不同土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土壤養(yǎng)分及玉米產(chǎn)量的影響

劉 洋，侯志研

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所，遼寧 沈陽 110161)

為了提高農(nóng)業(yè)可持續(xù)集約水平并保障糧食安全，增加糧食生產(chǎn)同時(shí)改善土壤質(zhì)量有重要意義[1]。在我國(guó)，質(zhì)量較差的耕地仍占據(jù)一定比例[2]，制約了糧食生產(chǎn)。以遼寧阜新地區(qū)為例，風(fēng)沙土是該地區(qū)的一種主要土壤類型，風(fēng)沙土壤養(yǎng)分匱乏[3]。改良風(fēng)沙土壤對(duì)于促進(jìn)糧食生產(chǎn)及防治土壤退化意義重大。土壤改良劑可改變土壤理化性質(zhì)[3～4]，因此，有助于風(fēng)沙土土壤治理，進(jìn)而改善作物生長(zhǎng)[5]，并提高作物產(chǎn)量[6]。但風(fēng)沙土的治理難度較大，且不同土壤改良劑對(duì)其效果不同，如何選擇土壤改良劑并使治理效果最優(yōu)目前尚不清楚，因此，進(jìn)一步研究不同類型土壤改良劑有重要意義。

近年，關(guān)于土壤改良劑的研究呈上升趨勢(shì)，涉及了土壤改良劑對(duì)土壤性質(zhì)及植物生理生化影響[8～10]，但研究結(jié)果在不同作物和不同區(qū)域間差異較大。玉米是遼寧省的主要種植作物[7]，改善風(fēng)沙土壤并保障玉米生產(chǎn)對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展較為重要，但目前，關(guān)于這方面研究仍然較少。本研究可進(jìn)一步明確，在遼寧省阜新地區(qū)，不同土壤改良劑對(duì)風(fēng)沙土養(yǎng)分特征及玉米生長(zhǎng)的影響，為該地區(qū)的荒漠化防治及土地資源的合理，提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)設(shè)在遼寧省阜新市彰武縣章古臺(tái)鎮(zhèn)(42°43′～42°51′N，121°53′～122°22′E)，位于科爾沁沙地南部，海拔226.5 m。屬亞濕潤(rùn)干旱區(qū)，年降水量300～600 mm(近5年平均降水量為433 mm)，年蒸發(fā)量1 570 mm，年平均氣溫5.7℃(近5年平均溫度為7.2℃)，無霜期 154 d，≥10℃有效積溫2 800～3 200℃。試驗(yàn)地土壤類型為風(fēng)沙土，播前耕層土壤(0～20 cm)有機(jī)質(zhì)4.5 g/kg，全氮 0.18 g/kg，全磷 0.11 g/kg，全鉀1.61 g/kg，堿解氮 14 mg/kg，速效磷 10.9 mg/kg，速效鉀37 mg/kg，pH 值 5.3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)設(shè)計(jì)采取大區(qū)試驗(yàn)，8行區(qū)，90 m行長(zhǎng)，不設(shè)重復(fù)。設(shè)置 5個(gè)處理，即增施膨潤(rùn)土(swell soil，SS)500 kg/667m2，增施腐殖酸(humus acid，HC)200 kg/667m2，增施有機(jī)肥(organic fertilizer，OF)500 kg/667m2，增施草炭土(turfy soil，TS)200 kg/667m2，增施秸稈(straw retention，SR)500 kg/667m2。采用旋耕的方式進(jìn)行增施處理，旋耕深度約為18 cm。

土壤改良劑施量為膨潤(rùn)土330 kg，腐殖酸130 kg，有機(jī)肥 330 kg，草碳土 130 kg。 種植品種為鄭單958，播種密度為4 000株/667m2。采用一次性分層施肥方式施肥，不設(shè)追肥，即底肥側(cè)位深施(施肥深度為15 cm，種肥橫向間隔5 cm)，施肥量為40 kg/667m2(高氮新型緩釋肥)，口肥為磷酸二銨，施用量為 10 kg/667m2，施肥深度為5 cm。其它田間管理同于當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)。本研究玉米采用“均勻壟種植”模式。

1.3 土壤樣品的采集與分析

采用5點(diǎn)取樣法，用長(zhǎng)1m，直徑 5cm的土鉆采集不同處理0～10cm土樣。土壤養(yǎng)分測(cè)定依據(jù)鮑士旦的方法[11]。土壤全氮采用凱氏定氮法；全磷、全鉀及速效氮磷鉀采用流動(dòng)分析儀測(cè)定；有機(jī)碳采用重鉻酸鉀外源加熱法；pH的測(cè)定依據(jù)電位法基本原理，采用pH計(jì)(PHSJ-4F)進(jìn)行測(cè)量；取回的新鮮土樣至于烘箱內(nèi)60℃烘干至恒重，并測(cè)定土壤水分。

成熟期收獲中間2行玉米，裝入尼龍網(wǎng)袋，曬干脫粒稱重，以含水量14%的重量折算小區(qū)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel2010和 Sigmaplot 16.0統(tǒng)計(jì)分析和制圖。通過SPSS19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)分析、逐步回歸分析及主成分分析。通過LSD(p＜0.05)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果分析

2.1 不同土壤改良劑對(duì)玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

分析不同土壤改良劑對(duì)玉米產(chǎn)量的影響可知(圖1A)，2016年不同處理下玉米產(chǎn)量存在顯著差異，其中 SR和TS處理玉米產(chǎn)量分別為15.48 t/hm2、15.05t/hm2顯著高于HC處理(p＜0.05)；但在2017年，不同處理間玉米產(chǎn)量不存在顯著差異。在不同年份，不同處理對(duì)玉米籽粒干物質(zhì)重、穗長(zhǎng)及穗寬的影響均不顯著(圖2B、D、E)；OF處理和TS處理下玉米植株干物質(zhì)重在年際間差異較大(圖2C)，而其他處理玉米植株干物質(zhì)重均維持在較高水平。此外，SR處理下玉米軸粗為29.07cm，顯著增高于其他處理(p＜0.05)。

分析不同年份及土壤改良劑對(duì)玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響(圖2)，可知，年份對(duì)玉米生產(chǎn)的影響較大，尤其對(duì)于造成玉米穗長(zhǎng)差異的影響因素中，年份貢獻(xiàn)了72%，遠(yuǎn)高于土壤改良劑及交互作用對(duì)其影響。土壤改良劑對(duì)玉米穗粗和軸粗的影響較大，其貢獻(xiàn)分別占40.9%和45.4%。土壤改良劑與年份的交互作用對(duì)玉米產(chǎn)量、樣品干重和籽粒干重的影響均較大，分別貢獻(xiàn)了57.3%、51.5%和41.6%。

2.2 不同土壤改良劑施用下土壤養(yǎng)分與玉米產(chǎn)量相關(guān)分析

分析玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀與土壤養(yǎng)分的關(guān)系可知(表1)，玉米產(chǎn)量與土壤速效鉀極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，且相關(guān)系數(shù)為0.687。玉米產(chǎn)量與其他土壤養(yǎng)分相關(guān)關(guān)系不顯著。樣品干重與土壤養(yǎng)分各指標(biāo)均無顯著相關(guān)性，但籽粒干重與土壤全鉀和水解性氮極顯著正相關(guān)(p＜0.01)，相關(guān)系數(shù)較高，分別為0.676和0.697。玉米穗粗與軸粗均分別與其他土壤養(yǎng)分指標(biāo)無顯著相關(guān)關(guān)系。玉米穗長(zhǎng)與土壤全氮、土壤速效鉀、土壤有機(jī)質(zhì)及土壤水分呈顯著正相關(guān)，但與土壤全鉀、水解性氮、有效磷呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.3 土壤養(yǎng)分及玉米農(nóng)藝性狀對(duì)其產(chǎn)量回歸分析

以土壤養(yǎng)分及玉米農(nóng)藝性狀為自變量X，以玉米產(chǎn)量為因變量Y，做逐步回歸分析可知，土壤速效鉀含量與玉米產(chǎn)量呈如圖所示的線性關(guān)系。其方程式為Y=12499.80+20.02X(R2=0.47，p=0.028)。然而，除了土壤養(yǎng)分外，其他指標(biāo)均被剔除，表明在本試驗(yàn)條件下，其他指標(biāo)與玉米產(chǎn)量并無顯著相關(guān)關(guān)系。

表1 土壤養(yǎng)分與玉米產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀相關(guān)分析Table 1 Correlation analysis of soil nutrients to maize yield and agronomic characters

2.4 不同土壤改良劑施用對(duì)土壤養(yǎng)分影響的主成分分析

以不同土壤改良劑為樣本，土壤養(yǎng)分為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表2)，可將多個(gè)指標(biāo)降維成少量的主成分(在2016年2個(gè)主成分涵蓋了所有信息的95.5%，而在2017年，3個(gè)主成分涵蓋了90.6%)。計(jì)算不同樣本的主成分得分，可知，SR處理在2次(2016年和2017年)主成分得分中均最高，分別為3.65和1.06，因此，SR處理對(duì)土壤養(yǎng)分的提升效果最好。此外，OF處理對(duì)土壤養(yǎng)分的提升亦有促進(jìn)作用，但其在年際間的波動(dòng)較大。

表2 不同土壤改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分改良效果的主成分分析Table 2 Principal component analysis for the effects of differ ent soil conditioners on soil nutrient

3 討論

本研究結(jié)果表明，土壤改良劑對(duì)玉米產(chǎn)量及部分農(nóng)藝性狀均有顯著影響，這與多數(shù)研究結(jié)果相一致[12～13]，但該影響在年份間波動(dòng)較大，表現(xiàn)為，不同土壤改良劑對(duì)玉米的增產(chǎn)效果并不穩(wěn)定。綜合2016及2017兩年的數(shù)據(jù)可知，OF對(duì)玉米產(chǎn)量提高及穩(wěn)定有促進(jìn)作用(在該處理下2年產(chǎn)量相差較小)。SR處理雖在2016年顯著提高了玉米產(chǎn)量，但其對(duì)產(chǎn)量的影響在年分間波動(dòng)較大，因此，該處理下玉米產(chǎn)量并不穩(wěn)定。這種產(chǎn)量波動(dòng)的原因可能是由于，對(duì)風(fēng)沙土的改良需要長(zhǎng)期的過程，且土壤改良劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的短期影響亦不明顯。因此，需要長(zhǎng)期的施用土壤改良劑可能達(dá)到預(yù)期效果。此外，玉米穩(wěn)產(chǎn)仍然是目前研究者關(guān)注的熱點(diǎn)[14]，未來的研究應(yīng)致力于土壤改良劑對(duì)玉米產(chǎn)量穩(wěn)定的影響。

此外，多元逐步回歸分析表明，土壤速效鉀與玉米產(chǎn)量呈線性關(guān)系。表明，土壤速效鉀等土壤養(yǎng)分的匱乏，可能是該地區(qū)玉米生產(chǎn)的限制因子之一，這與前人的研究結(jié)果相一致[7]。隨著土壤改良劑施用年限的增加，這種缺鉀的狀況可能會(huì)得到進(jìn)一步緩解[15]。

秸稈還田是一種具備諸多優(yōu)勢(shì)的農(nóng)作措施[16]，近年，在我國(guó)秸稈還田率逐年增加[17]，但其對(duì)治理風(fēng)沙土的效果尚不明確。主成分分析結(jié)果表明，綜合各種土壤養(yǎng)分指標(biāo)的評(píng)價(jià)，SR處理對(duì)土壤改良效果最佳。這是因?yàn)镾R處理下作物秸稈可釋放較多的養(yǎng)分到土壤中[18～19]，改善土壤質(zhì)量。此外，風(fēng)沙土土壤較疏松，容易受到風(fēng)蝕或雨蝕，SR處理亦可保護(hù)土壤免于被侵蝕[20]。綜合上述兩點(diǎn)，再加上 SR處理成本較低，因此SR可能是該地區(qū)土壤改良的較好的方法之一。此外，其他土壤改良劑如SS、HC、TS及OF對(duì)土壤改良均有一定效果，但其效果可能需長(zhǎng)期的定位觀測(cè)。

4 結(jié)論

土壤改良劑對(duì)玉米產(chǎn)量及部分農(nóng)藝指標(biāo)有顯著影響，但在年份間波動(dòng)較大。逐步回歸分析結(jié)果表明，土壤速效鉀與玉米產(chǎn)量呈顯著的線性關(guān)系，速效鉀是限制該地區(qū)玉米產(chǎn)量的重要因素。通過主成分分析計(jì)算不同處理主成分得分可知，在不同土壤改良劑中，SR處理主成分得分最高(1.06～3.65)，因此SR(增施秸稈)對(duì)土壤養(yǎng)分的提升效果最佳，且其對(duì)玉米增產(chǎn)亦有促進(jìn)作用，因此，SR(增施秸稈)是阜新地區(qū)進(jìn)行土壤改良的最佳選擇，但仍需長(zhǎng)期試驗(yàn)對(duì)其效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。