不同有機(jī)改良劑對(duì)鹽堿地菊芋產(chǎn)量及土壤理化性質(zhì)的影響

管西林　郭洪?！≠Z曦　王璐　邊文范　張玉鳳　董亮　田慎重

摘要：試驗(yàn)在黃河三角洲典型鹽堿地上進(jìn)行，以菊芋品種南芋l號(hào)為供試材料，設(shè)置不施肥對(duì)照（CK）、常規(guī)施肥（F）、商品有機(jī)肥（M）、生物炭基調(diào)理劑（T1）、抗鹽調(diào)理劑（T2）共5個(gè)處理，研究不同有機(jī)改良劑對(duì)菊芋苗期生物量、塊莖產(chǎn)量及土壤主要理化性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：施用有機(jī)改良劑對(duì)鹽堿地菊芋苗期干物質(zhì)量和成熟期地下塊莖產(chǎn)量影響顯著，其中T1處理菊芋苗期干物質(zhì)量和成熟期塊莖產(chǎn)量最高，較CK、F處理分別顯著提高76.4％、36.2%和38.7%、25.1%，與CK相比，T1處理菊芋苗期O-30cm土層土壤pH值顯著下降；M、T1和T2處理較CK和F處理顯著降低菊芋苗期0-20cm土層土壤水溶性鹽含量，降幅達(dá)8.3%以上，且T1優(yōu)于M和T2處理；菊芋收獲后，M、T1和T2處理0-10cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量較CK分別顯著提高15.1%、20.7%和21.0％，T1處理顯著增加0-20cm土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，M處理顯著增加0-20cm土層土壤有效磷和速效鉀含量。綜上，施用生物炭基調(diào)理劑對(duì)改良土壤鹽堿化、促進(jìn)壯苗培育、提高菊芋產(chǎn)量效果較優(yōu)。

關(guān)鍵詞：菊芋；鹽堿地；有機(jī)改良劑；塊莖產(chǎn)量；土壤理化性質(zhì)；黃河三角洲

中圖分類號(hào)：S632.901 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2024）03-0070-08

黃河三角洲作為我國(guó)主要的鹽堿地分布區(qū)之一，約有210.4萬hm2的可利用土地面積，其中耕地面積約112.7萬hm2。近年來，我國(guó)面臨著糧食生產(chǎn)壓力增大和耕地面積持續(xù)減少等問題，因此該地區(qū)已成為我國(guó)耕地“擴(kuò)容、提質(zhì)、增效”的重要來源。隨著“渤海糧倉”等農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程的實(shí)施，該區(qū)域鹽堿農(nóng)田改良利用效果和生產(chǎn)力水平不斷提高。但由于該區(qū)域生態(tài)多樣性脆弱、生態(tài)功能差，區(qū)域內(nèi)可耕種農(nóng)田依然面臨土壤有機(jī)質(zhì)水平低、種植結(jié)構(gòu)單一、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益低下等一系列問題，嚴(yán)重制約了黃河三角洲地區(qū)農(nóng)業(yè)高效發(fā)展。當(dāng)前，黃河三角洲鹽堿地農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物比重低，糧食作物與經(jīng)濟(jì)作物播種面積比為77：23，仍處于粗放型開發(fā)，亟需發(fā)展高值高質(zhì)的鹽堿地特色經(jīng)濟(jì)作物，以促進(jìn)鹽堿地農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

鹽堿地耐鹽植物資源豐富，包括了藥用植物、芳香植物、纖維植物、油脂植物及飼用植物等經(jīng)濟(jì)植物，為經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了豐富的種質(zhì)資源。近年來，針對(duì)黃河三角洲區(qū)域資源環(huán)境特點(diǎn)，增加了耐鹽堿經(jīng)濟(jì)作物比例，形成了鹽堿耕地特有的種植業(yè)結(jié)構(gòu)模式，成為系統(tǒng)解決鹽堿地高效利用和高質(zhì)量農(nóng)業(yè)發(fā)展的有效途徑之一。

菊芋是菊科向日葵屬多年生草本植物，又名洋姜、鬼子姜，原產(chǎn)自北美洲，18世紀(jì)末從歐洲傳入我國(guó)后被廣泛種植。地下部塊莖是菊芋加工利用的主要部位，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。菊芋根系發(fā)達(dá)，能有效吸收鹽堿土壤中的鹽分，并能很好地抵抗鹽堿，因此，在輕微的鹽堿地上栽培菊芋對(duì)土壤的改良效果顯著。隨著菊芋功能、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的不斷被發(fā)掘，其產(chǎn)業(yè)逐漸發(fā)展壯大。但若使鹽堿地菊芋種植達(dá)到規(guī)模化、高值化、機(jī)械化要求，鹽堿地改良、菊芋壯苗培育、規(guī)模化生產(chǎn)成為高效發(fā)展鹽堿地菊芋產(chǎn)業(yè)的有效措施。因此，本研究利用不同有機(jī)改良劑對(duì)黃河三角洲地區(qū)鹽堿地進(jìn)行改良與養(yǎng)分優(yōu)化管理，探討施用不同有機(jī)改良劑對(duì)菊芋苗期干物質(zhì)量、土壤養(yǎng)分及地下塊莖產(chǎn)量的影響，以期為黃河三角洲地區(qū)菊芋規(guī)?；N植及耕地質(zhì)量提升提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020-2021年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院黃河三角洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)試驗(yàn)示范園（東營(yíng)基地）進(jìn)行?；靥幱谏綎|省黃河三角洲農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)核心位置，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候。年平均溫度12.5℃，全年無霜期211天，≥10℃積溫約4300℃，年降水量550-600mm。土壤類型為鹽化潮土，土壤含鹽量及肥力分布不均，0-30cm土層土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)不施肥（CK）、常規(guī)施肥（F）、商品有機(jī)肥（M）、生物炭基調(diào)理劑（T1）、抗鹽調(diào)理劑（T2）共5個(gè)處理，重復(fù)4次，小區(qū)面積7.0m×4.2m=29.4m2。供試菊芋品種為南芋1號(hào)，于每年4月上旬播種，10月份收獲，行株距60cm×35cm。除不施肥處理外，其他處理N、P、K肥等量投入，分別為300、225kg/hm2和105kg/hm2，全部作為基肥撒施。常規(guī)施肥處理只用化肥，其中，氮肥選用控釋尿素（N46%），磷、鉀肥分別選用重過磷酸鈣（P2O544%）、硫酸鉀（K2O50%），商品有機(jī)肥、生物炭基調(diào)理劑及抗鹽調(diào)理劑處理所施用的物料量及養(yǎng)分含量如表2所示。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 土壤樣品采集與分析

在菊芋播種前（2020年及2021年4月）、苗期（2020年及2021年5月）和試驗(yàn)結(jié)束后（2021年10月）按0-10、10-20、20-30cm土層分別采集新鮮的菊芋土壤樣品，分層混合后帶同實(shí)驗(yàn)室，晾干過篩后備用。其中，苗期測(cè)定指標(biāo)為水溶性鹽總量，試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定指標(biāo)為pH值、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，播種前基礎(chǔ)土壤樣品上述指標(biāo)都測(cè)定。主要測(cè)定方法如下：

土壤水溶性鹽分采用重量法測(cè)定，電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測(cè)定，pH值采用電位法測(cè)定，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，有效磷采用0.5

mol/LNaHCO3浸提一鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀采用火焰光度計(jì)法測(cè)定，有機(jī)碳采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定。

1.3.2 植株樣品采集與分析

苗期植株干物質(zhì)量的測(cè)定：于每年5月底取不同處理菊芋苗期鮮樣各5株稱重并記錄，將各處理樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，使用干燥箱105℃殺青30min，然后850C烘干至恒重，放至室溫后稱重，計(jì)算不同處理植株的干物質(zhì)量。

菊芋塊莖產(chǎn)量測(cè)定：于每年10月下旬菊芋收獲期，每處理選擇3個(gè)2m×3m小區(qū)，收集該區(qū)域所有塊莖，稱重并計(jì)算各處理菊芋塊莖產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010統(tǒng)計(jì)整理及作圖，采用DPS 12.0軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)改良劑對(duì)鹽堿地菊芋苗期干物質(zhì)量及收獲期地下塊莖產(chǎn)量的影響

2.1.1 對(duì)菊芋苗期干物質(zhì)量的影響

由圖1可知，兩年試驗(yàn)結(jié)果菊芋苗期干物質(zhì)量均表現(xiàn)為TI>T2>M>F>CK，且各有機(jī)改良劑處理與對(duì)照差異均達(dá)顯著水平。2020年T1處理菊芋苗期干物質(zhì)量均顯著高于其他處理，2021年T1處理最高，但與M、T2處理差異不顯著，三者均顯著高于CK及F處理。與CK及F處理相比，T1、T2、M處理兩年平均菊芋苗期干物質(zhì)量分別顯著提高76.4%、64.3%、51.0%和36.2%、26.9%、16.6%。

2.1.2對(duì)菊芋收獲期地下塊莖產(chǎn)量的影響

兩年試驗(yàn)結(jié)果（圖2）表明，T1處理平均菊芋塊莖產(chǎn)量最高，顯著高于其他處理，比CK和F處理分別顯著增產(chǎn)38.7%和25.1%，表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量效應(yīng)：其次為M處理，平均塊莖產(chǎn)量也顯著高于CK和F處理。說明苗期較高的壯苗群體顯著促進(jìn)其地下塊莖的產(chǎn)量形成。

2.2 不同有機(jī)改良劑對(duì)鹽堿地菊芋土壤鹽分和養(yǎng)分含量的影響

2.2.1 對(duì)菊芋苗期不同土層土壤水溶性鹽總量的影響

由圖3可知，2020年度，T1較CK和F處理顯著降低菊芋苗期0-30cm土層的水溶性鹽含量18.6%以上：2021年度，M、T1和T2處理較CK和F處理顯著降低菊芋苗期0-20cm土層的水溶性鹽含量8.3%以上。從降低鹽堿地水溶性鹽含量效果看，T1處理優(yōu)于M和T2處理。

2.2.2 對(duì)菊芋收獲后不同土層土壤pH值和電導(dǎo)率的影響

由圖4A可以看出，與CK和F處理相比，T1處理0-30cm各土層土壤pH值均顯著降低。由圖4B可以看出，與CK和F處理相比，0-10cm土層M、T1和T2處理土壤電導(dǎo)率顯著下降12.4%-22.3%，10-20cm土層T2處理土壤電導(dǎo)率顯著下降13.3%-22.3%，而20-30cm土層各處理土壤電導(dǎo)率無顯著差異。

2.2.3 對(duì)菊芋收獲后不同土層土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響

兩年的田間試驗(yàn)結(jié)果（圖5）表明，有機(jī)改良劑的添加對(duì)0-10cm土層有機(jī)質(zhì)含量均有顯著影響，且有機(jī)質(zhì)含量隨土層深度增加而降低。其中，0-10cm土層，M、T1、T2處理的土壤有機(jī)質(zhì)含量分別比CK顯著提高15.1%、20.7%、21.0%：10-20、20-30cm土層，T1處理土壤有機(jī)質(zhì)含量與CK和F處理相比分別顯著提高28.1%、17.1%和19.8%、16.1%?？傮w上看，各處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提高效果表現(xiàn)為T1>T2>M。

2.2.4 對(duì)菊芋收獲后不同土層土壤速效養(yǎng)分含量的影響

由圖6A可以看出，T1處理0-10、10-20cm土層土壤堿解氮含量顯著高于CK和F處理。由圖6B看出，與F處理相比，M、T1處理0-10cm和10-20cm土層土壤有效磷含量顯著提高82.6%-92.6%和37.7%-44.7%。由圖6C看出，與CK相比，各處理均顯著提高0-10cm土層土壤的速效鉀含量18.3%以上，10-20cm土層M和T1處理速效鉀含量較CK和F處理相比分別顯著提高33.7%-41.1%和35.3%-42.8%，20-30cm土層各處理土壤速效鉀含量無顯著差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同有機(jī)改良劑對(duì)鹽堿地菊芋干物質(zhì)量及地下塊莖產(chǎn)量的影響

本研究結(jié)果表明，三種有機(jī)改良劑及常規(guī)施肥處理較不施肥對(duì)照均顯著提高菊芋苗期干物質(zhì)量和地下塊莖產(chǎn)量，其中菊芋苗期干物質(zhì)量表現(xiàn)為生物炭基調(diào)理劑>抗鹽調(diào)理劑>商品有機(jī)肥>常規(guī)施肥>不施肥對(duì)照，地下塊莖產(chǎn)量表現(xiàn)為生物炭基調(diào)理劑>商品有機(jī)肥>抗鹽調(diào)理劑>常規(guī)施肥>不施肥對(duì)照。群體數(shù)量是保障作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，本研究中菊芋地下塊莖產(chǎn)量對(duì)不同改良劑的響應(yīng)與苗期的群體變化基本一致，說明苗期較高的壯苗群體顯著促進(jìn)了其地下塊莖產(chǎn)量的形成：連續(xù)施用生物炭有機(jī)改良劑兩年后，降低了菊芋0-20cm土層土壤pH值、水溶性鹽含量，增加了土壤有機(jī)質(zhì)和速效N、P、K的含量，促進(jìn)壯苗生長(zhǎng)。屈忠義等研究結(jié)果顯示，鹽堿地施用改良劑可以明顯降低番茄生育期土壤電導(dǎo)率和pH值，使土壤有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷、速效鉀含量明顯提高，番茄增產(chǎn)顯著：孫慧慧研究表明，不同有機(jī)改良措施可顯著增加番茄株高、干物質(zhì)累積量，有利于番茄產(chǎn)量的提高。這與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致，說明良好的土壤養(yǎng)分是菊芋苗期較高壯苗群體的基礎(chǔ)，進(jìn)而顯著促進(jìn)菊芋地下塊莖產(chǎn)量的形成。

3.2 不同有機(jī)改良劑對(duì)鹽堿地菊芋土壤鹽分和養(yǎng)分的影響

濱海鹽堿地土壤高鹽分和低有機(jī)質(zhì)含量是影響作物正常生長(zhǎng)的主要原因，同時(shí)也是土壤部分理化性質(zhì)惡化、養(yǎng)分有效性降低的根源。本研究表明，施用有機(jī)改良劑可以降低土壤鹽分含量、改善土壤養(yǎng)分狀況，相較于不施肥對(duì)照而言，連續(xù)施用生物炭基調(diào)理劑、抗鹽調(diào)理劑、商品有機(jī)肥兩年，都能顯著降低土壤水溶性鹽含量。這說明施用有機(jī)改良劑是降低土壤鹽分含量的重要手段。前人研究表明，施加含有機(jī)物料的改良劑（如牛糞）可以改善土壤結(jié)構(gòu)，降低鹽分含量，提高土壤肥力，與本研究結(jié)果一致。其次，本研究中生物炭基調(diào)理劑、抗鹽調(diào)理劑、商品有機(jī)肥均可顯著增加0-10cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量。不同有機(jī)改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的增加量不同，改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的影響在0-20cm土層較顯著，其中，與對(duì)照相比生物炭基調(diào)理劑能顯著增加該土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，商品有機(jī)肥能顯著增加該土層土壤有效磷和速效鉀含量。這與不同有機(jī)改良劑的性質(zhì)以及各養(yǎng)分元素的特點(diǎn)有關(guān)。有研究表明，糠醛渣和牛糞可以提高土壤的有機(jī)碳、全氮和速效磷含量，改善土壤微環(huán)境（0-20cm土層），其中牛糞對(duì)土壤速效磷的影響最為顯著，較對(duì)照增加99.4%，而腐植酸、糠醛渣和硫酸亞鐵可以明顯降低土壤pH值；謝文軍等研究發(fā)現(xiàn)，在重鹽漬化土壤上種植陽菁后增加了土壤有機(jī)質(zhì)含量：張錫洲等28的研究表明，不同比例氮磷鉀肥配施處理，鉀肥對(duì)土壤的含鹽量影響較大，鉀肥用量高的土壤含鹽量較高，而氮肥和磷肥施用量對(duì)土壤含鹽量的影響不顯著，土壤電導(dǎo)率隨鉀肥施用量的增加而顯著提高。這與本研究結(jié)果一致，本研究中，0-10cm土層常規(guī)施肥處理土壤電導(dǎo)率最高，而有機(jī)改良劑的施用可以降低該土層土壤電導(dǎo)率。朱娛等29試驗(yàn)結(jié)果表明，在鹽堿化土地上施用石膏，土壤電導(dǎo)率和pH值都呈下降趨勢(shì)，而且改良后能很大程度上減輕鹽堿對(duì)作物生長(zhǎng)的脅迫。

綜上所述，生物炭基調(diào)理劑、抗鹽調(diào)理劑、商品有機(jī)肥、常規(guī)施肥較不施肥處理均能提高菊芋苗期干物質(zhì)量。其中生物炭基調(diào)理劑處理菊芋苗期干物質(zhì)量和成熟期塊莖產(chǎn)量均顯著高于其他處理，表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量效應(yīng)。這與有機(jī)調(diào)理劑對(duì)土壤性質(zhì)的改良相關(guān)，施用生物炭基調(diào)理劑可顯著降低土壤含鹽量和pH值，而生物炭基調(diào)理劑、抗鹽調(diào)理劑、商品有機(jī)肥均可顯著增加0-10cm土層土壤有機(jī)質(zhì)含量。改良劑對(duì)土壤養(yǎng)分的影響在0-20cm土層較顯著，其中，與對(duì)照相比生物炭基調(diào)理劑顯著增加該土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，商品有機(jī)肥顯著增加該土層土壤有效磷和速效鉀含量。綜上表明，施用生物炭基調(diào)理劑對(duì)改良土壤鹽堿化、促進(jìn)壯苗培育、提高菊芋產(chǎn)量效果較優(yōu)。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019YFD1002703，202IYFD1900190）；山東省“渤海糧倉”科技示范工程升級(jí)版項(xiàng)目（2019BHLC002）