滴施型改良剂对土壤 pH 的影响能力逐渐显现。对土壤盐分的影响,滴施型处理 K 在棉花蕾期虽不如 L、M 显著,但到吐絮期,处理 K 与 L、M 均对土壤盐分具有极显著的降低作用。与土壤初始盐分值比较,滴施型改良剂对盐碱地土壤的脱盐效果极显著的优于基施型; 究其原因,应该与改良剂的施用方式及施用类型有关。

  滴施型改良剂的施用方式为随水滴入土壤,由于滴灌水量小、频率高,因此,改良剂随滴水集中在棉花根系层 0 -20cm 范围内,它使改良剂与棉花根系附近微环境中的土壤充分接触并发生反应,极大地提高了改良剂的作用效率; 而基施型改良剂的施用方式是与基肥一并深翻施入土壤,深翻深度一般在 0 - 40cm 范围,棉花苗期、蕾期根系较浅,改良剂与棉花根系附近微环境中的土壤接触面积相对较小且较分散,使改良剂对土壤的作用效果大为降低。

  针对新疆盐碱地面积大、节水滴灌面积广、风化煤腐植酸资源多的实际情况,选择以黄腐酸等小分子量、水溶性有机酸为主要原料的土壤改良剂、以随水滴灌为主的施用方式,符合新疆特殊地理环境条件下,改良与利用盐碱地的农业生产规律。因此,以黄腐酸等小分子量、水溶性有机酸为主要原料的土壤改良剂(处理 K、L、M) 在棉花生育期脱盐、降低 pH、提高棉花产量方面效果均较显著。

  综上所述,以黄腐酸等小分子量、水溶性有机酸为主要原料的滴施型土壤改良剂应作为新疆盐碱地土壤改良剂选择与应用的基本依据。

  4、 结论

  (1) 从改良剂施用方式上,滴施型盐碱地土壤改良剂在降低土壤盐分、pH、增加作物产量方面效果均极显著优于基施型土壤改良剂。因此,在有滴灌设施条件下,应以滴施为主要施用方式的土壤改良剂作为新疆盐碱地改良与利用的优先选择。

  (2) 从改良剂原料组成上,以黄腐酸等低分子量、水溶性有机酸为主要原料的土壤改良剂,在土壤脱盐、抑盐、作物增产等方面效果均较为显著。因此,建议选用以黄腐酸等低分子量、水溶性有机酸为主要原料的土壤改良剂作为新疆盐碱地改良与利用的优先选择。


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