土壤盐渍化是全球范围内制约农业土壤增产增效的障碍因素之一，长期以来备受关注。我国存在的盐渍土总面积约 3.6×10⁷ hm²，占全国可利用土地面积的 4.88%，主要分布在东北、西北、华北和滨海地区^[1]。这类土壤具有“盐、碱、板、瘦”的特点，严重影响作物的正常生长。改良盐碱土壤，提高土壤生产力，对保障我国粮食安全具有重要的现实意义^[2]。经过半个多世纪的发展，我国科技工作者在水利、物理、化学和生物等改良措施方面取得了重要进展。其中，以施用土壤改良剂为主要化学改良方式的发展较快，相关产品已经从单一成分、单项功能发展成为复合材料、兼具多项功能的新型改良剂^[3-5]。根据土壤盐碱障碍因子研发具有针对性的土壤改良剂，成为当前学术界和产业界悉心研究的热点。

脱硫石膏是目前常用的盐碱土壤改良剂，其溶解释放的 Ca²⁺ 能置换土壤胶体上吸附的交换性 Na⁺，同时能与 CO₃ ^2- 和 HCO₃^- 发生化学反应，因此能够降低土壤碱害。然而，单独施用脱硫石膏无法全面消减土壤盐碱障碍^[6-7]，过量施用还可能会增加土壤全盐量。腐植酸、糖醛渣等有机物料能够提高土壤肥力^[8]，促进土壤盐分离子淋洗^[9-10]，但短期内改土和增产的效果并不稳定^[11]。前人研究指出，将脱硫石膏与有机物料配施，可增强盐碱土的改良效果。戴建军等^[12]发现，将脱硫石膏与糠醛渣配施可降低土壤 pH 值，提高土壤田间持水量和阳离子交换量及水稻产量。王丹等^[13] 将脱硫石膏与腐植酸、黄腐酸配施可显著降低土壤 pH 值、碱化度和电导率，提高籽棉产量。杨军等^[14]将脱硫石膏与糠醛渣配施可降低龟裂碱土盐分，增加油葵产量。在改良剂配方研究方面，Nan 等^[15] 将 3.2 t/hm² 脱硫石膏与 1.5 t/ hm² 腐植酸配施，对滨海盐碱土壤的改良和增产效果最佳。张伶波等^[16]将脱硫石膏与腐植酸按 1∶1 比例配施，可显著降低土壤 pH 值，增加玉米产量。笔者前期研究发现，在内蒙古河套灌区将脱硫石膏与秸秆、瓜子皮等有机物料按 2∶1 的比例配施，能够增加土壤养分、增强团聚体稳定性，但因脱硫石膏占比大导致土壤电导率有所增加^[8]。因此，需要综合考虑土壤盐碱障碍特征，制订适宜的改良剂配比和施用量。

目前，关于脱硫石膏与腐植酸或糠醛渣配施的研究多集中在土壤盐碱指标和作物产量变化方面，而关于土壤盐分离子组成和养分含量变化的研究鲜见报道。本文研究脱硫石膏与腐植酸、糠醛渣配制的两种钙基型土壤改良剂不同施用量对 0～40 cm 土壤盐分离子、养分含量和向日葵产量的影响，探究两种改良剂的改土、培肥和增产效果及其适宜的施用量，以期为内蒙古河套灌区盐碱土壤快速改良及淡化、肥沃耕层构建提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

本试验于 2020 年 5 月至 10 月在内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗树林召镇西海心村进行，中心位置地理坐标：109°52′22″E，40°29′7″N。该地区属典型的温带大陆性气候，年均降水量 240～360 mm，主要集中在 7～9 月，蒸发量 2506.3 mm，比降水量高 6 倍。因此，土壤水盐动态以垂直运移为主，土壤盐分表聚严重。年均气温 6.1～7.1℃，无霜期 135～150 d。本试验区种植向日葵，熟制为一年一熟。

试验地点属于典型的沿黄灌区，每年春季和秋季利用黄河水（矿化度约为 0.56 g/L）进行灌溉，夏季视墒情不定时灌溉，单次灌水量为 1800～2250 m³ /hm²。试验区地下水位 0.8～1.8 m，矿化度为 1.8～2.2 g/L。试验开始前（5 月 12 日） 随机采集 3 个 0～100 cm 剖面土壤样品，测定土壤基础化学性质，结果详见表1。0～20 cm 土层养分检测结果显示，土壤有机质 12.1 g/kg，铵态氮 8.05 mg/kg，硝态氮 27.1 mg/kg，有效磷 8.03 mg/kg，速效钾 154.3 mg/kg。

1.2 供试材料

试验开始前，系统分析土壤基础化学性质，诊断土壤关键障碍因子。由耕层土壤检测结果可知，本研究区土壤盐高、肥低，钙基型土壤改良剂的配制应以培肥为主，过多的脱硫石膏可能会增大土壤盐分胁迫。因此，笔者结合前期研究结果^[14]，将脱硫石膏分别与腐植酸、糠醛渣按质量比为 2∶3 配置两种钙基型土壤改良剂，命名为土壤改良剂 GF （脱硫石膏 + 腐植酸）和土壤改良剂 GH（脱硫石膏 + 糠醛渣）。其中，脱硫石膏来自内蒙古巴彦淖尔市乌拉特前旗燃煤发电厂（北方联合电力有限责任公司），腐植酸和糠醛渣从当地市场采购（内蒙古土肥为农技术服务有限公司）。两种改良剂产品的基本性质如表2 所示。

1.3 试验设计

本研究采用小区试验，设置 7 个处理，分别为对照（CK，不施用改良剂），改良剂 GF 施用量 15 t/hm² （GF15）、30 t/hm² （GF30） 和 45 t/hm² （GF45），改良剂 GH 施用量 15 t/hm² （GH15）、30 t/hm² （GH30）和 45 t/hm² （GH45）。每个处理重复 3 次，采用完全随机区组排列。每个试验小区面积 60 m² （6 m×10 m），小区之间修筑田埂，并在旁边开挖 1.2 m 深、0.8 m 宽的排水沟，用于泄水排盐。

2020 年 5 月 12 日将两种改良剂产品通过人工均匀撒施在地表，然后进行旋耕，深度为 0～20 cm，使改良剂与表层土壤混合均匀。5 月 22 日采用机械耙地，随后施底肥和覆膜，按大小行种植方式进行覆膜，膜间距为 80 cm。底肥为磷酸二铵，施用量为 375 kg/hm²。地膜为黑色塑料薄膜，厚度 0.01 mm，宽度 70 cm。5 月 23 日用黄河水进行畦灌，灌水量约 2250 m³ /hm²，2 d 后将地表水全部排除干净。

供试作物为食用向日葵，品种为三瑞 10 号。 6 月 2 日人工播种向日葵，在膜上点播，一膜两行，行距 60 cm，株距 50 cm，种植密度约为 33000 株 /hm² 。播种后，地膜破口处用细砂覆盖。在向日葵现蕾期和开花期进行追肥，分别追施尿素 240 和 100 kg/hm²。整个生育期不再进行灌水，其它管理措施与当地一致。

1.4 样品采集与测定

向日葵产量及构成因素测定：9 月 24 日收获向日葵，调查每个小区的向日葵成活率，并选择具有代表性的 15 株，用卷尺测量株高和花盘直径，然后测定产量及产量构成因素。

土壤样品采集与测定：9 月 24 日用土钻采集每个小区 0～20 和 20～40 cm 土壤样品，风干、去杂、过筛后备测。称取土样 10 g，加入 50 mL 去离子水，振荡 10 min 后进行抽滤，制得浸提液。电导率采用梅特勒-托利多台式电导率仪 （FE-30）测定浸提液，再根据经验公式转换为全盐量；pH 值采用梅特勒-托利多 pH 计（FE-20） 测定浸提液；用电感耦合等离子体-原子发射光谱仪（Leeman，美国）测定水溶性 K⁺、Na⁺、Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 的含量，然后根据公式计算钠吸附比；水溶性 Cl^- 和 SO4 ^2-含量采用 ICS-1000 型离子色谱 （Dionex，美国） 测定；HCO₃ ^-和 CO₃ ^2- 总量采用离子平衡法计算。此外，参照《土壤农化分析》，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定，铵态氮含量采用靛酚蓝比色法测定，硝态氮含量采用双波长紫外分光光度法测定，有效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用醋酸铵浸提法测定。

1.5 数据处理

采用 Excel2013 进行数据处理与图表绘制，使用 SPSS 19.0 进行单因素分析和相关性分析（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 钙基型土壤改良剂对土壤盐碱指标的影响

2.1.1 对土壤 pH 值的影响

各处理不同土层间土壤 pH 值无明显差别。与 CK 相比，施加改良剂后 0～40 cm 土层土壤 pH 值下降 1.8%～9.1%（图1）。其中，表层土壤 GF15、 GF30 和 GH30 处理的 pH 值较 CK 显著下降，但处理间差异不显著。20～40 cm 土层土壤经改良剂 GF 处理后 pH 值均显著降低，GH 处理土壤 pH 值随施用量的增加逐渐下降，同一改良剂施用量处理之间无显著差异。

注：不同小写字母表示不同处理之间差异达到显著水平（P<0.05）。下同。

2.1.2 对土壤全盐量的影响

各处理 20～40 cm 土层土壤的全盐量高于表层土壤。不同改良剂对土壤全盐量的影响主要集中在 0～20 cm 表层土壤（图2），与 CK 相比，表层土壤GF30 处理显著降低，而 GF45 处理显著增加了土壤全盐量；20～40 cm 土层土壤全盐量无显著变化。改良剂 GF 处理对土壤全盐量的影响更为显著，GF15 和 GF30 处理之间的全盐量有显著差异。

2.1.3 对土壤水溶性阳离子含量的影响

在 0～20 cm 土层，与 CK 相比，两种改良剂均增加了水溶性 Ca²⁺ 含量，其中，GF45、GH30 和 GH45 处理达显著水平（表3），而对 K⁺、Na⁺、 Mg²⁺ 含量无显著影响。同种改良剂随施用量的增加，Ca²⁺ 含量具有显著性差异。不同施用量处理也有显著不同，施用量为 15 t/hm² 时，2 种改良剂的 K⁺ 含量无显著变化，Na⁺ 含量表现为 GF15>GH15 处理；施用量为 30 t/hm² 时，2 种改良剂的 Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 含量均表现为 GH30>GF30 处理。随着水溶性离子的变化，与 CK 相比，各处理土壤钠吸附比下降（下降幅度 10%～64%），除 GF15 和 GF30 处理外均差异显著。其中，改良剂 GF 处理土壤钠吸附比随着施用量的增加差异显著，而改良剂 GH 处理各施用量之间无显著差异。

在 20～40 cm 土层，与 CK 相比，两种改良剂均增加了 Ca²⁺（增幅 40%～500%）和 Mg²⁺（增幅 11%～167%）的含量，其中，Ca²⁺ 增量除 GH15 处理外均达显著水平，Mg²⁺ 增量除 GH15 和 GH30 处理外均达显著水平；各处理中除 GF15 处理外，水溶性 K⁺ 含量均降低；除 GH15 处理外，水溶性 Na⁺ 含量均增加，且 GF15、GF30 和 GH45 处理差异显著。改良剂 GF 随施用量的增加，K⁺ 和 Na⁺ 含量减小，Ca²⁺ 含量增加，且 GH45 处理差异显著； 改良剂 GH 随施用量的增加，Na⁺ 含量增加，且 GH45 处理差异显著，Ca²⁺ 含量无显著差异。与 CK 相比，各处理土壤钠吸附比无显著变化，其中，改良剂 GF 处理钠吸附比随施用量的增加呈下降的趋势，而改良剂 GH 不同施用量处理间无显著差异。

注：在相同土层中，同列不同小写字母表示处理之间差异达到显著水平（P<0.05）。

研究结果显示，0～20 cm 土层土壤水溶性 Na⁺ 和 Mg²⁺ 含量高于 20～40 cm 土层。Ca²⁺ 含量在改良剂 GF 作用下多集中在 20～40 cm 土层，在改良剂 GH 作用下多聚集在 0～20 cm 土层。且在改良剂作用下，0～20 cm 土层土壤钠吸附比小于 20～40 cm 土层。

2.2 钙基型土壤改良剂对土壤有机质和养分含量的影响

2.2.1 对土壤有机质含量的影响

表层土壤有机质含量经改良后有所增加，且随改良剂施用量的增加而提高，并在施用量为30 和 45 t/hm² 时达到显著水平（表4）。改良剂 GF 处理的土壤有机质含量高于改良剂 GH，增加幅度为 2%～30%。

2.2.2 对土壤养分含量的影响

改良剂各处理与 CK 比较提高了土壤速效钾、有效磷和铵态氮的含量，降低了土壤中的硝态氮含量（表4）。相比于 CK 处理，经 GH45 处理后土壤速效钾含量增加了 118%，达显著水平；土壤有效磷含量只在 GF15 处理显著增加，增加幅度为 57%；铵态氮含量在改良剂 GF 处理中显著增加，增加幅度 143%～242%；土壤硝态氮含量在 GF15、GF30 和 GH30 处理中呈显著下降的趋势。铵态氮含量随改良剂施用量的增加而增加，速效钾含量仅随改良剂 GF 施用量的增加而增加，有效磷含量对改良剂施用量变化的响应与铵态氮相反。两种改良剂处理中，硝态氮含量均在施加量为 30 t/hm² 时有所下降，且 GH15 和 GH30 处理间差异显著。改良剂处理之间，改良剂 GF 处理中有效磷和铵态氮含量高于改良剂 GH 处理，而速效钾含量与之相反。除施用量 15 t/hm² 处理外，改良剂 GF 处理的硝态氮含量均高于改良剂 GH 处理。

注：同列不同小写字母表示处理之间差异显著（P<0.05）。下同。

2.3 钙基型土壤改良剂对向日葵产量的影响

2.3.1 对向日葵产量及其构成因素的影响

从表5 可以看出，与 CK 相比，各处理向日葵株高、成活率、结实率、盘径和百粒重均增加，其中，成活率显著提高，各处理成活率均达到 95% 以上，比 CK 增加了 15%～18%。对向日葵株高的增加作用，改良剂 GF 的效果优于 GH，GF30 和 GH45 处理的株高分别较 CK 提高了 19% 和 11%。改良剂的施用量对向日葵的产量构成因素无显著影响（表5）。

改良剂能够显著增加向日葵产量。与 CK 相比，GF15、GF30 和 GF45 处理向日葵产量分别增加了 63%、36% 和 34%，GH15、GH30 和 GH45 处理向日葵产量分别增加了 30%、33% 和 33%。不同改良剂处理产量增幅依次为：GF15>GF30>GF45>GH30>GH45>GH15。GF15 处理向日葵产量显著高于 CK 和其他处理，且其他处理间差异不显著。

2.3.2 向日葵产量与土壤理化性质相关性分析

对向日葵产量、土壤盐碱指标及土壤养分含量进行相关性分析，结果显示，向日葵产量与土壤盐碱指标呈负相关，与除铵态氮外的养分指标均呈正相关（表6）。其中，产量与土壤 pH 值和硝态氮呈显著负相关，与土壤有效磷和铵态氮呈显著正相关。

注：* 和 ** 分别表示在 0.05 和 0.01 水平上显著相关。

3 讨论

3.1 钙基型土壤改良剂对土壤盐碱指标的影响

在 0～20 cm 土层的土壤中，两种改良剂均降低了土壤的 pH 值。除改良剂中的脱硫石膏发挥的作用外，腐植酸和糠醛渣作为酸性材料，也可以为土壤提供 H⁺。改良剂 GF 不同施用量处理间无显著差异，主要是由于当施用量为 15 t/hm² 时，改良剂有效成分已经充分与土壤中的 CO₃ ^2- 和 HCO₃ ^- 反应，因此，过量改良剂无法再降低了土壤 pH 值。而在 20～40 cm 土层中，改良剂处理显著降低了碱土的 pH 值，其中，改良剂 GF 降碱效果更好，这可能与腐植酸自身化学结构和影响有关。腐植酸通过改善土壤理化性质，降低容重，提高土壤总孔隙度，从而使得更多表层土壤的 H⁺ 向下运移^[17-18]；再者，腐植酸是一种有机弱酸，且是一种有机大分子的两性物质，腐植酸的施加会导致土壤阳离子交换量增大，所具有的弱酸性能对 H⁺ 浓度的变化有较大的缓冲^[19]，从而使得腐植酸处理的 20～40 cm 土层土壤 pH 值显著下降。

施用改良剂后，外源添加剂所含盐分会增加土壤含盐量，且随施用量的增加而增加，土壤全盐量也表现相似的变化规律。但在0～20 cm 土层 GF30 处理的全盐量显著降低，这是由于土壤结构改善后，盐基代换增加，土壤表层盐易被降雨或灌溉淋洗^[20-21]。但过量的盐分添加会造成盐分累积^[22]，导致 GF45 处理的全盐量显著高于 GF30 处理。但 20～40 cm 土层土壤全盐量与未改良土壤无显著差异，表明改良剂所含离子的释放主要集中在表层土壤。

土壤 pH 值和全盐量的变化与改良剂所含成分密切相关。改良剂的施加可提供给土壤较多的 Ca²⁺ 和 Mg²⁺（表3），Ca²⁺ 和 Mg²⁺ 与 CO₃ ^2-、HCO₃ ^- 和交换性 Na⁺ 发生沉淀反应，生成 Ca（HCO₃）₂、CaCO₃ 和 Na₂SO₄，在灌水洗盐作用下可将 Na₂SO₄ 冲洗掉，减少土壤中 Na⁺、CO₃ ^2-、HCO₃ ^-的含量，导致土壤 pH 值和钠吸附比下降^[2，23-24]，表层土壤 Na⁺ 浓度的下降也可证明此过程。表土交换后的 Na⁺ 和增多的 Ca²⁺ 与 Mg²⁺ 随着水分运动而向下迁移，导致 20～40 cm 土层土壤 Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺ 含量有所增加。改良剂施加于表层土壤并且 Na⁺ 的迁移速度快于 Ca²⁺、Mg^2+[25]，导致 20～40 cm 土层土壤 Na⁺、 Ca²⁺、Mg²⁺ 的浓度增幅存在差异，致使表层土壤的钠吸附比小于 20～40 cm 土层。

离子浓度随着改良剂施用量的增加呈现不规律的趋势，主要是配施的有机物料不同导致的。改良剂 GF 中含有腐植酸，腐植酸带负电荷，能提供较多的阳离子吸附位点，当改良剂 GF 中硫酸钙溶解的 Ca²⁺ 交换出盐碱土中的 Na⁺ 后，Na⁺ 迁移至腐植酸附近被吸附和代换，从而导致少部分 Na⁺ 被滞留在土壤中^[26-27]。相反，改良剂 GH 中的糠醛渣能促进盐分的淋洗^[10，28]，对 Na⁺ 吸附较弱。但从 Na⁺ 淋洗效果来看，脱硫石膏配合腐植酸及糠醛渣对盐碱土的改良具有显著效果，糠醛渣和腐植酸与脱硫石膏配合施用，促进活化土壤中的 Ca²⁺，推进土壤胶体吸附 Na⁺ 与 Ca²⁺ 置换反应，更利于盐碱土壤钠盐的降低。而表层 Na⁺ 含量低于底层，是由于表层的交换性 Na⁺ 与 Ca²⁺ 反应变成水溶性 Na⁺，水溶性 Na⁺ 随水分下移，导致 20～40 cm 土层水溶性 Na⁺ 浓度增加。

3.2 钙基型土壤改良剂对土壤有机质与养分含量的影响

作物生长的根系主要分布在表层土壤，所以本文主要研究了耕层的土壤养分变化。与 CK 比较可知，使用两种土壤改良剂一季作物后，土壤有机质含量均增加，但施用量较低的情况下，土壤有机质增量不显著，这主要由于添加的有机质较少。虽然两种改良剂中有机质含量有差别，但施用后土壤有机质含量变化不显著，这主要是由于土壤中不同盐分含量和碱化度影响土壤中微生物活动和有机质的转化^[29]，从表6 可以看出，pH 值、钠吸附比和有机质呈负相关关系，说明土壤盐碱化的改善也能促进有机质增加。

本研究中，改良后土壤铵态氮含量显著高于未改良土壤，这主要由于改良土壤 pH 值下降。未改良土壤较高的 pH 值使 NH₄ ⁺ 易与土壤中的 OH^- 结合，形成 NH₃，造成铵态氮的损失^[30]。铵态氮含量与土壤 pH 值的负相关关系也可证明此观点（表6）。由于腐植酸酸性较强，导致改良剂 GF 铵态氮含量显著高于改良剂 GH。改良剂处理的土壤硝态氮含量均低于 CK 处理，这是由于硝态氮极易溶于水，种植前的灌水洗盐操作使得硝态氮大量流失，导致各改良剂处理的硝态氮含量较低。改良剂施用量处理中，铵态氮和硝态氮含量存在负相关关系 （表6），且土壤盐碱指标会影响土壤中氮的转化和释放^[31]。

总体来看，经过一季的改良种植，两种土壤改良剂均在一定程度上改善了土壤理化性质，降低了土壤的碱化度。腐植酸和糠醛渣为土壤提供一定量的有机质和作物生长的矿质元素，从而整体上增加了土壤的养分含量并改善土壤的肥力状况^[32]。两种改良剂比较发现，改良剂 GF 对土壤有机质和养分的提高整体优于改良剂 GH，这是由于腐植酸具有较强的吸附和代换作用，可以更好地发挥土壤保氮、解磷、活钾及增强微量元素的有效性等功效，可以为作物增产提供更多的养分来源^[20，33]。

3.3 钙基型土壤改良剂对向日葵产量的影响

两种钙基型土壤改良剂均提高了向日葵产量。表6 中相关性分析表明产量与土壤 pH 值呈负相关关系，但与土壤养分（除硝态氮外）和产量呈正相关关系。这说明改良剂的施加在除盐碱的同时改善了土壤环境，为作物根系和微生物生长创造了有利条件，从而加快了土壤养分循环、提高了土壤肥力、促进了作物生长，达到了增产的效果^[34]。再者，脱硫石膏本身含有丰富的硫、钙、硅等矿质营养，提高了植物对恶劣环境的抗性，改善了养分亏缺问题^[35]。此外，腐植酸和糠醛渣有机质含量较高，这些物质可以提高土壤肥力，增加土壤中的微生物数量和酶活性，促进作物健康生长发育^[36]。改良剂 GF 相较于改良剂 GH 更利于向日葵的生长发育，这是由于腐植酸在一定程度上可以促进种子的萌发及根系和营养体的生长^[20]，调节植物体的新陈代谢，促进作物的生长^[37]。

改良剂 GF 相较于改良剂 GH 更能提高土壤有机质含量及铵态氮含量，为植物生长提供养分，从而达到增产的效果。王相平等^[38]和 Bacilio 等^[18]的研究也表明，脱硫石膏与腐植酸配施改善了盐碱地作物生长指标，提高了作物产量。本研究结果认为，脱硫石膏配施腐植酸（15 t/hm²）处理增产效果最佳，脱硫石膏用量控制在合理范围内更利于作物生长和产量的提高，施用量过大反而抑制作物的生长。

4 结论

经过一个向日葵生长季后，两种钙基型土壤改良剂均可以实现盐碱土壤快速改良和淡化、肥沃耕层构建的目标。在 0～20 cm 土层，使用土壤改良剂处理的 pH 值较 CK 处理显著下降了 4.4%～8.0%，其中，脱硫石膏配施腐植酸处理的有机质、铵态氮及有效磷含量得到了显著提高。但随着两种改良剂施用量的增加，土壤理化性质没有发生显著的变化。改良剂 GF（脱硫石膏 + 腐植酸） 更有利于显著提高向日葵产量。整体来看，脱硫石膏配施腐植酸更适合在内蒙古河套灌区盐碱地改良推广应用，推荐施用量为 15 t/hm² 。

参考文献