腐植酸復合材料對沙土理化性質和植物生長的影響

宗 莉 楊效和 王愛勤

（中國科學院蘭州化學物理研究所環境材料與生態化學發展中心 蘭州 730000)

阿拉善盟地處內蒙古自治區西端，全區荒漠化面積達22.39萬平方公里，占全盟土地面積的82.9%，成為我國生態的嚴重危急區[1]。自然環境惡化制約了該區域國民經濟發展。為此，針對阿拉善盟荒漠區生態環境保護建設引起廣泛關注[2]。

如何節水保水、提高沙生植物成活率是荒漠化治理過程中植被恢復的關鍵所在。腐植酸中富含多種含氧活性官能團，具有弱酸性、吸水性、離子交換性等特點，對沙土具有良好的改良作用[3]。保水劑由于其優越的吸水性和緩慢釋水性而被成功應用于荒漠區的植被恢復[4]。近年來研究發現，凹凸棒石黏土由于其孔道結構、良好吸附和離子交換性能，已成為改良沙土的有效材料[5]，同時黏土礦物中富含多種微量元素可促進植物生長發育。但是以上這些材料單獨使用時無法達到最優效果[6]。

本研究以腐植酸、凹凸棒石黏土和保水劑以及其他有機質復配成沙區植被專用保水保肥復合材料，開展了復合材料對阿拉善盟地區沙土理化性質和酶活性影響的研究，并應用于梭梭、沙棗樹和葡萄種植試驗，以期為腐植酸復合材料用于荒漠沙地治理與修復提供研究基礎和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

腐植酸由新疆雙龍腐植酸有限公司生產；有機-無機復合保水劑由勝利油田長安集團聚合物有限公司生產；凹凸棒石黏土，產自甘肅臨澤礦區，使用前粉碎并過200目篩。將以上物質與選定的其他有機質按一定比例充分混合后復配成保水保肥復合材料。沙土取自于阿拉善盟地區騰格里沙漠東區。

1.2 室內試驗方法

采用高25 cm、直徑10 cm的PVC塑料管盛土，管子底部用多層紗布封閉。設置0、0.25%、0.5%、1%和3%復合材料5個施用濃度，分別將復合材料與沙土按上述濃度直接混勻，裝成重量為3.0 kg的土柱，根據重量差減法使沙土濕度保持在正常持水量的75%。8個月后采用常規方法測定土壤結構、理化性質和鹽離子含量[7]。

1.3 試驗區概況與試驗設計

試驗地點在阿拉善盟地區騰格里沙漠。試驗區I在阿拉善盟巴音浩特鎮，設3個處理：處理1為空白對照(不施材料)；處理2為腐植酸復合材料，施用量300 kg/hm2；處理3為腐植酸復合材料，施用量600 kg/hm2。種植植物為梭梭和沙棗樹，日常管理與常規造林管理技術相同，3個月后跟蹤調查成活率、胸徑及株高。試驗區II在阿拉善盟沙產業園區，設3個處理，處理1為對照(僅滴灌)；處理2為普通復合肥，施用量750 kg/hm2；處理3為腐植酸復合材料，施用量600 kg/hm2。種植植物為葡萄，日常管理為沙地葡萄滴灌種植管理模式，3個月后調查成活率及葉片數。試驗區均為普通風沙土，其基本理化性質見表1。

表1 試驗區沙土的理化性質Tab.1 The soil physic-chemical characteristics of experimental region

1.4 土壤酶活性測定

在梭梭處理3小區內隨機取5處0～20 c m沙土，剔除石礫和植物殘根等雜物，放入4 ℃保存。土壤脲酶活性采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定，過氧化氫酶活性采用高錳酸鉀容量法測定[8]。

1.5 數據處理

數據處理和方差分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 15.0完成。

2 結果與分析

2.1 腐植酸復合材料對沙土理化性質的影響

腐植酸復合材料不同施用量對沙土理化性質的影響見表2。可以看出，與對照相比，隨著腐植酸復合材料用量的增加，沙土的pH值明顯降低，持水量、有機質、全氮和全磷含量明顯提高，可見腐植酸復合材料處理能夠提高土壤肥力，這與Chen等[9]利用泥炭和風化煤改良沙土的研究發現相同，其原因主要是因為腐植酸可以改善土壤微環境，增加土壤微生物的活性，提高土壤有機質，從而提高土壤肥力。其中，當腐植酸復合肥料施用量為1%和3%時對沙土理化性質影響差異不顯著，說明只要用1%的腐植酸復合材料就可明顯改善沙土的各種理化性能。

表2 腐植酸復合材料不同施用量對沙土理化性質的影響Tab.2 Effects of humic acid composite material application on physic-chemical properties of sandy soil

腐植酸復合材料對沙土團粒結構的影響如表3所示。風沙區沙土被風揚起所需的起動風速與沙土結構有關，沙土粒徑越大，起動風速越高，同時適宜的土壤結構有利于水分保持，因此沙土的團聚體含量可以反映其抵御風蝕的能力[10]。未施用材料沙土原樣中89%以上都是＜0.25 mm的細小顆粒，極易被風吹起，風速越高，揚起沙塵越多。施用腐植酸復合材料后，土壤結構明顯改善，當材料使用量為3%時，＞0.25 mm穩定性團聚體含量提高至42.7%，沙土結構得到顯著改善，這是由于復合材料中的腐植酸和凹凸棒石黏土均可有效改善團粒結構，使大團聚體數目增加。

表3 腐植酸復合材料不同施用量對沙土團粒結構的影響Tab.3 Effects of humic acid composite material on sandy soil aggregates structure

2.2 腐植酸復合材料對沙土酶活性的影響

沙土酶活性通過催化沙土中的生化反應發揮重要作用，也是沙土肥力的一項重要指標[11]。脲酶直接參與尿素形態轉化，能促進有機質分子中肽鍵的水解，其活性通常與微生物數量、有機質、全氮和速效氮相關。施用腐植酸復合材料能明顯提高脲酶活性，隨著材料施用量增加，沙土層脲酶活性得到提高，300 kg/hm2和600 kg/hm2處理分別比對照提高了51.2%和70.2%，但在10～20 cm沙土層材料施用量沒有顯著性差異(圖1)，0～10 cm沙土脲酶活性高于10～20 cm沙土層。沙土中真菌、細菌和植物根都能夠分泌過氧化氫酶，用于解除生物呼吸或生物化學氧化反應產生過氧化氫的毒害。過氧化氫酶是參與沙土中物質和能量轉化的一種重要氧化還原酶，在一定程度上可以表征沙土生物氧化過程的強弱[12]。圖2顯示，0～10 cm沙土層內過氧化氫酶活性顯著高于10～20 cm，施用腐植酸復合材料能明顯提高過氧化氫酶活性，0～20 cm沙土層分別比對照提高了12.4%和18.4%。腐植酸復合材料對沙土脲酶活性影響較為顯著，這是由于脲酶活性通常與微生物數量、土壤有機質、全氮和速效氮相關。Ignacio等[12]研究表明，土壤有機質含量對土壤酶活性有直接影響，這是因為土壤有機質是土壤微生物和植物的生活基礎和生命活動產物。隋躍宇和邱現奎等[13，14]研究表明，過氧化氫酶與土壤養分成正相關。腐植酸復合材料的施用顯著提高了過氧化氫酶活性，但不同用量間差異不顯著。

圖1 不同處理對沙土脲酶活性的影響Fig.1 Effects of different treatments on activity of soil urease

圖2 不同處理對沙土過氧化氫酶活性的影響Fig. 2 Effects of different treatments on activity of soil catalase

2.3 腐植酸復合材料對植物生長的影響

由于腐植酸復合材料提供灌木生長所需養分，同時腐植酸復合材料中的保水劑可避免水分過度蒸發，從而提高植物成活率。施用復合材料后顯著提高了沙棗樹的成活率，施用300 kg/hm2和600 kg/hm2腐植酸復合材料比對照分別提高了29.2%和34.7%(圖3)。梭梭成活率有所提高，但與對照差異不顯著。而葡萄種植采用沙地滴灌，不同處理的成活率均達到100%。不同物種間成活率有一定差別，這可能與物種對水肥需求不同有關。腐植酸復合材料的施用能顯著提高植物地上部分生物量(圖4和圖5)，不同材料用量下梭梭株高均達到顯著水平，分別比對照提高了49.2%和88%，而胸徑在600 kg/hm2用量下達到0.37 cm，比對照提高了23%(圖6)，300 kg/hm2用量胸徑有所提高，但與對照相比差異不顯著。

圖3 不同處理對植物成活率的影響Fig.3 Effects of different treatments on rate of survival

圖4 梭梭種植實例照片Fig.4 Photos of planting H. ammodendron

圖5 葡萄種植實例照片Fig. 5 Photos of planting Grape

圖6 不同處理對梭梭株高和胸徑的影響Fig.6 Effects of different treatments on height and ground diameter of H. ammodendron

傳統認為施用足量的有機肥，可以增加土壤有機質含量，提高果樹產量和品質。生育期間葉片數量增多有利于葡萄進行光合作用，可為后期生長積累所需養分。本試驗進行復合材料和復合肥種植葡萄對比試驗，發現施用腐植酸復合材料和復合肥的葡萄葉片數量明顯高于對照葉片數104%和89%(圖7)，施用腐植酸復合材料略高于施用復合肥的葉片數，但差異不顯著。這是由于以腐植酸和凹凸棒石黏土開發的復合材料，腐植酸除其富含有機質外，還可增加土壤養分的有效性，刺激植物生長發育[3]，同時凹凸棒石黏土還可滿足植物生長的所需微量元素，與傳統有機肥相比，養分更加均衡。

圖7 不同處理對葡萄葉片數的影響Fig.7 Effects of different treatments on number of grape leaves

3 結論

腐植酸、凹凸棒石黏土、保水劑及其他有機質進行復配，可以有效改善沙土的理化性質，提高植物的成活率和生物量，具有保水、降低pH值、增加養分等作用，可作為沙土的改良劑。腐植酸復合材料用量為1%時，改善沙土理化性質效果最佳。

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