添加外源有機物和黏粒材料對沙黃土有機碳和菠菜生長的影響①

羅瑞華，付 威，樊 軍,*，劉 萌，牛小桃，牛育華

添加外源有機物和黏粒材料對沙黃土有機碳和菠菜生長的影響①

羅瑞華1，付 威1，樊 軍1,2*，劉 萌1，牛小桃2，牛育華3

(1 西北農林科技大學黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室，陜西楊凌 712100；2 中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌 712100；3 陜西科技大學陜西農產品加工技術研究院，西安 710021)

快速提升貧瘠土壤的有機碳含量是改良土壤、增加土地生產力的重要途徑。本研究通過溫室盆栽試驗，設置了沙黃土對照(CK)、沙黃土+木本泥炭(LW)、沙黃土+褐煤1(LC1)、沙黃土+褐煤2(LC2)、沙黃土+木本泥炭+紅黏土黏粒(LWR)、沙黃土+木本泥炭+砒砂巖黏粒(LWS)和沙黃土+木本泥炭+膨潤土(LWB) 共7個處理，每個處理5次重復，研究了不同處理下菠菜生育期內(35 d)生長、生理指標差異及各處理對土壤有機碳含量提升效果。結果表明：與CK相比，各處理收獲期菠菜產量和土壤有機碳含量均顯著增加(<0.05)，LW、LC2、LC1、LWS、LWR和LWB處理下收獲期菠菜產量分別增加了18.6%、51.3%、80.8%、127.6%、148.1% 和203.8%，對應處理土壤有機碳含量分別增加了92.4%、84.3%、66.8%、84.0%、116.3% 和98.3%，土壤pH均有一定程度降低。與LW處理相比，補充黏粒材料后，LWS、LWR和LWB處理下收獲期菠菜葉面積分別顯著增加了55.0%、86.5% 和98.3%(<0.05)，各處理土壤pH、電導率、有機碳和全氮含量有一定程度的變幅，但差異未達顯著性水平。總之，單施木本泥炭和2種褐煤物質對菠菜生長的促進及土壤有機碳含量的提升具有不同的作用效果，其中木本泥炭對土壤有機碳的提升效果好于褐煤物質，而對菠菜生長的促進作用低于褐煤物質，在添加木本泥炭的基礎上補充黏粒材料對菠菜葉面積和產量的增加具有顯著的促進效果，同時在一定程度上提升了土壤有機碳含量并改良了土壤理化性質，所有處理中以木本泥炭+膨潤土處理綜合效果最好。本研究為粗質地土壤快速培肥和肥力保持提供了新途徑。

沙黃土；木本泥炭；褐煤；黏粒；菠菜；土壤有機碳

土壤有機碳是參與土壤養分循環和供應的重要物質，同時與土壤理化性質和作物產量密切相關，是影響陜晉蒙接壤區作物產量高低的決定性因素之一[1-3]。陜晉蒙接壤區是西北地區典型的風蝕水蝕交錯帶，主要以沙黃土和砒砂巖為主，土壤質地粗、砂粒含量高、有機碳匱乏且難以積累[2]，嚴重影響了該區域農業生產和生態環境恢復。因此，了解粗質地土壤有機碳的快速提升方法及其保護機制對區域土壤肥力提升和生態環境恢復具有重要的意義。

大量研究表明，添加外源有機物可以快速提升土壤有機碳含量，同時對土壤結構有一定的改善效果，能夠對農業生產起促進作用[1-4]。木本泥炭是一種類似于生物質炭的具有很大潛力的天然土壤改良劑，其富含腐植酸和多種礦物質養分，具有疏松多孔、比表面積大等特點；此外，其表面含有酚羥基、羧基等含氧官能團，對土壤養分離子具有吸附和解吸作用；同時腐殖物質的存在可以有效改良土壤團聚體結構，增加土壤保水保肥性能[5-6]，而目前有關其對土壤改良的研究卻相對較少。褐煤是由泥炭經過成巖作用形成的低等級煤炭，具有較高的含碳量和豐富的腐植酸。研究表明，土壤中添加褐煤能夠提高土壤有機碳含量，同時促進土壤腐殖物質各組分間的轉化，對土壤改良具有一定的效果[7-8]。以往的研究中對土壤有機碳含量的提升主要以添加外源有機物為主，雖然可以快速提高土壤有機碳含量，但在一定環境條件下，也容易流失[9]。近年來，有關土壤有機碳的物理保護機制受到國內外學者的廣泛關注，其中黏粒在土壤有機碳的物理保護方面發揮著重要作用[9-12]，特別是對粗質地土壤非常重要。Burke等[13]研究發現，土壤有機碳含量與黏粒含量成正比。Müller等[14]通過綜述前人文章得出，土壤有機碳含量增加是因為土壤有機碳周轉速率隨土壤黏粒含量的增加而降低的結果。膨潤土作為一種具有較強吸附能力和離子交換能力的黏土礦物[15]，其晶體結構以2∶1型的蒙脫石為主，具有提高土壤保水抗旱能力且對土壤中養分具有截留和束縛作用[15-16]。趙雪淞等[17]研究發現，膨潤土與肥料配施，顯著提高了土壤生化特性及微生物數量，對保持土壤養分供給能力具有重要意義。砒砂巖是一種以鈣蒙脫石和石英為主的風化物，成巖程度低，易風化，顆粒間膠結程度低，因富含2∶1型黏土礦物，遇水容易膨脹[18-19]。王麗麗等[19]通過對陜晉蒙礦區土壤改良研究發現，沙黃土摻混砒砂巖(質量比為7∶3)處理下土壤有機碳含量顯著提升，并在一定程度上減少了氨態氮的揮發。

綜上，外源有機物和黏粒材料(2∶1型)均對土壤有機碳的提升及土壤結構的改良具有積極作用，那么將兩者相結合是否具有協同效應？有關這一方面的研究卻鮮有報道。粗質地土壤保水保肥性能差，雖然添加外源有機物能夠快速提高土壤有機碳含量，但其分解過程也很迅速，土壤結構難以徹底改善。因此，本試驗以添加外源有機物木本泥炭和褐煤物質作對比，同時嘗試其中一種外源有機物木本泥炭與3種2∶1型黏土礦物配施，探究其對土壤有機碳的提升及保護效果，以進一步探索黃土區粗質土壤快速培肥與地力提升的方法，為區域農業生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗地點

試驗地點位于西北農林科技大學水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室人工模擬干旱大廳常態人工氣候室，室內溫度、濕度和CO2濃度分別維持在25℃、70% 和400 μmol/mol，光照控制在400 μmol/(m2·s)，光周期為12 h/d。

供試土壤釆自陜西省榆林市定邊縣，為粗質沙黃土，將土壤風干后除去石礫和作物殘留物，過2 mm篩備用。供試木本泥炭來源于江蘇省中向旭曜科技有限公司。褐煤物質1來源于陜西省榆林市神木現代特色農業示范園區，是通過引進臺灣中央研究院院士的TTT?創新快速有機廢棄物處理技術加工而成的一種褐煤腐植酸物質。褐煤物質2來源于陜西省延安市寶塔區，是一種風化褐煤。膨潤土來源于內蒙古寧城天宇膨潤土科技有限公司。紅黏土黏粒和砒砂巖黏粒在實驗室內經供試紅黏土和砒砂巖通過沉降法[20]獲得。供試盆(呈柱狀，高20 cm，內徑15 cm)由聚氯乙烯(PVC)材料制成。供試菠菜品種為陜西省秦興種苗有限公司的金菠()。供試材料基本理化性質如表1所示。

表1 供試材料基本理化性質

注：表中“–”表示未測量。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 本試驗設置7個處理(表 2)，每個處理5次重復。通過前人試驗研究結果[21]確定木本泥炭和褐煤的添加量按有機碳含量(干基)為7.76 g/kg施入土壤(每盆裝0.65 kg土壤)，紅黏土黏粒、砒砂巖黏粒和膨潤土的添加量為土壤質量的1.0%，各處理在播種前均施用基肥(氮(N) 0.10 g/kg，磷(P2O5) 0.20 g/kg，其中氮肥為尿素，磷肥為過磷酸鈣)。將各物料與土混合均勻后裝入盆內，每盆播種10粒種子，通過稱重法澆水至土壤含水量為250 g/kg。

表2 試驗處理及代碼

1.2.2 生育期管理措施 供試菠菜于2019年12月12日播種，于2020年1月15日收獲，全生育期共35 d。生育期內采用稱重法控制土壤含水量(沙土田間持水量約為140 g/kg)使之維持在100 ～ 250 g/kg。于2019年12月24日(菠菜生長第二片真葉期間)進行間苗，每盆均留大小相近的5株幼苗，同時開始每隔5 d測量菠菜株高以及采樣測定菠菜生物量；從2019年12月30日(菠菜生長第六片真葉期間)開始，每隔5 d測定葉面積和葉綠素含量；于2020年1月12日(菠菜生長第八片真葉期間)測量菠菜凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)；在2020年1月15日收獲后采集土樣測定土壤pH、電導率、全氮和有機碳含量。

1.2.3 測定項目與方法 菠菜生長及生理指標的測定：依次測量菠菜株高、葉綠素含量、生物量、葉面積和光合指標，每個處理5次重復中舍棄最大值和最小值后求取平均值為結果數據。株高采用卷尺測量，每盆選取長勢均勻的3株菠菜分別測量從土壤表層到自然生長狀態下的最高點高度；葉綠素含量(用SPAD值表示)采用SPAD-502Plus葉綠素測定儀(Konica Minolta，Inc.，Japan)測定，每盆選取測量株高時選定的3株菠菜分別測定從基部向上的第2、3片真葉；葉面積采用LI-3000A便攜式葉面積儀(Li-Cor，Inc.，USA)測定，每盆選取測量鮮重后的菠菜植株進行測量；采用LI-6400XT便攜式光合儀(Li-Cor，Inc.，USA)，在早晨9：00—11：00時間段內，設定光合儀的CO2濃度和葉室光強參數分別為500 μmol/mol和1 000 μmol/(m2·s)條件下，測定每盆菠菜的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)和蒸騰速率(Tr)。

菠菜生物量的測定：第一次是在間苗期間測量，選取間苗中除去的3株大小相近的幼苗測量，取其平均值作為單株生物量；第二次測量時每盆有5株菠菜，選取本次測量株高時選中的3株中的1株剪取測量；依次類推，到第五次測量時，每盆有2株菠菜，選取其中1株進行測量。每次取樣時用剪刀沿著土壤表面剪取菠菜地上部分，用蒸餾水洗除殘留泥土，再用濾紙吸干表面水分，之后用信封袋裝起來在精度為0.001 g的電子天平測量鮮重，隨后放入烘箱中，105 ℃條件下殺青30 min后調至75 ℃烘干至恒重，再用同一精度電子天平稱量其干重。

土壤理化性質的測定：在菠菜收獲后采用直徑為1.5 cm的土鉆采取土樣，采樣深度為10 cm，每盆中在等距的3個位置取3鉆土混合為一個土樣，風干后去除作物殘留物，分別過2 mm和0.25 mm篩備用。土壤養分的測定采用常規方法進行[22]，其中，有機碳采用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用HClO4-H2SO4氧化法測定，pH采用電極法，用雷磁PHSJ-4F型酸度計測定，電導率采用雷磁DDS-303A型便攜式電導率儀測定。

1.2.4 數據整理與分析 試驗數據采用Microsoft Excel 2010進行整理，采用SPSS 25.0進行方差分析及顯著性檢驗(鄧肯法，<0.05)，采用Origin 2021軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同外源有機物和黏粒材料添加對菠菜生長和生理指標的影響

在菠菜整個生育期內，與CK相比，添加外源有機物和黏粒材料對菠菜株高和葉面積的增加具有不同程度的促進效果(圖1)。由圖1可知，隨著生長時間的增加，不同處理下菠菜株高顯著增加，在生長旺期(2020年1月11日)，LWB處理顯著大于其他處理，株高為8.6 cm，CK最小為5.9 cm，其他處理間無顯著性差異，株高變幅在7.5 ～ 8.1 cm。在收獲期(2020年1月15日)，與CK相比，單施外源有機物處理菠菜株高有不同程度的增加，其中LC2處理增幅最大，增加了30.2%，LW處理增幅最小為15.2%；與LW處理相比，LWR、LWS和LWB處理株高有一定程度的增加，增幅在0.6% ～ 15.8%，所有處理中LWR處理株高最大，為9.1 cm，CK最小為6.7 cm。由圖1還可知，在幼苗期內(2019年12月24日至2020年1月5日)，各處理菠菜葉面積均呈顯著性差異，單施外源有機物處理中，LW和LC2處理大于LC1處理；與LW處理相比，LWR、LWS和LWB處理有一定程度的增加，CK顯著小于其他處理。在收獲期，LW、LC2、LC1、LWS、LWR和LWB處理下菠菜葉面積分別是CK的1.5倍、1.8倍、2.3倍、2.3倍、2.8倍和2.9倍，其中LWB處理最大，為1 12.1 cm2/株，CK最小為38.3 cm2/株。

(柱圖上方不同小寫字母表示同一時間不同處理間差異在P<0.05水平顯著；下同)

在菠菜整個生育期內，與CK相比，添加外源有機物和黏粒材料對菠菜葉綠素含量有一定的提升效果(圖2)。在菠菜收獲期之前，LC1處理葉綠素含量最高，LW、LC2、LWR、LWS和LWB處理之間差異未達到顯著性水平，但均大于CK。在菠菜收獲期，CK最低，SPAD值為62.7，除LW處理外的其他處理之間差異未達顯著性水平，各處理SPAD值變幅在72.3 ～ 77.7。添加外源有機物和黏粒材料對菠菜光合作用有一定的促進效果(表 3)。與CK相比，單施外源有機物處理對菠菜凈光合速率(Pn)具有不同程度的提升效果，其中LC1處理大于LW和LC2處理；與LW相比，LWR、LWS和LWB處理凈光合速率(Pn)具有一定程度的提升。所有處理中，LWR處理凈光合速率(Pn)和胞間CO2濃度(Gi)最大，分別為27.73 μmol/(m2·s)和428.8 μmol/mol。此外，LWR處理氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)也均大于其他處理，但各處理間差異未達顯著性水平。

圖2 不同處理下菠菜葉綠素含量

表3 不同處理下菠菜光合作用指標

注：表中數據為平均值±標準差，同列不同小寫字母表示不同處理間差異在<0.05水平顯著；下同。

2.2 不同外源有機物和黏粒材料添加對菠菜生物量的影響

在不同生長時期，與CK相比，添加外源有機物和黏粒材料對菠菜的生物量具有顯著的提升效果(圖3)。在幼苗期內(2020年1月5日之前)，LWB處理鮮物質量顯著大于其他處理。隨著生長時間的增加，不同處理間鮮物質量呈顯著性增加，在生長旺期(2020年1月10日)，CK顯著小于其他處理，為0.8 g/株；單獨添加外源有機物處理中，LC1處理鮮物質量為2.5 g/株，分別是LC2和LW處理的1.0倍和1.4倍；與LW處理相比，補充黏粒材料后菠菜鮮重顯著增加，增幅在81.4% ～ 93.4%，但LWR、LWS和LWB處理之間差異未達顯著性水平，變幅在3.3 ～ 3.5 g/株。

圖3 不同處理下菠菜鮮物質量

在菠菜收獲期(2020年1月15日)，不同處理之產量差異性顯著，其中LWB處理最大，為4.7 g/株，是CK的2.9倍。不同處理間產量由大到小依次表現為：LWB > LWR > LWS > LC1 > LC2 > LW > CK。

2.3 不同外源有機物和黏粒材料添加對沙黃土土壤理化性質的影響

添加外源有機物和黏粒材料對土壤pH和電導率均有一定程度的影響(表4)。與CK相比，各處理pH均有不同程度的下降，其中LWB處理降幅最大，pH降低了0.36個單位，為7.53。LW、LC1、LC2、LWR和LWS處理之間差異未達顯著性水平，pH變幅在7.74 ～ 7.82。LC1處理土壤電導率顯著高于其他處理，為264.0 μS/cm，其他處理間差異未達顯著性水平，變幅在149.56 ～ 187.86 μS/cm。

添加外源有機物和黏粒材料對土壤全氮和有機碳含量均有不同程度的提升效果(表4)。與CK相比，LWS處理土壤全氮含量降低了4.1%，其他處理下土壤全氮含量均有不同程度的增加，增幅在0 ～ 6.1%。添加外源有機物和黏粒材料顯著提升了土壤有機碳含量，與CK相比，LC1、LWS、LC2、LW、LWB和LWR處理土壤有機碳含量分別提升了66.8%、84.0%、84.3%、92.4%、98.3%和116.3%；在補充黏粒處理中，與LW處理相比，LWB和LWR處理土壤有機碳提升了3.3% 和12.4%，而LWS處理下降了4.4%。

表4 不同處理下土壤理化性質

3 討論

3.1 添加外源有機物對菠菜生長及土壤理化性質的影響

本研究表明，添加外源有機物木本泥炭和2種褐煤物質對菠菜生長具有良好的促進作用，顯著提升了菠菜的生物量和土壤有機碳含量，并且對土壤全氮、電導率和pH也有一定程度的改善效果，這與前人研究的結果相一致[21,23-24]。在本試驗中，2種褐煤物質處理下收獲期菠菜產量分別是木本泥炭處理下的1.5倍和1.3倍，同時株高、葉面積及葉綠素含量也均高于木本泥炭處理，這可能是因為木本泥炭含有羧基、酚羥基、甲氧基等多種官能團，導致其分子結構復雜，施入土壤難以被微生物分解利用[6]，而褐煤物質施入后提高了土壤的生物活性以及離子交換能力[7]，為土壤提供了更多的養分，進而增加了菠菜生長所需的有效養分含量，從而導致添加木本泥炭處理下菠菜的生長及生理指標均低于褐煤處理。陳碩等[25]通過改良設施大棚土壤(低鹽漬化)研究發現，單施木本泥炭處理與常規施肥相比，收獲期番茄產量和耕層土壤無機氮含量均有所下降，而土壤pH卻有所升高。類似研究表明，在潮土區域通過一季玉米種植，單施木本泥炭處理玉米籽粒產量和地上生物量均有所降低[5]。本試驗結果與之恰好相反，可能與木本泥炭對不同質地土壤養分的吸附作用有關[6]。木本泥炭本身具有較強的吸附能力，導致設施大棚和潮土土壤中的有效養分離子難以被作物吸收利用，因此作物產量有所降低[6,25]。本試驗中，單施木本泥炭處理，與對照相比菠菜產量雖然有所提升，但未達顯著性水平，可能是沙黃土本身養分含量較低，添加木本泥炭為土壤提供了一定的養分，從而有利于菠菜產量的增加。趙文慧等[5]、Fu等[23]和陳碩等[25]研究表明，添加木本泥炭后土壤有機質含量顯著提升；柳夏艷等[26]通過定位試驗研究發現，向沙土中添加褐煤后土壤有機質含量顯著提升了115.0%，本試驗研究結果與之相一致。然而土壤有機質積累是一個長期的過程，因而本試驗中短期內增加的有機質實則為添加到土壤中的有機碳含量，試驗中木本泥炭處理土壤有機碳含量提升了92.4%，分別是褐煤物質1和褐煤物質2處理的1.4倍和1.1倍。此外，本試驗結果表明，添加木本泥炭與2種褐煤物質對土壤電導率有一定的調節作用(表4)。其中，褐煤物質1處理下土壤電導率顯著提升，而其他處理之間差異未達顯著性水平，可能與該褐煤物質本身電導率較高相關。目前關于添加外源有機物對土壤電導率影響的相關研究鮮有報道，其具體原因還有待于進一步研究。

3.2 補充黏粒材料對菠菜生長及土壤有機碳保護效果的影響

本研究表明，添加木本泥炭的基礎上補充黏粒材料在一定程度上能夠提升菠菜的株高、葉綠素含量、凈光合速率以及土壤有機碳含量，同時顯著增加了菠菜葉面積和生物量，這與前人研究結果基本一致[21,23,25]。補充3種黏粒材料后，其中補充砒砂巖黏粒處理下收獲期(2020年1月15日)菠菜葉面積和產量均顯著小于紅黏土黏粒和膨潤土處理，這可能與砒砂巖黏粒處理下土壤有機碳和全氮含量均小于其他兩種黏粒處理有關。補充黏粒處理中以補充膨潤土處理菠菜生長效果最佳(圖 1、圖3和表 3、表4)，可能是因為膨潤土的保水蓄肥能力較強，更適用于沙性土壤改良[15]，從而有效改善了沙黃土土壤結構及其他理化性狀，更利于促進菠菜生長。土壤黏粒會對土壤團聚體的周轉和破碎過程產生一定的影響，土壤黏粒等膠結物質將有機碳包裹在團聚體中，減少了空氣接觸，降低了分解者的分解速率，因而增加了團聚體的穩定性，有利于土壤結構的維持和有機碳的保護[21,27-29]。本研究結果表明，在添加木本泥炭的基礎上補充黏粒材料能夠對土壤有機碳起到物理保護效果，同時對土壤的理化性質也具有一定的改良作用。與單施木本泥炭相比，補充膨潤土和紅黏土黏粒處理下土壤有機碳含量分別提升了3.3% 和12.4%，而補充砒砂巖黏粒處理下土壤有機碳含量下降了4.4%，可能是因為補充砒砂巖黏粒處理下菠菜產量遠高于單施木本泥炭處理，從而導致土壤有機碳消耗較多。類似研究表明，于晉陜蒙礦區排土場添加沙黃土+風化煤+砒砂巖處理培肥土壤，土壤有機質和力穩性團聚體含量得到了提升，同時增加了土壤結構的穩定性[29]。這進一步證明補充黏粒可以有效改良土壤結構，能夠對土壤有機碳起到物理保護的作用。關于黏粒對土壤有機碳具有物理保護作用這種觀點大多研究者都持肯定態度[9-13,23,27-29]，但也有人持否定觀點，Müller等[14]通過模型研究土壤黏粒與土壤有機碳周轉速率關系發現，在實際農林條件不同的情況下，土壤有機碳與土壤黏粒含量之間沒有或只有很弱的關系，而與當地氣候變異性、有機物輸入等因素相關程度較高；Li等[30]通過土壤培養試驗發現，土壤中有機物的生物有效性受土壤水分含量及其在土壤基質中分布的直接影響，而土壤質地在很大程度上只起到間接作用。本研究結果與大多數學者研究結果相一致。由于本試驗周期較短和條件限制，雖然不同處理之間菠菜的生長、生理指標和土壤理化性質均表現出一定的差異性，然而不同處理是否完全發揮了其應有的作用還有待于進一步研究。此外，單施外源有機物處理中，褐煤物質對菠菜生長的促進效果優于木本泥炭處理，但對土壤有機碳的提升效果低于木本泥炭，那么將其與黏粒配施是否比木本泥炭與黏粒配施的綜合效果更佳？為此，本研究將在后期試驗中針對不同外源有機物和黏粒材料配施，探究其對土壤有機碳的提升及保護效果。同時建議進行長期定點試驗，觀測在添加外源有機物的基礎上補充黏粒材料對粗質沙黃土土壤有機碳保護的時效性以及土壤結構的改善效果，進一步揭示兩者相結合對土壤有機碳提升及保護效果的機理，為黃土區粗質地土壤快速培肥和地力提升找到更優方案。

4 結論

添加不同外源有機物對沙黃土有機碳含量和菠菜生長的影響效果不同，與對照相比，木本泥炭處理土壤有機碳含量顯著提升了92.4%，同時菠菜產量也有所增加但差異未達顯著性水平；褐煤1處理土壤有機碳含量提升最低為66.8%，而菠菜產量卻顯著高于木本泥炭和褐煤2處理。與單施木本泥炭相比，在添加木本泥炭的基礎上補充黏粒材料對土壤有機碳具有一定程度的保護效果，同時對菠菜生長具有顯著的促進作用，其中以木本泥炭配施膨潤土處理菠菜葉面積和產量最高。此外，與對照相比，不同處理土壤pH有一定程度降低，同時電導率和全氮含量有一定程度增加。總體而言，在粗質沙黃土中添加木本泥炭的基礎上補充膨潤土能夠顯著促進作物生長，且對土壤有機碳具有一定的保護效果，是一種沙黃土土壤有機碳快速提升和肥力保持的有效途徑。

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Effects of Adding Exogenous Organic Matter and Clay Materials on Soil Organic Carbon and Spinach Growth in Sandy Loess Soil

LUO Ruihua1, FU Wei1, FAN Jun1, 2*, LIU Meng1, NIU Xiaotao2, NIU Yuhua3

(1 State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Agriculture on the Loess Plateau, Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi 712100, China; 2 Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling, Shaanxi 712100, China;3 Shaanxi Agricultural Products Processing Technology Research Institute, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China)

Rapidly increasing organic carbon of poor soil is an important way to improve soil and increase land productivity. In this study, through greenhouse pot experiment of sandy loess, 7 treatments were designed (each treatment with 5 replicates), i.e., sandy loess control (CK), sandy loess + woody peat (LW), sandy loess + lignite 1 (LC1), sandy loess + lignite 2 (LC2), sandy loess + woody peat + red clay soil clay (LWR), sandy loess + woody peat + arsenic clay (LWS) and sand loess + woody peat + bentonite (LWB). Spinach growth and physiological indexes during the growth period (35 days) and the effect on soil organic carbon (SOC) were compared. The results show that: compared with CK, spinach yield and SOC content at the harvest stage are increased significantly under other treatments (<0.05), in which the yield increased by 18.6%, 51.3%, 80.8%, 127.6%, 148.1% and 203.8%, while SOC increased by 92.4%, 84.3%, 66.8%, 84.0%, 116.3% and 98.3% respectively under the treatments of LW, LC2, LC1, LWS, LWR and LWB, while soil pH is reduced to a certain extent. Compared with LW, after supplementation of clay material, spinach leaf areas at harvest stage are increased significantly by 55.0%, 86.5% and 98.3% (<0.05), respectively under LWS, LWR and LWB. Soil pH, electrical conductivity, organic carbon and total nitrogen content vary to a certain extent but without significant difference. In conclusion, single application of woody peat and two lignite substances have different effects on the growth of spinach and the increase of SOC. Among them, woody peat has greater effect on SOC but smaller effect on spinach growth than lignite substances. On the basis of adding woody peat, supplementing clay materials has significant effects on the increase of spinach leaf area and yield. To a certain extent, SOC is increased and soil physiochemical properties are improved. Among all the treatments, woody peat + bentonite has the best comprehensive effect. This study provides a new way for rapid fertilization and fertility maintenance of coarse soil.

Sandy loess; Woody peat; Lignite; Clay; Spinach; Soil organic carbon

S158.5

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.03.005

羅瑞華, 付威, 樊軍, 等. 添加外源有機物和黏粒材料對沙黃土有機碳和菠菜生長的影響. 土壤, 2022, 54(3): 464–472.

陜西省重點研發計劃項目(2020NY-158，2020NY-169)和榆林市科技計劃項目(2019-131)資助。

(fanjun@ms.iswc.ac.cn)

羅瑞華(1996—)，男，陜西寶雞人，碩士研究生，主要從事土壤改良方面研究。E-mail：18235417656@163.com