肖占文, 閆治斌, 王 學, 馬世軍, 閆富海, 秦嘉海

(1.河西學院 農業(yè)與生物技術學院, 甘肅 張掖734000; 2.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司, 甘肅 酒泉735000)

有機碳土壤改良劑對風沙土改土效應的影響

肖占文1, 閆治斌2, 王 學2, 馬世軍2, 閆富海2, 秦嘉海2

(1.河西學院 農業(yè)與生物技術學院, 甘肅 張掖734000; 2.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司, 甘肅 酒泉735000)

[目的] 合成有機碳土壤改良劑，為河西內陸灌區(qū)制種玉米產業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐。[方法] 選擇甘肅省張掖市甘州區(qū)的風沙土，采用田間試驗方法，進行有機碳土壤改良劑對風沙土改土效應研究。[結果] 有機碳土壤改良劑施用量與風沙土孔隙度、團聚體、持水量、有機質、速效養(yǎng)分、微生物數(shù)量、酶活性和玉米產量呈正相關關系；與體積質量、pH值呈負相關關系。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，風沙土體積質量、pH值、Hg，Cd，Cr和Pb分別降低8.46%，4.87%，17.95%，27.78%，15.75%和18.03%；總孔隙度、團聚體、持水量、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加8.15%，23.98%，8.15%，3.16%，0.10%，2.13%和1.18%；真菌、細菌、放線菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和玉米施肥利潤分別增加59.18%，41.75%，23.28%，57.09%，13.54%，10.71%和2 180.40元/hm2。[結論] 施用有機碳土壤改良劑，能有效地改善風沙土理化性質和生物學性質，提高玉米產量。

有機碳土壤改良劑; 風沙土; 改土效應

文獻參數(shù)： 肖占文, 閆治斌, 王 學, 等.有機碳土壤改良劑對風沙土改土效應的影響[J].水土保持通報，2017,37(3)：35-42.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.006； Xiao Zhanwen, Yan Zhibin, Wang Xue, et al. Effect of organic carbon soil amendment on sandy soil improvement[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(3)：35-42.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.03.006

甘肅省河西內陸灌區(qū)屬于干旱半干旱荒漠氣候帶，礦物巖石遭到物理風化后，形成了大量的風積母質，風積母質經過漫長的成土過程發(fā)育為風沙土，經調查河西內陸灌區(qū)的風沙土公布面積為8.50×105hm2，武威市主要分布在涼州區(qū)、古浪和民勤縣平原地帶；張掖市主要分布在甘州區(qū)的西城驛、紅沙窩和九龍江，臨澤縣的明水河及黃水溝和平川鄉(xiāng)、高臺的黑泉南部和合黎山北部；酒泉市主要分布在金塔、嘉峪關、玉門及安西和敦煌市。

有關風沙土的改良利用，前人做了大量的研究工作，孫寧川等[1]研究了生物炭對風沙土理化性質及玉米生長的影響，研究結果表明風沙土施用生物炭能夠通過降低土壤體積質量，提高土壤的疏松性和保水保肥性，使玉米的產量提高；陳伏生等[2]研究了施用泥炭對風沙土改良及蔬菜生長的影響，初步認為泥炭能提高風沙土的持水能力，增加土壤中有機質、全氮、速效氮和速效磷的含量,降低土壤pH 值；馬云艷等[3]研究了泥炭和腐泥改良風沙土前后土壤理化性質比較，結果表明在風沙土中施入8%～12%的泥炭明顯地改善土壤容重和pH值，增加土壤養(yǎng)分含量和物理性黏粒含量；楊文等[4]研究了風沙土麻黃基地土壤培肥措施及肥料效應，發(fā)現(xiàn)有機肥、無機肥配施能使風沙土有機質、全量養(yǎng)分和速效養(yǎng)分含量比單施有機肥或無機肥明顯升高；宋明元等[5]研究了土壤改良措施對科爾沁風沙土保水性及玉米生長的影響，結果表明，施用黏土360 t/hm2時，可以提高沙土保水性及玉米的產量；魏自民等[6]研究了有機物料對風沙土主要物理性質的影響，結果表明施加有機物料能明顯降低風沙土中沙粒的含量，提高黏粒和物理性黏粒含量和孔隙度，可以降低土壤容重；曹麗花等[7]研究了土壤結構改良劑對風沙土水穩(wěn)性團聚體改良效果及機理，結果表明，PAM，β-環(huán)糊精，沃特保水劑，腐殖酸等4種土壤結構改良劑可有效地降低風沙土團聚體的分形維數(shù),改善風沙土結構,尤其沃特保水劑改良效果最明顯；齊雁冰等[8]研究了高寒地區(qū)人工植被恢復對風沙土區(qū)土壤理化性狀的影響，結果表明，人工植被恢復對荒漠化土壤具有很好的改善作用，隨著流動沙丘被固定，機械組成中砂粒逐漸降低，黏粒和粉粒逐漸含量逐漸提高，土壤有機質和養(yǎng)分含量及CEC 逐漸提高，土壤pH值變化不大；攝曉燕等[9]研究了砒砂巖改良風沙土對磷的吸附特性影響研究，結果表明，砒砂巖可顯著減小風沙土對磷的吸附固定，提高磷肥的有效性，但隨著植物的生長利用，各改良土壤中吸附磷素的釋放效果以及磷肥肥效的持續(xù)性有待進一步。

在風沙土改良利用研究過程中,人們采用生物炭、泥炭、腐泥、黏土、有機物料、土壤結構改良劑、砒砂巖等改良風沙土研究較多，而有機碳土壤改良劑對風沙土改土效應未見文獻報道。近年來，河西內陸灌區(qū)雜交玉米制種面積逐漸擴大，常年玉米制種面積穩(wěn)定在1.20×105hm2[10]，分布在河西內陸灌區(qū)平原地帶的風沙土被制種農戶開墾后種植制種玉米，目前存在的主要問題是：風沙土質地粗，黏粒少，沙粒多，貯水能力弱，保肥能力差，有機質和速效養(yǎng)分含量低，制種玉米產量低而不穩(wěn)，影響了制種農戶和種子公司的經濟效益。目前，市場上雖然有各種各樣的土壤改良劑銷售，但其功能單一，改土效果不太明顯。因此,研究和開發(fā)集有機、營養(yǎng)、保水、改土為一體的有機碳土壤改良劑迫在眉睫。本文擬針對上述存在的問題，選擇以土壤營養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機廢棄物組合肥、保水劑為原料，采用正交試驗方法確定原料最佳配合比例，合成有機碳土壤改良劑，以期為河西內陸灌區(qū)制種玉米產業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗地概況 試驗于2013—2015年在甘肅省張掖市甘州區(qū)沙井鎮(zhèn)古城村三社耕種風沙土上進行，試驗地海拔高度1 451 m， 100°15′56″E，39°05′01″N，年平均降水量116 mm，年平均蒸發(fā)量1 900 mm，年平均氣溫7.50 ℃，全年無霜期160 d，土壤類型是耕種風沙土[11]，0—20 cm耕作層含有機質13.45 g/kg，堿解氮34.27 mg/kg，速效磷6.14 mg/kg，速效鉀126.57 mg/kg，pH值8.43，全鹽18.3 g/kg，土壤質地為沙質土，前茬作物為制種玉米。

1.1.2 試驗材料 尿素，含N 46%，甘肅省劉家峽化工總廠產品；磷酸二銨，含N 18%，P2O546%，云南云天化國際化工股份有限公司產品；硫酸鉀，含K2O 50%，蘭州劉家峽化工有限公司產品；硫酸鋅，含Zn 23%，新疆先科農資有限公司產品；糠醛渣，含有機質650 g/kg，腐殖酸11.63%，全氮0.61%，全磷0.36%，全鉀1.18%，pH值2.1，粒徑1～2 mm，甘肅共享化工有限公司產品；腐熟牛糞，含有機質160 g/kg，全氮0.32%，全磷0.25%，全鉀0.16%，粒徑1～2 mm，張掖市甘州區(qū)長安鄉(xiāng)前進二社奶牛養(yǎng)殖場產品；生物菌肥，有效活菌數(shù)≥2.0×109個/g，山東大地生物科技有限公司產品；聚乙稀醇，粒徑0.05～2 mm,蘭州新型材料有限責任公司產品；保水劑，吸水倍率645 g/g，民樂福民化工有限公司責任公司產品；土壤營養(yǎng)劑，自配(將尿素、磷酸二銨、硫酸鋅重量比按0.64∶0.32∶0.04混合，含N 35.20%，P2O514.72%，Zn 0.92%)；有機廢棄物組合肥，自配(將糠醛渣、腐熟牛糞、生物菌肥重量比按0.60∶0.38∶0.02混合，含有機質49.80%，N 0.46%，P2O50.29%，K2O 0.76%；玉米品系，敦玉328(F-SQ3×F-28)，由甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司研究院選育。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗處理

(1) 有機碳土壤改良劑配方篩選。2013年4月26日選擇土壤營養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機廢棄物組合肥、保水劑為4個因素，選擇正交表L9(34)設計試驗[12]，則每個因素有3個水平，共9個處理(表1)，按表中用量制成9種有機碳土壤改良劑。

表1 L9(34)正交試驗設計與分析

注：A為土壤營養(yǎng)劑；B為聚乙稀醇；C為有機廢棄物組合肥；D為保水劑；括號內數(shù)據(jù)為試驗觀測數(shù)據(jù)(t/hm2)，括號外數(shù)字為正交試驗編碼值。

(2) 不同劑量有機碳土壤改良劑對風沙土理化性質和玉米效益影響的研究。有機碳土壤改良劑合成：2014年4月26日依據(jù)試驗一篩選的配方，將土壤營養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機廢棄物組合肥、保水劑重量比按32.20∶1.40∶965.50∶0.90混合，得到有機碳土壤改良劑產品，經室內測定，含有機質48.09%，N 1.57%，P2O50.75%，Zn 0.03%。

試驗處理：有機碳土壤改良劑施用量梯度設計為0(CK)，14，28，42，56，70，84 t/hm2共7個處理，以處理1不施肥為對照(CK)，每個處理重復3次，隨機區(qū)組排列。

(3) 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較試驗。2015年4月26日在純N(0.44 t/hm2)和純P2O5(0.21 t/hm2)投入量相等的條件下，試驗設3個處理。處理1：對照(CK,不施氮、磷、鉀肥)；處理2：傳統(tǒng)化肥(尿素0.78 t/hm2+磷酸二銨0.46 t/hm2)；處理3：有機碳土壤改良劑施用量28 t/hm2。每個處理重復3次，隨機區(qū)組排列。。

1.2.2 種植方法 試驗小區(qū)面積為40 m2(8 m×5 m)，每個小區(qū)四周筑埂，埂寬40 cm,埂高30 cm,試驗地4周種植保護行，磷酸二銨、有機碳土壤改良劑在播種前施入0—20 cm耕作層做肥底，尿素分別在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期和開花期結合灌水追施，追肥方法為穴施，播種時間為2013，2014，2015每年的4月26日，母本株距22 cm，父母本行距50 cm，按照1行父本，6行母本的比例方式播種。在玉米拔節(jié)期、大喇叭口期、開花期、乳熟期、灌漿期分別進行1次等量的灌水，施肥灌水需在同一天內進行，其他與常規(guī)制種方法相同。

1.2.3 測定指標與方法 玉米收獲時在試驗小區(qū)內按對角線布5個點，每個點按順序采集10株，測定株高、莖粗、地上部分干重、根系干重、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重。桿莖粗用游標卡尺測量，地上部分和根系干重采用105 ℃烘箱殺青30 min,80 ℃烘干至恒重后稱重。每個試驗小區(qū)單獨收獲，將小區(qū)產量折合成1 hm2產量進行統(tǒng)計分析。玉米收獲以后，分別在試驗小區(qū)內按對角線布點，采集0—20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣，風干15 d，過1 mm篩供室內化驗分析，其中土壤體積質量、團聚體測定用環(huán)刀采集原狀土，未進行風干。土壤體積質量采用環(huán)刀法測定；土壤孔隙度采用計算法求得；>0.25 mm團聚體采用干篩法測定；有機質采用重鉻酸鉀氧化—外加熱法測定；堿解氮采用擴散法測定；速效磷采用NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用NH4OAc3浸提—火焰光度法測定；pH值采用5∶1水土比浸提，用pH-2F數(shù)字酸度計測定，飽和持水量按公式(飽和持水量=面積×總孔隙度×土層深度)求得；毛管持水量按公式(毛管持水量=面積×毛管孔隙度×土層深度)求得；非毛管持水量按公式(非毛管持水量=面積×非毛管孔隙度×土層深度)求得；Cd采用石墨爐原子吸收分光光度法測定；Hg采用冷原子—熒光光譜法測定；Pb采用火焰原子吸收分光光度法測定；Cr采用分光光度法測定[13-14]；微生物數(shù)量采用稀釋平板法；脲酶測定采用靛酚比色法；蔗糖酶測定采用3,5-二硝基水楊酸比色法；磷酸酶測定采用磷酸苯二鈉比色法[15]；邊際產量按公式(每增加一個單位肥料用量時所得到的產量減前一個處理的產量)求得；邊際產值按公式(邊際產量×產品價格)求得；邊際成本按公式(邊際施肥量×肥料價格)求得；邊際利潤按公式(邊際產值減邊際成本)求得；邊際施肥量按公式(后一個處理施肥量減前一個處理施肥量)求得[16]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理方法 有機碳土壤改良劑因素間的效應(R)和各因素的T值采用正交試驗直觀分析方法求得。土壤理化性質、微生物數(shù)量、酶活性、重金屬離子、玉米農藝性狀、經濟性狀和產量等數(shù)據(jù)采用DPSS 10.0統(tǒng)計軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗。有機碳土壤改良劑最佳施用量按公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2 c求得[17], 玉米理論產量按肥料效應回歸方程式y(tǒng)=a+bx+cx2求得[18]。

2 結果分析

2.1 有機碳土壤改良劑配方確定

2013年9月26日玉米收獲后測定數(shù)據(jù)采用正交試驗分析可知，不同因素間的效應(R)是A>B>D>C，說明影響玉米產量的因素依次是：土壤營養(yǎng)劑(R=3.62)>聚乙稀醇(R=3.55)>保水劑(R=2.55)>有機廢棄物組合肥(R=1.01)。比較各因素不同水平的T值可以看出，TA3>TA2>TA1，說明隨著土壤營養(yǎng)劑施用量梯度的增加，玉米產量在增加,土壤營養(yǎng)劑適宜用量一般為2.25 t/hm2；TB2>TB3>TB1說明玉米產量隨著聚乙稀醇施用量梯度的增大而增加，當聚乙稀醇施用量超過0.10 t/hm2，玉米產量又隨聚乙稀醇施用量的增大而降低；TC3>TC1和TC2,說明隨著有機廢棄物組合肥施用量梯度的增加，玉米產量在增加,有機廢棄物組合肥適宜用量一般為67.50 t/hm2；TD2>TD1和TD3,說明玉米產量隨保水劑施用量梯度的增大而增加，當保水劑施用量超過0.06 t/hm2，玉米產量又隨保水劑施用量梯度的增大而降低。從各因素的T值可以看出，有機碳土壤改良劑因素間最佳組合為：A3(土壤營養(yǎng)劑2.25 t/hm2)，B2(聚乙稀醇0.10 t/hm2)，C3(有機廢棄物組合肥67.50 t/hm2)，D2(保水劑0.06 t/hm2)，將土壤營養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機廢棄物組合肥、保水劑重量比按0.032 2∶0.001 4∶0.965 5∶0.000 9混合，得到有機碳土壤改良劑產品(表1)。

2.2 不同劑量有機碳土壤改良劑對風沙土物理性質和持水量的影響

由2014年9月26日玉米收獲后測定數(shù)據(jù)可知，隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風沙土體積質量下降，體積質量最小的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，體積質量降低5.96%，差異極顯著(p<0.01)。經相關分析，有機碳土壤改良劑與風沙土體積質量之間呈顯著的負相關關系，相關系數(shù)(R)為-0.988(表2)。

從表2看出，有機碳土壤改良劑施用量與風沙土總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.987、0.971和0.987?？紫抖茸畲蟮氖怯袡C碳土壤改良劑施用量84/hm2，與CK比較，總孔隙度和毛管孔隙度分別增加7.88%,和10.19%,差異極顯著(p<0.01)；非毛管孔隙度增加5.60%,差異顯著(p<0.05)。

有機碳土壤改良劑施用量與團聚體之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)為0.933。團聚體最大的是有機碳土壤改良劑施用量為84 t/hm2，與CK比較，團聚體增加10.17%，差異極顯著(p<0.01)。

有機碳土壤改良劑施用量與風沙土飽和持水量、毛管持水量和非毛管持水量之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.986、0.971和0.987。持水量最大的是有機碳土壤改良劑施用量為84 t/hm2，與CK比較，飽和持水量和毛管持水量分別增加7.88%和10.19%,差異極顯著(p<0.01)；非毛管持水量增加5.60%,差異顯著(p<0.05)。

2.3 不同劑量有機碳土壤改良劑對風沙土有機質及速效養(yǎng)分和pH值的影響

由表2可知，隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風沙土有機質在增加，有機質含量最高的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，有機質增加1.48 g/kg，差異極顯著(p<0.01)。經相關分析，有機碳土壤改良劑施用量與有機質之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)為0.914。有機碳土壤改良劑施用量與風沙土堿解氮、速效磷和速效鉀之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.988，0.996和0.964 。堿解氮、速效磷和速效鉀含量最高的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加29.18%，23.94%和12.65%，差異極顯著(p<0.01)。隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風沙土pH值在降低，pH值最小的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，pH降低0.12，差異極顯著(p<0.01)。經相關分析，有機碳土壤改良劑與風沙土pH值之間呈顯著的負相關關系，相關系數(shù)為-0.993。

表2 不同劑量有機碳土壤改良劑對風沙土理化性質及持水量和速效養(yǎng)分的影響

注：同列不同大寫字母表示在p<0.01水平上差異顯著；小寫字母表示在p<0.05水平上差異顯著。下同。

2.4 不同劑量有機碳土壤改良劑對風沙土微生物和酶活性的影響

從表3看出，隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風沙土微生物數(shù)量在遞增，微生物數(shù)量最多的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，真菌、細菌、放線菌和菌體總量分別增加154.17%，35.89%，90.28%和56.61%，差異極顯著(p<0.01)。經相關分析，有機碳土壤改良劑施用量與風沙土菌體總量、真菌、放線菌、細菌之間呈顯著的

正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.996，0.966，0.994和0.986。

隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，風沙土酶活性在遞增，酶活性最大的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加3.03，1.52和1.69倍，差異極顯著(p<0.01)。經相關分析，有機碳土壤改良劑施用量與蔗糖酶、脲酶和磷酸酶呈線性正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.995，0.997和0.996。

表3 不同劑量有機碳土壤改良劑對風沙土土壤微生物和酶活性的影響

2.5 不同劑量有機碳土壤改良劑對玉米經濟性狀及產量和經濟效益的影響

由2014年9月26日玉米收獲后測定數(shù)據(jù)(表4)可知，隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，玉米經濟性狀和產量在遞增，玉米穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量最高的是有機碳土壤改良劑施用量84 t/hm2，與CK比較，分別增加31.73%，67.29%，29.35%和25.43%，差異極顯著(p<0.01)。經相關分析，有機碳土壤改良劑施用量與穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產量之間呈顯著的正相關關系，相關系數(shù)(R)分別為0.978，0.969，0.908和0.846。

從表4可以看出，隨著有機碳土壤改良劑施用量梯度的增加，玉米邊際利潤由最初的3 230.20元/hm2，遞減到-1 569.80元/hm2。有機碳土壤改良劑施用量大于28 t /hm2時，邊際利潤出現(xiàn)負值。由此可見，有機碳土壤改良劑適宜施用量一般為28 t/hm2時，玉米經濟效益較好。將表4有機碳土壤改良劑施用量與玉米產量間的關系采用回歸方程y=a+bx+cx2擬合，得到下列方程：

y=5.780 00+0.035 16x-0.000 05x2

(1)

對回歸方程進行顯著性測驗結果表明回歸方程擬合良好。有機碳土壤改良劑價格(Px)為259.23元/t，2014年制種玉米市場平均價格(Py)為8 000元/t，將(Px)、(Py)、回歸方程的參數(shù)b和c，代入經濟效益最佳施用量計算公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2c,求得有機碳土壤改良劑經濟效益最佳施肥量(x0)為27.60 t/hm2，將x0代入(1)式，求得玉米理論產量(y)為6.71 t/hm2,回歸分析結果與田間試驗處理3基本吻合。

表4 不同劑量有機碳土壤改良劑對玉米經濟性狀及產量和經濟效益的影響

注：價格(元/t)：尿素2 000；磷酸二銨4 000；硫酸鋅4 000；改性糠醛渣60；腐熟牛糞65；生物菌肥4 000；聚乙稀醇23 000；保水劑4 000；土壤營養(yǎng)劑2 720(尿素、磷酸二銨、硫酸鋅重量比按0.640 0∶0.320 0∶0.040 0混合)；有機廢棄物組合肥140.70(改性糠醛渣、腐熟牛糞、生物菌肥重量比按0.60∶0.38∶0.02混合)； 有機碳土壤改良劑259.23(土壤營養(yǎng)劑、聚乙稀醇、有機廢棄物組合肥、保水劑重量比按0.032 2∶0.001 4∶0.965 5∶0.000 9混合)。

2.6 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對風沙土物理性質和總持水量的影響

由2015年9月26日玉米收獲后采集耕作層0—20 cm土樣測定結果可知，不同處理風沙土體積質量由大到小的變化順序依次為：CK>傳統(tǒng)化肥>有機碳土壤改良劑，施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，體積質量分別降低8.46%和9.84%，差異顯著(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，體積質量降低1.52%，差異不顯著(p>0.05)(表5)。

從表5看出，不同處理風沙土總孔隙度、團聚體和總持水量由大到小的變化順序為：有機碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，總孔隙度分別增加8.15%和9.76%，團聚體分別增加23.98%和25.19%，總持水量分別增加8.15%和9.76%，差異極顯著(p<0.01)。施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，總孔隙度、團聚體和總持水量分別增加1.49%，0.98%和1.49%，差異不顯著(p>0.05)。

表5 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對土壤物理性質和總持水量的影響

2.7 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對風沙土有機質及速效養(yǎng)分和pH值的影響

由表5可知，不同處理風沙土有機質由大到小的變化順序為：有機碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，有機質分別增加3.16%和3.44%，差異顯著(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，有機質增加0.26%，差異不顯著(p>0.05)。不同處理風沙土堿解氮、速效磷和速效鉀變化順序與有機質的變化一致。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加0.10%，2.13%和1.18%，差異不顯著(p>0.05)，與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加64.22%，12.53%和14.22%，差異極顯著(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加64.05%，10.18%和12.88%，差異極顯著(p<0.01)。不同處理風沙土pH值由大到小的變化順序為：CK>傳統(tǒng)化肥>有機碳土壤改良劑。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和CK比較，pH值分別降低4.87%和5.21%，差異顯著(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，pH降低0.36%，差異不顯著(p>0.05)。

2.8 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對風沙土微生物及酶活性和重金屬離子的影響

由表6可知，不同處理風沙土微生物數(shù)量由大到小的變化順序為：有機碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，真菌、細菌和放線菌分別增加59.18%，41.75%和23.28%，差異極顯著(p<0.01)，與CK比較，真菌、細菌和放線菌分別增加60.82%，44.94%和28.57%，差異極顯著(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，真菌、細菌和放線菌分別增加1.03%，2.25%和4.28%，差異不顯著(p>0.05)。不同處理風沙土酶活性由大到小的變化順序與微生物的變化一致。施用有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加57.09%，13.54%和10.71%，差異極顯著(p<0.01)，與CK比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加60.07%，15.27%和14.82%，差異極顯著(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與CK比較，蔗糖酶、脲酶和磷酸酶分別增加1.90%，1.53%和3.70%，差異不顯著(p>0.05)。

不同處理風沙土重金屬離子由大到小的變化順序為：傳統(tǒng)化肥>有機碳土壤改良劑>CK。施用傳統(tǒng)化肥與有機碳土壤改良劑比較，重金屬離子Hg，Cd，Cr和Pb分別增加了21.88%，38.46%，18.70%和22.01%，差異極顯著(p<0.01)，與CK比較，Hg，Cd，Cr和Pb分別增加了25.81%，42.11%，19.02%和22.97%，差異極顯著(p<0.01)；施用有機碳土壤改良劑與CK比較，Hg，Cd，Cr和Pb分別增加了3.22%，2.63%，0.26%和0.79%，差異不顯著(p>0.05)。

表6 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對風沙土微生物及酶活性和重金屬離子的影響

2.9 有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對玉米農藝性狀及經濟性狀和效益的影響

由2015年9月26日玉米收獲時測定結果(表7)可知，不同處理農藝性狀由大到小的變化順序為：有機碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，株高和生長速度分別增加3.59%和3.60%，差異顯著(p<0.05)，莖粗增加9.65%，差異極顯著(p<0.01)；與CK比較，株高、莖粗和生長速度分別增加17.44%，26.39%和17.07%，差異極顯著(p<0.01)。不同處理經濟性狀由大到小的變化順序與農藝性狀的變化一致。有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，穗粒數(shù)增加6.25%，差異顯著(p<0.05)，穗粒重增加11.38%，差異極顯著(p<0.01)，百粒重增加4.83%，差異不顯著(p>0.05)；與CK比較，穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重分別增加21.62%，35.89%和11.75%，差異極顯著(p<0.01)。不同處理玉米產量、增產值和施肥利潤由大到小的變化順序與經濟性狀的變化一致。有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，玉米產量增加5.22%，差異顯著(p<0.05),增產值和施肥利潤分別增加2 720，2 180.40元/hm2。

表7有機碳土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對比對玉米農藝性狀及經濟性狀和效益的影響

3 討論與結論

風沙土施用有機碳土壤改良劑后，土壤體積質量降低，孔隙度增大，究其原因是有機碳土壤改良劑中的有機質使土壤疏松，增大了總孔隙度，降低了體積質量。施用有機碳土壤改良劑土壤團聚體在遞增，分析這一結果產生的原因是有機碳土壤改良劑中的糠醛渣和牛糞，在土壤微生物的作用下合成了腐殖質促進了土壤團聚體的形成[19-23]。施用有機碳土壤改良劑土壤飽和持水量在增加，這種變化規(guī)律與有機碳土壤改良劑中的保水劑有關。施用有機碳土壤改良劑后土壤速效氮和磷在增加，究其原因是有機碳土壤改良劑中的土壤營養(yǎng)劑含有豐富的氮和磷。施用有機碳土壤改良劑后土壤pH值有所降低，究其原因是有機碳土壤改良劑中的糠醛渣含殘余硫酸3%～5%，降低了土壤的酸堿度。施用有機碳土壤改良劑后，風沙土微生物和酶活性有所增加，究其原因是有機碳土壤改良劑含有有機質及氮磷鉀和鋅元素，促進了微生物的繁殖和生長發(fā)育，提高了土壤酶的活性[24]。施用傳統(tǒng)化肥與有機碳土壤改良劑比較，重金屬離子Hg，Cd，Cr和Pb含量分別增加21.88%，38.46%，18.70%和22.01%，這與長期施用化學肥料有關[25-26]，土壤中重金屬離子富集與施用化學肥料有關，長期施用磷肥土壤Cd含量偏高，可能影響土壤的環(huán)境質量。

研究結果表明：影響玉米產量因素由大到小的順序依次為：土壤營養(yǎng)劑(R=3.62)>聚乙稀醇(R=3.55)>保水劑(R=2.55)>有機廢棄物組合肥(R=1.01)。有機碳土壤改良劑配方為：土壤營養(yǎng)劑∶聚乙稀醇∶有機廢棄物組合肥∶保水劑=0.032 2∶0.001 4∶0.965 5∶0.000 9。不同劑量的有機碳土壤改良劑與風沙土總孔隙度、團聚體、飽和持水量、有機質、速效氮磷鉀、玉米農藝性狀、經濟性狀和產量呈正相關關系；與風沙土體積質量、pH呈負相關關系。有機碳土壤改良劑施用量與玉米產量間的回歸方程為：y=5.780 00+0.035 16x-0.000 05x2， 最佳施用量為27.60 t/hm2，玉米理論產量為6.71 t/hm2。不同處理風沙土體積質量和pH值由大到小的變化順序依次為：CK>傳統(tǒng)化肥>有機碳土壤改良劑；重金屬離子Hg，Cd，Cr，Pb含量由大到小變化的順序依次為：傳統(tǒng)化肥>有機碳土壤改良劑>CK；團聚體、飽和持水量、有機質、速效氮磷鉀、微生物數(shù)量、酶活性、玉米農藝性狀、經濟性狀和產量由大到小的變化順序為：有機碳土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>CK。在風沙土上施用有機碳土壤改良劑，有效地改善了土壤理化性質和生物學性質，提高了土壤持水量和有機質含量。

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Effect of Organic Carbon Soil Amendment on Sandy Soil Improvement

XIAO Zhanwen1, YAN Zhibin2, WANG Xue2, MA Shijun2, YAN Fuhai2, QIN Jiahai2

(1.CollegeofAgricultureandBiologyTechnology,HexiUniversity,Zhangye,Gansu734000,China; 2.GansuDunhuangSeedIndustryCo.Ltd,Jiuquan,Gansu735000,China)

[Objective] Organic carbon soil amendment was compounded to provide technical support for sustainable development of maize industry in Hexi irrigation area. [Methods] The study was conducted on the effect of organic carbon soil amendment on sandy soil in Ganzhou district, Zhangye City, Gansu Province through field experiment.[Results] The amount of soil organic carbon amendment was positively correlated with indices of porosity, aggregate, water holding capacity, organic matter, available nutrients, microbial biomass, enzyme activity and maize yield, while was negatively correlated with volume weight and pH value. After organic carbon amendment was applied, soil volume weight, pH value, Hg, Cd, Cr and Pb, were all decreased by 8.46%, 4.87%, 17.95%, 27.78%, 15.75% and 18.03% as compared with the effects of conventional fertilizer; indices of total porosity, aggregate, water holding capacity, organic matter, alkali-hydro nitrogen, available phosphorus and available potassium respectively increased by 8.15%, 23.98%, 8.15%, 3.16%, 0.10%, 2.13% and 1.18%; fungi, bacteria, actinomyces, sucrase, urease, phosphatase and corn fertilizing profits increased by 59.18%, 41.75%, 23.28%, 59.18%, 13.54%, 10.71% and 2, 180.40 yuan/hm2, respectively.[Conclusion] The sandy soil physical and chemical properties and biological properties can be effectively improved by the application of organic carbon soil amendment, and the maize yield increased as well.

organic carbon soil amendment; sandy soil; soil improvement

2016-09-13

2016-10-02

國家星火計劃項目“敦玉系列玉米新品種制種及高效生產技術示范應用(2015GA860001); 甘肅省重大科技專項“機收新品種選育及機械化生產技術研發(fā)與物聯(lián)網技術應用”(1602NKDF021); 甘肅省工程技術中心建設計劃項目(1306NTGF020)

肖占文(1966—),男(漢族),甘肅省金塔縣人,碩士，教授，主要從事作物栽培與土壤改良研究。E-mail:xzw2826@163.com。

閆治斌(1968—),男(漢族),甘肅省酒泉市人,碩士，研究員，主要從事土壤改良與培肥研究。E-mail:qinjiahai123@163.com。

A

1000-288X(2017)03-0035-08

S156.2