石膏和腐植酸配施对干旱盐碱区土壤改良及棉花
土地盐碱化是影响干旱和半干旱地区生态系统稳定、资源有效利用和生产发展的核心问题之一。新疆盐碱地有0.2 亿hm2,约占新疆土地面积的1/8、平原区的 1/4[1],其中盐碱化耕地占灌区耕地的37.72%,南疆盐碱化耕地占总耕地面积的49.6%[2]。合理开发、治理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的矛盾的重要突破口,对促进我国耕地资源占补平衡、保持地区耕地总量、确保粮食安全具有重要意义。
盐碱地改良和修复措施主要包括物理、化学、生物和水利工程等[3-5],其中由于物理、生物和水利工程等方法投入代价大、周期长,在生产实践中应用化学改良剂是主要修复措施之一[6-7]。化学措施改良盐碱土通过施用改良物质置换土壤中的Na+、降低土壤碱性、凝聚土壤颗粒和改善土壤结构,达到加速盐分淋洗的目的。因此常用的化学改良材料包括含钙类(石膏、脱硫石膏、磷石膏等)、酸性物质(硫磺、硫酸铝等)和有机物料类(腐植酸、沼液、木醋液等)。其中石膏和腐植酸由于其环境友好性[7],在盐碱地和反酸田改良[8-13]方面均有研究报道,且其混合施用效果在改良盐碱地方面效果显著,因此常作为化学改良措施的首选材料[10]。刘娟等[12]在新疆农八师134 团开展了滴灌条件下脱硫石膏对盐碱土改良效果研究,结果表明,施用脱硫石膏可明显降低0 ~ 20 cm 土壤电导率和pH。Zhao 等[13]研究了燃气脱硫石膏对东北苏打盐碱土的改良效果,结果表明,脱硫石膏施用2 a 后,土壤电导率和pH 可下降38.6% 和14.6%。顾鑫等[14]通过小白菜盆栽试验发现,天然煤炭腐植酸可降低土壤pH 和电导率,增加土壤含水率。孙在金[10]研究表明,脱硫石膏和腐植酸配施对滨海地区中高盐碱化土壤改良效应显著,可改善土壤的理化性能,促进植物生长。周阳[15]认为脱硫石膏和腐植酸配施可显著提高盐碱地玉米产量,降低土壤容重、pH 和碱化度。Bacilio 等[16]研究表明,通过施用腐植酸可改善盐碱地上胡椒的生长指标。综上所述,前人多研究改良剂对盐碱化土壤理化性质的影响,而对干旱区盐碱地改良以及棉花的生长发育情况研究较少,综合分析石膏、腐植酸及其两者混施对干旱区盐碱耕地土壤改良效果和棉花生长影响的研究,更是鲜有报道。因此,本文在前人研究的基础上,研究石膏和腐植酸不同配比及其不同施用量对干旱盐碱区土壤盐分含量、pH和棉花生长的影响,探索该地区石膏和腐植酸最佳使用配比及施用量,以期为该地区盐碱土治理改良提供一定的科学参考。
1 试验区概况与试验方法
1.1 试验区概况
试验在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处灌溉试验站进行(41°36′N,86°12′E)。试验区位于南疆库尔勒市西尼尔镇,处于天山南麓塔里木盆地边缘孔雀河冲积平原带;属暖温带大陆性荒漠气候,干旱少雨,蒸发强烈,昼夜温差大。年平均气温11.5 ℃,无霜期191 d,日照时数3 036.2 h,年平均降雨量53.3 ~62.7 mm,潜在蒸发量2 273 ~ 2 788 mm,地下水位埋深在1.4 ~ 2.4 m。试验区土壤基本理化性质如表1 所示。
1.2 试验设计
试验设置改良剂处理组合和空白对照共9 个处理(表2),即完全对照处理CK、单施石膏处理、单施腐植酸处理,以及根据石膏和腐植酸不同质量配比设置2 种配方处理,每种配方设置高、中、低3 种用量。其中,S 表示石膏,F 表示腐植酸,L 表示低用量,M 表示中用量,H 表示高用量,1 表示配方一,2 表示配方二。试验在田间小区进行,小区长7 m,宽度为4 个覆膜宽度约6 m,以中间两膜覆盖区域为采样区域,两边覆膜区域为保护行,各处理随机排列。本试验石膏施用量参考罗小东等[17]在该试验区研究结果。供试腐植酸为新疆双龙腐植酸有限公司生产,其中腐植酸(干基)≥60%,推荐用量为450 kg/hm2。石膏和腐植酸改良剂于翻地前撒播于土壤表层,翻地时与耕层土壤混匀。
供试作物为棉花,于2017 年4 月24 日播种,施用底肥磷酸二铵750 kg/hm2、硫酸钾75 kg/hm2,灌水方式为膜下滴灌,田间管理同当地常规方式保持一致。
表1 试验区土壤理化性质Table 1 Soil physiochemical properties in experimental area土层(cm) 盐分(g/kg) pH 容重(g/cm3) 土壤质地0 ~ 20 9.88 8.42 1.57 砂粉土20 ~ 40 10.73 8.16 1.64 砂粉土40 ~ 60 7.34 8.09 1.54 砂壤土60 ~ 80 2.30 8.58 1.45 砂壤土80 ~ 100 1.35 8.92 1.51 砂土
表2 试验处理Table 2 Treatments of experiment处理 改良剂 用量(kg/hm2)CK 空白 0 S 石膏 4 500 F 腐植酸 450 L1 石膏(90%)+腐植酸(10%) 1 500 M1 石膏(90%)+腐植酸(10%) 3 000 H1 石膏(90%)+腐植酸(10%) 4 500 L2 石膏(95%)+腐植酸(5%) 1 500 M2 石膏(95%)+腐植酸(5%) 3 000 H2 石膏(95%)+腐植酸(5%) 4 500