鹽堿地改良劑與肥料混施對(duì)土壤pH值及玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響

杜康瑞，段喜明，趙晉忠，胡曉芳，賈俊仙，張建剛，張永坡，岳愛(ài)琴，杜維俊

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 文理學(xué)院，山西 太谷 030801；3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

鹽堿地是鹽類集積的一個(gè)種類，全世界鹽堿地的面積約為9.544×108hm2，我國(guó)的鹽堿地面積為9.913×107hm2[1]，占土地總面積的10.9%，并且我國(guó)耕地鹽堿化的問(wèn)題日趨嚴(yán)重，在國(guó)內(nèi)呈現(xiàn)出整體嚴(yán)重惡化、局部地區(qū)開(kāi)展治理、總體面積增加的趨勢(shì)，已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)恢復(fù)的重要影響因素[2]。鹽堿地主要分布在地勢(shì)平坦的地帶，土層深厚適宜機(jī)械耕作，改良利用鹽堿土具有巨大的潛在生產(chǎn)力，因此鹽堿地改良迫在眉睫，刻不容緩。

現(xiàn)在社會(huì)的急速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的巨大進(jìn)步，鹽堿土的治理也有了巨大的成效。夏婷[3]研究結(jié)果表明，施用石膏、打孔填砂、中耕、防蒸覆蓋、起壟溝植等措施能顯著改良鹽堿地。孫宇男等[4]用蘇打鹽堿土進(jìn)行室內(nèi)模擬試驗(yàn)，結(jié)果表明，施加硫酸鋁后可以明顯降低蘇打鹽堿土中的鹽類物質(zhì)及土壤pH值，土壤得到明顯改善。楊艷麗等[5]的室內(nèi)培養(yǎng)研究結(jié)果表明，生物質(zhì)炭與鹽酸的配施可有效降低蘇打鹽漬土的pH值、電導(dǎo)率、容重、滲透系數(shù)等，改善土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)燕麥生長(zhǎng)。金鳳鶴等[6]田間試驗(yàn)研究結(jié)果表明，在蘇打鹽堿土中施加泥炭后，玉米增產(chǎn)效果極其顯著，同時(shí)土壤有機(jī)質(zhì)含量增加，土壤含鹽量明顯降低。盧星辰等[7]通過(guò)探究脫硫石膏、蚯蚓糞、硫磺、糖醛渣、沸石的不同配施組合，結(jié)果表明，在鹽堿土中施用改良劑能促進(jìn)作物生長(zhǎng)并改善土壤性狀。

國(guó)內(nèi)外在鹽堿地改良技術(shù)方面已經(jīng)取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，但是由于各區(qū)域的氣候、地下水、生態(tài)環(huán)境以及人為影響因素等方面的不同，導(dǎo)致在改良鹽堿地的過(guò)程中取得的效果差距很大。鹽堿地的改良是一個(gè)長(zhǎng)期的系統(tǒng)過(guò)程，改良鹽堿土的核心就是改善鹽堿地的生態(tài)環(huán)境，創(chuàng)造適合植物生長(zhǎng)的生存條件[2]。利用化學(xué)措施改良鹽堿地會(huì)對(duì)鹽堿土壤造成兩方面的影響：一可以改善土壤的理化性質(zhì)；二可以改變土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。通過(guò)改良劑的施加，可以降低土壤容重、增加通氣孔隙度、促進(jìn)微生物活性、增加土壤酶活性、增加土壤中N、P、K等養(yǎng)分及土壤微量元素的含量。

本研究采用的是化學(xué)措施改良鹽堿地，探究改良劑乙?；咸烟桥c尿素、磷肥和有機(jī)肥的不同配施組合對(duì)鹽堿地土壤性狀及玉米生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期篩選出適宜山西鹽堿地改良的新型改良劑配方，為鹽堿地改良提供理論依據(jù)和技術(shù)保證。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試新型改良劑為乙?；咸烟?，供試肥料為尿素、磷肥、有機(jī)肥，不同配施組合及用量如表1所示；供試玉米品種為先玉335。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年5月在山西省清徐縣徐溝鎮(zhèn)鹽堿地進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，根據(jù)田間試驗(yàn)情況，相應(yīng)設(shè)置了6個(gè)處理：CK，T1，T2，T3，T4，T5(表1)。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。共有18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為72 m2(9 m×8 m)，小區(qū)內(nèi)種植玉米采用鋪膜膜上穴播[8-9]，8行區(qū)，行距為0.55 m，株距為0.3 m。種植前7 d施用改良劑以及肥料進(jìn)行翻耕處理。

表1 各處理材料用量Tab.1 Material dosage of each treatment

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

玉米拔節(jié)期和收獲期分別測(cè)定株高、莖粗；拔節(jié)期測(cè)定葉片的光合作用和葉綠素含量，分別采用熒光儀和葉綠素儀測(cè)定；玉米收獲期采用5點(diǎn)取樣法采集根系土壤測(cè)定pH值，采用電位法，水土比為2.5∶1測(cè)定。玉米收獲后考種，測(cè)定穗長(zhǎng)、百粒質(zhì)量、單穗質(zhì)量以及穗粒數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。單因素方差分析(ANOVA)后進(jìn)行多重比較(LSD)，顯著水平用0.05和0.01表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤pH值的影響

pH值是衡量土壤酸堿度的基本標(biāo)準(zhǔn)。土壤的酸堿度是影響土壤肥力的重要因素之一，它影響著土壤養(yǎng)分的存在狀態(tài)、有效性以及土壤微生物的活動(dòng)，同時(shí)它還決定肥料的施用，而且對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)的礦化等都有很大的影響，因此，對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有直接影響。從圖1可以看出，添加土壤改良劑乙?；咸烟呛?，土壤的pH值顯著降低，不同處理土壤pH值均有所下降，下降為0.12～0.32，各處理的土壤pH值與對(duì)照相比，添加土壤改良劑的處理T3和T4均達(dá)到顯著水平。結(jié)果表明，乙?；咸烟强勺鳛橐环N有效的鹽堿地改良劑。

字母表示差異達(dá)0.05顯著水平。圖2同。Letters indicate a significant difference of 0.05.The same as Fig.2.

2.2 不同處理對(duì)玉米株高和莖粗的影響

玉米產(chǎn)量與株高和莖粗具有較大的關(guān)聯(lián)性[10]，株高在很大程度上決定了玉米群體冠層對(duì)光的截獲能力和光能利用率[11]；莖粗則在很大程度上決定了玉米的抗倒伏能力[12]。因此，玉米的株高和莖粗對(duì)玉米產(chǎn)量具有較大的影響。

從表2可以看出，添加土壤改良劑可以顯著增加玉米在拔節(jié)期和收獲期的株高，分別增加18.76～45.99 cm和46.27～77.14 cm，各處理與對(duì)照相比均達(dá)到極顯著水平，其中， T1和T4在拔節(jié)期和收獲期均達(dá)到極顯著水平，T2和T5在拔節(jié)期達(dá)到極顯著水平，在收獲期達(dá)到顯著水平，結(jié)果表明，添加乙?；咸烟堑男Ч@著。以上結(jié)果說(shuō)明，土壤中添加乙?；咸烟菍?duì)玉米株高具有良好的促進(jìn)作用。并且以尿素、磷肥、有機(jī)肥和乙?；咸烟翘幚睇}堿地對(duì)玉米株高的影響效果最好。

從表2還可以看出，各處理對(duì)玉米莖粗有顯著提高的作用，在拔節(jié)期和收獲期可增加玉米莖粗0.18～0.36 cm和0.09～0.50 cm，其中，與對(duì)照相比，T3、T4和T5處理在拔節(jié)期和收獲期的差異均達(dá)到極顯著水平；比較T4與T2處理可知，在玉米拔節(jié)期間，尿素和磷肥中施加乙酰化葡萄糖可以顯著影響玉米莖粗。分析結(jié)果表明，以尿素、磷肥、有機(jī)肥和乙?；咸烟翘幚睇}堿地對(duì)玉米莖粗的影響效果最好。

表2 不同處理對(duì)玉米株高和莖粗的影響Tab.2 The effect of different treatments on plant height and stem diameter cm

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；同一列不同大寫字母表示各處理間在0.01水平差異極顯著，同一列不同小寫字母表示各處理間在0.05水平差異顯著。表3-4同。

Note: The data in the table are mean ± standard error;Different uppercase letters in the same column indicate significant differences between treatments at the level of 0.01, while different lowercase letters in the same column indicate significant differences between treatments at the level of 0.05.The same as Tab.3-4.

2.3 不同處理對(duì)玉米穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量以及穗粒數(shù)的影響

玉米的穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量和百粒質(zhì)量是構(gòu)成產(chǎn)量的主要因素。從表3可以看出，與對(duì)照相比，各處理對(duì)玉米穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量和穗粒數(shù)都有顯著提高，分別提高2.49～5.06 cm、16.48～118.22 g、6.64～11.12 g和35.12～271.88粒。穗長(zhǎng)和百粒質(zhì)量T1、T2、T3、T4、T5處理與對(duì)照相比均達(dá)到顯著水平，百粒質(zhì)量達(dá)到了極顯著水平。添加乙酰化葡萄糖的處理與不添加的處理相比，穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量和穗粒數(shù)均達(dá)到了顯著水平，百粒質(zhì)量T4和T5處理達(dá)到顯著水平。并且T5的處理效果最為明顯。因此，尿素、磷肥、有機(jī)肥和乙?；咸烟腔旌鲜褂脤?duì)鹽堿地上的玉米產(chǎn)量增產(chǎn)效果最好。

2.4 不同處理對(duì)玉米葉片SPAD值的影響

從圖2可以看出，各處理與對(duì)照相比均達(dá)到顯著水平，其中，T4和T5均達(dá)到極顯著水平。其中，添加乙?；咸烟堑腡3、T4和T5處理小區(qū)玉米葉片SPAD值明顯增高，T5處理對(duì)玉米葉片SPAD值的影響最大，比對(duì)照提高了114%。分析結(jié)果表明，添加尿素、磷肥、有機(jī)肥和乙?；咸烟堑幕旌咸幚恚瑢?duì)玉米葉片SPAD值的影響最大。

表3 不同處理對(duì)玉米穗長(zhǎng)、單穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的影響Tab.3 The analysis results of ear length, single spike quality, 100-grain quality and grain number per ear under different treatments

圖2 不同處理對(duì)SPAD值的影響Fig.2 The effect of different treatments on SPAD value

2.5 不同處理對(duì)玉米葉片蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率的影響

光合作用是植物進(jìn)行生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，玉米葉片的蒸騰速率在很大程度上取決于氣孔的活動(dòng)狀態(tài)，而氣孔的波動(dòng)性變化是對(duì)水分虧缺的適應(yīng)[13]。玉米葉片的氣孔導(dǎo)度越大，葉片的蒸騰速率越快，葉片對(duì)二氧化碳的吸收越多，植物的凈光合作用速率就越大。葉綠素含量與光合速率和蒸騰速率密切相關(guān)[14-18]。

從表4可以看出，與對(duì)照相比，各處理在氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、凈光合速率指標(biāo)均有所提高，氣孔導(dǎo)度T3、T4、T5處理和CK、T1處理相比，均有顯著性差異，蒸騰速率T2、T3、T4處理和CK、T1達(dá)到顯著性差異，凈光合速率T5處理與CK、T1、T2均達(dá)到顯著性差異，與CK達(dá)到極顯著差異。說(shuō)明乙?；咸烟菍?duì)鹽堿地上的玉米光合作用的效果明顯。

表4 不同處理對(duì)玉米葉片蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度和凈光合速率的影響Tab.4 The effect of different treatments on stomatal conductance，transpiration rate and net photosynthetic rate

3 結(jié)論與討論

改良鹽堿地對(duì)增加農(nóng)民收入、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大。利用新型改良劑乙酰化葡萄糖改良土壤鹽堿程度的同時(shí)，并不會(huì)造成土地的二次污染，乙?；咸烟窃诜磻?yīng)后生成的葡萄糖不僅可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)，而且有利于土壤微生物的繁殖，同時(shí)可提高土壤有機(jī)質(zhì)[19]，而且玉米葉片的SPAD值和凈光合速率也有顯著影響，SPAD值是葉綠素的相對(duì)含量或者說(shuō)代表植物綠色程度的一個(gè)參數(shù)。SPAD 值(SPAD readings)通常被稱作葉色值(Leaf color values)[20]。通過(guò)測(cè)定水稻、棉花、玉米、高粱、大豆等作物的葉綠素含量及SPAD 值后，確定了SPAD值與葉綠素含量的相關(guān)函數(shù)，發(fā)現(xiàn)二者相關(guān)性達(dá)到了極顯著水平，表明可以用SPAD 值表示葉綠素的含量[21-22]。葉片葉綠素含量的消長(zhǎng)規(guī)律是反映葉片生理活性變化的重要指標(biāo)之一，與葉片光合能力的大小和產(chǎn)量關(guān)系密切[23]。研究表明，夏玉米葉片的SPAD 值與產(chǎn)量存在線性相關(guān)關(guān)系[24]。另外，添加乙酰化葡萄糖可以顯著降低鹽堿地土壤的堿化度，并且在與尿素、磷肥和有機(jī)肥的混合施用中，可顯著增加玉米的株高與莖粗，使用效果良好；可提高玉米葉片的SPAD值，顯著增加葉片的凈光合速率；極大地增加玉米產(chǎn)量。

因此，新型改良劑乙酰化葡萄糖與尿素、磷肥以及有機(jī)肥的混合施用可以更加有效地改良鹽堿地土壤。在今后的鹽堿地改良中，新型改良劑乙?；咸烟菍?huì)發(fā)揮更大的作用，為鹽堿地的改良提供一定技術(shù)支持。