沸石與腐殖酸對濱海鹽土水稻產量及土壤性質的影響

徐君言， 馬寧， 裘高揚， 郭彬， 劉琛， 林義成， 傅慶林*

(1.中國計量大學 質量與安全工程學院，浙江 杭州 310018； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021；3.浙江農林大學 環境與資源學院，浙江 杭州 311302)

我國濱海鹽土面積廣大，約為1.06×106hm2，在農業生產實踐和土地資源可持續發展中發揮著重要作用[1]，由于其存在pH高、鹽分重、肥力低、結構性差等因素，影響了農作物的生長發育及產量[2-4]。因此，探尋快速降鹽、提升土壤肥力和改善土壤結構的措施，對于我國濱海鹽土區土地資源利用及農業可持續發展具有重要意義。

當前，濱海鹽土改良的主要措施有地膜覆蓋和深耕曬垡等物理改良技術[5]，添加調理劑和化學物質等化學改良技術，施用有機肥和種植耐鹽植物等生物改良技術[6]，以及明渠排水、暗管排水等工程改良技術[7-8]。種植水稻通常被認為是改善濱海鹽土的有效方法之一。在水稻生長過程中，土表覆蓋一定深度的水層，可減少因蒸騰作用而造成的鹽分上移，并且由于水層對土壤的淋溶作用，使表土鹽分含量降低，鹽土在種稻過程中逐漸脫鹽，改善鹽土的pH值和理化性質。濱海鹽土由于存在結構差、肥力低、pH高和鹽分重等問題，不利于水稻生長發育。在農業生產實踐中，利用土壤調理劑可促進大團聚體形成，改善濱海鹽土的結構，提升土壤肥力及保水能力，降低土壤pH、EC、含鹽量與Na+含量[9-15]，從而提高作物產量。施用沸石可降低濱海鹽土土壤pH值，改善土壤通透性，降低土壤全鹽量[16-17]；施用腐殖酸可提高濱海鹽土的土壤有機質含量，提升土壤肥力，降低土壤pH值，同時腐殖酸具有較大比表面積和弱酸基團，能與鹽堿土壤中Na+進行交換吸附，從而達到降低土壤鹽分含量的效果[18-19]。

本試驗選擇在浙江省慈溪市觀海衛濱海鹽土區進行，探究沸石和腐殖酸對水稻產量及土壤理化性質的影響，以期明確沸石和腐殖酸對濱海鹽土的改良效果。

1 材料與方法

1.1 材料

田間試驗設在浙江省慈溪市觀海衛(30°18′N，121°22′E)，土壤類型為濱海鹽土。試驗區域屬亞熱帶季風性氣候，年均氣溫在15～20 ℃，年降水量在1 272～1 300 mm。四季分明，陽光充足，雨量充沛，但伴有頻繁的臺風活動。試驗地耕層土壤(0～20 cm)基本理化性質：pH值為7.82，EC值為0.83 dS·cm-1，有機質、全氮含量分別為9.99、0.9 g·kg-1，速效氮、速效鉀、有效磷含量分別為107.31、324.6、17.25 mg·kg-1。試驗用沸石為天然沸石，購于國投盛世科技股份有限公司，沸石含量在90%～95%，陽離子交換量在1.40 mmol·g-1以上。試驗用腐殖酸購于浙江豐瑜生態科技股份有限公司，有機質含量≥200 g·kg-1，N、P2O5、K2O含量分別為19.3、16.1、17.7 g·kg-1(以干物質計)，pH值為7.2。

1.2 處理設計

試驗設7個處理。以空白不施為對照(CK)，T1～T2為施沸石15、30 t·hm-2，T3～T4為施腐殖酸15、30 t·hm-2，T5～T6為施沸石-腐殖酸調理劑(沸石∶腐殖酸為1∶2)15、30 t·hm-2。每處理重復3次，隨機排列，每小區面積25 m2?；适┯昧繛槟蛩?50 kg·hm-2、過磷酸鈣750 kg·hm-2和氯化鉀200 kg·hm-2。氮肥分為基蘗肥70%、穗粒肥30%；磷肥、土壤調理劑全部以基肥施入；鉀肥分為基肥65%、穗肥35%。在水稻直播前10 d撒施土壤調理劑和基肥，再引入田面水進行田面平整，使調理劑與耕層土壤充分混勻。肥料的選擇和使用符合《NY/T 496 肥料合理使用準則、通則》要求。試驗地采用稻麥輪作，前作小麥，水稻于2021年5月23日播種，10月24日收獲，水稻品種為秀水134，該品種具有豐產性好、穗粒兼顧、結實率高、抗逆性強等特點[15]。

1.3 樣品采集

采集土樣時，去除采樣點地上表面雜物，采集耕層(0～20 cm)土壤樣品，每小區按5點取樣法，采5個樣點,混勻后為一份土樣，放入采樣袋后帶回試驗室風干、研磨、篩分,后進行土壤理化性質分析。在水稻成熟期，人工收割小區水稻，曬干、脫粒、風干后進行稱量。

1.4 測定方法

土壤pH采用土水比1∶2.5的電極法測定；土壤有機質和全氮含量用元素分析儀(Elementar vario EL cube)測定；土壤有效磷含量使用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；土壤速效鉀含量使用乙酸銨浸提-火焰光度法測定；土壤堿解氮含量使用堿解擴散法測定；土壤電導率采用土水比1∶5的電極法測定。

土壤團聚體測定儀(套篩：2 000 μm，25 μm，53 μm)進行團聚體分級。將風干土壤過8 mm篩，向團聚體測定儀桶內倒入約2/3桶蒸餾水，將篩網按順序套好(2 000 μm篩在最上層，其次是250、53 μm)，再用橡皮筋固定，懸掛在測定儀架子上下震動的最下部分位置，向水桶中加入適量蒸餾水，使水面沒過約篩高的2/3處。稱取50 g過8 mm篩土壤倒于2 000 μm篩上，浸沒10 min，然后開啟測定儀，以每分鐘30次的頻率震動30 min，然后取出各級篩子，將上面的土轉移至鋁盒內，用蒸餾水把隔篩上的殘留泥土重新沖洗至燒杯內，并轉移至對應鋁盒。<53 μm的部分留在水桶內，靜置2～3 h后緩慢倒出上清液，將底部<53 μm的部分也轉移至鋁盒內，隨后將每一級鋁盒放入65 ℃烘箱內烘干，之后稱重。

1.5 數據處理

利用Excel 2010軟件整理數據，利用IBM SPSS Statistics 16.0軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，Origin 2019軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 水稻產量

如圖1所示，除T6處理外，各處理的水稻產量均較CK有顯著提升。其中，T2處理的產量達到最高，為10 500 kg·hm2，較CK增加36.4%，T3～T6的產量低于T2，但均高于CK，增幅分別為24.7%、13.0%、31.6%和10.0%。水稻產量隨沸石施用量的增加而上升，T1較CK增加13.9%。

柱上無相同小寫字母者表示組間在P<0.05水平上差異顯著，圖2～4同。圖1 各調理劑處理下水稻產量

2.2 土壤pH和EC值

由圖2可知，相較對照，各處理的土壤pH值均顯著下降。其中，單獨施用沸石的T1和T2處理的土壤pH值降幅最大，分別下降0.30和0.31個單位；單獨施用腐殖酸的T3和T4處理的土壤pH值也顯著降低，但T5、T6處理的土壤pH高于其他處理，說明單獨施用沸石和腐殖酸對降低濱海鹽土pH的效果均優于沸石-腐殖酸混合施用。

圖2 各調理劑處理下土壤pH及EC值

各處理土壤的EC值較CK均有顯著下降。其中，T5和T6的土壤EC值降幅最高，相比對照分別下降27.9%、27.1%，T1、T2的土壤EC值分別較CK下降11.2%、22.7%，T3的土壤EC值較CK下降25.1%，T4的土壤EC值較CK下降25.8%。

2.3 土壤水穩性團聚體

由表1可知，土壤水穩性大團聚體(≥0.250 mm)所有處理均有上升，除T1外，各處理土壤大團聚體比例較CK處理顯著增加，增幅為0.36～4.88百分點。其中，T4較CK增幅最大，團聚體比例變化情況與土壤有機質變化情況一致。

表1 各處理土壤團聚體 單位：%

2.4 土壤養分

由圖3可知，土壤有機質變化與團聚體變化一致。相較于CK處理，調理劑的施用均顯著增加了土壤有機質含量，其中T4的有機質含量增幅最大，達到267.24%。腐殖酸處理(T3、T4)下的有機質含量隨著施用量的增加而增加，T4較T3的有機質含量增加9.98%。但沸石(T1、T2)處理與腐殖酸+沸石(T5、T6)處理的有機質含量則隨著施用量增加而減少，降幅分別為4.39%和14.00%。

圖3 各調理劑處理下土壤有機質和全氮含量

施用沸石、腐殖酸和沸石-腐殖酸調理劑均能不同程度提升土壤的氮、磷、鉀速效養分的含量(圖3～4)。土壤全氮含量均高于CK，增幅范圍為8.5%～24.0%，其中T3的增幅達到24%，顯著高于對照。各處理中，T2和T3對土壤速效氮的提升作用最高，分別提高19.2%和17.4%，其次是T5，速效氮含量較CK提高11.4%。各處理較CK有效磷含量均得到提高，其中施用沸石的T1、T2處理的土壤有效磷含量顯著增加，其增幅分別為68.7%、73.7%。此外，調理劑的施用有增加土壤速效鉀含量趨勢，但處理間無顯著性差異。

圖4 各調理劑處理下土壤速效養分含量

3 討論

研究結果表明，沸石、腐殖酸及沸石腐殖酸混合施用均能顯著降低土壤pH值，這是由于施用的土壤調理劑中，沸石的主要成分是鋁硅酸鹽，其中一定量的Al3+在水解后生成的H+可與土壤中的OH-發生中和反應，由此降低土壤pH值[20];腐殖酸自身是一種酸性物質，通過酸堿中和反應，可降低土壤pH。沸石與腐殖酸混合施用下，土壤pH下降幅度較單獨施用沸石和腐殖酸肥料小，可能是沸石對腐殖酸中的大分子具有一定的去除作用，大分子的腐殖酸被沸石吸附后，堵塞了沸石中的內部空隙，而沸石屬堿性，由此土壤pH下降幅度較小[21]。在施用土壤調理劑后，各處理EC值均得到顯著下降，這與顧鑫等[19,22]的研究結果一致。

研究結果顯示，單獨施用沸石的土壤有效磷含量顯著增加，這可能是因為沸石處理下土壤鹽分降低，從而削弱了土壤環境對土著微生物的鹽分脅迫，促進了土壤養分的周轉[23]。各處理的速效氮和全氮含量都有所增加，土壤有機質、水穩性大團聚體比例均得到提高，這是因為沸石多孔的內部結構及吸附能力對土壤有機物質具有一定的吸附固持作用，同時又能調節優化土壤結構，促進大團聚體形成[16]，而腐殖酸以肥料的形式添加到土壤中，擴大了土壤有機碳庫，因其具有膠體性的特點，能夠改善土壤團粒結構。并且，各處理土壤大團聚體比例變化與有機質變化相一致，這是因為調理劑的施用增加了大團聚體中有機碳對土壤碳庫的貢獻[24]。

研究結果還表明，在調理劑施加后各處理水稻產量均有提升，這可歸因于作物生長發育吸收的全部養分有55%～75%是來自于土壤提供的養分，土壤養分的提高促進了產量的形成[25]。

4 小結

通過施用沸石、腐殖酸和沸石-腐殖酸土壤調理劑，濱海鹽土有效磷、速效鉀、速效氮、有機質和全氮含量均有提升，各處理的土壤pH、EC顯著下降，水稻產量顯著增加。其中，在沸石30 t·hm-2處理下，土壤pH下降0.31個單位，EC值下降22.7%，有機質、全氮、有效磷等顯著增加，其余養分含量也有所提升，水稻增產達到36.4%。因此，施用沸石、腐殖酸和沸石-腐殖酸調理劑是實現濱海鹽土改良、水稻產量提升的有效措施。