土壤改良劑對(duì)松嫩平原鹽堿土壤理化性狀、水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

李 鵬,田 苗,任 安,李德萍,趙婷婷,賀 丹,姜 虹,任 毅, 李明昊,代紅喜

(1.黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院農(nóng)畜產(chǎn)品綜合利用研究所,黑龍江 哈爾濱 150036; 2.黑龍江省綠色食品科學(xué)研究院,黑龍江 哈爾濱 150028)

東北地區(qū)作為我國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地,對(duì)保障中國(guó)的糧食安全起著關(guān)鍵作用[1]。 東北地區(qū)松嫩平原鹽堿地總面積高達(dá)342 萬(wàn)hm2,鹽堿土由于pH 值高、含鹽量高導(dǎo)致土壤通透性差,孔隙度低、易板結(jié),不適于植株生長(zhǎng),降低作物產(chǎn)量[2]。 而土壤改良材料的正確使用可以有效緩解以上諸多問(wèn)題。

土壤改良劑按原料來(lái)源大致分為4 類(lèi),即天然改良劑、人工合成改良劑、天然—合成共聚物改良劑和生物改良劑[3]。 本研究應(yīng)用的松土精、鹽堿土專(zhuān)用改良劑、黃腐酸鉀分別屬于人工合成改良劑、生物改良劑和天然改良劑。 松土精是一種無(wú)公害、無(wú)殘留的高分子生物聚合物,易吸水,在土壤中遇水會(huì)慢慢解成氣體和帶電正負(fù)粒子,從而起到松解土壤、改善土壤板結(jié)的作用。 施用后增強(qiáng)土壤保水性和吸水性。 田麗等通過(guò)玉米盆栽試驗(yàn),研究松土精對(duì)玉米幼苗的生長(zhǎng)生理狀況的影響,結(jié)果表明松土精對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[4]。 薛利等采用大區(qū)試驗(yàn),研究松土精對(duì)土壤和棉花生長(zhǎng)的影響,結(jié)果表明松土精可提高棉田 0～10 cm 土壤有機(jī)質(zhì)含量,明顯降低棉田土壤緊實(shí)度。 棉花生育期施用松土精后,可減少棉花蕾鈴脫落,增產(chǎn)效果顯著,并提高經(jīng)濟(jì)效益[5]。 鹽堿土專(zhuān)用土壤改良劑含有大量的有益微生物活性菌,其主要成分為解淀粉芽孢桿菌、膠凍樣芽孢桿菌和多粘類(lèi)芽孢桿菌,其分泌的抗菌物質(zhì)能提高植物的抗病蟲(chóng)害能力,還能活化土壤,增加土壤吸收養(yǎng)分能力,延長(zhǎng)肥效,連續(xù)使用可改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和土壤板結(jié)情況。 龐寧等篩選了兩種耐鹽堿菌,與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的溶磷菌、纖維素降解菌進(jìn)行組合,并通過(guò)水稻盆栽試驗(yàn)驗(yàn)證了復(fù)合微生物菌劑在土壤理化性質(zhì)、水稻形態(tài)及生理指標(biāo)的作用效果,結(jié)果表明復(fù)合菌劑可以降低土壤 pH 值、電導(dǎo)率,對(duì)蘇打鹽堿土有一定的改良效果[6]。 向君亮等在大慶草原鹽堿土中分離出一種耐鹽堿菌株S11,鹽堿脅迫條件下,浸種接菌處理苜蓿種子后,種子發(fā)芽率、幼苗根長(zhǎng)和株高都有所增加[7]。楊威等研究了5 種生物菌在鹽堿脅迫下對(duì)玉米生理指標(biāo)的影響,菌劑作用于植物上通過(guò)降低丙二醛的積累或抗氧化酶SOD 活性減弱細(xì)胞的損傷,減輕鹽堿對(duì)植物的脅迫[8]。 黃腐酸鉀含有65%以上腐殖酸,可以改善土壤通透性,促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)[9]。 王相平等研究發(fā)現(xiàn),黃腐酸鉀可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤性質(zhì),提高棉花產(chǎn)量[10]。 張濟(jì)世等研究發(fā)現(xiàn),腐殖酸可降低土壤 pH、改善土壤結(jié)構(gòu)[11]。

松土精、鹽堿土專(zhuān)用改良劑、黃腐酸鉀在改良鹽堿土上應(yīng)用廣泛,但多集中在旱田應(yīng)用,在水稻田應(yīng)用不多。本研究在水稻插秧前應(yīng)用松土精、鹽堿土專(zhuān)用改良劑及黃腐酸鉀,驗(yàn)證其對(duì)鹽堿土土壤理化性質(zhì)及水稻生長(zhǎng)的影響,以期為水稻鹽堿土改良提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于 2022 年在閆家崗農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行,該地位于哈爾濱市道里區(qū)機(jī)場(chǎng)路19 km 處,地理坐標(biāo)為北緯45°34′～45°39′,東經(jīng)126°17′～126°21′。 該地區(qū)年平均氣溫為3.4 ℃,年平均降雨量為380 mm,年平均積溫2 851 ℃。試驗(yàn)小區(qū)旁邊設(shè)有1 m 深的排水溝,進(jìn)行排水排鹽。 試驗(yàn)區(qū)土壤pH 8.4,為輕度鹽堿地,有效磷40.2 mg/kg,速效鉀125.5 mg/kg、有機(jī)質(zhì) 18.2 g/kg,供試土壤八大鹽離子組成如表1 所示。

表1 供試土壤八大鹽離子含量 (cmol/kg)Table 1 Content of eight major salt ions in soil

1.2 供試材料選擇

試驗(yàn)采用3 種土壤改良劑:①松土精(金杞農(nóng)樂(lè));②鹽堿土專(zhuān)用改良劑(業(yè)盛旺生物官方旗艦店);③黃腐酸鉀(濟(jì)南甲蟲(chóng)化工有限責(zé)任公司)。 供試水稻品種為龍粳31。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5 個(gè)處理,施用量按照改良劑商品施用量或參照文獻(xiàn)中最適施用量設(shè)置,分別為 CK(對(duì)照,不添加任何改良劑)、S(松土精,3.75 kg/hm2)、G(鹽堿土專(zhuān)用改良劑,3.75 kg/hm2)、H(黃腐酸鉀,250 kg/hm2)、SH(松土精,3.75 kg/hm2+黃腐酸鉀,250 kg/hm2)。 每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù),隨機(jī)排列,小區(qū)面積均為27 m2。 2022 年 5 月9日,將改良材料一次性均勻施入試驗(yàn)地中,采用旋耕機(jī)使改良劑與土壤充分混合,每個(gè)處理正常施肥。 然后平整土地,試驗(yàn)小區(qū)開(kāi)始灌水、泡田和排水。 5 月25 日插秧,行距為30 cm,株距為14 cm。 期間正常田間管理,10 月8日收獲。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤理化性質(zhì)的測(cè)定

春耕前和水稻收獲后,在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)按照5 點(diǎn)采樣法設(shè)5 個(gè)采樣點(diǎn)采集0～30 cm 土樣,并進(jìn)行混合,四分法留取土樣。 將上述樣品自然陰干過(guò)篩用于分析理化性質(zhì)。 水溶性鹽總量采用殘?jiān)娓?質(zhì)量法測(cè)定;土壤pH采用玻璃電極法測(cè)定,水土質(zhì)量比為2.5 ∶1;土壤EC 采用EC 儀測(cè)定,水土比5 ∶1[12]。 陽(yáng)離子交換量CEC 采用三氯化六氨合鈷浸提—分光光度法;土壤堿化度計(jì)算參照文獻(xiàn)[13];交換性鈉離子濃度采用乙酸銨—?dú)溲趸@交換—火焰光度法;土壤有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定,全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定,全磷含量采用酸溶—鉬銻抗比色法測(cè)定,全鉀含量用火焰光度法測(cè)定[12]。

1.4.2 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的測(cè)定

收獲期每小區(qū)隨機(jī)選取3 處1 m×1 m 對(duì)水稻進(jìn)行取樣,統(tǒng)計(jì)該樣方內(nèi)株高及有效分蘗數(shù),烘干后計(jì)算地上部干物質(zhì)量。 每個(gè)小區(qū)完全收獲后測(cè)定產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用 Excel 2013 進(jìn)行處理,用 SPSS 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑對(duì)土壤pH 及交換性鈉的影響

由圖1 可知,4 個(gè)改良劑處理均能顯著降低土壤pH值(P＜0.05)。 與CK 相比,處理S、G、SH、H 土壤pH 值分別降低了0.5%、0.2%、1.2%和1.3%,其中H 處理降低土壤pH 的效果最為顯著。

圖1 不同改良劑對(duì)土壤pH 的影響Figure 1 Changes of soil pH under different modifiers

由圖2 可以看出,4 個(gè)改良劑處理均能降低土壤交換性鈉含量,但效果不顯著。 H 處理土壤交換性鈉含量最低,與CK 相比降低了4.0%,其次為G、SH、S 處理,分別降低了3.3%、3.0%和1.3%。

圖2 不同改良劑對(duì)土壤交換性鈉的影響Figure 2 Changes of soil exchangeable sodium under different modifiers

2.2 改良劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

土壤速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)是反映土壤養(yǎng)分狀況的關(guān)鍵指標(biāo),改良后三者含量高低是反映改良效果的重要因素。 由表2 可知,與對(duì)照相比,4 個(gè)改良劑處理均能提高土壤速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量。 除SH 處理下土壤速效磷含量與CK 無(wú)顯著差異外,其余處理土壤速效磷含量均顯著高于CK,G 處理土壤速效磷含量最高,其次為S、H、SH 處理,與CK 相比分別增加了41.5%、19.3%、7.9%和0.6%,各處理間差異顯著(P＜0.05)。 與對(duì)照相比,4 個(gè)改良劑處理均能顯著提高土壤速效鉀含量,SH 處理土壤速效鉀含量最高,其次為H、S、G 處理,與CK 相比分別增加了34.8%、27.0%、17.0%和9.9%。 由表2 可以看出,4 個(gè)改良劑處理均可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,但增加效果不顯著。

表2 不同改良劑處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Table 2 Effects of different modifiers on soil physical and chemical properties

2.3 改良劑對(duì)土壤離子組成的影響

由表3 可知,4 個(gè)改良劑處理均可使土壤HCO3- 含量升高,與CK 相比差異不顯著(P＜0.05)。 S 處理HCO3-含量最高,與CK 相比平均升高了22.7%,其次為G、SH、H 處理,分別升高了16.7%、10.6%和10.6%。 添加改良劑后,土壤Cl-含量降低,與CK 相比降低了6.3%～49.2%,其中SH 處理降幅最高,為49.2%,其次為H、G處理,分別降低32.8%和31.3%。 4 個(gè)改良劑處理均可提高土壤SO42-含量,SH 處理SO42-含量最高,與CK 相比升高了44.6%,其次為S、H、G 處理,分別提高了16.3%、13.9%和4.8%。 施加改良劑后,土壤Na+含量增加,平均增加了43.8%～154.2%,Na+含量G 處理＞S 處理＞SH 處理＞H 處理。 4 個(gè)改良劑處理均可降低土壤Ca2+含量,G處理土壤Ca2+含量最低,SH、H、S 處理其次,分別降低了50.0%、27.6%、22.4%和7.9%。 施入改良劑后土壤K+、Mg2+含量變化不大。

表3 不同改良劑處理下土壤離子組成及差異 (cmol/kg)Table 3 Soil ion compositions and differences under different modifiers

2.4 不同改良劑對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

表4 反映了不同改良劑對(duì)水稻株高、分蘗數(shù)、地上部干物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響。 由表4 可知,不同改良劑對(duì)水稻生長(zhǎng)均有一定的促進(jìn)作用,與對(duì)照相比,除G 處理使水稻株高降低外,S、H、SH 處理水稻株高分別提高了7.2%、0.9%和5.9%;S、G、H、SH 處理水稻分蘗數(shù)分別增加了51.8%、25.0%、18.8%和48.2%;S、G、H、SH 處理水稻地上部干物質(zhì)量分別增加了38.8%、14.9%、29.8%和47.4%;S、G、H、SH 處理水稻產(chǎn)量分別增加了8.4%、3.9%、9.4%和12.3%。 可見(jiàn),SH 處理能顯著提高水稻株高、地上部干物質(zhì)量及產(chǎn)量。

表4 不同處理對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響Table 4 Effects of different treatments on rice growth

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明,4 個(gè)改良劑處理均能夠顯著降低土壤pH,處理S、G、SH、H 土壤pH 值分別降低了0.5%、0.2%、1.2%和1.3%,SH、H 處理降低 pH 的效果較優(yōu);4 種改良劑均能夠有效提高土壤速效鉀、速效磷、有機(jī)質(zhì)含量,降低土壤交換性鈉含量,并能促進(jìn)水稻生長(zhǎng),提高水稻產(chǎn)量,與CK 相比,S、G、H、SH 處理水稻產(chǎn)量分別增加了8.4%、3.9%、9.4%和12.3%,SH 處理能顯著提高水稻株高、地上部干物質(zhì)量及產(chǎn)量;改良后土壤 HCO3-、SO42-、Na+含量升高,Cl-+SO42-/ CO3-+HCO3-比值顯著降低,Cl-、Ca2+含量降低,Mg2+、K+含量無(wú)明顯變化。 綜合分析結(jié)果表明,改良劑SH 效果較為顯著。

Na+、Cl-作為鹽脅迫的兩大離子,對(duì)植物的主要毒害表現(xiàn)為:使植物體滲透調(diào)節(jié)失衡,影響植物對(duì)水分的吸收[14～16]。 改良前土壤的主要陽(yáng)離子是Na+,占土壤陽(yáng)離子總量的比例＞80%,其次為Ca2+和Mg2+,占陽(yáng)離子總量的比例分別為12.6%和6.0%,K+占比例最低,僅為0.7%,這與前人研究結(jié)果一致[17]。 SO42-和 HCO3-則為主要陰離子,鹽分主要以小蘇打( NaHCO3)和硫酸鈉(Na2SO4) 為主,( Cl-+SO42-)與 HCO3-的比值為2.45,這與前人研究結(jié)果不一致,但也符合東北鹽漬化土壤的鹽分組成的特點(diǎn)[18]。 本試驗(yàn)中,4 個(gè)改良劑處理施入土壤后,發(fā)生了離子吸附交換、化學(xué)反應(yīng)等過(guò)程,使土壤中各種鹽基離子含量發(fā)生變化[19]。 改良后土壤Mg2+、K+含量變化不大,Ca2+含量降低,可能與試驗(yàn)地土壤為輕度鹽堿土,Ca2+比Mg2+、K+更容易淋失有關(guān)[20～21]。 改良后土壤HCO3-、SO42-、Na+含量升高,Cl-、Ca2+含量降低,這與唐雪等用脫硫石膏、黃腐酸鉀鉀和稻殼改良鹽堿土試驗(yàn)不十分一致,可見(jiàn),不同的土壤性質(zhì)、不同的添加劑、試驗(yàn)地排水、灌溉等設(shè)施都會(huì)影響土壤改良作用,需要具體的試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。 改良后土壤Cl-+SO42-/ CO3-+HCO3-比值顯著降低,說(shuō)明試驗(yàn)地土壤中可溶鹽組成類(lèi)型發(fā)生了轉(zhuǎn)化,具有一定的改良效果。 黃腐酸鉀是從泥炭、褐煤、風(fēng)化煤中提取,含有65%以上的腐殖酸,含有羥基、酚羥基等活性官能基團(tuán),具有弱酸性,能降低堿性土壤pH 值,作為一種緩釋肥料,還能為植物提供營(yíng)養(yǎng),提高植物產(chǎn)量。 松土精和鹽堿土專(zhuān)用土壤改良劑施入土壤中后,可改善土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和土壤板結(jié),加強(qiáng)鹽分淋溶效果,從而pH 得到改善,提高植物產(chǎn)量。 朱蕓、韓劍宏等研究發(fā)現(xiàn),腐殖酸使土壤 pH 降低,并提高土壤速效磷、速效鉀及有機(jī)質(zhì)含量[22～23]。 沙月霞等、龐寧等研究發(fā)現(xiàn),生物菌劑可以降低鹽堿地pH,改良土壤營(yíng)養(yǎng)狀況[24,6]。 羅俊等研究發(fā)現(xiàn),松土精可降低土壤緊實(shí)度和總孔隙度,改善土壤物理性狀[25]。 祝海竣等研究發(fā)現(xiàn),松土精可以緩解鹽堿脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量造成的影響,增加水稻產(chǎn)量[26]。 楊興旺研究發(fā)現(xiàn),松土精可顯著促進(jìn)葡萄植株生長(zhǎng)、增大莖粗[27]。 王安東等研究表明,水稻增施黃腐酸鉀可增加每穗粒數(shù),進(jìn)而增加產(chǎn)量,最高增產(chǎn)比例為3.57%[28]。 劉馨研究發(fā)現(xiàn),枯草芽孢桿菌可促進(jìn)黃瓜植株生長(zhǎng)、增大莖粗[29]。 趙思崎等研究發(fā)現(xiàn),微生物復(fù)合菌劑可顯著提高水稻的生長(zhǎng)指標(biāo)[30]。 本試驗(yàn)中,松土精、鹽堿土專(zhuān)用土壤改良劑和黃腐酸鉀均可降低土壤pH、增加土壤速效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量促進(jìn)水稻分蘗、增加水稻地上部干物質(zhì)量、提高水稻產(chǎn)量,這與前人的研究結(jié)果一致。 與其它處理相比,松土精與黃腐酸鉀復(fù)合(SH)處理在降低土壤pH、增加土壤速效鉀含量、增加產(chǎn)量方面相比其它處理效果顯著,說(shuō)明松土精與黃腐酸鉀復(fù)合(SH)各組分均發(fā)生了作用,通過(guò)加量施用松土精或者黃腐酸鉀單一改良劑不會(huì)有同樣的效果。