不同有機改良劑對鹽堿地菊芋產量及土壤理化性質的影響

管西林　郭洪海　賈曦　王璐　邊文范　張玉鳳　董亮　田慎重

摘要：試驗在黃河三角洲典型鹽堿地上進行，以菊芋品種南芋l號為供試材料，設置不施肥對照（CK）、常規施肥（F）、商品有機肥（M）、生物炭基調理劑（T1）、抗鹽調理劑（T2）共5個處理，研究不同有機改良劑對菊芋苗期生物量、塊莖產量及土壤主要理化性質的影響。結果表明：施用有機改良劑對鹽堿地菊芋苗期干物質量和成熟期地下塊莖產量影響顯著，其中T1處理菊芋苗期干物質量和成熟期塊莖產量最高，較CK、F處理分別顯著提高76.4％、36.2%和38.7%、25.1%，與CK相比，T1處理菊芋苗期O-30cm土層土壤pH值顯著下降；M、T1和T2處理較CK和F處理顯著降低菊芋苗期0-20cm土層土壤水溶性鹽含量，降幅達8.3%以上，且T1優于M和T2處理；菊芋收獲后，M、T1和T2處理0-10cm土層土壤有機質含量較CK分別顯著提高15.1%、20.7%和21.0％，T1處理顯著增加0-20cm土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，M處理顯著增加0-20cm土層土壤有效磷和速效鉀含量。綜上，施用生物炭基調理劑對改良土壤鹽堿化、促進壯苗培育、提高菊芋產量效果較優。

關鍵詞：菊芋；鹽堿地；有機改良劑；塊莖產量；土壤理化性質；黃河三角洲

中圖分類號：S632.901 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024）03-0070-08

黃河三角洲作為我國主要的鹽堿地分布區之一，約有210.4萬hm2的可利用土地面積，其中耕地面積約112.7萬hm2。近年來，我國面臨著糧食生產壓力增大和耕地面積持續減少等問題，因此該地區已成為我國耕地“擴容、提質、增效”的重要來源。隨著“渤海糧倉”等農業科技創新工程的實施，該區域鹽堿農田改良利用效果和生產力水平不斷提高。但由于該區域生態多樣性脆弱、生態功能差，區域內可耕種農田依然面臨土壤有機質水平低、種植結構單一、農業生產效益低下等一系列問題，嚴重制約了黃河三角洲地區農業高效發展。當前，黃河三角洲鹽堿地農業經濟作物比重低，糧食作物與經濟作物播種面積比為77：23，仍處于粗放型開發，亟需發展高值高質的鹽堿地特色經濟作物，以促進鹽堿地農業綠色可持續發展。

鹽堿地耐鹽植物資源豐富，包括了藥用植物、芳香植物、纖維植物、油脂植物及飼用植物等經濟植物，為經濟作物產業的發展提供了豐富的種質資源。近年來，針對黃河三角洲區域資源環境特點，增加了耐鹽堿經濟作物比例，形成了鹽堿耕地特有的種植業結構模式，成為系統解決鹽堿地高效利用和高質量農業發展的有效途徑之一。

菊芋是菊科向日葵屬多年生草本植物，又名洋姜、鬼子姜，原產自北美洲，18世紀末從歐洲傳入我國后被廣泛種植。地下部塊莖是菊芋加工利用的主要部位，經濟價值較高。菊芋根系發達，能有效吸收鹽堿土壤中的鹽分，并能很好地抵抗鹽堿，因此，在輕微的鹽堿地上栽培菊芋對土壤的改良效果顯著。隨著菊芋功能、營養價值的不斷被發掘，其產業逐漸發展壯大。但若使鹽堿地菊芋種植達到規模化、高值化、機械化要求，鹽堿地改良、菊芋壯苗培育、規模化生產成為高效發展鹽堿地菊芋產業的有效措施。因此，本研究利用不同有機改良劑對黃河三角洲地區鹽堿地進行改良與養分優化管理，探討施用不同有機改良劑對菊芋苗期干物質量、土壤養分及地下塊莖產量的影響，以期為黃河三角洲地區菊芋規模化種植及耕地質量提升提供支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020-2021年在山東省農業科學院黃河三角洲現代農業試驗示范園（東營基地）進行。基地處于山東省黃河三角洲農業高新技術產業示范區核心位置，屬暖溫帶大陸性季風氣候。年平均溫度12.5℃，全年無霜期211天，≥10℃積溫約4300℃，年降水量550-600mm。土壤類型為鹽化潮土，土壤含鹽量及肥力分布不均，0-30cm土層土壤基本理化性質如表1所示。

1.2 試驗設計及方法

試驗采用隨機區組設計，設不施肥（CK）、常規施肥（F）、商品有機肥（M）、生物炭基調理劑（T1）、抗鹽調理劑（T2）共5個處理，重復4次，小區面積7.0m×4.2m=29.4m2。供試菊芋品種為南芋1號，于每年4月上旬播種，10月份收獲，行株距60cm×35cm。除不施肥處理外，其他處理N、P、K肥等量投入，分別為300、225kg/hm2和105kg/hm2，全部作為基肥撒施。常規施肥處理只用化肥，其中，氮肥選用控釋尿素（N46%），磷、鉀肥分別選用重過磷酸鈣（P2O544%）、硫酸鉀（K2O50%），商品有機肥、生物炭基調理劑及抗鹽調理劑處理所施用的物料量及養分含量如表2所示。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤樣品采集與分析

在菊芋播種前（2020年及2021年4月）、苗期（2020年及2021年5月）和試驗結束后（2021年10月）按0-10、10-20、20-30cm土層分別采集新鮮的菊芋土壤樣品，分層混合后帶同實驗室，晾干過篩后備用。其中，苗期測定指標為水溶性鹽總量，試驗結束后測定指標為pH值、電導率、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量，播種前基礎土壤樣品上述指標都測定。主要測定方法如下：

土壤水溶性鹽分采用重量法測定，電導率采用電導率儀測定，pH值采用電位法測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用0.5

mol/LNaHCO3浸提一鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用火焰光度計法測定，有機碳采用重鉻酸鉀氧化法測定。

1.3.2 植株樣品采集與分析

苗期植株干物質量的測定：于每年5月底取不同處理菊芋苗期鮮樣各5株稱重并記錄，將各處理樣品帶回實驗室，使用干燥箱105℃殺青30min，然后850C烘干至恒重，放至室溫后稱重，計算不同處理植株的干物質量。

菊芋塊莖產量測定：于每年10月下旬菊芋收獲期，每處理選擇3個2m×3m小區，收集該區域所有塊莖，稱重并計算各處理菊芋塊莖產量。

1.4 數據處理與分析

試驗所得數據采用Microsoft Excel 2010統計整理及作圖，采用DPS 12.0軟件進行方差分析和差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同有機改良劑對鹽堿地菊芋苗期干物質量及收獲期地下塊莖產量的影響

2.1.1 對菊芋苗期干物質量的影響

由圖1可知，兩年試驗結果菊芋苗期干物質量均表現為TI>T2>M>F>CK，且各有機改良劑處理與對照差異均達顯著水平。2020年T1處理菊芋苗期干物質量均顯著高于其他處理，2021年T1處理最高，但與M、T2處理差異不顯著，三者均顯著高于CK及F處理。與CK及F處理相比，T1、T2、M處理兩年平均菊芋苗期干物質量分別顯著提高76.4%、64.3%、51.0%和36.2%、26.9%、16.6%。

2.1.2對菊芋收獲期地下塊莖產量的影響

兩年試驗結果（圖2）表明，T1處理平均菊芋塊莖產量最高，顯著高于其他處理，比CK和F處理分別顯著增產38.7%和25.1%，表現出較高的產量效應：其次為M處理，平均塊莖產量也顯著高于CK和F處理。說明苗期較高的壯苗群體顯著促進其地下塊莖的產量形成。

2.2 不同有機改良劑對鹽堿地菊芋土壤鹽分和養分含量的影響

2.2.1 對菊芋苗期不同土層土壤水溶性鹽總量的影響

由圖3可知，2020年度，T1較CK和F處理顯著降低菊芋苗期0-30cm土層的水溶性鹽含量18.6%以上：2021年度，M、T1和T2處理較CK和F處理顯著降低菊芋苗期0-20cm土層的水溶性鹽含量8.3%以上。從降低鹽堿地水溶性鹽含量效果看，T1處理優于M和T2處理。

2.2.2 對菊芋收獲后不同土層土壤pH值和電導率的影響

由圖4A可以看出，與CK和F處理相比，T1處理0-30cm各土層土壤pH值均顯著降低。由圖4B可以看出，與CK和F處理相比，0-10cm土層M、T1和T2處理土壤電導率顯著下降12.4%-22.3%，10-20cm土層T2處理土壤電導率顯著下降13.3%-22.3%，而20-30cm土層各處理土壤電導率無顯著差異。

2.2.3 對菊芋收獲后不同土層土壤有機質含量的影響

兩年的田間試驗結果（圖5）表明，有機改良劑的添加對0-10cm土層有機質含量均有顯著影響，且有機質含量隨土層深度增加而降低。其中，0-10cm土層，M、T1、T2處理的土壤有機質含量分別比CK顯著提高15.1%、20.7%、21.0%：10-20、20-30cm土層，T1處理土壤有機質含量與CK和F處理相比分別顯著提高28.1%、17.1%和19.8%、16.1%。總體上看，各處理對土壤有機質的提高效果表現為T1>T2>M。

2.2.4 對菊芋收獲后不同土層土壤速效養分含量的影響

由圖6A可以看出，T1處理0-10、10-20cm土層土壤堿解氮含量顯著高于CK和F處理。由圖6B看出，與F處理相比，M、T1處理0-10cm和10-20cm土層土壤有效磷含量顯著提高82.6%-92.6%和37.7%-44.7%。由圖6C看出，與CK相比，各處理均顯著提高0-10cm土層土壤的速效鉀含量18.3%以上，10-20cm土層M和T1處理速效鉀含量較CK和F處理相比分別顯著提高33.7%-41.1%和35.3%-42.8%，20-30cm土層各處理土壤速效鉀含量無顯著差異。

3 討論與結論

3.1 不同有機改良劑對鹽堿地菊芋干物質量及地下塊莖產量的影響

本研究結果表明，三種有機改良劑及常規施肥處理較不施肥對照均顯著提高菊芋苗期干物質量和地下塊莖產量，其中菊芋苗期干物質量表現為生物炭基調理劑>抗鹽調理劑>商品有機肥>常規施肥>不施肥對照，地下塊莖產量表現為生物炭基調理劑>商品有機肥>抗鹽調理劑>常規施肥>不施肥對照。群體數量是保障作物產量的基礎，本研究中菊芋地下塊莖產量對不同改良劑的響應與苗期的群體變化基本一致，說明苗期較高的壯苗群體顯著促進了其地下塊莖產量的形成：連續施用生物炭有機改良劑兩年后，降低了菊芋0-20cm土層土壤pH值、水溶性鹽含量，增加了土壤有機質和速效N、P、K的含量，促進壯苗生長。屈忠義等研究結果顯示，鹽堿地施用改良劑可以明顯降低番茄生育期土壤電導率和pH值，使土壤有機質、水解氮、有效磷、速效鉀含量明顯提高，番茄增產顯著：孫慧慧研究表明，不同有機改良措施可顯著增加番茄株高、干物質累積量，有利于番茄產量的提高。這與本試驗研究結果一致，說明良好的土壤養分是菊芋苗期較高壯苗群體的基礎，進而顯著促進菊芋地下塊莖產量的形成。

3.2 不同有機改良劑對鹽堿地菊芋土壤鹽分和養分的影響

濱海鹽堿地土壤高鹽分和低有機質含量是影響作物正常生長的主要原因，同時也是土壤部分理化性質惡化、養分有效性降低的根源。本研究表明，施用有機改良劑可以降低土壤鹽分含量、改善土壤養分狀況，相較于不施肥對照而言，連續施用生物炭基調理劑、抗鹽調理劑、商品有機肥兩年，都能顯著降低土壤水溶性鹽含量。這說明施用有機改良劑是降低土壤鹽分含量的重要手段。前人研究表明，施加含有機物料的改良劑（如牛糞）可以改善土壤結構，降低鹽分含量，提高土壤肥力，與本研究結果一致。其次，本研究中生物炭基調理劑、抗鹽調理劑、商品有機肥均可顯著增加0-10cm土層土壤有機質含量。不同有機改良劑對土壤養分的增加量不同，改良劑對土壤養分的影響在0-20cm土層較顯著，其中，與對照相比生物炭基調理劑能顯著增加該土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，商品有機肥能顯著增加該土層土壤有效磷和速效鉀含量。這與不同有機改良劑的性質以及各養分元素的特點有關。有研究表明，糠醛渣和牛糞可以提高土壤的有機碳、全氮和速效磷含量，改善土壤微環境（0-20cm土層），其中牛糞對土壤速效磷的影響最為顯著，較對照增加99.4%，而腐植酸、糠醛渣和硫酸亞鐵可以明顯降低土壤pH值；謝文軍等研究發現，在重鹽漬化土壤上種植陽菁后增加了土壤有機質含量：張錫洲等28的研究表明，不同比例氮磷鉀肥配施處理，鉀肥對土壤的含鹽量影響較大，鉀肥用量高的土壤含鹽量較高，而氮肥和磷肥施用量對土壤含鹽量的影響不顯著，土壤電導率隨鉀肥施用量的增加而顯著提高。這與本研究結果一致，本研究中，0-10cm土層常規施肥處理土壤電導率最高，而有機改良劑的施用可以降低該土層土壤電導率。朱娛等29試驗結果表明，在鹽堿化土地上施用石膏，土壤電導率和pH值都呈下降趨勢，而且改良后能很大程度上減輕鹽堿對作物生長的脅迫。

綜上所述，生物炭基調理劑、抗鹽調理劑、商品有機肥、常規施肥較不施肥處理均能提高菊芋苗期干物質量。其中生物炭基調理劑處理菊芋苗期干物質量和成熟期塊莖產量均顯著高于其他處理，表現出較高的產量效應。這與有機調理劑對土壤性質的改良相關，施用生物炭基調理劑可顯著降低土壤含鹽量和pH值，而生物炭基調理劑、抗鹽調理劑、商品有機肥均可顯著增加0-10cm土層土壤有機質含量。改良劑對土壤養分的影響在0-20cm土層較顯著，其中，與對照相比生物炭基調理劑顯著增加該土層土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，商品有機肥顯著增加該土層土壤有效磷和速效鉀含量。綜上表明，施用生物炭基調理劑對改良土壤鹽堿化、促進壯苗培育、提高菊芋產量效果較優。

基金項目：國家重點研發計劃項目（2019YFD1002703，202IYFD1900190）；山東省“渤海糧倉”科技示范工程升級版項目（2019BHLC002）