据调查，甘肃省邓马营湖地带现有盐碱地14.13万hm²，其中耕地占1.87万hm²，荒地占12.25万hm²。此外，邓马营湖区域盐碱类型主要以硫酸盐为主，盐碱程度为强盐化弱碱^[1]。产生盐碱化的主要原因是年蒸发量远大于年平均降水量，在强烈的蒸发力作用下，地下水沿土壤孔隙逐渐上升至地表后产生盐碱层。加之，此区域常用的农田灌溉方式为地下咸水灌溉，致使土壤盐分再度增加。甘肃省邓马营湖区域受盐碱化影响，导致大面积耕地荒废。而该区土壤透气、透水功能低下导致土壤理化性状的变化是作物难以在盐碱地生长的主要障碍因子。因此，寻求适宜该区盐碱地治理的改良措施是当务之急。

常见改良措施有水利工程措施、物理措施、生物措施及化学措施^[2]。水利工程措施有灌水工程与排水工程，物理措施以耕作措施为主，生物措施以种植耐盐耐碱性植被与施用微生物菌剂为主，化学措施以添加土壤改良剂为主。由于水利措施工程庞大、耗资巨大，物理措施改良与生物措施短期内效果不明显且见效较慢，而化学改良措施具有操作简单、见效快且成本低等优势。常见改良剂有磷石膏、硫磺、腐殖酸有机肥等。Armstrong等^[3]在对石膏治理盐碱地的研究中发现，表层土壤盐分明显降低。Wang等^[4]研究指出，施用硫磺可显著降低土壤pH。Nan等^[5]研究发现，腐殖酸可明显改善土壤理化性状、缓冲土壤盐碱环境。盐地宝为自主研发土壤盐碱改良剂，其主要成分聚顺丁烯二酸、烷基苯磺酸钠、黄腐酸和腐殖酸均属酸性物质，可缓冲土壤碱性环境，同时，黄腐酸具有改善土壤结构、减少土壤浅层盐分含量的功能^[6-7]。

目前，应用不同改良剂开展盐碱地改良的研究已有很多，然而有关该区的研究鲜见报道，同时，这也是首次应用自主研发的盐地宝与其他改良剂进行综合对比。为解决甘肃省武威市邓马营湖区域农田土壤盐渍化问题，本研究采用磷石膏、硫磺、盐地宝、腐殖酸有机肥4种土壤改良剂，探讨不同土壤改良剂对土壤pH、水溶性离子的影响，以期筛选适宜缓解、改善该区农田土壤盐碱化的改良剂，并为相关研究提供一定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试区位于甘肃省河西走廊东北部的武威市邓马营湖指挥部农场（38°47′40″N，103°33′10″E），平均海拔1330m，东西北三面被腾格里和巴丹吉林两大沙漠包围，降水少而蒸发大，年平均降水量约188.99mm，年均蒸发量约2675.6mm，属温带大陆性干旱气候。土壤为典型的盐化灌淤土，质地为砂壤，属硫酸盐-盐渍化土壤，程度为强盐化弱碱土壤。土壤化学性状见表1。

1.2 供试材料

TP-磷石膏（甘肃翁福化工有限公司）；TS-硫磺（兰州金龙天威橡胶工贸有限责任公司）；TY-盐地宝（自主研发，由聚顺丁烯二酸、烷基苯磺酸钠、黄腐酸、腐殖酸、水组成）；TF-腐殖酸有机肥（玉门龙川高科技发展有限公司）。

1.3 试验设计

试验共设5个处理，即无改良剂添加（CK），添加磷石膏（TP，8000kg·hm^-2）、硫磺（TS， 300kg·hm^-2）、盐地宝（TY，7000kg·hm^-2）、腐殖酸有机肥（TF，1200kg·hm^-2），各处理3次重复，随机区组设计，共15个小区，小区面积3.2m×5m=16m²。供试向日葵品种为‘LD5009’。向日葵于2019年5月播种，9月收获，播种量为5.5kg·hm^-2，行距0.45m。所有处理均未施用基肥和追肥，改良剂均在播种前施入，播种前仅翻地不灌水，播种后分别于现蕾期（7月3日）和成熟期 （8月26日）各灌水800m³ ·hm^-2。各土壤改良剂施用量依据如下：

周志成^[8] 研究甘肃省武威市民勤县盐碱地改良试验中磷石膏最适施用量为6000kg·hm^-2，姜万礼等^[9] 研究甘肃省引黄灌区轻度盐碱区改良试验中选取硫磺施用量为130kg·hm^-2，王倩姿等^[10] 研究重度盐碱地改良中各类腐殖酸物质施用量定为1500kg·hm^-2，结合本试验研究区土壤盐碱强度状况——强盐弱碱土壤，选择磷石膏施用量为8000kg·hm^-2，调整硫磺施用量为300kg·hm^-2，此外，盐地宝7000kg·hm^-2 是自主研发专利的建议施用量。

1.4 样品采集

于向日葵成熟期（9月2日），利用五点采样法采集各小区0～20、20～40cm土层土样，带回实验室自然风干后，测定土壤pH、水溶性离子等。

1.5 测定指标与方法

pH值采用电位法^[11]；水溶性Na⁺、K⁺ 采用火焰光度法^[11]；水溶性Ca²⁺、Mg²⁺ 采用电感耦合等离子体发射光谱法^[11]；水溶性CO₃ ^2-、HCO₃^- 采用双指示剂法^[11]；水溶性Cl^- 采用硝酸银滴定法^[11]；水溶性SO₄ ^2- 采用分光光度法^[11]；全盐量即8种水溶性盐分离子含量之和；总碱度即为水溶性CO₃ ^2- 与HCO₃^- 含量之和。

层化比率SR=0～20cm指标值/20～40cm指标值。

1.6 数据处理与分析

采用Office 2010制图、作表；利用SPSS 26.0进行统计分析，采用新复极差法进行多重比较，显著性水平为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良剂对土壤水溶性离子的影响

2.1.1 土壤水溶性阳离子

由表2可知，各处理下Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 含量均随土层加深而增加。在0～20cm土层，添加改良剂均可降低土壤水溶性阳离子含量，其中添加磷石膏（TP）的效果最为显著，而添加硫磺（TS）的效果最差；较之无改良剂添加（CK），TP处理可分别显著（P<0.05）降低K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 含量4 5.34%、67.42%、49.40%、47.08%。在20～40cm土层，添加TP、TY、TF均可降低土壤水溶性阳离子含量，其中，TP、TY效果最为显著，较之CK处理，TP和TY处理可分别显著降低K⁺、 Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 含量61.52%和39.46%、18.27%和50.81%、42.50%和53.39%、46.89%和40.42%。而TS处理除降低K⁺、Na⁺、Ca²⁺ 含量外，还增加Mg²⁺ 含量，较之CK处理，显著增加Mg²⁺ 含量23.32%。在0～40cm土层，添加TP、TY、TF均可降低土壤水溶性阳离子含量，其中，TP、TY处理效果最为显著，较之CK处理，TP和TY处理可分别显著降低K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 含量54.18%和37.90%、 41.74%和53.66%、45.77%和56.51%、46.97%和39.32%。而TS处理除降低K⁺、Na⁺、Ca²⁺ 含量外，还增加Mg²⁺ 含量，较之CK处理，显著增加Mg²⁺ 含量13.00%。

注：表中数值为平均值，不同小写字母代表同一土层处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.1.2 土壤水溶性阴离子

由表3可知，各处理下HCO₃^-、Cl^-、SO₄ ^2- 含量均随土层加深而增加，且添加改良剂均可降低土壤水溶性阴离子含量。在0～20cm土层，添加TY的效果最为显著，而添加TS的效果最差，较之CK处理，TY处理可分别显著降低HCO₃^-、Cl^-、SO₄ ^2- 含量53.56%、11.62%、56.29%。在20～40cm土层，添加TF的效果最为显著，而添加TS的效果最差，较之CK处理，TF处理可分别显著降低HCO₃^-、Cl^-、SO₄ ^2- 含量54.50%、34.32%、47.60%。在0～40cm土层，添加TY的效果最为显著，而添加TS的效果最差，较之CK处理，TY处理可分别显著降低HCO₃^-、Cl^-、SO₄ ^2- 含量53.40%、21.13%、 52.13%。

2.2 不同土壤改良剂对土壤pH影响

由图1可知，各处理下土壤pH均随土层加深而降低，且添加改良剂均可降低土壤pH值。在0～20cm土层，添加TS的效果最为显著，而添加TP的效果最差，较之CK处理，TS处理可显著降低pH值2.80%。在20～40cm土层，添加TY、 TF的效果最为显著，而添加TP、TS的效果较差，较之CK处理，TY、TF处理可分别显著降低pH值3.28%和2.93%。在0～40cm土层，添加TS、 TY、TF的效果最为显著，而添加TP的效果较差，较之CK处理，TS、TY、TF处理可分别显著降低pH值2.53%、2.71%、2.67%。

2.3 不同土壤改良剂对土壤总碱度影响

由图2可知，TP、TS、TY处理下土壤总碱度均随土层加深而增加，且添加改良剂均可降低土壤总碱度，其中添加TY、TF的效果最为显著，而添加TS的效果最差。在0～20cm土层，较之CK处理，TY、TF处理可分别显著（P<0.05）降低总碱度53.56%和47.03%。在20～40cm土层，较之CK处理，TY、TF处理可分别显著降低总碱度53.26%和54.50%。在0～40cm土层，较之CK处理，TY、 TF处理可分别显著降低总碱度53.40%和50.96%。

2.4 不同土壤改良剂对土壤全盐量影响

由图3可知，各处理下土壤全盐量均随土层加深而降低。在0～20cm土层，添加改良剂均可降低土壤全盐量，其中添加TY、TF的效果最为显著，而添加TP的效果最差，较之CK处理，TY、 TF处理可分别显著降低全盐量47.31%、45.83%。在20～40cm土层，添加改良剂均可降低土壤全盐量，其中添加TY的效果最为显著，而添加TS的效果最差，较之CK处理，TY处理可显著降低全盐量52.68%。在0～40cm土层，添加改良剂均可降低全盐量，其中添加TY的效果最为显著，而添加TP的效果较差，较之CK处理，TY处理可显著降低全盐量49.86%。

注：不同小写字母表示同一土层不同处理间差异显著（P<0.05），下同。

2.5 不同土壤改良剂对各指标层化比率影响

不同土壤改良剂下，土壤pH、全盐量、总碱度表聚程度和层化特征均可用层化比率表示。由表4可知，土壤pH的层化比率介于0.9976～1.0151，较之CK处理，TP、TY处理可分别显著升高0.77%和1.19%，TY处理显著升高层化比率1.19%，其他处理均不显著，表明TP、TY处理的pH层化特征与表聚特征明显，具有一定的空间差异，而其余处理层化特征与表聚特征不明显；土壤全盐量的层化比率介于0.9951～1.2752，TP、TY处理下分别显著升高层化比率15.22%、11.38%，TS处理则显著降低层化比率10.09%，TF处理不显著，表明TP、TS、TY处理的土壤全盐量层化性与表聚性明显，而TF不明显；土壤总碱度的层化比率介于0.8949～1.0526，TF处理显著升高层化比率16.50%，其他处理均不显著，表明TF处理的土壤总碱度具有明显的层化和表聚特点，其他处理不明显。

3 讨论

本研究发现，磷石膏可显著降低土壤pH，这与任坤等^[12]、曲长凤等^[13]研究结果相同。施加磷石膏后，水溶性K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、HCO₃^- 均显著降低，这与吴洪生等^[14]、刘易等^[15]的部分研究结果相同。原因可能是磷石膏不仅能置换出填充在土壤孔隙中的Na⁺、Mg²⁺，还可在2次灌水淋洗条件下（各800m³ ·hm^-2）带走Cl^-、K⁺，又因磷石膏显酸性，可与碱土中的HCO₃^- 发生氧化反应，从而降低土壤K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、HCO₃^- 含量。土壤中Ca²⁺、SO₄ ^2- 含量较对照显著降低，这与吴洪生等^[14]研究结果相同，吴洪生等^[14]研究发现磷石膏能显著降低土体Ca²⁺、SO₄ ^2- 含量，究其原因是磷石膏成分除CaSO₄·2H₂O以外，还含有少量可溶性磷、氟化物类杂质，可溶磷容易在水中发生电离^[16]，与Ca²⁺ 结合生成难溶性钙盐，导致土壤中Ca²⁺ 含量减少，而氟化物与硫酸盐、水反应，会生成氟和二氧化硫，使土壤中SO₄ ^2- 含量降低。盐碱土的碱组成主要是HCO₃^-，土体中HCO₃^- 含量降低，即总碱度降低，又因土壤水溶性盐分离子含量降低，则土壤全盐量也随之降低。

Qayyum等^[17]研究指出，添加硫磺可显著降低土壤pH，这与本研究结果相同，这是由于硫磺进入盐碱土后会发生氧化反应，反应所产生的H⁺ 可降低土壤pH值^[18]。土壤总碱度、水溶性HCO₃^- 含量显著降低，其原因是水溶盐分HCO₃^- 与硫磺发生氧化还原反应^[19]，使HCO₃^-含量与土壤总碱度均降低。土壤全盐量、水溶性K⁺、Na⁺、Cl^- 含量显著降低，这与毛文娟^[20]研究结果相似。土壤水溶性Ca²⁺ 与土层0～20cm间Mg²⁺ 含量显著降低，究其原因是盐碱土中的Cl^- 会导致Ca²⁺、Mg²⁺ 随灌水下渗至土壤深层^[21]，因此试验中20～40cm土层Mg²⁺ 含量较对照显著升高。0～40cm土层，水溶性Mg²⁺ 总含量显著高于对照，这与毛文娟^[20]研究0～40cm土层Mg²⁺ 含量升高的结果相似，说明硫磺可以增加土壤Mg²⁺ 含量。土壤中SO₄ ^2- 含量显著降低，这与毛文娟^[20]研究盐碱土施加硫磺会显著增加SO₄ ^2- 含量的结果相反，主要是因为硫磺发生氧化反应后虽产生SO₄ ^2-，但在灌水淋洗过程中，SO₄ ^2- 在土壤中会迅速溶解，随后直接被植物吸收^[18]，从而降低土壤中SO₄ ^2- 含量。

添加盐地宝可显著降低土壤pH、总碱度、 HCO₃^- 含量，究其原因是盐地宝中的酸性物——聚顺丁烯二酸、烷基苯磺酸钠与土壤碱成分发生氧化还原反应，致使土壤水溶性HCO₃^- 含量降低，即总碱度降低；加之，聚顺丁烯二酸、烷基苯磺酸钠呈酸性，可缓冲土壤碱性，致使土壤pH降低。土壤水溶性Na⁺、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺ 含量显著降低，这主要是因为腐殖酸与黄腐酸是有机酸性物质，可以通过阳离子交换作用与盐分平衡能力降低土壤Na⁺、 Cl^- 含量^[22-23]，而腐殖酸又可与土壤中的Ca²⁺、 Mg²⁺ 强烈结合^[24]，进而降低土壤中水溶性Ca²⁺、 Mg²⁺ 含量。同时，还可显著降低土壤全盐量与K⁺、 SO₄ ^2- 含量，其原因是腐殖酸与黄腐酸共同促进团聚体形成，增加土壤孔隙度^[25]，随灌水淋洗作用，土壤水溶性K⁺ 可随重力水下渗至土壤深层，SO₄ ^2- 则是遇水溶解，部分被植物快速吸收，或是随水下渗。

本研究发现，较对照处理，添加腐殖酸有机肥可显著降低土壤pH、总碱度、全盐量、水溶性盐分离子含量。这可能是由于该有机肥为酸性物质，具有调节土壤酸碱度的作用^[26]，与土壤碱成分发生反应，可降低土壤pH值、HCO₃^- 含量和土壤总碱度；腐殖酸有机肥可以改善土壤物理性状，增大土壤孔隙度^[27]，土壤盐分随灌水淋洗作用下渗至土壤深层。此外，土壤中各盐分离子显著降低，是因为腐殖酸具有较强的吸附Na⁺ 能力与平衡Cl^- 效果，在改变土壤结构的同时还会促进淋溶离子过程^[28]，进而降低表层土壤中Ca²⁺、Mg²⁺、K⁺、SO₄ ^2- 含量。

4 结论

本试验施加4种土壤改良剂后，土壤盐分离子、pH、全盐量、总碱度均显著低于对照，土壤层化特性与表聚特点有所改变。其中，对制约土壤水溶性阳离子积累而言，施加磷石膏、盐地宝与腐殖酸有机肥效果最为显著；而对阴离子而言，添加盐地宝效果最为显著。对调节土壤pH而言，施用硫磺效果最为显著。对降低土壤总碱度而言，添加盐地宝与腐殖酸有机肥效果最为显著。对降低土壤全盐量而言，施加盐地宝、腐殖酸有机肥效果最为显著。对改善土壤pH层化特征与表聚特征而言，施用磷石膏、盐地宝效果显著，其余改良剂均不显著；对土壤全盐量层化性与表聚性而言，添加磷石膏、硫磺与盐地宝效果显著，而使用腐殖酸有机肥不显著；对土壤总碱度层化和表聚特点而言，施加腐殖酸有机肥效果显著，其他处理均不显著。总体来看，改善效果最好的改良剂为盐地宝和腐殖酸有机肥，磷石膏效果次之，而硫磺效果相对较差。

参考文献