含腐植酸褐煤對鹽堿土水溶性有機碳及玉米幼苗長勢的影響

顧 鑫

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院大慶分院 大慶 163316

土壤水溶性有機碳（water-soluble organic carbon，WSOC）是土壤有機碳中的重要活性組分[1]，具有一定的溶解性，不僅在土壤碳循環(huán)過程中扮演重要角色[2]，而且可以直接被微生物吸收利用參與土壤營養(yǎng)物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，被認為是土壤肥力與環(huán)境變化的敏感指標[3]，其含量與土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力密切相關，從而可影響作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。水溶性有機碳的特點是移動速度快、穩(wěn)定性差、易氧化、分解、礦化，容易受土壤酸堿度、植被類型、降雨等自然因素和耕作、施肥等人為因素影響[4～8]。我國褐煤資源可采儲量大，褐煤中含有豐富的有機碳，是適宜生產(chǎn)腐植酸的原材料，是天然的土壤改良調(diào)理劑[9]。東北松嫩平原重度蘇打鹽堿土由于缺乏有效的有機質(zhì)導致土壤可塑性極差，生態(tài)環(huán)境惡劣，不利于作物生長。提高重度蘇打鹽堿土有機碳含量，特別是水溶性有機碳含量對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食保障具有重要意義。然而當前對重度蘇打鹽堿土水溶性有機碳提升的研究仍有不足，因此本研究將通過室內(nèi)盆栽試驗，定性定量探索含腐植酸的褐煤對重度蘇打鹽堿土水溶性有機碳及玉米幼苗長勢的影響，以期為重度蘇打鹽堿土科學治理利用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自大慶地區(qū)重度蘇打鹽堿土，pH 11.3，電導率（EC值）1350 μS/cm，有機質(zhì)11.4 g/kg；含腐植酸的褐煤來自黑龍江省蘿北縣，pH 5.88，EC值85 μS/cm，有機質(zhì)675.8 g/kg，總腐植酸含量50.1%，水溶性有機碳140.68 g/kg；玉米品種為“先玉335”。

1.2 試驗設計

將含腐植酸的褐煤和土壤均研磨過2 mm篩子，褐煤按不同質(zhì)量分數(shù)與重度蘇打鹽堿土混勻后裝入盆中（盆高25 cm、內(nèi)口徑30 cm，盆底帶托盤），置于室內(nèi)培養(yǎng)，共設7個處理：褐煤的質(zhì)量分數(shù)分別設定為0%（CK）、5%（C1）、10%（C2）、15%（C3）、20%（C4）、25%（C5）、30%（C6）。在培養(yǎng)90天時播種玉米種子，待長出3片葉時調(diào)查幼苗長勢情況，并在苗期結(jié)束時測定各處理土壤水溶性有機碳含量、土壤pH和EC值。各處理均3次重復，置于室內(nèi)陽光充沛的地方，隨機排列，期間各處理采用一致常規(guī)澆灌、除草防蟲等管理措施。

1.3 測定方法

水溶性有機碳的測定：按照土水比為1∶5的比例混勻[10]，在25 ℃條件下，以250 r/min的速度振蕩1 h，接著在轉(zhuǎn)速為15000 r/min離心10 min，上部懸浮液過0.45 μm微孔濾膜，以后步驟采取總有機碳的測定方法（重鉻酸鉀容量法）[11]；土壤pH的測定：應用IS139 pH計（1∶2.5土水比）；土壤EC值的測定：應用DDS-307電導率儀（1∶5土水比）；植物性狀的測定：調(diào)查玉米幼苗的株高、根系長度和地上地下鮮干重。

1.4 統(tǒng)計方法

均采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進行數(shù)據(jù)整理與方差分析，運用Duncan’s新復極差法進行平均數(shù)的多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用含腐植酸褐煤對土壤水溶性有機碳的影響

不同處理土壤水溶性有機碳含量的測定結(jié)果如表1所示。C6處理土壤水溶性有機碳含量最高，平均為46.65 g/kg，顯著高于其他處理，與CK處理相比，上升了31.6倍；C5處理土壤水溶性有機碳含量次之，平均為44.88 g/kg，顯著高于CK、C1、C2、C3、C4處理，與CK處理相比，上升了30.4倍；C4處理土壤水溶性有機碳含量平均為37.60 g/kg，顯著高于CK、C1、C2、C3處理，與CK處理相比，上升了25.3倍；C3處理土壤水溶性有機碳含量平均為34.79 g/kg，顯著高于CK、C1、C2處理，與CK處理相比，上升了23.3倍；C2處理土壤水溶性有機碳含量平均為34.13 g/kg，顯著高于CK、C1處理，與CK處理相比，上升了22.9倍；C1處理土壤水溶性有機碳含量平均為25.49 g/kg，與CK處理間差異顯著，相比上升了16.8倍。

2.2 施用含腐植酸褐煤對土壤pH和EC值的影響

不同處理土壤pH和EC值的測定結(jié)果如表1所示。C6處理土壤pH最低，平均為8.86，顯著低于其他處理，與CK處理相比，降低了17.0%；C5處理土壤pH次之，平均為9.25，顯著低于CK、C1、C2、C3、C4處理，與CK處理相比，降低了13.3%；C4處理土壤pH平均為9.35，顯著低于CK、C1、C2、C3處理，與CK處理相比，降低了12.4%；C3處理土壤pH平均為9.62，顯著低于CK、C1、C2處理，與CK處理相比，降低了9.8%；C2處理土壤pH平均為9.79，顯著低于CK和C1處理，與CK處理相比，降低了8.2%；C1處理土壤pH平均為10.22，與CK處理間差異顯著，相比降低了4.2%。C6處理土壤EC值最低，平均為856 μS/cm，與C3和C5處理間差異不顯著，顯著低于CK、C1、C2、C4處理，與CK處理相比，降低了35.7%；C4處理土壤EC平均為920 μS/cm，顯著低于CK、C1、C2處理，與CK處理相比，降低了30.9%；C2處理土壤EC值平均為950 μS/cm，顯著低于CK和C1處理，與CK處理相比，降低了28.7%；C1處理土壤EC值平均為1003 μS/cm，與CK處理間差異顯著，相比降低了24.7%。

表1 不同處理土壤水溶性有機碳含量、pH和EC值Tab.1 Soil water-soluble organic carbon content, pH and EC value in different treatments

2.3 土壤水溶性有機碳與土壤pH和EC值的關系

土壤水溶性有機碳與土壤pH和EC值的關系分析結(jié)果如表2所示。通過數(shù)據(jù)之間的相關性分析得出，土壤水溶性有機碳與土壤pH和EC值均呈極顯著負相關關系，相關系數(shù)分別為-0.941和-0.963；土壤pH和土壤EC值二者之間呈極顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.859。

2.4 施用含腐植酸褐煤對玉米幼苗長勢的影響

不同處理玉米幼苗長勢性狀如表3所示。CK處理玉米種子沒有萌發(fā)，無幼苗長出。C6處理幼苗株高最高，平均為35.18 cm，與C4、C5間處理差異不顯著，但顯著高于其他處理；C3處理幼苗株高平均為26.14 cm，顯著高于C1和C2處理；C2處理幼苗株高平均為12.28 cm，與C1處理間差異不顯著。C4處理幼苗單株鮮重、干重均最大，分別平均為0.886 g和0.078 g，均與C5、C6處理間差異不顯著，顯著高于其他處理；C3處理幼苗單株鮮重、干重分別平均為0.592 g和0.056 g，均顯著高于C1和C2處理；C2處理幼苗單株鮮重、干重平均為0.290 g和0.032 g，均與C1處理差異不顯著。C6處理幼苗根最長，平均為9.82 cm，與C3、C4、C5處理間差異不顯著，但顯著高于其他處理；C1和C2處理幼苗根長分別平均為3.60 cm和6.60 cm，差異顯著。C4處理幼苗根鮮重最大，平均為0.856 g，與C2、C3、C5處理間差異不顯著，但顯著高于其他處理；C1和C6處理幼苗根鮮重分別平均為0.702 g和0.668 g，差異不顯著。C1處理幼苗根干重最大，平均為0.188 g，與C2、C3處間理差異不顯著，但顯著高于其他處理；C4、C5、C6處理幼苗根干重分別平均為0.110 g、0.112 g和0.104 g，差異不顯著。

2.5 土壤水溶性有機碳與玉米幼苗性狀的關系

土壤水溶性有機碳與玉米幼苗性狀的相關關系如表4所示。通過數(shù)據(jù)之間的相關性分析得出，土壤水溶性有機碳與玉米幼苗株高、單株鮮重、單株干重、根長、根鮮重均呈極顯著正相關關系，相關系數(shù)分別為0.818、0.813、0.806、0.894、0.809；與根干重呈顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.439。

表2 土壤水溶性有機碳與土壤pH和EC值的相關關系Tab.2 Correlation between soil water-soluble organic carbon, soil pH and EC value

表3 不同處理玉米幼苗長勢性狀Tab.3 Growth characteristics of maize seedlings in different treatments

表4 土壤水溶性有機碳與玉米幼苗性狀的相關關系Tab.4 Correlation between soil water-soluble organic carbon and maize seedling characteristic

3 結(jié)論與討論

土壤鹽堿化是土壤質(zhì)量退化的表現(xiàn)，重度蘇打鹽堿土堿性大、電導率偏高[12]，長年難以生長植被，有機物質(zhì)投入甚少，水溶性有機碳含量偏低，本研究供試土壤中的水溶性有機碳含量僅有1.43 g/kg，十分貧瘠。碳元素是土壤微生物和植物必須的營養(yǎng)元素之一[13]，土壤補充足夠的碳營養(yǎng)是培肥地力增產(chǎn)提質(zhì)的關鍵[14]，其水溶性決定有效性，決定能否被土壤微生物和作物直接吸收利用。本研究表明添加含腐植酸褐煤后的重度蘇打鹽堿土水溶性有機碳含量顯著提高，整體上表現(xiàn)為水溶性有機碳含量隨著含腐植酸褐煤用量的增加而逐漸增加，這與馬斌等[15]研究結(jié)果一致——褐煤腐植酸能促使土壤固有有機物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，進而促進土壤可溶性碳的釋放。本研究供試含腐植酸褐煤中的水溶性有機碳含量為140.68 g/kg，有效地填補了重度蘇打鹽堿土缺碳的困境。添加含腐植酸褐煤后的重度蘇打鹽堿土堿性和EC值均隨著含腐植酸褐煤用量的增加而逐漸降低，這可能是因為腐植酸是帶有多種活性基團的有機酸性物質(zhì)[16]，同時腐植酸具有較強的離子交換和吸附能力[17]，從土壤的可溶性鹽中吸附并阻隔有害鹽離子，降低土壤溶液中鹽分濃度，使土壤EC值降低。添加5%含腐植酸褐煤使得重度蘇打鹽堿土壤開始長出玉米幼苗，說明施用含腐植酸褐煤有利于促進玉米幼苗的發(fā)育，這可能是因腐植酸是動植物遺骸經(jīng)過微生物分解轉(zhuǎn)化后形成的有機物質(zhì)[18]，含有作物生長所必須的營養(yǎng)成分；水溶性有機碳是高活性的土壤碳素[19]，容易被微生物分解，起到為作物提供養(yǎng)分的重要作用。綜上，本研究中，含腐植酸褐煤施入到重度蘇打鹽堿土中，提高了土壤水溶性有機碳含量，降低了土壤鹽堿性，進一步促進玉米幼苗的生長發(fā)育，與不添加含腐植酸褐煤處理相比，添加5%含腐植酸褐煤即可使重度蘇打鹽堿土得到改善，使得重度蘇打鹽堿土玉米發(fā)芽，長出幼苗。施用含腐植酸褐煤對重度蘇打鹽堿土速效肥力養(yǎng)分的影響及其作用機制研究，本文未涉及，后續(xù)將進行深入研究。