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(nóng)大肥業(yè)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(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)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(qū)在內(nèi)的17個省區(qū).如何改良治理以及合理開發(fā)鹽堿地資源,是我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)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(diào)理劑研發(fā)與應用較多.腐植酸型土壤調(diào)理劑,一方面其添加的腐植酸物質(zhì),施入土壤以后可增加土壤有機質(zhì)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(diào)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(diào)理劑,研究其對濱海鹽堿地土壤性質(zhì)及小麥產(chǎn)量的影響,以期為腐植酸型土壤調(diào)理劑的應用和推廣提供理論依據(jù)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(qū)為北溫帶東亞季風區(qū)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(fā)生在夏季;年均蒸發(fā)量750~2400 mm.

該區(qū)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(nóng)業(yè)生產(chǎn).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(qū),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?shù)赜脩舻氖┓柿晳T,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(nóng)大肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)),供試腐植酸型土壤調(diào)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(nèi)采用烘干法先測定新鮮土壤樣品的含水量,然后過篩,根據(jù)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(zhì)測定方法參見《土壤農(nóng)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(diào)查畝穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重;每小區(qū)收獲1 m2計產(chǎn),籽粒經(jīng)曬干后稱重,折算出公頃產(chǎn)量.

1.4 數(shù)據(jù)分析

運用DPS7.05軟件對各處理下的土壤理化性質(zhì)及小麥產(chǎn)量參數(shù)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(zhì)的影響

表3為不同處理對鹽堿地土壤主要理化性質(zhì)的影響.土壤堿解氮、速效鉀、有效磷和有機質(zhì)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(zhì)含量無顯著影響.與T1處理相比,施加腐植酸型土壤調(diào)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(diào)理劑的T2處理能顯著增加土壤有效磷、速效鉀和有機質(zhì)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(zhì)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(zhì)[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(diào)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(diào)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(diào)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(zhì)循環(huán),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(diào)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(tài)NH4+,再經(jīng)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(diào)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(diào)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(chǎn)量構成因子及產(chǎn)量的影響

不同處理對小麥產(chǎn)量構成因子及產(chǎn)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(diào)理劑對小麥的千粒重無顯著影響.施加腐植酸型土壤調(diào)理劑后,各處理小麥穗粒數(shù)較CK均顯著提高(P<0.05),說明腐植酸型土壤調(diào)理劑可影響小麥發(fā)育;施加腐植酸型土壤調(diào)理劑小麥穗粒數(shù)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(shù)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(shù)均顯著高于CK,以T2處理畝穗數(shù)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(diào)理劑并未對小麥畝穗數(shù)產(chǎn)生較大影響.各處理間小麥的理論產(chǎn)量有顯著差異,施加基肥的4個處理產(chǎn)量較CK顯著提高,而施用腐植酸型土壤調(diào)理劑以后,產(chǎn)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(qū)域鹽堿地土壤中施加腐植酸型土壤調(diào)理劑對小麥的增產(chǎn)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(chǎn)量構成因子及產(chǎn)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(yǎng)分的轉化及有效性[17,18].前人研究發(fā)現(xiàn),土壤調(diào)理劑可改善土壤物理、化學及生物性狀,從而促進作物增產(chǎn)[19~22].本研究中,施加不同配方腐植酸型土壤調(diào)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(zhì)含量較高,對于提升土壤有機質(zhì)含量和微生物數(shù)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(chǎn)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(shù)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(diào)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(fā)現(xiàn),腐植酸可促進鹽堿條件下的小麥生長,提高小麥產(chǎn)量[25,26].本研究中,腐植酸型土壤調(diào)理劑處理小麥的理論產(chǎn)量較T1處理均有較大幅度的提高,以T4處理最優(yōu),增產(chǎn)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(diào)理劑能夠提高土壤酶活性,增加速效養(yǎng)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(zhì)積累,提高產(chǎn)量.

綜上所述,施加腐植酸型土壤調(diào)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(chǎn)量,以腐植酸+糠醛渣+硫酸鋁+硫酸鎂(T4)培肥最優(yōu),故腐植酸型土壤調(diào)理劑可考慮在北方鹽堿地土壤治理中推廣使用.