顧 鑫

黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大慶分院 大慶 163316

土壤水溶性有機(jī)碳（water-soluble organic carbon，WSOC）是土壤有機(jī)碳中的重要活性組分[1]，具有一定的溶解性，不僅在土壤碳循環(huán)過程中扮演重要角色[2]，而且可以直接被微生物吸收利用參與土壤營養(yǎng)物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，被認(rèn)為是土壤肥力與環(huán)境變化的敏感指標(biāo)[3]，其含量與土壤質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力密切相關(guān)，從而可影響作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。水溶性有機(jī)碳的特點(diǎn)是移動速度快、穩(wěn)定性差、易氧化、分解、礦化，容易受土壤酸堿度、植被類型、降雨等自然因素和耕作、施肥等人為因素影響[4～8]。我國褐煤資源可采儲量大，褐煤中含有豐富的有機(jī)碳，是適宜生產(chǎn)腐植酸的原材料，是天然的土壤改良調(diào)理劑[9]。東北松嫩平原重度蘇打鹽堿土由于缺乏有效的有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致土壤可塑性極差，生態(tài)環(huán)境惡劣，不利于作物生長。提高重度蘇打鹽堿土有機(jī)碳含量，特別是水溶性有機(jī)碳含量對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和糧食保障具有重要意義。然而當(dāng)前對重度蘇打鹽堿土水溶性有機(jī)碳提升的研究仍有不足，因此本研究將通過室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，定性定量探索含腐植酸的褐煤對重度蘇打鹽堿土水溶性有機(jī)碳及玉米幼苗長勢的影響，以期為重度蘇打鹽堿土科學(xué)治理利用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自大慶地區(qū)重度蘇打鹽堿土，pH 11.3，電導(dǎo)率（EC值）1350 μS/cm，有機(jī)質(zhì)11.4 g/kg；含腐植酸的褐煤來自黑龍江省蘿北縣，pH 5.88，EC值85 μS/cm，有機(jī)質(zhì)675.8 g/kg，總腐植酸含量50.1%，水溶性有機(jī)碳140.68 g/kg；玉米品種為“先玉335”。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將含腐植酸的褐煤和土壤均研磨過2 mm篩子，褐煤按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)與重度蘇打鹽堿土混勻后裝入盆中（盆高25 cm、內(nèi)口徑30 cm，盆底帶托盤），置于室內(nèi)培養(yǎng)，共設(shè)7個處理：褐煤的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別設(shè)定為0%（CK）、5%（C1）、10%（C2）、15%（C3）、20%（C4）、25%（C5）、30%（C6）。在培養(yǎng)90天時(shí)播種玉米種子，待長出3片葉時(shí)調(diào)查幼苗長勢情況，并在苗期結(jié)束時(shí)測定各處理土壤水溶性有機(jī)碳含量、土壤pH和EC值。各處理均3次重復(fù)，置于室內(nèi)陽光充沛的地方，隨機(jī)排列，期間各處理采用一致常規(guī)澆灌、除草防蟲等管理措施。

1.3 測定方法

水溶性有機(jī)碳的測定：按照土水比為1∶5的比例混勻[10]，在25 ℃條件下，以250 r/min的速度振蕩1 h，接著在轉(zhuǎn)速為15000 r/min離心10 min，上部懸浮液過0.45 μm微孔濾膜，以后步驟采取總有機(jī)碳的測定方法（重鉻酸鉀容量法）[11]；土壤pH的測定：應(yīng)用IS139 pH計(jì)（1∶2.5土水比）；土壤EC值的測定：應(yīng)用DDS-307電導(dǎo)率儀（1∶5土水比）；植物性狀的測定：調(diào)查玉米幼苗的株高、根系長度和地上地下鮮干重。

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

均采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與方差分析，運(yùn)用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行平均數(shù)的多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用含腐植酸褐煤對土壤水溶性有機(jī)碳的影響

不同處理土壤水溶性有機(jī)碳含量的測定結(jié)果如表1所示。C6處理土壤水溶性有機(jī)碳含量最高，平均為46.65 g/kg，顯著高于其他處理，與CK處理相比，上升了31.6倍；C5處理土壤水溶性有機(jī)碳含量次之，平均為44.88 g/kg，顯著高于CK、C1、C2、C3、C4處理，與CK處理相比，上升了30.4倍；C4處理土壤水溶性有機(jī)碳含量平均為37.60 g/kg，顯著高于CK、C1、C2、C3處理，與CK處理相比，上升了25.3倍；C3處理土壤水溶性有機(jī)碳含量平均為34.79 g/kg，顯著高于CK、C1、C2處理，與CK處理相比，上升了23.3倍；C2處理土壤水溶性有機(jī)碳含量平均為34.13 g/kg，顯著高于CK、C1處理，與CK處理相比，上升了22.9倍；C1處理土壤水溶性有機(jī)碳含量平均為25.49 g/kg，與CK處理間差異顯著，相比上升了16.8倍。

2.2 施用含腐植酸褐煤對土壤pH和EC值的影響

不同處理土壤pH和EC值的測定結(jié)果如表1所示。C6處理土壤pH最低，平均為8.86，顯著低于其他處理，與CK處理相比，降低了17.0%；C5處理土壤pH次之，平均為9.25，顯著低于CK、C1、C2、C3、C4處理，與CK處理相比，降低了13.3%；C4處理土壤pH平均為9.35，顯著低于CK、C1、C2、C3處理，與CK處理相比，降低了12.4%；C3處理土壤pH平均為9.62，顯著低于CK、C1、C2處理，與CK處理相比，降低了9.8%；C2處理土壤pH平均為9.79，顯著低于CK和C1處理，與CK處理相比，降低了8.2%；C1處理土壤pH平均為10.22，與CK處理間差異顯著，相比降低了4.2%。C6處理土壤EC值最低，平均為856 μS/cm，與C3和C5處理間差異不顯著，顯著低于CK、C1、C2、C4處理，與CK處理相比，降低了35.7%；C4處理土壤EC平均為920 μS/cm，顯著低于CK、C1、C2處理，與CK處理相比，降低了30.9%；C2處理土壤EC值平均為950 μS/cm，顯著低于CK和C1處理，與CK處理相比，降低了28.7%；C1處理土壤EC值平均為1003 μS/cm，與CK處理間差異顯著，相比降低了24.7%。

表1 不同處理土壤水溶性有機(jī)碳含量、pH和EC值Tab.1 Soil water-soluble organic carbon content, pH and EC value in different treatments

2.3 土壤水溶性有機(jī)碳與土壤pH和EC值的關(guān)系

土壤水溶性有機(jī)碳與土壤pH和EC值的關(guān)系分析結(jié)果如表2所示。通過數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析得出，土壤水溶性有機(jī)碳與土壤pH和EC值均呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.941和-0.963；土壤pH和土壤EC值二者之間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.859。

2.4 施用含腐植酸褐煤對玉米幼苗長勢的影響

不同處理玉米幼苗長勢性狀如表3所示。CK處理玉米種子沒有萌發(fā)，無幼苗長出。C6處理幼苗株高最高，平均為35.18 cm，與C4、C5間處理差異不顯著，但顯著高于其他處理；C3處理幼苗株高平均為26.14 cm，顯著高于C1和C2處理；C2處理幼苗株高平均為12.28 cm，與C1處理間差異不顯著。C4處理幼苗單株鮮重、干重均最大，分別平均為0.886 g和0.078 g，均與C5、C6處理間差異不顯著，顯著高于其他處理；C3處理幼苗單株鮮重、干重分別平均為0.592 g和0.056 g，均顯著高于C1和C2處理；C2處理幼苗單株鮮重、干重平均為0.290 g和0.032 g，均與C1處理差異不顯著。C6處理幼苗根最長，平均為9.82 cm，與C3、C4、C5處理間差異不顯著，但顯著高于其他處理；C1和C2處理幼苗根長分別平均為3.60 cm和6.60 cm，差異顯著。C4處理幼苗根鮮重最大，平均為0.856 g，與C2、C3、C5處理間差異不顯著，但顯著高于其他處理；C1和C6處理幼苗根鮮重分別平均為0.702 g和0.668 g，差異不顯著。C1處理幼苗根干重最大，平均為0.188 g，與C2、C3處間理差異不顯著，但顯著高于其他處理；C4、C5、C6處理幼苗根干重分別平均為0.110 g、0.112 g和0.104 g，差異不顯著。

2.5 土壤水溶性有機(jī)碳與玉米幼苗性狀的關(guān)系

土壤水溶性有機(jī)碳與玉米幼苗性狀的相關(guān)關(guān)系如表4所示。通過數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性分析得出，土壤水溶性有機(jī)碳與玉米幼苗株高、單株鮮重、單株干重、根長、根鮮重均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.818、0.813、0.806、0.894、0.809；與根干重呈顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.439。

表2 土壤水溶性有機(jī)碳與土壤pH和EC值的相關(guān)關(guān)系Tab.2 Correlation between soil water-soluble organic carbon, soil pH and EC value

表3 不同處理玉米幼苗長勢性狀Tab.3 Growth characteristics of maize seedlings in different treatments

表4 土壤水溶性有機(jī)碳與玉米幼苗性狀的相關(guān)關(guān)系Tab.4 Correlation between soil water-soluble organic carbon and maize seedling characteristic

3 結(jié)論與討論

土壤鹽堿化是土壤質(zhì)量退化的表現(xiàn)，重度蘇打鹽堿土堿性大、電導(dǎo)率偏高[12]，長年難以生長植被，有機(jī)物質(zhì)投入甚少，水溶性有機(jī)碳含量偏低，本研究供試土壤中的水溶性有機(jī)碳含量僅有1.43 g/kg，十分貧瘠。碳元素是土壤微生物和植物必須的營養(yǎng)元素之一[13]，土壤補(bǔ)充足夠的碳營養(yǎng)是培肥地力增產(chǎn)提質(zhì)的關(guān)鍵[14]，其水溶性決定有效性，決定能否被土壤微生物和作物直接吸收利用。本研究表明添加含腐植酸褐煤后的重度蘇打鹽堿土水溶性有機(jī)碳含量顯著提高，整體上表現(xiàn)為水溶性有機(jī)碳含量隨著含腐植酸褐煤用量的增加而逐漸增加，這與馬斌等[15]研究結(jié)果一致——褐煤腐植酸能促使土壤固有有機(jī)物質(zhì)的分解與轉(zhuǎn)化，進(jìn)而促進(jìn)土壤可溶性碳的釋放。本研究供試含腐植酸褐煤中的水溶性有機(jī)碳含量為140.68 g/kg，有效地填補(bǔ)了重度蘇打鹽堿土缺碳的困境。添加含腐植酸褐煤后的重度蘇打鹽堿土堿性和EC值均隨著含腐植酸褐煤用量的增加而逐漸降低，這可能是因?yàn)楦菜崾菐в卸喾N活性基團(tuán)的有機(jī)酸性物質(zhì)[16]，同時(shí)腐植酸具有較強(qiáng)的離子交換和吸附能力[17]，從土壤的可溶性鹽中吸附并阻隔有害鹽離子，降低土壤溶液中鹽分濃度，使土壤EC值降低。添加5%含腐植酸褐煤使得重度蘇打鹽堿土壤開始長出玉米幼苗，說明施用含腐植酸褐煤有利于促進(jìn)玉米幼苗的發(fā)育，這可能是因腐植酸是動植物遺骸經(jīng)過微生物分解轉(zhuǎn)化后形成的有機(jī)物質(zhì)[18]，含有作物生長所必須的營養(yǎng)成分；水溶性有機(jī)碳是高活性的土壤碳素[19]，容易被微生物分解，起到為作物提供養(yǎng)分的重要作用。綜上，本研究中，含腐植酸褐煤施入到重度蘇打鹽堿土中，提高了土壤水溶性有機(jī)碳含量，降低了土壤鹽堿性，進(jìn)一步促進(jìn)玉米幼苗的生長發(fā)育，與不添加含腐植酸褐煤處理相比，添加5%含腐植酸褐煤即可使重度蘇打鹽堿土得到改善，使得重度蘇打鹽堿土玉米發(fā)芽，長出幼苗。施用含腐植酸褐煤對重度蘇打鹽堿土速效肥力養(yǎng)分的影響及其作用機(jī)制研究，本文未涉及，后續(xù)將進(jìn)行深入研究。