時(shí) 凱,丁海榮*,譚海運(yùn),劉興華,安 晨,楊智青,金崇富,陳長(zhǎng)寬
(1.江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/鹽城市畜牧養(yǎng)殖裝備工程技術(shù)研究中心,江蘇 鹽城 224002;2.西藏自治區(qū)農(nóng)牧科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,西藏 拉薩 850032)
土壤鹽漬化是一個(gè)世界性的資源環(huán)境和生態(tài)問題。江蘇沿海地區(qū)土壤多為鹽土,嚴(yán)重影響植物生長(zhǎng)。鹽漬土壤改良方式有工程改良、化學(xué)改良和生物改良等,如通過工程措施控制地下水位抑制返鹽、添加土壤改良物質(zhì)改善土壤理化性狀以及通過種草覆蓋地表降低蒸發(fā)等都能夠有效地降低土表鹽分,達(dá)到改良土壤的目的。
采用農(nóng)業(yè)措施快速改良江蘇沿海鹽土體現(xiàn)了綠色農(nóng)業(yè)的重要理念,通過種植綠肥與水稻進(jìn)行水旱輪作在江蘇沿海地區(qū)改良鹽土行之有年。綠肥是一種天然無公害且養(yǎng)分含量豐富的優(yōu)質(zhì)肥料。陳正剛等研究發(fā)現(xiàn),綠肥可提高土壤全氮和有機(jī)質(zhì)含量,保持速效鉀和有效磷含量。種植綠肥作物有利于土壤有機(jī)質(zhì)含量提升、化肥施用量減少,有利于提高耕地質(zhì)量。毛葉苕子作牧草或綠肥,具有促進(jìn)土壤養(yǎng)分積累的能力。楊濱娟等研究表明,綠肥紫云英通過翻壓60%的鮮草量配施常規(guī)施氮量60%的氮肥可以有效提高氮肥利用效率,改善稻田氮素循環(huán)情況。油菜作為綠肥種植,其根系具有吸磷能力強(qiáng)的特點(diǎn),從而將土壤磷素解離出來,易于還田利用。沼液是速效養(yǎng)分,能夠被植物快速吸收利用,作為一種液體有機(jī)肥,是一種土壤改良劑。沼液有機(jī)質(zhì)含量高,具有提高土壤通氣性及保水保肥能力,其富含氮磷鉀元素,能夠調(diào)節(jié)土壤中各養(yǎng)分含量的比例,降低土壤板結(jié)程度,而且還含有胡敏酸和富里酸等腐植酸物質(zhì),能夠提高土壤緩沖酸堿變化的能力,防止土壤酸化或堿化,從而可用于改良鹽堿地。水稻作為主糧,種植面積廣泛。水稻整個(gè)生育期以水田為主,能夠壓降土壤鹽分,且水稻秸稈在腐熟過程中形成大量腐殖質(zhì),能夠降低土壤容重和提高土壤孔隙度,協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分,有利于作物生長(zhǎng)和培肥地力。
利用綠肥- 沼液- 水稻所構(gòu)建的農(nóng)業(yè)技術(shù)體系對(duì)鹽漬土壤改良的報(bào)道較為少見。本研究選取綠肥作物紫云英、毛葉苕子及油菜,結(jié)合不同沼液量施入以及水稻種植農(nóng)業(yè)體系進(jìn)行鹽土改良試驗(yàn),探討綠肥- 沼液- 水稻體系對(duì)江蘇沿海鹽土理化性質(zhì)的影響,旨在為江蘇沿海鹽土改良提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)地點(diǎn)為順泰農(nóng)場(chǎng)(120.38°E、33.69°N),該區(qū)域?qū)俦眮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,土壤為鹽潮土,質(zhì)地以鹽土為主。土壤基本理化性質(zhì):鹽分0.321%,pH 值7.84,有機(jī)質(zhì)含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)10.86 g/kg,全氮含量80 mg/kg,有效磷含量4.54 mg/kg,速效鉀含量311.47 mg/kg。
供試綠肥為天緣4 號(hào)紫云英(購(gòu)自鄭州開元草業(yè)科技有限公司)、蒙苕1 號(hào)毛葉苕子(購(gòu)自寧夏綠地草業(yè)科技有限公司)、油雜3 號(hào)油菜(江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育)。對(duì)照(CK)施等量沼液不種植綠肥。
沼液由順泰農(nóng)場(chǎng)規(guī)?;i場(chǎng)提供。沼液基本理化性質(zhì):pH 值7.8,有機(jī)質(zhì)含量280 mg/kg,全氮含量150 mg/kg,有效磷含量23 mg/kg,速效鉀含量37 mg/kg。
供試水稻品種為鹽稻8 號(hào),由江蘇沿海地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。
試驗(yàn)設(shè)體系A(chǔ)、B,各4 個(gè)處理組,每組3 個(gè)重復(fù),每個(gè)小區(qū)面積為90 m(長(zhǎng)15 m、寬6 m),如表1所示。
表1 綠肥-沼液-水稻體系及組合
紫云英與毛葉苕子播種量均為2.5 kg/667 m,油菜播種量為300 g/667 m。綠肥種植時(shí)間為2019年11 月12 日,翻壓時(shí)間為2020 年4 月30 日。
沼液分3 次入田:第1 次2019 年11 月10 日(沼液總量的40%);第2 次2019 年12 月20 日(沼液總量的30%);第3 次2020 年3 月20 日(沼液總量的30%)。2020 年4 月30 日沼液隨綠肥一起混入土壤,5 月5 日上水泡田并耙田,以待秧苗移栽。
2020 年6 月4 號(hào),水稻秧苗移栽大田,機(jī)械插秧(36 穴/m,3 株/穴),試驗(yàn)小區(qū)病蟲害及雜草均統(tǒng)一管理。
土壤樣品分5 次采集:時(shí)間分別為2019 年10月11 日(原始土壤)、2020 年4 月3 日(綠肥種植之后)、2020 年5 月20 日(沼液及綠肥翻壓后)、2020年6 月20 日(水稻秧苗移栽后)、2020 年8 月20 日(擱田期)。
分區(qū)用取樣器采土壤樣品(深度25 cm、直徑5 cm),放置實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干,研磨粉碎。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定土壤的鹽分、pH 值及有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、全氮含量。
鹽分參照NY/T 1121.16—2006《土壤檢測(cè)第16部分:土壤水溶性鹽總量的測(cè)定》測(cè)定;pH 值用pH計(jì)測(cè)定;有機(jī)質(zhì)含量參照NY/T 1121.6—2006《土壤檢測(cè)第6 部分:土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定》測(cè)定;全氮含量參照NY/T 1121.24—2012《土壤檢測(cè)第24 部分:土壤全氮的測(cè)定自動(dòng)定氮儀法》用凱氏定氮法測(cè)定;有效磷含量參照NY/T 1121.7—2014《土壤檢測(cè)第7 部分:土壤有效磷的測(cè)定》用紫外/可見分光光度計(jì)測(cè)定;速效鉀含量參照NY/T 889—2004《土壤速效鉀和緩效鉀含量的測(cè)定》用火焰光度計(jì)測(cè)定。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 軟件統(tǒng)計(jì)分析,用Excel 2016 作數(shù)據(jù)圖表。
由圖1-A 可知,體系A(chǔ) 處理組土壤鹽分總體趨勢(shì)為先升后降再升。2020 年4 月3 日,鹽分由高到低依次為處理1、處理4、處理2、處理3;2020 年5月20 日,處理1、處理2 與處理4 的鹽分相近,但均高于處理3;2020 年6 月20 日,鹽分由高到低依次為處理4、處理2、處理1、處理3;2020 年8 月20日,鹽分由高到低依次為處理1、處理3、處理2、處理4。
由圖1-B 可知,體系B 處理組土壤鹽分總體趨勢(shì)先升后降。2020 年4 月3 日、5 月20 日和8 月20日,鹽分由高到低依次為處理8、處理6、處理7、處理5;2020 年6 月20 日,鹽分由高到低依次為處理6、處理7、處理8、處理5。
圖1 綠肥-沼液-水稻體系對(duì)土壤鹽分的影響
體系A(chǔ)、體系B 鹽分總體趨勢(shì)不同,最終體系B的鹽分低于體系A(chǔ);相同體系種植不同綠肥對(duì)土壤鹽分影響不同。試驗(yàn)結(jié)果說明,不同體系對(duì)沿海土壤鹽分改良效果有差異性。
由圖2-A 可知,體系A(chǔ) 處理組土壤pH 值總體趨勢(shì)為先升后降再升。2020 年4 月3 日,pH 值由高到低依次為處理3、處理4、處理1、處理2;2020 年5月20 日,pH 值由高到低依次為處理4、處理1、處理3、處理2;2020 年6 月20 日,pH 值由高到低依次為處理1、處理4、處理3、處理2;2020 年8 月20 日,pH值由高到低依次為處理4、處理1、處理2、處理3。
由圖2-B 可知,體系B 處理組土壤pH 值總體趨勢(shì)為先升后降再升。2020 年4 月3 日、5 月20 日以及6 月20 日,pH 值由高到低依次為處理8、處理7、處理6、處理5;2020 年6 月20 日,pH 值由高到低依次為處理8、處理7、處理5、處理6;2020 年8 月20 日,pH值由高到低依次為處理5、處理6、處理8、處理7。
圖2 綠肥-沼液-水稻體系對(duì)土壤pH 值的影響
體系A(chǔ)、體系B pH 值總體趨勢(shì)相同,說明2 個(gè)體系對(duì)土壤pH 值的影響基本相同。
由圖3-A 可知,體系A(chǔ) 處理3 與處理4 土壤有機(jī)質(zhì)含量趨勢(shì)為先降后升再降再升;處理1 與處理2 趨勢(shì)為先升后降再升。2020 年4 月3 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理1、處理2、處理4、處理3;2020 年5 月20 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理3、處理2、處理1、處理4;2020 年6 月20 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理2、處理1、處理3、處理4;2020 年8 月20 日,處理2 與處理3 的有機(jī)質(zhì)含量相近,處理1 與處理4 的有機(jī)質(zhì)含量相近。
由圖3-B 可知,體系B 處理5 土壤有機(jī)質(zhì)含量趨勢(shì)為先升后降再升;處理6 趨勢(shì)先降后升再降;處理7 趨勢(shì)先降后升再降再升;處理8 趨勢(shì)先降后升。2020 年4 月3 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理5、處理8、處理6、處理7;2020 年5 月20 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理7、處理6、處理8、處理5;2020 年6 月20 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理6、處理8、處理7、處理5;2020 年8 月20 日,有機(jī)質(zhì)含量由高到低依次為處理7、處理5、處理8、處理6。
圖3 綠肥-沼液-水稻體系對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響
體系A(chǔ)、體系B 土壤有機(jī)質(zhì)含量趨勢(shì)不同,說明不同體系對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響存在差異性。
由圖4-A 可知,體系A(chǔ) 處理1、處理2 與處理3土壤有效磷含量趨勢(shì)先升后降再升再降,處理4 呈先升后降趨勢(shì)。2020 年4 月3 日,有效磷含量由高到低依次為處理1、處理2、處理3、處理4;2020 年5 月20 日,有效磷含量由高到低依次為處理4、處理3、處理2、處理1;2020 年6 月20 日,有效磷含量由高到低依次為處理3、處理2、處理4、處理1;2020 年8 月20 日,有效磷含量由高到低依次為處理2、處理3、處理4、處理1。
由圖4-B 可知,體系B 處理組土壤有效磷含量總體趨勢(shì)升- 降- 升- 降。2020 年4 月3 日,有效磷含量由高到低依次為處理5、處理6、處理8、處理7;2020 年5 月20 日,有效磷含量由高到低依次為處理7、處理5、處理6、處理8;2020 年6 月20 日,有效磷含量由高到低依次為處理6、處理8、處理7、處理5;2020 年8 月20 日,有效磷含量由高到低依次為處理5、處理8、處理7、處理6。
圖4 綠肥-沼液-水稻體系對(duì)土壤有效磷含量的影響
體系A(chǔ)、體系B 土壤有效磷含量趨勢(shì)大同小異,說明不同體系對(duì)有效磷積累及利用效果的基本趨勢(shì)相同。
由圖5-A 可知,體系A(chǔ) 處理組土壤速效鉀含量總體趨勢(shì)先降后升再降。2020 年4 月3 日,速效鉀含量由高到低依次為處理2、處理1、處理4、處理3;2020 年5 月20 日,速效鉀含量由高到低依次為處理4、處理2、處理1、處理3;2020 年6 月20 日,速效鉀含量由高到低依次為處理1、處理4、處理2、處理3;2020 年8 月20 日,速效鉀含量由高到低依次為處理1、處理4、處理3、處理2。
由圖5-B 可知,體系B 處理5 土壤速效鉀含量趨勢(shì)先升后降;處理6、處理7 與處理8 趨勢(shì)先降后升再降。2020 年4 月3 日,速效鉀含量由高到低依次為處理5、處理7、處理6、處理8;2020 年5 月20日,速效鉀含量由高到低依次為處理6、處理8、處理5、處理7;2020 年6 月20 日,速效鉀含量由高到低依次為處理8、處理7、處理6、處理5;2020 年8月20 日,速效鉀含量由高到低依次為處理7、處理5、處理8、處理6。
圖5 綠肥-沼液-水稻體系對(duì)土壤速效鉀含量的影響
體系A(chǔ)、體系B土壤速效鉀含量趨勢(shì)不同,但最終呈現(xiàn)下降,說明不同體系速效鉀吸收利用效率可能有些不同,但水稻相應(yīng)生長(zhǎng)階段對(duì)速效鉀需求基本一致。
由圖6-A 可知,體系A(chǔ) 處理1 全氮含量趨勢(shì)為降—升;處理2 趨勢(shì)為升—降—升—降;處理3 趨勢(shì)為升—降;處理4 呈遞降趨勢(shì)。2020 年4 月3 日,全氮含量由高到低依次為處理3、處理2、處理1、處理4;2020 年5 月20 日,全氮含量由高到低依次為處理1、處理3、處理4、處理2;2020 年6 月20 日,全氮含量由高到低依次為處理2、處理3、處理4、處理1;2020 年8 月20 日,全氮含量由高到低依次為處理1、處理2、處理3、處理4。
圖6 綠肥-沼液-水稻體系對(duì)土壤全氮含量的影響
由圖6-B 可知,體系B 處理5 與處理8 全氮含量趨勢(shì)為降—升—降;處理6 與處理7 趨勢(shì)為升—降—升—降。2020 年4 月3 日,全氮由高到低依次為處理6、處理7、處理8、處理5;2020 年5 月20日,全氮含量由高到低依次為處理7、處理6、處理5、處理8;2020 年6 月20 日,全氮含量由高到低依次為處理6、處理5、處理8、處理7;2020 年8 月20日,全氮含量由高到低依次為處理6、處理5、處理7、處理8。
體系A(chǔ)、體系B 土壤全氮含量趨勢(shì)有較大不同,說明不同體系中氮素增減速率不同,從而對(duì)土壤全氮的改良效果有區(qū)別,但總體上A、B 體系均增加了土壤中的全氮含量。
本試驗(yàn)綠肥- 沼液- 水稻體系結(jié)果表明不同綠肥及沼液添加量對(duì)土壤鹽分均有不同的改良效果,但趨勢(shì)存在差異性;試驗(yàn)結(jié)果顯示,體系B 的鹽分低于體系A(chǔ)。分析原因,可能是沼液是弱堿性有機(jī)肥,添加量增加從而有利于降低土壤可溶性鹽分,這與蘇芳莉等的研究結(jié)果一致。體系A(chǔ) 中紫云英降低土壤鹽分顯著;體系B 中毛葉苕子對(duì)土壤鹽分改良最佳。由此可見,綠肥- 沼液- 水稻體系對(duì)沿海土壤鹽分的改良,要根據(jù)沼液施肥量種植適宜的綠肥。
土壤pH 值是衡量土壤酸堿性的指標(biāo),影響著土壤中各物質(zhì)的有效性。沼液對(duì)土壤pH 值的影響結(jié)果存在差異。王宗壽研究發(fā)現(xiàn),施用沼液可讓土壤的pH 值上升。本試驗(yàn)體系A(chǔ) 與體系B 土壤的pH 值趨勢(shì)相同,且油菜對(duì)鹽土pH 值調(diào)控效果明顯。分析原因,這可能是由于油菜翻壓后,土壤吸附K、Ca、Mg等離子的能力優(yōu)于毛葉苕子與紫云英,土壤溶液中離子動(dòng)態(tài)平衡受到干擾,從而改變土壤的酸堿度。因此,在綠肥- 沼液- 水稻體系對(duì)沿海鹽土pH 的改良中,油菜可作為種植綠肥的首選。
土壤肥力的重要指標(biāo)是有機(jī)質(zhì)和有效養(yǎng)分。研究發(fā)現(xiàn),沼液施入土壤后,土壤中有機(jī)質(zhì)、全氮、速效鉀、有效磷含量都會(huì)有所增加,種植綠肥壓青后會(huì)影響土壤有機(jī)質(zhì)含量。本研究顯示,土壤有機(jī)質(zhì)含量均得到不同程度的增加,種植油菜的土壤有機(jī)質(zhì)含量最為突出,可能是由于油菜翻壓后在沿海鹽土中形成的腐殖質(zhì)多。翻壓綠肥通過自身磷的循環(huán)再利用提高土壤有機(jī)磷含量,從而提高土壤磷的利用率。本研究表明,體系A(chǔ) 中紫云英與油菜的組合最終有效磷含量均高于原始值,體系B 中最終有效磷含量都低于原始值。分析原因,可能是水稻生長(zhǎng)過程中,沼液施肥量的增加,提高了土壤中可利用磷,使土壤中有效磷含量降低。土壤速效鉀含量是評(píng)價(jià)土壤鉀素肥力的關(guān)鍵指標(biāo),速效鉀能直接影響作物生長(zhǎng)。本結(jié)果體系A(chǔ) 與體系B 都顯示土壤中速效鉀含量最終是降低趨勢(shì),其原因可能是綠肥在翻壓分解過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸和腐植酸溶解土壤中鉀以及水稻生長(zhǎng)對(duì)土壤中速效鉀的吸收利用,導(dǎo)致土壤速效鉀含量呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn),綠肥可通過礦化作用提高土壤的全氮含量。本研究顯示,體系A(chǔ)、體系B 均具有增加土壤全氮的能力,試驗(yàn)后期,除體系A(chǔ) 中的紫云英組合處理全氮含量呈上升趨勢(shì),其余均是降低趨勢(shì)。
總體來看,綠肥- 沼液- 水稻體系對(duì)江蘇沿海鹽土改良的作用復(fù)雜,能夠降低土壤的可溶性鹽分,穩(wěn)定土壤pH 值,提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。但是,本試驗(yàn)僅對(duì)前期測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了總結(jié),而且此次結(jié)果只能表明順泰農(nóng)場(chǎng)一個(gè)種植試驗(yàn)點(diǎn)的土壤改良效果,可能難以說明大面積綠肥- 沼液- 水稻體系對(duì)江蘇沿海鹽土改良的作用,相關(guān)結(jié)果還需要進(jìn)行多年多點(diǎn)的試驗(yàn)驗(yàn)證。