土壤盐碱化是指盐分在土壤表层积累，达到了某一阈值造成植物无法正常生长的现象^[1]，随着经济和城市化的快速发展，农林用地面积不断减少，改良和利用盐碱化土壤已经成为全球性问题^[2-3]。据统计，我国盐碱化土壤总面积达990万hm²，约占全国土壤面积的1/10，盐碱土壤面积大、分布广、环境承载力较差，既是我国经济社会生态可持续发展的主要影响因素，也是重要的后备土地资源^[4]。

目前，盐碱地的主要改良措施有物理措施^[5]、化学措施^[6]、生物措施^[7]、水利工程措施^[8]。其中化学改良技术得到一定研究示范，确定改良剂的最佳用量是化学改良措施应用的技术核心^[9]，一般采用加入含钙物质来置换土壤胶体表面吸附的钠，也可采用加酸或酸性物质的方法进行盐碱化土壤改良^[10]。赵文婧^[11]在盐碱土壤改良的研究中主要重视土壤的洗盐过程，忽略了对土壤结构的改良，在地下水位升高情况下会导致土壤发生二次盐碱化，严重影响盐碱土壤改良的效果。

近年来，脱硫石膏、腐植酸和高分子材料在盐碱土壤改良的实际应用中颇受重视，脱硫石膏的主要成分是硫酸钙（CaSO₄·2H₂O），能够降低盐碱土壤的钠盐含量，达到改良盐碱土壤的目的^[12-13]。腐植酸能够促进土壤团聚体的形成^[14]，同时促进脱硫石膏在土壤中的溶解，使土壤中的离子代换作用更彻底^[15]。改性腐植酸是将腐植酸与氨水按一定比例均匀混合，NH+4与腐植酸分子上的羧基作用，同时又会与邻位二酚基作用，使改性腐植酸具有更高的活性^[16]。高分子材料分子可与土壤中的物质产生水解、降解、亲和、吸附、交联等一系列反应，增加土壤中的大团聚体结构^[17]。此外，高分子材料可以保持土壤结构，减少土壤结构中的水分蒸发，提高土壤的保水能力^[18]，使作物增产。目前，三种材料在盐碱土壤改良研究中分别取得一定的效果^[19-21]，但关于三种材料复合对盐碱土壤的改良效果研究较少。本文基于三种材料的协同与功能互补作用，采用正交试验设计，探索三种材料对盐碱土壤改良的优化组合，以期为滨海盐碱土壤改良的应用研究提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

供试土壤：天津玉米良种场农田表层土壤（0~20 cm），pH为8.09，其水溶性Ca²⁺、Na⁺、Mg²⁺含量为88、656、55 mg·kg^-1。碱化度为18.04，钠吸附比（SAR）为2.1，水溶性盐含量为3.2 g·kg^-1，属于中等盐碱化土壤，自然风干后，过5 mm筛，备用。

供试材料：脱硫石膏由河北建投任丘热电有限公司提供，其CaSO₄·2H₂O含量≥90%，pH为6.69，电导率为43.6 mS·cm^-1；改性腐植酸由山西丰联农业有限公司提供，腐植酸含量>50%，pH为8.5，电导率为109.4 mS·cm^-1；高分子材料，线性阴离子型聚丙烯酰胺，60~ 80目白色颗粒的水溶性材料，由北京金元易生态环境产业股份有限公司提供。

试验用水：去离子水，pH为6.65，电导率为0.612 mS·cm^-1。

1.2 试验装置

试验采用土柱淋溶装置，主体由有机玻璃滤片和玻璃土柱架构成（图 1）。土柱的最上层和最下层各放置一个带有小孔的玻璃滤板，在底层玻璃滤板上放置两层200目的纱布，以防止漏土。

1.3 试验设计

试验采用正交设计，试验点均衡分布，具有较强的代表性。本试验通过三因素三水平正交试验，采用土柱淋溶模拟方法，确定材料对盐碱化土壤改良的最佳组合。试验三因素为脱硫石膏（A）、改性腐植酸（B）和高分子材料（C），在课题组以往研究^[22]基础上，确定A用量的三个水平为每千克干土中添加20、40、60 g，B用量的三个水平为每千克干土中添加2、6、10 g，C的三个用量水平为每千克干土中添加0.025、0.050、0.100 g。以未添加任何材料的处理作为对照（CK），共10个处理（表 1、表 2），每个处理3个重复。

根据处理将复合材料与自然风干后过5 mm筛的土壤混合均匀后置于土柱内，在土柱的上层覆盖少量石英砂（约4 g，0.5 cm厚），保证淋溶时土壤的稳定性。调节水分至田间持水量的60%，将土柱在室温下放置1 d使土壤与复合材料充分反应。首次淋溶向土柱内加入200 mL去离子水，反应3 h后，收集土柱内的24 h淋溶液。首次淋溶后，将土柱放置在室温下自然蒸发，土壤含水率降至约60%（采用称质量法计算）时进行二次淋溶，淋溶过程与首次相同。

1.4 测定指标与方法

淋溶液指标：淋溶液体积采用量筒直接测定；pH采用玻璃电极法测定（LY/T 1239—1999）。

土壤指标：淋溶后将土壤从淋溶液中取出自然风干后，Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺含量采用ICP-MS（NexlON 300D，美国PerkinElmer公司）测定；采集土柱内中部10~15 cm淋溶后土壤样品自然风干后进行土壤水稳定性团聚体分析（TTF-100土壤团聚体分析仪，北京同德创业科技有限公司）；土壤水溶性盐含量采用烘干法测定。

钠吸附比（SAR）是衡量土壤碱化度的重要指标，计算公式：

式中：C_Na⁺为土壤中可交换态钠离子的浓度；C_Ca²⁺为土壤中可交换态钙离子的浓度；C_Mg²⁺为土壤中可交换态镁离子的浓度。

2 结果与分析 2.1 不同材料组合对土壤水分保持的影响

淋溶液体积能够代表土壤保水性能的优良，盐碱土壤对水分的保持能力较差，造成土壤发生板结现象。图 2显示了施加不同复合材料组合后淋溶液体积的变化情况，在两次淋溶过程中，添加不同复合材料处理后两次淋溶液总体积与对照（CK）相比均呈下降趋势，在第一次淋溶过程中，T1~T9的淋溶液体积较CK降低了8.48%~15.63%；第二次淋溶过程中，与CK相比，添加不同材料组合后的淋溶液体积降幅为1.09%~12.50%。此外，淋溶液体积的下降与高分子材料的添加量呈正相关。结果表明，三种材料的不同添加组合均能够提高盐碱土壤的水分保持性能。

2.2 不同材料组合对土壤水稳定性团聚体含量的影响

团聚体是土壤的重要组成部分，稳定的团聚体是土壤调节水、肥、气、热，对抗环境剧烈变化的重要条件^[23]，盐碱土壤中大于0.25 mm的团聚体结构较少，导致盐碱土壤中的微生物活性和酶活性较差。复合材料对淋溶后盐碱土壤水稳定性团聚体含量的影响见图 3。与CK相比，添加复合材料组合淋溶后（T1~T9），盐碱土壤中团聚体含量增至27.32%~53.83%，其中T3土壤团聚体含量增幅最大（P < 0.05）。表明三种材料的添加能够促进淋溶后盐碱土壤大团聚体的形成。

2.3 不同材料组合对淋溶后盐碱土壤pH的影响

pH是盐碱土壤的重要化学指标，其变化会影响土壤中养分含量及酶的活性。图 4显示了在盐碱土壤中添加不同材料组合对淋溶后盐碱土壤pH的影响。与CK相比，添加复合材料组合使淋溶后盐碱土壤的pH值下降0.01~0.66个单位，其中T1对盐碱土壤pH值降低的效果最显著（P < 0.05）。

2.4 不同材料组合对土壤水溶性盐含量的影响

盐碱土壤中盐分含量较高，导致土壤中渗透压不平衡，造成植物生理干旱。添加复合材料淋溶后，各处理盐碱土壤中的水溶性盐含量变化见图 5。与CK相比，各处理的土壤水溶性盐含量显著增加了0.02~ 0.04个百分点，且淋溶后盐碱土壤中水溶性盐含量随脱硫石膏用量增加呈增加趋势。

2.5 不同材料组合对土壤钠吸附比（SAR）的影响

土壤盐碱化即土壤胶体吸附钠离子的过程，也是阳离子在土壤液相和固相间相互交换的过程。盐碱土壤SAR值在添加不同材料组合淋溶后的变化趋势如图 6所示，与CK相比，T1~T9盐碱土壤SAR值均呈下降趋势并达到了显著水平（P < 0.05），分别降低了39.13%、47.83%、30.43%、34.78%、26.09%、17.39%、30.43%、60.78%、43.48%，表明三种材料的复合施用能够降低盐碱土壤的SAR值，其中T8对降低土壤SAR值的效果最优。

3 讨论

土壤持水能力受土壤颗粒组成及孔隙度的影响^[24]，对添加不同材料淋溶后的淋溶液体积进行正交分析（表 3）。三种材料对盐碱土壤淋溶液极差影响表现为R_C>R_B>R_A，且脱硫石膏与改性腐植酸对水分保持的效果相近，但高分子材料的保水效果远高于其他两种材料，这与李磐等^[25]、武继承等^[26]的研究结果一致。这可能是由于高分子材料结构中含有的酰基能够形成氢键，高分子材料与水分子可在氢键作用下形成高分子网束^[27]，网束内外渗透压不同，水分子流入网内，从而减少水分的流失和蒸发^[28]。

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，其稳定性对评价土壤质量具有重要意义^[29]。研究表明，腐植酸能够降低土壤水溶性盐含量，增加土壤中团聚体结构^[30]；高分子材料能够促进土壤团聚体的形成，提高土壤吸水和保水性能^[31]，这与本研究结果一致，由表 3可知，各材料组合处理土壤团聚体含量较未施加材料处理均呈增加趋势，但因材料用量的不同，处理间差异显著。三种材料对盐碱土壤团聚体含量增加影响的大小顺序为高分子材料>改性腐植酸>脱硫石膏，造成这一现象的原因是高分子材料是阴离子线性结构分子，能够与土壤中的许多物质发生水解、降解、亲和、吸附等一些列化学反应，使之凝聚成为团粒结构^[32]，改良盐碱土壤。另外，改性腐植酸是一种胶体，能够与土壤中的微团聚体发生絮凝作用，促进土壤中团粒结构的形成^[33]。

盐碱土壤的改良通常是采用脱硫石膏等含Ca²⁺物质置换土壤表面的Na⁺，生成Na₂SO₄和CaCO₃降低盐碱土壤含盐量、SAR值、pH值，但若土壤中pH值较高，CaCO₃会将土壤中的营养元素固定，造成植物的营养缺失。已有研究表明，施入改良剂能够降低盐碱土壤pH值^[34]。三种材料组合脱硫石膏对土壤pH值、水溶性盐含量、SAR值表现出良好的改良效果（表 4），这可能是由于脱硫石膏的主要成分是CaSO₄·2H₂O^[35]，CaSO₄能够与盐碱土壤中的Na₂CO₃、NaHCO₃等碱性物质发生反应，降低土壤的pH值^[36]，这与贺坤等^[37]的研究结果一致。土壤SAR值与土壤中Na⁺浓度成正比，与Ca²⁺浓度与成反比，添加脱硫石膏能够增加土壤中的Ca²⁺浓度，同时能通过置换反应降低盐碱土壤中Na⁺含量^[38]，因此，脱硫石膏能够显著降低土壤SAR值。研究结果表明，添加脱硫石膏后可降低盐碱土壤中溶解性盐含量^[39]，这与本试验结果相反。但对比土壤中盐分离子含量比例可知，加入三种材料淋溶后的盐碱土壤中，钙盐含量增加而钠盐含量减少，再次论证脱硫石膏中的Ca²⁺能够与Na⁺发生置换反应^[40]，因此，盐碱土壤中的盐分类型发生了改变^[41]，且添加三种复合材料后土壤的含盐量均降到0.05%以下，对植物生长发育产生的不利影响较小。

由表 3可知，三种材料对土壤水分保持效果最好的最优组合为A₃B₂C₃，对促进土壤团聚体形成效果最好的最优组合为A₃B₃C₃；由表 4可知，对土壤pH降低效果最好的最优组合为A₁B₁C₁，对土壤水溶性盐降低效果最好的最优组合为A₁B₁C₂，对土壤SAR值降低效果最好的最优组合为A₃B₂C₂。因此，因素A是土壤pH值和土壤SAR值的主要影响因素，综合分析选择A₃为最优水平。因素B是土壤水溶性盐和土壤团聚体结构的主要影响因素，综合分析选B₁为最优水平。因素C是土壤水分保持和土壤团聚体结构的主要影响因素，综合分析选C₃为最优水平。

4 结论

（1）通过土柱淋溶模拟试验证明，三种材料复合施用能够显著降低盐碱土壤pH、Na⁺含量及土壤SAR值，同时能够增强土壤的水分保持效果，促进土壤团聚体的形成。综合分析各项指标，A₃B₁C₃（脱硫石膏、改性腐植酸、高分子材料的添加量分别为60、2、0.1 g·kg^-1）是降低土壤盐分和改良土壤结构的最优组合。

（2）三种材料复合施用既能够改善盐碱土壤的化学性质，同时也能够改良土壤结构，防止土壤二次污染，保证了盐碱土壤改良的效果。