施用不同改良劑對(duì)濱海鹽漬化土壤性質(zhì)和西蘭花生長(zhǎng)的影響

汪　峰，姚紅燕*，顧増富，胡振華，柴偉綱，諶江華，戴瑤璐，周麗娜

(1.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波　315040； 2.浙江恒海農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，浙江 慈溪　315316)

西蘭花(BrassicaoleraceaL.varitalica)又名青花菜、綠花菜等，歸屬于十字花科蕓苔屬，以綠色花球?yàn)楫a(chǎn)品的甘藍(lán)種的一個(gè)變種。西蘭花富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、脂肪、礦物質(zhì)、維生素和胡蘿卜素等多種營(yíng)養(yǎng)成份，被譽(yù)為“蔬菜皇冠”，是歐美等國(guó)家主要蔬菜品種之一。近年來(lái)，西蘭花已成為我國(guó)沿海地區(qū)出口創(chuàng)匯蔬菜的主要品種之一，其中浙江省其年種植面積已超過(guò)1萬(wàn)hm2，占全國(guó)的50%，主要分布在臺(tái)州、寧波、紹興、嘉興等地[1]。寧波杭州灣濱海圍墾區(qū)作為浙江省蔬菜種植主要生產(chǎn)基地之一，西蘭花目前已成為該地區(qū)主栽蔬菜品種。

寧波地區(qū)海涂資源豐富，灘涂總面積達(dá)872 km2，約占浙江全省灘涂資源的33.5%[2]，是浙江省非常重要的后備土地資源。濱海灘涂通過(guò)圍墾可轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)用地，新圍涂地雖然不再受海水的浸漬，但土壤中含鹽量較高，還會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性返鹽現(xiàn)象。鹽漬土作為我國(guó)最主要的中低產(chǎn)土壤類型之一，其生產(chǎn)力水平與土壤質(zhì)量狀況有非常密切的關(guān)系[3]。因此，對(duì)土壤水鹽運(yùn)移過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)控、消減鹽堿障礙因子是灘涂農(nóng)田地力提升、灘涂土地資源功能發(fā)揮的基礎(chǔ)[4-5]。通過(guò)化學(xué)改良措施，如施用有機(jī)肥、菌渣和化學(xué)改良劑等，對(duì)鹽堿障礙因子的消減、土壤肥力的提升具有積極作用[6-7]，并形成一大批專利成果[8]。針對(duì)蘇北重度鹽漬化土壤研究表明，有機(jī)肥(雞糞堆肥)與覆蓋集成措施具有良好水鹽調(diào)控效應(yīng)及作物生長(zhǎng)促進(jìn)作用，土壤鹽化程度從重度降至中度[4]，玉米和大麥產(chǎn)量顯著增加[5]。研究者同樣也發(fā)現(xiàn)菌渣施用對(duì)東北蘇打鹽堿土的改良作用，施入菌渣后土壤全鹽含量和pH均不同程度降低[9-11]。在鹽堿土上施用如沸石、褐煤、磷礦粉等工農(nóng)業(yè)廢棄物作為化學(xué)改良劑，能夠有效地改良鹽堿土壤的理化性質(zhì)。

雖有研究報(bào)道了有機(jī)肥、菌渣和化學(xué)改良劑對(duì)鹽漬土壤性質(zhì)的改善功能，但寧波杭州灣濱海圍墾區(qū)內(nèi)土壤類型(粗粉砂含量高，地下水位高)和氣候條件與其他地區(qū)存在較大差別，而不同改良措施對(duì)該地區(qū)灘涂圍墾農(nóng)田土壤及西蘭花生長(zhǎng)影響也未見報(bào)道。本研究在杭州灣濱海圍墾地區(qū)典型土壤中設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，以該地區(qū)農(nóng)民大面積種植的西蘭花為研究對(duì)象，探明施用有機(jī)肥、菇渣、化學(xué)改良劑對(duì)土壤性質(zhì)及西蘭花生長(zhǎng)的影響，以期為灘涂圍墾農(nóng)田地力的快速提升以及灘涂鹽堿障礙土壤的農(nóng)業(yè)高效利用提供理論依據(jù)及實(shí)踐指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1　研究區(qū)概況

研究區(qū)域位于浙江省慈溪市的杭州灣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)(30°19′ N，121°22 ′E)。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，因?yàn)l臨東海又帶有海洋性季風(fēng)氣候特征。氣候溫暖多雨，年平均氣溫16.0 ℃，無(wú)霜期244 d，最熱月均溫28.2 ℃，最冷月均溫3.8 ℃，年平均日照時(shí)數(shù)2 038 h。年降雨量為1 273 mm，蒸發(fā)量894 mm，同時(shí)降雨量季節(jié)波動(dòng)性大，雨季特征明顯，約60%的降雨量分布于5—9月，每年夏秋間多熱帶風(fēng)暴或臺(tái)風(fēng)。研究區(qū)土壤為近代海相或河海相沉積物發(fā)育而成的濱海潮灘鹽土，通過(guò)種植水稻等改良措施后土壤鹽漬化程度較低。2015年9月試驗(yàn)開始時(shí)，土壤表層(0～20 cm)的基本理化性質(zhì)為pH值8.52，電導(dǎo)率465 μS·cm-1，有機(jī)質(zhì)24.4 g·kg-1，全氮1.46 g·kg-1，堿解氮103 mg·kg-1，有效磷31.4 mg·kg-1，速效鉀374 mg·kg-1。

1.2　處理設(shè)計(jì)

供試作物西蘭花品種喜鵲是研究區(qū)域西蘭花主栽品種之一。西蘭花于2015年8月26日播種育苗，9月21日移栽定植，2月16日收獲完畢。栽培方式為傳統(tǒng)畦栽，畦面寬1.5 m，溝寬40 cm，種植規(guī)格為60 cm×45 cm，每667 m2種植2 500株左右。

本試驗(yàn)中選用3種鹽堿地障礙土壤改良劑和對(duì)照處理，共設(shè)置4個(gè)處理。(1)CK，不施用改良劑；(2)MR，施用菇渣15 t·hm-2；(3)OM，施用商品有機(jī)肥15 t·hm-2；(4)SA，施用化學(xué)改良劑，根據(jù)磷石膏、腐殖酸、硫酸鋁和磷酸二氫鉀4個(gè)組分按重量比為60∶28∶8∶4配方而成(中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所提供)，其用量為1.5 t·hm-2。土壤改良劑隨基肥在種植前均勻翻入土壤。西蘭花施用氮磷鉀養(yǎng)分比為15∶15∶15的普通復(fù)合肥總量為900 kg·hm-2，50%作為基肥施入，其余分2次等量追施。小區(qū)面積為2.5 m×5 m，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。田間水分和病蟲草害防治等田間管理措施與當(dāng)?shù)卮笈镌耘喾椒ㄏ嗤?/p>

1.3　樣品采集及測(cè)定方法

2月16日西蘭花收獲期抽樣考查10株單株，考查株高、倒四葉葉片長(zhǎng)×寬(成型，便于比較)、葉片展開度、球莖莖粗、花球直徑、總鮮重、花球鮮重和莖鮮重。

西蘭花收獲期結(jié)束后，用不銹鋼土鉆(2 cm)按“S”形多點(diǎn)采集各試驗(yàn)小區(qū)的表層20 cm耕層土壤，混勻后用四分法留取1 kg左右，裝入密封塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。去除石塊和根系，土樣風(fēng)干后研磨裝袋，用于測(cè)定pH、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀等土壤理化性質(zhì)。

土壤pH采用玻璃電極測(cè)定，水土比2.5∶1；土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法，水土比5∶1；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮測(cè)定采用半微量開氏法；土壤堿解氮采用擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷測(cè)定采用Olsen-P法，鉬銻抗比色測(cè)定；速效鉀用醋酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定，所有土壤理化性質(zhì)依據(jù)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行[12]。

1.4　數(shù)據(jù)處理與分析

多元統(tǒng)計(jì)分析中降趨對(duì)應(yīng)分析(DCA)和冗余分析(RDA)在CANOCO 4.5軟件中完成，用軟件中的Forward選項(xiàng)尋找影響最顯著的環(huán)境變量，采用蒙特卡羅排列檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 20.0軟件，用單因素方差分析法(one-way ANOVA)中的Duncan法進(jìn)行不同處理樣本間的差異顯著性檢驗(yàn)(P<0.05)，采用Excel 2010軟件作圖。

2　結(jié)果與分析

2.1　施用不同改良劑對(duì)土壤性質(zhì)的影響

研究區(qū)域土壤呈堿性，施用不同改良劑對(duì)土壤pH無(wú)顯著影響。由表1可知，不同處理土壤電導(dǎo)率表現(xiàn)為MR

表1　不同土壤改良劑處理下的土壤理化性質(zhì)

注：同列數(shù)據(jù)后無(wú)相同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。

2.2　施用不同改良劑對(duì)西蘭花生物學(xué)性狀的影響

調(diào)查了收獲期西蘭花株高、葉長(zhǎng)、葉寬、展開度、莖粗、花球直徑等生物學(xué)性狀(圖1)。施用不同改良劑的西蘭花株高均顯著增加，MR、OM和SA處理株高分別比CK增加23.0%，11.3%和7.9%。此外，MR處理也顯著提高了作物的葉長(zhǎng)(10.5%)、展開度(13.1%)、莖粗(16.1%)和花球直徑(27.1%)，而OM和SA處理下葉長(zhǎng)、葉寬、展開度、莖粗、花球直徑與CK相比均無(wú)顯著性差異。

柱間無(wú)相同小寫字母表示處理間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)圖1　施用不同改良劑處理對(duì)西蘭花生物學(xué)性狀的影響

2.3　施用不同改良劑對(duì)西蘭花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

施用不同改良劑顯著影響西蘭花產(chǎn)量。由表2可知，不同處理西蘭花產(chǎn)量表現(xiàn)為MR>OM>SA>CK，其中MR處理的產(chǎn)量比CK增加62.2%。通過(guò)相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，西蘭花產(chǎn)量與作物生物學(xué)性狀(株高、葉長(zhǎng)、展開度、莖粗和花球直徑)呈顯著正相關(guān)。

通過(guò)西蘭花增加產(chǎn)值和改良劑投入成本計(jì)算當(dāng)季增產(chǎn)效益。表2表明，與CK相比，MR處理增產(chǎn)效益可達(dá)28 455元·hm-2，其次為SA處理(2 442元·hm-2)，OM處理由于商品有機(jī)肥成本較高，增產(chǎn)效益不顯著。增產(chǎn)效益與產(chǎn)量和作物生物學(xué)性狀指標(biāo)(株高、葉長(zhǎng)、葉寬、展開度、莖粗和花球直徑)均呈顯著正相關(guān)。

表2　　　　施用不同改良劑對(duì)西蘭花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：西蘭花以3.6元·kg-1收購(gòu)，菇渣、有機(jī)肥、改良劑每噸價(jià)格分別為200、600、1 000元。

2.4　RDA分析

在多元統(tǒng)計(jì)分析中通過(guò)降趨對(duì)應(yīng)分析(DCA)分析西蘭花發(fā)育指標(biāo)得到每個(gè)軸的長(zhǎng)度均小于3，故選擇基于線性模型的冗余分析(RDA)對(duì)土壤環(huán)境梯度進(jìn)行直接排序分析，探討土壤理化性質(zhì)對(duì)西蘭花產(chǎn)量及發(fā)育指標(biāo)的影響。

RDA分析中的第1排序軸和第2排序軸分別解釋了50.6%和28.1%的總變異，結(jié)果表明，土壤理化性質(zhì)較好地解釋西蘭花產(chǎn)量和發(fā)育狀況。由圖2可知，不同處理的樣品被明顯區(qū)分開來(lái)，OM處理位于RDA1的正軸，而CK處理位于RDA1的負(fù)軸，影響RDA1的主要土壤指標(biāo)包括電導(dǎo)率(EC)、有機(jī)質(zhì)(SOM)、總氮(TN)和堿解氮(AN)；SA和MR處理位于RDA2的正軸，而CK和有機(jī)肥處理位于RDA2的負(fù)軸，而影響RDA2的主要土壤指標(biāo)包括速效鉀(AK)、電導(dǎo)率、堿解氮、有機(jī)質(zhì)和全氮。

RDA排序分析中響應(yīng)變量(西蘭花發(fā)育指標(biāo))和解釋變量(土壤指標(biāo))的夾角表示某一土壤因子與西蘭花發(fā)育指標(biāo)的相關(guān)性大小，夾角越小相關(guān)性越高。西蘭花發(fā)育指標(biāo)(如株高)與土壤速效鉀、全氮和有機(jī)質(zhì)和有較高的正相關(guān)，而與電導(dǎo)率和堿解氮呈負(fù)相關(guān)。通過(guò)相關(guān)分析進(jìn)一步證實(shí)土壤電導(dǎo)率與西蘭花的株高呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖2　土壤環(huán)境與西蘭花發(fā)育指標(biāo)的RDA排序

3　小結(jié)與討論

本研究利用在寧波杭州灣濱海圍墾地區(qū)典型土壤中設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，探明施用有機(jī)肥、菇渣、化學(xué)改良劑對(duì)土壤性質(zhì)及西蘭花生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，不同改良劑處理均能降低土壤電導(dǎo)率，迅速提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量。現(xiàn)有大量研究證實(shí)，在鹽堿土中增施有機(jī)肥料對(duì)鹽堿障礙因子的消減、土壤肥力的提升具有積極作用[13-15]。其主要原因體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)鹽堿土增施有機(jī)肥后，能顯著增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，促進(jìn)土壤微團(tuán)聚體數(shù)量的增加，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提升土壤入滲率等水動(dòng)力學(xué)參數(shù)等，因此能夠加強(qiáng)淋鹽作用；2)高有機(jī)質(zhì)含量的土壤，能減少蒸發(fā)，起到抑制鹽分表聚的效果；3)增施有機(jī)肥使土壤有機(jī)膠體、腐殖質(zhì)數(shù)量增加，對(duì)鹽分離子的吸附能力加強(qiáng)，降低了鹽漬土中土壤鹽分的活性；4)有機(jī)肥料中含有豐富的微生物菌群，進(jìn)入土壤后的微生物的強(qiáng)烈活動(dòng)，可加速營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化，在分解過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸，可以調(diào)節(jié)土壤的酸堿度[16-17]。

單秀枝等[18]指出，土壤有機(jī)質(zhì)>15 g·kg-1時(shí)，土壤吸附作用明顯增強(qiáng)，則水分?jǐn)U散率在相同含水量時(shí)隨有機(jī)質(zhì)含量的增加而減少。本研究中投入的菇渣和商品有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)含量分別為251和197 g·kg-1，全氮含量分別為28.3和23.3 g·kg-1，菇渣中的有機(jī)質(zhì)和全氮含量均比商品有機(jī)肥高，施用菇渣后土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量也高于有機(jī)肥處理，而化學(xué)改良劑配方中盡管也含有腐殖酸成分，但由于總用量?jī)H為菇渣和有機(jī)肥處理的2.8%，因此其有機(jī)質(zhì)及提升幅度最小，最終去鹽效果為：菇渣(MR)>有機(jī)肥(OM)>化學(xué)改良劑(SA)。中國(guó)科學(xué)院南京土壤所也提出，培肥熟化土壤過(guò)程中，當(dāng)表層土壤有機(jī)質(zhì)達(dá)到15 g·kg-1左右時(shí)，可抑制土壤返鹽[19]，一般將有機(jī)質(zhì)含量1.5%作為培育“淡化肥沃層”的指標(biāo)。本研究所在的杭州灣濱海圍墾地區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量一般高于20 g·kg-1，具備構(gòu)建“淡化肥沃層”的條件，增施有機(jī)質(zhì)物料能夠加速土壤脫鹽返鹽。因此，通過(guò)有機(jī)物料進(jìn)行鹽漬土改良時(shí)，要充分考慮到物料有機(jī)質(zhì)水平和投入總量達(dá)到最佳的改良效果，同時(shí)核算投入經(jīng)濟(jì)成本，確保這些改良措施能夠切實(shí)可行。

施用有機(jī)肥料不僅能改善土壤理化性質(zhì)，有利于鹽漬土壤的洗鹽、抑鹽作用，而且有機(jī)肥中含有大量的有機(jī)質(zhì)和氮、磷、鉀等元素作為土壤肥力的主要參數(shù)，滿足作物對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的需求。本研究中菇渣的全氮含量為(28.3 g·kg-1)也高于有機(jī)肥處理(23.3 g·kg-1)，因此所有改良劑中施用菇渣的西蘭花生長(zhǎng)指標(biāo)最佳、產(chǎn)量最高，可能是菇渣對(duì)土壤鹽分與養(yǎng)分供應(yīng)的雙重調(diào)控結(jié)果。

鹽堿土中使用以礦土資源和工業(yè)廢棄物(如沸石、褐煤、泥炭、凹凸棒土、磷礦粉等)為改良劑，對(duì)土壤鹽堿障礙因子消減、土壤質(zhì)量提升效應(yīng)顯著。其改良機(jī)理如下：1)磷石膏施入土壤后，溶解產(chǎn)生的Ca2+與土壤溶液或膠體吸附的Na+作用，生成的Na2SO4易隨降雨排出土體，降低土壤pH值和鈉吸附比(SAR)，從而減輕Na+對(duì)作物的毒害；2)土壤由鈉質(zhì)土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}質(zhì)土，有利于土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土壤的理化性狀，加速土壤脫鹽；3)磷石膏中的鈣可以增強(qiáng)植物細(xì)胞壁對(duì)病害的抵抗能力，增加土壤中微量元素的濃度，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。大量報(bào)道均表明以磷石膏或以磷石膏為主的改良劑施用能降低鹽堿地土壤的土壤pH、全鹽量和土壤中的交換性鈉鹽比例，并且能夠有效提高植物對(duì)微量元素的吸收利用，顯著提高作物產(chǎn)量[20-22]。本研究中由磷石膏和腐殖酸為主的化學(xué)改良劑(SA)對(duì)鹽漬土壤的改良效果低于菇渣和商品有機(jī)肥，可能與施用量不足有關(guān)，因此在實(shí)踐中可以酌情考慮增加其田間施用量。化學(xué)改良措施雖然對(duì)鹽堿地有較好的改良效果，如若不是就近取材就有運(yùn)輸成本高的問(wèn)題，且使用不當(dāng)易對(duì)環(huán)境造成污染，需要承擔(dān)相應(yīng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

目前，寧波杭州灣濱海圍墾區(qū)已形成相當(dāng)規(guī)模的食用菌加工企業(yè)，日產(chǎn)菌渣10余噸左右。聯(lián)合區(qū)域內(nèi)部蔬菜生產(chǎn)農(nóng)戶、食用菌生產(chǎn)企業(yè)和有機(jī)肥生產(chǎn)企業(yè)，將農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)與鹽漬土改良結(jié)合起來(lái)，形成菌-肥-菜區(qū)域內(nèi)部高效循環(huán)模式成為當(dāng)?shù)氐闹饕镔|(zhì)循環(huán)模式。本研究在該地區(qū)典型土壤中設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，探明施用有機(jī)肥、菇渣、化學(xué)改良劑對(duì)土壤性質(zhì)及西蘭花生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，施用菇渣15 t·hm-2能顯著降低土壤電導(dǎo)率、提高土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量、改善西蘭花生物學(xué)性狀(株高、葉長(zhǎng)、展開度、莖粗、花球直徑)、增加西蘭花產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益。本研究為灘涂圍墾農(nóng)田地力的快速提升以及灘涂鹽堿障礙土壤的農(nóng)業(yè)高效利用提供理論依據(jù)及實(shí)踐指導(dǎo)。

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