鹽漬化土壤在全世界廣為分布,土壤的鹽漬化問題是一個世界性難題。全世界鹽堿地面積約 9. 5億 hm2,約占陸地總面積的 10%。我國鹽堿地面積約占全國耕地面積的 20%。新疆鹽堿地有0. 2 億 hm2,約占新疆土地面積的 1/8、平原地區的 1/4。合理開發與利用巨大的鹽堿地資源,是解決人口日益增加與耕地逐漸減少矛盾的重要突破口、也是科學家們一直研究的熱點。鹽堿地改良是一項難度大、復雜程度高、周期長的工作而受到國內外相關學者的長期關注。鹽堿地改良的方法很多,目前所采用的,如灌排水利工程措施、增施有機肥、種植鹽生植物的農業措施等,這些方法不是投資過大,就是見效太慢。施用鹽堿地土壤改良劑是一種既經濟又方便的方法,它可以改善土壤理化性狀、增強土壤保肥保水能力、增強土壤中微量元素有效性; 同時還能提高土壤中微生物和酶活性、抑制病源微生物、增強植物抗性等。土壤改良劑在鹽堿地治理方面有著廣泛的應用。然而,市場上的鹽堿地土壤改良劑種類較多、名目繁雜,如何選擇合適的改良劑、如何使其功效最大化是人們需要面對的普遍而實際的問題。文中基于新疆瑪納斯河流域的典型鹽堿土區,重點研究鹽堿地土壤改良劑的高效利用,旨在為新疆鹽堿地土壤改良劑的合理選擇與應用提供一定的數據支持。
1、 材料與方法
1. 1 試驗區概況
試驗于 2010 年 4 月 -11 月在瑪納斯縣包家店鎮新疆農科院棉花育種基地上進行。該基地位于天山山系北坡中段,準噶爾盆地西南緣,處于典型灰漠土地帶,屬中溫帶大陸性干旱、半干旱氣候區,蒸發量大于降水量,晝夜溫差懸殊。平均海拔高度489m,≥10℃的有效積溫為3584℃,年均日照數2886 小時,無霜期 135 -170 天。試驗區鹽堿土類型為殘余鹽土,地下水位在 3m 以下,試驗區 0 -40cm 土壤基礎性狀\\(表1\\) 。
1. 2 試驗設計
按施用方式將鹽堿地土壤改良劑分為兩種: 播前基施施入土壤\\(隨基肥一起施入土壤,文中簡稱為基施型\\) 和膜下滴灌施入土壤\\(即水溶性改良劑,文中簡稱為滴施型\\) 。每種類型,選市面上成分不同、有代表性的 3 種產品,每種產品依使用說明設計田間施用量\\(表 2\\) 。
基施型土壤改良劑在春天犁地前均勻施入土壤,滴施型在棉花播種后、滴出苗水時\\(第一次灌水之前\\)隨水滴施,試驗區水肥施用時間及用量\\(表 3\\) ,栽培管理措施與當地大田一致、同步。試驗共 7 個處理、4次重復,小區隨機區組排列。試驗地播前基施磷酸二銨 300kg·hm- 2\\(16 -46 -0\\) ,棉花品種為新陸早 18,4 月 29 日播種,理論株數 270000 株·hm- 2,株行配置為\\(30 +70 +30 +43\\) cm,灌溉方式為膜下滴灌、一膜兩管四行,試驗區占地 0. 31hm2。各處理詳細情況\\(表 2\\) ,其中,處理 H 為硝基腐植酸、購自新疆雙龍腐植酸廠,其余產品購自肥料市場。
1. 3 測定項目及方法
1. 3. 1 土壤電導率、pH 的測定
土壤水溶性鹽總量用土壤溶液電導率\\(EC\\) 表示,土壤改良劑對土壤鹽分、pH 的作用效果分別用土壤脫鹽率、土壤 pH 變化率表示。土壤 EC、pH 分別用電導率儀和土壤 pH 計測定,土水比均為 1:5。棉花生育期間進行了 2 次土壤采樣,采樣時間及時期分別是 2010 年 5 月 20 日棉花蕾期與 9 月 8 日吐絮期。
1. 3. 2 棉花產量的測定
吐絮期,實測小區棉花株數及鈴數,按棉株下、中、上部位分別采 50 朵完全吐絮棉花測定單鈴重,計算產量。棉花畝產量計算公式為: 產量 = 畝株數 × 鈴數 ×單鈴重。
1. 3. 3 數據處理與計算
土壤 pH 變化率\\(%\\) = 100 × \\(試驗前土壤 pH 值- 棉花生長某時期土壤 pH 值\\) / 試驗前土壤 pH 值;土壤脫鹽率\\(%\\) = 100 × \\(試驗前土壤 EC 值 -棉花生長某時期土壤 EC 值\\) / 試驗前土壤 EC 值試驗數據采用 SAS 9. 1 和 Excel 2003 軟件進行統計分析,數據間多重比較采用 LSD 法。
2、 結果與分析
2. 1 鹽堿地土壤改良劑對棉花生育期土壤 pH、電導率的影響
2. 1. 1 土壤 pH
施用鹽堿地土壤改良劑后,試驗區棉花蕾期\\(5 月 20 日\\) 土壤 pH 變化情況\\(圖 1\\) 。除 M 處理外,其他處理的土壤 pH 值均極顯著小于\\(p < 0. 01\\) 對照CK,表明改良劑降低土壤 pH 作用較為顯著,土壤 pH值降低程度 I、J 處理最顯著,其次是 H、K、L; 改良劑間比較,基施型效果優于滴施型改良劑\\(圖 1\\) 。棉花吐絮期\\(9 月 8 日\\) ,改良劑對土壤 pH 值的降低作用與蕾期表現一致、均極為顯著\\(p < 0. 01\\) ,處理 K 降低土壤pH 的效果最好,其次是 H、I、L、M、J 處理; 類型間比較,滴施型效果略優于基施型改良劑\\(圖 2\\) 。
采用土壤基礎\\(初始\\) pH 值與棉花生長某一時期土壤 pH 值的差、再與初始土壤 pH 值的比值,表示改良劑對土壤 pH 值的影響程度。由圖 3、圖 4,不同處理對棉花蕾期\\(5 月 20 日\\) 和吐絮期\\(9 月 8 日\\) 土壤 pH 值的影響可知,基施型改良劑對棉花蕾期影響較為顯著\\(圖 3\\) ,而滴施型改良劑對棉花吐絮期影響較為顯著\\(圖 4\\) 。
2. 1. 2 土壤電導率
棉花蕾期\\(5 月 20 日\\) ,處理 L、M 的土壤 EC 值極顯著\\(p < 0. 01\\) 低于基施型改良劑 H、I、J、滴施型 K及對照 CK 處理,滴施型處理 M 又極顯著低于 L; 基施型改良劑對降低土壤鹽分的效果極顯著優于 CK、但不如滴施型處理 L、M\\(圖 5\\) ; 表明在棉花蕾期,滴施型土壤改良劑 L、M 對耕層 0 - 40cm 土壤鹽分抑制作用較顯著。棉花吐絮期\\(9 月8 日\\) ,施用改良劑處理的土壤EC 值極顯著小于未施用的 CK 處理; 不同處理間比較,滴施型處理 L、M 極顯著低于基施型 H、I、J 處理,滴施型處理 K 極顯著低于基施型 H、I 處理\\(圖 6\\) ; 表明在棉花吐絮期,滴施型改良劑對耕層 0 - 40cm 土壤鹽分的抑制作用顯著大于基施型改良劑。
改良劑對土壤鹽分的影響程度一般用土壤脫鹽率表示,脫鹽率為正值表示脫鹽、負值表示返鹽,數值大小表示鹽分變化的程度。不同類型改良劑對棉花生育期的土壤脫鹽效果見圖 7、圖 8。棉花蕾期,滴施型處理 L 與 M 的土壤脫鹽率極顯著優于其他處理\\(圖 7\\) ;吐絮期,滴施型處理 K、L、M 極顯著優于基施型 H、I,處理 J 與 K 間差異不顯著\\(圖 8\\) 。在棉花整個生育進程中,滴施型改良劑的土壤脫鹽率較高,尤以處理 M 效果較為顯著、土壤脫鹽率接近 60%。
2. 2 土壤改良劑對棉花產量的影響
棉花生育期內,土壤鹽分含量的高低直接影響到了棉花吐絮期的產量形成,土壤含鹽量越高、棉花產量越低。不同土壤改良劑對棉花產量的影響結果\\(圖9\\) 。施用改良劑后,棉花產量與對照比較均極顯著增產\\(p < 0. 01\\) 。不同類型間比較,滴施型土壤改良劑\\(K、L、M\\) 棉花產量均大于基施型改良劑\\(H、I、J\\) 處理;其中,處理 L、M 棉花產量極顯著大于基施型改良劑\\(H、I、J\\) 處理\\(圖 9\\) 。表明滴施型土壤改良劑對鹽堿地棉花產量的增產效果較基施型顯著。
3、 討論
目前,市場上來自不同產地、不同企業生產的鹽堿地土壤改良劑品種較多,各種改良劑的性質、組成、作用機理、施用方法及施用效果差異也較大。因此,在鹽堿地改良與利用過程中,如何結合當地農業生產實際,選擇合適的土壤改良劑是農業經濟效益和生態環境效益能否提高的關鍵。
本研究中,不同原料組成與施用方式的 6 種鹽堿地土壤改良劑,在棉花蕾期,滴施型改良劑對土壤 pH的降低效果不如基施型,但隨棉花生長進程,滴施型改良劑對土壤 pH 的影響能力逐漸顯現。對土壤鹽分的影響,滴施型處理 K 在棉花蕾期雖不如 L、M 顯著,但到吐絮期,處理 K 與 L、M 均對土壤鹽分具有極顯著的降低作用。與土壤初始鹽分值比較,滴施型改良劑對鹽堿地土壤的脫鹽效果極顯著的優于基施型; 究其原因,應該與改良劑的施用方式及施用類型有關。
滴施型改良劑的施用方式為隨水滴入土壤,由于滴灌水量小、頻率高,因此,改良劑隨滴水集中在棉花根系層 0 -20cm 范圍內,它使改良劑與棉花根系附近微環境中的土壤充分接觸并發生反應,極大地提高了改良劑的作用效率; 而基施型改良劑的施用方式是與基肥一并深翻施入土壤,深翻深度一般在 0 - 40cm 范圍,棉花苗期、蕾期根系較淺,改良劑與棉花根系附近微環境中的土壤接觸面積相對較小且較分散,使改良劑對土壤的作用效果大為降低。
針對新疆鹽堿地面積大、節水滴灌面積廣、風化煤腐植酸資源多的實際情況,選擇以黃腐酸等小分子量、水溶性有機酸為主要原料的土壤改良劑、以隨水滴灌為主的施用方式,符合新疆特殊地理環境條件下,改良與利用鹽堿地的農業生產規律。因此,以黃腐酸等小分子量、水溶性有機酸為主要原料的土壤改良劑\\(處理 K、L、M\\) 在棉花生育期脫鹽、降低 pH、提高棉花產量方面效果均較顯著。
綜上所述,以黃腐酸等小分子量、水溶性有機酸為主要原料的滴施型土壤改良劑應作為新疆鹽堿地土壤改良劑選擇與應用的基本依據。
4、 結論
\\(1\\) 從改良劑施用方式上,滴施型鹽堿地土壤改良劑在降低土壤鹽分、pH、增加作物產量方面效果均極顯著優于基施型土壤改良劑。因此,在有滴灌設施條件下,應以滴施為主要施用方式的土壤改良劑作為新疆鹽堿地改良與利用的優先選擇。
\\(2\\) 從改良劑原料組成上,以黃腐酸等低分子量、水溶性有機酸為主要原料的土壤改良劑,在土壤脫鹽、抑鹽、作物增產等方面效果均較為顯著。因此,建議選用以黃腐酸等低分子量、水溶性有機酸為主要原料的土壤改良劑作為新疆鹽堿地改良與利用的優先選擇。
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