不同配方腐植酸型土壤調理劑對濱海鹽堿地土壤性質及小麥產量的影響

于曉東 郭新送 洪丕征 陳士更 朱福軍 孫 昆 丁方軍,4?

1 山東農大肥業科技有限公司 泰安 271000

2 山東省腐植酸高效利用示范工程技術研究中心 泰安 271000

3 山東省肥城市王瓜店街道辦事處 泰安 271000

4 山東農業大學資源與環境學院 泰安 271018

我國鹽堿地面積超過5億畝,位居世界第三,分布在西北、東北、華北及濱海地區在內的17個省區.如何改良治理以及合理開發鹽堿地資源,是我國農業可持續發展的重要方式.改良鹽堿地土壤的主要方法有物理、化學、生物改良[1~5].近年來,以腐植酸為基礎物料的土壤調理劑研發與應用較多.腐植酸型土壤調理劑,一方面其添加的腐植酸物質,施入土壤以后可增加土壤有機質含量,形成弱酸緩沖體系,維持土壤酸堿平衡,改善土壤理化性狀[6,7];另一方面其添加的鈣、鎂、硅等礦物成分,對提高土壤陽離子交換量,降低鹽堿化程度具有重要作用.

為探究用于改良濱海鹽堿地的腐植酸型土壤調理劑的最佳配方,本研究以小麥為供試作物,采用3種不同配方的腐植酸型土壤調理劑,研究其對濱海鹽堿地土壤性質及小麥產量的影響,以期為腐植酸型土壤調理劑的應用和推廣提供理論依據與實踐支撐.

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于山東省濱州市無棣縣國家渤海糧倉試驗站.該地區為北溫帶東亞季風區域大陸性氣候,具有夏熱多雨、冬寒季長、春季多風干燥等氣候特點.年均氣溫11.7~12.6 ℃;年均日照2590~2830 h;年均降水量530~630 mm,其中70%左右降水量發生在夏季;年均蒸發量750~2400 mm.

該區域主要土壤類型為潮土和鹽堿土,土層厚度均大于30 cm,土壤貧瘠、含鹽量高、易板結、保水性差,地下水礦化度一般為7~10 g/L,不能用于農業生產.0~20 cm供試土壤的基本理化性狀見表1.

表1 供試土壤基本理化性狀Tab.1 The basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 試驗設計

2014年10月在試驗站選取2號地塊(土壤含鹽量大于4‰),在該地塊劃分15個4.5 mX10 m的小區,進行玉米-小麥輪作.供試小麥品種為"濟麥22",2014年玉米種植日期為10月13日,2015年小麥種植日期為10月11日.

因試驗地為濱海鹽堿地,土壤中有效磷含量低,利用率低;另外,考慮到當地用戶的施肥習慣,大多施用高磷復合肥作為基肥,故本試驗所施基肥為氮磷鉀復合肥(14-26-5,由山東農大肥業科技有限公司生產),供試腐植酸型土壤調理劑由實驗室自配(表2).試驗共設5個處理,每個處理3次重復.

2016年6月初取土壤樣品,在每個樣方隨機選取5個采樣點,用不銹鋼土鉆(直徑8 cm)采集0~20 cm土層土壤,然后混合為1個樣品盡快帶回實驗室.實驗室內采用烘干法先測定新鮮土壤樣品的含水量,然后過篩,根據不同指標要求進行前處理.

1.3 測定指標與方法

土壤理化性質測定方法參見《土壤農化分析(第三版)》[8],土壤酶活性測定方法參照《土壤酶及其研究法》[9]和《土壤肥力研究方法》[10]中有關方法進行.

小麥成熟期在田間調查畝穗數、穗粒數和千粒重;每小區收獲1 m2計產,籽粒經曬干后稱重,折算出公頃產量.

1.4 數據分析

運用DPS7.05軟件對各處理下的土壤理化性質及小麥產量參數差異進行單因素方差分析(oneway ANOVAs)(P<0.05).采用Excel 2013軟件進行繪圖.

表2 試驗設計Tab.2 Experimental design

2 結果與分析

2.1 不同處理對鹽堿地土壤主要理化性質的影響

表3為不同處理對鹽堿地土壤主要理化性質的影響.土壤堿解氮、速效鉀、有效磷和有機質測定顯示,與對照(CK)比,僅施加基肥的處理(T1)土壤堿解氮含量顯著提高,對土壤有效磷、速效鉀和有機質含量無顯著影響.與T1處理相比,施加腐植酸型土壤調理劑的3個處理(T2、T3、T4)土壤堿解氮含量有不同程度的降低,但差異均不顯著;施加腐植酸型土壤調理劑的T2處理能顯著增加土壤有效磷、速效鉀和有機質含量,T4處理能顯著增加土壤有效磷、速效鉀含量.

表3 不同處理對鹽堿地土壤主要理化性質的影響Tab.3 Effects of different treatments on main physical and chemical properties of saline-alkali soil

土壤容重是反映土壤導水性和持水力的一個重要物理性質[11,12].施用基肥的各處理(T 1、T2、T3、T4)土壤容重較CK顯著降低(表3),而施加腐植酸型土壤調理劑的3個處理,與T1處理相比無顯著差異,說明腐植酸型土壤調理劑對土壤導水性和持水力不會有顯著影響.施加腐植酸型土壤調理劑對降低土壤電導率作用顯著,T2、T3、T4處理較T1處理分別降低11.91%、9.09%、14.17%,T4處理效果最顯著.施用基肥的各處理土壤pH值較CK(除T3有所升高)均有所降低,但差異不顯著.

2.2 不同處理對鹽堿地土壤酶活性的影響

土壤酶參與土壤中許多非常重要的生化反應和物質循環,能夠反應土壤肥力狀況,是評價土壤生物活性和土壤肥力的重要指標[13~16].

磷酸酶主要參與土壤中有機磷向無機磷的轉化過程,能提高土壤中有效磷的含量[16].圖1A表明,施用基肥的T1處理較對照CK的土壤堿性磷酸酶活性有所提高,但差異不顯著(P>0.05);施用腐植酸型土壤調理劑與T1處理相比,T2和T4處理能夠顯著提高土壤堿性磷酸酶活性,分別提高99.83%和64.05%,與土壤中有效磷含量關系基本吻合.

脲酶是一種專性酶,在土壤有機氮分解轉化中起重要作用.它主要是參與有機氮向尿素的轉化,尿素轉化形成礦物態NH4+,再經硝化作用轉化成NO3-被作物吸收利用.如圖1B所示,與CK相比,施用基肥的各處理均顯著提高土壤中脲酶的活性,以T3處理最高,但4個處理間差異不顯著,說明施肥處理均能夠提高氮礦化進程.

多酚氧化酶是參與土壤腐殖化過程的一種專性酶,其活性與土壤腐殖化程度呈負相關,通過其能在一定程度上了解土壤腐殖化的進程[9].由圖1C看出,與CK相比,施用基肥能夠略微降低土壤中多酚氧化酶的活性,但效果不顯著,即對土壤腐殖化進程沒有顯著影響;施用腐植酸型土壤調理劑土壤中多酚氧化酶的活性較T1處理顯著降低,分別降低了66.67%和44.23%和53.06%.可見,施用腐植酸型土壤調理劑能夠促進土壤的腐殖化進程,以T2處理效果最為顯著,其次是T4和T3處理.

圖1 不同處理對鹽堿地土壤酶活性的影響Fig.1 Effects of different treatments on saline-alkali soil enzymatic activity

2.3 不同處理對鹽堿地小麥產量構成因子及產量的影響

不同處理對小麥產量構成因子及產量的影響見圖2.由圖可知,各處理間小麥的千粒重無顯著差異,說明施加3種不同配方的腐植酸型土壤調理劑對小麥的千粒重無顯著影響.施加腐植酸型土壤調理劑后,各處理小麥穗粒數較CK均顯著提高(P<0.05),說明腐植酸型土壤調理劑可影響小麥發育;施加腐植酸型土壤調理劑小麥穗粒數較僅施加基肥的T1處理有不同程度提高,其中T4處理平均穗粒數最高,達到了44.62粒/穗,較T1處理提高了17.73%.施加基肥后,T1、T2、T3、T4 4個處理的畝穗數均顯著高于CK,以T2處理畝穗數最多,但這4個處理間無顯著差異,說明施加腐植酸型土壤調理劑并未對小麥畝穗數產生較大影響.各處理間小麥的理論產量有顯著差異,施加基肥的4個處理產量較CK顯著提高,而施用腐植酸型土壤調理劑以后,產量較T1處理均顯著提高,其中T4處理增幅最大,較T1處理提高了37.37%;T2與T3處理間無顯著差異.可見,在本區域鹽堿地土壤中施加腐植酸型土壤調理劑對小麥的增產效果十分明顯,其中T4處理效果最佳.

圖2 不同處理對鹽堿地小麥產量構成因子及產量的影響Fig.2 Effects of different treatments on yield composition factors and wheat yield in saline-alkali soil

3 討論與結論

鹽堿地土壤具有土壤結構粘滯、容重高、通氣性差等特點,嚴重影響了植物根系呼吸和土壤養分的轉化及有效性[17,18].前人研究發現,土壤調理劑可改善土壤物理、化學及生物性狀,從而促進作物增產[19~22].本研究中,施加不同配方腐植酸型土壤調理劑,不同程度地降低了鹽堿地土壤pH值(除T3處理外),顯著降低了土壤電導率,起到了一定的去鹽抗堿的效果,這是由于磷石膏中含有的大量Ca2+,可置換土壤交換性Na+,其強酸性可有效降低土壤pH值;糠醛渣有機質含量較高,對于提升土壤有機質含量和微生物數量效果明顯;硫酸鋁中Al3+水解生成單體鋁或多聚體鋁(雙性緩沖劑),在堿性土壤中會產生大量的H+,中和土壤中的OH-,從而使土壤的pH值降低[23];腐植酸含有羰基、羧基、羥基等多種活性官能團,鹽基交換能力大,能夠吸附和阻留土壤可溶性鹽中較大數量的有害陽離子,降低土壤的鹽濃度和酸堿度.

有研究表明,施用腐植酸肥能提高土壤脲酶和磷酸酶活性[24].本研究中,施用腐植酸型土壤調理劑能夠提高土壤堿性磷酸酶活性,降低土壤多酚氧化酶活性,對脲酶活性的影響不顯著,與前人研究有所差異.可能是由于腐植酸的類型和組成不同,對土壤微生物種群結構和土壤酶活性影響差異巨大.前人研究發現,腐植酸可促進鹽堿條件下的小麥生長,提高小麥產量[25,26].本研究中,腐植酸型土壤調理劑處理小麥的理論產量較T1處理均有較大幅度的提高,以T4處理最優,增產達37.37%,與前人研究結果一致.這一方面可能是因腐植酸型土壤調理劑能夠提高土壤酶活性,增加速效養分的含量,促進作物生長;另一方面可提高土壤保水保肥能力,刺激根系生長,增強光合作用,促進干物質積累,提高產量.

綜上所述,施加腐植酸型土壤調理劑降低了濱海鹽堿地土壤容重和電導率,改善了土壤理化性狀,顯著增加了小麥產量,以腐植酸+糠醛渣+硫酸鋁+硫酸鎂(T4)培肥最優,故腐植酸型土壤調理劑可考慮在北方鹽堿地土壤治理中推廣使用.