有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土改土效應(yīng)的影響

肖占文, 閆治斌, 王 學(xué), 馬世軍, 閆富海, 秦嘉海

(1.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院, 甘肅 張掖734000; 2.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司, 甘肅 酒泉735000)

有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土改土效應(yīng)的影響

肖占文1, 閆治斌2, 王 學(xué)2, 馬世軍2, 閆富海2, 秦嘉海2

(1.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院, 甘肅 張掖734000; 2.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司, 甘肅 酒泉735000)

[目的] 合成有機(jī)碳土壤改良劑，為河西內(nèi)陸灌區(qū)制種玉米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。[方法] 選擇甘肅省張掖市甘州區(qū)的風(fēng)沙土，采用田間試驗(yàn)方法，進(jìn)行有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土改土效應(yīng)研究。[結(jié)果] 有機(jī)碳土壤改良劑施用量與風(fēng)沙土孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效養(yǎng)分、微生物數(shù)量、酶活性和玉米產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系；與體積質(zhì)量、pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，風(fēng)沙土體積質(zhì)量、pH值、Hg，Cd，Cr和Pb分別降低8.46%，4.87%，17.95%，27.78%，15.75%和18.03%；總孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加8.15%，23.98%，8.15%，3.16%，0.10%，2.13%和1.18%；真菌、細(xì)菌、放線菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和玉米施肥利潤(rùn)分別增加59.18%，41.75%，23.28%，57.09%，13.54%，10.71%和2 180.40元/hm2。[結(jié)論] 施用有機(jī)碳土壤改良劑，能有效地改善風(fēng)沙土理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)，提高玉米產(chǎn)量。

有機(jī)碳土壤改良劑; 風(fēng)沙土; 改土效應(yīng)

文獻(xiàn)參數(shù)： 肖占文, 閆治斌, 王 學(xué), 等.有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土改土效應(yīng)的影響[J].水土保持通報(bào)，2017,37(3)：35-42.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.006； Xiao Zhanwen, Yan Zhibin, Wang Xue, et al. Effect of organic carbon soil amendment on sandy soil improvement[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：35-42.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.006

甘肅省河西內(nèi)陸灌區(qū)屬于干旱半干旱荒漠氣候帶，礦物巖石遭到物理風(fēng)化后，形成了大量的風(fēng)積母質(zhì)，風(fēng)積母質(zhì)經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的成土過(guò)程發(fā)育為風(fēng)沙土，經(jīng)調(diào)查河西內(nèi)陸灌區(qū)的風(fēng)沙土公布面積為8.50×105hm2，武威市主要分布在涼州區(qū)、古浪和民勤縣平原地帶；張掖市主要分布在甘州區(qū)的西城驛、紅沙窩和九龍江，臨澤縣的明水河及黃水溝和平川鄉(xiāng)、高臺(tái)的黑泉南部和合黎山北部；酒泉市主要分布在金塔、嘉峪關(guān)、玉門(mén)及安西和敦煌市。

有關(guān)風(fēng)沙土的改良利用，前人做了大量的研究工作，孫寧川等[1]研究了生物炭對(duì)風(fēng)沙土理化性質(zhì)及玉米生長(zhǎng)的影響，研究結(jié)果表明風(fēng)沙土施用生物炭能夠通過(guò)降低土壤體積質(zhì)量，提高土壤的疏松性和保水保肥性，使玉米的產(chǎn)量提高；陳伏生等[2]研究了施用泥炭對(duì)風(fēng)沙土改良及蔬菜生長(zhǎng)的影響，初步認(rèn)為泥炭能提高風(fēng)沙土的持水能力，增加土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效氮和速效磷的含量,降低土壤pH 值；馬云艷等[3]研究了泥炭和腐泥改良風(fēng)沙土前后土壤理化性質(zhì)比較，結(jié)果表明在風(fēng)沙土中施入8%～12%的泥炭明顯地改善土壤容重和pH值，增加土壤養(yǎng)分含量和物理性黏粒含量；楊文等[4]研究了風(fēng)沙土麻黃基地土壤培肥措施及肥料效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥、無(wú)機(jī)肥配施能使風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)、全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量比單施有機(jī)肥或無(wú)機(jī)肥明顯升高；宋明元等[5]研究了土壤改良措施對(duì)科爾沁風(fēng)沙土保水性及玉米生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明，施用黏土360 t/hm2時(shí)，可以提高沙土保水性及玉米的產(chǎn)量；魏自民等[6]研究了有機(jī)物料對(duì)風(fēng)沙土主要物理性質(zhì)的影響，結(jié)果表明施加有機(jī)物料能明顯降低風(fēng)沙土中沙粒的含量，提高黏粒和物理性黏粒含量和孔隙度，可以降低土壤容重；曹麗花等[7]研究了土壤結(jié)構(gòu)改良劑對(duì)風(fēng)沙土水穩(wěn)性團(tuán)聚體改良效果及機(jī)理，結(jié)果表明，PAM，β-環(huán)糊精，沃特保水劑，腐殖酸等4種土壤結(jié)構(gòu)改良劑可有效地降低風(fēng)沙土團(tuán)聚體的分形維數(shù),改善風(fēng)沙土結(jié)構(gòu),尤其沃特保水劑改良效果最明顯；齊雁冰等[8]研究了高寒地區(qū)人工植被恢復(fù)對(duì)風(fēng)沙土區(qū)土壤理化性狀的影響，結(jié)果表明，人工植被恢復(fù)對(duì)荒漠化土壤具有很好的改善作用，隨著流動(dòng)沙丘被固定，機(jī)械組成中砂粒逐漸降低，黏粒和粉粒逐漸含量逐漸提高，土壤有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量及CEC 逐漸提高，土壤pH值變化不大；攝曉燕等[9]研究了砒砂巖改良風(fēng)沙土對(duì)磷的吸附特性影響研究，結(jié)果表明，砒砂巖可顯著減小風(fēng)沙土對(duì)磷的吸附固定，提高磷肥的有效性，但隨著植物的生長(zhǎng)利用，各改良土壤中吸附磷素的釋放效果以及磷肥肥效的持續(xù)性有待進(jìn)一步。

在風(fēng)沙土改良利用研究過(guò)程中,人們采用生物炭、泥炭、腐泥、黏土、有機(jī)物料、土壤結(jié)構(gòu)改良劑、砒砂巖等改良風(fēng)沙土研究較多，而有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土改土效應(yīng)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。近年來(lái)，河西內(nèi)陸灌區(qū)雜交玉米制種面積逐漸擴(kuò)大，常年玉米制種面積穩(wěn)定在1.20×105hm2[10]，分布在河西內(nèi)陸灌區(qū)平原地帶的風(fēng)沙土被制種農(nóng)戶開(kāi)墾后種植制種玉米，目前存在的主要問(wèn)題是：風(fēng)沙土質(zhì)地粗，黏粒少，沙粒多，貯水能力弱，保肥能力差，有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量低，制種玉米產(chǎn)量低而不穩(wěn)，影響了制種農(nóng)戶和種子公司的經(jīng)濟(jì)效益。目前，市場(chǎng)上雖然有各種各樣的土壤改良劑銷(xiāo)售，但其功能單一，改土效果不太明顯。因此,研究和開(kāi)發(fā)集有機(jī)、營(yíng)養(yǎng)、保水、改土為一體的有機(jī)碳土壤改良劑迫在眉睫。本文擬針對(duì)上述存在的問(wèn)題，選擇以土壤營(yíng)養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機(jī)廢棄物組合肥、保水劑為原料，采用正交試驗(yàn)方法確定原料最佳配合比例，合成有機(jī)碳土壤改良劑，以期為河西內(nèi)陸灌區(qū)制種玉米產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2013—2015年在甘肅省張掖市甘州區(qū)沙井鎮(zhèn)古城村三社耕種風(fēng)沙土上進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔高度1 451 m， 100°15′56″E，39°05′01″N，年平均降水量116 mm，年平均蒸發(fā)量1 900 mm，年平均氣溫7.50 ℃，全年無(wú)霜期160 d，土壤類(lèi)型是耕種風(fēng)沙土[11]，0—20 cm耕作層含有機(jī)質(zhì)13.45 g/kg，堿解氮34.27 mg/kg，速效磷6.14 mg/kg，速效鉀126.57 mg/kg，pH值8.43，全鹽18.3 g/kg，土壤質(zhì)地為沙質(zhì)土，前茬作物為制種玉米。

1.1.2 試驗(yàn)材料 尿素，含N 46%，甘肅省劉家峽化工總廠產(chǎn)品；磷酸二銨，含N 18%，P2O546%，云南云天化國(guó)際化工股份有限公司產(chǎn)品；硫酸鉀，含K2O 50%，蘭州劉家峽化工有限公司產(chǎn)品；硫酸鋅，含Zn 23%，新疆先科農(nóng)資有限公司產(chǎn)品；糠醛渣，含有機(jī)質(zhì)650 g/kg，腐殖酸11.63%，全氮0.61%，全磷0.36%，全鉀1.18%，pH值2.1，粒徑1～2 mm，甘肅共享化工有限公司產(chǎn)品；腐熟牛糞，含有機(jī)質(zhì)160 g/kg，全氮0.32%，全磷0.25%，全鉀0.16%，粒徑1～2 mm，張掖市甘州區(qū)長(zhǎng)安鄉(xiāng)前進(jìn)二社奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)品；生物菌肥，有效活菌數(shù)≥2.0×109個(gè)/g，山東大地生物科技有限公司產(chǎn)品；聚乙稀醇，粒徑0.05～2 mm,蘭州新型材料有限責(zé)任公司產(chǎn)品；保水劑，吸水倍率645 g/g，民樂(lè)福民化工有限公司責(zé)任公司產(chǎn)品；土壤營(yíng)養(yǎng)劑，自配(將尿素、磷酸二銨、硫酸鋅重量比按0.64∶0.32∶0.04混合，含N 35.20%，P2O514.72%，Zn 0.92%)；有機(jī)廢棄物組合肥，自配(將糠醛渣、腐熟牛糞、生物菌肥重量比按0.60∶0.38∶0.02混合，含有機(jī)質(zhì)49.80%，N 0.46%，P2O50.29%，K2O 0.76%；玉米品系，敦玉328(F-SQ3×F-28)，由甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司研究院選育。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理

(1) 有機(jī)碳土壤改良劑配方篩選。2013年4月26日選擇土壤營(yíng)養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機(jī)廢棄物組合肥、保水劑為4個(gè)因素，選擇正交表L9(34)設(shè)計(jì)試驗(yàn)[12]，則每個(gè)因素有3個(gè)水平，共9個(gè)處理(表1)，按表中用量制成9種有機(jī)碳土壤改良劑。

表1 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

注：A為土壤營(yíng)養(yǎng)劑；B為聚乙稀醇；C為有機(jī)廢棄物組合肥；D為保水劑；括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)(t/hm2)，括號(hào)外數(shù)字為正交試驗(yàn)編碼值。

(2) 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土理化性質(zhì)和玉米效益影響的研究。有機(jī)碳土壤改良劑合成：2014年4月26日依據(jù)試驗(yàn)一篩選的配方，將土壤營(yíng)養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機(jī)廢棄物組合肥、保水劑重量比按32.20∶1.40∶965.50∶0.90混合，得到有機(jī)碳土壤改良劑產(chǎn)品，經(jīng)室內(nèi)測(cè)定，含有機(jī)質(zhì)48.09%，N 1.57%，P2O50.75%，Zn 0.03%。

試驗(yàn)處理：有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度設(shè)計(jì)為0(CK)，14，28，42，56，70，84 t/hm2共7個(gè)處理，以處理1不施肥為對(duì)照(CK)，每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

(3) 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較試驗(yàn)。2015年4月26日在純N(0.44 t/hm2)和純P2O5(0.21 t/hm2)投入量相等的條件下，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理。處理1：對(duì)照(CK,不施氮、磷、鉀肥)；處理2：傳統(tǒng)化肥(尿素0.78 t/hm2+磷酸二銨0.46 t/hm2)；處理3：有機(jī)碳土壤改良劑施用量28 t/hm2。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。。

1.2.2 種植方法 試驗(yàn)小區(qū)面積為40 m2(8 m×5 m)，每個(gè)小區(qū)四周筑埂，埂寬40 cm,埂高30 cm,試驗(yàn)地4周種植保護(hù)行，磷酸二銨、有機(jī)碳土壤改良劑在播種前施入0—20 cm耕作層做肥底，尿素分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期和開(kāi)花期結(jié)合灌水追施，追肥方法為穴施，播種時(shí)間為2013，2014，2015每年的4月26日，母本株距22 cm，父母本行距50 cm，按照1行父本，6行母本的比例方式播種。在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、開(kāi)花期、乳熟期、灌漿期分別進(jìn)行1次等量的灌水，施肥灌水需在同一天內(nèi)進(jìn)行，其他與常規(guī)制種方法相同。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法 玉米收獲時(shí)在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布5個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)按順序采集10株，測(cè)定株高、莖粗、地上部分干重、根系干重、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重。桿莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量，地上部分和根系干重采用105 ℃烘箱殺青30 min,80 ℃烘干至恒重后稱(chēng)重。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)單獨(dú)收獲，將小區(qū)產(chǎn)量折合成1 hm2產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。玉米收獲以后，分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布點(diǎn)，采集0—20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風(fēng)干15 d，過(guò)1 mm篩供室內(nèi)化驗(yàn)分析，其中土壤體積質(zhì)量、團(tuán)聚體測(cè)定用環(huán)刀采集原狀土，未進(jìn)行風(fēng)干。土壤體積質(zhì)量采用環(huán)刀法測(cè)定；土壤孔隙度采用計(jì)算法求得；>0.25 mm團(tuán)聚體采用干篩法測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測(cè)定；堿解氮采用擴(kuò)散法測(cè)定；速效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用NH4OAc3浸提—火焰光度法測(cè)定；pH值采用5∶1水土比浸提，用pH-2F數(shù)字酸度計(jì)測(cè)定，飽和持水量按公式(飽和持水量=面積×總孔隙度×土層深度)求得；毛管持水量按公式(毛管持水量=面積×毛管孔隙度×土層深度)求得；非毛管持水量按公式(非毛管持水量=面積×非毛管孔隙度×土層深度)求得；Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定；Hg采用冷原子—熒光光譜法測(cè)定；Pb采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；Cr采用分光光度法測(cè)定[13-14]；微生物數(shù)量采用稀釋平板法；脲酶測(cè)定采用靛酚比色法；蔗糖酶測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法；磷酸酶測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法[15]；邊際產(chǎn)量按公式(每增加一個(gè)單位肥料用量時(shí)所得到的產(chǎn)量減前一個(gè)處理的產(chǎn)量)求得；邊際產(chǎn)值按公式(邊際產(chǎn)量×產(chǎn)品價(jià)格)求得；邊際成本按公式(邊際施肥量×肥料價(jià)格)求得；邊際利潤(rùn)按公式(邊際產(chǎn)值減邊際成本)求得；邊際施肥量按公式(后一個(gè)處理施肥量減前一個(gè)處理施肥量)求得[16]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理方法 有機(jī)碳土壤改良劑因素間的效應(yīng)(R)和各因素的T值采用正交試驗(yàn)直觀分析方法求得。土壤理化性質(zhì)、微生物數(shù)量、酶活性、重金屬離子、玉米農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量等數(shù)據(jù)采用DPSS 10.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗(yàn)。有機(jī)碳土壤改良劑最佳施用量按公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2 c求得[17], 玉米理論產(chǎn)量按肥料效應(yīng)回歸方程式y(tǒng)=a+bx+cx2求得[18]。

2 結(jié)果分析

2.1 有機(jī)碳土壤改良劑配方確定

2013年9月26日玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)采用正交試驗(yàn)分析可知，不同因素間的效應(yīng)(R)是A>B>D>C，說(shuō)明影響玉米產(chǎn)量的因素依次是：土壤營(yíng)養(yǎng)劑(R=3.62)>聚乙稀醇(R=3.55)>保水劑(R=2.55)>有機(jī)廢棄物組合肥(R=1.01)。比較各因素不同水平的T值可以看出，TA3>TA2>TA1，說(shuō)明隨著土壤營(yíng)養(yǎng)劑施用量梯度的增加，玉米產(chǎn)量在增加,土壤營(yíng)養(yǎng)劑適宜用量一般為2.25 t/hm2；TB2>TB3>TB1說(shuō)明玉米產(chǎn)量隨著聚乙稀醇施用量梯度的增大而增加，當(dāng)聚乙稀醇施用量超過(guò)0.10 t/hm2，玉米產(chǎn)量又隨聚乙稀醇施用量的增大而降低；TC3>TC1和TC2,說(shuō)明隨著有機(jī)廢棄物組合肥施用量梯度的增加，玉米產(chǎn)量在增加,有機(jī)廢棄物組合肥適宜用量一般為67.50 t/hm2；TD2>TD1和TD3,說(shuō)明玉米產(chǎn)量隨保水劑施用量梯度的增大而增加，當(dāng)保水劑施用量超過(guò)0.06 t/hm2，玉米產(chǎn)量又隨保水劑施用量梯度的增大而降低。從各因素的T值可以看出，有機(jī)碳土壤改良劑因素間最佳組合為：A3(土壤營(yíng)養(yǎng)劑2.25 t/hm2)，B2(聚乙稀醇0.10 t/hm2)，C3(有機(jī)廢棄物組合肥67.50 t/hm2)，D2(保水劑0.06 t/hm2)，將土壤營(yíng)養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機(jī)廢棄物組合肥、保水劑重量比按0.032 2∶0.001 4∶0.965 5∶0.000 9混合，得到有機(jī)碳土壤改良劑產(chǎn)品(表1)。

2.2 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土物理性質(zhì)和持水量的影響

由2014年9月26日玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)可知，隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風(fēng)沙土體積質(zhì)量下降，體積質(zhì)量最小的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，體積質(zhì)量降低5.96%，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)碳土壤改良劑與風(fēng)沙土體積質(zhì)量之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)為-0.988(表2)。

從表2看出，有機(jī)碳土壤改良劑施用量與風(fēng)沙土總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.987、0.971和0.987。孔隙度最大的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84/hm2，與CK比較，總孔隙度和毛管孔隙度分別增加7.88%,和10.19%,差異極顯著(p<0.01)；非毛管孔隙度增加5.60%,差異顯著(p<0.05)。

有機(jī)碳土壤改良劑施用量與團(tuán)聚體之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)為0.933。團(tuán)聚體最大的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量為84 t/hm2，與CK比較，團(tuán)聚體增加10.17%，差異極顯著(p<0.01)。

有機(jī)碳土壤改良劑施用量與風(fēng)沙土飽和持水量、毛管持水量和非毛管持水量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.986、0.971和0.987。持水量最大的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量為84 t/hm2，與CK比較，飽和持水量和毛管持水量分別增加7.88%和10.19%,差異極顯著(p<0.01)；非毛管持水量增加5.60%,差異顯著(p<0.05)。

2.3 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分和pH值的影響

由表2可知，隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)在增加，有機(jī)質(zhì)含量最高的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，有機(jī)質(zhì)增加1.48 g/kg，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)碳土壤改良劑施用量與有機(jī)質(zhì)之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)為0.914。有機(jī)碳土壤改良劑施用量與風(fēng)沙土堿解氮、速效磷和速效鉀之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.988，0.996和0.964 。堿解氮、速效磷和速效鉀含量最高的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加29.18%，23.94%和12.65%，差異極顯著(p<0.01)。隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風(fēng)沙土pH值在降低，pH值最小的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，pH降低0.12，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)碳土壤改良劑與風(fēng)沙土pH值之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.993。

表2 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土理化性質(zhì)及持水量和速效養(yǎng)分的影響

注：同列不同大寫(xiě)字母表示在p<0.01水平上差異顯著；小寫(xiě)字母表示在p<0.05水平上差異顯著。下同。

2.4 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土微生物和酶活性的影響

從表3看出，隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風(fēng)沙土微生物數(shù)量在遞增，微生物數(shù)量最多的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，真菌、細(xì)菌、放線菌和菌體總量分別增加154.17%，35.89%，90.28%和56.61%，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)碳土壤改良劑施用量與風(fēng)沙土菌體總量、真菌、放線菌、細(xì)菌之間呈顯著的

正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.996，0.966，0.994和0.986。

隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風(fēng)沙土酶活性在遞增，酶活性最大的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加3.03，1.52和1.69倍，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)碳土壤改良劑施用量與蔗糖酶、脲酶和磷酸酶呈線性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.995，0.997和0.996。

表3 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土土壤微生物和酶活性的影響

2.5 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

由2014年9月26日玉米收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)(表4)可知，隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量在遞增，玉米穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量最高的是有機(jī)碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，分別增加31.73%，67.29%，29.35%和25.43%，差異極顯著(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)碳土壤改良劑施用量與穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.978，0.969，0.908和0.846。

從表4可以看出，隨著有機(jī)碳土壤改良劑施用量梯度的增加，玉米邊際利潤(rùn)由最初的3 230.20元/hm2，遞減到-1 569.80元/hm2。有機(jī)碳土壤改良劑施用量大于28 t /hm2時(shí)，邊際利潤(rùn)出現(xiàn)負(fù)值。由此可見(jiàn)，有機(jī)碳土壤改良劑適宜施用量一般為28 t/hm2時(shí)，玉米經(jīng)濟(jì)效益較好。將表4有機(jī)碳土壤改良劑施用量與玉米產(chǎn)量間的關(guān)系采用回歸方程y=a+bx+cx2擬合，得到下列方程：

y=5.780 00+0.035 16x-0.000 05x2

(1)

對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明回歸方程擬合良好。有機(jī)碳土壤改良劑價(jià)格(Px)為259.23元/t，2014年制種玉米市場(chǎng)平均價(jià)格(Py)為8 000元/t，將(Px)、(Py)、回歸方程的參數(shù)b和c，代入經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量計(jì)算公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2c,求得有機(jī)碳土壤改良劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施肥量(x0)為27.60 t/hm2，將x0代入(1)式，求得玉米理論產(chǎn)量(y)為6.71 t/hm2,回歸分析結(jié)果與田間試驗(yàn)處理3基本吻合。

表4 不同劑量有機(jī)碳土壤改良劑對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：價(jià)格(元/t)：尿素2 000；磷酸二銨4 000；硫酸鋅4 000；改性糠醛渣60；腐熟牛糞65；生物菌肥4 000；聚乙稀醇23 000；保水劑4 000；土壤營(yíng)養(yǎng)劑2 720(尿素、磷酸二銨、硫酸鋅重量比按0.640 0∶0.320 0∶0.040 0混合)；有機(jī)廢棄物組合肥140.70(改性糠醛渣、腐熟牛糞、生物菌肥重量比按0.60∶0.38∶0.02混合)； 有機(jī)碳土壤改良劑259.23(土壤營(yíng)養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機(jī)廢棄物組合肥、保水劑重量比按0.032 2∶0.001 4∶0.965 5∶0.000 9混合)。

2.6 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)風(fēng)沙土物理性質(zhì)和總持水量的影響

由2015年9月26日玉米收獲后采集耕作層0—20 cm土樣測(cè)定結(jié)果可知，不同處理風(fēng)沙土體積質(zhì)量由大到小的變化順序依次為：CK>傳統(tǒng)化肥>有機(jī)碳土壤改良劑，施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，體積質(zhì)量分別降低8.46%和9.84%，差異顯著(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，體積質(zhì)量降低1.52%，差異不顯著(p>0.05)(表5)。

從表5看出，不同處理風(fēng)沙土總孔隙度、團(tuán)聚體和總持水量由大到小的變化順序?yàn)椋河袡C(jī)碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，總孔隙度分別增加8.15%和9.76%，團(tuán)聚體分別增加23.98%和25.19%，總持水量分別增加8.15%和9.76%，差異極顯著(p<0.01)。施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，總孔隙度、團(tuán)聚體和總持水量分別增加1.49%，0.98%和1.49%，差異不顯著(p>0.05)。

表5 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)土壤物理性質(zhì)和總持水量的影響

2.7 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)及速效養(yǎng)分和pH值的影響

由表5可知，不同處理風(fēng)沙土有機(jī)質(zhì)由大到小的變化順序?yàn)椋河袡C(jī)碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，有機(jī)質(zhì)分別增加3.16%和3.44%，差異顯著(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，有機(jī)質(zhì)增加0.26%，差異不顯著(p>0.05)。不同處理風(fēng)沙土堿解氮、速效磷和速效鉀變化順序與有機(jī)質(zhì)的變化一致。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加0.10%，2.13%和1.18%，差異不顯著(p>0.05)，與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加64.22%，12.53%和14.22%，差異極顯著(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加64.05%，10.18%和12.88%，差異極顯著(p<0.01)。不同處理風(fēng)沙土pH值由大到小的變化順序?yàn)椋篊K>傳統(tǒng)化肥>有機(jī)碳土壤改良劑。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，pH值分別降低4.87%和5.21%，差異顯著(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，pH降低0.36%，差異不顯著(p>0.05)。

2.8 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)風(fēng)沙土微生物及酶活性和重金屬離子的影響

由表6可知，不同處理風(fēng)沙土微生物數(shù)量由大到小的變化順序?yàn)椋河袡C(jī)碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，真菌、細(xì)菌和放線菌分別增加59.18%，41.75%和23.28%，差異極顯著(p<0.01)，與CK比較，真菌、細(xì)菌和放線菌分別增加60.82%，44.94%和28.57%，差異極顯著(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，真菌、細(xì)菌和放線菌分別增加1.03%，2.25%和4.28%，差異不顯著(p>0.05)。不同處理風(fēng)沙土酶活性由大到小的變化順序與微生物的變化一致。施用有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加57.09%，13.54%和10.71%，差異極顯著(p<0.01)，與CK比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加60.07%，15.27%和14.82%，差異極顯著(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加1.90%，1.53%和3.70%，差異不顯著(p>0.05)。

不同處理風(fēng)沙土重金屬離子由大到小的變化順序?yàn)椋簜鹘y(tǒng)化肥>有機(jī)碳土壤改良劑>CK。施用傳統(tǒng)化肥與有機(jī)碳土壤改良劑比較，重金屬離子Hg，Cd，Cr和Pb分別增加了21.88%，38.46%，18.70%和22.01%，差異極顯著(p<0.01)，與CK比較，Hg，Cd，Cr和Pb分別增加了25.81%，42.11%，19.02%和22.97%，差異極顯著(p<0.01)；施用有機(jī)碳土壤改良劑與CK比較，Hg，Cd，Cr和Pb分別增加了3.22%，2.63%，0.26%和0.79%，差異不顯著(p>0.05)。

表6 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)風(fēng)沙土微生物及酶活性和重金屬離子的影響

2.9 有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)性狀和效益的影響

由2015年9月26日玉米收獲時(shí)測(cè)定結(jié)果(表7)可知，不同處理農(nóng)藝性狀由大到小的變化順序?yàn)椋河袡C(jī)碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，株高和生長(zhǎng)速度分別增加3.59%和3.60%，差異顯著(p<0.05)，莖粗增加9.65%，差異極顯著(p<0.01)；與CK比較，株高、莖粗和生長(zhǎng)速度分別增加17.44%，26.39%和17.07%，差異極顯著(p<0.01)。不同處理經(jīng)濟(jì)性狀由大到小的變化順序與農(nóng)藝性狀的變化一致。有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，穗粒數(shù)增加6.25%，差異顯著(p<0.05)，穗粒重增加11.38%，差異極顯著(p<0.01)，百粒重增加4.83%，差異不顯著(p>0.05)；與CK比較，穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重分別增加21.62%，35.89%和11.75%，差異極顯著(p<0.01)。不同處理玉米產(chǎn)量、增產(chǎn)值和施肥利潤(rùn)由大到小的變化順序與經(jīng)濟(jì)性狀的變化一致。有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，玉米產(chǎn)量增加5.22%，差異顯著(p<0.05),增產(chǎn)值和施肥利潤(rùn)分別增加2 720，2 180.40元/hm2。

表7有機(jī)碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比對(duì)玉米農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)性狀和效益的影響

3 討論與結(jié)論

風(fēng)沙土施用有機(jī)碳土壤改良劑后，土壤體積質(zhì)量降低，孔隙度增大，究其原因是有機(jī)碳土壤改良劑中的有機(jī)質(zhì)使土壤疏松，增大了總孔隙度，降低了體積質(zhì)量。施用有機(jī)碳土壤改良劑土壤團(tuán)聚體在遞增，分析這一結(jié)果產(chǎn)生的原因是有機(jī)碳土壤改良劑中的糠醛渣和牛糞，在土壤微生物的作用下合成了腐殖質(zhì)促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成[19-23]。施用有機(jī)碳土壤改良劑土壤飽和持水量在增加，這種變化規(guī)律與有機(jī)碳土壤改良劑中的保水劑有關(guān)。施用有機(jī)碳土壤改良劑后土壤速效氮和磷在增加，究其原因是有機(jī)碳土壤改良劑中的土壤營(yíng)養(yǎng)劑含有豐富的氮和磷。施用有機(jī)碳土壤改良劑后土壤pH值有所降低，究其原因是有機(jī)碳土壤改良劑中的糠醛渣含殘余硫酸3%～5%，降低了土壤的酸堿度。施用有機(jī)碳土壤改良劑后，風(fēng)沙土微生物和酶活性有所增加，究其原因是有機(jī)碳土壤改良劑含有有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀和鋅元素，促進(jìn)了微生物的繁殖和生長(zhǎng)發(fā)育，提高了土壤酶的活性[24]。施用傳統(tǒng)化肥與有機(jī)碳土壤改良劑比較，重金屬離子Hg，Cd，Cr和Pb含量分別增加21.88%，38.46%，18.70%和22.01%，這與長(zhǎng)期施用化學(xué)肥料有關(guān)[25-26]，土壤中重金屬離子富集與施用化學(xué)肥料有關(guān)，長(zhǎng)期施用磷肥土壤Cd含量偏高，可能影響土壤的環(huán)境質(zhì)量。

研究結(jié)果表明：影響玉米產(chǎn)量因素由大到小的順序依次為：土壤營(yíng)養(yǎng)劑(R=3.62)>聚乙稀醇(R=3.55)>保水劑(R=2.55)>有機(jī)廢棄物組合肥(R=1.01)。有機(jī)碳土壤改良劑配方為：土壤營(yíng)養(yǎng)劑∶聚乙稀醇∶有機(jī)廢棄物組合肥∶保水劑=0.032 2∶0.001 4∶0.965 5∶0.000 9。不同劑量的有機(jī)碳土壤改良劑與風(fēng)沙土總孔隙度、團(tuán)聚體、飽和持水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、玉米農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系；與風(fēng)沙土體積質(zhì)量、pH呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。有機(jī)碳土壤改良劑施用量與玉米產(chǎn)量間的回歸方程為：y=5.780 00+0.035 16x-0.000 05x2， 最佳施用量為27.60 t/hm2，玉米理論產(chǎn)量為6.71 t/hm2。不同處理風(fēng)沙土體積質(zhì)量和pH值由大到小的變化順序依次為：CK>傳統(tǒng)化肥>有機(jī)碳土壤改良劑；重金屬離子Hg，Cd，Cr，Pb含量由大到小變化的順序依次為：傳統(tǒng)化肥>有機(jī)碳土壤改良劑>CK；團(tuán)聚體、飽和持水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、微生物數(shù)量、酶活性、玉米農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量由大到小的變化順序?yàn)椋河袡C(jī)碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。在風(fēng)沙土上施用有機(jī)碳土壤改良劑，有效地改善了土壤理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)，提高了土壤持水量和有機(jī)質(zhì)含量。

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Effect of Organic Carbon Soil Amendment on Sandy Soil Improvement

XIAO Zhanwen1, YAN Zhibin2, WANG Xue2, MA Shijun2, YAN Fuhai2, QIN Jiahai2

(1.CollegeofAgricultureandBiologyTechnology,HexiUniversity,Zhangye,Gansu734000,China; 2.GansuDunhuangSeedIndustryCo.Ltd,Jiuquan,Gansu735000,China)

[Objective] Organic carbon soil amendment was compounded to provide technical support for sustainable development of maize industry in Hexi irrigation area. [Methods] The study was conducted on the effect of organic carbon soil amendment on sandy soil in Ganzhou district, Zhangye City, Gansu Province through field experiment.[Results] The amount of soil organic carbon amendment was positively correlated with indices of porosity, aggregate, water holding capacity, organic matter, available nutrients, microbial biomass, enzyme activity and maize yield, while was negatively correlated with volume weight and pH value. After organic carbon amendment was applied, soil volume weight, pH value, Hg, Cd, Cr and Pb, were all decreased by 8.46%, 4.87%, 17.95%, 27.78%, 15.75% and 18.03% as compared with the effects of conventional fertilizer; indices of total porosity, aggregate, water holding capacity, organic matter, alkali-hydro nitrogen, available phosphorus and available potassium respectively increased by 8.15%, 23.98%, 8.15%, 3.16%, 0.10%, 2.13% and 1.18%; fungi, bacteria, actinomyces, sucrase, urease, phosphatase and corn fertilizing profits increased by 59.18%, 41.75%, 23.28%, 59.18%, 13.54%, 10.71% and 2, 180.40 yuan/hm2, respectively.[Conclusion] The sandy soil physical and chemical properties and biological properties can be effectively improved by the application of organic carbon soil amendment, and the maize yield increased as well.

organic carbon soil amendment; sandy soil; soil improvement

2016-09-13

2016-10-02

國(guó)家星火計(jì)劃項(xiàng)目“敦玉系列玉米新品種制種及高效生產(chǎn)技術(shù)示范應(yīng)用(2015GA860001); 甘肅省重大科技專(zhuān)項(xiàng)“機(jī)收新品種選育及機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”(1602NKDF021); 甘肅省工程技術(shù)中心建設(shè)計(jì)劃項(xiàng)目(1306NTGF020)

肖占文(1966—),男(漢族),甘肅省金塔縣人,碩士，教授，主要從事作物栽培與土壤改良研究。E-mail:xzw2826@163.com。

閆治斌(1968—),男(漢族),甘肅省酒泉市人,碩士，研究員，主要從事土壤改良與培肥研究。E-mail:qinjiahai123@163.com。

A

1000-288X(2017)03-0035-08

S156.2