施用化学改良剂

施用化学改良剂的目的是向土壤提供Ca2+或者活化土壤中的CaCO3，进而置换土壤胶体上的Na+，降低土壤ESP。盐渍土改良中最常见的化学改良剂是石膏，其改良效果十分显著（Amezketa et al.，2005；Armstong&Tanton 1992；Lebron etal.，2002；Mace etal.，1999；Oster，1982；Qadir et al.，1996；Valzano et al.，2001）。

在已有的研究报道中，对松嫩平原苏打盐渍土具有明显改土效果的化学改良剂包括石膏（高玉山等，2003）和硫酸铝（王宇等，2006；赵兰坡等，2001）。以吉林农业大学赵兰坡教授为首的学科组在国内率先研究了硫酸铝对松嫩平原苏打盐渍土的改良作用及其机理，其研究结果表明：强碱性苏打盐渍土中添加硫酸铝后，土壤平衡溶液的pH明显下降，Ca2++Mg2+浓度明显增加；土壤中大粒径微团聚体数量明显增多，小粒径微团聚体数量明显减少，土壤容重变小，孔隙度增大；土壤持水性能明显改善，单位重量土壤的吸水量和吸水速度、毛管水上升高度和速度明显提高（王宇等，2006；赵兰坡等，2001）。

脱硫石膏是火电厂的副产品之一，其主要成分为石膏，因而是盐渍土改良中可以利用的一种化学改良剂。吉林省大安市是松嫩平原苏打盐渍土分布最集中、盐渍化程度最高的地区（李取生等，1998），其境内的大唐长山热电厂每天脱硫石膏的产量高达400 t。这为该区盐渍土的改良利用提供了便利条件。本研究分析了脱硫石膏对苏打盐渍土理化性质和水稻生长的影响，旨在为苏打盐渍土改良利用研究提供理论支持。

一、材料与方法

（一）供试土样

供试土样采自中国科学院大安碱地生态实验站（N45°35′58″—N45°36′28″，E123°50′27″—123°51′31″）。采样地点为典型的碱斑地，俗称光板地。取样深度为0～20 cm，20～40 cm。土样带回室内，自然风干，过2 mm筛。测定土壤基本理化性质，具体结果见表6.1。

表6.1　土壤基本物理和化学性质

注：①土壤饱和浸提液。

（二）实验处理

有机玻璃柱高50 cm，直径30 cm。有机玻璃柱底部留有直接3 cm的圆孔，用橡胶塞封住，橡胶塞上钻直径1 cm的圆孔，插人玻璃管，玻璃管连接橡胶管，橡胶管用止水夹夹住。将脱硫石膏分别按石膏需求量（GR）的200%和100%用量与土壤混合。有机玻璃柱底部铺设1 cm厚细砂（0～1 mm），然后按容重1.35g·cm-3分层填装土壤。土柱高40 cm。不添加脱硫石膏处理为对照，重复4次。

加水，建立3 cm高水层。移栽水稻，每个有机玻璃柱移栽4穴，每穴4株。移栽后，移去橡胶管上的止水夹，用广口瓶承接出流液。每天记录一次出流液体积。水面落干后再加水，水层高度为3 cm。

实验结束后测定水稻的分蘖数、株高、产量等生物学指标。按0～20 cm、20～40 cm分层取土，测定土壤化学性质。

（三）石膏需求量

实验中脱硫石膏添加量由石膏需求量（GR）计算求得（Amezketa et al.，2005；Mace et al.，1997）：

式中GR——石膏需求量（molc·kg-1）；

　　CEC——阳离子交换量（cmolc·kg-1）；

　　ESP i——土壤初始碱化度；

　　ESP f——目标碱化度，本实验中为5。

实验所用脱硫石膏为长春第三热电有限公司的工业副产品，其石膏（CaSO4·2H 2 O）质量百分含量为：981.2 g·kg-1；CaSO4·H 2 O质量百分含量为：11.4 g·kg-1。经计算，实验土样100%GR的脱硫石膏添加量约为15.0 g·kg-1。

（四）土壤浸提液电导率和pH的测定

配制土水比1∶5浸提液，采用DDS-307型电导率仪测定浸提液的电导率，pH用PHS-3B型便携式pH计（上海雷磁科学仪器厂）测定。Na+浓度采用火焰光度法测定，Ca2++Mg2+浓度采用EDTA滴定法测定。

土水比1∶5浸提液钠吸附比（SAR1∶5）采用下面公式计算：

式中，C Na+、C（Ca2++Mg2+）浓度单位均为mmolc·L-1。

饱和浸提液的电导率（EC e）和钠吸附比（SAR e）采用下面公式换算：

二、结果与分析

（一）土壤通透性

脱硫石膏显著提高了苏打盐渍土的通透性。这可由试验中各处理的出流液总体积进行判断。由图6.1可知，脱硫石膏处理的出流液总体积显著（p＜0.05）高于对照处理。脱硫石膏使用量达到100%GR和200%GR时，出流液总体积从对照的152 mL分别增加到18 148 mL和37 407 mL，分别提高了118.4倍和245.1倍。

图6.1　脱硫石膏对出流液总量的影响

（二）土壤化学性质

1.土壤EC e

实验结束后，脱硫石膏处理的EC e显著低于对照处理（见表6.2）。脱硫石膏添加量达到100%GR和200%GR时，0～40 cm土壤平均EC e从对照的24.66 dS·m-1分别降低到4.93 dS·m-1和2.72 dS·m-1。

苏打盐渍土加人脱硫石膏后，土壤通透性提高，进而促进了盐分淋洗。可溶性盐被排除土体，从而降低了土壤盐分总浓度，因此土壤EC e显著下降。

表6.2　脱硫石膏对土壤饱和浸提液电导率（EC e）的影响

2.土壤SAR e

添加脱硫石膏明显降低了苏打盐渍土的SAR e。实验结束后，0～20 cm土壤的SAR e从对照的387.41（mmolc·L-1）1/2分别降低100%GR处理的23.45（mmolc·L-1）1/2和200%GR处理的8.12（mmolc·L-1）1/2（见表6.3），20～40 cm土壤的SAR e从对照的395.27（mmolc·L-1）1/2分别降低26.03（mmolc·L-1）1/2和11.69（mmolc·L-1）1/2。

苏打盐渍土加人脱硫石膏后，一方面促进了Na+的淋洗，另一方面增加了土壤中可溶性Ca2+含量，最终导致土壤SAR e显著下降。

表6.3　脱硫石膏对土壤饱和浸提液钠吸附比（SAR）的影响

3.土壤pH

施用脱硫石膏明显降低了土壤的pH（见表6.4）。实验结束后，0～40 cm土壤平均pH从对照的10.26分别降低到了100%GR处理的8.75和200%GR处理的8.05。土壤的酸碱已经基本由碱性转化成中性。

导致苏打盐渍土pH过高的根本原因包括以下两方面：

（1）土壤溶液中的HCO3-和CO32-水解产生OH-；

（2）土壤胶体上的Na+水解产生OH-。

苏打盐渍土加人脱硫石膏后，土壤胶体上的Na+被Ca2+替换下来，而且土壤通透性明显提高，因此HCO3-、CO32-及被置换下来的Na+随出流液排出土体，从而降低了土壤pH。

表6.4　脱硫石膏对土壤pH的影响

（三）水稻生物学指标

1.株　高

苏打盐渍土施用脱硫石膏后，水稻的生长发育状况得到明显改善。收获后，植株高度从对照的12.5 cm分别增加到100%GR处理的74.3 cm和200%GR处理的85.1 cm（见图6.2）分别提高了4.9倍和5.8倍。

图6.2　脱硫石膏对水稻株高的影响

2.水稻产量

苏打盐渍土施用脱硫石膏后，水稻产量得到显著提高。由图6.3可知，实验结束后，对照处理没用获得产量，而100%GR处理的总产量为16.77 g，200%GR处理的总产量为24.01 g。

图6.3　脱硫石膏对水稻产量的影响

3.产量构成要素

苏打盐渍土施用脱硫石膏后，水稻产量得到显著提高。进一步分析发现，脱硫石膏对形成水稻产量的各项要素均有改善作用（见表6.5），而且各项指标均随脱硫石膏添加量的增加而增大，例如，当脱硫石膏添加量由100%GR增加到200%GR时，结实率从91.90%增加到98.18%，千粒重从23.99 g增加到24.55 g。

表6.5　脱硫石膏对水稻产量构成要素的影响

三、结 论

苏打盐渍土施用脱硫石膏后，土壤物理和化学性质明显改善。土壤通透性提高，促进了土壤盐分淋洗，降低了土壤盐度和pH，从而使水稻产量得到显著提高。