不同土壤改良劑對油莎豆生長及風沙土速效養分含量的影響

燕建發，張仙梅，何振全，孟繁榮，蓋國勝，支金虎

不同土壤改良劑對油莎豆生長及風沙土速效養分含量的影響

燕建發1,2,3，張仙梅2*，何振全4,5，孟繁榮6,7，蓋國勝4,6，支金虎1,3*

（1. 塔里木大學 農學院，新疆 阿拉爾 843300；2. 中國農業科學院 農業資源與農業區劃研究所，北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室/農業農村部耕地質量監測與評價重點實驗室，北京 100081；3. 南疆干旱區特色作物遺傳改良與高效生產兵團重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300；4. 河北清華發展研究院，北京 100084；5. 淄博清大粉體材料工程有限公司，山東 淄博 255000；6. 清華大學 無錫應用技術研究院，江蘇 無錫 214106；7. 山東清大生態科技有限公司，山東 東營 257345）

【目的】風沙土是風成沙性母質發育的幼年期土壤，肥力低，保水保肥能力弱，利用改良劑提高風沙土肥力是其改造為農田的快速手段。研究不同改良材料對風沙土理化性質的影響及對作物生長的效應，作為研制土壤改良劑原料的依據。【方法】以風沙土和油莎豆為研究對象，設置施用有機肥、生物炭、磷礦粉、聚谷氨酸、腐殖酸5種改良劑進行盆栽試驗。【結果】生物炭對油莎豆的葉長和葉綠素含量的增幅最大，分別為60.67 cm、76.70，聚谷氨酸對油莎豆的分蘗數增加最多，為12個。另在不同改良劑的處理下風沙土的理化性質均發生明顯改變。有機肥處理對風沙土的有機質和有效磷、速效鉀含量的增加效果最好，分別為5.77 g/kg和158.60 mg/kg、277.27 mg/kg；腐殖酸處理對風沙土的堿解氮含量和土壤陽離子交換量增加效果最好，分別為34.53 mg/kg、3.33 cmol/kg。【結論】在不同改良劑處理風沙土研究中發現，生物炭對油莎豆生長的作用效果最佳，有機肥對風沙土速效養分含量的改良效果最佳。

風沙土；油莎豆；土壤改良劑；速效養分含量；陽離子交換量

【研究意義】油莎豆（）又名虎堅果（tigernut），是集糧、油、飼為一體的作物[1]。油莎豆中淀粉、糖、蛋白質含量豐富可作為主糧補充食物來源[2]；油莎豆出油率為20%～25%，其成分與橄欖油相似，且品質高于橄欖油[3]；油莎豆葉片和油莎豆榨油后的餅粕是優質的飼料[4]。油莎豆可在干旱、沙化地帶種植，且油莎豆的根系發達分蘗能力強，對于防風固沙、保持水土、減少土地沙漠化效果顯著[5]。風沙土是典型的干旱荒漠地帶土壤，土質松散、水肥易流失，潛在養分含量低，是新疆分布面積最大的土類[6-7]。我國風沙土土地面積占國土總面積的17.93%[8]。隨著人地矛盾逐漸加劇，在治沙技術和手段取得長足進步的基礎上，人們對開發治理風沙土的要求與日俱增[9]。【前人研究進展】風沙土的改良有很多方式，有客土壓沙、增施有機肥、添加土壤改良劑等，且在生產實踐中都取得了一定的成效[10-11]。土壤改良劑種類按原料來源可分為天然改良劑、人工合成改良劑、天然－合成共聚物改良劑和生物改良劑[12]。目前，應用于沙化土地的土壤改良劑主要是天然改良劑，包括生物炭、腐殖酸、有機肥、膨潤土、凹凸棒土、天然礦物等[13]。王道涵等[14]研究表明生物炭可以改善風沙土的質量和土壤肥力。張潔等[15]研究表明生物炭能夠改善土壤的結構，釋放和保持土壤養分。【本研究切入點及擬解決的關鍵問題】目前國內外就施用有機肥、腐殖酸、生物炭等提升風沙土肥力的差異研究還未見報道，本研究通過探討上述材料提升風沙土肥力差異及對油莎豆生長的影響，為高效實現風沙土的生態修復提供依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗用風沙土取自新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣烏拉斯臺農場（42°12′N，86°20′E）。隨機采集0～20 cm的風沙土，剔除土壤樣品中植物根、石塊等雜質，自然風干，用于盆栽實驗；生物炭為庫爾勒市市售木炭加工后產物；有機肥由阿瓦提有機肥農場提供；磷礦粉、聚-γ-谷氨酸、腐殖酸由山東清大生態科技有限公司提供。供試作物為油莎豆，種子由吉林省好易收油莎豆油脂有限公司提供。供試土壤基本性質如表1所示。

表1 供試風沙土基礎理化性質

1.2 試驗設計

2022年5月至10月在新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣烏拉斯臺農場進行試驗。和靜縣海拔1 686 m，屬中溫帶大陸性干旱氣候，夏季晝長夜短，晝夜溫差大，干燥少雨。

試驗共設置7個處理：對照、有機肥（10 g/kg）、生物炭（1 g/kg）、磷礦粉（1 g/kg）、聚-γ-谷氨酸（1 g/kg）、腐殖酸（1 g/kg）和腐殖酸（2 g/kg），每個處理3次重復。試驗處理如表2所示。

塑料花盆高21.5 cm，上口徑23 cm，下口徑22 cm，每盆裝干土10 kg。將稱好的土壤改良劑與風沙土充分混合，裝入盆中。2022年5月20日播種油莎豆，每盆播種6顆，出苗后，每盆定苗3顆，所有盆栽的管理方式一致。油莎豆成熟后，采摘油莎豆，且將盆中的風沙土混合均勻，隨機取足量風沙土，風干后過孔徑為2 mm篩，備用。

表2 試驗設計

1.3 測定方法

1.3.1 土壤理化性質測定 測定風沙土的理化性質。土壤陽離子交換量（乙酸鈉－火焰光度法）、有機質含量（重鉻酸鉀容量法－外加熱法）、堿解氮含量（堿解擴散法）、有效磷含量（碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法）、速效鉀含量（醋酸銨浸提－火焰光度計法）[16]。

1.3.2 油莎豆生長指標測定 在油莎豆成熟后，測量油莎豆的分蘗數、葉長、葉寬以及SPAD值取平均值計算，記錄植株生長情況。SPAD值：用萊恩德LD-YD型手持式植物養分速測儀測定穗位葉處SPAD值，每片葉測３次；葉長：用卷尺沿葉脈測量油莎豆葉的長度；葉寬：用卷尺測量油莎豆葉的最寬長度；分蘗數：計數每株分蘗數，取平均值。

1.4 數據分析

運用Excel 2019對試驗數據進行整理、分析及計算數值，應用Origin 2022軟件對試驗數據制作相關圖表，SPSS 27軟件對試驗數據進行單因素方差分析，并進行顯著性分析（＜0.05），得出結論。

2 結果與分析

2.1 不同土壤改良劑對油莎豆生長的影響

由表3可知，不同改良劑的添加增加了油莎豆的生長指標。在葉長方面，改良劑對油莎豆葉長的生長有促進作用，其中T2處理葉長最長，達到60.67 cm；T5處理葉長最短，為42.83 cm。T2處理較CK處理葉長增加了21.54 cm；T1、T3、T4、T5、T6處理與CK相比葉長分別增加了4.37，3.87，7.87，3.70，6.87 cm。在葉寬方面，改良劑對油莎豆的葉寬影響不顯著；在分蘗數方面，改良劑對油莎豆的分蘗數有顯著性影響，T4處理最大為12.00個，T5處理最小為8.00個，分別較對照增加6.33和2.33個。改良劑對油莎豆葉片的SPAD有明顯的改變，葉綠素含量最高的是T2處理為76.70，葉綠素含量最低的是T6處理為62.80。綜上所述，T2處理對油莎豆的葉長、SPAD影響顯著，T4處理對油莎豆的分蘗數影響顯著。

表3 油莎豆的生長指標

表中不同小寫字母表示處理之間差異顯著（<0.05）。

2.2 不同處理土壤有機質含量的變化

由圖1可知，土壤改良劑的加入增加了土壤有機質含量，T1處理的有機質含量最高是5.77 g/kg，與對照相比增長272%，存在顯著性差異；T2、T3、T4、T5、T6處理有機質含量分別為4.19、4.23、3.76、4.86、4.22 g/kg，與對照相比分別增長170%、173%、143%、214%、172%。由此可知，改良劑對風沙土有機含量的影響由大到小為：T1、T5、T3、T6、T2、T4，其中，T1處理對風沙土的有機質含量增加最顯著。

圖1 土壤有機質含量

圖2 土壤陽離子交換量

2.3 不同處理土壤陽離子交換量（CEC）的變化

CEC是指土壤膠體所能吸附各種陽離子的總量，可以作為評價土壤保肥能力的指標[17]。由圖2可知，土壤調理劑的加入增加了土壤CEC，T5處理的CEC最高是3.33 cmol/kg，相比對照增長48%，存在顯著性差異；T1處理的CEC最低是2.44 cmol/kg，與對照相比增長8%，無明顯差異。T2、T3、T4、T6處理土壤CEC分別為2.47，2.49，2.57，3.06 cmol/kg，與對照相比分別增長10%、11%、14%、36%。由此可知，改良劑對風沙土CEC的影響由大到小為T5、T6、T4、T3、T2、T1，其中，T5處理對風沙土的CEC值增加最顯著。

2.4 不同土壤改良劑對風沙土速效養分含量的影響

2.4.1 不同處理下土壤堿解氮含量變化 由圖3可知，土壤改良劑的加入增加了土壤堿解氮含量，T6處理的堿解氮含量最高是34.53 mg/kg，與對照相比增長174%，存在顯著性差異；T4處理的堿解氮含量最低是15.17 mg/kg，與對照相比增長20%，差異明顯。T1、T2、T3、T5處理的堿解氮含量分別為33.37，31.73，34.30，26.13 mg/kg，與對照相比分別增長165%、152%、172%、107%。由此可知，土壤改良劑對風沙土堿解氮含量的影響由大到小為T6、T3、T1、T2、T5、T4，其中，T6處理對風沙土的堿解氮含量增加最顯著。

2.4.2 不同處理土壤有效磷含量變化 由圖4可知，土壤改良劑的加入減小了土壤的有效磷含量，T1處理的有效磷含量最高是158.60 mg/kg，與對照相比增加了347%，存在顯著性差異；T5處理的有效磷含量最低是92%，與對照相比增加了32.81 mg/kg，有顯著性差異。T2、T3、T4、T6處理的有效磷含量分別為120.70，116.41，82.49，112.35 mg/kg，與對照相比增長241%、229%、133%、218%。土壤改良劑對風沙土中有效磷含量的影響由大到小為T1、T2、T3、T6、T4、T5，其中，T1處理對風沙土的有效磷含量增加最顯著。

圖3 土壤堿解氮含量

圖4 土壤有效磷含量

2.4.3 不同處理土壤速效鉀含量變化 由圖5可知，土壤改良劑的加入增加了土壤的速效鉀含量，T1處理的速效鉀含量最高是277.27 mg/kg，與對照相比增長89%，存在顯著性差異；T4處理的速效鉀含量最低是166.36 mg/kg，與對照相比增長14%，差異明顯。T2、T3、T5、T6處理的速效鉀含量分別為167.82，221.82，183.88，213.99 mg/kg，與對照相比分別增長15%，52%，26%，46%。土壤改良劑對風沙土速效鉀含量的影響由大到小為T1、T3、T6、T5、T2、T4，其中，T1處理對風沙土的速效鉀含量增加最顯著。

3 討論與結論

3.1 討 論

本研究對物料的用量選擇，主要根據傳統和成本。有機質成本相對低，傳統用量也相對較高；聚-γ-谷氨酸成本昂貴，傳統用量少。本研究結果表明，添加有機肥等5種不同種類的土壤改良材料，能不同程度提高風沙土有機質和速效養分含量。這與前人的研究結果一致[18-20]。其中對風沙土有機質的提升有機肥大于生物炭，這與楊宇等[21]的研究結果不一致，可能是因為本研究生物炭用量少于有機肥。畜禽糞便發酵的有機肥與腐殖酸和生物炭相比較易氧化分解，有機肥測值較高；而腐殖酸和生物炭較有機肥穩定。故有機肥在增加土壤有機質方面，有機肥作用最大。腐殖酸含羧基等活性基團相對較多，故在提高陽離子交換量方面，施用腐殖酸效果最好。前人研究表明，有機肥、生物炭、腐殖酸、磷礦粉等改良材料不僅能夠通過自身含有的速效養分增加風沙土中速效養分含量，同時可增加風沙土對氮、鉀元素的吸附作用，減少風沙土對磷元素的固定，減少風沙土中速效養分的流失，增加風沙土的速效養分含量[21-22]。聚谷氨酸高分子材料可降低土壤中水分和養分向土壤下層遷移轉運，提高耕層土壤或根系周圍的水肥含量，有效減少肥料淋失，從而提高風沙土速效養分含量[23]。本研究幾種材料影響風沙土速效氮磷鉀的速度不同，施用有機肥、生物炭、磷礦粉、腐殖酸處理都顯著提升風沙土有效磷水平；而有機肥處理可提升土壤速效鉀含量達顯著水平，這可能與風沙土氮磷含量低、有效鉀含量高的性質有關。

有機肥、生物炭等土壤改良劑添加后可以增加土壤中的養分含量，促進作物對養分的吸收，促進作物的生長[24-25]。本研究中幾種材料不同程度增加油莎豆的葉長、分蘗數和葉綠素（SPAD），而對葉寬影響不顯著。施用生物炭的T2處理顯著促進葉長和SPAD，在幾種處理中表現最好，分蘗數僅次于施用聚谷氨酸的T4處理，而對土壤養分的影響不同，對油莎豆生長影響顯然不僅僅是通過提高肥力引起，而可能由促進土壤氮的轉化等原因[26]。聚γ-PGA吸水能力強[27]，能調節土壤微生物群落變化，富集有益微生物[28]，刺激根系分蘗，故T4處理油莎豆分蘗最多。

3.2 結 論

不同土壤改良材料處理下風沙土土壤的理化性質均發生明顯改變，與對照相比，土壤改良劑配施復合肥均能增加油莎豆的葉長、分蘗數、SPAD等生長指標，生物炭對油莎豆的葉長、SPAD增加效果最佳，聚谷氨酸對油莎豆的分蘗數增加效果最佳。土壤改良劑配施復合肥均能增加土壤CEC值和有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量。有機肥對增加土壤有機質、有效磷、速效鉀含量效果最佳；腐殖酸處理對增加風沙土CEC值和堿解氮含量效果最佳。

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Effects of Different Soil Amendments on the Growth ofand the Content of Available Nutrients in Aeolian Sandy Soil

YAN Jianfa1,2,3, ZHANG Xianmei2*, HE Zhenquan4,5, MENG Fanrong6,7, GAI Guosheng4,6, ZHI Jinhu1,3*

（1. College of Agriculture, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300, China; 2. State Key Laboratory of Efficient Utilization of Arid and Semi-arid Arable Land in Northern China/Key Laboratory of Quality Monitoring and Evaluation of Cultivated Land, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100081, China; 3. Key Laboratory of Genetic Improvement and Efficient Production for Specialty Crops in Arid Southern Xinjiang of Xinjiang Corps, Alar, Xinjiang 843300, China; 4. Hebei Tsinghua Development Research Institute, Beijing 100084, China; 5. Zibo Qingda Powder Material Engineering Co., LTD., Zibo, Shandong 255000, China; 6. Wuxi Institute of Applied Technology, Tsinghua University, Wuxi, Jiangsu 214106, China; 7. Shandong Qingda Ecological Technology Co., LTD., Dongying, Shandong 257345, China）

Aeolian sandy soil is a young soil developed from aeolian sandy parent material, with low fertility and weak ability to retain water and fertilizer. Using modifiers to improve the fertility of aeolian sandy soil is a rapid means to transform it into farmland. Effects of different modifying materials on the physical and chemical properties of aeolian sandy soil and on the crop growth were studied as the basis for the development of soil amendment materials.In this study, aeolian sandy soil andwere used as the research objects, and five kinds of amendments, such as organic fertilizer, biochar, phosphate rock powder, polyglutamic acid and humic acid, were used for pot experiments.Results showed that biochar caused the greatest increase in leaf length and chlorophyll contents of, which were 60.67 cm and 76.70, respectively. Polyglutamic acid brought the greatest increase in the tiller number of, reaching 12. In addition, the physical and chemical properties of aeolian sandy soil changed significantly under the treatment of different modifiers. Organic fertilizer treatment had the best effects on the increase of organic matter, available phosphorus and available potassium in sandy soil, which were 5.77 g/kg, 158.60 mg/kg and 277.27 mg/kg, respectively. Humic acid treatment had the best effect on the increase of alkali-hydrolyzed nitrogen contents and soil cation exchange capacity of aeolian sandy soil, which were 34.53 mg/kg and 3.33 cmol/kg, respectively.Among different amendments, biochar had the best effect on the growth of, but organic fertilizer had the best effect on the improvement of available nutrient contents in aeolian sandy soil.

aeolian sandy soil;; soil amendment; available nutrient content; cation exchange capacity

10.3969/j.issn.2095-3704.2023.04.74

S156.5

A

2095-3704（2023）04-0493-07

2023-10-06

2023-10-16

國家自然科學基金項目（32260807）、河北省援疆基金項目（巴發改援疆[2021]37號）和中央公益性科研院所基本科研業務費項目（1610132020008）

燕建發（1998—），男，碩士生，主要從事植物營養與農業環境研究，yan5253jf@163.com；*通信作者：支金虎，教授，博士，zjhzky@163.com；張仙梅，副研究員，博士，zhangxianmei@caas.cn。