摘要
盐碱土改良是西北地区耕地保护和可持续利用的重要课题。试验选择禾康、免申耕、钠质碱化、盐地宝、克碱宝 5 种盐碱地改良剂，通过连续两年田间定位试验，研究了不同改良剂对盐碱地的改良效应及其对玉米产量的影响，以期为河西地区玉米田适宜盐碱土改良剂的选用提供理论依据。结果表明：（1）施用改良剂可有效改善土壤物理性状，其中免申耕改良剂效果突出，与不施改良剂相比，土壤容重降低 13.48%，土壤含水量、孔隙度、>0.25 mm 团聚体分别增加 12.83%、15.32% 和 14.07%；（2）改良剂可有效降低土壤 pH，水溶性盐含量，增加有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量和阳离子交换量，与不施改良剂相比，土壤 pH 降幅 3.25% ～ 6.25%，水溶性盐含量降幅 19.24% ～ 56.27%，有机质增幅 5.59% ～ 17.10%，碱解氮增幅 11.69% ～ 27.65%，有效磷增幅 1.31% ～ 80.87%，速效钾增幅 3.54% ～ 36.61%，阳离子交换量增幅 0.76% ～ 5.11%。其中免申耕处理的综合改良效果显著优于其他处理；（3）改良剂有效改善了果穗性状，提高了籽粒产量，5 种改良剂两年平均增产 4.31% ～ 15.03%，以免申耕改良剂增产幅度最高。综上，本试验条件下免申耕改良剂可有效调控土壤理化性状及养分有效性，显著提升玉米产量，可作为河西地区盐碱地改良的优先选择。
Abstract
The improvement of saline-alkali soil is a crucial task for farmland protection and sustainable utilization in Northwest China. In this study，five saline-alkali soil amendments，Hekang，Mianshengeng，Sodic Alkaline，Yandibao， and Kejianbao were selected. Through two-year consecutive field positioning experiments，the amelioration effects of these amendments on saline-alkali soil and their impacts on maize yield were investigated，aiming to provide a theoretical basis for selecting suitable saline-alkali soil amendments for maize fields in the Hexi region. The results showed that：（1）The application of soil amendments effectively improved soil physical properties. Among them，Mianshengeng soil amendment demonstrated outstanding performance，achieving a 13.48% reduction in soil bulk density，along with 12.83%，15.32%， and 14.07% increases in soil water content，porosity，and >0.25 mm aggregates，respectively，compared to the control without amendment application.（2）Amendments effectively reduced soil pH and water-soluble salt content while increasing the contents of organic matter，alkali-hydrolyzable nitrogen，available phosphorus，available potassium，and cation exchange capacity. Compared to the control，soil pH decreased by 3.25%-6.25%，water-soluble salt content decreased by 19.24%-56.27%，while organic matter，alkali-hydrolyzable nitrogen，available phosphorus，available potassium，and the contents of increased by 5.59%-17.10%，11.69%-27.65%，1.31%-80.87%，3.54%-36.61%，and 0.76%-5.11%， respectively. The Mianshengeng treatment exhibited significantly better comprehensive improvement effects than other amendments.（3）Amendments effectively enhanced ear characteristics and increased grain yield. The five amendments achieved an average yield increase of 4.31%-15.03% over two years，with Mianshengeng amendment showing the highest yield improvement. In summary，under the experimental conditions，the Mianshengeng soil amendment effectively regulated soil physicochemical properties and nutrient availability，promoted maize growth，and significantly increased grain yield. It can serve as a priority option for saline-alkali soil improvement in the Hexi region.
土壤盐碱化作为全球土地退化的核心问题之一，正以每年 1.0～2.3×106 hm² 的速度威胁着粮食安全与生态平衡[1]。我国各类盐碱地面积约 9913 万 hm2，占世界盐碱地面积的十分之一[2]，主要分布在西北、华北、东北及沿海地区[3]。据调查，甘肃省盐碱地面积达到 140 万 hm2 以上，其中，盐碱荒地 110 多万 hm2，盐碱耕地 30 多万 hm2，盐碱耕地占全省耕地总面积的 6% 以上[4]。河西走廊地处西北内陆，地势平坦面积广，光照资源丰富，昼夜温差大，灌溉农业发达，是我国重要的制种玉米生产基地和甘肃省粮食生产基地，但该地区年降水量不足 200 mm，蒸发量却高达 2000 mm 以上，气候干燥，植被覆盖度低，再加之长期采用膜下滴灌节水灌溉技术，不能对土壤中盐分进行有效淋洗、施肥过量及灌溉水含盐量较高等原因，导致次生盐渍化耕地比例从 3.8% 激增至 24.7%，形成“节水-积盐-减产”的恶性循环[5-6]。土壤盐碱化问题已造成该地区耕地生产潜力减退，粮食产能大幅降低，生态环境急剧恶化，现已成为制约农业生产、经济发展和生态文明建设的突出障碍因素[7]。因此治理和利用好盐碱地，对维系该地区耕地资源和保障粮食安全意义重大。
目前，针对盐碱土的改良技术和方法已得到广泛关注，涵盖了工程改良、农业改良、生物改良和化学改良等多个方面[3]。施用盐碱地改良剂可以改善土壤理化性质、增强土壤保水保肥能力、增强土壤微量元素的有效性，同时，还能增强土壤中的微生物与酶活性，抑制病源微生物，减少对土壤的污染，增强植物抗性等[8]。目前市面上盐碱地改良剂产品较多，不同改良剂产品的作用机理不同，对土壤改良效应差异较大[9-11]。我国盐碱地范围广泛，盐碱地类型和成因不同，选择适宜当地的土壤改良剂是盐碱土改良的关键。本研究以河西地区盐碱化玉米田为对象，经调查选用禾康（有机酸型）、免申耕（表面活性剂―腐植酸复合型）、钠质碱化（钙基置换型）、盐地宝（矿物―有机复合型）、克碱宝（生物酶解氨基酸型）5 类市售主流改良剂，基于其差异化作用机理开展田间试验。禾康改良剂利用大量酸性官能团通过络合和溶解土壤中 Ca2+ 和 Mg2+，取代胶体吸附的 Na+，淋洗耕层的 Na+ 到底层中，达到改良盐碱地目的[12]。免申耕改良剂中主要成分月桂醇乙氧基硫酸铵能有效改善土壤结构和渗透性，优化土壤物理性质；腐植酸能够调节土壤 pH，促进土壤团聚体的形成，调节土壤微生物群落结构进而提升土壤肥力[13]。钠质碱化和盐地宝改良剂主要利用其所含钙离子代换土壤吸收性复合体的钠离子；同时，利用添加物，提高土壤吸水透气性，并促进植物根系生长，改良土壤[14-15]。克碱宝改良剂含高浓缩酶解氨基酸，氨基酸可直接被微生物利用，使有益微生物大量繁殖，同时有益微生物分泌有机酸，调节土壤酸碱性，增加土壤有机质，增强土壤活性[16]。本研究通过比较不同类型改良剂对土壤的改良效应和对玉米产量的影响，以期筛选出盐碱土改良效果好和增产效应高的适宜改良剂，为该地区盐碱地治理提供理论与实践指导。
1 材料和方法
1.1 试验区概况
试验于 2022—2023 年连续两年在甘肃省甘州区明永乡夹河村国家耕地质量监测点盐碱地上进行，该区域地处北纬 39°00′01″，东经 100°23′46″，海拔 1407.2 m，日照时 3085 h，无霜期 138~179 d，年均温 7.1℃，≥ 10℃积温 3076℃，年平均降水量 127.7 mm。试验地土壤类型为潮土。在整地前对试验田块 0~30 cm 耕层土壤取样化验分析，土壤容重 1.22 g/cm3，pH 8.52、有机质含量 16.6 g/kg，全氮含量 0.876 g/kg，全磷含量 1.10 g/kg，全钾含量 19.9 g/kg，碱解氮含量 85.2 mg/kg，有效磷含量 16.5 mg/kg，速效钾含量 102.4 mg/kg，水溶性盐总量 3.2 g/kg，阳离子交换量（CEC）9.1 cmol/kg。
1.2 供试材料
供试玉米品种粒隆 170，由北京粒隆种业科技有限公司选育，甘肃恒禾农业科技有限公司提供种子，质量符合国家质量标准。
供试改良剂产品及来源：（1）禾康土壤改良剂（有机酸类滴施土壤改良剂），由北京飞鹰绿地科技发展有限公司生产，主要成分为高分子有机酸，其羧基含量≥ 180 mg/g，固形物 350~430 g/ L，密度 1.1~1.2 g/cm3，pH 2~3；（2）免申耕土壤改良剂（表面活性剂―腐植酸复合型滴施土壤结构改良剂），由成都新朝阳作物科学有限公司研制，其有效成分月桂醇乙氧基硫酸铵≥ 250 g/L，腐植酸≥ 5 g/L，pH 6.5；（3）钠质碱化土壤改良剂（钙基置换型基施土壤改良剂），由甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所研制，以磷石膏、碳酸氢铵、硫酸钾、蛭石、腐植酸为原料按一定比例制成， pH<5；（4）盐地宝盐碱地改良剂（矿物―有机复合型基施土壤改良剂），由临泽县奋君矿业有限公司生产，有机质≥ 30%，钙（CaO）≥ 20%，硫 （S）≥ 5%，pH 3.0~7.0、盐碱地作物保护剂≥ 1%， （5）克碱宝盐碱土调理剂（生物酶解氨基酸型基施土壤改良剂），由上海侨基生物科技有限公司生产，高浓缩酶解氨基酸≥ 100 g/L，螯合态微量元素 ≥ 20 g/L。
供试生物有机肥：生命源黄腐酸生物有机肥 （黄腐酸≥ 12%、有机质≥ 40%、巨大芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌≥ 0.5 亿 /g），由山东泉林嘉有肥料有限责任公司生产。
供试化肥：尿素，N 46%；磷酸二铵，N 18%， P2O5 46%；硫酸钾，K2O 50%。
1.3 试验设计
试验采用随机区组设计方法，以不同改良剂作为处理，施用量参考产品说明，设置 A 处理：禾康土壤改良剂（60 L/hm2）、B 处理：免申耕土壤改良剂（30 L/hm2）、C 处理：钠质碱化土壤改良剂（2250.0 kg/hm2）、D 处理：盐地宝盐碱地改良剂（2400.0 kg/hm2）、E 处理：克碱宝盐碱土调理剂（600.0 kg/hm2），不施改良剂为对照处理，每个处理 3 次重复，小区面积 30 m2 （长 7.5 m× 宽 4 m），小区间筑 40 cm 宽小埂，重复间设 50 cm 宽走道，试验田四周设保护行。播种前各小区基施等量的化肥（磷酸二铵 300 kg/hm2、硫酸钾 225 kg/hm2）和生物有机肥（600 kg/hm2），参试 5 种盐碱地改良剂按设计方案用量和方法施用。其中禾康改良剂和免申耕改良剂在整地后种植前随水滴入 50% 用量，剩余 50% 用量于第 2 次灌溉时随水滴入。钠质碱化、盐地宝和克碱宝 3 种改良剂分别结合春季整地撒施在对应小区的土壤表面，用旋耕机均匀翻入耕层 0～20 cm，耙平即可。采用 1 膜 4 行种植方式，行距 45 cm，株距 25 cm，密度 9.0 万株 /hm2，地膜中间铺设滴管管道。2022 年于 4 月 15 日播种，2023 年于 4 月 19 日播种，种子包衣人工点播，苗期中耕 2 次，每个小区保持灌水量均匀。在拔节期、大喇叭口期和吐丝期结合灌水分别追施尿素 150、225 和 225 kg/hm2。其余田间管理同当地大田。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 农艺性状和产量指标
在 2022 和 2023 年出苗后采用 5 点取样法分别调查田间出苗率。成熟收获时各处理随机选取 20 株进行玉米株高、穗位高和茎粗的测定；随机选取 10 个果穗自然风干后室内考种，测定穗长、穗粗、秃尖长、穗粒数、千粒重和出籽率等指标。各小区收获中间 4 行计产，自然风干后脱粒，按 14% 水分折算单位面积产量。
1.4.2 土壤理化性状指标
土壤样品采集：2023 年玉米收获前，按对角线 5 点采样法，采集 0～20 cm 耕作层土样自然风干，研磨过 1 mm 筛，用于测定土壤的理化性质。容重采用环刀法；总孔隙度采用计算法；含水量采用烘干法；>0.25 mm 团聚体采用干筛法；pH 采用酸度计法（水土比 5∶1）；有机质采用重铬酸钾容量法；碱解氮采用碱解扩散法；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法；水溶性盐总量采用残渣烘干-质量法（水土比 5∶1）；CEC 采用 EDTA-铵盐快速法测定[17]。
1.4.3 数据分析方法
采用 Excel 2019 进行数据整理，通过 SPSS 25.0 进行单因素方差分析和相关分析，用 Duncan 法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同改良剂处理玉米田间出苗率
不同改良剂处理的玉米田间出苗率调查结果如图1所示，两年试验期内，改良剂处理的田间出苗率与 CK 相比均有显著性的提高。2022 年 A、 B、C、D、E 处理出苗率分别较 CK 提高 12.71%、 13.94%、12.87%、12.27%、11.13%；2023 年分别提高 15.11%、16.45%、15.36%、13.06%、13.91%； 两年均以 B 处理的田间出苗率最高。由此可以看出，增施改良剂可以有效地提高玉米的田间出苗率。
图1不同改良剂处理玉米田间出苗率
注：图柱上小写字母不同表示处理间差异显著（P<0.05）。
2.2 不同改良剂处理对玉米田土壤物理性状的影响
由表1可以看出，连续施用两年改良剂提高土壤含水量、孔隙度和 >0.25 mm 团聚体，降低土壤容重。与 CK 相比，B、D 和 E 处理的土壤容重显著降低，分别降低了 13.48%、10.64% 和 7.09% （P<0.05）。A、B、C、E 处理的土壤含水量分别较 CK 显著提高 12.44%、12.83%、10.65%、11.35%。 B 和 D 处理的土壤孔隙度与 CK 相比显著增加 15.32% 和 12.10%（P<0.05）。说明增施改良剂可使土壤由紧实向疏松发展，增加土壤孔隙度，有利于盐分淋洗和耕层土壤通透性能的改善。
表1不同改良剂处理对玉米田土壤物理性状的影响
注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05），下同。
2.3 不同改良剂处理对玉米田土壤化学性状的影响
不同改良剂处理能显著改善盐碱地土壤的化学性状（表2），与 CK 相比，添加改良剂处理的土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和 CEC 的含量增加，水溶性盐含量和 pH 均相应减少。与 CK 相比，添加改良剂处理土壤有机质含量分别较 CK 增加 4.45%、9.35%、5.59%、16.40% 和 17.10%；B 处理的碱解氮含量最高，为 92.00 mg/kg，与 CK 相比显著增加 27.65%（P<0.05），与 A、C 和 D 处理相比，分别显著增加 14.28%、11.75% 和 7.14% （P<0.05）；B 处理的速效钾含量最高，为 1156.7 mg/kg，与 CK 相比显著增加 36.61%（P<0.05），与 A、C、D 和 E 处理相比，分别显著增加 31.93%、 16.80%、18.84% 和 29.97%（P<0.05）； 添加改良剂的处理土壤水溶性盐含量显著降低，与 CK 相比，A、B、C、D 和 E 处理分别显著降低 19.24%、 56.27%、41.69%、46.65% 和 56.27%（P<0.05）； 土壤 CEC 的大小反映土壤的缓冲能力以及保肥、供肥性能，添加改良剂处理的 CEC 较 CK 处理均有增加，其中 A、B 和 E 处理与 CK 相比分别显著增加 1.96%、5.11% 和 2.93%（P<0.05）。
表2不同改良剂处理对玉米田土壤化学性状的影响
2.4 不同改良剂处理对玉米农艺性状的影响
不同改良剂处理对玉米农艺性状的影响见表3。连续两年施用土壤调理剂处理玉米株高、穗位高、茎粗均高于 CK。与 CK 相比，2022 年 A、 B、C、D、E 处理株高分别提高 10.24%、23.95%、 19.09%、21.71% 和 14.08%；2023 年分别提高 7.56%、21.07%、17.99%、22.63% 和 11.95%。2022 年和 2023 年穗位高分别较 CK 提高 3.08%～9.36% 和 1.23%～8.91%。连续两年茎粗以 B 处理最大，分别较 CK 增加 8.33% 和 9.12%。增施土壤调理剂在促进玉米生长的同时有助于降低空秆率。
2.5 不同改良剂处理对玉米穗部性状和产量的影响
不同改良剂处理对玉米果穗经济性状和产量的影响见表4。与 CK 比较，2022 年 A、B、C、D 和 E 处理穗长分别较 CK 增加 8.07%、11.01%、 2.85%、8.78% 和 3.24%；2023 年分别增加 6.87%、 11.48%、7.39%、7.53% 和 4.02%。不同改良剂对玉米穗粗和穗行数无显著影响（P>0.05）。与 CK 比较，2022 年 A、B、C、D 和 E 处理的行粒数分别提高 6.64%、12.11%、5.86%、2.73% 和 8.20%； 2023 年分别增加 9.21%、13.56%、7.43%、5.87%和 5.02%。2022 和 2023 年穗粒数分别较 CK 增加 11.80%～21.64% 和 9.38%～17.19%，均以 B 处理最高，且与 CK 达到显著性差异（P<0.05）。增施盐碱地改良剂对玉米籽粒千粒重影响较小，各处理间差异不显著（P>0.05）。与 CK 比较，2022 年 A、B、C、D 和 E 处理分别增产 4.98%、9.70%、 9.04%、6.20% 和 4.31%；2023 年分别增产 7.80%、 15.03%、10.64%、5.31% 和 4.80%，改良剂处理均与 CK 处理达到显著性差异（P<0.05），且以 B 处理增产效应最大。
表3不同改良剂处理对玉米农艺性状的影响
表4不同改良剂处理对玉米穗部性状和产量的影响
2.6 不同改良剂处理下的土壤化学指标、玉米农艺性状与产量的相关分析
对 2023 年不同改良剂处理下的土壤化学指标、玉米农艺性状与产量作相关分析（图2）。可以看出，穗长、行粒数、穗粒数与产量呈极显著正相关（P<0.01），茎粗、千粒重、速效钾与产量呈现显著正相关（P<0.05），秃尖数与产量呈极显著负相关（P<0.01）。全盐与株高呈现极显著负相关 （P<0.01），与茎粗、穗行数、穗粒数、出籽率、碱解氮和有机质呈现显著负相关（P<0.05）；秃尖长与茎粗和穗长呈现显著负相关（P<0.05），与行粒数和穗粒数呈现极显著负相关（P<0.01）。
图2玉米农艺性状、产量与土壤化学性状的相关分析
注：数字为相关系数；*、** 分别表示相关性达 P<0.05、P<0.01 显著水平。
3 讨论
3.1 改良剂对玉米田土壤理化性质的影响
河西地区作为我国西北春玉米的主产地之一，改良盐碱地并提高玉米产量对该地区农业发展具有重要意义。施用土壤改良剂是缓解土壤盐渍化、提高作物耐盐性的有效方法之一。改善土壤结构是缓解土壤板结、提高土壤保水保肥能力的关键要素[18]。土壤容重是衡量土壤透气性、入渗性能的重要指标，在盐碱地的调控中至关重要。土壤容重降低的同时，土壤的紧实度和透气性也得到改善，土壤的孔隙度增加，增强土壤的保水性能。除容重外，孔隙度也是反映土壤通透性能的关键指标。研究表明，改良剂的添加均有疏松板结土壤，增加土壤团粒结构的作用，能使分散的盐渍土壤颗粒聚结从而改善土壤的孔隙度，提高土壤的通透性，改善土壤结构[19]。这与本研究得到的添加改良剂后的土壤容重降低，土壤含水量和土壤孔隙度增加结论一致。同时，改良剂的添加可以降低土壤 pH 和碱化度，改善土壤结构，提高土壤作物对土壤中水分和养分的吸收利用能力，进而提高作物产量和品质[20-21]。本研究结果表明，增施改良剂后的土壤水溶性盐含量和 pH 均出现了一定程度的降低，使得土壤的盐碱化程度得到了明显的改善。这与颜安等[22]的研究结论一致。分析其原因是改良剂的添加可以增加土壤中盐基代换，促进盐分淋洗，从而有效调节土壤中的酸碱度[23-24]。土壤 CEC 指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量，它直接反映土壤保蓄、供应和缓冲阳离子养分的能力，同时影响其他土壤理化性质[25]。本研究得出添加改良剂后CEC 较对照增加 0.76%～5.10%，这可能与改良剂对土壤团粒结构的改善及土壤肥力的提高有关。本研究结果同时得出添加改良剂后的土壤中的有机质、碱解氮、速效钾和有效磷均显著性升高，这是因为改良剂中本身添加了腐植酸、有机质等，有机物中含有大量的活性官能团和微量营养元素，可快速促进肥料中营养元素的释放和转化[26]，另外，土壤理化性质改善也有利于调节土壤中微生物的活性，加速养分的分解释放，提高土壤肥力[27]。本研究发现添加免申耕改良剂后土壤有机质含量低于盐地宝改良剂和克碱宝改良剂，但产量显著提升。可能是由于免申耕改良剂可以迅速渗透到土壤深层，与土壤中的矿物质元素发生反应，调节土壤的水、肥、气、热平衡，优化根区环境，增加土壤微生物数量，提高生物活性，将更多有机质矿化分解，释放可以被植株吸收利用的无机盐类，同时增加植株抵抗各种逆境能力，促进植物生长发育[28]，除此之外，免申耕改良剂还可以增加土壤盐基交换量，增加土壤缓冲性能和保肥性能，增加土壤中有效养分含量，提高作物吸收利用养分的能力[29-30]。相关性分析得出土壤速效钾含量与产量呈正相关，因此，在今后玉米田间管理研究中，应重点关注土壤钾素含量的变化，探索适宜于河西地区盐碱地的最佳施钾量及施肥方式。
3.2 改良剂对玉米农艺性状和产量的影响
已有大量研究表明，施用土壤改良剂能改善作物的生长环境，促进作物的生长，从而提高作物的产量。李方杰等[31]研究得出了施用改良剂后夏玉米增产 8.82%～15.73%，并显著改善农田的土壤环境。王雨等[32]研究表明施用改良剂后显著提高了玉米产量，改善土壤理化性状并提高了磷肥利用率。本研究发现不同改良剂对盐碱土中玉米的穗粒数、千粒重、籽粒产量具有明显的提升作用，其中增产效果最佳的是免申耕改良剂，2022 和 2023 年分别较对照增产 9.70% 和 15.03%。分析增产的主要原因是免申耕改良剂由月桂醇乙氧基硫酸铵和腐植酸组成，月桂醇乙氧基硫酸铵具有改善土壤团粒结构，疏松土壤，调节土壤水、肥、气、热平衡的作用，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[13]。腐植酸含有丰富的有机质，在施入土壤后，在吸附和代换的作用下，提高了保氮、解磷、活钾及微量元素的有效性等功效，为玉米增产提供更多的养分来源[33]。这与马林等[34]的研究结果施入免申耕改良剂玉米产量增产 20.5% 效果类似。
综上所述，免申耕改良剂作为一种新型的土壤改良产品，与本研究选用的其余同类产品相比，在改善土壤结构、增加土壤肥力，以及提高作物产量方面展现出较强的优势，为盐碱地改良提供了一种可行的途径，市场应用前景向好。然而，其市场推广仍面临技术、成本和市场竞争等挑战，需进一步研究提高产品改良效果，以实现其规模化应用。
4 结论
河西玉米盐碱地施用不同土壤改良剂可以有效降低玉米田土壤的容重、水溶性盐含量和 pH，提高孔隙度和 >0.25 mm 团聚体、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量，改善土壤环境。同时，可有效提高玉米田间出苗率，改善穗部经济性状，提高产量，与对照相比，增施改良剂后两年产量平均增幅为 4.31%～15.03%，其中免申耕改良剂对土壤改良及增产效应最佳，可作为河西地区盐碱地改良的优先选择。
