朱 蕓，郭 彬，林義成，傅慶林，*，劉 琛，李凝玉，李 華

(1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 311300； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

土壤質(zhì)量直接關(guān)系糧食安全。我國(guó)濱海鹽土面積約為3 600萬(wàn)hm2[1]，是重要的耕地后備資源。針對(duì)濱海鹽土鹽分高、結(jié)構(gòu)差、肥力低等問(wèn)題，前人圍繞濱海鹽土快速改良技術(shù)開展了大量的研究，研發(fā)出平地松土、地膜覆蓋等物理改良技術(shù)[2]，以改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤養(yǎng)分和微生物學(xué)性狀為重點(diǎn)的化學(xué)改良技術(shù)[3]，種植耐鹽植物和施加有機(jī)肥的生物改良技術(shù)[4]，以及構(gòu)建排鹽系統(tǒng)(明溝、暗渠等)的工程改良技術(shù)等[5]。其中，土壤調(diào)理劑施用是鹽土快速改良技術(shù)中一項(xiàng)十分重要的農(nóng)藝措施，也是近年來(lái)濱海鹽土改良方面的研究熱點(diǎn)。

施用土壤調(diào)理劑一方面可以改善土壤理化性狀，另一方面還可增加土壤肥力，從而降低土壤鹽害，提高作物產(chǎn)量。研究表明，施用土壤調(diào)理劑有利于土壤團(tuán)聚體的形成，可增加孔隙度，提高土壤的速效養(yǎng)分(如堿解氮、有效磷、速效鉀)含量[6-8]，以及土壤有機(jī)質(zhì)、全氮含量[3，9-12]，降低土壤pH值和全鹽含量、Na+含量，提高交換性陽(yáng)離子含量[13-19]。本研究以土壤調(diào)理劑對(duì)濱海鹽土理化性狀的影響為切入點(diǎn)，利用自主研發(fā)的礦基土壤調(diào)理劑為試驗(yàn)材料，通過(guò)盆栽試驗(yàn)探索土壤調(diào)理劑的不同施用量對(duì)濱海鹽土理化性狀、水稻養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響，以期為合理應(yīng)用土壤調(diào)理劑改良濱海鹽土，提高水稻產(chǎn)量提供理論與技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自浙江省慈溪市觀海衛(wèi)鎮(zhèn)，土壤類型為濱海鹽土，基本理化性狀如下：pH值8.87，鹽分含量3.5 g·kg-1，電導(dǎo)率(EC)1.3 dS·cm-1，有機(jī)質(zhì)16.8 g·kg-1，全氮0.53 g·kg-1，堿解氮45.3 mg·kg-1，速效鉀120.1 mg·kg-1，有效磷4.3 mg·kg-1，土壤質(zhì)地為壤土。

供試水稻品種為秀水134。

試驗(yàn)所用的土壤調(diào)理劑系作者團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的礦基土壤調(diào)理劑，是一種多孔狀的硅鋁酸鹽礦物，由硅氧四面體、鋁氧四面體組成。其基本理化性狀如下：pH值6.5，陽(yáng)離子交換量(CEC)71.5 cmol·kg-1，交換性鋁1.5 g·kg-1。主要成分：沸石>60%，有機(jī)質(zhì)>20%，MgO>5%，Al2O3>5%。

試驗(yàn)儀器主要包括：PB-30L型酸度計(jì)，德國(guó)賽多利斯(Sartorius)；DDS-307型電導(dǎo)率儀，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；EvolutionTM201型紫外可見光分光光度計(jì)，賽默飛世爾科技公司(Thermo Scientific)；棱光FP6431型火焰光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；Vario MACRO cube元素分析儀，德國(guó)Elementar。

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理：CK-0，不種水稻，不施土壤調(diào)理劑；CK-1，種植水稻，不施土壤調(diào)理劑；T1，種植水稻，施用5.0 g·kg-1的土壤調(diào)理劑；T2，種植水稻，施用7.5 g·kg-1的土壤調(diào)理劑；T3，種植水稻，施用10.0 g·kg-1的土壤調(diào)理劑；T4，種植水稻，施用12.5 g·kg-1的土壤調(diào)理劑。每個(gè)處理重復(fù)4次，以1盆作為1個(gè)重復(fù)，共計(jì)24盆。種植水稻的花盆直徑28 cm、高40 cm，每盆裝土7 kg，移栽3株秧苗。參照常規(guī)施肥量，各處理均施尿素0.1 g·kg-1、過(guò)磷酸鈣3.3 g·kg-1作為基肥，于水稻栽插前1周與土壤調(diào)理劑一道拌入土壤中混合均勻。淹水插秧時(shí)，保持水層12～15 cm。于2020年4月13日移栽，7月25日收獲，全生育期106 d。試驗(yàn)在浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所大棚內(nèi)進(jìn)行。

1.3 樣品采集與制備

在水稻收獲期采集土壤和水稻地上部樣品。將植物根系土壤去除后，風(fēng)干、研磨，過(guò)80目篩后用于土壤理化性狀分析。將水稻地上部樣品分為籽粒與秸稈2部分，考查水稻的株高、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重、生物量和產(chǎn)量。將水稻樣品在105 ℃殺青30 min后，于80 ℃烘至恒重，稱量，粉碎過(guò)篩后用于氮、磷、鉀含量分析。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 土壤理化性狀

土壤pH值用電位計(jì)法(浸提液中的土水質(zhì)量體積比為1∶2.5)測(cè)定；土壤EC值用電導(dǎo)率儀測(cè)定(浸提液中的土水質(zhì)量體積比為1∶5)；土壤有機(jī)碳(SOC)和全氮含量采用元素分析儀進(jìn)行檢測(cè)；土壤堿解氮、速效鉀、有效磷含量分別采用堿解擴(kuò)散法、火焰光度法、鉬藍(lán)比色法測(cè)定。

1.4.2 植株養(yǎng)分

稱取0.5 g植株樣品，用H2SO4-H2O2消煮至澄清。植株全氮、全磷、全鉀含量分別采用堿解擴(kuò)散法、釩鉬黃比色法和火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)，利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)和皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤的pH、EC值和養(yǎng)分含量變化

CK-0處理下，土壤的pH值、EC值和基本理化性狀同試驗(yàn)前。種植水稻后，CK-1處理的土壤pH值、EC值和速效鉀含量均較CK-0處理顯著(P<0.05)降低(圖1)，且施用調(diào)理劑各處理的土壤pH值、EC值和速效鉀含量較CK-0處理進(jìn)一步顯著(P<0.05)降低。上述指標(biāo)中，以土壤EC值的降幅最為明顯，CK-1處理的土壤EC值較CK-0處理下降38.5%，T1處理的土壤EC值較CK-0處理下降52.3%，T4處理的土壤EC值較CK-0處理下降62.1%。

與CK-0和CK-1處理相比，其他處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量均顯著(P<0.05)增加，與CK-1處理相比，T1～T4處理上述指標(biāo)的增幅分別為18.8%～32.3%、22.4%～41.7%、19.5%～42.1%和16.5%～40.6%。隨著土壤調(diào)理劑施用量的增加，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量均表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，在T3處理下達(dá)到最大值。與T3處理相比，T4處理的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量分別顯著(P<0.05)下降12.5%、11.7%、18.7%和19.1%。

2.2 水稻植株養(yǎng)分含量變化

水稻不同部位的養(yǎng)分含量差異明顯，秸稈中的N、P含量分別約為籽粒中的1/3、1/5，而K含量則約為籽粒中的8倍(表1)。施用土壤調(diào)理劑后，水稻秸稈和籽粒中的N、P、K含量均較CK-1處理顯著(P<0.05)增加。當(dāng)土壤調(diào)理劑的施用量在5.0～10.0 g·kg-1，隨著施用量的增加，秸稈和籽粒中的N、P、K含量均相應(yīng)增加，在秸稈中的增幅分別為19.9%～49.8%、22.2%～49.7%、26.2%～36.2%，在籽粒中的增幅分別為6.7%～33.0%、16.9%～41.2%和7.1%～34.5%。T4處理下水稻秸稈和籽粒中的N、P、K含量與T3處理相比均顯著(P<0.05)下降，但仍均顯著(P<0.05)高于CK-1處理。

2.3 水稻的生物量與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

施用土壤調(diào)理劑的各處理的株高、每盆生物量和每盆產(chǎn)量均較CK-1處理顯著(P<0.05)增加(表2)，當(dāng)土壤調(diào)理劑的施用量為7.5～12.5 g·kg-1，水稻的每穗粒數(shù)和千粒重亦與CK-1處理相比顯著(P<0.05)增加。綜合來(lái)看，T3處理的表現(xiàn)最好，有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、株高、千粒重、每盆生物量和每盆產(chǎn)量均最高，較CK-1處理分別顯著(P<0.05)增加8.0%、17.8%、8.8%、31.8%、18.7%和23.4%。T4與T3處理相比，雖然土壤調(diào)理劑的施用量增加，但其有效穗數(shù)、每盆生物量和每盆產(chǎn)量卻顯著(P<0.05)下降。

2.4 水稻產(chǎn)量與土壤理化性狀的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，水稻產(chǎn)量、生物量、株高、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒重均分別與土壤pH值和EC值呈極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)，與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量呈顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)正相關(guān)，但與土壤速效鉀含量無(wú)顯著相關(guān)性。

3 討論

濱海鹽土具有物理結(jié)構(gòu)差、鹽堿重、通氣性差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重影響了土壤養(yǎng)分的有效性和作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。針對(duì)此問(wèn)題，本研究利用新型礦基土壤調(diào)理劑改良濱海鹽土，結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑后，土壤EC值顯著降低。這是由于自主研發(fā)的高吸附、偏酸性、高陽(yáng)離子交換量的礦基土壤調(diào)理劑，可有效吸附土壤溶液中的Na+[20]。土壤pH值隨著土壤調(diào)理劑施用量的增加而降低并趨于中性。這是由于本研究所選用的土壤調(diào)理劑中含有一定量的Al3+，其水解后產(chǎn)生的H+可中和土壤中的OH-，從而使得土壤pH值顯著降低[21]。所使用的土壤調(diào)理劑中還含有一定量的有機(jī)質(zhì)，施用后明顯提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和堿解氮含量。此外，施用土壤調(diào)理劑還改善了土壤的物理結(jié)構(gòu)性狀，有助于間接提高土壤養(yǎng)分的生物有效性[5，22-23]。有研究表明，在濱海鹽土上輪作水稻與小麥后，土壤pH值和EC值均顯著降低，土壤有機(jī)碳含量、酶活性，以及微生物數(shù)量有所增加，土壤肥力有所改善[24-25]。本研究結(jié)果顯示，種植水稻(CK-1)與未種水稻(CK-0)相比，土壤pH值、EC值和速效鉀含量顯著降低，土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮和有效磷含量卻顯著增加。這是因?yàn)椋N植水稻期間，一方面施用了尿素和過(guò)磷酸鈣，另一方面水稻植株葉片和根系殘留于土壤中，增加了土壤的有機(jī)質(zhì)和氮、磷等養(yǎng)分的含量，有利于降低土壤鹽害，提高土壤肥力。這些都進(jìn)一步證實(shí)了種植水稻有利于濱海鹽土pH值和EC值降低，并能提高土壤養(yǎng)分的結(jié)論[24-25]。

柱上無(wú)相同字母的表示處理間差異顯著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05 within treatments.圖1 不同處理對(duì)土壤理化性狀的影響Fig.1 Effect of different treatments on soil physiochemical properties

表1 不同處理對(duì)水稻秸稈和籽粒中N、P、K含量的影響

表2 不同處理對(duì)水稻生物量和產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

表3 水稻生物量和產(chǎn)量及其構(gòu)成因子與土壤理化性狀的相關(guān)性

本研究結(jié)果顯示，水稻有效穗數(shù)、千粒重、每穗粒數(shù)、株高、生物量和產(chǎn)量與土壤中的堿解氮、有效磷和有機(jī)質(zhì)含量呈顯著正相關(guān)，這與劉潔等[26]和高輝等[27]的研究結(jié)果相似。在本研究中，水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子與速效鉀含量沒(méi)有顯著相關(guān)性，與土壤pH值和EC值呈顯著負(fù)相關(guān)。這是因?yàn)檫^(guò)高的pH值和EC值會(huì)影響土壤有效養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化，降低水稻有效穗數(shù)、千粒重、株高、生物量和每穗粒數(shù)，從而導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低。然而，濱海鹽土鉀含量豐富，能夠完全滿足水稻生長(zhǎng)所需，換言之，土壤鉀并不會(huì)成為限制水稻生長(zhǎng)的因素，因而在本研究中表現(xiàn)為水稻產(chǎn)量構(gòu)成因子與速效鉀含量沒(méi)有顯著相關(guān)性。

施用土壤調(diào)理劑后，土壤pH值、EC值，以及土壤養(yǎng)分得到改善，水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、株高、千粒重、生物量和產(chǎn)量顯著增加。不同的施用量下，以10 g·kg-1施用量的效果最佳。過(guò)量施用后，土壤各項(xiàng)指標(biāo)均較最佳施用量下有所下降，水稻產(chǎn)量也有所降低。分析其原因：一方面，可能是因?yàn)橥寥勒{(diào)理劑本身具有較強(qiáng)的吸附作用，過(guò)量施用可能會(huì)對(duì)養(yǎng)分離子產(chǎn)生吸附，導(dǎo)致土壤速效養(yǎng)分含量有所降低；另一方面，土壤調(diào)理劑中含有一定量的活性Al3+，施用量過(guò)大，可能會(huì)對(duì)水稻根系產(chǎn)生鋁毒作用[28-29]，且土壤調(diào)理劑中含有鎂，隨著土壤調(diào)理劑用量的增加，土壤鎂量也會(huì)增加，土壤的微環(huán)境可能會(huì)受到變化，從而改變土壤有效養(yǎng)分的協(xié)調(diào)供給，影響作物生長(zhǎng)，導(dǎo)致增產(chǎn)不明顯[30]。

綜上，合理施用本研究選用的自主研發(fā)的礦基土壤調(diào)理劑可有效改善濱海鹽土理化性狀，使土壤pH值和EC值下降，有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮含量增加，并提高水稻產(chǎn)量，在本試驗(yàn)條件下的最佳施用量為10 g·kg-1。