翟文晰, 劉增照, 郝明德, 牛育華

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100;3.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 4.陜西科技大學(xué) 陜西農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)研究院, 西安 710021)

腐植酸是動植物殘體和微生物細胞經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化，在一系列地球化學(xué)過程形成和累積的一類大分子天然有機混合物[1]。大量研究證實，腐植酸有促進植物生長、提高作物產(chǎn)量的作用[2-3]。在水稻中施用腐植酸可顯著提高株高、分蘗數(shù)、千粒重、籽粒產(chǎn)量等指標[4-5]；在小麥中施用腐植酸可以促進根系的發(fā)育和生物量的增加[6-7]。同時腐植酸對土壤物理性質(zhì)也有顯著的改良效果，如在土壤中加入腐植酸可以提高土壤總有機碳、飽和導(dǎo)水率、團聚體穩(wěn)定性等土壤物理性質(zhì)[8-9]。此外，施用腐植酸還能增加土壤團聚體含量、土壤緊實度和土壤持水能力等性質(zhì)[10]。腐植酸可以改善土壤理化性狀，促進作物的生長發(fā)育[11-12]，歸因于腐植酸含有的大量酸性功能基團和較高的陽離子交換量，可以提高土壤蓄含養(yǎng)分的能力[13-14]，腐植酸內(nèi)部復(fù)雜的微孔結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu)改善養(yǎng)分釋放。土具有肥力高、易耕作的優(yōu)點，是關(guān)中地區(qū)的主要耕作土壤。陜北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在著土壤自然侵蝕嚴重、土壤肥力有限、水分短缺等問題。加之長期高強度的耕作，產(chǎn)生土壤板結(jié)、鹽堿化、肥力下降等一系列土壤質(zhì)量問題，使得作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降[15]。合理的改良措施是解決當前問題的途徑，開展針對當?shù)刈魑锛巴寥朗┯酶菜岬难芯坑葹橹匾?。介于針對當?shù)赝寥篮妥魑锵嚓P(guān)的腐植酸研究工作較少，試驗以“開麥18”為研究對象，設(shè)置5個腐植酸固體肥施用水平，研究不同施肥水平下腐植酸對土壤物、化性狀和小麥生長的影響，擬為腐植酸肥料在土上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料方法

1.1 供試材料

試驗于2017年9月—2018年6月在陜西省富平縣施家村進行。試驗地區(qū)屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候。年均氣溫12.0 ℃，無霜期184 d。耕作制度為一年兩熟玉米—小麥輪作。年均降水量600 mm，主要集中在7—9月，常有冬旱和春旱發(fā)生。土壤類型為土，容重1.35 g/m3，總孔隙度49.6%，有機質(zhì)含量10.40 g/kg，全氮含量1.09 g/kg，全磷含量0.71 g/kg，堿解氮含量80 mg/kg，速效磷25 mg/kg，速效鉀含量17 mg/kg，pH為8.6。供試小麥品種為“開麥18”。供試肥料為腐植酸固體肥，由陜西科技大學(xué)腐植酸生態(tài)工程中心提供，游離腐植酸含量8.1%，N 8.1%，P2O58.1%，K2O 6.5%。

1.2 試驗設(shè)計和方法

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個腐植酸肥施用水平。處理1(對照)；處理2(腐植酸肥400 kg/hm2)；處理3(腐植酸肥800 kg/hm2)；處理4(腐植酸肥1 200 kg/hm2)；處理5(腐植酸肥1 600 kg/hm2)。小區(qū)面積10 m×5 m，每個處理重復(fù)3次，共15個小區(qū)。冬小麥于2017年9月27日，機械播種，播深3～5 cm，播種量為150 kg/hm2，行距20 cm，于2018年6月23日收獲。腐植酸肥在播種前施入耕層土壤，播種時一次性施入純N 180 kg/hm2，P2O5135 kg/hm2，按當?shù)亓?xí)慣實行管理措施。

1.3 土壤、小麥指標測定方法

在冬小麥成熟時期，分小區(qū)收獲、脫粒、風(fēng)干測產(chǎn)。冬小麥收獲期，每個小區(qū)中隨機選取10株，測定株高與穗長。冬小麥收獲后，用S形線路采集0—20 cm土壤，環(huán)刀法(V=100 cm3)測定土壤含水量和容重。有機質(zhì)使用重鉻酸鉀容量法—外加熱法，土壤全氮使用凱氏定氮法測定，速效磷使用硫酸—鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用NH4OAc浸提—原子吸收法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0進行數(shù)據(jù)分析，方差分析使用單因素方差分析法進行，運用事后多重比較進行顯著性檢驗，Origin 2020繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐植酸對小麥生長指標的影響

由表1可知，與對照相比，400，800，1 200，1 600 kg/hm2腐植酸肥處理的產(chǎn)量分別增加了174.76，620.86，305.32，244.20，800 kg/hm2施肥水平時產(chǎn)量最高，為4 851.9 kg/hm2，相對于對照增產(chǎn)率達14.7%，400，1 200，1 600 kg/hm2施肥處理較對照產(chǎn)量分別增加了7.2%，4.1%，5.8%。使用腐植酸肥料在各個濃度均能提高小麥的產(chǎn)量，且達到顯著性差異。單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重是冬小麥產(chǎn)量的構(gòu)成要素。與對照相比，400，800，1 600 kg/hm2施肥處理的冬小麥穗數(shù)分別增加了2.26，7.27，21.91個/m2，其中800，1 600 kg/hm2施肥處理達到顯著性差異。與對照相比，施用腐植酸肥處理穗粒數(shù)均有增加，但僅有800 kg/hm2處理達到差異顯著。400，800，1 600 kg/hm2施肥水平小麥千粒重均有所增加，并在800 kg/hm2水平小麥千粒重最大，為41.85 g，相較對照增加了1.56 g。值得注意的是，與對照相比，1 600 kg/hm2施肥處理千粒重降低了0.97 g。

表1中與對照相比，施用腐植酸肥后小麥穗長均表現(xiàn)為增加趨勢，增幅在0.21～0.93 cm，800 kg/hm2處理穗長和增幅最大，與其他處理相比差異顯著；與對照相比，施用腐植酸肥株高分別提高了8.6%，14.4%，14.9%，12.7%，處理間達顯著性差異。小麥株高在800 kg/hm2，1 200 kg/hm2濃度水平達到最大，分別為66.84 cm和67.12 cm，與其他處理相比差異顯著。施用較低濃度腐植酸肥料對小麥各項生長指標有增加作用，施用較高濃度腐植酸肥料后對小麥生長表現(xiàn)為抑制作用?；诟咚鼓Ｐ?Gauss Amp)分析腐植酸濃度對小麥生長指標的影響，得到相應(yīng)的回歸方程(表2)。由表2可知，穗數(shù)和產(chǎn)量與腐植酸的二元多項式回歸校正決定系數(shù)較小，方程擬合效果較差，穗粒數(shù)、千粒重、穗長、株高和腐植酸濃度回歸校正決定系數(shù)較大，擬合效果較好(R2≥0.7)。各擬合曲線開始均隨著腐植酸肥料施用濃度的增加表現(xiàn)為增加趨勢，其后隨著施用高濃度腐植酸肥料曲線隨即降低。根據(jù)各回歸方程計算出各指標對應(yīng)的腐植酸肥料最佳用量，根據(jù)各極值確定土中小麥施用腐植酸肥料667～1 122 kg/hm2為宜。

表1 不同處理的小麥生長指標

表2 小麥各生長指標與腐植酸濃度回歸方程模型

2.2 腐植酸肥料對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

施用腐植酸肥土壤有機質(zhì)與對照相比均表現(xiàn)為增加趨勢，增幅為0.50 ～2.05 g/kg，其中1 200，1 600 kg/hm2處理分別提高了1.72 g/kg,2.05 g/kg，與對照相比達到顯著性水平。施用腐植酸肥力土壤全氮整體表現(xiàn)出增加趨勢。隨著腐植酸肥料濃度的增加，土壤全氮含量先表現(xiàn)為增加，后表現(xiàn)為降低趨勢。施用腐植酸肥能增加土壤速效磷含量，1 200 kg/hm2處理速效磷較對照增加4.22 mg/kg；800 kg/hm2，1 600 kg/hm2處理速效磷含量與對照相比提高了18.2%和15.2%；除1 600 kg/hm2處理，土壤速效磷隨著施用腐植酸肥料濃度的增加而增加。800，1 200，1 600 kg/hm2處理速效鉀含量與對照相比差異顯著，各處理間差異顯著。800，1 200，1 600 kg/hm2處理速效鉀含量與對照相比分別增加了4.55 mg/kg，8.51 mg/kg，12.55 mg/kg。各處理土壤pH隨著腐植酸施用濃度的增加，表現(xiàn)為降低的趨勢，與對照相比，施用腐植酸肥均降低了土壤pH，降幅為0.13～0.19，且達到顯著水平(表3)。

表3 腐植酸施用量對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3 腐植酸對土壤物理特性的影響

施用腐植酸肥料能降低土壤容重，提高土壤總孔隙度和田間持水量(圖1—2)。施用腐植酸肥的處理土壤總孔隙度增幅為2.78～6.28%，1 600 kg/hm2施肥處理的總孔隙度最高，為59.07%，與其他處理相比差異顯著，隨著腐植酸肥料施用濃度的增加，土壤總孔隙度隨之增加。與對照相比，施用腐植酸肥土壤田間持水量顯著增加，1 600 kg/hm2施肥處理的土壤田間持水量最高，達28.03%，較對照增加5.65%。同樣的，隨著腐植酸肥料施用濃度的增加，田間持水量隨之增加。與對照相比，腐植酸肥處理的土壤容重均有所降低，降幅為0.08～0.17 g/cm3,1 600 kg/hm2施肥處理的土壤容重最低，為1.18 g/cm3，較對照降低了0.17 g/cm3。土壤孔隙度、田間持水量和容重3個土壤物理指標，均表現(xiàn)為隨著腐植酸肥料施用量的增加，呈現(xiàn)出單純的增減趨勢。

圖1 腐植酸施用量對土壤孔隙度、田間持水量的影響

圖2 腐植酸施用量對土壤容重的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

施用腐植酸肥料對土壤中養(yǎng)分指標整體呈增加趨勢，隨著腐植酸肥料施用濃度的增加土壤速效磷、速效鉀、有機質(zhì)等指標均相應(yīng)增加。土壤中全氮含量在腐植酸肥料較低施用水平隨之升高，在高濃度施用水平全氮含量下降。Bama等[25]認為，腐植酸的施用量與土壤中的N，P和K的釋放呈線性相關(guān)關(guān)系，即在一定閾值范圍內(nèi)，腐植酸的加入可能會促進土壤中氮的硝化和揮發(fā)以及磷向易溶態(tài)解析。試驗中土壤全氮隨著腐植酸施用量的增加而增加，這個過程可能是因為腐植酸的加入提高土壤氮素含量，隨著腐植酸施用量的增加，腐植酸對土壤中N釋放的促進作用增加，以至于超過施用腐植酸對土壤養(yǎng)分的增加作用。對土壤磷和鉀并沒有表現(xiàn)出相同的現(xiàn)象，究其可能是因為腐植酸的添加量對養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化的影響存在差異，并且氮素在土壤中的釋放方式更多，導(dǎo)致不同養(yǎng)分的表現(xiàn)不同[26]。

3.2 結(jié) 論

土壤速效磷、速效鉀、土壤容重、田間持水量和孔隙度等指標，均表現(xiàn)出隨著腐植酸肥料施用量的增加而改善。利用小麥產(chǎn)量指標進行方程擬合，確定在土中腐植酸肥料的施用范圍在667～1 122 kg/hm2為宜。