不同濃度沼液處理對土壤及玉米苗期生長發(fā)育的影響

張云 周敬 金漢帥 薛爽 張巖 趙昕 鄭昊

(吉林市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林 吉林 132101)

沼液是有機物質(zhì)厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物，含有豐富的營養(yǎng)元素以及腐殖質(zhì)等有益物質(zhì)，合理施用沼液可有效改善土壤理化性質(zhì)，提高作物抗性。張無敵等[1]在研究沼液對土壤有機質(zhì)含量及肥效的影響中發(fā)現(xiàn)，施用沼液可顯著增加土壤有機質(zhì)、銨態(tài)氮、速效鉀、速效磷的含量，調(diào)節(jié)土壤中pH，對土壤具有改良效果。徐海榮等[2]在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，施用沼液后土壤中各項營養(yǎng)物質(zhì)積累較多在0～20cm耕層中。這也證明了郭忠全等[3]發(fā)現(xiàn)的沼液在土壤中遷移效應(yīng)是正確的，即隨著沼液用量的增加，土壤中氮磷鉀以及鹽分等物質(zhì)向更深層土壤中轉(zhuǎn)移，這也在一定程度上增加了土壤鹽漬化，土壤中所含鹽分過多會導(dǎo)致植物水分丟失，造成死亡。

玉米(Zea mays L.)作為國家主要農(nóng)作物品種，其種子萌發(fā)以及幼苗生長易受到非生物脅迫，由于鹽堿地面積的增加，探討鹽脅迫對玉米的影響也成為業(yè)界專家的研究重點[4]。鹽分最主要影響的是種子萌發(fā)以及幼苗生長，胡艷梅等[5]研究表明，不同品種玉米在鹽脅迫下其發(fā)芽勢、發(fā)芽率、株高等指標(biāo)均受到不同程度的抑制。曹熙敏等[6]得出相同結(jié)論，不同品種玉米在鹽分脅迫下種子發(fā)芽率降低，幼苗生長過程中株高和根長也受到抑制。表明鹽分影響著作為植物吸收養(yǎng)分的根系器官，根系的生長狀況直接影響地上部養(yǎng)分供應(yīng)與作物生長發(fā)育。另外，斯琴巴特爾等[7]研究證明，鹽脅迫對玉米幼苗地上部生長的抑制作用大于對根長生長的抑制，單鹽處理易出現(xiàn)毒害現(xiàn)象。張金杰[8]在研究鹽脅迫對玉米根系影響中得出相似結(jié)論，隨著鹽分的增加，玉米幼苗受到鹽分脅迫，根系延伸與側(cè)根發(fā)育均受到抑制，根系活力降低根長發(fā)育緩慢。

由此可見，施用沼液會對土壤不同耕層有著差異性效果，同時也會對玉米苗期生長發(fā)育有著一定影響。李偉[9]在研究沼液對玉米種子萌發(fā)中發(fā)現(xiàn)，不同處理后的沼液在低濃度下對芽的生長促進(jìn)作用高于根系，高濃度下對芽的抑制作用低于根系。同時，多數(shù)學(xué)者主要研究不同濃度沼液施用對土壤表層營養(yǎng)物質(zhì)積累以及對作物生長發(fā)育的影響，然而對耕層土壤中養(yǎng)分積累尚不明確[10，11]。為探討合適的沼液濃度對土壤耕層中鹽分積累以及該濃度下對玉米生長發(fā)育的影響，平衡沼液改良土壤以及鹽害之間的濃度處理，本研究以“九甜粘1號”玉米作為試驗材料，對不同土壤耕層中鹽分以及電導(dǎo)率的積累以及對玉米出苗率、株高、根長進(jìn)行試驗，研究結(jié)果為沼液施用方案的優(yōu)化以及土壤耕層物質(zhì)積累、玉米翻耕種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試玉米品種為“九甜粘1號”，供試肥料為沼液(豬糞尿厭氧發(fā)酵)，供試盆規(guī)格為1000mL一次性長方形餐盒，供試土壤為田園土。

試驗采用不同濃度沼液(20m3·667m-2，30m3·667m-2)一次性底肥施入，取不同耕層土壤(0～15cm、15～25cm、25～35cm)進(jìn)行玉米盆栽種植，每盆10株，種植深度2～3cm，試驗設(shè)置3次重復(fù)。D處理代表20m3·667m-2沼液施用量；T處理代表30m3·667m-2沼液施用量；以15、25、35分別代表不同耕層土壤深度。

表1 土壤、沼液基本理化性質(zhì)

1.2 測定項目與方法

使用電導(dǎo)率儀測定電導(dǎo)率值；使用土壤溫濕度計測定土壤鹽分；使用重量法(分析天平/萬)測定沼液全鹽量；使用卷尺測量玉米株高、根長。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析使用Microsoft Excel 2010軟件，方差分析使用DPS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度沼液處理對土壤鹽分的影響

土壤中的鹽分一般情況下表明土壤鹽漬化程度，對玉米生長發(fā)育有著重要的影響。由圖1可知，同一濃度沼液處理下，不同耕層土壤中鹽分累積表現(xiàn)為先升高后降低的狀態(tài)，在0～15cm耕層土壤中鹽分最低，在15～25cm耕層土壤中鹽分最高，表明鹽分隨著沼液濃度的增加，逐漸遷移到各耕層土壤中；不同濃度沼液處理下，隨著沼液量的增加，同一耕層土壤中鹽分含量顯著性增加，分別上升25.85%、25.95%、23.58%，表明沼液施用會顯著提高土壤中鹽分積累。

圖1 不同濃度沼液處理對土壤鹽分的影響

2.2 不同濃度沼液處理對土壤電導(dǎo)率的影響

土壤水溶性鹽是強電解質(zhì)，其水溶液具有導(dǎo)電作用，通過測定導(dǎo)電率可以衡量土壤的水溶性鹽濃度，所以可以通過測定土壤電導(dǎo)率來看土壤的鹽堿程度。由圖2可知，同一濃度沼液處理下，不同耕層土壤中電導(dǎo)率表現(xiàn)為先升高后降低的狀態(tài)，D15與D35、T15與T35之間無明顯差異，金屬離子主要積累在15～25cm耕層土壤處；不同濃度沼液處理下，隨著沼液量的增加，同一耕層土壤中電導(dǎo)率顯著性增加，分別上升11.52%、12.54%、12.44%，表明沼液施用會顯著提高土壤中金屬離子積累，導(dǎo)致土壤中電導(dǎo)率升高。

圖2 不同濃度沼液處理對土壤電導(dǎo)率的影響

2.3 不同濃度沼液處理對玉米出苗率的影響

出苗率是衡量作物種子品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，嚴(yán)重影響著最終的玉米產(chǎn)量。由圖3可知，玉米出苗率受到土壤中鹽分、電導(dǎo)率的影響，同一沼液濃度處理下，深層次土壤中出苗率更高，在沼液施用量下均提高80.00%，在30m3·667m-2沼液施用量下均提高14.29%；在不同沼液濃度處理下，深層次土壤中20m3·667m-2沼液處理要高于30m3·667m-2沼液處理的出苗率，0～15cm耕層土壤中20m3·667m-2沼液處理要低于30m3·667m-2沼液處理的出苗率，表明各耕層土壤中營養(yǎng)物質(zhì)積累量存在差異，表層土壤中含有更多的有益物質(zhì)；另外，高濃度沼液處理中鹽分、電導(dǎo)率的積累會抑制玉米幼苗的生長發(fā)育，導(dǎo)致出苗率下降。

圖3 不同濃度沼液處理對玉米出苗率的影響

2.4 不同濃度沼液處理對玉米苗期根長、株高的影響

根作為營養(yǎng)運輸器官，根長在一定程度上影響著玉米生長發(fā)育。由圖4、圖5可知，同一濃度沼液處理下，不同耕層土壤中根長呈現(xiàn)拱狀，表明15～25cm土壤耕層中所含營養(yǎng)物質(zhì)更高；不同濃度沼液處理下，隨著沼液量的增加，同一耕層土壤中根長呈現(xiàn)下降趨勢，表明施用沼液會抑制玉米幼苗的生長發(fā)育，導(dǎo)致根長減少。

圖4 不同濃度沼液處理對玉米苗期根長、株高的影響

圖5 不同濃度沼液處理對玉米苗期生長發(fā)育的影響

株高是衡量玉米品質(zhì)育種的重要指標(biāo)之一，其優(yōu)化和選擇往往能提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。由圖4、圖5可知，同一濃度沼液處理下，不同耕層土壤中株高表現(xiàn)穩(wěn)定上升狀態(tài)，表明土壤表層營養(yǎng)缺失，25～35cm土壤耕層中所含營養(yǎng)物質(zhì)更高；不同濃度沼液處理下，隨著沼液量的增加，同一耕層土壤中株高呈現(xiàn)下降趨勢，表明施用沼液會抑制玉米幼苗的生長發(fā)育，導(dǎo)致株高降低。

綜合研究表明，同一濃度沼液處理下，深層次土壤對玉米生長發(fā)育較好，不同濃度沼液處理下，15～25cm土壤耕層可有效提高玉米生長發(fā)育。

3 討論

3.1 不同濃度沼液對土壤電導(dǎo)率及鹽分的影響

沼液中含有大量有機質(zhì)、腐殖質(zhì)、氮磷鉀以及微量元素，對改善土壤理化性質(zhì)以及植物生長發(fā)育具有重要意義[12]。苗紀(jì)法等[13]在研究沼液對土壤重金屬的影響中發(fā)現(xiàn)，沼液灌溉會使得金屬離子在土壤中向下遷移，適量進(jìn)行沼液澆灌不會造成土壤重金屬超標(biāo)，過量的沼液會增加下移速率，造成重金屬污染。孫鵬程[14]研究得出相似結(jié)論，土壤中鹽分積累以及電導(dǎo)率過高直接降低土壤中滲透勢，使得作物水分缺失，同時還易形成毒害作用。陳志龍等[15]研究發(fā)現(xiàn)，隨著沼液濃度的增加，同一耕層土壤中所含鹽分、電導(dǎo)率等逐漸上升，對作物的鹽脅迫能力逐漸增強，本試驗得出一致結(jié)論。

沼液中營養(yǎng)物質(zhì)隨著水分在土壤中滲透，不同耕層土壤中營養(yǎng)物質(zhì)積累有所不同。姚光偉等[16]在研究沼液對土壤肥力的影響中發(fā)現(xiàn)，隨著沼液濃度的增加，土壤中氮磷鉀、鹽分等含量明顯提高。郭全忠等[3]研究沼液用量對土壤鹽分積累的試驗中發(fā)現(xiàn)，土壤中電導(dǎo)率、鹽分、物質(zhì)含量等隨著沼液量的增加向更深層次土壤中遷移。本試驗中不同耕層土壤中鹽分、電導(dǎo)率表現(xiàn)為上升后下降的趨勢，表明土壤中受到來自沼液中鹽分遷移，主要集中在土壤15～25cm耕層之中，與其研究結(jié)果一致。

3.2 不同濃度沼液對玉米苗期生長發(fā)育的影響

不同濃度沼液用量，可顯著增加土壤不同耕層中鹽分、電導(dǎo)率以及大量營養(yǎng)物質(zhì)，玉米幼苗生長發(fā)育對鹽分脅迫較為敏感，因此確定沼液用量標(biāo)準(zhǔn)可協(xié)調(diào)玉米營養(yǎng)生長與逆境脅迫之間的平衡。崔士友等[17]在玉米受鹽逆境脅迫研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤中含鹽量超過3g·kg-1，植株含水量、相對干鮮重、相對籽粒產(chǎn)量等均呈下降趨勢。趙軍等[18]得出相似結(jié)論，鹽脅迫降低了玉米生長發(fā)育。在本試驗中結(jié)果表明，隨著沼液量增加，同一耕層土壤中玉米出苗率、株高、根長等指標(biāo)均呈下降狀態(tài)，這與其研究結(jié)果一致。

沼液在土壤中的滲透效率隨沼液濃度的增強而提升，導(dǎo)致土壤不同耕層中營養(yǎng)物質(zhì)含量與鹽分含量均有所不同，曲連發(fā)[19]研究發(fā)現(xiàn)，施用沼液可以減小土壤容重，增加土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量，沼液灌施強度越大，對土壤的養(yǎng)分含量增加就越多，由此導(dǎo)致玉米在不同耕層土壤中生長發(fā)育有所區(qū)別。劉敏等[20]在研究沼液對土壤及作物生長方面的研究中表明，深層土壤中含有大量鹽分，對玉米發(fā)芽生長具有抑制作用，然而其中所含有的更多營養(yǎng)物質(zhì)對促進(jìn)玉米生長有著重要意義。本試驗中得出相應(yīng)結(jié)論，各耕層土壤中營養(yǎng)物質(zhì)積累量存在差異，不同耕層土壤中鹽分、電導(dǎo)率表現(xiàn)為上升后下降，表層土壤中含有更多的有益物質(zhì)；另外，高濃度沼液處理中鹽分、電導(dǎo)率的積累會抑制玉米幼苗的生長發(fā)育，導(dǎo)致出苗率株高、根長等指標(biāo)在較深耕層中表現(xiàn)更好，與他人研究結(jié)果一致。

4 結(jié)論

沼液施用量一直以來都是土壤改良以及作物肥效供應(yīng)的難題，確定合理的沼液施用量才能得到更大的效益。本研究利用不同濃度沼液施用量，同時對不同耕層土壤中沼液鹽分、電導(dǎo)率進(jìn)行測定，對該條件下玉米出苗率、株高、根長等生理指標(biāo)進(jìn)行測量，得出以下結(jié)論：不同濃度沼液處理下，隨著沼液施用量的增加耕層土壤中鹽分、電導(dǎo)率均上升，玉米出苗率、株高與根長下降；同一濃度沼液處理下，隨著沼液滲透不同耕層土壤中所含鹽分以及電導(dǎo)率呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，玉米在深層次土壤中出苗率較高、株高逐漸上升，根長在15～25cm耕層土壤最佳；確定20m3·667m-2沼液施用，翻耕15～25cm耕層土壤后種植玉米生長發(fā)育最佳。