于 兵，吳克寧，黃 勤

[中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，國土資源部土地整治中心重點實驗室，北京 100083]

谷子是我國北方旱作農(nóng)區(qū)的主栽作物之一，人民生活的主糧之一，我國北方各省區(qū)乃至東南沿海一帶，一直到新疆、西藏均有種植。谷子加工后成為小米，從價值規(guī)律和農(nóng)作物生產(chǎn)比較、效益分析，優(yōu)質(zhì)小米的價格比玉米高一倍左右，超過白面，因此谷子生產(chǎn)是投入少、產(chǎn)出多，成本低、效益高，市場銷售好，見效快的農(nóng)產(chǎn)品[1]。但近些年來谷子被認(rèn)為是低產(chǎn)作物，種植面積減少，為提高產(chǎn)量種植過程中大量施用化肥和偏施氮磷鉀肥，短期內(nèi)能顯著提高谷子產(chǎn)量，但傳統(tǒng)的化肥存在養(yǎng)分含量低、重金屬含量高及施用量不合理等問題，長期過多的施用不僅會使肥料利用率低，還會給生態(tài)環(huán)境造成危害[2],導(dǎo)致土壤pH和有機質(zhì)含量降低，養(yǎng)分有效性低，造成土壤退化，低水平的水肥管理造成谷子單產(chǎn)低而不穩(wěn)，從而影響谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[3-7]。因此亟需研究一種性能優(yōu)良的有機土壤改良劑，既要保證農(nóng)作物的產(chǎn)量，又要提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，更要保證農(nóng)作物的可持續(xù)發(fā)展。木本泥炭作為一種新型土壤改良劑近年來備受國內(nèi)外關(guān)注，木本泥炭與無機肥料的合理配施成為研究熱點。

木本泥炭作為一種新型有機土壤改良劑，含碳量可高達(dá)60%～65%，水溶物、半纖維素和纖維素的含量低，腐殖酸和泥炭蠟的含量較高，施用木本泥炭可改良土壤，使化肥增效，刺激作物生長，增強作物抗逆性能，改善作物品質(zhì)[8-12]。此外還能改善土壤脲酶和磷酸酶活性，提高土壤有效養(yǎng)分的有效性，改善植物營養(yǎng)[13]。黃錦福等[14]研究認(rèn)為單施木本泥炭可以增加芒果樹葉面積，顯著增大花橫莖，同時有利于增加芒果大果單果重和單株大果個數(shù)，而添加菌劑或添加腐植酸鉀的木本泥炭不僅能提高芒果產(chǎn)量，還能不同程度提高芒果品質(zhì)。陳碩等[15]研究表明木本泥炭和苛性鉀的施用使番茄產(chǎn)量顯著增加16.73%，而單施木本泥炭與常規(guī)施肥處理均無顯著差異。范業(yè)宏等[16]認(rèn)為木本泥炭土壤調(diào)理劑對“早金酥”梨樹葉片生長的影響并不十分顯著，但增加了單果重，對增強品質(zhì)具有良好的效果。王亞彪等[17]認(rèn)為增施木本泥炭肥料處理的蔗莖產(chǎn)量和理論產(chǎn)糖量均比僅施推薦用肥處理顯著增加，土壤中全氮、全磷、有效磷、全鉀和有機質(zhì)的含量也顯著提高，經(jīng)濟效益相應(yīng)得到增加。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于河北省保定市阜平縣。阜平位于北緯38°9′～39°7′，東經(jīng)113°45′～114°31′，地處保定市西部，太行山中北部東麓，大清河水系沙河上游，為全山區(qū)縣，屬太行山系，境內(nèi)地形復(fù)雜，溝壑縱橫，地勢由東南(海拔200 m)向西北(海拔2 200 m)逐漸升高。試驗區(qū)氣候為大陸性季風(fēng)氣候，暖溫帶半濕潤地區(qū)，冬季寒冷、干燥、少雪，春季多干熱風(fēng)，夏季高溫、高濕、降水集中，秋季秋高氣爽。年均氣溫為12.6℃，常年積溫801.9℃。年均降水量為550～790 mm；無霜期140～190 d，地方小氣候特征明顯。試驗區(qū)為統(tǒng)一客土的旱地梯田，整地后地力均勻。土壤貧瘠，降水偏少，養(yǎng)分和有機質(zhì)含量成為該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要限制因子。

1.2 試驗材料

1.2.1 本底值土壤樣品采集及測定

試驗開展前運用“X形采樣法”和“S形采樣法”對每個小區(qū)0～20 cm土層采集土壤樣品，剔除其中動物殘體、可辨認(rèn)植物根系、枯枝落葉、石子等雜質(zhì)，“四分法”首先稱取500 g原狀土樣裝入保鮮盒用于測定團聚體；其次稱取250 g土樣風(fēng)干過2 mm篩后裝入8號密封袋用于測定土壤理化性質(zhì)(包括土壤粒徑分布、pH、電導(dǎo)率、堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)含量及土壤微生物生物量碳、氮)；同時對每個小區(qū)采集土樣測定土壤容重[18]。試驗開展前供試土壤的理化指標(biāo)的本底值及測試方法[19]見表1。

表1 供試土壤的理化指標(biāo)的本底值及測試方法

1.2.2 供試物料

本試驗供試主料為木本泥炭。產(chǎn)自印度尼西亞露天木本泥炭礦，該礦區(qū)泥炭有機質(zhì)平均含量89.02%；總腐植酸平均含量53.96%，部分區(qū)域總腐植酸含量達(dá)75.00%；游離腐植酸平均含量53.48%；黃腐酸平均含量4.74%。本試驗供試木本泥炭各指標(biāo)性質(zhì)見表2。

表2 供試木本泥炭基本性質(zhì)

注：表中數(shù)據(jù)均采用文獻(xiàn)[20]中的相關(guān)方法進行測定和分析。

本試驗供試輔料為腐熟秸稈、生物激活調(diào)節(jié)劑I、生物激活調(diào)節(jié)劑II、復(fù)合肥(N-P2O5-K2O：25%-13%-8%，總養(yǎng)分≥46%；腐植酸含量≥3%)、尿素(N 46%)。土壤有機質(zhì)由難分解(穩(wěn)定性)腐殖質(zhì)類和易分解(活性)有機質(zhì)組成，其中難分解的占80%～95%，易分解的占5%～20%，木本泥炭和腐熟秸稈的添加分別對應(yīng)到土壤有機質(zhì)難分解和易分解兩部分，但需要激活，故添加生物激活調(diào)節(jié)劑I、生物激活調(diào)節(jié)劑II進行激活試驗，撒施復(fù)合肥作為底肥，后結(jié)合降水追施尿素，本試驗供試生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑基本性質(zhì)見表3。

1.2.3 供試作物

本試驗供試作物為冀谷38號。播種、間苗、除草、水肥管理、病蟲防治各處理一致。

1.3 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)5個處理，每個處理3次重復(fù)。

FD-A1：木本泥炭+腐熟秸稈+生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑I+常規(guī)施肥(復(fù)合肥+尿素)；

FD-A2：木本泥炭+腐熟秸稈+生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑II+常規(guī)施肥(復(fù)合肥+尿素)；

FD-B1：木本泥炭+腐熟秸稈+常規(guī)施肥(復(fù)合肥+尿素)；

表3 各處理模式及物料添加量

FD-B2：木本泥炭(減量)+腐熟秸稈+常規(guī)施肥(復(fù)合肥+尿素)；

FD-C1：常規(guī)施肥(復(fù)合肥+尿素)為對照(CK)。

2017年6月3日至4日完成田間小區(qū)田埂加固、標(biāo)識牌樹立、本底值土壤樣品采集等試驗開展前期準(zhǔn)備工作。試驗于6月5日開展，不同處理分別撒施木本泥炭、生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑I、生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑II、腐熟秸稈、復(fù)合肥、尿素，然后進行旋地混料，旋耕深度>20 cm。6月15日按谷子栽培技術(shù)完成播種，間苗除草，水肥管理，各處理模式及物料添加量見表3。10月1日完成谷子收獲測產(chǎn)工作。

1.4 項目測定及方法

1.4.1 生育期調(diào)查

生育期調(diào)查按照《谷子農(nóng)藝性狀形態(tài)特征鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[21]分別記錄各處理谷子的播種期、出苗期、抽穗期、開花期、成熟期、出苗至抽穗期、全生育期。

1.4.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查

試驗區(qū)谷子成熟收獲前在各個小區(qū)選取有代表性的植株作為調(diào)查對象，調(diào)查方法按照《谷子農(nóng)藝性狀形態(tài)特征鑒定標(biāo)準(zhǔn)》[21]分別調(diào)查株高、莖粗、葉片數(shù)、穗位、穗長等指標(biāo)。

1.4.3 谷子干物質(zhì)測定

1.4.3.1 樣方內(nèi)地上生物量 試驗區(qū)各小區(qū)選取有代表性1 m×1 m樣方，用鐮刀貼地面割取地面上所有植物，得到籽粒、秸稈、草樣品。秸稈和及草樣品先用流水清洗以清除表面灰塵，晾曬、陰干后實驗室烘箱105℃殺青，60℃烘干至恒重，分別稱量籽粒、秸稈、草樣品干重，即為樣方內(nèi)籽粒生物量、樣方內(nèi)秸稈生物量、樣方草生物量，樣方內(nèi)地上生物量=樣方內(nèi)籽粒生物量+樣方內(nèi)秸稈生物量+樣方草生物量。

1.4.3.2 樣方內(nèi)根生物量 試驗區(qū)各小區(qū)選取有代表性1 m×1 m樣方，用鐵鍬挖取樣方內(nèi)所有植物根系，連根帶土放入 2 mm尼龍篩網(wǎng)袋后在水中浸泡約 30 min，用流水小心沖洗根系使土壤與根分離，得到根樣品，晾曬、陰干后實驗室烘箱105℃殺青，60℃烘干至恒重，稱量根樣品干重，即為樣方內(nèi)根生物量。

1.4.4 谷子產(chǎn)量統(tǒng)計

按1 m×1 m樣方內(nèi)成穗數(shù)、株穗粒數(shù)、株千粒重計算單產(chǎn)，在成熟期收獲每個小區(qū)的谷子稱重,并測定其含水量,換算出谷子的產(chǎn)量，根據(jù)小區(qū)面積換算成單產(chǎn)。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

本文采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)錄入整理與作圖，SPSS 19.0進行單因素方差分析，不同處理間多重比較采用LSD，顯著性水平P=0.05，用標(biāo)準(zhǔn)差表示誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 木本泥炭對土壤理化性質(zhì)的影響

從表4可以看出，前4個處理土壤pH值、電導(dǎo)率低于對照(CK)，這說明施用木本泥炭對土壤pH有一定的調(diào)節(jié)作用，同時有降低土壤耕層鹽分累積作用的趨勢，在一定程度上緩解土壤鹽漬化程度。前4個處理堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)、微生物生物量碳、氮含量都高于對照，且與試驗開展前相比大幅度升高，這說明施用木本泥炭可以明顯提高土壤中堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質(zhì)、微生物生物量碳、氮含量。前4個處理土壤容重低于對照，但高于試驗開展前土壤容重，這可能與試驗區(qū)地理位置及客土有關(guān)，因試驗區(qū)地處山區(qū)，客土后耕作層含石礫較多，試驗開展前未進行旋耕直接測定容重，試驗開展期間因施用物料進行旋耕，耕作層中較多的石礫被旋耕出來，再進行測定容重時因石礫的影響使得土壤容重增加。

表4 試驗開展前后土壤理化性質(zhì)

2.2 木本泥炭對谷子生育期的影響

從表5可以看出，F(xiàn)D-A1處理、FD-A2處理、FD-B1處理較對照谷子的拔節(jié)期、抽穗期、開花期、成熟期提前，出苗至抽穗期和全生育期歷時較短，但各處理對谷子生育期影響并不顯著，因此可以認(rèn)為各處理對谷子的生育期基本沒有影響，各處理谷子生育期見表5。

表5 各處理谷子生育期

2.3 木本泥炭對谷子農(nóng)藝性狀的影響

谷子成熟收獲前分別測量株高、莖粗、葉片數(shù)、穗位、穗長(表6)，前4個處理農(nóng)藝指標(biāo)均高于對照，F(xiàn)D-B1處理各項農(nóng)藝指標(biāo)最高。FD-A1處理株高高于對照但差異性不顯著，其余3個處理株高均顯著性高于對照；前4個處理莖粗和葉片數(shù)較對照高但差異不顯著；FD-A1處理穗位高于對照但差異不顯著，其余3個處理穗位均顯著性高于對照，其中FD-B2處理與其他4個處理存在顯著性差異；FD-A1處理穗長高于對照但差異不顯著，其余3個處理穗長均顯著性高于對照，其中FD-A2處理、FD-B2處理與其他3個處理存在顯著性差異。

表6 各處理農(nóng)藝性狀

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;同一列內(nèi)不同字母表示不同處理間在0.05水平上差異顯著(P<0.05)。下同。

2.4 木本泥炭對谷子干物質(zhì)積累的影響

谷子成熟收獲前分別采集籽粒、秸稈、草、根系，實驗室處理測量其地上生物量和根生物量(表7)，前4個處理地上生物量與對照相比不具有顯著性差異，根生物量均顯著高于對照。FD-A2處理籽粒、秸稈干重，地上生物量均高于其他4個處理，差異不顯著，根生物量顯著高于對照；FD-B1處理籽粒、秸稈、草干重，地上生物量均低于其他4個處理，差異性不顯著，根生物量顯著高于對照。

表7 各處理干物質(zhì)量積累 (g/m2)

由圖1可以看出FD-A2、FD-A1、FD-B2處理地上生物量與對照相比分別增加了62.12%、36.43%、22.58%，F(xiàn)D-B1處理地上生物量與對照相比減少了4.25%；FD-B2、FD-A2、FD-A1、FD-B1處理根生物量與對照相比分別增加了236.06%、144.96%、112.47%、61.48%。

2.5 木本泥炭對谷子產(chǎn)量的影響

由圖2可以看出，樣方內(nèi)成穗數(shù)FD-A2、FD-A1處理較對照相比分別增加了4.35%、4.35%，F(xiàn)D-B2、FD-B1處理較對照相比分別減少了13.11%、24.64%；由圖3可以看出，株籽粒數(shù)FD-A2、FD-A1處理較對照相比分別增加了22.62%、0.80%，F(xiàn)D-B2、FD-B1處理較對照相比分別減少了8.13%、11.57%；由圖4可以看出，株千粒重FD-A2、FD-A1處理較對照相比分別增加了16.11%、2.53%，F(xiàn)D-B2、FD-B1處理較對照相比分別減少了0.70%、1.89%；由圖5可以看出，單產(chǎn)FD-A2、FD-A1處理較對照相比分別增加了15.72%、14.18%，F(xiàn)D-B2、FD-B1處理較對照相比分別減少了20.74%、21.07%。

圖1 各處理樣方內(nèi)干物質(zhì)量積累

圖2 各處理成穗數(shù)

圖3 各處理株籽粒數(shù)

圖4 各處理株千粒重(干重)

圖5 各處理單產(chǎn)(干重)

3 討論與結(jié)論

3.1 本試驗研究結(jié)果表明，施用木本泥炭能在一定程度上調(diào)節(jié)土壤pH，降低土壤電導(dǎo)率，提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量，容重及土壤微生物量碳、氮量。陳碩等[15]研究結(jié)果顯示，木本泥炭配合其他物料可以一定程度上減緩養(yǎng)分淋失及土壤鹽漬化程度，有利于調(diào)節(jié)pH。王亞彪等[17]研究結(jié)果顯示，推薦用肥基礎(chǔ)上增施一定量木本泥炭可以提高土壤有機質(zhì)含量和微生物量碳、氮量。這些都與本試驗研究結(jié)果大體一致。

3.2 本試驗研究結(jié)果表明，施用木本泥炭能提升谷子株高、莖粗、葉片數(shù)、穗位、穗長。何麗金[22]研究顯示，施用木本泥炭375 kg/hm2促進芒果花穗發(fā)育。黃錦福等[14]研究結(jié)果顯示，施用木本泥炭可增加芒果樹葉面積，增大花橫莖，這與本試驗研究結(jié)果大體一致。

3.3 本試驗研究結(jié)果表明，施用木本泥炭+生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑能提升谷子地上生物量及根生物量。高萩二郎等[23-24]研究結(jié)果顯示，木本泥炭中富含腐植酸能夠刺激作物生長發(fā)育，對促進根系生長、伸長有顯著作用，這與本試驗研究結(jié)果大體一致。

3.4 本試驗研究結(jié)果表明，施用木本泥炭+生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑能增加樣方內(nèi)成穗數(shù)、株籽粒數(shù)、株千粒重、單產(chǎn)。陳碩等[15]研究結(jié)果顯示，施用木本泥炭+苛性鉀處理顯著提高番茄產(chǎn)量。馬海洋等[25]研究結(jié)果顯示，施用木本泥炭顯著提高香蕉產(chǎn)量。這些與本試驗研究結(jié)果大體一致。本試驗中FD-A2處理較常規(guī)種植模式增產(chǎn)15.72%，其次是FD-A1處理較常規(guī)種植模式增產(chǎn)14.18%。

綜上所述，施用木本泥炭能在一定程度上調(diào)節(jié)土壤pH，降低土壤電導(dǎo)率，提高土壤堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質(zhì)含量，容重及土壤微生物生物量碳、氮量，對土壤改良具有一定作用，從而能提升谷子株高、莖粗、葉片數(shù)、穗位、穗長。木本泥炭減量后還能促進谷子地上生物量及根生物量干物質(zhì)量積累，木本泥炭添加生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑后不僅能提升谷子農(nóng)藝指標(biāo)，促進干物質(zhì)量積累還能增加樣方內(nèi)成穗數(shù)、株籽粒數(shù)、株千粒重及單產(chǎn)。添加生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑II和生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑I較常規(guī)施肥模式分別增產(chǎn)15.72%和14.18%，其中木本泥炭+生物激發(fā)調(diào)節(jié)劑II+腐熟秸稈+常規(guī)施肥模式為最佳處理模式。