菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑對鹽堿地改良效果及玉米產(chǎn)量的影響

王勤禮, 閆 芳, 陳 璐, 熊 鷹,3, 張文斌, 華 軍

(1.河西學(xué)院甘肅省食用菌菌糠資源化利用工程研究中心,甘肅張掖 734000; 2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院,甘肅張掖 7340000;3.臨澤縣奮君礦業(yè)有限公司,甘肅臨澤 734207; 4.張掖市經(jīng)濟作物技術(shù)推廣站,甘肅張掖 734000)

目前我國鹽漬化面積大約為0.35×109hm2[1-2]。河西走廊地處我國西北內(nèi)陸,降水量少,蒸發(fā)量大,獨特的氣候條件造成土壤鹽堿化及次生鹽堿化十分嚴重,現(xiàn)有鹽堿地179.8萬hm2左右[3]。因此,鹽堿地改良已成為該區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和守牢耕地紅線、實現(xiàn)糧藏于地戰(zhàn)略的首要任務(wù)。

目前鹽堿地改良方法有水利工程、化學(xué)調(diào)理、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)方法[4]。不同措施均有一定改良作用,但其改良效果不同。利用鹽堿地調(diào)理劑改良鹽堿地是目前較為普遍的改良措施,常用的調(diào)理劑有鈣類物質(zhì)、酸性物質(zhì)和有機物料類[5]。但不同調(diào)理劑對鹽堿地改良效果差別較大。

菌糠富含有機質(zhì)和多種礦質(zhì)元素,還有殘余菌絲體。大量試驗表明,菌糠可降低鹽堿地pH值和電導(dǎo)率,改善鹽堿地物理性質(zhì)[6-8]。凹凸棒石具有較好的吸附性、離子交換性、緩釋性、抗鹽性等特性,研究表明,凹凸棒石對鹽堿地土壤改良具有重要作用[9-11]。但有關(guān)菌糠和凹凸棒石2種材料復(fù)合對鹽堿土壤改良效果目前報道的較少。本研究基于2種材料的協(xié)同與功能互補作用,選用前期研究篩選的最佳配方,探索其對河西走廊鹽堿地改良效果及對玉米生長和產(chǎn)量影響,以期為河西走廊鹽堿地改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設(shè)在臨澤縣板橋鎮(zhèn)板橋村二社李義聰承包地內(nèi)(111°E,40°N),該地海拔1 450 m,年均降水量97.4 mm,年均蒸發(fā)量2 300 mm左右,年均氣溫8.6 ℃,全年無霜期148 d左右。試驗地前茬為玉米,試驗前測定土壤理化性質(zhì),結(jié)果見表1。

表1 試驗區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗材料

供試作物:玉米,品種為沈單10號,由臨澤縣農(nóng)技中心提供。

供試材料:菌糠為姬菇菌糠,由張掖貫黨珍稀菇業(yè)有限公司提供;凹凸棒石、石膏和菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑均由奮君礦業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計,3次重復(fù),小區(qū)面積 48 m2。試驗共設(shè)3個處理,分別為:T1(75%菌糠+25%凹凸棒石+微生物復(fù)合菌劑)、T2(石膏)、對照CK(不施調(diào)理劑)。

1.4 試驗方法

2021年4月24日播種,行距0.45 m,密度 67 500株/hm2。播前整地、施肥、鋪膜。9月21日考種。菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑和石膏結(jié)合春季整地一次性施入。試驗管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)玉米管理保持一致。

1.5 測試方法

1.5.1 土壤理化性質(zhì)測定

1.5.1.1土壤物理性質(zhì)測定 采用環(huán)刀法測定土壤容重和孔隙度[12]。

1.5.1.2 土壤化學(xué)性質(zhì)測定 土壤pH值采用玻璃電極法測定,土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀測定,水土質(zhì)量比均為5 ∶ 1。土壤其他理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)化分析》測定[13],采用重鉻酸鉀容量法測定土壤有機質(zhì)含量、乙酸銨交換法測定陽離子交換量(CEC)、原子發(fā)射光度法測定交換性鈉離子濃度。堿化度(ESP)=交換性鈉離子濃度/陽離子交換量。

1.5.2 出苗率 在苗期,每小區(qū)選3個點,在每個樣點的單行上連續(xù)數(shù)取20個播種穴并統(tǒng)計幼苗數(shù)量,計算出苗率。3個點的平均出苗率為小區(qū)出苗率。

1.5.3 玉米產(chǎn)量性狀測定 產(chǎn)量性狀:收獲時,每小區(qū)隨機選取20個果穗測定禿頂長度、行粒數(shù)、行數(shù)、百粒質(zhì)量。小區(qū)產(chǎn)量即實收產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

Excel軟件整理數(shù)據(jù)與繪圖,DPS 19.5統(tǒng)計軟件方差分析,差異顯著性測驗采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對土壤物理、化學(xué)性質(zhì)的影響

2.1.1 不同處理對土壤物理性質(zhì)的影響 土壤容重是土壤結(jié)構(gòu)的主要指標。圖1表明,各處理容重在玉米全生育期變化不大,在玉米生長不同階段各處理雖有差異,但處理間均沒達到顯著差異水平。由此表明,各處理對土壤容重影響不大。

孔隙度決定土壤的透氣性、通氣性和保水性。由圖2可知,T1孔隙度在全生育期變化不大,但高于T2和CK,9月3日與T2間差異顯著,9月20日與CK、T2間差異顯著;T2和對照間差異不顯著。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能增加土壤孔隙度,石膏對土壤孔隙度影響不大。

2.1.2 不同處理對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.1.2.1 不同處理對土壤pH值和電導(dǎo)率的影響 圖3表明,不同時期不同處理的pH值差異不顯著。T1和T2的pH值整體呈下降趨勢,CK的pH值變化無規(guī)律,但在9月20日,各處理的pH值都接近于原始pH值。由此說明,各處理對pH值影響較低。

圖4表明,各處理土壤電導(dǎo)率在全生育期變化較大。6月16日,CK電導(dǎo)率最高,為1 512 μS/cm,其次T2,電導(dǎo)率為762 μS/cm,T1電導(dǎo)率最低,為 452 μS/cm;T1較CK降低了70.11%,二者差異極顯著,T2較CK降低了49.6%,二者差異顯著,T2與T1差異不顯著。7月8日、9月3日,CK和T1、T2間差異顯著,T1和T2間差異不顯著。8月4日,CK與T1差異顯著,與T2差異不顯著。9月20日,T1電導(dǎo)率最低,為467.67 μS/cm,CK電導(dǎo)率最高,為859 μS/cm,T1較CK降低了45.56%,與CK差異顯著;T2電導(dǎo)率為730.67 μS/cm,較CK降低了14.94%,但二者差異不顯著,與T1差異顯著。CK的電導(dǎo)率在全生育期均高于T2和T3。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑和石膏均能顯著降低土壤電導(dǎo)率,尤其是菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑,在玉米生長前期降低土壤電導(dǎo)率效果非常顯著。

2.1.2.2 不同處理對土壤堿化度和陽離子交換量的影響 由圖5可知,6月16日,CK堿化度最高,為4.73%,其次為T2,堿化度2.27%,T1堿化度最低,為1.99%。T1堿化度較CK降低了2.74百分點,差異達極顯著水平,T2較CK降低2.46百分點,二者存在著極顯著差異,T1和T2間差異不顯著。7月8日以后,雖然CK的堿化度均高于T1和T2,但差異不顯著。由此表明,菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑和石膏在玉米生育前期均能降低土壤堿化度。

由圖6可知,全生育期T1的陽離子交換量最高,但在整個生育期呈下降趨勢。6月16日,T1的陽離子交換量最高,達13.10 cmol/kg,CK最低,為10.90 cmol/kg,較CK增加20.18%,T2與T1、CK間差異不顯著。7月8日,T1和T2間差異顯著。8月4日、9月3日,T1和T2、CK間差異顯著。9月20日,T1和T2、CK間差異不顯著。全生育期,T2和CK間差異不顯著。由此表明,鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑能改良土壤,提高土壤的保肥能力。

2.1.2.3 不同處理對土壤有機質(zhì)含量的影響 由圖7可看出,整個生育期,T2和CK有機質(zhì)含量低于T1。6月16日,T1和T2、CK間有機質(zhì)含量變化不大,7月8日以后,T2和CK有機質(zhì)含量顯著低于T1。9月20日收獲時,T1有機質(zhì)含量達 18.88 g/kg,較CK增加2.87 g/kg。T2和CK間有機質(zhì)含量在全生育期變化不大,二者差異不顯著。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能顯著提高土壤有機質(zhì)含量。

2.2 不同處理對玉米出苗率的影響

出苗率是作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)。由表2可知,T1出苗率平均96.16%,為最高,CK的出苗率最低,平均為52.69%,T1較CK的出苗率增加了43.47百分點,二者差異極顯著。T2的出苗率平均為78.59%,較CK的出苗率增加了25.90百分點,較T1的出苗率降低了17.57百分點,三者間差異極顯著。

表2 不同處理對出苗率的影響

2.3 不同處理對玉米經(jīng)濟性狀和產(chǎn)量的影響

由表3可知,T1的百粒質(zhì)量最高,較CK增加11.15 g,增幅達42.85%;T2和CK的百粒質(zhì)量差異小。CK的禿頂長度最長,為2.55 cm,較T1增加了1.49 cm,增幅140.57%;T2的禿頂長度略低于CK。T1的行粒數(shù)高于CK 7粒,較T2增加5粒。T1和T2的行數(shù)相同,較CK增加了2行。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑能明顯改善玉米經(jīng)濟性狀。

表3 不同處理對經(jīng)濟性狀的影響

表4表明,不同處理間產(chǎn)量差異顯著。T1小區(qū)產(chǎn)量最高,達56.31 kg,較CK增加29.04 kg,增產(chǎn)106.49%,差異極顯著,較T2增產(chǎn)34.23%,差異顯著。T2產(chǎn)量較CK增產(chǎn)53.83%,差異顯著。由此表明,鹽堿地增施菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑,可顯著提高玉米產(chǎn)量。

表4 不同處理對產(chǎn)量的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 不同處理對土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重受母體材料、氣候、生物作用和耕作條件的綜合影響,土壤容重通常是微弱變化的[14]。本試驗結(jié)果表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑對土壤容重有一定影響,總體上降低了土壤容重,但變化不大,這和前人研究結(jié)果[14]相似。

土壤孔隙度是反映土壤結(jié)構(gòu)的重要指標之一。本試驗結(jié)果表明,在玉米生長前期,各處理對土壤孔隙度影響不大,在收獲后期,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑對土壤孔隙度有顯著影響,可增加土壤孔隙度,是由于菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑含有較高的有機質(zhì)和活性菌,隨著作物生長,對土壤質(zhì)地有所影響,增加了土壤孔隙度。

3.2 不同處理對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

土壤pH值是評價土壤鹽堿化程度的一個重要指標。張玉鳳等發(fā)現(xiàn),增施鹽堿土壤改良劑,可降低土壤pH值[15]。張發(fā)勝等認為,石膏基鹽堿地土壤調(diào)理劑可降低土壤pH值[16]。本試驗結(jié)果表明,各處理對pH值影響不大,與以上研究結(jié)果有差異,原因有待于進一步研究。

土壤電導(dǎo)率可反映土壤水溶性鹽含量。孫澤文研究表明,原位超穩(wěn)礦化法可大幅度降低土壤電導(dǎo)率[17]。本試驗結(jié)果表明,菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑和石膏均能顯著降低土壤電導(dǎo)率,尤其是菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑,在前期降低土壤電導(dǎo)率效果非常顯著,與上述研究結(jié)果相一致。

土壤肥力的重要指標之一是有機質(zhì)含量。王涵等研究結(jié)果表明,增施不同調(diào)理劑可提高土壤有機質(zhì)含量[18]。郭天云等在研究中發(fā)現(xiàn),施用磷石膏可提高土壤有機質(zhì)含量[19]。本試驗結(jié)果表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑提高了土壤有機質(zhì)含量,與上述研究結(jié)果相一致,主要是由于菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑本身含有較高的有機質(zhì)和微生物菌劑,可增加土壤有機質(zhì)含量。增施石膏對土壤有機質(zhì)含量影響不顯著。

增施鹽堿地調(diào)理劑可降低土壤堿化度,提高陽離子交換量[20-22]。本試驗結(jié)果表明,在玉米生長前期,增施菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能降低土壤堿化度,提高陽離子交換量,主要是由于凹凸棒石的吸附性和離子交換能力強。增施石膏在玉米生長前期能降低堿化度,對陽離子交換量影響不大,原因有待于進一步研究。

3.3 不同處理對玉米出苗率和產(chǎn)量的影響

出苗率可直接反映鹽堿地調(diào)理劑的改良效果。本試驗結(jié)果表明,施用菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑后可顯著增加玉米出苗率,這和王鼎等的研究結(jié)果[23]相似。主要是由于施用菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑后在玉米生長前期顯著降低了土壤電導(dǎo)率,從而提高了玉米出苗率。

施用鹽堿地調(diào)理劑可提高作物產(chǎn)量。徐國鳳等和南江寬等分別發(fā)現(xiàn),增施腐植酸后,玉米增產(chǎn)16.3%[24],油菜和玉米分別較對照增產(chǎn)15.68%和9.15%[25]。本試驗結(jié)果與以上研究結(jié)果相一致,其原因主要是施用菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑后提高了玉米出苗率,改善了土壤性質(zhì)。

由以上試驗結(jié)果可得出如下結(jié)論,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能顯著降低土壤電導(dǎo)率,對土壤容重和pH值影響較小,可增加土壤有機質(zhì)含量,在前期可降低土壤堿化度,提高陽離子交換量、玉米出苗率和產(chǎn)量。