沙土掺黏土后土壤保水保肥性研究

摘要：采用室内土柱模拟的方法，研究不同剂量（0、176.60、235.46、294.33 g）的黏土对一定比例的混合沙土保水保肥能力的改良效果。结果表明，黏土能显著提高混合沙土的保水保肥能力。与对照相比，磷酸二铵溶液在加有黏土的土柱中渗透更慢，且渗透速率随黏土的施入量而减小；淋溶液中的铵态氮与有效磷总量随黏土施用量的增加而减少，说明黏土可以显著提高混合沙土的保水与保肥能力。

关键词：沙土；黏土；保水保肥能力

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）21-5529-03

DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2016.21.021

Study on Capacity of Water and Nutrient Preserving of Sandy Soil Mixed with Clay

YUE Yin-ping，ZHANG Wei-hua

（College of Grassland， Resources and Environment， Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot 010018，China）

Abstract：Different doses（0、176.60、235.46、294.33 g） of clay soil were mixed sand and their capacity of water and nutrient preserving were studied by the indoor soil column simulated analysis method. The results showed that the clay soil could significantly increase the water-holding capacity of mixed sand and protecting fertilizer ability. Compared with controls， diammonium phosphate permeated in clay soil more slowly， and the penetration rate decreased with clay soil of intake. Leaching solution of ammonium nitrogen and total phosphorus effectively decreased with the applying of clay content. The clay soil can significantly improve the capability of water and protecting fertilizer of mixed sand.

Key words： sandy soil； clay soil； water and fertilizer retention

沙漠化土壤是形成于干旱和半干旱地区的一种特殊性质的土壤，属于缺少黏质的轻质土壤，植物很难在其上生长[1，2]。中国的沙漠面积很大，约为173.97万km2，同时也是受沙漠化严重危害的国家之一[3]，近4亿人的生产和生活受到影响[4]。据报道，中国每年有大面积地区遭到土地沙漠化，间接导致了中国经济损失高达几百亿元，全国有3.2万多个城镇和村庄日夜受风蚀的侵害。同时，沙漠化也威胁交通运输、大中城市、工矿企业和水利设施[5]。沙漠化如果得不到彻底解决，国民经济的持续、稳定发展也就得不到保障[6]。因此，土地沙漠化成为中国必须解决的一个重大问题。

沙化土最大的特点是保水保肥性差，如能改变这一特性，则对沙漠化治理起到重要作用。本研究通过室内土柱淋溶试验，研究不同剂量黏土对一定比例的混合沙土保水保肥能力的改良效果，以期为土壤沙漠化治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试的混合沙土和黏土均取自鄂尔多斯杭锦旗呼和木独镇沿黄河两岸的土壤，脱硫石膏取自呼和浩特金山电厂，磷酸二铵购自呼和浩特市鑫海肥料厂，试验土柱采用8根长为60 cm，内径为10 cm，内面积为78.54 cm2的PVC管，底部用80目的细纱布包裹用来过滤。

1.2 试验材料处理与分析

将试验所用混合沙土风干后过2 mm筛处理，并进行土壤容重与机械组成分析，分析结果如表1所示。混合沙土风干的物理性黏粒含量为11.8%、土壤容重1.4 g/cm3。

由分析结果可知，该项目区土壤为沙质土。供试脱硫石膏过0.16 mm的孔径筛并分析其成分，分析结果表明脱硫石膏CaSO4・2H2O 82.6%、CaSO4・1/2H2O 0.35%、CaCO3 3.37%、自由水分9.9%、pH 6.01。

1.3 试验设计与方法

试验共设置了4个处理，每个处理设2组平行试验，试验处理方法如表2所示。

每个土柱装入40 cm高的混合沙土，先称取8份4 398.24 g的混合沙土，再称取过筛的脱硫石膏23.55 g（相当于2 t/667 m2）[7]。最后，分别称取黏土176.6、235.46、294.33 g。把所称取混合沙土的1/2装入土柱下部20 cm，将剩余的1/2与脱硫石膏和黏土混合均匀装入土柱上部20 cm中。试验前分别在每只土柱管加入1 000 mL的蒸馏水淋洗一遍以减小土样自身含有的肥料和装土时形成的空隙对渗透速率以及渗透液中氮磷含量的影响。之后将0.235 5 g磷酸二铵溶于1 000 mL水中，并向每只土柱管中加入1 000 mL的磷酸二@溶液（相当于每667 m2施用20 kg磷酸二铵）。通过测量CK、处理1、处理2、处理3土柱管内渗漏液的流速以及渗透液中肥料的含量来判断黏土对混合沙土保水保肥的影响。

在对渗透液中的肥料测定时，铵态氮采用2 mol/L KCl浸提-靛酚蓝比色法测定；有效磷采用0.5 mol/L NaHCO3法测定[8]。

1.4 数据分析

采用 Excel 软件进行数据处理分析。

2 结果与分析

2.1 保水试验

土柱管中加1 000 mL的磷酸二铵溶液后，每隔20 min测定1次磷酸二铵的渗透液体积，结果见表3。由表3可知，随着黏土施用量的增加，总渗透时间明显变长。其中，CK处理流速最快，总渗透时间为40 min，处理1、处理2、处理3的总渗透时间比CK分别延长40、50、50 min。各处理总渗透量相近，总渗透时间不同，所以渗透速率也不同，CK、处理1、处理2、处理3渗透速率分别为24.35、12.13、10.76、10.74 mL/min，充分说明沙土掺黏土能明显降低渗透速率，有效改善土壤保水性。

由图1可知，黏土施用量与渗透速率的动态模拟曲线方程为y=-0.049 5x+23.239，R2=0.909 6R20.05=0.878，通过显著性检验。表明土柱渗透速率与黏土施用量呈负相关，随着黏土施用量增加，渗透速率显著降低。

2.2 保肥试验

2.2.1 不同黏土施用量对铵态氮的影响 氮、磷、钾元素是土壤营养的主要来源，也是植物生命活动必不可少的养分元素[9]。黏土不仅有着丰富的矿质元素而且保水保肥性好。用2 mol/L KCl浸提-靛酚蓝比色法对每支土柱管淋溶液中的铵态氮含量进行测定，并计算每支土柱管淋溶液中铵态氮总含量，结果如图2、图3所示。

由图2可见，CK土柱管淋溶液中铵态氮总量最多，处理3中最少；CK土柱管淋溶液中铵态氮总量是处理3中总量的1.9倍，即CK土柱中保有的铵态氮最少，处理3土柱中保有的铵态氮最多。与CK相比，处理1、处理2、处理3中淋溶液铵态氮总量分别下降了33.5%、40.1%、47.5%。

图3可知，黏土施用量与淋溶液中铵态氮总量的动态模拟曲线方程为y=-0.655 2x+394.71，R2=0.987 5R20.05=0.878，通过显著性检验，表明当黏土施用量为294.33 g时，淋溶液中铵态氮总量达到210 μg。说明黏土施用量与淋溶液中铵态氮总量呈负相关；施用黏土越多，混合沙土对铵态氮的保持性能越强；沙土掺粘土能显著提高混合沙土的保肥能力。

2.2.2 不同黏土施用量对有效磷的影响 采用紫外分光光度计对每支土柱管淋溶液中有效磷含量进行测定，计算每支土柱管淋溶液中有效磷总量，结果如图4和5所示。

由图4可知，CK土柱管淋溶液中有效磷总量明显高于其他处理组，处理3中最少，CK土柱管淋溶液中铵态氮总量是处理3中总量的1.92倍，即CK土柱中保有的有效磷最少，处理3土柱中保有的有效磷最多。与CK相比，处理1、处理2、处理3中淋溶液有效磷总量分别下降了37.5%、43.8%、48.0%。淋溶液有效磷总量处理1比CK下降了37.5%；处理2比处理1下降了10.0%；处理3比处理2下降了7.4%，表明施用黏土能大幅度地降低淋溶液中有效磷总量，且随着黏土施用量的增加，淋溶液中有效磷总量降低幅度逐渐减小。

由图5可知，黏土施用量与淋溶液中有效磷总量的动态模拟曲线方程为y=-0.487 8x+281.14，R2=0.962 9R20.05=0.878，通过显著性检验，表明黏土能显著降低淋溶液中有效磷总量，且黏土施用量与淋溶液中有效磷总量呈负相关。说明随着黏土施用量的增加，土柱保有有效磷增加。因此，黏土对改善沙土保肥性有明显效果。

3 小结与讨论

利用室内土柱模拟黏土对沙土保水保肥性的改良效果，试验结果表明沙土中施入黏土可明显提高沙土的保水保肥能力，在一定施用范围内黏土施用量越多改良效果越好，但在实际的沙良中，黏土的施用量并不是越多越好。因为黏土胶体数量多，比表面积大，吸附能力强，粒间空隙小，通气透水性差[10]。所以黏土施用过多会造成通气透水性能差、耕作费力、易板结、改土费用增加等问题。因此，关于黏土最佳施用量的问题有待进一步研究。

参考文献：

[1] 杨建国，赵 波.砂土固化剂在沙漠筑路中的应用试验[J].油气田地面工程，1996，15（6）：52-54.

[2] 黄昌通.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2000.

[3] 马艳平，周 清.中国土地沙漠化及治理方法现状[J].江苏环境科技，2007（S2）：89-92.

[4] 赫 婧，颜 丽，杨 凯，等.不同来源腐植酸的组成和性质的研究[J].土壤通报，2003，34（4）：343-345.

[5] 张 莺.沙漠化治理现状和进展[J].现代园艺，2015（6）：115.

[6] 铁生年，姜 雄，汪长安.沙漠化防治化学固沙材料研究进展[J].科技导报，2013（Z1）：106-111.

[7] 张伟华，乌力更，李跃进，等.煤烟脱硫石膏改良碱化土壤的理论研究与实践[M].呼和浩特：远方出版社，2006.

[8] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2000.

[9] 高 菲，高 永，高 ，等.沙柳沙障对土壤理化性质的影响[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2006（2）：39-42.

[10] 孙向阳，陈金林，崔晓阳.土壤学[M].北京：中国林业出版社，2004.