有機營養(yǎng)土壤改良劑對河西灌漠土理化性質和飼用高粱種植效益的影響

張春梅，閆治斌，王 學，閆富海，秦嘉海，程紅玉，肖占文

(1.河西學院農業(yè)與生物技術學院， 甘肅 張掖 734000； 2.甘肅敦煌種業(yè)股份有限公司， 甘肅 酒泉 735000；3.甘肅高校河西走廊特色資源利用省級重點實驗室，甘肅 張掖 734000)

有機營養(yǎng)土壤改良劑對河西灌漠土理化性質和飼用高粱種植效益的影響

張春梅1,3，閆治斌2，王 學2，閆富海2，秦嘉海2，程紅玉1,3，肖占文1,3

(1.河西學院農業(yè)與生物技術學院， 甘肅 張掖 734000； 2.甘肅敦煌種業(yè)股份有限公司， 甘肅 酒泉 735000；3.甘肅高校河西走廊特色資源利用省級重點實驗室，甘肅 張掖 734000)

針對甘肅河西內陸灌區(qū)因長期施用化肥引起的土壤板結、有機質含量低、貯水功能弱、作物產量低而不穩(wěn)等問題，采用正交試驗方法，篩選出有機營養(yǎng)土壤改良劑配方，采用田間試驗方法，研究了有機營養(yǎng)土壤改良劑對灌漠土理化性質和飼用高粱種植效益間的影響。結果表明：原料間的效應(R)是飼用高粱專用肥>改性糠醛渣>保水劑和聚乙烯醇，改良劑配方組合是：改性糠醛渣0.9375∶保水劑0.0025∶飼用高粱專用肥0.0563∶聚乙烯醇0.0037。有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與灌漠土孔隙度、持水量、有機質、速效養(yǎng)分、飼用高粱農藝性狀、經濟性狀和產量呈顯著的正相關關系。經回歸統(tǒng)計分析，有機營養(yǎng)土壤改良劑經濟效益最佳施用量為24.00 t·hm-2時，飼用高粱理論產量為3.08 t·hm-2。有機營養(yǎng)土壤改良劑的施用有效改善了灌漠土理化性質，提高了飼用高粱的產量。

有機營養(yǎng)土壤改良劑；灌漠土；理化性質；飼用高粱；種植效益

土壤改良劑的研究以比利時的TC土壤改良劑[1-2]和印度的Agri-CS土壤改良劑最為成功。從比利時引進的聚丙烯酰胺和瀝青乳劑應用于鹽漬土改良、防止水土流失、旱地增溫、保墑等方面[3]。近年來，獲得國家審批的40多個土壤改良劑產品功能包括改良土壤結構、降低土壤鹽堿危害、調節(jié)土壤酸堿度、改善土壤水分狀況等。人工合成高聚物能降低土壤鹽堿[4]。楊宇等[5]以生化黃腐酸為主要成分的土壤改良劑能提高水穩(wěn)性團粒含量，使土壤pH值下降。潘保原[6]利用磷石膏、煤渣等使松嫩平原中度和重度鹽堿土壤的堿化度下降。安東等[7]研究表明硫磺、石膏、有機肥和PAM改善了鹽堿土物理性質。灌漠土是在干旱半干旱環(huán)境條件下由灰漠土、灰棕荒漠土和棕漠土經過農民長期耕種、灌溉和施肥等人為因素的綜合作用下形成的一種農業(yè)土壤，廣泛分布于甘肅河西內陸的綠洲古老農區(qū)。隨著種植年限的延長日益凸顯的主要問題是：農戶長期施用化肥，團粒結構遭到破壞，導致土壤板結，有機質含量低，貯水功能減弱，作物產量低而不穩(wěn)。因此，研究和開發(fā)集有機、營養(yǎng)、改土和保水為一體的土壤有機營養(yǎng)改良劑成為改良劑研發(fā)的關鍵所在。研究表明，使用糠醛渣可以很好地改善天津濱海地區(qū)土壤的酸堿環(huán)境，降低土壤pH[8]。有機固體廢棄物糠醛渣也能有效降低土壤pH值、可溶性鹽和堿化度[9-10]。聚乙稀醇具有良好的親水性，無毒性，可生物降解等優(yōu)良特性[11-12]。保水劑是一類高分子聚合物，本身不溶于水，卻能在10 min內吸附超過自身重量100～1400倍的水分，體積大幅度膨脹后形成飽和吸附水球，吸水倍率很大，在提高土壤持水性能方面具有重要作用。使用保水劑改良土壤后，土壤綜合肥力達到中等肥力水平，且提高了作物產量[13-15]。因此，改善土壤理化性質，減少養(yǎng)分損失，提高肥料利用效率，提高該地區(qū)產量和品質是亟需解決的問題。為此，我們采用正交試驗方法，加入飼用高粱專用肥，在室內篩選配方，合成有機營養(yǎng)土壤改良劑，進行了田間驗證試驗，為有機營養(yǎng)土壤改良劑改土培肥效果做出評價。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗地概況 試驗于2014—2015年在甘肅省酒泉市肅州區(qū)上壩鎮(zhèn)光輝村一社連續(xù)種植制種玉米10 a的基地上進行，試驗地海拔高度為1 455 m，經度98°40′169″，北緯39°34′590″，年均溫7.5℃，年均降水量86 mm，年均蒸發(fā)量2 400 mm，無霜期150 d，土壤類型是灌漠土，0～20 cm耕作層含有機質含量18.47 g·kg-1，堿解氮62.62 mg·kg-1，速效磷6.34 mg·kg-1，速效鉀138.71 mg·kg-1，pH值8.34，全鹽1.64 g·kg-1，容重1.32 g·cm-3，總孔隙度50.19%，團聚體24.10%，飽和持水量1 003.80 t·hm-2，土壤質地為輕壤質土，前茬作物是玉米。

1.1.2 試驗材料 尿素，含N 46%，粒徑為2～3 mm，為寧波遠東化工集團有限公司生產；磷酸二銨，含N質量分數(shù)為18%，含P2O5質量分數(shù)為45%，青島市三華化工有限責任公司生產；硫酸鉀，含K 50%，粒徑為2～3 mm，湖北興銀河化工有限公司生產；硫酸鋅，含Zn質量分數(shù)為23%，甘肅劉家峽化工廠生產；鉬酸銨，含Mo質量分數(shù)為54.3%，鄭州裕達化工原料有限公司生產；飼用高粱專用肥(河西學院自主研發(fā))，將尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硫酸鋅、鉬酸銨風干質量比按0.4145∶0.0521∶0.5000∶0.0234∶0.0100混合，經室內化驗分析含N 20%，P2O52.40%，K2O 23%，Zn 0.54%， Mo 0.50%。糠醛渣，含有機質760 g·kg-1，全氮0.61%，全磷0.36%，全鉀1.18%，pH值為2.1，粒徑1～2 mm，甘肅共享化工有限公司利用玉米芯生產糠醛排出的廢渣；聚乙稀醇：粒徑0.05～2 mm，甘肅蘭維新材料有限公司產品；保水劑，吸水倍率645 g·g-1，粒徑1～2 mm，甘肅民樂福民精細化工有限公司生產；飼用高粱品系為地標3號，甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司從日本引進。

1.2 試驗方法

1.2.1 糠醛渣改性 在1 000 kg糠醛渣加入50 kg石灰粉，攪拌均勻，將糠醛渣pH調整到6.50[16]。

1.2.2 種植方法 田間試驗小區(qū)面積為32 m2(8 m×4 m)，小區(qū)四周筑埂，埂寬30 cm，高35 cm，有機營養(yǎng)土壤改良劑(按照改性糠醛渣0.9375∶保水劑0.0025∶飼用高粱專用肥0.0563∶聚乙烯醇0.0037配制)在播種前施入20 cm土層， 2014—2015每年的4月26日播種(5 cm土層土溫穩(wěn)定在12℃)，播種深度為2～3 cm，先播不育系，其發(fā)芽后播種第一期保持系，再等發(fā)芽后播種第二期保持系，株距15 cm，行距45 cm，父母本行比為2∶8，分別在拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期各滴灌1次，每個試驗小區(qū)灌水量相等。

1.2.3 試驗處理 試驗一，有機營養(yǎng)土壤改良劑配方確定。2014年4月26日選擇改性糠醛渣、保水劑、飼用高粱專用肥和聚乙烯醇等4個因素，每個因素設計3個水平，按正交表L9(34)設計9個處理[17]。

試驗二，有機營養(yǎng)土壤改良劑對土壤理化性質影響的研究。

有機營養(yǎng)土壤改良劑合成：根據(jù)田間試驗篩選的最佳組合，將改性糠醛渣、保水劑、飼用高粱專用肥、聚乙烯醇重量比按試驗一所得結果進行配制。

試驗處理：根據(jù)田間預試驗的結果，將有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量梯度設計為0.00(CK)，4.80，9.60，14.40，19.20，24.00，28.80 t·hm-2共7個處理，以處理1為CK(對照)，每個處理重復3次，隨機區(qū)組排列。

1.2.4 測定項目與方法 飼用高粱收獲時，在試驗小區(qū)內按照傳統(tǒng)采樣方法，連續(xù)采集30株，測定穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重，取平均數(shù)進行統(tǒng)計分析，每個試驗小區(qū)單獨收獲，將小區(qū)產量折合成公頃產量進行統(tǒng)計分析。分別在試驗小區(qū)內按對角線布點，采集0～20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風干15 d，過1 mm篩供室內化驗分析。總孔隙度按公式〔總孔隙度=(土壤比重-土壤容重)÷土壤比重×100〕求得；毛管孔隙度按公式(毛管孔隙度=自然含水量×土壤容重×100)求得；非毛管孔隙度按公式(非毛管孔隙度=總孔隙度-毛管孔隙度)求得；總持水量=(面積×總孔隙度×土層深度)；毛管持水量=(面積×毛管孔隙度×土層深度)；非毛管持水量=(面積×非毛管孔隙度×土層深度)

堿解氮采用擴散法；速效磷磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用火焰光度計法[18-19]；施肥利潤=(增產值-施肥成本)。1.2.5 數(shù)據(jù)處理方法 差異顯著性采用DPSS 10.0統(tǒng)計軟件分析，多重比較，LSR檢驗法。依據(jù)經濟效益最佳施用量計算公式x0=[(px/py)-b]/2c求得有機營養(yǎng)土壤改良劑最佳施用量(x0)，依據(jù)肥料效應回歸方程式y(tǒng)=a+bx+cx2，求得有機營養(yǎng)土壤改良劑最佳施用量時的飼用高粱理論產量(y)[12]。

2 結果與分析

2.1 有機營養(yǎng)土壤改良劑配方確定

2.1.1 有機營養(yǎng)土壤改良劑因素間的(R)效應 2014年9月26日飼用高粱收獲后測定數(shù)據(jù)可以看出(表1)，不同因素間的效應(R)是C>A>B和D，說明影響甜飼用高粱鮮草產量的因素依次是：飼用高粱專用肥>改性糠醛渣>保水劑和聚乙烯醇。

2.1.2 有機營養(yǎng)土壤改良劑各因素的效應T值 比較T值可知，TA2>TA1>TA3，說明甜飼用高粱產量隨改性糠醛渣施用量梯度的增大而增加，當改性糠醛渣施用量超過22.50 t·hm-2，甜飼用高粱產量又隨改性糠醛渣施用量梯度的增大而降低。TB1>TB2和TB3,說明保水劑適宜用量一般為0.06 t·hm-2。TC3>TC2>TC1，TD3>TD2>TD1說明隨著飼用高粱專用肥和聚乙烯醇施用量梯度的增加，甜飼用高粱產量在增加，飼用高粱專用肥和聚乙烯醇適宜用量一般為1.35 t·hm-2和0.09 t·hm-2。

2.1.3 有機營養(yǎng)土壤改良劑因素間最佳組合 因素間最佳組合為：A2(糠醛渣22.50 t·hm-2)，B1(保水劑0.06 t·hm-2)，C3(飼用高粱專用肥1.35 t·hm-2)，D3(聚乙烯醇0.09 t·hm-2)，(將改性糠醛渣、保水劑、飼用高粱專用肥、聚乙烯醇重量比按0.9375∶0.0025∶0.0563∶0.0037混合得到有機營養(yǎng)土壤改良劑)。

表1 L9(34)正交試驗分析表

2.2 有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量對灌漠土理化性質的影響

2.2.1 對灌漠土孔隙度和持水量的影響 土壤孔隙度是表征土壤通氣性和透水性的重要指標，孔隙度大的土壤具有較好的水分滲透性，對土壤蓄水具有重要意義[20]。相關分析可知，有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與灌漠土總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.9831、0.9841和0.7670。總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度最大的是有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量28.80 t·hm-2，與CK比較，分別增加了2.94%、2.95%和2.33%，差異顯著(P<0.05)。這是因為土壤改良劑加入土壤后改變了氣孔結構，其內部孔隙增多，因而土壤容重降低，增加了土壤孔隙度。持水量是土壤貯水能力的一項重要指標,可以表征土壤水源涵養(yǎng)的能力[21]。相關分析可知，有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與灌漠土飽和持水量、毛管持水量和非毛管持水量之間呈顯著的正相關關系,相關系數(shù)(R)分別為0.9188、0.9746和0.9763。飽和持水量、毛管持水量和非毛管持水量最大的是有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量28.80 t·hm-2，與CK比較，分別增加了105.60、59.00 t·hm-2和46.60 t·hm-2，差異顯著(P<0.05)(表3)。這是因為聚乙烯醇是一種親水膠體[22]，吸水率很大，在提高土壤持水性能方面具有重要的作用。土壤改良劑的施用增加了土壤的保水保肥能力。

表2 有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量對灌漠土孔隙度和持水量的影響

注：同列數(shù)據(jù)不同大小寫字母分別表示在0.01和0.05水平上差異顯著，下同。

Note: Different capital and lowercase letters within the same column mean significant difference at 0.01 and 0.05 levels, respectively. The same as below.

2.2.2 對灌漠土有機質和速效養(yǎng)分的影響 有機質是表征土壤肥力高低的重要指標，甘肅河西內陸灌漠土有機質含量低，保肥力弱，通過施用土壤改良劑提升土壤有機質含量，實施沃土工程是一項行之有效的措施。 研究結果表明，有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與灌漠土有機質含量呈顯著的正相關關系,相關系數(shù)(R為0.7670。有機質含量最高的是有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量28.80 t·hm-2，與CK比較，增加了2.17 g·kg-1，差異極顯著(P<0.01)。有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與灌漠土堿解氮、速效磷和速效鉀之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.9004、0.9188和0.9860。堿解氮、速效磷和速效鉀最大的是有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量28.80 t·hm-2，與CK比較，分別增加了19.74、2.17 mg·kg-1和13.20 mg·kg-1，差異極顯著(P<0.01)(表3)。這是因為施入土壤改良劑后，改善了土壤理化性質，增強了土粒的吸附能力，大部分速效養(yǎng)分被固定下來，減少了養(yǎng)分流失。

2.3 有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量對飼用高粱經濟性狀及產量和施肥利潤的影響

由表4可知，有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與飼用高粱穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.9913、0.9761、0.8497和0.9757。穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量最大的是有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量28.80 t·hm-2，與CK比較分別增加了112.86 粒·穗-1、6.58 g·穗-1、0.34 g和0.66 t·hm-2，差異極顯著(P<0.01)(表3)。有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量由4.80 t·hm-2遞增到24 t·hm-2，施肥利潤隨著有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量梯度的增加而遞增，但有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量超過24.00 t·hm-2時，施肥利潤開始遞減，由此可見，有機營養(yǎng)土壤改良劑適宜施用量一般為24.00 t·hm-2。

2.4 有機營養(yǎng)土壤改良劑經濟效益最佳施用量的確定

有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與飼用高粱產量間采用回歸方程y=a+bx+cx2擬合，得到方程：

y=2.44+0.0420x-0.0006x2

(1)

顯著性測驗表明回歸方程擬合良好。有機營養(yǎng)土壤改良劑價格(Px)為330.14 元·t-1(表4下備注)，2015年飼用高粱種子平均售價(Py)為25 000 元·t-1，將(Px)、(Py)、回歸方程的參數(shù)b和c，代入最佳施用量計算公式x0=[(Px/Py)-b]/2c[12]，求得有機營養(yǎng)土壤改良劑經濟效益最佳施用量(x0)為24.00 t·hm-2，將x0代入(1)式，求得飼用高粱理論產量(y)為3.08 t·hm-2，由此可見，有機營養(yǎng)土壤改良劑經濟效益最佳施用量為24.00 t·hm-2(表4)。

表3 有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量對灌漠土有機質和速效養(yǎng)分的影響

表4 有機營養(yǎng)土壤改良劑飼用高粱經濟性狀及產量和施肥利潤的影響

注：價格(元·t-1)：尿素2 000；磷酸二銨4 000；硫酸鉀2 100；硫酸鋅4 000；鉬酸銨35 000；聚乙烯醇22 000；保水劑20 000；糠醛渣60；飼用高粱專用肥2 531(尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硫酸鋅、鉬酸銨質量比按0.4145∶0.0521∶0.5000∶0.0234∶0.0100混合)；有機營養(yǎng)土壤改良劑330.14(將糠醛渣、保水劑、飼用高粱專用肥、聚乙烯醇重量比按0.9375∶0.0025∶0.0563∶0.0037混合)；2015年甜飼用高粱種子平均售價25 000。

Note: On the price (RMB yuan·t-1): 2 000 for urea; 4 000 for diammonium phosphate; 2 100 for potassium sulphate; 4 000 for zinc sulphate; 35 000 for ammonium molybdate; 22 000 for Polyving akohol; 20 000 for water retention agent; 60 for furfural residue; 2 531 for specific fertilizer of forage sorghum(weight ratio of urea, diammonium phosphate, potassium sulphate, zinc sulphate and ammonium molybdate equal to 0.4145∶0.0521∶0.5000∶0.0234∶0.0100); 330.14 for organic nutrition soil conditioner(weight ratio of furfural residual, water retention agent, specific fertilizer of forage sorghum, and polyving akohol equal to 0.9375∶0.0025∶0.0563∶0.0037); 25 000 for seed of sweet forage sorghum in 2015.

3 討論與結論

土壤改良劑能有效改善土壤物理結構和化學性質，加強微生物活動，提高土壤酶的活性，協(xié)調土壤肥力因子，提高了土壤肥力，具有顯著的改土和增產效果[23-26]。施用土壤改良劑能夠顯著地增加土壤有機質含量，均衡土壤營養(yǎng)元素，改善施用有機肥導致的元素富集現(xiàn)象，明顯改良土壤理化性質[27-30]。本試驗結果表明，有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與灌漠土孔隙度、持水量、有機質、速效養(yǎng)分、飼用高粱農藝性狀、經濟性狀和產量呈顯著的正相關關系。經回歸統(tǒng)計分析，有機營養(yǎng)土壤改良劑施用量與飼用高粱產量間的回歸方程是：y=2.44+0.0420x-0.0006x2，從經濟效益看，改良劑施用量在28.80 t·hm-2時增產值為16 500.00 元·hm-2，但從施肥成本看高于24.00 t·hm-2處理，因此，經濟效益最佳施用量為24.00 t·hm-2，飼用高粱理論產量為3.08 t·hm-2。以上結果表明，在甘肅河西內陸灌區(qū)的灌漠土上施用有機營養(yǎng)土壤改良劑后，產量增長、產值更高，從而獲得更高的收益。這可能是因為土壤總孔隙度和非毛管孔隙度以及土壤的綜合物理性狀得到了改善，能有效提高灌漠土土壤質量，給高粱生長提供了更好的土壤環(huán)境，提高了飼用高粱的產量。

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EffectsoforganicnutritionsoilconditionersonphysicalandchemicalpropertiesofirrigateddesertsoilinHexiareaandeconomicprofitsofforagesorghum

ZHANG Chun-mei1,3, YAN Zhi-bin2, WANG Xue2, YAN Fu-hai2, QIN Jia-hai2, CHENG Hong-yu1,3, XIAO Zhan-wen1,3

(1.CollegeofAgricultureandBiologyTechnology,HexiUniversity,Zhangye,Gansu734000,China; 2.GansuDunhuangSeedSeedCompany,Jiuquan,Gansu735000,China; 3.CharacteristicsoftheHexiCorridorresourcesutilizationofProvincialKeyLaboratory,Zhangye,Gansu734000,China)

In the face of soil hardening, low organic matter, weak water storage and low yield caused by long-term chemical fertilization in Hexi Corridor, Gansu province, an orthogonal experiment was conducted to select the composition for an organic nutrition soil conditioner. A field experiment was taken to study effects of organic nutrition soil conditioners on the physic-chemical properties of irrigated desert soil and economic profits of forage sorghum. The results showed that the effect of raw material for the organic nutrition soil conditioner ranked as follows: specific fertilizer of Sorghum, modified furfural residue, water retaining agent and polyvinyl alcohol. The weight ratio of furfural residual, water retention agent, specific fertilizer of forage sorghum and polyving akohol equal to 0.9375∶0.0025∶0.0563∶0.0037 for the best formula. There was a positive correlation between fertilization quantity and soil porosity, moisture capacity, available nutrients, agronomic traits, economic characteristic and yield of forage sorghum. The optimum economical application rate was 24.00 ton per hm2and the theoretical yield was 3.08 ton per hm2. It could be concluded that organic nutrition soil conditioners could improve the physical, chemical and biological properties of the soil. In addition, the soil conditioner also increased the profit and yield of forage sorghum in the irrigated desert soil.

organic nutrition soil conditioners; irrigated desert soil; physical and chemical properties; forage sorghum; productivity profit

1000-7601(2017)03-0260-06doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2017.03.40

2016-03-11

：2017-03-08

：科技部國家星火項目“甘肅河西走廊百萬畝現(xiàn)代化制種及加工裝備技術示范推廣”(S2011G100031)；甘肅省科技重大專項項目“高粱高效制種及加工生產技術研究”(2015GS05915)

張春梅(1978—)，女，甘肅酒泉人，博士，副教授，主要從事植物營養(yǎng)生理研究。E-mail:zazcm197828@163.com。

秦嘉海(1954—)，男，甘肅張掖人，教授。E-mail:qinjiahai123@163.com。

S156.2

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