保水劑及有機酸土壤調理劑對鹽堿地的改良效果及小麥產量的影響

2020-07-04 03:07:44倪海峰朱尤東劉樹堂李昆侖盧振宇趙林

山東農業科學 2020年4期

倪海峰　朱尤東　劉樹堂　李昆侖　盧振宇　趙林

摘要：為了解決鹽堿地單一改良方式見效慢、存在潛在污染、經濟效益低等問題，本研究采用綜合治理措施，即將制備的有機酸土壤調理劑和保水劑聯合使用開展大田試驗，監測小麥生長過程中土壤鹽分、有機質含量變化，測定肥料利用率和小麥產量，以此來綜合評價保水劑及有機酸土壤調理劑對鹽堿地的改良效果及小麥產量的影響。結果顯示，保水劑和有機酸土壤調理劑聯合施用（試驗組B）效果最好，與空白組相比，輕度、中度鹽堿土的含鹽率分別減低19.9%和42.0%，土壤有機質含量分別增加23.4%和29.2%，小麥分別增產9.17%和15.73%;其肥料利用率也最高，比空白組高12.4%。

關鍵詞：聚谷氨酸;海藻提取液;腐植酸;鹽分遷移量;小麥產量

中圖分類號：S156.4+3+S512.101文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2020）04-0121-05

Abstract In order to solve the problems of slow improvement， potential pollution and low economic benefits of single improvement method for saline-alkali land， this study adopted comprehensive management measures by combining the prepared soil conditioner and water-retaining agent to carry out field experiments. By monitoring the changes of soil salinity， organic matter content， fertilizer use rate and wheat yield during wheat growth， the effects of the water-retaining agents and organic acid soil conditioners on the improvement of saline-alkali land and wheat yield were comprehensively evaluated. The results showed that the combination of water-retaining agent and soil conditioner had the best effect. Compared with the control， in the slight and medium saline-alkline soil， the salt rate decreased by 19.9% and 42.0%， respectively; the soil organic matter content increased by 23.4% and 29.2 respectively， and the wheat yield increased by 9.17% and 15.73% respectively. The fertilizer use rate of the combination treatment was also the highest and increased by 12.4% compared with the control.

Keywords Polyglutamic acid; Algae extract; Humic acid; Salt migration; Wheat yield

鹽堿地的修復改良及其作物高產一直是國內外研究的難點和熱點。我國鹽堿地面積約為9 913×104 hm2，且鹽堿化日趨嚴重[1]。鹽堿地化學、物理、水利改良以及近年廣泛使用的生物改良，存在著污染環境、返鹽、成本高、見效慢等問題，因此很多研究者提出因地制宜綜合施策改良方法。

有機酸土壤調理劑中的活化腐植酸能夠有效改善土壤結構、增強土壤肥力、促進團粒形成、蓄水保墑[2]。土壤保水劑中的聚谷氨酸是由微生物合成的生物可降解高分子材料[3]，其最大吸水倍數比目前市售聚丙烯酸鹽類吸水樹脂高1倍以上，對土壤水分的吸收倍數為30～80 倍[4];保水劑中的海藻提取液含有海藻多糖、藻朊酸、高度不飽和脂肪酸和多種天然植物生長調節劑，具有很高的生物活性，能夠調節內源激素的平衡[5]，其良好的保水性也具有開發成為鹽堿地保水劑的巨大潛力。本試驗根據濱州鹽堿地土壤情況因地制宜將聚谷氨酸與海藻提取液、腐植酸復配整合，開發鹽堿地專用保水劑和有機酸土壤調理劑，并對其進行田間效果評價，分析其在鹽堿地土壤中鹽分遷移控制、肥料利用率、小麥產量提升方面的效果，以期為研發鹽堿地改良綜合高效的復配保水劑和有機酸土壤調理劑提供理論依據，為提高鹽堿地耕作經濟效益提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試肥料：市售施可豐海藻酸復合肥（N∶P∶K=18∶18∶18）。

供試保水劑：按照海藻提取液∶聚谷氨酸發酵液=1∶1比例配制。海藻提取液、聚谷氨酸發酵液由本實驗室自行制備。

供試有機酸土壤調理劑：以醋渣、腐植酸等為主要原料制粒而成，有機質含量≥45%，NPK含量≥5%。

供試小麥品種：濟麥20。

試驗器材：土鉆、電導率儀、標識牌、研缽等。

1.2 試驗地概況

試驗地位于黃河三角洲（濱州）國家農業科技園區，屬中度、輕度鹽堿地。中度鹽堿地耕層有機質含量14.02 g/kg、含鹽量2.90 g/kg;輕度鹽堿地耕層有機質含量14.45 g/kg、含鹽量1.67 g/kg。

1.3 試驗方法

從2018年9月20日至2019年6月20日在黃河三角洲（濱州）國家農業科技園區開展有機酸土壤調理劑和保水劑田間效果試驗。試驗設4個處理，具體處理方式及用量見表1。隨機區組排列，重復3次，小區面積100 m2。小麥按照300 kg/hm2播種量機播，同時施375 kg/hm2海藻酸復合肥作底肥。試驗組A施加有機酸土壤調理劑，試驗組B在施加有機酸土壤調理劑的同時添加保水劑，對照組、試驗組A和試驗組B分別在開春追肥海藻酸復合肥225 kg/hm2。小麥種植0、90、180、270天取土樣，分析鹽分和有機質含量變化。收獲時每個試驗組統計每公頃穗數、穗粒數、千粒重，單收記產。

1.4 保水劑及其原料制備

1.4.1 聚谷氨酸制備所用發酵菌種地衣芽孢桿菌A1-11為本實驗室自行分離保存菌株。

種子培養基：蛋白胨10 g/L、牛肉膏5 g/L、氯化鈉5 g/L、葡萄糖10 g/L，121℃滅菌20 min。培養條件：37℃、180 r/min培養13 h，OD值6左右、pH<8.0時下搖床。

發酵培養基：酵母膏60.0 g/L、谷氨酸44.0 g/L、氯化鈉15.0 g/L、氯化鈣1.5 g/L、硫酸鎂1.5 g/L、葡萄糖36.0 g/L，pH值6.5，121℃滅菌20 min。培養條件：接種量按照5%，培養溫度37℃，轉速200 r/min，培養時間40 h。

1.4.2 海藻提取液制備稱取100 g海帶洗凈、粉碎成小塊，按1∶20加水2 L，再按2∶1比例加入氫氧化鈉、碳酸鈉，調節體系pH值12.0左右，90℃攪拌60 min，冷卻后用HCl調節pH值至6.5～7.5之間，10 000 r/min離心取上清備用。

1.4.3 保水劑制備聚谷氨酸發酵液和海藻提取液按1∶1（W/W）比例混合攪拌均勻，并調節pH值在6.5～7.5之間，即為保水劑。

1.5 有機酸土壤調理劑制備

按照醋渣（含水率35%，pH值3.5）400 kg、活化腐植酸（產地云南，總腐植酸52.7%，游離酸32.4%）200 kg、木薯渣（含水40%）400 kg、黏土50 kg制粒，即為有機酸土壤調理劑，具體指標見表2。

1.6 土壤鹽分含量和有機質測定

有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀、鹽離子等指標測定參照鮑士旦[6]的方法進行。土壤鹽分含量測定采用土∶水=1∶5配制成溶液，檢測溶液電導率，代入線性方程換算出土壤含鹽量。

1.7 小麥測產

根據農業農村部印發的《全國糧食高產創建測產驗收辦法》實收測產。

1.8 數據處理

試驗數據用?Origin、Microsoft Excel軟件進行處理和作圖。

2 結果與分析

2.1 聚谷氨酸和海藻提取液不同配比的控鹽效果

聚谷氨酸作為一種高水膨脹性的高分子化合物，能夠減緩鹽堿地水分蒸發[7]。海藻提取液富含大量有益元素，對作物生長有促進作用[8]。前期通過模擬鹽堿地條件，按照圖1A所示土柱裝置進行預試驗，探究聚谷氨酸和海藻提取液按照10∶0、3∶7、1∶1、7∶3、0∶10分別配比不同時段的控鹽效果（圖1B）。其中130 h時空白組的含鹽量為10 g/kg，兩者1∶1配制的含鹽量最少為7.15 g/kg，控鹽率達到28.5%。因此大田試驗的保水劑采用海藻提取液∶聚谷氨酸=1∶1的比例進行配制。

另外，圖1B中A為空白，B、C、D、E、F分別為海藻提取液∶聚谷氨酸=1∶1、7∶3、3∶7、10∶0、0∶10時的電導率。

2.2 不同處理土壤鹽分的變化

通過檢測電導率來監測鹽堿地的鹽分變化，結果（圖2）表明，隨時間推移，水分蒸發量增加，土壤鹽分含量一直增加。270天時，空白組輕度鹽堿上層土壤的含鹽量增加最多，其次為空白組中度鹽堿上層，較0天分別增加190.3%和143.0%，施加保水劑的試驗組B增加最少（圖2A、C）;中度鹽堿下層土壤的控鹽效果也是試驗組B最好，較空白組鹽分降低23.0%（圖2D）;輕度鹽堿下層土壤的控鹽效果相對較差，試驗組B較空白組鹽分只降低19.9%（圖2B）。土壤鹽分的減少趨勢：試驗組B>試驗組A>對照組>空白組，這充分證明本試驗制備的保水劑能夠減緩土壤鹽分的遷移，減輕小麥過高鹽分侵害。

2.3 不同處理土壤有機質含量的變化

由表3可以看出，小麥播種（0天）至生長到270天，土壤有機質含量一直處于下降趨勢，空白組的降幅更大，試驗組B下降相對較小。與空白組相比，270天時有機質含量提高最多的為中度鹽堿上層土壤，試驗組B提高32.9%。這說明保水劑在鹽堿度越高的土地上應用效果相對越好。

2.4 不同處理小麥產量表現

測產結果（表4）表明，開春追肥輕度鹽堿地只增產0.75%，中度鹽堿地增產3.60%，說明鹽堿地小麥生長過程中需要追肥。和空白組相比，輕度鹽堿地有機酸土壤調理劑的試驗組A和再施加保水劑的試驗組B，小麥穗粒數分別增加4.55%和7.58%。與空白組相比，試驗組B增產效果最明顯，輕度鹽堿地增產9.17%，中度鹽堿地增產15.73%;試驗組A輕度鹽堿地增產5.67%，中度鹽堿地增產7.70%。

通過檢測土壤氮磷鉀含量計算肥料利用率，結果顯示，空白組肥料利用率最低，試驗組B最高，且比空白組提高12.4%，這和其增產效果相符。

3 討論與結論

鹽堿地由于土壤板結、肥力低、營養元素缺乏及微生物數量少、活性低，導致作物吸水困難、礦質營養供給失衡，抑制有益微生物對養分的有效轉化[12]。傳統的鹽堿地改良方式效果單一、持續時間短，容易造成二次污染[10]。因此鹽堿地的改良需要采取綜合治理措施，在抑制鹽分遷移的同時也為作物生長提供營養物質，提高土壤肥力，增加土壤通透性，提高作物肥料利用率。

近年來使用PGA作為保水劑的研究越來越多，王傳海等[13]研究發現PGA的最大自然吸水倍數可達到11 084倍。腐植酸是經過長期的物理化學和生物作用形成的復雜有機物，能夠促進土壤團粒的形成，增加土壤通透性，同時能夠活化土壤磷素，促進作物對磷的吸收和利用[11]。楊海波等[14]研究表明，腐植酸能夠增加土壤有機物含量，提高土壤微生物含量。海藻提取液中含有海藻多糖、藻朊酸、高度不飽和脂肪酸和多種天然植物生長調節劑，具有很高的生物活性，刺激植物體內非特異活性因子的產生，調節內源激素的平衡[5]。李玉鵬[15]研究表明，施加海藻酸的大豆株高和分枝數均高于空白對照，同比增產10.64%。因此本研究在有機酸土壤調理劑中加入了腐植酸、海藻提取液為作物生長提供有機物質，提高土壤生物活性。

本研究所制備的保水劑可以顯著降低土壤鹽分，減少因水分蒸發導致的地表鹽分積累及隨季節的波動變化;所制備有機酸土壤調理劑能夠顯著降低鹽堿地pH值，增加土壤有機質含量，為作物生長提供有機養分。兩者聯合施用田間試驗表明，與空白組相比，試驗組B輕度、中度鹽堿土的含鹽率分別減低19.9%和42.0%，土壤有機質含量分別增加23.4%和29.2%，小麥分別增產9.17%和15.73%;其肥料利用率也最高，比空白組高12.4%。

需要指出，雖然復配的保水劑和有機酸土壤調理劑能夠改良鹽堿地、提升耕作經濟效益，但卻沒有做到排鹽和脫鹽，后續還應加強這方面研究。

參考文獻：

[1] 杜康瑞，段喜明，趙晉忠，等. 鹽堿地改良劑與肥料混施對土壤pH值及玉米生長發育的影響[J]. 華北農學報，2019，34（3）：180-185.

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