有机碳土壤改良剂对风沙土改土效应的影响

来源：SCI期刊网 分类：农业论文 时间：2022-04-23 10:36 热度：

摘 要：摘 要：[目的]合成有机碳土壤改良剂，为河西内陆灌区制种玉 米产业可持续发展提供技术支撑。[方法]选择甘肃省张掖市甘州区的风沙土，采用田间试验方法，进行有机碳土壤改良剂对风沙土

　　摘 要：[目的]合成有机碳土壤改良剂，为河西内陆灌区制种玉 米产业可持续发展提供技术支撑。[方法]选择甘肃省张掖市甘州区的风沙土，采用田间试验方法，进行有机碳土壤改良剂对风沙土改土效应研究。[结果]有机碳土壤改良剂施用量与风沙土孔隙度、团聚体、持水量、有机质、速效养分、微生物数量、酶活性和玉米产量呈正相关关系;与体积质量、pH 值呈负相关关系。施用有机碳土壤改良剂与传统化肥比较，风沙土体积质量、pH 值、Hg，Cd，Cr和 Pb分别 降 低 8.46%，4.87%，17.95%，27.78%，15.75%和18.03%;总孔隙度、团聚体、持水量、有机质、碱 解 氮、速效磷和速效钾分别增加8.15%，23.98%，8.15%，3.16%，0.10%，2.13%和1.18%;真 菌、细 菌、放 线 菌、蔗 糖 酶、脲 酶、磷酸酶和玉米施肥利润分别增加59.18%，41.75%，23.28%，57.09%，13.54%，10.71%和2180.40元/hm2。[结论]施用有机碳土壤改良剂，能有效地改善风沙土理化性质和生物学性质，提高玉米产量。

　　关键词：有机碳土壤改良剂;风沙土;改土效应

　　甘肃省河西内陆灌区属于干旱半干旱荒漠气候带，矿物岩石遭到物理风化后，形成了大量的风积母质，风积母质经过漫长的成土过程发育为风沙土，经调查河西内陆 灌 区 的 风 沙 土 公 布 面 积 为8.50×105hm2，武威市主要分布在凉州区、古浪和民勤县平原地带;张掖市主要分布在甘州区的西城驿、红沙窝和九龙江，临泽县的明水河及黄水沟和平川乡、高台的黑泉南部和合黎山北部;酒泉市主要分布在金塔、嘉峪关、玉门及安西和敦煌市。

　　有关风沙土的改良利用，前人做了大量的研究工作，孙宁川等[1]研究了生物炭对风沙土理化性质及玉米生长的影响，研究结果表明风沙土施用生物炭能够通过降低土壤体积质量，提高土壤的疏松性和保水保肥性，使玉米的产量提高;陈伏生等[2]研究了施用泥炭对风沙土改良及蔬菜生长的影响，初步认为泥炭能提高风沙土的持水能力，增加土壤中有机质、全氮、速效氮和速效磷的含量，降低土壤 pH 值;马 云 艳 等[3]研究了泥炭和腐泥改良风沙土前后土壤理化性质比较，结果表明在风沙土中施入8%～12%的泥炭明显地改善土壤容重和pH 值，增加土壤养分含量和物理性黏粒含量;杨文等[4]研究了风沙土麻黄基地土壤培肥措施及肥料效应，发现有机肥、无机肥配施能使风沙土有机质、全量养分和速效养分含量比单施有机肥或无机肥明显升高;宋明元等[5]研究了土壤改良措施对科尔沁风 沙 土 保 水 性 及 玉 米 生 长 的 影 响，结 果 表明，施用黏土360t/hm2 时，可以 提 高 沙 土 保 水 性 及玉米的产量;魏自民等[6]研究了有机物料对风沙土主要物理性质的影响，结果表明施加有机物料能明显降低风沙土中沙粒的含量，提高黏粒和物理性黏粒含量和孔隙度，可以降低土壤容重;曹丽花等[7]研究了土壤结构改良剂对风沙土水稳性团聚体改良效果及机理，结果 表 明，PAM，β-环糊 精，沃 特 保 水 剂，腐 殖 酸等4种土壤结构改良剂可有效地降低风沙土团聚体的分形维数，改善风沙土结构，尤其沃特保水剂改良效果最明显;齐雁冰等[8]研究了高寒地区人工植被恢复对风沙土区土壤理化性状的影响，结果表明，人工植被恢复对荒漠化土壤具有很好的改善作用，随着流动沙丘被固定，机械组成中砂粒逐渐降低，黏粒和粉粒逐渐 含 量 逐 渐 提 高，土壤有机质和养分含量及CEC 逐渐提高，土壤pH 值变化不大;摄晓燕等[9]研究了砒砂岩改良风沙土对磷的吸附特性影响研究，结果表明，砒砂岩可显著减小风沙土对磷的吸附固定，提高磷肥的有效性，但随着植物的生长利用，各改良土壤中吸附磷素的释放效果以及磷肥肥效的持续性有待进一步。

　　在风 沙 土 改 良 利 用 研 究 过 程 中，人 们 采 用 生 物炭、泥炭、腐泥、黏土、有机物料、土壤结构改良剂、砒砂岩等改良风沙土研究较多，而有机碳土壤改良剂对风沙土改土效应未见文献报道。近年来，河西内陆灌区杂交玉米制种面积逐渐扩大，常年玉米制种面积稳定在1.20×105hm2[10]，分布在河西内陆灌区平原地带的风沙土被制种农户开垦后种植制种玉米，目前存在的主要问题是：风沙土质地粗，黏粒少，沙粒多，贮水能力弱，保肥能力差，有机质和速效养分含量低，制种玉米产量低而不稳，影响了制种农户和种子公司的经济效益。目前，市场上虽然有各种各样的土壤改良剂销售，但其功能单一，改土效果不太明显。因此，研究和开发集有机、营养、保水、改土为一体的有机碳土壤改良剂迫在眉睫。本文拟针对上述存在的问题，选择以土壤营养剂、聚乙稀醇、有机废弃物组合肥、保水剂为原料，采用正交试验方法确定原料最佳配合比例，合成有机碳土壤改良剂，以期为河西内陆灌区制种玉米产业可持续发展提供技术支撑。

　　1 材料与方法

　　1.1 试验材料

　　1.1.1 试验地概况 试验于2013—2015年在甘肃省张掖市甘州区沙井镇古城村三社耕种风沙土上进行，试验地海拔高度1451m，100°15′56″E，39°05′01″ N，年平均降水量116mm，年平均蒸发量1900mm，年平均气温7.50 ℃，全年无霜期160d，土壤类型是耕种 风 沙 土[11]，0—20cm 耕作层含有机质 13.45g/kg，碱解氮34.27mg/kg，速效磷6.14mg/kg，速效钾126.57mg/kg，pH 值8.43，全盐18.3g/kg，土壤质地为沙质土，前茬作物为制种玉米。

　　1.1.2 试验材 料 尿 素，含 N46%，甘肃 省 刘 家 峡化工总厂 产 品;磷 酸 二 铵，含 N18%，P2O5 46%，云南云天化 国 际 化 工 股 份 有 限 公 司 产 品;硫 酸 钾，含K2O50%，兰州刘 家 峡 化 工 有 限 公 司 产 品;硫 酸 锌，含Zn23%，新疆先科农资有限公司产品;糠醛渣，含有机质650g/kg，腐殖酸11.63%，全氮0.61%，全磷0.36%，全钾1.18%，pH 值2.1，粒径1～2mm，甘肃共享化工有 限 公 司 产 品;腐 熟 牛 粪，含 有 机 质160g/kg，全氮0.32%，全磷0.25%，全钾0.16%，粒径1～2mm，张掖市甘州区长安乡前进二社奶牛养殖场产品;生 物 菌 肥，有 效 活 菌 数≥2.0×109 个/g，山东大地生物科技有限公司产品;聚乙稀醇，粒径0.05～2mm，兰州新型材料有限责任公司产品;保 水 剂，吸水倍率645g/g，民乐福民化工有限公司责任公司产品;土壤营养剂，自配(将尿素、磷酸二铵、硫酸锌重量比按0.64∶0.32∶0.04混合，含 N35.20%，P2O514.72%，Zn0.92%);有机废弃物组合肥，自配(将糠醛渣、腐 熟 牛 粪、生 物 菌 肥 重 量 比 按 0.60∶0.38∶ 0.02混 合，含 有 机 质 49.80%，N 0.46%，P2O50.29%，K2O0.76%;玉米 品 系，敦 玉328(F-SQ3×F-28)，由甘肃省敦煌种业股份有限公司研究院选育。

　　1.2 试验方法

　　1.2.1 试验处理

　　(1)有机碳土壤改良剂配方筛选。2013年4月26日选 择 土 壤 营 养 剂、聚 乙 稀 醇、有 机 废 弃 物 组 合肥、保 水 剂 为 4 个 因 素，选 择 正 交 表 L9 (34)设计 试验[12]，则每个因素有3个水平，共9个处理(表1)，按表中用量制成9种有机碳土壤改良剂。

　　(2)不同剂量有机碳土壤改良剂对风沙土理化性质和玉米效益影响的研究。有 机 碳 土 壤 改 良 剂 合成：2014年4月26日依据试验一筛选的配方，将土壤营养剂、聚乙稀醇、有机废弃物组合肥、保水剂重量比按32.20∶1.40∶965.50∶0.90混合，得到有机碳土壤改良剂 产 品，经 室 内 测 定，含 有 机 质 48.09%，N1.57%，P2O50.75%，Zn0.03%。

　　试验处理：有机碳土壤改良剂施用量梯度设计为0(CK)，14，28，42，56，70，84t/hm2 共7个处理，以处理1不施肥为对照(CK)，每个处理重复3次，随机区组排列。

　　(3)有机碳土壤改良剂与传统化肥比较试验。2015年 4 月 26 日 在 纯 N(0.44t/hm2)和 纯 P2O5(0.21t/hm2)投入量相等的条件下，试 验 设 3 个 处理。处 理1：对 照(CK，不施 氮、磷、钾 肥);处理2：传统化肥(尿素0.78t/hm2+磷酸二铵0.46t/hm2);处理3：有机碳土壤改良剂施用量28t/hm2。每个处理重复3次，随机区组排列。。

　　1.2.2 种植 方 法 试 验 小 区 面 积 为 40 m2 (8 m× 5m)，每个小区四周筑埂，埂宽40cm，埂高30cm，试验地4周种植保护行，磷酸二铵、有机碳土壤改良剂在播种前施入0—20cm 耕作层做肥底，尿素分 别 在玉米拔节期、大喇叭口期和开花期结合灌水追施，追肥方法为穴施，播种时间为2013，2014，2015每年的4月26日，母本株距22cm，父母本行距50cm，按照1行父本，6行母本的比例方式播种。在玉米拔节期、大喇叭口期、开花期、乳熟期、灌浆期分别进行1次等量的灌水，施肥灌水需在同一天内进行，其他与常规制种方法相同。

　　1.2.3 测定指标与方法 玉米收获时在试验小区内按对角线布5个点，每个点按顺序采集10株，测定株高、茎粗、地上部分干重、根系干重、穗粒数、穗粒重和百粒重。杆茎粗用游标卡尺测量，地上部分和根系干重采用105 ℃烘箱 杀 青30min，80 ℃烘干 至 恒 重 后称重。每个 试 验 小 区 单 独 收 获，将小区产量折合成1hm2产量进行统计分析。玉米收获以后，分别在试验小区内按对角线布点，采集0—20cm 耕作层 土 样5kg，用四 分 法 带 回 1kg 混 合 土 样，风 干 15d，过1mm筛供室内化验分析，其中土壤体积质量、团聚体测定用环刀采集原状土，未进行风干。土壤体积质量采用环 刀 法 测 定;土壤孔隙度采用计算法求得;>0.25mm 团聚体采用干筛法测定;有机质采用重铬酸钾氧化—外加热 法 测 定;碱解氮采用扩散法测定;速效磷 采 用 NaHCO3 浸提—钼 锑 抗 比 色 法 测 定;速 效钾采用 NH4 OAc3 浸提—火焰 光 度 法 测 定;pH 值 采用5∶1水土比浸提，用pH-2F数字酸度计测定，饱和持水量按公式(饱和持水量=面积×总孔隙度×土层深度)求得;毛管持水量按公式(毛管持水量=面积× 毛管孔隙度×土 层 深 度)求 得;非 毛 管 持 水 量 按 公 式(非毛管持水量=面 积×非 毛 管 孔 隙 度×土 层 深 度)求得;Cd采用 石 墨 炉 原 子 吸 收 分 光 光 度 法 测 定;Hg采用 冷 原 子—荧 光 光 谱 法 测 定;Pb采用 火 焰 原 子 吸收分光光度法测定;Cr采用分光光度法测定[13-14];微生物数量 采 用 稀 释 平 板 法;脲酶测定采用靛酚比色法;蔗糖酶测定采 用3，5-二硝 基 水 杨 酸 比 色 法;磷 酸酶测定采用 磷 酸 苯 二 钠 比 色 法[15];边际 产 量 按 公 式(每增加一个单位肥料用量时所得到的产量减前一个处理的产量)求得;边际产值按公式(边际产量×产品价格)求得;边 际 成 本 按 公 式(边 际 施 肥 量 × 肥 料 价格)求得;边际利润按 公 式(边 际 产 值 减 边 际 成 本)求得;边际施肥量 按 公 式(后一个处理施肥量减前一个处理施肥量)求得[16]。

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　　1.2.4 数据处理方法 有机碳土壤改良剂因素间的效应(R)和各因素的 T 值采用正交试验直观分析方法求得。土壤理化性质、微生物数量、酶活性、重金属离子、玉 米 农 艺 性 状、经 济 性 状 和 产 量 等 数 据 采 用DPSS10.0 统计 软 件 分 析，差异显著性采用多重比较，LSR检验。有机碳土壤改良剂最佳施用量按公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2c求得[17]，玉米理论产量按肥料效应回归方程式y=a+bx+cx2 求得[18]。

　　2 结果分析

　　2.1 有机碳土壤改良剂配方确定

　　2013年9月26日玉米收获后测定数据采用正交试验分析可知，不同因素间的效应(R)是 A>B>D>C，说明影响玉 米 产 量 的 因 素 依 次 是：土 壤 营 养 剂(R=3.62)>聚乙稀醇(R=3.55)>保水剂(R=2.55)>有机废弃物组合肥(R=1.01)。比较各因素不同水平的T 值可以看出，TA3 >TA2 >TA1 ，说明 随 着 土 壤营养剂施用量梯度的增加，玉米产量在增加，土壤营养剂适宜用量一般为2.25t/hm2;TB2 >TB3 >TB1 说明玉米产量随着聚乙稀醇施用量梯度的增大而增加，当聚乙稀醇施用量超过0.10t/hm2，玉米产量又随聚乙稀醇施 用 量 的 增 大 而 降 低;TC3 >TC1 和 TC2 ，说明随着有机废弃物组合肥施用量梯度的增加，玉米产量在增加，有机废弃物组合肥适宜用量一般为 67.50t/hm2;TD2 >TD1和TD3 ，说明玉米产量随保水剂施用量梯度的增大而增加，当 保 水 剂 施 用 量 超 过 0.06t/hm2，玉米产量又随保水剂施用量梯度的增大而降低。从各因素的T 值可以看出，有机碳土壤改良剂因素间最 佳 组 合 为：A3 (土壤 营 养 剂 2.25t/hm2)，B2(聚乙稀醇0.10t/hm2)，C3(有机废弃物组合肥67.50t/hm2)，D2(保水 剂0.06t/hm2)，将土 壤 营 养 剂、聚乙稀醇、有机废弃物组合肥、保水剂重量比按0.0322 ∶0.0014∶0.9655∶0.0009混合，得到有机碳土壤改良剂产品(表1)。

　　2.2 不同剂量有机碳土壤改良剂对风沙土物理性质和持水量的影响

　　由2014年9月26日玉米收获后测定数据可知，随着有机碳土壤改良剂施用量梯度的增加，风沙土体积质量下降，体积质量最小的是有机碳土壤改良剂施用量84t/hm2，与CK 比较，体积质量降低5.96%，差异极显著(p<0.01)。经相关分析，有机 碳 土 壤 改 良剂与风沙土体积质量之间呈显著的负相关关系，相关系数(R)为-0.988(表2)。

　　从表2看出，有机碳土壤改良剂施用量与风沙土总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度之间呈显著的正相关关 系，相 关 系 数 (R)分 别 为 0.987、0.971 和0.987。孔隙度最大的是有机碳土壤改良剂施用量84/hm2，与 CK 比较，总孔隙度和毛管孔隙度分别增加7.88%，和10.19%，差异 极 显 著(p<0.01);非毛管孔隙度增加5.60%，差异显著(p<0.05)。

　　有机碳土壤 改 良 剂 施 用 量 与 团 聚 体 之 间 呈 显 著的正相关关 系，相 关 系 数(R)为0.933。团聚 体 最 大的是有机碳土壤改良剂施用量为84t/hm2，与 CK 比较，团聚体增加10.17%，差异极显著(p<0.01)。

　　有机碳土壤改良剂施用量与风沙土饱和持水量、毛管持水量和非毛管持水量之间呈显著的正相关关系，相关系数(R)分别 为0.986、0.971和0.987。持水量最大的是有机碳土壤改良剂施用量为84t/hm2，与 CK 比 较，饱和持水量和毛管 持水量分别增加7.88%和10.19%，差异极显著(p<0.01);非毛管持水量增加5.60%，差异显著(p<0.05)。

　　2.3 不同剂量有机碳土壤改良剂对风沙土有机质及速效养分和pH 值的影响

　　由表2可知，随着有机碳土壤改良剂施用量梯度的增加，风沙土有机质在增加，有机质含量最高的是有机碳土壤改良剂施用量84t/hm2，与 CK 比较，有机质增加1.48g/kg，差异极显著(p<0.01)。经相关分析，有机碳土壤改良剂施用量与有机质之间呈显著的正相关关 系，相 关 系 数(R)为0.914。有机 碳 土 壤改良剂施用量与风沙土碱解氮、速效磷和速效钾之间呈显 著 的 正 相 关 关 系，相 关 系 数(R)分别 为 0.988，0.996和0.964 。碱解 氮、速效磷和速效钾含量最高的是有 机 碳 土 壤 改 良 剂 施 用 量 84t/hm2，与 CK 比较，碱 解 氮、速 效 磷 和 速 效 钾 分 别 增 加 29.18%，23.94%和12.65%，差异极显著(p<0.01)。随着有机碳土壤改良剂施用量梯度的增加，风沙土pH 值在降低，pH 值最小的是有机碳土壤改良剂施用量 84t/hm2，与 CK 比较，pH 降 低0.12，差异 极 显 著(p<0.01)。经相关分析，有机碳土壤改良剂与风沙土pH值之间呈显著的负相关关系，相关系数为-0.993。——论文作者：肖占文1，闫治斌2，王 学2，马世军2，闫富海2，秦嘉海2

文章名称：有机碳土壤改良剂对风沙土改土效应的影响

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