吉林省西部苏打盐碱土种稻改良机理与生产关键技术研究

吉林省西部盐碱土属内陆苏打型,是盐碱土类型中改良利用难度最大的土壤类型。面积约1.7万平方公里,耕地资源潜力巨大。半个多世纪以来,苏打盐碱土改良利用的研究始终受到土壤工作者的关注。实践表明,苏打盐碱土种稻是一种利用改良的重要途径。但由于苏打盐碱土的盐分组成以Na+、CO32—、HCO3—为主,盐土、碱土、盐碱化草甸土等土壤类型呈复区分布,微域性特征明显,表层土壤可溶盐含量0.20%0.64%、p H8.0～10.8、ESP36.5%48.5%,土壤胶体高度分散,土壤肥力极低。常规种稻方式下,不仅在整地过程中耗费大量淡水资源,而且秧苗移栽后出现“漂秧”和“淹苗”现象,种稻初期产量很低甚至绝收。从土壤剖面形态及理化性状上看,常规种稻需5年左右的连续种植才可初步形成“淡化表层”土壤。因此,为加快盐碱土新开水田土壤“淡化表层”的形成,促进耕层土壤快速“熟化”,进一步提高土壤肥力以适应水稻生长发育并实现稳产高产目标,本研究从苏打盐碱土种稻改良的机理入手,揭示以铝离子改良剂施用为核心的苏打盐碱土利用改良机理,并提出“淡化表层”快速创建及土壤有机质快速提升的应用技术,同时,从田间管理方式上提出水资源高效利用技术模式。过对盆栽试验、田间调查及室内测试结果的分析,得出以下几点结论:（1）在不同开垦年限水田中,选择水稻产量达到稳产的水田耕层土壤性状作为“淡化表层”形成的标准,经过对其耕层土壤剖面形态特征的描述及理化指标的测试分析,确定了新盐碱地水田的可溶盐含量<0.30%,p H<9.5,ESP<35%,作为“淡化表层”的评价指标及其量化标准。（2）苏打盐碱土水田的“淡化表层”的耕层厚度、颜色、根系量及结构性等剖面形态特征指标可作为“淡化表层”田间观测的定性评价指标。主要表现为:耕层达15～20cm,颜色明显变暗,根系量显著增加,土壤为粒状结构,质地疏松,石灰性反应变弱。（3）随着种稻年限的增加,耕层土壤中的可溶盐含量呈逐渐下降趋势;K+、Na+、CO32—、HCO3—含量显著减少,盐分表聚现象基本得到抑制。苏打盐碱土逐渐由苏打型向苏打-硫酸盐型和硫酸盐型过渡。（4）苏打盐碱土添加铝离子改良剂后,铝离子水解产生大量H+,中和水中OH—,降低土壤p H值。水解生成的聚合态铝离子,促进了土壤胶体的团聚,同时交换土壤胶体上吸附的Na+、K+、Ca2+、Mg2+进入而溶液随水排出,起到了“交换脱碱”的改良作用。试验表明,在铝离子改良剂添加量达0.4%（占耕层土重）以上时,排水洗盐2次后,p H值可降低至8.2左右,达到“淡化表层”指标要求。（5）在施用铝离子改良剂条件下,铝离子在水解过程中产生的聚合态羟基铝离子,与土壤矿质胶体及腐殖质分子配位生成有机无机复合胶体,与土壤中粘土矿物（蒙脱石为主）相比,对土壤有机碳的最大吸附量提高了2.73～4.06倍。促进土壤G0组有机无机复体向G1和G2组转化。采取稻草还田与增施有机肥的措施在3年内可使土壤有机质含量提升至30%以上,促进了重度苏打盐碱土新开水田“熟化耕层”的快速形成。（6）从整地方式对水资源利用的角度,提出了盐碱土种稻改良的水资源高效利用最佳田间管理模式。仅通过田间管理模式的优化,新开盐碱地水田的水生产效率是常规管理的1.34倍以上结论阐明了在施用铝离子改良剂条件下,苏打盐碱土种稻具有“交换脱碱”、“湛水压盐”、促进“淡化表层”形成以及促进有机质积累、提升土壤肥力作用。打破了“盐碱地种稻会提升地下水位,加剧表层土壤次生盐渍化作用”的传统观点。建立了以可溶盐含量、ESP及p H等为核心指标的盐碱地水田“淡化表层”定性与定量评价的指标体系及其标准,为盐碱地水田“淡化表层”的创建提供了科学依据。提出了土壤有机质快速提升与水资源高效利用的技术模式。为吉林省西部苏打盐碱土种稻改良,促进粮食产量提高,保障国家粮食安全及改善西部生态环境等方面提供重要的理论与技术支撑,具有较大的社会、生态及经济效益。