周文志，李素艷，孫向陽，李嘯沖，查貴超，魏寧嫻

(北京林業(yè)大學 林學院，森林培育與保護教育部重點實驗室，北京 100083)

濱海鹽堿土是在海洋和陸地的相互作用下，由大量泥沙沉積形成的連接陸地和海洋的緩沖地帶。我國分布著大量的濱海鹽堿土，面積約1.1萬km。鹽堿土具有pH值高、通透性差、表層易板結、養(yǎng)分含量低等特點，土壤條件惡劣，生產能力低，土地資源難以得到充分開發(fā)，一方面造成大量土地資源的浪費，另一方面也加劇了沿海地區(qū)土地資源短缺的困境。灌溉洗鹽是降低鹽漬化土壤鹽分含量最簡單有效的方法之一。要提高灌溉洗鹽的效率，其首要任務是改善土壤的通透性。已經發(fā)現(xiàn)的能夠改良鹽堿土通透性的材料較多，例如：粉煤灰具有粒細質輕、多孔松散、比表面積大、活性基團較多、吸附能力較強的特點，能促進土壤顆粒的團聚作用；木醋液能改善土壤的物理性質，有利于土壤中大團聚體的形成，且可在降低土壤鹽分、堿化度和鈉吸附比的同時，提高土壤有機質和水溶性有機碳的含量；堆腐后的園林廢棄物具有碳含量豐富、質地疏松的特點，作為肥料或土壤調節(jié)劑施入土壤后，可促進土壤團粒結構的形成，改善土壤通透性，降低土壤pH值，提高土壤肥力和微生物活性，從而達到改良土壤的效果。在上述研究的基礎上，本研究選擇木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥作為改良材料，以河北省某濱海地區(qū)鹽堿土的表層(0～20 cm)土壤為試驗對象，通過土柱模擬試驗，對添加不同改良材料后土壤淋溶液和土壤鹽分的組成及其變化進行分析，比較鹽分淋溶與脫鹽過程的特征和差異，明確淋溶脫鹽過程中不同鹽分離子淋溶運移的特點與差異，以期為鹽堿土改良尋找合適的改良材料，從而促進濱海鹽堿土的可持續(xù)利用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自河北中捷農場二分場(38°22′38″N，117°23′03″E)耕地的表層，其在自然狀態(tài)下的容重為1.46 g·cm，田間持水量為20%，風干后備用。粉煤灰由國電承德熱電有限公司提供。園林廢棄物堆肥由白蠟(Roxb)、楊樹(L.)、柳樹()和雜草等植物的修剪殘余物和凋落物經二次堆肥法制得。木醋液系桃殼熱解所得，由石家莊宏森活性炭有限公司提供。將各試驗材料的基本理化性質整理于表1。供試土壤鹽分的垂直分布特征呈現(xiàn)出明顯的表聚性。堆肥中含有豐富的有機質和氮、磷、鉀等養(yǎng)分。

表1 供試材料的基本理化性質

1.2 試驗設計

試驗于2019年3—6月在北京林業(yè)大學教學苗圃溫室中進行。從底層開始裝填土柱(由PVC管制作而成，管厚2 mm，高40 cm，內徑8 cm)。為了避免在加土時造成各處理在土壤緊實方面的差異，分4次加入，每次加入的高度為5 cm，共加入20 cm高的土壤。試驗共設置4個處理：CK，不添加任何改良材料；T1，添加稀釋400倍的木醋液200 mL(含水量約為田間持水量的70%)；T2，添加10%(土壤體積分數(shù))的粉煤灰；T3，添加4%(土壤質量分數(shù))的園林廢棄物堆肥。每個處理均設置3次重復。土柱裝置底部用在中間位置留有直徑2 mm孔的PVC板密封，軟塑管連接該孔，承接淋溶液。為降低界面效應和實現(xiàn)一定的過濾效果，在土層表面和底層裝入2 cm厚的石英砂(粒徑3 mm)。

1.3 測定方法

圖1 淋溶裝置示意圖

SAR的計算公式為

(1)

式(1)中：為SAR的值；(Na)、(Ca、(Mg)分別表示Na、Ca、Mg的含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016軟件整理數(shù)據(jù)，制作圖表。用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，對有顯著(<0.05)差異的，采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 對淋溶液電導率的影響

添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥后，土壤淋溶液的EC值均較CK提高，其中，試驗初期，T2處理土壤淋溶液的EC值可達CK的3.7倍。Wilcox提出，當土壤飽和浸出液的EC值小于2 mS·cm時，對作物不產生鹽害。據(jù)此判斷，在CK、T1、T2、T3處理下，要讓土壤淋溶液的EC值低于2 mS·cm，所需天數(shù)分別為28、22、16、26 d。也就是說，施加改良材料后，土壤淋溶液EC值低于2 mS·cm所需時長可較CK縮短2～12 d，其中，添加粉煤灰的處理需時最短，添加園林廢棄物堆肥的處理需時最長。淋溶過程中，根據(jù)土壤淋溶液EC值的變化速度，一般可以分為急降、緩降、穩(wěn)定3個階段。本研究中，CK處理只有緩降和穩(wěn)定2個階段，添加改良材料后，能在前期加速淋洗。從急降到緩降的變化速率來看，T2和T3處理要快于T1和CK。至淋洗結束(即淋溶液的EC值穩(wěn)定在0.6 mS·cm)，CK、T1、T2、T3處理所需的天數(shù)分別為48、38、32、46 d。顯然，添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥都能提高鹽分洗脫速率，其中，粉煤灰的效果最好，其次是木醋液。

圖2 不同處理下土壤淋洗液電導率(EC)的變化

2.2 對淋溶液中主要離子濃度的影響

圖3 不同處理下土壤淋溶液中主要陽離子的濃度變化

圖4 不同處理下土壤淋溶液中主要陰離子的濃度變化

2.3 對土壤鹽分指標及主要鹽分離子含量的影響

添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥淋溶后，土壤pH值均顯著(<0.05)低于CK(表2)，其中，T2處理的pH值最低，且顯著(<0.05)低于其他處理，而T1和T3處理的土壤pH值差異不顯著。淋溶后，T2處理的土壤EC值顯著(<0.05)低于CK處理，而T1和T3處理的土壤EC值均顯著(<0.05)高于CK處理，且這2組間不存在顯著差異。鈉吸附比(SAR)是評價土壤鹽堿化程度的重要指標，其值越大，說明對土壤的危害越大。T2處理較CK顯著(<0.05)降低了淋溶后土壤的SAR值，降幅達56.63%；而T1和T3處理卻較CK顯著(<0.05)增加了淋溶后土壤的SAR值，說明添加木醋液和園林廢棄物堆肥并不能降低鹽堿危害。

表2 不同處理淋溶后土壤的鹽分指標

3 討論

本研究中，添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥后，淋溶液中的電導率變化呈急降、緩降、穩(wěn)定3個階段，從淋溶開始至淋溶液中的EC值趨于穩(wěn)定所需要的時間分別為38、32、46 d，均低于對照組的48 d，其中，添加粉煤灰的處理所需時間最短。

表3 不同處理下淋溶后土壤中主要鹽分離子的含量

一般來說，pH值接近于7和EC值低于1 mS·cm的土壤環(huán)境更利于植物生長。淋溶結束后，添加粉煤灰的處理土壤pH值、EC值降低最明顯，而添加木醋液、園林廢棄物堆肥的處理土壤pH值降低，EC值增加。這可能是因為，木醋液中含有多種有機酸，園林廢棄物堆肥中的腐植酸(硝基腐植酸銨、硝基腐植酸)可調節(jié)土壤的pH值，粉煤灰中的AlO和SiO可與OH反應，從而消耗土壤中的OH。當土壤中的鹽分含量過高時，Na不僅會抑制植物對K的吸收，還會增加植物根中K的向外滲透，造成植物缺素。Ca、Mg能夠有效減輕Na的毒害。Ca不僅能保證Ca信號系統(tǒng)傳遞，還能增加質膜的穩(wěn)定性，阻止細胞內K外流和Na大量進入，降低鹽分尤其是Na對功能器官的毒害。SAR值能直觀地反映土壤中Ca、Mg、Na的含量關系，SAR值越大，說明Na含量越高，當其值大于10時，可認為土壤受到鹽分毒害。本研究發(fā)現(xiàn)，添加粉煤灰后淋溶，能明顯降低土壤的SAR值。這可能是因為，隨著粉煤灰的添加，Ca、Mg交換出土壤中的Na，使得Na被淋失。

總的來看，添加木醋液、粉煤灰、園林廢棄物堆肥對濱海鹽堿土的淋溶都有促進作用，其中，添加粉煤灰可使土壤中的8種主要離子的含量在短時間內迅速減低，縮短鹽分淋溶時間。淋溶結束后，土壤的pH值、EC值和SAR值均較CK顯著降低，土壤鹽分毒害降低，改良效果最優(yōu)。添加木醋液和園林廢棄物堆肥雖然也能促進土壤中鹽分的淋溶，但淋溶后土壤中的鹽分含量仍然較高，尤其是較高的Na含量導致土壤SAR值進一步增加。綜合對比，在本試驗條件下，濱海鹽堿土的改良宜添加粉煤灰。該結果有助于拓寬粉煤灰的利用途徑，減少其對環(huán)境的污染。但要說明的是，粉煤灰中含有少量有害元素，其用量應合理。研究證明，以不超過土壤體積10%的比例施用粉煤灰，一般不會造成作物的毒害，但在應用粉煤灰時，仍應加強對土壤質量的檢測，避免二次污染。