盐碱土是一种在我国分布比较广泛且难以种植农作物的土壤，其面积可达9.91×10⁷ hm^2[1]，占全国土地面积的10.9%^[2]，并呈现出整体恶化和面积增加的趋势^[3]。盐碱土面积的增加不仅限制了农业发展^[4]，也影响了生态环境。此外，盐碱土主要分布在地势平坦且土层厚度适宜耕作的地带^[3]， 因此，如何改良和利用盐碱土，对提高农业综合能力具有重要意义^[5]。

我国盐碱土改良多采用灌溉排水，构建暗管排水沟等措施，但是这些措施具有投资大、成本高、 易反复、治理范围小等缺点，而土壤改良剂是一种高效、经济且便捷的新型改良措施，目前正在全世界范围大力推广使用^[6]。关于改良剂利用方面， 国内外学者已对改良剂在土壤的利用方面做了诸多相关研究^[7]，土壤改良剂主要是通过改善土壤结构或者减少可溶性盐类离子浓度来调节土壤pH值^[8-9]。郭军玲等^[10]通过大田试验分析了不同的含碳物料对华北苏打盐化土改良效果，指出含碳物料均可显著降低0 ～ 20 cm的土壤容重、pH值、 全盐量和水溶性Na⁺、HCO₃ ^- 含量，以风化煤和牛粪的改良效果最佳。王倩姿等^[11]采用田间试验对不同腐植酸类物质进行了盐碱地的改良效果分析， 发现3 种腐植酸当季对土壤pH值影响较小，但降低了0 ～ 40 cm土壤中电导率、水溶性Na⁺、K⁺ 含量和钠吸附比（SAR）值。梁龙^[12]通过土柱淋溶试验发现腐植酸改良剂（DS-1997）可有效降低0 ～ 40 cm土层重度苏打盐化土pH值、交换性Na⁺ 含量和土壤碱化度（ESP），FeSO₄ 可有效降低0 ～ 10 cm的土壤水溶性Ca²⁺、HCO₃ ^-、Cl^- 和Na⁺ 含量， 0 ～ 20 cm的交换性Na⁺ 含量和ESP值，增加土壤有机质、全氮和有效磷含量。Zhao等^[13]通过盆栽试验，分析了不同用量的粉煤灰和煤矸石对盐碱地柽柳生长的影响，发现对盐碱地的改良效果为： 15%（粉煤灰 + 淤泥）>10%（粉煤灰 + 煤矸石 + 淤泥）>20%粉煤灰，同时可提高柽柳的发芽率和枝条的成活率。土壤改良剂类型较多，其组成、性质和作用机理也不尽相同，这导致其对盐碱地的改良效果有很大差异。因此，如何因地制宜选取经济成本低、改良效果显著的改良剂仍是当前盐碱地改良研究的热点问题之一。

山西省盐碱土面积约有27.36 万hm²，主要集中在大同盆地，其盐碱类型主要为重度苏打型盐碱土，具有高浓度的盐分含量和高碱化度值^[14]，土壤结构差、土质黏重、通透性差等特点^[9，15]，很难治理。因此，筛选适宜的改良物料是高效利用大同盆地苏打盐化土的重要手段。目前含碳与含硫物料改良盐碱土研究报道较少。本研究通过探讨FeSO₄、Al₂（SO₄）₃、DS-1997 和风化煤4 种含硫或含碳物料对土壤理化性状和作物生长状况的影响， 找出试验区最适改良材料，以期为内陆苏打盐化土的改良提供理论依据。

1 　材料与方法

1.1 　试验区概况

田间试验在大同市天镇县兰玉堡村（113°53′E， 49°9′N）山西省农科院盐碱地改良示范基地进行，该地区属北温带大陆性干旱季风气候，四季分明，年均降水量为373.3 mm，年均蒸发量为1937.6 mm，无霜期为90 ～ 128 d，年均日照时数为2827 h，年均气温为6.4℃。试验区土壤质地为粘土，按盐碱土分类为苏打盐化土，试验布置前， 已经连续进行了3 年的改良耕作。试验区耕层土壤的基础理化性状见表1。

本试验为2015 ～ 2017 年3 年定位试验，试验设5 个处理，分别为：CK、FeSO₄ 2250 kg/hm²（工业用硫酸亚铁，主要成分为FeSO₄·7H₂O，含量为70%， 水分含量20%，pH值为2.8）、Al₂（SO₄）₃ 2250 kg/hm² [ 工业用硫酸铝， 主要成分为Al₂（SO₄）₃·18H₂O，pH值为3]、 风化煤22500 kg/hm²（取自山西灵石，去除杂质，经加工粉碎过2.5 mm筛后备用，总腐植酸含量为28.20%，游离腐植酸含量为25.62%，黄腐酸含量为0.57%，有机质含量为37.18%，pH值为4.81）、腐植酸改良剂（DS-1997， 主要由腐植酸、硫、糠醛渣及植物生长所需的微量元素组成，有机质含量为37.18%，pH值为4.81） 2250 kg/hm²。改良物料用量均为项目组前期在该区域田间试验得出的最佳施用量，每个处理设4 次重复， 完全随机排列。各物料于2015、2016、2017 年播前由人工均匀施入土壤，并进行旋耕灌水，灌水量1500 m³/hm²。供试饲用玉米品种为雅玉8 号，种植密度为67500 株/hm²，各处理田间管理措施一致。

1.2 土壤样品采集与分析

2017 年9 月16 日收获，每个小区采集3 个4 m² 植物样方，用米尺、游标卡尺和电子秤测定株高、茎粗和产量。玉米收获后，植物样根部定点采集0 ～ 20 cm土壤样品，充分混匀，风干后进行分析和测定。土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定、有效磷用Olsen法测定、土壤pH值采用电位法（土水比1∶2.5）、土壤EC采用电导仪测定（土水比1∶5）、水溶性离子（水土比1∶5）： Ca²⁺、Mg²⁺ 采用EDTA滴定法，Na⁺、K⁺ 采用火焰光度法，CO₃ ^2-、HCO₃ ^- 采用稀硫酸中和滴定法，SO₄ ^2- 采用硫酸钡比浊法，Cl^- 采用硝酸银滴定法，阳离子交换量（CEC）采用醋酸钠火焰光度法，土壤交换性钠离子（[Na_s]）：乙酸铵-氢氧化铵火焰光度法^[15]。

1.3 计算公式

式中，$\left[{\mathrm{N}\mathrm{a}}_{\mathrm{s}}\right]$为交换性钠离子的数量（cmol/kg）。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016 和SPSS 20.0 进行数据处理与统计分析，所有的数据均为平均值，采用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan检验，比较4 种改良物料在土壤性质和玉米产量的差异（P<0.05）。由Sigmplot 12.5 进行绘图。

2 结果与分析

2.1 土壤pH值、ESP值和EC值变化特征

由图1 显示，添加4 种改良物料后，土壤pH值和土壤碱化度（ESP）均显著降低，与CK相比，pH值降低了2.87%～ 5.39%，依次为：风化煤>Al₂（SO₄）₃>DS-1997>FeSO₄，但各处理之间差异不显著，以添加风化煤处理降低最为明显，降低至8.22，比CK处理降低了5.39%，比其他改良处理降低了1.17%～ 2.60%。与CK相比，ESP降低了38.71%～ 75.22%，依次为：风化煤>DS1997>FeSO₄>Al₂（SO₄）₃，以添加风化煤处理降低最为明显，降低至4.5%，比CK降低了75.22%，比其他改良剂处理降低了35.12%～ 59.55%。添加4 种改良物料后，各处理土壤的EC值变化不尽相同，与CK相比，添加FeSO₄ 和风化煤后，显著降低了土壤EC值，与CK相比分别降低了47.08%和32.09%，添加Al₂（SO₄）₃ 和DS-1997 后，土壤EC值略有下降，与CK相比降低了1.19%～ 1.78%， 但各处理之间无显著性差异。

注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），下图、表同。

2.2 土壤水溶性盐基离子含量的变化特征

由表2 可知，添加改良物料后，显著降低了土壤中的交换性钠离子数量[Na_s]，与CK相比降低了52.19%～ 78.06%，以风化煤处理[Na_s]降低量最大， 其次为DS-1997>FeSO₄>Al₂（SO₄）₃。 添加改良剂后，FeSO₄ 和风化煤显著降低了土壤离子总量， 与CK相比降低了51.51%和35.38%， 添加Al₂（SO₄）₃ 和DS-1997 处理后土壤离子总量略有下降， 与CK相比分别降低了2.29%和13.38%， 但差异不显著。 添加FeSO₄ 和风化煤处理后土壤Ca²⁺ 和Mg²⁺ 含量略有提高，但与CK相比差异不显著， 添加Al₂（SO₄）₃ 和DS-1997 后，显著提高了土壤Ca²⁺ 和Mg²⁺ 含量，与CK相比分别提高了103.80%和80.95%。 添加改良物料都显著降低了土壤溶液中[Na_s]，与CK相比降低了89.54%～ 96.61%， 以DS-1997 处理降幅最大，但各处理之间差异不显著。添加FeSO₄、风化煤和Al₂（SO₄）₃ 显著降低了土壤HCO₃ ^- 含量，与CK相比降低了31.18%～ 38.71%，添加DS-1997 增加了土壤HCO₃ ^- 含量，但与CK相比差异不显著。添加改良物料对土壤Cl^- 含量的影响均不显著，以风化煤处理Cl^- 含量最低，与CK相比降低了30.77%，Al₂（SO₄）₃ 处理Cl^- 含量最高，与CK相比提高15.38%。施用FeSO₄ 和风化煤显著降低了土壤SO₄ ^2- 含量，与CK相比分别降低了49.41%和12.94%，Al₂（SO₄）₃ 和DS-1997 处理土壤SO₄ ^2-

含量有所升高，与CK相比分别提高了31.37%和14.90%，但与CK处理之间差异不显著。

2.3 土壤养分含量的变化特征

由图2 显示，添加改良物料后，对土壤养分含量影响不尽相同，添加Al₂（SO₄）₃ 土壤有机质含量略有降低，比CK降低了16.73%，添加FeSO₄ 与CK相比提高3.17%，但与CK差异不显著。添加风化煤和DS-1997 显著增加了土壤有机质的含量， 分别为21.89 和18.95 g/kg， 分别比CK增加了88.51%和63.18%，以风化煤处理有机质增加量最大，比DS-1997 处理显著提高了13.43%。添加  Al₂（SO₄）₃ 和FeSO₄ 后土壤有效磷含量有所下降， 与CK相比分别降低了9.30%和12.9%，但与CK相比差异不显著。添加风化煤和DS-1997 后可显著提高土壤有效磷含量，分别为36.82 和35.4 mg/kg， 分别比CK处理增加了38.70%和33.33%，以添加风化煤土壤有效磷增加量最大，比DS-1997 处理高4.02%，两个处理之间无显著性差异。添加各改良剂后土壤速效钾含量有所下降，与CK相比降低了4.40%～ 13.66%，但均与CK处理之间差异不显著。

2.4 玉米生物性状特征

由表3 可知， 与CK相比， 添加改良物料后均显著提高了玉米的株高、 茎粗和生物量（P<0.05）， 比CK分别增加了6.04%～ 9.64%、 1.58%～ 7.03%、28.77%～ 36.79%，各指标值均以FeSO4 处理最大，分别为247.53 cm、25.07 mm和46135.31 kg/hm²，DS-1997 处理各指标值最小， 但各处理间均无显著性差异。

3 讨论

3.1 含碳物料对苏打盐化土改良效果的影响

高pH值和ESP值是苏打盐化土的典型特征，严重影响作物的生长发育， 一般将pH=8.5 和ESP=15%作为土壤结构恶化的关键值^[16]。由图1 可知，添加不同改良物料后，土壤pH值和ESP值均降低到关键值以下，说明4 种改良物料均能起到显著改良盐碱地的效果。但不同的改良物料对土壤的改良机理不同。DS-1997 主要成分是硫磺、腐植酸、糖醛渣以及一些微量元素，它对土壤的改良主要是：（1）改良物料施入土壤后，其中的硫磺被逐渐氧化成硫酸根离子，此过程中产生大量的H⁺ 中和土壤中高浓度的OH^- 离子，起到降低土壤pH值的效果。曹莹菲等^[17]通过对宁夏黄灌区盐碱土添加不同含量硫磺研究发现，施用3 个不同水平的硫磺均能起到降低土壤pH值的效果，验证了本文的结果；此外，水解产生的H⁺ 与土壤中的CaCO₃ 发生反应，生成溶解度较大的CaSO₄，增加土壤溶液中的Ca²⁺ 含量（表2），通过置换出土壤胶体的Na⁺，降低了土壤ESP值（图1），在硫磺被氧化过程中，也会形成易被植物吸收利用的形态，可提高作物的产量，但可能由于试验时间较短以及改良剂中硫磺含量较低，导致作物产量增加不明显^[18]。（2）DS-1997 中的糖醛渣原材料是玉米芯，其中含有大量的氮、磷、钾等可被植物吸收的有效养分，增加了土壤溶液中盐分离子含量，因此土壤的EC值较CK有所降低，但未呈现显著性差异，土壤的有机质、有效磷和速效钾也呈现出比其他处理显著增加，降低不明显的趋势。（3）DS-1997 和风化煤均含有腐植酸，腐植酸是一种有效的缓冲剂，在土壤pH值偏高时，其酸性功能团可释放出H⁺ 与土壤中的OH^- 反应，降低土壤碱性^[19]。马献发等^[20] 在黑龙江草甸土发现施用腐植酸可显著降低土壤碱性， 其pH值比对照处理降低了6.68%～ 15.3%，这与本文的研究结果一致。腐植酸含有的各种功能团以离子键或者共价键的形式与土壤中的Na⁺ 等金属离子发生螯合、吸附和络合反应，一般来说，腐植酸可吸附20%的游离Na⁺；此外，腐植酸的化学活性和生物活性较强，交换能力比较强，对Ca²⁺ 的亲和力较强^[21-22]，因此，土壤中交换性Na⁺ 含量呈显著降低的趋势（表2）。孙在金等^[23]在滨海盐碱土上也发现单施腐植酸处理可显著降低不同碱度土壤的交换性钠离子含量，与本试验结果相符。土壤溶液中的Na⁺ 含量也是有所降低的，王倩姿等^[11]在河北沧州发现施用不同量的腐植酸可显著降低土壤中水溶性Na⁺ 含量，这也验证了本文结果。这可能由于降雨的作用将其淋洗到更深层的土壤，由于盐碱土具有“盐随水来，盐随水去”等特征，因此研究土壤剖面盐分运移情况是笔者今后的研究重点。

风化煤和DS-1997 中含有大量的腐植酸，添加风化煤和DS-1997 比添加Al₂（SO₄）₃、FeSO₄ 更能显著增加土壤有机质的含量（图2）。郭军玲等^[10]在山西省怀仁县盐碱地改良利用基地研究发现，施用风化煤后土壤有机质含量较对照显著提高了32.95%。有机质含量的提高可以促进土壤有效磷含量的增加，腐植酸通过与土壤中的磷酸根竞争土壤胶体表面的吸附位点，降低了土壤对磷的吸附，腐植酸也会在无机胶体表面形成一层胶膜，减少对磷酸根离子的吸附，增加土壤溶液中磷含量（图2）；王琼等^[24]在黑土长期试验发现，有机无机肥配施处理通过影响土壤中有机质的含量，降低土壤对磷的最大吸附量，增加土壤溶液中有效磷含量，这也验证了本试验结果。土壤中速效钾含量同样受土壤性质的影响，腐植酸的施用会减少土壤对钾的吸附固定，增加土壤溶液中速效钾含量，提高钾的有效性。本试验中，各改良剂添加后土壤速效钾含量没有显著变化，但施用风化煤和DS1997 后土壤速效钾含量仍比Al₂（SO₄）₃、FeSO₄ 高4.78%～ 10.72%。

3.2 含硫物料对苏打盐化土改良效果的影响

Al₂（SO₄）₃、FeSO₄ 是两种典型的含硫改良物料，主要通过水解产生大量的H⁺，以此降低土壤pH值^[25]。此外，通过溶解土壤中难溶性钙镁碳酸盐，增加了土壤中Ca²⁺ 和Mg²⁺ 含量，增加了盐分， 但由于Al₂（SO₄）₃ 和FeSO₄ 所带的电荷数不同，施用同等量的改良剂，Al₂（SO₄）₃ 在土壤中离子浓度较FeSO=多，因此，其土壤EC值、土壤Ca²⁺、 Mg²⁺、SO₄ ^2- 含量和土壤离子总量均高于FeSO₄ 处理（表2），但其土壤ESP值以及交换性Na⁺ 含量并无显著性差异（图1，表2），两种改良物料添加后玉米产量也未出现显著差异（表3），说明同等施用量下，Al₂（SO₄）₃ 和FeSO₄ 对土壤的改良效果相似。

4 结论

施用4 种不同改良物料均能显著降低土壤pH值，降低土壤碱性，改善土壤水溶性离子组成，有效降低土壤ESP值，对大同盆地苏打盐化土起到很好的改良效果。

由于外源离子输入量较大，使得DS-1997 和Al₂（SO₄）₃ 处理EC值和离子总量显著高于FeSO₄ 和风化煤处理，但其盐分组成发生变化，对土壤有毒害作用的Na⁺ 有所减少，此外还提供了作物生长所必需的S元素，提高了作物的抗逆性。

4 种改良物料均能提高作物产量，风化煤和DS-1997 可较对照处理显著提高土壤有机质和有效磷含量，维持土壤速效钾含量。

综合来说，4 种改良剂以风化煤处理改良效果最佳，在0 ～ 20 cm土层中，可较CK处理降低0.47 个单位的pH值，EC值降低32.09%，ESP值降低75.22%。添加风化煤后可改善0 ～ 20 cm土壤盐分组成和含量，较CK处理减少了78.06%的交换性钠离子含量，并显著增加了土壤有机质和有效磷含量，土壤养分情况均得到显著改善。

参考文献