唐雪(1995-), 女, 山东潍坊人, 硕士研究生, 主要从事盐碱土壤资源生态高效利用方面的研究。E-mail:
为探寻更加高效的复合型改良剂,以为盐碱地改良与合理利用提供参考,通过田间试验,探讨了脱硫石膏、黄腐酸钾和稻壳3种物料不同配比施用对盐碱土理化性质及植物生长的影响,筛选最佳复合物料添加比例。结果表明:与对照组相比,不同物料配比处理下0~20和20~40 cm土壤pH均有显著降低,分别降低了3.1%~9.0%和4.1%~8.5%;0~20 cm土层的土壤盐分含量也显著降低,土壤中HCO3-、Cl-、Na+含量分别降低了6.1%~39.4%、18.0%~34.1%和2.7%~33.6%,其中稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2和15-0.4-9 t/hm2时对HCO3-、Cl-、Na+降低效果最为明显;不同物料配比复合改良剂均能提高土壤有机质、碱解氮、有效磷含量与景天植株生物量,与对照组相比,有机质增加了3.0%~45.8%、碱解氮增加了16.1%~111.8%、有效磷增加了59.5%~154.8%、景天生物量增加了7.1%~47.6%。效应综合评价的主成分分析结果表明,稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5-1.2-9 t/hm2是滨海盐碱土最适宜的生物化学复合改良剂组分。
In order to find a more efficient compound amendment, this study analyzed soil physiochemical properties and plant growth indicators by a field experiment and investigated the effects of mixed amendments of desulfurized gypsum, potassium fulvate and rice husk. The results showed that compared to CK, soil pH in 0-20 cm and 20-40 cm were reduced significantly, by 3.4%-9.0% and 4.1%-8.5%. After applying composite modifier, soil salt contents decreased, and the concentrations of HCO3-, Cl- and Na+ were decreased by 6.1%-39.4%, 18.0%-34.1% and 2.7%-33.6%, respectively. Among them, when the ratio of rice husk, potassium fulvic acid and desulfurized gypsum was 5:1.2:9 t/hm2 and15:0.4:9 t/hm2, the reduction effects of HCO3-, Cl- and Na+ were most obvious. Compared with CK, the contents of soil organic matter, available nitrogen, available phosphorus and the yield of plant were increased by 3.0%-45.8%, 16.1%-111.8%, 59.5%-154.8% and 7.1%-47.6%, respectively. Principal component analysis of evaluation on comprehensive effect proved that the optimal ratio of rice husk, potassium fulvic acid and desulfurized gypsum is 5:1.2:9 t/hm2 for biochemical compound modifiers on coastal saline-alkali soil.
我国滨海盐碱土面积约为1.06×106 hm2[
盐碱土壤资源的改良是“改性”扩量的重要手段,土壤水盐状态的调节、土壤保肥能力的提升、作物生长的促进、作物高产的实现是保证盐碱地生产力可持续发展的基础。已有研究表明,化学改良可以通过离子取代、络合和螯合作用,改善土壤理化性质,增加阳离子交换量,缓解盐胁迫对作物生长的抑制作用。其中,脱硫石膏、黄腐酸钾、稻壳作为3种常用的改良剂,能够提高盐分淋洗效率[
鉴于以往研究主要集中在单一改良剂对盐碱土的改良,而对多元化、复合型改良剂的改良效果研究较少,本研究拟通过探讨脱硫石膏、黄腐酸钾和稻壳三种物料不同配比施用对滨海盐碱土理化性质及景天生长的影响,筛选最适宜的复合型改良剂,为滨海盐碱土的可持续开发利用提供理论基础。
试验区位于江苏省启东市盐生植物园境内(121°25′40″~121°54′30″E、31°41′06″~32°16′19″N),属于亚热带季风性湿润气候,年均气温15 ℃,年均降雨量1 155 mm。试验地距海岸线直线距离2.1 km,地下水位高,矿化度高,土壤为典型滨海盐渍土,盐渍化程度较高,土壤结构较差,极易板结,土壤养分含量低,肥力差。0~20 cm土层土壤全盐含量5.6 g/kg,容重1.47 g/cm3,有机质含量3.28 g/kg,碱解氮含量18.5 mg/kg,有效磷含量20.3 mg/kg,速效钾含量74 mg/kg,土壤质地为粉砂性土。
本试验采用脱硫石膏(G)、黄腐酸钾(H)和稻壳(R)3种物料。脱硫石膏由上海宏畅新型建材有限公司提供;黄腐酸钾由河南银海化工有限公司提供,黄腐酸含量55%;稻壳为当地生产的水稻壳。基于正交试验设计,按照三因素、三水平选择L9(33)正交表,共设10个处理,具体试验设计如
试验处理及配方(t/hm2)
Experimental treatment and formula
处理 | 用量 | ||
稻壳 | 黄腐酸钾 | 脱硫石膏 | |
CK | 0 | 0 | 0 |
R1H1G1 | 5 | 0.4 | 3 |
R1H2G2 | 5 | 0.8 | 6 |
R1H3G3 | 5 | 1.2 | 9 |
R2H1G2 | 10 | 0.4 | 6 |
R2H2G3 | 10 | 0.8 | 9 |
R2H3G1 | 10 | 1.2 | 3 |
R3H1G3 | 15 | 0.4 | 9 |
R3H2G1 | 15 | 0.8 | 3 |
R3H3G2 | 15 | 1.2 | 6 |
试验开始前,将改良剂撒至土壤表面,随后翻耕平整土地,翻耕后改良剂与0~20 cm土层的土壤混合均匀。每个处理3次重复,随机区组排列,每个小区面积4 m×2.5 m=10 m2。2019年3月,田间种植一年生景天,生育期内氮肥、磷肥作基肥施入,磷酸氢二铵用量150 kg/hm2,尿素用量450 kg/hm2,其他管理措施与当地的常规管理模式相同。
试验开始前采集0~20 cm土层土壤测定基本理化性质;试验结束后(2019年10月)采集0~20 cm以及20~40 cm土层土壤样品,每个小区取3个点并混匀,晾晒风干后带回实验室处理,测定土壤理化性质指标。植株收获时,采集小区内所有的植株,晒干并于70℃下烘干至恒重,测定干物质量,记为生物量。
土壤电导率与pH测定采用1∶5土水质量比电导法和电极法;土壤离子组成测定:HCO3-采用双指示剂中和滴定法,Ca2+、Mg2+采用EDTA络合滴定法,Na+、K+采用火焰光度法,Cl-采用硝酸盐滴定法,SO42-采用EDTA间接络合滴定法;有机质测定采用重铬酸钾容量法,碱解氮测定采用碱解扩散法,有效磷测定采用碳酸氢钠浸提–钼锑抗比色法。
试验数据采用Microsoft Excel 2010进行处理,采用IBM SPSS Statistics 20.0软件进行分析,不同处理间的差异显著性水平运用邓肯(Duncan)法进行多重比较。采用Origin 2016软件进行作图。对本试验中获得的土壤理化性质和景天生长发育的各项指标进行主成分分析,得出主成分因子得分作为改良剂效果优劣的判别指标。
由
不同物料配比复合改良剂处理下土壤pH的变化
Changes of soil pH under composite modifiers with different mixing ratios
不同物料配比复合改良剂处理下土壤全盐含量的变化
Changes of soil salt contents under composite modifiers with different mixing ratios
不同处理下土壤离子组成及差异分析如
不同物料配比复合改良剂处理下土壤离子组成及差异(cmol/kg)
Soil ion compositions and differences under composite modifiers with different mixing ratios
处理 | HCO3- | Cl- | Ca2+ | Mg2+ | K+ | Na+ | SO42- |
注:同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著( | |||||||
CK | 0.33 ± 0.01 a | 2.17 ± 0.15 a | 0.40 ± 0.03 f | 0.34 ± 0.01 b | 0.07 ± 0.01 e | 2.26 ± 0.04 a | 1.1 ± 0.03 d |
R1H1G1 | 0.30 ± 0.01 ab | 1.43 ± 0.03 e | 0.86 ± 0.01 e | 0.27 ± 0.01 d | 0.10 ± 0.01 de | 2.08 ± 0.15 b | 1.49 ± 0.03 c |
R1H2G2 | 0.24 ± 0.03 cd | 1.66 ± 0.02 c | 1.08 ± 0.04 cd | 0.28 ± 0.02 d | 0.13 ± 0.01 cd | 1.70 ± 0.05 c | 1.85 ± 0.07 a |
R1H3G3 | 0.28 ± 0.02 bc | 1.58 ± 0.03 cd | 1.23 ± 0.15 ab | 0.21 ± 0.02 e | 0.09 ± 0.01 e | 1.64 ± 0.05 c | 2.01 ± 0.2 a |
R2H1G2 | 0.24 ± 0.02 cd | 1.46 ± 0.07 de | 1.06 ± 0.02 d | 0.17 ± 0.01 f | 0.16 ± 0.01 c | 1.51 ± 0.02 d | 1.49 ± 0.06 c |
R2H2G3 | 0.30 ± 0.03 ab | 1.51± 0.08 de | 1.31 ± 0.08 a | 0.23 ± 0.01 e | 0.24 ± 0.06 a | 1.61 ± 0.05 cd | 1.64 ± 0.03 bc |
R2H3G1 | 0.31 ± 0.01 ab | 1.58 ± 0.05 cd | 1.21 ± 0.09 abc | 0.34 ± 0.02 b | 0.14 ± 0.01 c | 1.50 ± 0.01 d | 1.21 ± 0.02 d |
R3H1G3 | 0.20 ± 0.03 d | 1.55 ± 0.01 cd | 1.17 ± 0.06 bcd | 0.35 ± 0.01 ab | 0.19 ± 0.01 b | 1.60 ± 0.11 cd | 1.88 ± 0.07 a |
R3H2G1 | 0.23 ± 0.01 cd | 1.56 ± 0.03 cd | 1.11 ± 0.06 bcd | 0.37 ± 0.01 a | 0.09 ± 0.01 e | 2.20 ± 0.02 a | 1.97 ± 0.08 a |
R3H3G2 | 0.27 ± 0.01 bc | 1.78 ± 0.03 b | 1.06 ± 0.04 d | 0.30 ± 0.02 c | 0.11 ± 0.01 de | 1.59 ± 0.05 cd | 1.68 ± 0.16 b |
添加改良剂后,土壤中Ca2+含量随脱硫石膏用量的增加而增加,增加了0.46~0.91 cmol/kg。其中,R2H2G3处理土壤中Ca2+含量最高,为1.31 cmol/kg,较CK增加了0.91 cmol/kg。CK处理土壤Mg2+含量为0.34 cmol/kg,R3H2G1和R3H1G3处理土壤Mg2+含量呈现增加趋势,而其余处理土壤Mg2+含量呈现下降趋势。土壤中K+含量随黄腐酸钾用量增加而增加,增加了0.02~0.17 cmol/kg;添加复合改良剂后,土壤中Na+含量降低,降低了2.7%~33.6%,除R3H2G1处理Na+含量与CK无显著性差异外,其他处理土壤Na+含量均显著降低,其中R2H3G1和R2H1G2处理土壤Na+含量最低,与CK相比,分别降低了33.6% 和33.2%;脱硫石膏中含有大量SO42-,在施加改良剂后,土壤中SO42-含量增加,增加了10.0%~83.0%,R1H2G2、R1H3G3、R3H1G3和R3H2G1处理土壤SO42-含量较高。
土壤有机质反映了土壤养分含量情况,而滨海盐碱土养分贫瘠,有机质含量低,因此改良后有机质含量高低是反映改良效果的重要因素。由
不同物料配比复合改良剂处理下土壤养分的含量变化
Changes of soil nutrient contents under composite modifiers with different mixing ratios
处理 | 有机质(g/kg) | 碱解氮(mg/kg) | 速效磷(mg/kg) |
CK | 3.80 ± 0.24 c | 27.53 ± 3.59 c | 12.41 ± 1.17 c |
R1H1G1 | 3.95 ± 0.24 bc | 41.07 ± 2.46 b | 19.79 ± 3.3 b |
R1H2G2 | 4.6 ± 0.05 abc | 58.33 ± 4.66 a | 22.98 ± 3.51 ab |
R1H3G3 | 5.13 ± 0.17 ab | 54.60± 4.26 a | 31.51 ± 3.8 a |
R2H1G2 | 4.78 ± 0.34 abc | 38.5 ± 2.1 b | 28.49 ± 3.48 ab |
R2H2G3 | 3.92 ± 0.12 bc | 31.97 ± 2.83 c | 25.98 ± 2.51 ab |
R2H3G1 | 5.54 ± 0.09 a | 52.97 ± 3.52 a | 23.45 ± 4.62 ab |
R3H1G3 | 4.72 ± 0.2 abc | 55.07 ± 2.91 a | 29.34 ± 4.64 ab |
R3H2G1 | 5.38 ± 0.2 a | 57.17 ± 2.91 a | 31.61 ± 3.57 a |
R3H3G2 | 5.26 ± 0.12 a | 39.2 ± 2.52 b | 29.38 ± 3.88 ab |
不同物料配比复合改良剂处理下景天株高及产量变化
Plant heights and biomass under composite modifiers with different mixing ratios
处理 | 株高(cm) | 生物量(kg/hm2) |
CK | 55.03 ± 1.67 d | 584 ± 4 d |
R1H1G1 | 59.87 ± 0.42 c | 626 ± 4 cd |
R1H2G2 | 72.37 ± 0.90 a | 810 ± 4 a |
R1H3G3 | 73.13 ± 2.10 a | 685 ± 3 bc |
R2H1G2 | 66.03 ± 1.36 b | 732 ± 6 b |
R2H2G3 | 60.93 ± 0.83 c | 677 ± 4 bc |
R2H3G1 | 64.30 ± 1.11 b | 609 ± 8 d |
R3H1G3 | 66.00 ± 1.71 b | 858 ± 8 a |
R3H2G1 | 60.33 ± 1.04 c | 862 ± 4 a |
R3H3G2 | 74.47 ± 0.50 a | 747 ± 3 b |
如
主成分因子载荷矩阵
Factor loading matrix of principal components
主成分 | pH | 土壤全盐 | 有机质 | 碱解氮 | 有效磷 | 株高 | 生物量 | |||
0~20 cm | 20~40 cm | 0~20 cm | 20~40 cm | |||||||
F1 | 0.878 | 0.879 | 0.728 | 0.417 | 0.774 | 0.841 | 0.832 | 0.633 | 0.597 | |
F2 | 0.207 | –0.197 | 0.426 | 0.769 | –0.23 | –0.127 | 0.215 | –0.298 | –0.57 |
主成分因子综合得分
Scores of principal component factors and comprehensive score
处理 | F1 | F2 | 综合得分 |
CK | –5.26 | –0.5 | –3.03 |
R1H1G1 | –1.56 | 1.12 | –0.7 |
R1H2G2 | 0.75 | –1.26 | 0.23 |
R1H3G3 | 2.38 | 0.56 | 1.42 |
R2H1G2 | –0.11 | –0.9 | –0.2 |
R2H2G3 | –1.16 | 1.63 | –0.4 |
R2H3G1 | 1.34 | 1.59 | 0.99 |
R3H1G3 | 1.94 | 0.21 | 1.12 |
R3H2G1 | 1.4 | –1.19 | 0.6 |
R3H3G2 | 0.28 | –1.25 | –0.03 |
黄腐酸钾属于腐殖酸的一种,含有羟基、酚羟基等活性官能基团,具有弱酸性,对pH的调节具有一定作用;脱硫石膏有很好的排盐效果,可以降低土壤pH;稻壳施入土壤中后,由于其质地疏松,增加土壤孔隙度,降低土壤容重,使土壤物理结构得到改善,盐分淋溶效果加强[
在本研究中,添加复合改良剂后,0~20 cm土层各处理土壤盐分含量均呈下降趋势,并且当稻壳为中低量时,随石膏和黄腐酸钾量增加而降低。并且通过分析土壤离子组成可以看出,这3种改良剂混合施用后,HCO3-、Cl–和Na+含量均较CK降低,本试验中HCO3-含量随稻壳、脱硫石膏施用量的增加而降低;Cl–含量随稻壳的施用量增加而降低,随黄腐酸钾和脱硫石膏施用量增加先增加后降低;Na+含量随黄腐酸钾及脱硫石膏施用量的增加而降低。这是因为黄腐酸钾施入土壤后能够产生一系列酸性物质,进行酸碱中和反应,使土壤碱性降低,脱硫石膏施入土壤后释放Ca2+与土壤中的HCO3-、CO32-反应,生成沉淀,土壤中碱性离子降低[
黄腐酸属于腐殖酸的一种,作为一种缓释氮肥,除为植物提供营养外,还能同稻壳一起增加土壤有机质含量,增加土壤大团聚体含量,改善土壤肥力水平[
已有研究表明,Na+、Cl–作为盐胁迫的两大离子,影响植物细胞的渗透性及植物体内的离子平衡,使植物水分吸收受到抑制,植物生物量降低[
复合改良剂的添加均能够降低土壤pH,综合考虑0~20 cm和20~40 cm土层pH的变化情况,R1H3G3、R3H1G3和R3H2G1处理降低pH的效果较优。复合改良剂处理下土壤全盐量下降,并且土壤全盐量随脱硫石膏用量增加而增加;土壤中HCO3-、Cl–和Na+含量降低,其中R3H1G3处理对HCO3-、Cl–、Na+消减作用最为明显。复合改良剂提高了土壤有机质、碱解氮及有效磷含量,促进了景天生长,提高了景天生物量。通过主成分分析及综合评价,本研究中稻壳、黄腐酸钾和脱硫石膏配比为5–1.2–9 t/hm2时对滨海盐渍土改良效果最为显著。
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