沸石與腐殖酸對(duì)濱海鹽土水稻產(chǎn)量及土壤性質(zhì)的影響

徐君言， 馬寧， 裘高揚(yáng)， 郭彬， 劉琛， 林義成， 傅慶林*

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 質(zhì)量與安全工程學(xué)院，浙江 杭州 310018； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311302)

我國(guó)濱海鹽土面積廣大，約為1.06×106hm2，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐和土地資源可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[1]，由于其存在pH高、鹽分重、肥力低、結(jié)構(gòu)性差等因素，影響了農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量[2-4]。因此，探尋快速降鹽、提升土壤肥力和改善土壤結(jié)構(gòu)的措施，對(duì)于我國(guó)濱海鹽土區(qū)土地資源利用及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

當(dāng)前，濱海鹽土改良的主要措施有地膜覆蓋和深耕曬垡等物理改良技術(shù)[5]，添加調(diào)理劑和化學(xué)物質(zhì)等化學(xué)改良技術(shù)，施用有機(jī)肥和種植耐鹽植物等生物改良技術(shù)[6]，以及明渠排水、暗管排水等工程改良技術(shù)[7-8]。種植水稻通常被認(rèn)為是改善濱海鹽土的有效方法之一。在水稻生長(zhǎng)過(guò)程中，土表覆蓋一定深度的水層，可減少因蒸騰作用而造成的鹽分上移，并且由于水層對(duì)土壤的淋溶作用，使表土鹽分含量降低，鹽土在種稻過(guò)程中逐漸脫鹽，改善鹽土的pH值和理化性質(zhì)。濱海鹽土由于存在結(jié)構(gòu)差、肥力低、pH高和鹽分重等問(wèn)題，不利于水稻生長(zhǎng)發(fā)育。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，利用土壤調(diào)理劑可促進(jìn)大團(tuán)聚體形成，改善濱海鹽土的結(jié)構(gòu)，提升土壤肥力及保水能力，降低土壤pH、EC、含鹽量與Na+含量[9-15]，從而提高作物產(chǎn)量。施用沸石可降低濱海鹽土土壤pH值，改善土壤通透性，降低土壤全鹽量[16-17]；施用腐殖酸可提高濱海鹽土的土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升土壤肥力，降低土壤pH值，同時(shí)腐殖酸具有較大比表面積和弱酸基團(tuán)，能與鹽堿土壤中Na+進(jìn)行交換吸附，從而達(dá)到降低土壤鹽分含量的效果[18-19]。

本試驗(yàn)選擇在浙江省慈溪市觀海衛(wèi)濱海鹽土區(qū)進(jìn)行，探究沸石和腐殖酸對(duì)水稻產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響，以期明確沸石和腐殖酸對(duì)濱海鹽土的改良效果。

1 材料與方法

1.1 材料

田間試驗(yàn)設(shè)在浙江省慈溪市觀海衛(wèi)(30°18′N，121°22′E)，土壤類型為濱海鹽土。試驗(yàn)區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性氣候，年均氣溫在15～20 ℃，年降水量在1 272～1 300 mm。四季分明，陽(yáng)光充足，雨量充沛，但伴有頻繁的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)。試驗(yàn)地耕層土壤(0～20 cm)基本理化性質(zhì)：pH值為7.82，EC值為0.83 dS·cm-1，有機(jī)質(zhì)、全氮含量分別為9.99、0.9 g·kg-1，速效氮、速效鉀、有效磷含量分別為107.31、324.6、17.25 mg·kg-1。試驗(yàn)用沸石為天然沸石，購(gòu)于國(guó)投盛世科技股份有限公司，沸石含量在90%～95%，陽(yáng)離子交換量在1.40 mmol·g-1以上。試驗(yàn)用腐殖酸購(gòu)于浙江豐瑜生態(tài)科技股份有限公司，有機(jī)質(zhì)含量≥200 g·kg-1，N、P2O5、K2O含量分別為19.3、16.1、17.7 g·kg-1(以干物質(zhì)計(jì))，pH值為7.2。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理。以空白不施為對(duì)照(CK)，T1～T2為施沸石15、30 t·hm-2，T3～T4為施腐殖酸15、30 t·hm-2，T5～T6為施沸石-腐殖酸調(diào)理劑(沸石∶腐殖酸為1∶2)15、30 t·hm-2。每處理重復(fù)3次，隨機(jī)排列，每小區(qū)面積25 m2?；适┯昧繛槟蛩?50 kg·hm-2、過(guò)磷酸鈣750 kg·hm-2和氯化鉀200 kg·hm-2。氮肥分為基蘗肥70%、穗粒肥30%；磷肥、土壤調(diào)理劑全部以基肥施入；鉀肥分為基肥65%、穗肥35%。在水稻直播前10 d撒施土壤調(diào)理劑和基肥，再引入田面水進(jìn)行田面平整，使調(diào)理劑與耕層土壤充分混勻。肥料的選擇和使用符合《NY/T 496 肥料合理使用準(zhǔn)則、通則》要求。試驗(yàn)地采用稻麥輪作，前作小麥，水稻于2021年5月23日播種，10月24日收獲，水稻品種為秀水134，該品種具有豐產(chǎn)性好、穗粒兼顧、結(jié)實(shí)率高、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)[15]。

1.3 樣品采集

采集土樣時(shí)，去除采樣點(diǎn)地上表面雜物，采集耕層(0～20 cm)土壤樣品，每小區(qū)按5點(diǎn)取樣法，采5個(gè)樣點(diǎn),混勻后為一份土樣，放入采樣袋后帶回試驗(yàn)室風(fēng)干、研磨、篩分,后進(jìn)行土壤理化性質(zhì)分析。在水稻成熟期，人工收割小區(qū)水稻，曬干、脫粒、風(fēng)干后進(jìn)行稱量。

1.4 測(cè)定方法

土壤pH采用土水比1∶2.5的電極法測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量用元素分析儀(Elementar vario EL cube)測(cè)定；土壤有效磷含量使用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；土壤速效鉀含量使用乙酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定；土壤堿解氮含量使用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；土壤電導(dǎo)率采用土水比1∶5的電極法測(cè)定。

土壤團(tuán)聚體測(cè)定儀(套篩：2 000 μm，25 μm，53 μm)進(jìn)行團(tuán)聚體分級(jí)。將風(fēng)干土壤過(guò)8 mm篩，向團(tuán)聚體測(cè)定儀桶內(nèi)倒入約2/3桶蒸餾水，將篩網(wǎng)按順序套好(2 000 μm篩在最上層，其次是250、53 μm)，再用橡皮筋固定，懸掛在測(cè)定儀架子上下震動(dòng)的最下部分位置，向水桶中加入適量蒸餾水，使水面沒(méi)過(guò)約篩高的2/3處。稱取50 g過(guò)8 mm篩土壤倒于2 000 μm篩上，浸沒(méi)10 min，然后開啟測(cè)定儀，以每分鐘30次的頻率震動(dòng)30 min，然后取出各級(jí)篩子，將上面的土轉(zhuǎn)移至鋁盒內(nèi)，用蒸餾水把隔篩上的殘留泥土重新沖洗至燒杯內(nèi)，并轉(zhuǎn)移至對(duì)應(yīng)鋁盒。<53 μm的部分留在水桶內(nèi)，靜置2～3 h后緩慢倒出上清液，將底部<53 μm的部分也轉(zhuǎn)移至鋁盒內(nèi)，隨后將每一級(jí)鋁盒放入65 ℃烘箱內(nèi)烘干，之后稱重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)，利用IBM SPSS Statistics 16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，Origin 2019軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量

如圖1所示，除T6處理外，各處理的水稻產(chǎn)量均較CK有顯著提升。其中，T2處理的產(chǎn)量達(dá)到最高，為10 500 kg·hm2，較CK增加36.4%，T3～T6的產(chǎn)量低于T2，但均高于CK，增幅分別為24.7%、13.0%、31.6%和10.0%。水稻產(chǎn)量隨沸石施用量的增加而上升，T1較CK增加13.9%。

柱上無(wú)相同小寫字母者表示組間在P<0.05水平上差異顯著，圖2～4同。圖1 各調(diào)理劑處理下水稻產(chǎn)量

2.2 土壤pH和EC值

由圖2可知，相較對(duì)照，各處理的土壤pH值均顯著下降。其中，單獨(dú)施用沸石的T1和T2處理的土壤pH值降幅最大，分別下降0.30和0.31個(gè)單位；單獨(dú)施用腐殖酸的T3和T4處理的土壤pH值也顯著降低，但T5、T6處理的土壤pH高于其他處理，說(shuō)明單獨(dú)施用沸石和腐殖酸對(duì)降低濱海鹽土pH的效果均優(yōu)于沸石-腐殖酸混合施用。

圖2 各調(diào)理劑處理下土壤pH及EC值

各處理土壤的EC值較CK均有顯著下降。其中，T5和T6的土壤EC值降幅最高，相比對(duì)照分別下降27.9%、27.1%，T1、T2的土壤EC值分別較CK下降11.2%、22.7%，T3的土壤EC值較CK下降25.1%，T4的土壤EC值較CK下降25.8%。

2.3 土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體

由表1可知，土壤水穩(wěn)性大團(tuán)聚體(≥0.250 mm)所有處理均有上升，除T1外，各處理土壤大團(tuán)聚體比例較CK處理顯著增加，增幅為0.36～4.88百分點(diǎn)。其中，T4較CK增幅最大，團(tuán)聚體比例變化情況與土壤有機(jī)質(zhì)變化情況一致。

表1 各處理土壤團(tuán)聚體 單位：%

2.4 土壤養(yǎng)分

由圖3可知，土壤有機(jī)質(zhì)變化與團(tuán)聚體變化一致。相較于CK處理，調(diào)理劑的施用均顯著增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量，其中T4的有機(jī)質(zhì)含量增幅最大，達(dá)到267.24%。腐殖酸處理(T3、T4)下的有機(jī)質(zhì)含量隨著施用量的增加而增加，T4較T3的有機(jī)質(zhì)含量增加9.98%。但沸石(T1、T2)處理與腐殖酸+沸石(T5、T6)處理的有機(jī)質(zhì)含量則隨著施用量增加而減少，降幅分別為4.39%和14.00%。

圖3 各調(diào)理劑處理下土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量

施用沸石、腐殖酸和沸石-腐殖酸調(diào)理劑均能不同程度提升土壤的氮、磷、鉀速效養(yǎng)分的含量(圖3～4)。土壤全氮含量均高于CK，增幅范圍為8.5%～24.0%，其中T3的增幅達(dá)到24%，顯著高于對(duì)照。各處理中，T2和T3對(duì)土壤速效氮的提升作用最高，分別提高19.2%和17.4%，其次是T5，速效氮含量較CK提高11.4%。各處理較CK有效磷含量均得到提高，其中施用沸石的T1、T2處理的土壤有效磷含量顯著增加，其增幅分別為68.7%、73.7%。此外，調(diào)理劑的施用有增加土壤速效鉀含量趨勢(shì)，但處理間無(wú)顯著性差異。

圖4 各調(diào)理劑處理下土壤速效養(yǎng)分含量

3 討論

研究結(jié)果表明，沸石、腐殖酸及沸石腐殖酸混合施用均能顯著降低土壤pH值，這是由于施用的土壤調(diào)理劑中，沸石的主要成分是鋁硅酸鹽，其中一定量的Al3+在水解后生成的H+可與土壤中的OH-發(fā)生中和反應(yīng)，由此降低土壤pH值[20];腐殖酸自身是一種酸性物質(zhì)，通過(guò)酸堿中和反應(yīng)，可降低土壤pH。沸石與腐殖酸混合施用下，土壤pH下降幅度較單獨(dú)施用沸石和腐殖酸肥料小，可能是沸石對(duì)腐殖酸中的大分子具有一定的去除作用，大分子的腐殖酸被沸石吸附后，堵塞了沸石中的內(nèi)部空隙，而沸石屬堿性，由此土壤pH下降幅度較小[21]。在施用土壤調(diào)理劑后，各處理EC值均得到顯著下降，這與顧鑫等[19,22]的研究結(jié)果一致。

研究結(jié)果顯示，單獨(dú)施用沸石的土壤有效磷含量顯著增加，這可能是因?yàn)榉惺幚硐峦寥利}分降低，從而削弱了土壤環(huán)境對(duì)土著微生物的鹽分脅迫，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)[23]。各處理的速效氮和全氮含量都有所增加，土壤有機(jī)質(zhì)、水穩(wěn)性大團(tuán)聚體比例均得到提高，這是因?yàn)榉惺嗫椎膬?nèi)部結(jié)構(gòu)及吸附能力對(duì)土壤有機(jī)物質(zhì)具有一定的吸附固持作用，同時(shí)又能調(diào)節(jié)優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)大團(tuán)聚體形成[16]，而腐殖酸以肥料的形式添加到土壤中，擴(kuò)大了土壤有機(jī)碳庫(kù)，因其具有膠體性的特點(diǎn)，能夠改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)。并且，各處理土壤大團(tuán)聚體比例變化與有機(jī)質(zhì)變化相一致，這是因?yàn)檎{(diào)理劑的施用增加了大團(tuán)聚體中有機(jī)碳對(duì)土壤碳庫(kù)的貢獻(xiàn)[24]。

研究結(jié)果還表明，在調(diào)理劑施加后各處理水稻產(chǎn)量均有提升，這可歸因于作物生長(zhǎng)發(fā)育吸收的全部養(yǎng)分有55%～75%是來(lái)自于土壤提供的養(yǎng)分，土壤養(yǎng)分的提高促進(jìn)了產(chǎn)量的形成[25]。

4 小結(jié)

通過(guò)施用沸石、腐殖酸和沸石-腐殖酸土壤調(diào)理劑，濱海鹽土有效磷、速效鉀、速效氮、有機(jī)質(zhì)和全氮含量均有提升，各處理的土壤pH、EC顯著下降，水稻產(chǎn)量顯著增加。其中，在沸石30 t·hm-2處理下，土壤pH下降0.31個(gè)單位，EC值下降22.7%，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷等顯著增加，其余養(yǎng)分含量也有所提升，水稻增產(chǎn)達(dá)到36.4%。因此，施用沸石、腐殖酸和沸石-腐殖酸調(diào)理劑是實(shí)現(xiàn)濱海鹽土改良、水稻產(chǎn)量提升的有效措施。