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我国盐碱土面积约为 34.70×106 hm2[1]，耕地盐渍化面积达到 9.209×106 hm2，占全国总耕地面积的 6.62%，国民经济和社会环境的可持续发展受到了严重影响[2]。盐渍危害成为干旱区农业发展的主要阻碍，严重制约着农业的生产发展[3]。然而，现有盐碱土改良多以单一改良措施为主。已有研究表明，将硫酸铝单独施入土壤中，会使土壤 pH 值和碱化度降低，改善土壤理化特性及结构，增强土壤持水能力[4]；覆膜滴灌可抑制土壤水盐上行积累，使上层土壤环境得到逐步改善[5]，且具有保墒、增温、抑盐、增产等有益效应[6]；秸秆覆盖可增加土壤含水率，降低土壤含盐量[7-10]。
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近几年随着土壤改良技术的发展，国内外学者也展开了对多种改良措施配合施用的研究。其中，秸秆和脱硫石膏配合施用能够增加土壤有机碳含量，并且维持团聚体中碳含量稳定[11-12]。但是，覆膜滴灌下硫酸铝改良剂与秸秆深埋交互作用对苏打盐碱土影响的研究较少，本文在内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗开展甜菜覆膜滴灌下秸秆深埋与硫酸铝改良剂交互作用对苏打盐碱土水盐、pH 值及甜菜产量的影响研究，为盐渍化耕地资源的合理高效利用提供理论基础。
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1 材料与方法
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1.1 试验区概况
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试验区位于内蒙古自治区通辽市科尔沁左翼中旗（43°32′—44°32′N，121°08′—123°32′E），见图1。该区为中温带大陆性季风气候，2021 年气候及地下水位变化见图2，年均降水量 5.05 mm，年均气温 7.41℃，年均地下水埋深 7.33 m。土壤 pH 值 8.02～10.07，水溶性盐总量 1.0～8.7 g/kg，土壤类型以苏打盐化土和钠质碱化土为主，盐碱化程度以中轻度钠质碱化土为主。
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图1 试验区地理位置示意
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图2 2021 年试验区气候及地下水埋深
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1.2 试验设计
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试验于 2021 年开展，指示作物为甜菜。5 月初深耕至 30 cm，平整土地。A1～A4 处理在 30 cm 处机械埋设玉米秸秆层，用量 9000 kg/hm2[13]；除 CK 外，其他各处理均施入土壤改良剂，再用旋耕机混匀（20～30 cm），随后平整土地。用埋深为 1.2 m 的塑料板将各处理隔开，以防水流互窜；人工播种，机器覆膜（图3）。3 次重复，小区面积 99 m2 （4.4 m×22.5 m），各小区间设 2 行保护带。各处理甜菜全生育期灌水 7 次（5 月 17 日、6 月 15 日、7 月 10 日、7 月 22 日、8 月 2 日、8 月 15 日和 8 月 30 日），每次灌水量均为 385 m3 /hm2。基肥采用甜菜复合肥 262 kg/hm2，随播种施入土壤，6 月上旬追施尿素 675 kg/hm2，封垄前追施尿素 450 kg/hm2，其他田间管理措施与当地传统种植一致。具体试验方案见表1。
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图3 试验布置
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1.3 测定项目与方法
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基于甜菜根长（±30 cm）分别于甜菜苗期、叶丛繁茂期、块根增长期、糖分积累期取 0～10、 10～20、20～30、30～40、40～50 cm 土层土样，进行土壤含水率及含盐量测定。
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（1）土壤含水率：用烘干法在 105℃烘箱中烘干 8 h，测土壤含水率。
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（2）土壤电导率：将取好的土进行晾晒，风干后磨碎，用 2 mm 筛进行筛选，用 1∶5 的土水比对筛选出的土进行上清溶液的提取，用电导率仪测定土壤电导率（EC，mS/cm）。土壤含盐量（g/kg）= 0.092×EC1∶5+0.201[14]
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（3）土壤 pH 值：用雷磁便携式 pH 计测定。
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（4）土壤碱化度：采用火焰光度法测定 Na+ 含量，采用乙酸钠-火焰光度法测定阳离子交换量。
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碱化度（%）=Na+ 含量（cmol/kg）/ 阳离子交换量（cmol/kg）×100
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（5）土壤积盐率：
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式中，Sa 为某一土层土壤盐分储量，St 为土壤含盐量，Di 为该土层土壤容重，Hi 为该土层厚度。
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式中，N 为土壤积盐率，S1 为播种前土壤储盐量， S2 为秋收后土壤储盐量。
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1.4 数据处理方法
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（1）Excel 2003 处理数据，SPSS 22.0 进行方差分析、相关性分析、回归分析，采用 Origin 2021 绘图。
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（2）采用隶属函数分析法，分析各处理对土壤性质的综合影响。计算方法如下：
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式中，X（uj）为不同处理某一指标的隶属函数值； X 为不同处理某一指标的测定值；Xmax 为所有处理中某一指标测定值的最大值；Xmin 为所有处理中某一指标测定值的最小值。
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式中，Wj 为第 j 个公因子的权重；Pj 为各处理组合第 j 个公因子的贡献率。
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式中，D 为土壤改良综合评价值。
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2 结果与分析
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2.1 覆膜滴灌下硫酸铝和秸秆深埋交互作用对土壤水盐的影响
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2.1.1 土壤剖面水分分布
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从图4 可知，各处理土壤含水率随土层深度增加呈递增趋势；添加不同硫酸铝用量 0～50 cm 土体平均含水率 B1～B4 处理比 CK 分别高 1.7%、 4.6%、8.2% 和 7.0%，且土壤含水率随硫酸铝用量的增加而增加，当硫酸铝用量大于 90 g/m2 时递增趋势变缓； 秸秆深埋处理（A1～A4）0～50 cm 土体平均含水率比无秸秆处理（B1～B4）平均高 3.0%，且各处理 20～30 cm 土层土壤含水率变化率比 10～20 和 30～40 cm 分别高 10.8% 和 11.5%。0～50 cm 土体平均含水率 A1～A2 处理分别比 B3 处理低 2.2%、1.7%，A3～A4 处理分别比 B3 处理高 2.8%、2.0%，A3 处理土壤含水率最高，并且在 10～20 和 20～30 cm 处均显著高于 B3 处理（P<0.05）。可见，秸秆深埋和硫酸铝交互作用可有效提高土壤含水率。
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2.1.2 土壤剖面盐分分布
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图5 为 0～50 cm 土壤含盐量变化情况。 B1～B4 各处理 0～50 cm 土体平均含盐量分别比 CK 降低 8.0%、6.4%、12.6%、11.9%。秸秆深埋处理（A1～A4）0～50 cm 土体平均含盐量比无秸秆处理（B1～B4）平均降低 5.6%，秸秆深埋各处理在 20～30 cm 土层含盐量变化率比 10～20 和 30～40 cm 分别降低 4.0%、10.3%，这可能是因为 20～30 cm 深埋的秸秆形成“隔盐层”，当盐分随毛管水上升聚集时起到了良好的抑盐效果[17]。0～50 cm 土体平均含盐量 A1、A2 处理较 B3 处理抑盐效果不显著（P>0.05），但 A3、A4 处理比 B3 处理分别降低 7.3%、6.8%，且在 0～10 和 20～30 cm 土层 A3 处理土壤含盐量较 B3 处理显著降低（P<0.05），A3 处理抑盐效果最佳。
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图4 不同硫酸铝用量 0～50 cm 土壤含水率分布
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注：不同小写字母代表各处理差异显著（P<0.05）。下同。
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图5 不同硫酸铝用量 0～50 cm 土壤盐分分布
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2.1.3 根层积盐率变化
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表2 显示了秸秆深埋和硫酸铝交互作用对土层积盐率的影响。B1～B4 处理 0～50 cm 土体平均积盐率比 CK 分别降低 9.6%、7.8%、15.1%、14.0%，这可能因为硫酸铝所含的 Al3+ 与土壤中的 Na+ 发生置换反应，从而降低土壤盐分[18]。在 0～50 cm 土体内，秸秆深埋处理（A1～A4）比无秸秆处理 （B1～B4）的平均积盐率降低 6.1%。A1、A2 处理较 B3 处理抑盐效果不显著，但 A3、A4 处理 0～50 cm 土体平均积盐率比 B3 处理分别降低 7.7%、 7.2%。A3 处理脱盐效果最好，A3 处理 0～30 cm 各土层均有脱盐趋势，且达到显著水平（P<0.05），平均脱盐率 11.5%。这可能是由于秸秆深埋和适量的硫酸铝协同作用抑制了土壤盐分的积累。
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注：不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。
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2.2 覆膜滴灌下硫酸铝和秸秆深埋交互作用对土壤 pH 值和碱化度的影响
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图6 为 0～50 cm 土体平均 pH 值和碱化度变化情况，0～50 cm 土体内秸秆深埋处理比无秸秆处理 pH 值平均低 2.5%，秸秆深埋处理 0～30 cm 土层 pH 值比 30～50 cm 土层低 2.1%。说明各处理秸秆深埋能有效降低土壤 pH 值，且 pH 值与土层深度呈正相关。由于硫酸铝改善了土壤化学性质，降低了土壤 pH 值[19]，B1～B4 各处理 0～50 cm 土体平均土壤 pH 值分别比 CK 低 4.3%、5.3%、 9.2%、8.1%。0～50 cm 土体 A1 与 B3 处理相比平均 pH 值效果欠佳，但 A2～A4 处理分别比 B3 处理降低 0.2%、0.8%、1.8%。这可能是由于秸秆深埋与硫酸铝交互作用可有效降低土壤 pH 值。
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土壤碱化度随土层深度增加呈递增趋势。 A1～A4 处理 20～30 cm 土层碱化度变化率比 30～40 cm 土层小 25.3%，这可能是由于 20～30 cm 土层深埋的秸秆抑制了盐分的积累运移。0～50cm 土体平均碱化度 B1～B4 处理比 CK 分别降低 7.8%、8.7%、9.8%、8.9%，其中 B3 处理抑制土壤返碱效果最好。A1～A4 处理比 B3 处理分别降低 10.7%、10.8%、11.5%、12.0%。这可能是由于秸秆深埋和硫酸铝交互作用可填补养分转移，促进微生物分解产生有机酸，缓解土壤返碱。
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2.3 硫酸铝和秸秆深埋交互作用对盐碱土改良效果综合评价
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在试验研究基础上，进一步探讨秸秆深埋和硫酸铝交互作用与各因素间的关系及对盐碱地改良综合效果。
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由表3 可知，土壤含水率与添加硫酸铝和秸秆深埋交互作用呈正相关，且达到极显著水平，而土壤含盐量则与之呈负相关，达到显著水平，秸秆隔层能够蓄纳耕作层多余入渗水[20]并且抑制盐分上移[21]，施入土壤的硫酸铝通过改善土壤团粒结构提高土壤含水率[22]，且土壤通透性的改善抑盐效果也得到了有效提高[23]。土壤 pH 值和碱化度均与添加硫酸铝和秸秆深埋交互作用呈负相关，且达到极显著水平。秸秆与适量硫酸铝配合施用，降低了土壤钠吸附比，改善土壤盐基组分，进而降低土壤 pH 值和碱化度[24]。秸秆深埋下硫酸铝用量与土壤含水率、含盐量、pH 值和碱化度的关系符合以下模型，见式（6）～（9）。
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图6 不同硫酸铝用量 0～50 cm 土层土壤 pH 值和碱化度变化
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注：* 表示在 P<0.05 水平显著相关，** 表示在 P<0.01 水平极显著相关。
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式中，y1、y2、y3、y4、x 分别代表土壤含水率、含盐量、pH 值碱化度和硫酸铝用量。模型决定系数 R2 均大于 0.8，模型能够确切反映各土壤指标随硫酸铝用量的变化过程。
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以含水率、含盐量、pH 值以及碱化度为评价指标，据各指标与土壤改良效果的相关性，采用不同函数式求隶属函数值[式（3）]和各指标权重[式 （4）]计算得到各处理土壤改良效果的综合评价值 （D）[式（5）]，结果见表4。D 值反映不同处理土壤改良效果，D 值越大，改良效果越好。
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注：含水率与改良效果呈正相关，含盐量、pH 值、碱化度与改良效果呈负相关。
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将综合评价值 D 及各单项指标进行逐步回归，建立最优回归方程：
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式中，x1 ∈[15.6，27.5]、x2 ∈[7.7，9.1]、x3 ∈[13.5， 35.4]、x4 ∈[1.5，1.9]分别代表土壤含水率、pH 值、碱化度、含盐量。
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将试验观测值一一对应代入式（8），绘制出 D 值与各指标关系图（图7）。
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据相关研究成果，甜菜作为一种重要的盐碱地能源作物，可生长在 pH 值为 6.5～8.0[25]的轻中度盐碱地环境[26]中，且覆膜滴灌下甜菜宜生长在土壤含水率占田间持水量的 65%～82%[27]、含盐量小于 0.5% 的轻中度盐渍化土壤[28]。综合本试验研究条件，适宜的土壤含盐量为 1.54～1.59 g/kg、含水率为 23.9%～27.0%、pH 值为 7.73～8.0 及碱化度为 13.5%～14.9%。因此，由图7 可知，当 D 值得分达到 0.85～0.98 时各指标可在适宜推荐范围。
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由式（6）～（9）可知，当秸秆深埋和硫酸铝用量（72～104 g/m2）交互作用时，土壤含水率、pH 值、碱化度和含盐量均与甜菜生长适宜范围相符。并且将上述数据代入式（10），可求得 D 值为 0.85～0.98。因此，经过各指标综合评价分析，覆膜滴灌及秸秆深埋下适宜的硫酸铝用量推荐 72～104 g/m2。
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图7 各指标与综合评价值关系
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3 讨论
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盐分胁迫是危害盐渍化灌区作物生长的关键因素，是农业发展的主要障碍[29]。因此，盐渍土改良成为农业发展的重要任务。研究发现，秸秆深埋可发挥良好的阻水性和减渗性[30]，形成“吸水层” 维持土壤含水率相对稳定。本研究发现添加秸秆处理的土壤含水率远高于未添加秸秆处理，且深埋的秸秆可有效维持 20～30 cm 土层土壤含水率的稳定。这与王国丽等[31]研究结论一致。鄂继芳等[32]研究认为秸秆深埋处理可显著降低土壤积盐率，且在 20～40 cm 土层形成脱盐区，本研究发现深埋在 20～30 cm 土层的秸秆形成的“隔盐层”抑盐效果明显，研究结论相近。有研究发现，深埋的秸秆能够提升脱盐效果，降低土壤碱化度[33]；并且腐熟过程中能够产生有机酸，中和土壤，显著降低土壤 pH 值[34]。但秦都林等[35]针对秸秆还田对土壤 pH 值的影响提出了不同的看法，虽有降低趋势，但不能达到显著水平。这可能与试验地气候、灌溉水质与次数有关，需进一步研究探讨。
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施入土壤的硫酸铝发生水解，生成单体铝或多聚体铝，产生大量的 H+，与土壤中的 OH- 发生中和反应，从而降低土壤的 pH 值[36]。并且，硫酸铝用量的增加可提高土壤的吸水速度，当硫酸铝用量达到 0.6% 时，吸水速度为 0% 处理的 4.0 倍[37]。本研究发现，试验条件下土壤 pH 值、含盐量和碱化度均与硫酸铝用量呈负相关；且当硫酸铝用量达到 90 g/m2 时，土壤含水率增长速率达到最大；但与相同条件下硫酸铝和秸秆深埋交互作用的处理相比土壤含水率略有降低，土壤含盐量产生上升趋势。这与刘翔毓等[17]在硫酸铝和有机物料对盐碱土影响研究中提出的多种改良措施配合施用对于改善土壤结构的效果远高于单一化学改良措施的观点基本一致。但马玉涛等[38]在吉林省苏打盐碱地试验中发现土壤中施用硫酸铝不利于土壤结构性改善，这可能因为一方面两个试验区地理位置环境有所差异，另一方面试验过程中硫酸铝施入的比例和方式不同。因此，秸秆深埋和硫酸铝交互作用下如何正确施入硫酸铝是当前研究的重要课题。
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虽然秸秆深埋和添加硫酸铝改良剂分别作为单一的改良措施能够对盐碱地起到积极的改良效果，但其二者配合施用效果更佳。并且有研究发现，秸秆和硫酸铝的交互作用可显著提高土壤中有机碳含量，促进盐碱土的改良[39]。王楠等[40]在室内培养试验研究中提出，当硫酸铝用量在 0%～0.8% 时，土壤 pH 值随硫酸铝用量的增加急剧下降，而当硫酸铝用量超过 0.8% 时，pH 值变化缓慢，15% 玉米秸秆和 0.8% 硫酸铝交互作用对苏打盐碱土的改良效果最佳。这与本研究提出的土壤含盐量随硫酸铝用量的增加呈递减趋势，但当硫酸铝用量大于 90 g/m2 时，土壤盐分变化逐渐平缓，并且 9000 kg/hm2 秸秆深埋和 90 g/m2 硫酸铝交互作用对苏打盐碱地改良效果最佳的结论相近。西辽河平原干燥多风，蒸腾旺盛，农田蒸发大，秸秆深埋和硫酸铝交互作用使 0～30 cm 土层保持“高水低盐”的状态，有利于降低当地环境对农业生产的不利影响[41]。
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4 结论
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硫酸铝和秸秆深埋交互作用可提高土壤含水率 6%～11%，降低土壤盐分 9.9%～19%，降低土壤 pH 值 0.53～0.94，降低土壤碱化度 20.5%～21.9%，降低土壤积盐率 13.0%～22.8%。甜菜覆膜滴灌及秸秆深埋下苏打盐碱地适宜硫酸铝用量推荐 72～104 g/m2。
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摘要
为探索秸秆深埋和硫酸铝改良剂配施交互作用对苏打盐碱地水盐运移的影响，在通辽市科尔沁左翼中旗开展覆膜滴灌下不同硫酸铝用量与秸秆深埋的田间试验，以甜菜为指示作物，常规处理为对照（CK），在有无秸秆深埋（A、B）的条件下分别设置 4 水平硫酸铝添加量（30、60、90、120 g/m2 ），揭示硫酸铝用量、秸秆深埋与土壤含水率、盐分的相关关系，提出覆膜滴灌及秸秆深埋下适宜的硫酸铝用量。结果显示，未添加秸秆处理中 B3 处理 0 ～ 50 cm 土体平均含水率最高（23.8%），比 CK 高 8.2%，且平均含盐量最低（1.69 g/kg），比 CK 低 12.6%；添加秸秆处理中 A3 处理 0 ～ 50 cm 土体平均含水率最高（26.6%），比 B3 处理高 2.8%，平均含盐量也最低（1.57 g/kg），比 B3 处理低 19%，且平均积盐率最低，比 B3 处理降低 7.6%；A3 处理在 10 ～ 20 和 20 ～ 30 cm 处土壤含水率均显著高于 B3 处理（P<0.05），在 0 ～ 10 和 20 ～ 30 cm 处土壤含盐量较 B3 处理显著降低（P<0.05）；A3 处理 0 ～ 30 cm 各土层均有脱盐趋势，达到显著水平（P<0.05），平均脱盐率 11.5%；硫酸铝和秸秆深埋交互作用与土壤含水率呈极显著正相关（0.808），与土壤含盐量呈显著负相关（-0.564）。秸秆深埋和硫酸铝改良剂综合作用可有效降低土壤 pH 值 0.53 ～ 0.94，缓解土壤碱化度 20.5% ～ 21.9%。覆膜滴灌及秸秆深埋下硫酸铝用量在 72 ～ 104 g/m2 为适宜当地的推荐用量。研究结果可为西辽河平原地区盐碱土壤改良提供理论依据。
Abstract
In order to explore the effects of straw deep burying and aluminum sulfate modification combination on water and salt transport in soda saline-alkali soil，a field experiment was conducted in Kezuozhong Qi，Tongliao City，with beet as the indicator crop and the conventional treatment（CK）as the control. Four levels of aluminum sulfate supplemental levels（30， 60，90，120 g/m2 ）were set up respectively under the condition of straw deep burial（A）or no straw（B），to reveal the relationship between aluminum sulfate dosage，straw deep burial and soil moisture content and salinity，and propose the appropriate aluminum sulfate dosage under mulched film drip irrigation and straw deep burial. The results showed that the average moisture content of 0-50 cm soil of B3 treatment was the highest（23.8%），which was 8.2% higher than that of CK， and the average salt content of B3 treatment was the lowest（1.69 g/kg），which was 12.6% lower than that of CK. In addition to straw，the average moisture content of 0-50 cm soil in A3 treatment was the highest（26.6%），which was 2.8% higher than that in B3 treatment，and the average salt content was the lowest（1.57 g/kg），which was 19% lower than that in B3 treatment，and the average salt content was the lowest，which was 7.6% lower than that in B3 treatment. The soil moisture content at 10-20 and 20-30 cm of A3 treatment was significantly higher than that in B3 treatment（P<0.05），and the soil salt content at 0-10 and 20-30 cm was significantly lower than that in B3 treatment（P<0.05）. In the A3 treatment，the desalting trend of 0-30 cm soil layer was significant（P<0.05），and the average desalting rate was 11.5%. The double effects of aluminum sulfate and straw were positively correlated with soil moisture content（0.808），and negatively correlated with soil salt content（-0.564）. The combined effects of straw and aluminum sulfate conditioner could effectively reduce soil pH value by 0.53-0.94 and alleviate soil alkalinity by 20.5%-21.9%. 72-104 g/m2 of aluminum sulfate under mulching drip irrigation and straw buried deep was the recommended dosage suitable for the local area. The results could provide theoretical basis for saline-alkali soil improvement in the West Liaohe Plain.