松嫩平原苏打碱土咸水结冰融水淋盐过程及改良机制研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:wl281472
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苏打碱土是一种严重的土壤退化类型,在世界范围内,特别是我国东北地区的松嫩平原广泛分布。其土壤理化性质恶劣,严重危害植物生长、农业经济生产和生态环境可持续发展。因此,苏打碱土的改良和治理对土地合理利用和生态环境保护具有重要意义。咸水结冰融水入渗是一种新兴的盐渍土改良方式。为了全面研究咸水结冰及其融水入渗后对不同碱化度苏打碱土的改良效果和改良机理,本文设计了3个部分的试验,分别从咸水冻融规律、咸水冰融水入渗改良苏打碱土室内模拟试验和咸水结冰融水入渗对苏打碱土稻田改良效果这几个方面,对咸水结冰融水入渗淋盐机理及其对土壤物理、化学、生物方面的影响进行了研究和讨论。首先,通过在苏打碱土区的地下咸水中添加Ca Cl2配置成6种不同盐度咸水,将咸水进行冻结和融化,研究了咸水冻结-融化过程中盐分及离子变化规律;其次,通过在苏打碱土区的地下咸水中添加Ca Cl2配置成16、26、36和46mmolc/L的咸水冰,利用这4种盐度的咸水冰分别对碱化度(ESP)20、ESP 40和ESP 70苏打碱土进行融水入渗淋盐室内模拟试验,研究了咸水冰融水淋盐对不同碱化度苏打碱土改良效果;最后,通过咸水冰覆盖结合25%石膏需求量(GR)、50%GR、75%GR和100%GR的烟气脱硫石膏(FDGD)施用对苏打盐碱地进行水稻种植和改良利用,研究了咸水结冰融水入渗对苏打碱土的田间改良效果和作物种植效益。结果发现:(1)咸水在冻结和融化过程中都能实现咸淡分离,但融化过程的脱盐率显著高于咸水冻结过程。在松嫩平原的地下微咸水中加入Ca Cl2(分析纯)7.78 g/L,再经过冻融过程可以较好的改良地下咸水中电导率(EC)和Na+含量过高的问题。(2)对于ESP 20的苏打碱土,当融水入渗所用的咸水冰盐浓度较低时(16mmolc/L),增加咸水冰的体积(融水灌溉水量)会使土壤表层的p H、EC、Na+含量和碱度都高于原始值,加剧表层土壤的盐碱化程度。添加Ca Cl2使松嫩平原地下微咸水盐浓度达到46 mmolc/L,且Na/Ca<0.80时,2.5 PV咸水冰体积应用于ESP 20苏打碱土能够达到最好的改良效果。(3)高碱化度高盐度的苏打碱土(例如:ESP 70)对咸水冰盐度的变化不敏感,当咸水冰体积达到2.5 PV时,低盐度咸水冰(16 mmolc/L)就能起到彻底的改良效果。咸水冰体积小于2.5PV(2/3PV和1.5PV)时,ESP 70苏打碱土出现明显的分层现象。(4)与对照相比,咸水结冰融水入渗明显提高了苏打碱土的入渗速率、含水率和细菌多样性,土壤容重、EC、土壤碱度、Na+含量和SAR显著降低,细菌群落丰度发生结构性变化。(5)咸水冰结合100%GR能够在节约淡水的前提下,达到最优的改良效果。就最终的水稻产量而言,咸水结冰融水淋盐与淡水结冰融水淋盐相比,可以节约7%的石膏施用量。(6)咸水结冰融水淋盐改良后,土壤p H、碱度等化学指标可以在水稻营养生长期内预测收获后水稻产量;而在水稻移栽前细菌多样性与水稻产量有强相关性,并且能够准确预测收获后水稻产量,在水稻种植前对土壤微生物多样性进行监测,可以更早的预测水稻产量状况,及时对田间管理进行指导。(7)咸水结冰处理与淡水结冰处理对土壤的理化性质的改良效果相似,说明咸水可以代替淡水进行结冰灌溉。但咸水结冰融水入渗后,土壤EC较高,需进行淡水冲洗淋盐,防止造成土壤次生盐渍化。综上,通过对咸水冰融水入渗理论和实践的充分研究,明确了咸水冰融水入渗改良苏打碱土的机理和最优方式,揭示了改良后苏打碱土的生物、物理和化学性质以及对水稻产量的预测作用,为苏打碱土的治理和改良利用提供了理论依据和技术指导。
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