腐殖酸和脫硫石膏對濱海鹽土及水稻產(chǎn)量的影響

朱蕓， 傅慶林， 郭彬， 林義成， 劉琛

(1.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 3100212； 2.南京林業(yè)大學 林學院，江蘇 南京 210037)

浙江省海岸漫長曲折，灘涂資源豐富[1]。合理開發(fā)、利用和治理濱海鹽土成為解決人口增加與耕地減少矛盾的有效途徑，對實現(xiàn)浙江省耕地占補平衡、耕地總量動態(tài)平衡和保障糧食生產(chǎn)安全具有重要意義。

目前,鹽堿土的改良措施主要包括物理、化學、生物和水利工程措施[2-5]。其中，化學措施為近年鹽堿土改良的研究熱點之一，化學改良的材料主要有生物質(zhì)炭、有機肥、脫硫石膏、硫酸鋁和腐殖酸等。腐殖酸是動植物殘骸經(jīng)過微生物分解轉(zhuǎn)化形成的有機物質(zhì)，含有大量羥基、羧基和酚羥基等活性基團，因而腐殖酸具有較強的離子交換和吸附能力，既能改良土壤，又能促進植物生長[6]。赫臣等[7]認為，在鹽堿地上增施腐殖酸可有效改善水稻穗部性狀，增加水稻產(chǎn)量。張敬敏等[8]研究表明，施用腐殖酸顯著提高了楊樹的根、莖、葉和養(yǎng)分的含量。于曉東等[9]發(fā)現(xiàn)，在濱海鹽堿地施用腐殖酸可以提高土壤酶活性，促進小麥生長，增加小麥產(chǎn)量。脫硫石膏主要成分是CaSO4·2H2O，含有多種營養(yǎng)元素，在鹽堿土改良中發(fā)揮著重要作用[10]。王金滿等[11]研究了脫硫石膏對堿化土壤中向日葵的響應，結(jié)果表明，脫硫石膏用量在7.5 t·hm-2時，堿化土壤改良效果最佳，向日葵出苗率最高。Zhao等[12]研究表明，在東北的蘇打鹽堿土施用脫硫石膏，可顯著降低土壤的pH和EC值。馬雪蓮等[13]發(fā)現(xiàn)，脫硫石膏能夠降低土壤pH值和全鹽含量，從而增加油葵的生物量和產(chǎn)量。可見腐殖酸和脫硫石膏在鹽堿地上的施用效果研究較多，而在濱海鹽土及對水稻生長的影響研究甚少。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，開展了腐殖酸和脫硫石膏對濱海鹽土土壤理化性質(zhì)和水稻產(chǎn)量的影響，旨在探索該地區(qū)腐殖酸和脫硫石膏的最佳施用量，為濱海鹽土改良提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地設(shè)在浙江省慈溪市觀海衛(wèi)涂區(qū)，地處北亞熱帶南緣(30°02′～30°24′N，121°02′～121°42′E)，屬季風型氣候，年平均氣溫16.0 ℃，平均年降水量1 272.8 mm，平均年日照時數(shù)2 038 h。土壤為壤質(zhì)濱海鹽土，耕層土壤pH為8.91，土壤電導率(EC)為2.1 dS·m-1，有機質(zhì)、全氮含量分別為16.8和0.63 g·kg-1，堿解氮、速效鉀、有效磷含量分別為45.3、131.1、18.3 mg·kg-1。供試水稻品種為秀水134，全生育期為151 d。

1.2 試驗設(shè)計

田間試驗設(shè)9個處理，以不施腐殖酸和脫硫石膏為對照，F(xiàn)1～F4分別為施腐殖酸2.5、5、7.5和10 t·hm-2，T1～T4分別為施脫硫石膏7.5、15、22.5和30 t·hm-2，重復3次，共計27個小區(qū)，小區(qū)面積25 m2。施用尿素550 kg·hm-2和過磷酸鈣750 kg·hm-2，田間管理同當?shù)爻Ｒ?guī)管理保持一致。分別在水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和收獲期采用“S”型采集土壤表層樣品(0～20 cm)，混合均勻，室內(nèi)自然風干，過2 mm篩用于土壤理化性質(zhì)分析(pH、EC、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷)，并在收獲期統(tǒng)計水稻有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量。

1.3 測定項目與方法

土壤理化性質(zhì)分析參照《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》[14]：土壤pH值采用電極法-酸度計測定，土水比為1∶2.5；EC值采用電導率儀測定，土水比為1∶5；土壤堿解氮(AN)采取堿解擴散法測定；有效磷(AP)采取Olsen法測定；速效鉀(AK)采取火焰光度法測定；土壤有機碳(SOC)和全氮(TN)采用元素分析儀(Vario MACRO cube，Elementar INC，Germany)檢測。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0對土壤理化性質(zhì)、水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，利用最小顯著性差異法(LSD)進行處理間的多重比較，并用Origin 9.0作圖。應用Canoco 5.0軟件基于線性模型對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素與環(huán)境因子(pH、EC、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷)進行冗余分析(RDA)，應用蒙特卡羅檢驗分析每個環(huán)境因子對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的顯著性，并按照其特征值進行重要性排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤pH、EC值

由圖1可得，在水稻不同生育期，施用腐殖酸和脫硫石膏后不同處理的土壤pH和EC值持續(xù)下降，明顯低于CK，且隨著腐殖酸和脫硫石膏用量的增加，土壤pH和EC值呈先下降后上升的趨勢。在水稻收獲期，腐殖酸處理中，F(xiàn)3處理的pH和EC值最低，相比于CK分別降低6.8%和41.8%；脫硫石膏處理中，T2處理的pH和EC值最低，相比于CK分別降低4.2%和28.9%。

圖1 腐殖酸和脫硫石膏不同施用量對濱海鹽土pH、EC值的影響

2.2 土壤養(yǎng)分

從表1可以看出，施用腐殖酸和脫硫石膏可有效提升土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量，降低速效鉀含量。在水稻不同生育時期，同一處理的土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量均呈先降低后上升的趨勢；速效鉀含量持續(xù)降低。在水稻同一生育期，隨著腐殖酸和脫硫石膏施用量的增加，不同處理間土壤養(yǎng)分含量呈逐漸升高而后降低的趨勢，F(xiàn)3和T2處理的土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量達到最高。在水稻收獲期，相較于CK而言，F(xiàn)3的有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別提高21.35%、26.79%、40.02%、67.82%和19.94%，T2的相應指標分別提高22.50%、18.75%、35.21%、52.59%和13.96%。

2.3 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素

由圖2可以看出，施用腐殖酸和脫硫石膏對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素均有顯著影響(P<0.05)。隨著腐殖酸和脫硫石膏施用量的增加，水稻有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量也隨之增加，其中，F(xiàn)3和T2處理的水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素最高。相比于CK，F(xiàn)3處理的有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和水稻產(chǎn)量分別增加14.0%、17.1%、7.7%和17.3%，T2處理的有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和水稻產(chǎn)量分別增加13.5%、16.7%、7.2%和11.2%。

表1 腐殖酸和脫硫石膏不同施用量對濱海鹽土土壤養(yǎng)分的影響

2.4 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素與環(huán)境因子的關(guān)系

由冗余分析(RDA)排序結(jié)果可以看出(圖3)，RDA1和RDA2的2個排序軸共解釋物種和環(huán)境總方差的91.34%。圖中箭頭越長，表示環(huán)境因子對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響越大；箭頭連線和排序軸夾角表示環(huán)境因子與排序軸相關(guān)性的大小，夾角越小，相關(guān)性越高。RDA顯示，環(huán)境因子(pH、EC、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀)和水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素之間相關(guān)性顯著，不同處理分散在4個排序軸中，顯示顯著差異。有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和水稻產(chǎn)量與土壤pH、EC呈顯著負相關(guān)，與土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關(guān)。蒙特卡羅檢驗分析結(jié)果表明，全氮成為水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的主要影響因子，影響大小排序為全氮>速效鉀>有效磷>EC>pH>堿解氮>有機質(zhì)(表2)。

柱間無相同字母表示組間存在顯著差異(P<0.05)。圖2 腐殖酸和脫硫石膏不同施用量對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

圖3 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素與環(huán)境因子RDA二維排序

表2 水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的主要環(huán)境因子及其貢獻率

3 討論

試驗結(jié)果表明，施用腐殖酸和脫硫石膏能顯著降低土壤pH和EC值，這是因為土壤中施用脫硫石膏后，通過Ca2+置換土體中的Na+和Mg2+，加速了Na+淋洗，從而降低土壤鹽分[15]。同時，Ca2+的增加能促進土壤團粒的形成，有效地改善土壤結(jié)構(gòu)，降低了土壤pH和EC值[16-18]。

腐殖酸是一種酸性有機膠體，有較大的陽離子交換量和吸附容量，通過酸堿中和反應，控制土壤中的各類離子淋溶、遷移，調(diào)節(jié)土壤pH和EC值[19-20]。本試驗還表明，施用腐殖酸和脫硫石膏后可有效地提高土壤有機質(zhì)、堿解氮、全氮和有效磷含量，同時降低土壤的速效鉀含量，進一步證實了前人的研究結(jié)果[21-23]。這是由于施入腐殖酸和脫硫石膏，顯著降低了土壤pH和EC值，使土壤微生物環(huán)境有所改善，因而土壤肥力得以提高[24]。

在本試驗中，腐殖酸和脫硫石膏的施用增加了水稻千粒重、有效穗數(shù)和單穗有效粒數(shù)，水稻產(chǎn)量隨之增加。在濱海鹽土中施用腐殖酸可以調(diào)節(jié)作物生長，提高抗旱和抗寒能力，從而增加水稻一次枝梗和二次枝梗穗粒數(shù)，提高水稻產(chǎn)量，這與前人的研究結(jié)果相似[25-26]。有研究表明，施用脫硫石膏可有效提高水稻的千粒重、結(jié)實率和出苗率[27]。脫硫石膏主要通過改良土壤團聚體、降低鹽害和提高土壤養(yǎng)分來增加水稻產(chǎn)量[28-29]。通過冗余分析可知，影響水稻產(chǎn)量的主要土壤因子是全氮，表明在濱海鹽土種植水稻提高土壤養(yǎng)分最為重要。

4 小結(jié)

在濱海鹽土施用腐殖酸和脫硫石膏，土壤理化性質(zhì)得到顯著改善，水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素(千粒重、單穗有效粒數(shù)和有效穗數(shù))顯著提高。隨著腐殖酸和脫硫石膏施用量的增加，pH、EC和速效鉀含量呈先下降后上升的趨勢，有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷含量以及水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素呈先上升后下降的趨勢。腐殖酸和脫硫石膏施用量分別在7.5和15 t·hm-2時，土壤養(yǎng)分含量最高，水稻增產(chǎn)效果最好。因此，用腐殖酸和脫硫石膏改良濱海鹽土效果顯著，應用前景廣闊。