施用粉煤灰基土壤保水調理劑對冬小麥影響試驗

白廷堂畢建杰

（1.沂南縣農業(yè)技術推廣服務中心 山東沂南276300；2.山東農業(yè)大學農學院 泰安271018）

冬小麥是世界上的主要糧食作物之一，全世界有1/3以上人口以小麥為主糧[1]。穩(wěn)定面積、提高單產、改善品質、提高效益，是世界小麥生產發(fā)展的趨勢，山東省常年小麥播種面積7 800萬畝，是山東省最重要的糧食作物。小麥生產過程中化肥和農藥的過量使用，加上大水浸灌等導致小麥農田污染、土壤鹽堿化程度逐年增加，壤土也有不同程度的堿化，表現為不下雨時，土壤表層一層硬化蓋，下雨時，土壤表層黏重；同時也制約著小麥生產的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國土地平均施用化肥量超過400 kg/hm2，大大超過了美國和歐盟225 kg/hm2的標準[2]。據筆者實地到山東、河南等地調查發(fā)現，農田中化肥在土壤中的殘留相當嚴重，酸雨、硫和重金屬對土壤、農作物和水源形成污染，造成農產品中的毒害生物超標，據山東省2012年統計，化肥年施用量473.6萬t，有效灌溉面積4 986.9萬hm2，化肥施用量超過全國平均水平。要解決化肥對農產品的負面作用，就必須減少化肥的使用量。增施土壤保水調理劑、微生物肥、生物有機肥等新型環(huán)保型產品或肥料，從根本上解決化肥的污染，提高農產品的品質。粉煤灰是以煤為燃料的火力發(fā)電廠排出的廢灰渣，粉煤灰既是一種污染廢棄物，又是一種有待開發(fā)利用的潛在的資源，國內外都很重視其綜合利用技術的研究[3]；北京鴻蒙息壤科技發(fā)展有限公司研發(fā)的粉煤灰基土壤保水調理劑成品不僅能夠實現吸水和釋水的雙向過程[4]，而且可以顯著地改善試驗地土壤的物理性狀，促使土壤耕作層中的水、氣、熱、肥達到良性平衡，活躍土壤中的微生物，加速有機質分解和釋放養(yǎng)分的進程，有利于作物根系生長、吸收水分和養(yǎng)分；增加土壤營養(yǎng)元素含量，粉煤灰本身含有一定量的氮、磷、鉀、硅；粉煤灰基土壤保水劑調理劑產品能把有害的重金屬鉻、鎘、鉛、砷等變成穩(wěn)定的化合物，另外還含有豐富的鐵、鈣、鎂、鋅、鋁、硫、鈉等中量元素、微量元素，添加一定數量的腐殖酸等物質，制成土壤保水改良劑，對農作物的增產效果顯著[5]。粉煤灰基土壤保水調理劑兼有生物有機肥、硅肥的優(yōu)點，具有增產、改善農作物的品質和提高經濟效益的作用已成為肥料界的共識。我國幅員遼闊，各地的自然條件和栽培管理技術相差很大，對目前生物有機肥的種類、使用方法和技術存在很大的盲目性，迫切需要制定一個統一的行業(yè)標準。目前北京鴻蒙息壤科技發(fā)展有限公司已經完成粉煤灰基土壤保水調理劑的行業(yè)標準的制定、發(fā)布和實施，再此基礎上開展粉煤灰基的土壤保水調理劑產品的大田的農作物的種植試驗，確定不同在農作物上的施用的量、施用時期和施用效果，為我國粉煤灰基土壤保水調理劑的規(guī)模化生產、標準化應用、市場化營銷建立一套規(guī)范的操作流程。在我國，冬小麥從播種到成熟一般要經歷230～250 d，而關鍵時期在播種期前后，北方在10月常常遭遇干旱[6]，過去國內外專家學者針對冬小麥播種期的干旱問題，研發(fā)過保水劑調理劑產品，但效果都不理想，停留在實驗室階段的成果多，在生產中應用效果不佳。好的保水調理劑產品還要配套研究不同作物的需肥規(guī)律和肥料試驗，需要3～5年的時間進行大量的田間種植試驗來進行探索。本試驗歷時3年，采用北京鴻蒙息壤科技發(fā)展有限生產的粉煤灰基土壤保水調理劑生物有機肥于土壤表層施用，研究該產品對冬小麥農田的土壤水分、土壤理化特性、冬小麥的農藝性狀和產量的影響，探索小麥、玉米、馬鈴薯的節(jié)水、節(jié)肥的耕作栽培新模式、新技術、新方法，以便在國內干旱少雨的農區(qū)廣泛應用和推廣。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗分別于2018年10月至2019年6月、2019年10月至2020年6月進行。試驗地點在臨沂市沂南縣的冬小麥農田。冬小麥品種選擇山東省大面積種植的濟麥22號，濟麥22號由山東省農業(yè)科學研究院作物研究所提供。濟麥22是山東省農業(yè)科學院作物研究所以自育品系935024為母本、935106為父本通過系譜法選育的超高產、廣適、抗病、優(yōu)質小麥新品種。該品種于2006年通過山東省品種審定委員會審定，2007年通過國家審定，2010年在安徽省認定，并于2009年獲國家植物新品種保護權。安徽皖墾種業(yè)有限公司獨家買斷該品種安徽生產與經營權。濟麥22屬半冬性，中晚熟品種。幼苗半匍匐，分蘗成穗率高。旗葉深綠、上舉，抽穗后莖葉有蠟質層；株高75 cm左右，株型緊湊，莖稈韌性好、彈性強，抗倒伏；穗長方形，長芒，白殼，白粒，角質，籽粒飽滿，商品性好；在黃淮北片水地組區(qū)試中，平均穗數600萬穗/hm2，穗粒數39粒，千粒重45 g左右，單產578 kg/畝。供試的粉煤灰基土壤保水調理劑成品是由北京鴻蒙息壤科技發(fā)展有限公司提供。試驗田土壤理化指標見表1。

表1 供試土壤的理化性狀

1.2 試驗方法

田間種植試驗設置2個處理，即施用粉煤灰土壤保水調理劑和不施用對照，3次重復。粉煤灰土壤保水調理劑的施量為50 kg/畝，加施62 kg復合肥，比常規(guī)施肥減施38 kg復合肥。肥料均勻撒在土壤表面，前茬作物為玉米，玉米收獲后用農機將粉煤灰基保水調理劑成品耕翻至30～40 cm的土壤表層，再作畦、播種；對照不施用粉煤灰基土壤保水調理劑，只施用100 kg復合肥，兩者田間管理措施完全一致。試驗地5畝，在5畝試驗區(qū)里劃分出定期取樣的區(qū)點，每畝3～5個；測定項目包括土壤水分、土壤容重、土壤pH、植株高度、莖稈粗度。土壤水分和理化特性測定分別在播種前、播種后的第1周、第2周、第3周、第4周、第5周，選擇晴天上午，采取打土鉆的方法，取得0～30 cm土壤層的土壤，裝到保鮮袋中進室內試驗，計算土壤含水量；試驗時期，完全是自然條件下的狀態(tài)，記錄天氣狀況；同時在田間進行測定土壤容重、土壤pH的取樣，于室內測定。農藝性狀測定是在冬小麥的生長發(fā)育期間，定期測定株高、干物質，成熟時劃出一定數量的小區(qū)面積，測定冬小麥的穗部性狀和產量。

1.3 測定項目和方法

（1）土壤水分測定，采取土鉆法，取0～30 cm深度的土壤樣品，將取出的土壤樣品混合均勻用鋁盒裝好后，馬上蓋好蓋子，做好標記裝到保鮮袋中，盡快運到室內，用電子天平稱量，在105℃鼓風電烘箱烘8 h后取出，降至室溫稱量，計算土壤質量及含水量。

（2）土壤容重采用環(huán)刀法測定，用環(huán)刀取地表0～30 cm土壤，蓋上蓋子，用保鮮膜包好，送到室內稱量，得出土壤的容重（g/cm3），容重高，說明土壤密實、透氣性差。

（3）土壤pH采用上海精科公司生產的pHS-3C數字式電導率儀測定。

（4）小麥的干物質積累量按常規(guī)方法稱量；小麥莖稈粗細度用游標卡尺測量。

（5）小麥籽粒的容量（g/L），采用國產61-71容重儀測定。

（6）粉煤灰基土壤保水調理劑肥料的農學效率＝（施肥區(qū)產量-對照區(qū)產量）/施肥量×100。施肥的農學效率（kg/kg）是指特定施肥條件下，單位施肥量所增加的經濟產量。

試驗數據為連續(xù)2年試驗結果的平均值。

2 結果與分析

2.1 對土壤水分、土壤容重、土壤酸堿性的影響

2.1.1 對耕作層土壤水分含量的影響 由表2可以看出，在冬小麥播種前麥田土壤水分含量為16.2%，小麥播種后，每周取一次土壤進行水分測定，第1周施用處理土壤水分為15.79%，下降了0.14%，而對照下降了4.5%；第2周，施用處理下降為14.51%，對照下降為13.26%；第3周施用處理下降為12.50%，對照下降為11.28%；第4周施用處理下降為10.86%，對照下降為8.89%；第5周施用處理下降為9.98%，對照下降為7.56%。其中，第1周測定之后，試驗地塊降水量為1.5 mm，是第2周測定土壤水分上升的原因。從總的土壤水分測定結果可以看出，使用粉煤灰基土壤保水調理劑對土壤0～30 cm耕作層的土壤起到了明顯的保水效果，從播種前到播種后的第5周，在長達40多天的時間里，在試驗田沒有有效降水的嚴重干旱情況下，施用粉煤灰土壤保水調理劑的地塊，仍然保持接近10%的土壤水分，可以保持冬小麥在冬季的正常生長，處理比對照土壤水分高32.01%。如果再持續(xù)2周，土壤水分下降到5%以下，且未來2周無有效降水，冬小麥可能會發(fā)生重度干旱。

2.1.2 對土壤容重的影響 由表3可以看出，施用粉煤灰基土壤保水調理劑，明顯改善了土壤的物理性質，和對照相比，第1周土壤容重下降了0.112 g/cm3；第2周土壤容重下降了0.094 g/cm3；第3周土壤容重下降了0.090 g/cm3；第4周土壤容重下降了0.180 g/cm3；第5周土壤容重下降了0.200 g/cm3。說明粉煤灰基土壤保水調理劑不僅可以明顯起到保持耕作層土壤水分的作用，而且還起到改善土壤理化性質，降低土壤容重，增加土壤的透氣性的作用。

2.1.3 對土壤酸堿性的影響 由表4可以看出，施用粉煤灰基土壤保水調理劑的地塊土壤化學性質和對照相比，第1周土壤pH升高0.08；第2周土壤pH由5.30上升為5.75，提高了7.48%；第3周土壤pH由最初的5.30上升為5.90，提高了11.31%；第4周土壤pH由最初的5.30上升為6.20，提高 了15.89%；第5周土壤容重下降了0.20 g/cm3，土壤pH由最初的5.30上升為6.49，比對照高1.14，提高了33.86%。可見，原來酸性的土壤逐步得到了改良，酸化土壤pH逐步升高，施用處理在5周后，土壤的pH比對照提高了33.86%。粉煤灰基土壤保水調理劑是通過土壤化學變化改善土壤酸堿性的。

表2 不同處理對小麥土壤水分的影響（單位：%）

表3 不同處理對小麥土壤容重的影響（單位：g/cm3）

表4 不同處理對小麥土壤pH的影響

2.2 對小麥農藝性狀、穗部性狀、產量的影響

2.2.1 對小麥干物質的影響 由圖1可以看出，從小麥拔節(jié)期4月12日開始到小麥成熟收獲結束，粉煤灰基土壤保水調理劑可顯著提高小麥濟麥22號的干物質積累量。處理4月22日的干物質量為20.40 g，比對照高13.78%；5月4日的干物質積累為30.17 g，比對照的25.39 g高18.83%，6月8日的干物質積累量為35.90 g，比對照的31.06 g高15.58%；尤其是在5月14日的開花期，施用處理比對照提高了18.83%，這時期是小麥生長發(fā)育最旺盛的時期，這時的干物質積累量越多，越有利于小麥葉片的光合作用和光合產物的積累，為后面的產量增加奠定了物質基礎。

圖1 施用粉煤灰基土壤保水調理劑對小麥干物質量的影響

2.2.2 對小麥各器官的干物質積累量的影響 為了進一步分析處理和對照如何影響的小麥的干物質積累過程，對小麥的各器官的干物質量進行分別統計。由表5可以看出，11月15日處理的根干重比對照的高0.29 g，莖干重比對照的高0.15 g，葉干重比對照的高0.08 g；4月12日處理的各器官的干物質量也都比對照的高。施用粉煤灰基土壤保水調理劑對冬小麥各器官的干物質積累的動態(tài)變化，處理的根系4月22日為2.40 g，比對照高0.4 g，提高了20%；5月4日提高了0.46 g，提高了20.81%；6月8日，處理的提高了0.39 g，提高了13.18%；對莖稈的影響，4月22日，處理的比對照的多1.3 g，高16.46%，5月4日，處理的比對照的多1.8 g，高17.65%；6月8日處理的比對照多1.6 g，高13.11%；對葉片的影響，4月22日，處理的比對照的多1.0 g，高22.99%；5月4日處理比對照的多0.22 g，高4.91%；6月8日，處理比對照的多0.36 g，高7.35%；對穗的影響，4月22日，處理的比對照多0.67 g，高18.21%；5月4日，處理的比對照的多2.3 g，高27.06%；6月8日，處理的比對照的多2.5 g，高22.73%。處理對小麥濟麥22號的各個器官的根、莖、葉、穗的干物質積累都有明顯的促進作用；其中，處理相比對照根系、莖稈和葉片在前期的干物質量增加非常顯著，穗在中后期增加非常顯著。

2.3 對冬小麥莖稈高度和粗度的影響

2.3.1 對冬小麥莖稈高度的影響 由表6可以看出，施用粉煤灰基土壤保水調理劑對冬小麥濟麥22號的株高有一定影響，特別是在生育前期由于明顯地促進冬小麥的根系生長，吸收更多的營養(yǎng)，因而植株的高度增加迅速。4月22日調查，株高68.7 cm，高于對照（64.8 cm），增加了3.9 cm，處理促進根冠協同生長的效果顯著。

表5 不同處理對冬小麥各器官干物質積累的影響（單位：g）

表6 不同處理對小麥不同時期株高的影響（單位：cm）

開花期以后處理對株高的影響正好相反，處理的株高增加量反而小于對照，這說明冬小麥在生育中后期，粉煤灰基土壤保水調理劑含有豐富的微量元素，可明顯促進小麥的生殖生長；小麥成熟前后，處理株高75.3 cm，對照株高77.8 cm，比對照降低了2.5 cm，減少了倒伏的發(fā)生。粉煤灰基土壤保水調理劑中的活性物質有助于冬小麥的智慧生長，許多小麥品種在開花期后遭遇下雨伴隨大風，出現不同程度的倒伏，而施用了粉煤灰基保水調理劑的沒有倒伏；沂南縣2019年5月3日、2020年5月6日，試驗田都發(fā)生大風和降雨，導致對照田小麥出現不同程度的倒伏，而使用粉煤灰基土壤保水調理劑的處理田小麥植株莖稈粗壯，是沒有發(fā)生倒伏的原因。

2.3.2 對小麥各節(jié)間長度的影響 由表7可以看出，處理對小麥濟麥22號莖稈的各節(jié)間長度產生了一定程度的影響。L1為地面上第1節(jié)、L2為地面向上第2節(jié)，依次類推，L6為地面向上第6節(jié)，即穗下節(jié)間。其中L2、L3和L4的差異不大或相同，L1、L5、L6差異較大，L1處理比對照高1.9 cm，L5處理比對照短0.8 cm，L6處理比對照短3.6 cm；這說明粉煤灰基土壤保水調理劑對冬小麥莖稈的上部和下部長度產生了影響。施用粉煤灰基土壤保水調理劑有利于增加小麥莖稈L1的長度，有利于降低L5和L6的長度，特別是對L6，也就是對穗下節(jié)間的長度的影響十分明顯；使用粉煤灰基土壤保水調理劑可降低小麥L6長度19.35%，從而避免了冬小麥在極端天氣條件下發(fā)生倒伏，保證了小麥的產量和品質。

2.3.3 對小麥莖稈粗度的影響 由表8可以看出，處理可以明顯增加小麥濟麥22號莖稈L2、L3、L4的粗度，對L1和L5粗度影響較小，L2處理相比對照的莖稈粗度增加了0.48 mm，L3增加粗度0.71 mm，L4處理比對照的莖稈粗度增加0.56 mm，使用粉煤灰基土壤保水劑調理劑對小麥莖稈粗度的增加效果也十分顯著，是保證極端天氣條件下冬小麥不倒伏的另外一個因素。

2.4 對小麥產量及產量構成因素的影響

由表9可以看出，處理相比對照顯著提高濟麥22號的生物量和產量。濟麥22號的生物量處理的為19.75 g，比對照高1.9 g，高10.61%；單株穗重方面，處理比對照高2.1 g，提高了19.44%；穗粒數方面，處理比對照增加2.3粒，提高了4.83%；千粒重方面，處理比對照增加了1.7 g，增加了3.64%；籽粒容量方面，處理比對照增加了22.5 g，增加了2.95%；小區(qū)產量方面，處理比對照增加1.104 kg，比對照增加產量13.65%；畝產量方面，處理比對照增加73.61 kg，比對照增產13.65%。由此可見，施用粉煤灰基土壤保水調理劑對小麥濟麥22號的生物量、產量結構和單株穗重的影響十分明顯，對千粒重、容重、穗粒數的增加也有一定程度的促進作用，可以改善濟麥22號小麥的品質。

表7 不同處理對小麥莖稈各節(jié)間的影響（單位：cm）

表8 不同處理對小麥莖稈各節(jié)間粗度的影響（單位：mm）

表9 不同處理對小麥產量及產量構成因素的影響

2.5 粉煤灰基保水調理劑的農學效率

粉煤灰基保水調理劑的農學效率＝粉煤灰基土壤保水調理劑施用區(qū)的小麥產量-對照區(qū)的小麥產量）/施肥量×100。2年試驗平均結果為0.014 72 kg/kg，從理論上來講，施用1 kg粉煤灰基土壤保水調理劑，可實現增加小麥濟麥22號的產量0.014 72 kg/kg。農學效率是施肥增產的綜合表現，直接反映了粉煤灰基土壤保水調理劑的增產狀況。

3 結論

綜 合2018年10月 至2019年6月、2019年10月至2020年6月連續(xù)兩年度在沂南縣冬小麥濟麥22號的各項田間種植試驗結果，對試驗結果進行統計分析可知，施用粉煤灰基土壤保水調理劑對冬小麥濟麥22號的農田土壤水分、土壤理化性質、農藝性狀均產生了一定的影響，土壤保水和調理效果顯著。

3.1 對冬小麥農田土壤的水分、理化特性的影響

施用粉煤灰基土壤保水調理劑可以明顯地保持0～30 cm耕作層的土壤水分含量，連續(xù)2年都是在長達40多天無有效降水的極端天氣條件下，使用粉煤灰基土壤保水調理劑的土壤含水量保持在10.00%，而對照為7.50%左右，處理比對照高32.01%；與對照相比土壤容重下降，處理的第5周，土壤容重下降了0.16 g/cm3，土壤的pH升高1.14。

3.2 對小麥干物質積累的影響

處理相比對照可明顯促進小麥濟麥22號地下部的根系和地上部的莖稈、葉片等生長，增加小麥干物質積累量。促進小麥莖稈粗度增加，尤其對莖稈L2、L3、L4節(jié)間增粗作用明顯；促進穗部干物質積累量的顯著增加。粉煤灰基土壤保水調理劑可以明顯地促進小麥的智能生長，降低株高、增加莖粗，避免大風引起倒伏的發(fā)生，在冬小麥的中后期還能促進小麥的生殖生長，比較好地協調了小麥由營養(yǎng)生長向生殖生長的過渡，避免營養(yǎng)生長過旺引起后期貪青晚熟。

3.3 對冬小麥產量和產量構成因素的影響

在處理比對照提高小麥濟麥22號的總的生物量為基礎的前提下，可增加穗粒數、單株穗重、千粒重，提高籽粒的容重及小麥的產量。施用粉煤灰基土壤保水調理劑可提高小麥產量13.65%，表明粉煤灰基土壤保水調理劑在小麥濟麥22號上應用的增產效果非常顯著；施用粉煤灰基土壤保水調理劑可實現增產，小麥農學效率為0.014 72 kg/kg，粉煤灰基土壤保水調理劑在小麥上的增產效果明顯。

3.4 經濟效益、生態(tài)效益評價

每畝化肥用量減少了38 kg，可節(jié)約現金支出124元；播種后冬前的農田灌溉用水減少了40 m3/畝，可節(jié)約現金支出80元；小麥平均增產13.65%，增產73.61 kg/畝，可增加直接現金收入207.5元，合計每畝增加直接經濟收入411.6元。試驗示范面積2018－2019年度5畝，2019－2020年度5畝，2年試驗示范面積10畝，增加直接經濟效益4 116元。在生態(tài)效益方面，使用了粉煤灰土壤保水調理劑減少化肥使用量38%，減少地下水氨氮的積累，保護了地下水的安全和當地的生態(tài)環(huán)境，農田的病蟲草害發(fā)生減少了30%，減少農藥的使用量30%，產生巨大的生態(tài)效益。而且對當地的農田土壤起到了很好地改良作用，土壤變得疏松，團粒結構增加。

4 討論

本試驗研究的結論具有科學性、準確性和推廣應用價值，可為黃淮冬麥區(qū)乃至全國小麥種植地區(qū)的合理施用粉煤灰土壤保水調理劑提供理論支撐。但是粉煤灰基土壤保水調理劑的科學使用與土壤性質、作物類型、氣候條件、田間管理措施等都有關系[7]，可通過田間種植試驗確定該地區(qū)的粉煤灰基土壤保水調理劑使用技術規(guī)程。