有機(jī)碳土壤調(diào)控劑對(duì)鹽化潮土理化性質(zhì)和甜菜效益的影響

邱麗華

（甘肅省張掖市肅南縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 張掖734400）

河西走廊位于甘肅省黃河以西，海拔1200～1650m，無(wú)霜期130～160d，10℃以上的有效積溫3000～4000℃，降水量小，蒸發(fā)量大，光熱資源豐富，是全國(guó)優(yōu)質(zhì)糖料生產(chǎn)基地之一[1]。近年來(lái)，由于甜菜種植面積逐漸擴(kuò)大，分布在河西走廊三大內(nèi)陸河流的鹽化潮土被農(nóng)戶開墾后種植甜菜，目前存在的主要問(wèn)題是：農(nóng)戶在甜菜施肥過(guò)程中以化學(xué)肥料為主，有機(jī)肥料為輔，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量低，土壤板結(jié)，不利于甜菜塊根膨大，甜菜產(chǎn)量低而不穩(wěn)，生產(chǎn)成本高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力差，嚴(yán)重影響著甜菜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[2-3]。因此，研究和開發(fā)有機(jī)碳（SOC）土壤調(diào)控劑是本文研究的關(guān)鍵所在。有關(guān)土壤改良劑前人研究報(bào)道的文獻(xiàn)較多[4-11]，而SOC土壤調(diào)控劑配方篩選及對(duì)鹽化潮土理化性質(zhì)和甜菜效益的影響未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文選擇聚乙烯醇[12]、SOC肥[13]、甜菜專用肥、保水劑[14-15]為原料，采用正交試驗(yàn)方法，篩選配方，在室內(nèi)合成SOC土壤調(diào)控劑產(chǎn)品，進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，以便對(duì)SOC土壤調(diào)控劑對(duì)鹽化潮土理化性質(zhì)和甜菜效益的影響做出確切的評(píng)價(jià)。

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2015—2017年在甘肅省酒泉市肅州區(qū)鏵尖鄉(xiāng)漫水灘村一社進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔高度1435m，年均溫7.5℃，年均降水量86mm，年均蒸發(fā)量2400mm，無(wú)霜期150d，土壤類型是鹽化潮土[16]。0～20cm 耕作層含有機(jī)質(zhì)（OM）18.47g/kg，堿解氮（AN）62.62mg/kg，速效磷（OP）6.34mg/kg，速效鉀（AK）138.71mg/kg，有效硼（AB）0.41mg/kg，有效錳（AMn） 6.72mg/kg，有效銅（ACu）1.24mg/kg，有效鋅（AZn） 0.41mg/kg，有效鐵（AFe）17.32mg/kg，有效鉬（AMo）0.10mg/kg，陽(yáng)離子交換量（CEC）11.13cmol/kg，pH 值 8.34，全鹽 2.64 g/kg，容重1.32g/cm3，總孔隙度50.19%，團(tuán)聚體24.10%，飽和持水量1003.80t/hm2，土壤質(zhì)地為輕壤質(zhì)土，前茬作物是甜菜。

1.1.2 參試材料 尿素[CO（NH2）2]：含 N 46%；磷酸二銨（DAP）：含 N 18%，P2O546%；硫酸鉀（K2SO4）：含 K 50%；硫酸鋅（ZnSO4）：含 Zn 23%；硼酸（H3BO3）：含 B 17.50%，鉬酸銨（H8MoN2O4）：含 Mo 54.3%；改性糠醛渣[17]（OM 70.23%，N 0.61%，P2O50.36%，K2O 1.18%，pH6.0～6.5，粒徑 1～2 mm）；生物菌肥（有效活菌數(shù)≥20 億個(gè)/g，粒徑 1～2 mm）；甜菜專用肥（自主研發(fā)），將 K2SO4、尿素、DAP、ZnSO4、H3BO3、鉬酸銨風(fēng)干重量比按0.5075∶0.3082∶0.1511∶0.0242∶0.0060∶0.0030 混合 （N 15.42%，P2O56.95%，K2O 25.38%，Zn 0.56%，B 0.11%Mo 0.16%）；SOC肥 （自主研發(fā)），將改性糠醛渣、生物菌肥風(fēng)干重量比按0.9800∶0.0200混合 （OM 68.83%，N 0.60%，P2O50.35%，K2O 1.16%，pH 值為 6.04～6.50，有效活菌數(shù)≥0.40 億個(gè)/g，粒徑 1～2 mm）；聚乙烯醇（粒徑0.01～2 mm）；保水劑（吸水倍率645g/g，粒徑1～2mm）；甜菜品種為張?zhí)?01（張掖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 種植方法 田間試驗(yàn)小區(qū)面積為32m2（8m×4m），小區(qū)四周筑埂，埂寬30cm，高35cm，SOC土壤調(diào)控劑、DAP、K2SO4、ZnSO4、H3BO3、鉬酸銨在播種前施入20cm耕作層，2015—2017每年的4月30日播種，株距24cm，行距50cm，分別在播種后、播種20d、生長(zhǎng)盛期、塊根膨大期各灌水1次，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)灌水量相等。

1.2.2 試驗(yàn)處理 試驗(yàn)1：SOC土壤調(diào)控劑配方確定。2015年4月30日，選擇SOC肥、保水劑、甜菜專用肥和聚乙烯醇為4種原料，每種原料設(shè)計(jì)3個(gè)梯度施用量，按正交表L9（34）設(shè)計(jì)9個(gè)處理[18]（表1）。

試驗(yàn)2：SOC土壤調(diào)控劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量研究。2016年4月30日，依據(jù)試驗(yàn)1篩選的配方，在實(shí)驗(yàn)室將 SOC 肥、保水劑、甜菜專用肥、聚乙烯醇風(fēng)干重量比按 0．9375∶0．0025∶0．0563∶0．0037 混合，得到 SOC 土壤調(diào)控劑產(chǎn)品， 經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)分析， 含 OM 58．82%，N 0．87%，P2O50．39%，K2O 1．43%，Zn 0．03%，B 0．01%，Mo 0．01%。 將合成的 SOC 土壤調(diào)控劑施用量梯度設(shè)計(jì)為 0．00（CK）、4．80、9．60、14．40、19．20、24．00 和 28．80 t/hm2共7個(gè)處理，以處理1為CK（對(duì)照），每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗(yàn)3：SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比試驗(yàn)。2017年4月30日，在純N、P2O5、K2O、Zn、B和Mo投入量相等的條件下 （純 N 208．80kg/hm2+P2O593．60 kg/hm2+K2O 343．20 kg/hm2+Zn 7．20kg/hm2+B 2．40kg/hm2+Mo 2．40kg/hm2），試驗(yàn)共設(shè) 3 組處理，處理 1：對(duì)照（不施任何肥料）；處理 2：施用傳統(tǒng)化肥（尿素 374．28kg/hm2+DAP 203．48kg/hm2+K2SO4686．40 kg/hm2+ZnSO431．30 kg/hm2+H3BO313．71kg/hm2+鉬酸銨 4．42 kg/hm2）；處理3：施用SOC土壤調(diào)控劑24t/hm2。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法 甜菜收獲時(shí)，在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按照對(duì)角線采樣方法，確定5個(gè)樣品采集點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)連續(xù)采集10株，測(cè)定農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)性狀。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)單獨(dú)收獲，將小區(qū)產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。甜菜收獲后，分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布置5個(gè)點(diǎn)，采集0～20cm耕作層土樣5kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風(fēng)干15d，過(guò)1mm篩供室內(nèi)化驗(yàn)分析（土壤容重、土壤團(tuán)聚體用環(huán)刀采集原狀土，未進(jìn)行風(fēng)干）。容重采用環(huán)刀法測(cè)定；孔隙度采用計(jì)算法求得；＞0．25 mm團(tuán)聚體測(cè)定采用干篩法測(cè)定；AN采用擴(kuò)散法測(cè)定；OP采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定；AK采用中性醋酸銨溶液浸提—火焰光度計(jì)法測(cè)定；pH采用5∶1水土比浸提，用pH—2F數(shù)字pH計(jì)測(cè)定；總持水量=（土壤面積×總孔隙度×土層深度）；毛管持水量=（土壤面積×毛管孔隙度×土層深度）；非毛管持水量=（土壤面積×非毛管孔隙度×土層深度）；鎘（Cd）采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定；汞（Hg）采用冷原子－熒光光譜法測(cè)定；鉛（Pb）采用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定；鍶（Cr）采用分光光度法測(cè)定；微生物數(shù)量采用稀釋平板法測(cè)定；蔗糖酶（INV）采用3，5－二硝基水楊酸比色法測(cè)定；脲酶（URE）采用靛酚比色法測(cè)定；磷酸酶（PHO）采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定；多酚氧化酶（PPO）采用碘量滴定法測(cè)定。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理方法 差異顯著性采用SPSS 10．0統(tǒng)計(jì)軟件分析。依據(jù)經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量計(jì)算公式x0=[（Px/Py）-b]/2c求得 SOC 土壤調(diào)控劑最佳施用量（x0）[19]，依據(jù)肥料效應(yīng)回歸方程式 y=a+bx+cx2，求得 SOC 土壤調(diào)控劑最佳施用量的甜菜理論產(chǎn)量（y）。

2 結(jié)果與分析

2.1 SOC土壤調(diào)控劑配方確定

2015年9月26日甜菜收獲測(cè)定數(shù)據(jù)（表1）可看出，不同原料間的效應(yīng)（R）是 C＞A＞B和D，說(shuō)明影響甜菜產(chǎn)量的原料依次是：甜菜專用肥（R=44．88）＞SOC 肥（R=38．05）＞保水劑（R=31．21）和聚乙烯醇（R=31．21）。 因素間最佳組合為：A2（SOC 肥 22．50 t/hm2），B1（保水劑 0．06t/hm2），C3（甜菜專用肥 1．35 t/hm2），D3（聚乙烯醇 0．09t/hm2）。 在實(shí)驗(yàn)室將SOC肥、保水劑、甜菜專用肥、聚乙烯醇風(fēng)干重量比按 0．9375∶0．0025∶0．0563∶0．0037 混合，得到SOC土壤調(diào)控劑。

表1 L （3）正交試驗(yàn)分析表

2.2 不同劑量SOC土壤調(diào)控劑對(duì)甜菜農(nóng)藝性狀、根產(chǎn)量和施肥利潤(rùn)的影響

據(jù)2016年9月26日甜菜收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)（見表2）可知，隨著SOC土壤調(diào)控劑施用量梯度的增加，甜菜農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量在遞增。SOC土壤調(diào)控劑施用量28．80t/hm2，與對(duì)照比較，葉叢高度、葉叢重量、根體長(zhǎng)度、根直徑、單株根重和產(chǎn)量分別增加 58．56%、39．58%、48．14%、39．38%、47．13%和 46．49%，差異極顯著（P＜0．01）。經(jīng)相關(guān)分析，SOC土壤調(diào)控劑施用量與葉叢高度、葉叢重量、根體長(zhǎng)度、根直徑、單株根重和產(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 0．8756、0．9365、0．9238、0．9552、0．9823 和 0．9817。SOC 土壤調(diào)控劑施用量由 4．80 t/hm2遞增到 9．60 t/hm2、14．40 t/hm2、19．20 t/hm2和 24．00 t/hm2，施肥利潤(rùn)隨著 SOC 土壤調(diào)控劑施用量梯度的增加在遞增，當(dāng)SOC土壤調(diào)控劑施用量24．00 t/hm2時(shí)，施肥利潤(rùn)達(dá)最大，當(dāng)SOC土壤調(diào)控劑施用量超過(guò)24．00 t/hm2時(shí)，施肥利潤(rùn)開始遞減，由此可見，SOC土壤調(diào)控劑適宜施用量一般為24．00 t/hm2。

表2 不同劑量有機(jī)碳土壤調(diào)控劑施用量對(duì)甜菜農(nóng)藝性狀根產(chǎn)量和施肥利潤(rùn)的影響

2.3 SOC土壤調(diào)控劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量的確定

將表2的SOC土壤調(diào)控劑施用量與甜菜產(chǎn)量間的關(guān)系采用回歸方程y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程是：y=72．79+1．8624x－0．02130x2………………………………（1）

SOC 土壤調(diào)控劑價(jià)格（Px）為 266．20 元/t，2016 年甜菜塊根市場(chǎng)收購(gòu)價(jià)（Py）為 350 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SOC土壤調(diào)控劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量（x0）為 23．85 t/hm2，將 x0代入（1）式，求得甜菜塊根理論產(chǎn)量（y）為 104．07 t/hm2，回歸分析結(jié)果與田間試驗(yàn)處理6的SOC土壤調(diào)控劑施用量24．00t/hm2基本吻合。

2.4 SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)鹽化潮土理化性質(zhì)和甜菜經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.4.1 對(duì)土壤容重和pH的影響 據(jù)2017年9月26日甜菜收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)（表3）可知，不同處理鹽化潮土容重和pH由小到大的變化順序依次為：對(duì)照＞傳統(tǒng)化肥＞SOC土壤調(diào)控劑。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，容重分別降低 6．92%和 7．63%，差異顯著(P＜0．05)；pH 分別降低 0．46 和 0．49，差異顯著。

表3 施用有機(jī)碳土壤調(diào)控劑和傳統(tǒng)化肥對(duì)鹽化潮土物理性質(zhì)和持水量的影響

2.4.2 對(duì)土壤孔隙度和團(tuán)聚體的影響 由表3可知，不同處理鹽化潮土總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和團(tuán)聚體由大到小的變化順序依次為：SOC土壤調(diào)控劑＞傳統(tǒng)化肥＞對(duì)照。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別增加 3．40、1．87 和 1．53 個(gè)百分點(diǎn)，差異顯著(P＜0．05)；與對(duì)照比較，分別增加3．77、2．08和 1．69個(gè)百分點(diǎn)，差異顯著(P＜0．05)。施用 SOC 土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，＞0．25mm 團(tuán)聚體分別增加 7．11 和 7．36，差異極顯著(P＜0．01)。

2.4.3 對(duì)土壤持水量的影響 由表3可知，不同處理鹽化潮土總持水量、毛管持水量和非毛管持水量由大到小的變化順序與總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度變化一致。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，總持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別增加 6．68%、6．67%和 6．68%；與對(duì)照比較，分別增加 7．46%、7．48%和 7．43%，差異顯著（P＜0．05）。

2.4.4 對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀的影響 由表4可知，不同處理鹽化潮土有機(jī)質(zhì)（OM）和速效氮磷鉀由大到小的變化順序依次為：SOC土壤調(diào)控劑＞傳統(tǒng)化肥＞對(duì)照。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，OM分別增加11．81%和11．93%，差異極顯著(P＜0．01)。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，堿解氮（AN）、速效磷（OP）和速效鉀（AK）分別增加 1．78%、1．68%和 0．28%，差異不顯著(P＞0．05)；與對(duì)照比較，AN 和OP 分別增加 28．89%和 30．67%，差異極顯著（P＜0．01），AK 增加 8．30%，差異顯著（P＜0．05）。

表4 施用不同肥料對(duì)鹽化潮土有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的影響

2.4.5 對(duì)土壤微生物及酶活性和金屬離子的影響 由表5可知，不同處理鹽化潮土微生物由大到小的變化順序與有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分變化一致。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，土壤有益微生物真菌（FUN）、細(xì)菌（BAC）和放線菌（ACT）分別增加 122．64%、34．40%和 21．13%，差異極顯著（P＜0．01）；與對(duì)照比較，分別增加124．76%、35．87%和 24．64%，差異極顯著（P＜0．01）。

不同處理鹽化潮土酶活性由大到小的變化順序與微生物變化一致。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，土壤蔗糖酶（INV）、脲酶（URE）、磷酸酶（PHO）和多酚氧化酶（PPO）分別增加 61．42%、46．08%、33．33%和59．08%，差異極顯著（P＜0．01）；與對(duì)照比較，分別增加 62．70%、71．26%、68．42%和 64．06%，差異極顯著。

不同處理鹽化潮土重金屬離子由大到小的變化順序?yàn)椋簜鹘y(tǒng)化肥＞SOC土壤調(diào)控劑＞對(duì)照。施用SOC土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，土壤重金屬離子 Hg、Cd、Cr和 Pb 分別降低 16．22%、28．85%、15．74%和 18．02%，差異極顯著（P＜0．01），與不施肥比較，Hg、Cd、Cr和 Pb 分別增加 3．33%、2．78%、0．27%和 0．68%，差異不顯著。

表5 施用有機(jī)碳土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)鹽化潮土微生物及酶活性和重金屬離子的影響

表6 施用有機(jī)碳土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)甜菜農(nóng)藝性狀、根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.4.6 對(duì)甜菜農(nóng)藝性狀、根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響 由2017年9月26日甜菜收獲時(shí)測(cè)定結(jié)果（見表6）可知，不同處理對(duì)甜菜農(nóng)藝性狀和根產(chǎn)量由大到小的變化順序依次為：SOC土壤調(diào)控劑＞傳統(tǒng)化肥＞對(duì)照。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，甜菜葉叢高度、葉叢重量、根體長(zhǎng)度、根直徑分別增加2．03%、3．79%、3．04%和 3．03%，差異不顯著（P＞0．05），單株根重和產(chǎn)量分別增加 8．47%和 8．33%，差異顯著（P＜0．05）；與對(duì)照比較，葉叢高度、葉叢重量、根體長(zhǎng)度、根直徑、單株根重和產(chǎn)量分別增加 56．96%、38．38%、45．15%、36．57%、48．84%和 49．39%，差異極顯著（P＜0．01）。 施用 SOC 土壤調(diào)控劑增產(chǎn)值和施肥利潤(rùn)分別為 1．23 萬(wàn)元/hm2和 0．59 萬(wàn)hm2，與傳統(tǒng)化肥比較，分別增加 0．28 萬(wàn)元/hm2和 0．07 萬(wàn)元/hm2。

3 小結(jié)

研究結(jié)果表明：影響甜菜產(chǎn)量的原料依次是：甜菜專用肥＞SOC肥＞保水劑和聚乙烯醇。SOC土壤調(diào)控劑最佳配方比例為：有機(jī)碳肥（0．9375）∶保水劑（0．0025）∶甜菜專用肥（0．0563）∶聚乙烯醇（0．0037）。 經(jīng)回歸統(tǒng)計(jì)分析，SOC土壤調(diào)控劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量為23．85t/hm2，甜菜塊根理論產(chǎn)量為104．07t/hm2。不同處理甜菜農(nóng)藝性狀、根產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益由大到小的變化順序依次為：SOC土壤調(diào)控劑＞傳統(tǒng)化肥＞對(duì)照。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，甜菜產(chǎn)量、增產(chǎn)值和施肥利潤(rùn)分別增加8．33%、0．28萬(wàn)元/hm2和0．07萬(wàn)元/hm2。施用SOC土壤調(diào)控劑與傳統(tǒng)化肥比較，鹽化潮土容重、pH和重金屬離子Hg、Cd、Cr和Pb分別降低 6．92%、0．46、16．21%、28．85%、15．74%和 18．02%；土壤總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和團(tuán)聚體分別增加 3．40、1．87、1．53和7．11個(gè)百分點(diǎn)；土壤總持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別增加6．67%、6．67%和6．68%；土壤OM、AN、OP 和 AK 分別增加 11．81%、1．78%、1．68%和 0．28%；土壤有益微生物真菌（FUN）、細(xì)菌（BAC）和放線菌（ACT）分別增加 122．64%、34．40%和 21．13%；土壤蔗糖酶（INV）、脲酶（URE）、磷酸酶（PHO）和多酚氧化酶（PPO）分別增加 61．42%、46．08%、33．33%和 59．08%。 在鹽化潮土施用 SOC 土壤調(diào)控劑，有效地改善了鹽化潮土理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)，提高了酶活性和甜菜的經(jīng)濟(jì)效益。