朱曉濤, 藺正河, 閆治斌,王 學(xué), 馬世軍, 閆富海, 秦嘉海

(1.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院, 甘肅 張掖 734000; 2.金塔縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,甘肅 酒泉 7350002; 3.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司, 甘肅 酒泉 735000)

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)灰棕荒漠土的改良效果

朱曉濤1,2, 藺正河1,2, 閆治斌3,王 學(xué)3, 馬世軍3, 閆富海3, 秦嘉海1

(1.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院, 甘肅 張掖 734000; 2.金塔縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,甘肅 酒泉 7350002; 3.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司, 甘肅 酒泉 735000)

[目的] 進(jìn)行有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑配方篩選,研究灰棕荒漠土改良效果和雜交飼用甜高粱經(jīng)濟(jì)效益,解決灰棕荒漠土保水、保肥能力弱,有機(jī)質(zhì)含量低,作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)的瓶頸問(wèn)題。[方法] 選擇甘肅省酒泉市肅州區(qū)的灰棕荒漠土,采用田間試驗(yàn)的方法進(jìn)行研究。[結(jié)果] 不同梯度有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與灰棕荒漠土孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、雜交飼用甜高粱經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系,與灰棕荒漠土容重和pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與施用傳統(tǒng)化肥比較,灰棕荒漠土容重和pH值分別降低4.10%和8.27%;總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度、總持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別增加3.63%,3.60%,3.67%,3.63%,3.60%和3.67%;有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加7.03%,0.37%,0.33%和0.29%;真菌、細(xì)菌、放線菌、蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶分別增加121.42%,34.69%,20.00%,61.79%,45.37%,36.00%和63.23%;雜交飼用甜高粱穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重、產(chǎn)量、施肥利潤(rùn)和投資效率分別增加6.38%,4.17%,4.42%和4.04%，2 390元/hm2和0.40元/元。[結(jié)論] 施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑,有效地改善了甘肅省河西走廊灰棕荒漠土理化性質(zhì),提高了持水量和雜交飼用甜高粱產(chǎn)量。

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑; 灰棕荒漠土; 改良效果

隨著種植面積的不斷擴(kuò)大，分布在甘肅河西走廊的2.36×107hm2的灰棕荒漠土被農(nóng)戶開(kāi)墾后種植各種農(nóng)作物，存在的主要問(wèn)題是：土層薄，黏粒少，沙粒多，保水能力弱，有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀和微量元素鋅鉬含量低，缺素的生理性病害經(jīng)常發(fā)生，作物產(chǎn)量低而不穩(wěn)。近年來(lái)，有關(guān)土壤改良劑的研究受到了廣泛關(guān)注，吳淑芳等[1]使用聚丙烯酸、脲醛樹脂和聚乙烯醇3 種改良劑后，土壤容重均有下降。汪德水等[2]在土壤中施用瀝青乳劑和PAM后，減少了土面水分蒸發(fā)，提高了水分利用效率。郭和蓉等[3-4]在土壤中施用營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑后，活化了酸性土壤中的磷和鉀，提高了養(yǎng)分利用率。周恩湘等[5]在濱海鹽化潮土上施用沸石后，提高了土壤的鹽基交換能力，使土壤中可溶性鹽分減少，土壤的陽(yáng)離子交換量增大。王志玉等[6]施用土壤改良劑(MDM)后，水稻單株鮮重和干重分別高于對(duì)照120.30%和112.38%。秦嘉海等[7]施用土壤改良劑(PAM)后，玉米鮮物質(zhì)質(zhì)量比對(duì)照提高了24%。經(jīng)調(diào)查河西走廊家畜糞便等改性糠醛渣總量為6.0×105t，經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)分析，改性糠醛渣含有機(jī)質(zhì)36%，全氮 0.61%，全磷0.36%，全鉀 1.18%，重金屬元素Hg，Cd，Cr，Pb含量均小于GB8172-87規(guī)定的農(nóng)用有機(jī)廢棄物控制含量標(biāo)準(zhǔn)[8]。目前改性糠醛渣用于家庭燃料、直接還田的占總資源量的30%，剩余的4.00×105t的改性糠醛渣對(duì)環(huán)境造成了污染。為了促進(jìn)糠醛渣資源的循環(huán)和增值，本文擬以改性糠醛渣[9-10]、高粱專用肥、生物菌肥[11-12]為原料，合成有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑，進(jìn)行田間驗(yàn)證試驗(yàn)，以便對(duì)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑的改良效果做出確切的評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)于2011—2016年在甘肅省酒泉市肅州區(qū)上壩鄉(xiāng)光輝村進(jìn)行，試驗(yàn)地海拔高度1 455 m，經(jīng)度98°40′169″，北緯39°34′590″，年均溫7.50 ℃，年均降水量82 mm，年均蒸發(fā)量2 500 mm，無(wú)霜期150 d；土壤類型是灰棕荒漠土，0—20 cm土層含有機(jī)質(zhì)18.36 g/kg，堿解氮55.34 mg/kg，速效磷6.71 mg/kg，速效鉀140.36 mg/kg，有效硼0.43 mg/kg，有效錳6.71 mg/kg，有效銅1.43 mg/kg，有效鋅0.46 mg/kg，有效鐵4.50 mg/kg，有效鉬0.11 mg/kg，可溶性鹽1.79 mg/kg，pH值8.24，容重1.42 g/cm3，總孔隙度46.42%，土壤質(zhì)地為沙壤質(zhì)土，前茬作物是制種玉米。

1.1.2 參試材料 改性糠醛渣，在糠醛渣中加入4%的碳酸氫銨，將pH值調(diào)整到6.00～6.50，經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)分析，含有機(jī)質(zhì)74%，腐殖酸11.63%，全氮0.61%，全磷0.36%，全鉀1.18%，pH值為6.04～6.50，粒徑0.05～1 mm，甘肅共享化工有限公司產(chǎn)品[13]；尿素，粒徑2～3 mm，含N 46%，甘肅劉家峽化工廠產(chǎn)品；磷酸二銨，粒徑2～5 mm，含N 18%，P2O546%，云南云天化國(guó)際化工股份有限公司產(chǎn)品；硫酸鉀，含K2O 50%,粒徑為2～3 mm，湖北興銀河化工有限公司產(chǎn)品；硫酸鋅，含Zn 23%，粒徑1～2 mm，甘肅劉家峽化工廠產(chǎn)品；生物菌肥，有效活菌數(shù)≥20億個(gè)/g，山東大地生物科技有限公司產(chǎn)品；高粱專用肥(自主研發(fā))，將尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硫酸鋅重量比按0.41∶0.10∶0.47∶0.02混合，含N 20.66%；含P2O54.60%，K2O 23.50%，Zn 0.46%；雜交飼用甜高粱品系為L(zhǎng)Z-1A×140263-3，由甘肅省農(nóng)科院選育。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)處理

(1) 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑配方篩選。2011—2012年4月24日選擇改性糠醛渣、高粱專用肥和生物菌肥為3個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，按正交表L9(34)設(shè)計(jì)9個(gè)處理[14](表1)。雜交飼用甜高粱收獲后計(jì)算出因素間效應(yīng)值(R)和各因素不同水平的T值，確定因素間最佳組合，組成有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑配方。

表1 L9(33)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為試驗(yàn)施用量(kg/hm2)； 括號(hào)外數(shù)據(jù)為正交試驗(yàn)編碼值。

(2) 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑改良效果研究。

①有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑最佳施用量研究。2013—2014年4月24日根據(jù)試驗(yàn)一篩選的配方，將改性糠醛渣、高粱專用肥、生物菌肥風(fēng)干重量比按0.4478∶0.4478∶0.1044合成有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑，經(jīng)室內(nèi)測(cè)定，含有機(jī)質(zhì)34.03%，N 8.53%，P2O52.22%，K2O11.04 %，Zn0.21%。將合成的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度設(shè)計(jì)為0.00(CK)0.75，1.50，2.25，3.00，3.75，4.50 t/hm2這7個(gè)處理，以處理1為對(duì)照(CK，每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

②有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)比試驗(yàn)。2015—2016年4月24日，在純N，P2O5，K2O投入量相等的條件下(純N 0.26 t/hm2+P2O50.07 t/hm2+K2O 0.33 t/hm2)，試驗(yàn)共設(shè)計(jì)3個(gè)處理：處理1，對(duì)照(不施任何肥料)；處理2，施用傳統(tǒng)化肥(尿素0.51t/hm2+磷酸二銨0.15t/hm2+硫酸鉀0.66 t/hm2)；處理3，施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑(3.00 t/hm2)。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.2 田間種植方法 田間試驗(yàn)小區(qū)面積為32 m2(8 m×4 m)，小區(qū)四周筑埂，埂寬30 cm，高35 cm，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑、磷酸二銨、硫酸鉀在播種前施入20 cm土層做底肥，尿素分別在高粱拔節(jié)期和抽穗期結(jié)合灌水追施，追肥方法為條施。2011—2016每年的4月24日播種，播種深度2～3 cm，父母本行比為2∶8，株距15 cm，行距45 cm，先播不育系，不育系發(fā)芽后播種第1期保持系，第1期保持系發(fā)芽后播種第2期保持系，分別在高粱拔節(jié)期、抽穗期、開(kāi)花期、灌漿期各灌水1次，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)灌水量相等。

1.2.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法 高粱收獲時(shí)測(cè)定農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)單獨(dú)收獲，將小區(qū)產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。高粱收獲后分別在試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)按對(duì)角線布置5個(gè)樣品采集點(diǎn)，采集0—20 cm耕作層土樣5 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣室內(nèi)風(fēng)干化驗(yàn)分析(容重、團(tuán)聚體用環(huán)刀取原狀土)。土壤容重采用環(huán)刀法測(cè)定；孔隙度采用計(jì)算法求得；>0.25 mm團(tuán)聚體測(cè)定采用干篩法(具體方法是：采集長(zhǎng)10 cm，寬10 cm，厚度20 cm的土柱，剝離受采樣刀具影響的土柱邊面，放在飯盒內(nèi)運(yùn)回室內(nèi)，沿土壤的自然結(jié)構(gòu)將原狀土剝成小土塊，并剔去粗根和小石塊，土樣攤平風(fēng)干15 d，稱取100g風(fēng)干土5份，放置在孔徑0.25 mm的土篩中，人工篩1 min后，采用天平稱取>0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量，每個(gè)樣品重復(fù)6次，取平均數(shù))；堿解氮采用擴(kuò)散法；速效磷采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用火焰光度計(jì)法；pH值采用5∶1水土比浸提，用pH-2F數(shù)字pH計(jì)測(cè)定；微生物數(shù)量采用稀釋平板法[15]；脲酶測(cè)定采用靛酚比色法；蔗糖酶測(cè)定采用3,5-二硝基水楊酸比色法；磷酸酶測(cè)定采用磷酸苯二鈉比色法；過(guò)氧化氫酶測(cè)定采用滴定法；多酚氧化酶測(cè)定采用碘量滴定法[16]總持水量=(面積×總孔隙度×土層深度)；毛管持水量=(面積×毛管孔隙度×土層深度)；非毛管持水量=(面積×非毛管孔隙度×土層深度)[17]；際產(chǎn)量=(后一個(gè)處理產(chǎn)量-前一個(gè)處理產(chǎn)量)；邊際產(chǎn)值=(邊際產(chǎn)量×產(chǎn)品價(jià)格)；邊際施用量=(后一個(gè)處理施用量-前一個(gè)處理施用量)；邊際成本=(邊際施用量×肥料價(jià)格) ；邊際利潤(rùn)=(邊際產(chǎn)值-邊際成本)[18]。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理方法 差異顯著性采用DPS 10.0統(tǒng)計(jì)軟件分析，多重比較，LSR檢驗(yàn)法。依據(jù)經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量計(jì)算公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2c求得有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量(x0)[19-20]；依據(jù)肥料效應(yīng)回歸方程式y(tǒng)=a+bx-cx2，求得雜交飼用甜高粱理論產(chǎn)量(y)[21]。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑配方篩選

連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)2 a后，于2012年9月28日高粱收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，不同因素間的效應(yīng)(R)是B>A>C，說(shuō)明影響雜交飼用甜高粱產(chǎn)量的因素依次是：高粱專用肥(2.98)>改性糠醛渣(1.56)>生物菌肥(0.47)(表1)。比較各因素不同水平的T值，可以看出，TA3>TA2>TA1，說(shuō)明隨著改性糠醛渣施用量梯度的增加，雜交飼用甜高粱產(chǎn)量在增加；TB2>TB3>TB1，說(shuō)明雜交飼用甜高粱產(chǎn)量隨高粱專用肥施用量梯度的增大而增加，但高粱專用肥施用量超過(guò)1 350 kg/hm2后，雜交飼用甜高粱產(chǎn)量又隨高粱專用肥施用量的梯度的增大而降低。TC2>TC3>TC1，說(shuō)明雜交飼用甜高粱產(chǎn)量隨生物菌肥施用量梯度的增大而增加，但生物菌肥施用量超過(guò)300 kg/hm2后，雜交飼用甜高粱產(chǎn)量又隨生物菌肥施用量梯度的增大而降低。從各因素的T值可以看出，因素間最佳組合是：A3B2C2，(即改性糠醛渣1 350 kg/hm2，高粱專用肥1 350 kg/hm2，生物菌肥300 kg/hm2，將改性糠醛渣、高粱專用肥、生物菌肥重量比按0.450 0∶0.450 0∶0.100 0混合得到有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑)。

2.2有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)灰棕荒漠土改良效果和雜交飼用甜高粱經(jīng)濟(jì)效益的影響

連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)2 a后，于2014年9月28日高粱收獲后采集耕作層0—20 cm土樣測(cè)定結(jié)果可以看出，隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土容重在遞減，孔隙度在遞增(表2)。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量4.50 t/hm2，與對(duì)照比較，容重降低了13.38%，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別增加了15.42%，15.43%，和14.89%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)性分析，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與灰棕荒漠土容重之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為-0.980 9,0.980 5,0.980 3和0.975 3。

隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土pH值在遞減，團(tuán)聚體和CEC在遞增(表2)。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量4.50 t/hm2，與對(duì)照比較，pH值降低了5.46%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)，團(tuán)聚體和CEC分別增加了42.83%，和29.39%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。經(jīng)相關(guān)性分析，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與灰棕荒漠土pH值之間呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,與團(tuán)聚體和CEC之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)(R)分別為-0.980 9,0.982 7和0.913 7。

表2 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)灰棕荒漠土理化性質(zhì)的影響

注：同列數(shù)據(jù)大寫字母不同表示LSR0.01水平差異顯著; 小寫字母不同表示LSR0.05水平差異顯著。下同。

經(jīng)相關(guān)性分析，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與總持水量、毛管持水量、非毛管持水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(表3)，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.980 5，0.980 3，0.975 3，0.925 0，0.813 5，0.719 0和0.884 6。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量4.50 t/hm2，與對(duì)照比較，總持水量、毛管持水量、非毛管持水量、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀分別增加了15.42%， 15.43%，14.89%，20.13%，75.71%，83.91%和27.44%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。

2016年9月28日高粱收獲后測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析可知，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與雜交飼用甜高粱株高、莖粗、地上部分干重、根系干重、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重之間呈顯著的正相關(guān)關(guān)系(表4)，相關(guān)系數(shù)(R)分別為0.905 0,0.795 0,0.856 2,0.817 9,0.991 3,0.976 1和0.849 7。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量4.50 t/hm2，與CK比較，株高、莖粗、地上部分干重、根系干重、穗粒數(shù)、穗粒重和百粒重分別增加了15.12%,43.63%,24.68%,34.17%,14.63%,26.91%和10.73%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。

表3 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)灰棕荒漠土持水量及有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的影響

表4 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)雜交飼用甜高粱農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀的影響

隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，雜交飼用甜高粱邊際產(chǎn)量由最初的110.00 kg/hm2，遞減到30.00 kg/hm2。從經(jīng)濟(jì)效益變化來(lái)看，隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，邊際利潤(rùn)由最初的1 595元/hm2，遞減到-405元/hm2。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量在3.00 t/hm2的基礎(chǔ)上，再繼續(xù)增加施用量，邊際利潤(rùn)出現(xiàn)負(fù)值(表5)。由此可見(jiàn)，有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑適宜施用量為3.00 t/hm2。

將表5不同劑量有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與雜交飼用甜高粱產(chǎn)量間的關(guān)系采用回歸方程

y=a+bx+cx2擬合，得到下列方程：

y=2.440+0.188 1x-0.020 8x2

(1)

對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性測(cè)驗(yàn)的結(jié)果表明回歸方程擬合良好。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑價(jià)格(Px)為1 540元/t， 2013—2014年雜交飼用甜高粱種子市場(chǎng)平均售價(jià)(Py)為25 000元/t，將(Px),(Py),回歸方程的系數(shù)b和c，代入經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量計(jì)算公式x0=〔(Px/Py)-b〕/2c,求得有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量(x0)為3.04 t/hm2，將x0代入(1)式，求得雜交飼用甜高粱理論產(chǎn)量(y)為2.82 t/hm2(表5)。

表5 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)雜交飼用甜高粱經(jīng)濟(jì)效益的影響

注：價(jià)格(元/t)：尿素2 000；磷二4 000；硫酸鉀2 200；硫酸鋅4 000；改性糠醛渣120；生物菌肥4 000；高粱專用肥2 334(尿素、磷酸二銨、硫酸鉀、硫酸鋅重量比按0.410 0∶0.100 0∶0.470 0∶0.020 0混合)；有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑1 540(將改性糠醛渣、高粱專用肥、生物菌肥重量比按0.450 0∶0.450 0∶0.100 0混合)；2013—2014年雜交飼用甜高粱種子市場(chǎng)平均售價(jià)25 000；雜交飼用甜高粱種植株數(shù)148 148株/hm2(行距0.45 m×0.15 m)。

2.3施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)灰棕荒漠土改良效果和雜交飼用甜高粱效益的影響對(duì)比

連續(xù)定點(diǎn)試驗(yàn)2 a后，于2016年9月28日高粱收獲時(shí)測(cè)定結(jié)果可知，不同處理灰棕荒漠土容重和pH值由小到大的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑<傳統(tǒng)化肥<對(duì)照(表6)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，容重分別降低4.10%和4.92%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)；施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，容重降低0.79%，差異不顯著(p>0.05)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，pH值分別降低8.27%和8.49%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，pH值降低0.23%，差異不顯著(p>0.05)。

不同處理灰棕荒漠土總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和團(tuán)聚體由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照(表6)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別增加3.63%,3.60%和3.67%，與對(duì)照比較，分別增加4.39%,4.38%和4.40%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)。施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，總孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分別增加0.74%,0.76%和0.70%，差異不顯著(p>0.05)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，>0.25 mm團(tuán)聚體分別增加17.66%和18.64%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，>0.25 mm團(tuán)聚體增加0.83%，差異不顯著(p>0.05)。

不同處理灰棕荒漠土總持水量、毛管持水量和非毛管持水量由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照(表6)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，總持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別增加3.63%,3.60%和3.67%，與對(duì)照比較，分別增加4.39%,4.39%和4.40%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)，施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，總持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別增加0.74%,0.76%和0.70%，差異不顯著(p>0.05)。

有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑和傳統(tǒng)化肥對(duì)灰棕荒漠土有機(jī)質(zhì)和速效氮磷鉀由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照(表6)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，有機(jī)質(zhì)分別增加7.03%和7.2%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)；施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，有機(jī)質(zhì)增加0.16%，差異不顯著(p>0.05)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，堿解氮和速效磷分別增加0.37%和0.33%，差異不顯著(p>0.05)；與對(duì)照比較，分別增加66.23%和87.42%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)，施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，堿解氮和速效磷分別增加65.61%和86.81%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥和對(duì)照比較，速效鉀分別增加0.29%和0.34%，差異不顯著(p>0.05)，施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，速效鉀增加0.05%，差異不顯著(p>0.05)。

表6 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑和傳統(tǒng)化肥對(duì)灰棕荒漠土理化性質(zhì)及有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的影響

不同處理灰棕荒漠土微生物和酶活性由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照(表7)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，真菌、細(xì)菌和放線菌分別增加121.42%,34.69%和20.00%，與對(duì)照比較，分別增加125.45%,36.08%和23.29%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，真菌、細(xì)菌和放線菌分別增加1.82%,1.03%和2.74%，差異不顯著(p>0.05)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶分別增加61.79%,45.37%,36.00%和63.23%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)；施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與對(duì)照比較，蔗糖酶、脲酶、磷酸酶和多酚氧化酶分別增加63.02%,70.65%,70.00%和65.67%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，脲酶和磷酸酶分別增加17.39%和25.00%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)；蔗糖酶和多酚氧化酶分別增加0.75%和1.49%,差異不顯著(p>0.05)。

表7 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)灰棕荒漠土微生物和酶活性的影響

2016年9月28日雜交飼用高粱收獲時(shí)測(cè)定結(jié)果可知，不同處理雜交飼用甜高粱農(nóng)藝性狀和經(jīng)濟(jì)性狀由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照(表8)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，株高、莖粗、地上部分干重和根系干重分別增加6.39%,5.87%,5.26%和4.19%，差異達(dá)顯著水平(p<0.05)；與對(duì)照比較，分別增加20.59%,40.18%,41.23%和31.56%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01 )。施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，株高、莖粗、地上部分干重和根系干重分別增加13.36%,33.04%,14.86%和26.28%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量分別增加6.38%,4.17%,4.42%和4.04%，差異達(dá)顯著(p<0.05)；與對(duì)照比較，分別增加26.88%,21.21%,16.83%和23.58%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)。施用傳統(tǒng)化肥與對(duì)照比較，穗粒數(shù)、穗粒重、百粒重和產(chǎn)量分別增加19.27%,16.40%,11.88%和18.77%，差異達(dá)極顯著水平(p<0.01)(表8)。

不同處理雜交飼用甜高粱增產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥(表8)。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥比較，增產(chǎn)值、施肥利潤(rùn)和投資效率分別增加2 750元/hm2,2 390元/hm2和0.40元/元 。

表8 有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑與傳統(tǒng)化肥對(duì)飼用高粱農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)性狀和經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論與結(jié)論

隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土容重降低，總孔隙度增大，究其原因是有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑中的糠醛渣含有豐富的有機(jī)質(zhì)，施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑后使板結(jié)的灰棕荒漠土疏松了，因而增大了孔隙度，降低了容重。施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑后團(tuán)聚體在增加，究其原因是有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑中的糠醛渣在土壤微生物的作用下合成了腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)中的功能團(tuán)解離后帶負(fù)電荷[22]，吸附了河西灰棕荒漠土中的Ca2+，Ca2+是一種膠結(jié)物質(zhì)，促進(jìn)了灰棕荒漠土團(tuán)聚體的形成。隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土持水量在增加，分析這一結(jié)果產(chǎn)生的原因是是糠醛渣在灰棕荒漠土中合成腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)的最大吸水量可以超過(guò)500%，對(duì)保持灰棕荒漠土水分具有重要的意義[23]。隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土有機(jī)質(zhì)在梯增，究其原因是有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑含有豐富的有機(jī)質(zhì),因而提升了灰棕荒漠土有機(jī)質(zhì)含量。隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土堿解氮、速效磷、速效鉀在增加，究其原因是有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑含有氮磷鉀,因而提高了灰棕荒漠土速效養(yǎng)分含量。隨著有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量梯度的增加，灰棕荒漠土pH值在下降，其原因是有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑中的糠醛渣是一種酸性廢棄物，因而降低了灰棕荒漠土酸堿度。

研究結(jié)果表明，影響雜交飼用甜高粱產(chǎn)量的因素由大到小的順序依次為：高粱專用肥>改性糠醛渣>生物菌肥。因素間最佳組合是：改性糠醛渣(0.450 0)∶高粱專用肥(0.450 0)∶生物菌肥(0.100 0)。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑不同梯度施用量與灰棕荒漠土孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、雜交飼用甜高粱經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與灰棕荒漠土容重和pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑施用量與雜交飼用甜高粱產(chǎn)量間的肥料效應(yīng)回歸方程式為y=2.4400+0.1881x-0.0208x2。不同處理灰棕荒漠土容重和pH值由小到大的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑<傳統(tǒng)化肥<對(duì)照；孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀、微生物、酶活性、雜交飼用甜高粱農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量由大到小的變化順序依次為：有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑>傳統(tǒng)化肥>對(duì)照。在甘肅河西走廊的灰棕荒漠土上施用有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑，有效的改善了土壤理化性質(zhì)，提高了土壤持水量和雜交飼用甜高粱產(chǎn)量，促進(jìn)了糠醛渣廢棄物資源的循環(huán)利用和增值。

[1] 吳淑芳,吳普特,馮浩.高分子聚合物對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響研究[J].水土保持通報(bào),2003,23(1):42-45.

[2] 汪德水,張美榮,典雄.乳化瀝青作為土壤結(jié)構(gòu)改良劑改土保水增產(chǎn)的研究[J].石油瀝青,1990(3):21-24.

[3] 郭和蓉,陳瓊賢,鄭少玲,等.營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑對(duì)酸性土壤中磷的活化及玉米吸磷的影響[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2004,25(1):29-32.

[4] 郭和蓉,陳瓊賢,鄭少玲,等.營(yíng)養(yǎng)型土壤改良劑對(duì)酸性土壤中鉀的調(diào)節(jié)及玉米吸鉀量的影響[J].土壤肥料,2004(2):20-22.

[5] 周恩湘,姜淳,霍習(xí)良,等.沸石改良濱海鹽化潮土的研究[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1991(1):14-18.

[6] 王志玉,劉作新.土壤改良劑MDM對(duì)草甸堿土和水稻生長(zhǎng)的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2004,22(2):31-34.

[7] 秦嘉海,陳廣全.改性糠醛渣混合基質(zhì)在番茄無(wú)土栽培中的應(yīng)用[J].中國(guó)蔬菜1997(4):13-15.

[8] 陳世和.城市垃圾堆肥原理與工藝[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1990:52-68.

[9] 秦嘉海,張春年.改性糠醛渣的改土增產(chǎn)效應(yīng)[J].土壤通報(bào),1994,25(5):237-238.

[10] 廖宗文.工業(yè)廢物的農(nóng)用資源化:理論、技術(shù)和實(shí)踐[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1996:26-28.

[11] 葛均青,于賢昌,王竹紅.微生物肥料效應(yīng)及其應(yīng)用展望[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2003,11(3):87-88.

[12] 高樹清,王炳華,徐靜,等.有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑生產(chǎn)中發(fā)酵菌劑的選擇研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(14):7251-7253.

[13] 秦嘉海,金自學(xué),劉金榮.含鉀有機(jī)廢棄物改性糠醛渣改良效果研究[J].土壤通報(bào),2007,38(4):705-708.

[14] 明道緒.田間試驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析[M].北京:科學(xué)出版社,2014:185-188.

[15] 中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所.灰棕荒漠土理化分析[M].上海:科學(xué)技術(shù)出版社,1978:110-218.

[16] 關(guān)松蔭.土壤酶及其研究法[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1986:61-66.

[17] 中國(guó)土壤學(xué)會(huì)農(nóng)業(yè)化學(xué)專業(yè)委員會(huì).灰棕荒漠土農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析法[M].北京:科學(xué)出版社,1983:106-208.

[18 ] 浙江農(nóng)業(yè)大學(xué).植物營(yíng)養(yǎng)與肥料[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1988:268-269.

[19] 陳倫壽,李仁崗.農(nóng)田施肥原理與實(shí)踐[M]北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1983:185-186.

[20] 陜西省農(nóng)林學(xué)校.灰棕荒漠土肥料學(xué)[M]北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1987:227-228.

[21] 于秀林,任雪松.多元統(tǒng)計(jì)分析[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社,1999:166-170.

[22] 陜西省農(nóng)林學(xué)校.灰棕荒漠土肥料學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1987:26-27.

[23] 陸欣.灰棕荒漠土肥料學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2004:50-52.

ImprovementEffectsofOrganicNutrition-FunctionalSoilConditionersonGreyBrownDesertSoil

ZHU Xiaotao1,2, LIN Zhenghe1,2, YAN Zhibin3,WANG Xue3, MA Shijun3, YAN Fuhai2, QIN Jiahai1

(1.CollegeofAgricultureandBiologyTechnology,HexiUniversity,Zhangye,Gansu734000,China; 2.ExtensionCentreofAgriculturalTechnologyinJintaCounty,Jiuquan,Gansu735000,China; 3.GansuDunhuangSeedIndustryCo.Ltd,Jiuquan,Gansu735000,China)

[Objective] The study was conducted on the selection of organic nutrition-functional soil conditioners and the economic benefit of hybrid feeding sweet sorghum from application of it, in order to solve the bottleneck problem of grey brown desert soil that is characterized by weak water and fertilizer retention, low organic content and the successive low and unsustainable crop yield. [Methods] The ash brown desert soil in Suzhou District, Jiuquan City, Gansu Province was selected as experimental materials and field experiment was conducted. [Results] The amount of organic nutrition-functional soil conditioner was positively correlated with indices of porosity, aggregate, water holding, organic matter, available nitrogen, phosphorus and potassium, economic benefits and yield of hybrid feeding sweet sorghum, while was negatively correlated with soil bulk density and pH value. Soil bulk density and pH value decreased 4.10% and 8.27% as compared with that of conventional fertilizer. Total porosity, capillary porosity, non-capillary porosity, total water holding, capillary porosity water holding capacity and non-capillary porosity water holding capacity increased by 3.63%,3.60%,3.67%,3.63%,3.60% and 3.67%, respectively; organic matter, available nitrogen, phosphorus and potassium increased by 7.03%, 0.37%,0.33% and 0.29%; fungi, bacteria, actinomyces, sucrose, phosphatase and polyphenol oxidase increased by 121.42%, 34.69%, 20.00%, 61.79%, 45.37%, 36.00% and 63.23%, respectively. The grains per spike, grains weight, hundred-grain weight, yield, fertilizer profits and investment efficiency increased by 6.38%, 4.17%, 4.42%, 4.04%, 2 390 yuan/hm2and 0.40 yuan/yuan, respectively. [Conclusion] The grey brown soil physical and chemical properties can be effectively improved by the application of organic nutrition-functional soil conditioners in the Hexi Corridor of Gansu Province, and the water holding capacity, hybrid feeding sweet sorghum yield increased as well.

organicnutritionfunctionalsoilconditioners;greybrowndesertsoil;improvedeffects.

A

1000-288X(2017)05-0276-08

S156.2

文獻(xiàn)參數(shù)： 朱曉濤, 藺正河, 閆治斌, 等.有機(jī)營(yíng)養(yǎng)功能型土壤改良劑對(duì)灰棕荒漠土的改良效果[J].水土保持通報(bào)，2017,37(5)：276-283.

10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.047； Zhu Xiaotao, Lin Zhenghe, Yan Zhibin, et al. Improvement effects of organic nutrition-functional soil conditioners on grey brown desert soil[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(5)：276-283.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.05.047

2017-03-25

2017-04-08

甘肅省科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“高梁高效制種及加工生產(chǎn)技術(shù)研究”(2015GS05915)

朱曉濤(1966—),男(漢族),甘肅省金塔縣人,學(xué)士,農(nóng)藝師,主要從事土壤改良與培肥研究。E-mail:qinjiahai123@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。