王勤禮, 閆 芳, 陳 璐, 熊 鷹,3, 張文斌, 華 軍

(1.河西學(xué)院甘肅省食用菌菌糠資源化利用工程研究中心,甘肅張掖 734000; 2.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生態(tài)工程學(xué)院,甘肅張掖 7340000;3.臨澤縣奮君礦業(yè)有限公司,甘肅臨澤 734207; 4.張掖市經(jīng)濟(jì)作物技術(shù)推廣站,甘肅張掖 734000)

目前我國(guó)鹽漬化面積大約為0.35×109hm2[1-2]。河西走廊地處我國(guó)西北內(nèi)陸,降水量少,蒸發(fā)量大,獨(dú)特的氣候條件造成土壤鹽堿化及次生鹽堿化十分嚴(yán)重,現(xiàn)有鹽堿地179.8萬(wàn)hm2左右[3]。因此,鹽堿地改良已成為該區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和守牢耕地紅線(xiàn)、實(shí)現(xiàn)糧藏于地戰(zhàn)略的首要任務(wù)。

目前鹽堿地改良方法有水利工程、化學(xué)調(diào)理、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)方法[4]。不同措施均有一定改良作用,但其改良效果不同。利用鹽堿地調(diào)理劑改良鹽堿地是目前較為普遍的改良措施,常用的調(diào)理劑有鈣類(lèi)物質(zhì)、酸性物質(zhì)和有機(jī)物料類(lèi)[5]。但不同調(diào)理劑對(duì)鹽堿地改良效果差別較大。

菌糠富含有機(jī)質(zhì)和多種礦質(zhì)元素,還有殘余菌絲體。大量試驗(yàn)表明,菌糠可降低鹽堿地pH值和電導(dǎo)率,改善鹽堿地物理性質(zhì)[6-8]。凹凸棒石具有較好的吸附性、離子交換性、緩釋性、抗鹽性等特性,研究表明,凹凸棒石對(duì)鹽堿地土壤改良具有重要作用[9-11]。但有關(guān)菌糠和凹凸棒石2種材料復(fù)合對(duì)鹽堿土壤改良效果目前報(bào)道的較少。本研究基于2種材料的協(xié)同與功能互補(bǔ)作用,選用前期研究篩選的最佳配方,探索其對(duì)河西走廊鹽堿地改良效果及對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響,以期為河西走廊鹽堿地改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)在臨澤縣板橋鎮(zhèn)板橋村二社李義聰承包地內(nèi)(111°E,40°N),該地海拔1 450 m,年均降水量97.4 mm,年均蒸發(fā)量2 300 mm左右,年均氣溫8.6 ℃,全年無(wú)霜期148 d左右。試驗(yàn)地前茬為玉米,試驗(yàn)前測(cè)定土壤理化性質(zhì),結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤化學(xué)性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

供試作物:玉米,品種為沈單10號(hào),由臨澤縣農(nóng)技中心提供。

供試材料:菌糠為姬菇菌糠,由張掖貫黨珍稀菇業(yè)有限公司提供;凹凸棒石、石膏和菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑均由奮君礦業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),小區(qū)面積 48 m2。試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理,分別為:T1(75%菌糠+25%凹凸棒石+微生物復(fù)合菌劑)、T2(石膏)、對(duì)照CK(不施調(diào)理劑)。

1.4 試驗(yàn)方法

2021年4月24日播種,行距0.45 m,密度 67 500株/hm2。播前整地、施肥、鋪膜。9月21日考種。菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑和石膏結(jié)合春季整地一次性施入。試驗(yàn)管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)玉米管理保持一致。

1.5 測(cè)試方法

1.5.1 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

1.5.1.1土壤物理性質(zhì)測(cè)定 采用環(huán)刀法測(cè)定土壤容重和孔隙度[12]。

1.5.1.2 土壤化學(xué)性質(zhì)測(cè)定 土壤pH值采用玻璃電極法測(cè)定,土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)儀測(cè)定,水土質(zhì)量比均為5 ∶ 1。土壤其他理化性質(zhì)參照《土壤農(nóng)化分析》測(cè)定[13],采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)含量、乙酸銨交換法測(cè)定陽(yáng)離子交換量(CEC)、原子發(fā)射光度法測(cè)定交換性鈉離子濃度。堿化度(ESP)=交換性鈉離子濃度/陽(yáng)離子交換量。

1.5.2 出苗率 在苗期,每小區(qū)選3個(gè)點(diǎn),在每個(gè)樣點(diǎn)的單行上連續(xù)數(shù)取20個(gè)播種穴并統(tǒng)計(jì)幼苗數(shù)量,計(jì)算出苗率。3個(gè)點(diǎn)的平均出苗率為小區(qū)出苗率。

1.5.3 玉米產(chǎn)量性狀測(cè)定 產(chǎn)量性狀:收獲時(shí),每小區(qū)隨機(jī)選取20個(gè)果穗測(cè)定禿頂長(zhǎng)度、行粒數(shù)、行數(shù)、百粒質(zhì)量。小區(qū)產(chǎn)量即實(shí)收產(chǎn)量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

Excel軟件整理數(shù)據(jù)與繪圖,DPS 19.5統(tǒng)計(jì)軟件方差分析,差異顯著性測(cè)驗(yàn)采用新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤物理、化學(xué)性質(zhì)的影響

2.1.1 不同處理對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響 土壤容重是土壤結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)。圖1表明,各處理容重在玉米全生育期變化不大,在玉米生長(zhǎng)不同階段各處理雖有差異,但處理間均沒(méi)達(dá)到顯著差異水平。由此表明,各處理對(duì)土壤容重影響不大。

孔隙度決定土壤的透氣性、通氣性和保水性。由圖2可知,T1孔隙度在全生育期變化不大,但高于T2和CK,9月3日與T2間差異顯著,9月20日與CK、T2間差異顯著;T2和對(duì)照間差異不顯著。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能增加土壤孔隙度,石膏對(duì)土壤孔隙度影響不大。

2.1.2 不同處理對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.1.2.1 不同處理對(duì)土壤pH值和電導(dǎo)率的影響 圖3表明,不同時(shí)期不同處理的pH值差異不顯著。T1和T2的pH值整體呈下降趨勢(shì),CK的pH值變化無(wú)規(guī)律,但在9月20日,各處理的pH值都接近于原始pH值。由此說(shuō)明,各處理對(duì)pH值影響較低。

圖4表明,各處理土壤電導(dǎo)率在全生育期變化較大。6月16日,CK電導(dǎo)率最高,為1 512 μS/cm,其次T2,電導(dǎo)率為762 μS/cm,T1電導(dǎo)率最低,為 452 μS/cm;T1較CK降低了70.11%,二者差異極顯著,T2較CK降低了49.6%,二者差異顯著,T2與T1差異不顯著。7月8日、9月3日,CK和T1、T2間差異顯著,T1和T2間差異不顯著。8月4日,CK與T1差異顯著,與T2差異不顯著。9月20日,T1電導(dǎo)率最低,為467.67 μS/cm,CK電導(dǎo)率最高,為859 μS/cm,T1較CK降低了45.56%,與CK差異顯著;T2電導(dǎo)率為730.67 μS/cm,較CK降低了14.94%,但二者差異不顯著,與T1差異顯著。CK的電導(dǎo)率在全生育期均高于T2和T3。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑和石膏均能顯著降低土壤電導(dǎo)率,尤其是菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑,在玉米生長(zhǎng)前期降低土壤電導(dǎo)率效果非常顯著。

2.1.2.2 不同處理對(duì)土壤堿化度和陽(yáng)離子交換量的影響 由圖5可知,6月16日,CK堿化度最高,為4.73%,其次為T(mén)2,堿化度2.27%,T1堿化度最低,為1.99%。T1堿化度較CK降低了2.74百分點(diǎn),差異達(dá)極顯著水平,T2較CK降低2.46百分點(diǎn),二者存在著極顯著差異,T1和T2間差異不顯著。7月8日以后,雖然CK的堿化度均高于T1和T2,但差異不顯著。由此表明,菌糠-凹凸復(fù)合鹽堿地調(diào)理劑和石膏在玉米生育前期均能降低土壤堿化度。

由圖6可知,全生育期T1的陽(yáng)離子交換量最高,但在整個(gè)生育期呈下降趨勢(shì)。6月16日,T1的陽(yáng)離子交換量最高,達(dá)13.10 cmol/kg,CK最低,為10.90 cmol/kg,較CK增加20.18%,T2與T1、CK間差異不顯著。7月8日,T1和T2間差異顯著。8月4日、9月3日,T1和T2、CK間差異顯著。9月20日,T1和T2、CK間差異不顯著。全生育期,T2和CK間差異不顯著。由此表明,鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑能改良土壤,提高土壤的保肥能力。

2.1.2.3 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響 由圖7可看出,整個(gè)生育期,T2和CK有機(jī)質(zhì)含量低于T1。6月16日,T1和T2、CK間有機(jī)質(zhì)含量變化不大,7月8日以后,T2和CK有機(jī)質(zhì)含量顯著低于T1。9月20日收獲時(shí),T1有機(jī)質(zhì)含量達(dá) 18.88 g/kg,較CK增加2.87 g/kg。T2和CK間有機(jī)質(zhì)含量在全生育期變化不大,二者差異不顯著。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)含量。

2.2 不同處理對(duì)玉米出苗率的影響

出苗率是作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)。由表2可知,T1出苗率平均96.16%,為最高,CK的出苗率最低,平均為52.69%,T1較CK的出苗率增加了43.47百分點(diǎn),二者差異極顯著。T2的出苗率平均為78.59%,較CK的出苗率增加了25.90百分點(diǎn),較T1的出苗率降低了17.57百分點(diǎn),三者間差異極顯著。

表2 不同處理對(duì)出苗率的影響

2.3 不同處理對(duì)玉米經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量的影響

由表3可知,T1的百粒質(zhì)量最高,較CK增加11.15 g,增幅達(dá)42.85%;T2和CK的百粒質(zhì)量差異小。CK的禿頂長(zhǎng)度最長(zhǎng),為2.55 cm,較T1增加了1.49 cm,增幅140.57%;T2的禿頂長(zhǎng)度略低于CK。T1的行粒數(shù)高于CK 7粒,較T2增加5粒。T1和T2的行數(shù)相同,較CK增加了2行。由此表明,菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑能明顯改善玉米經(jīng)濟(jì)性狀。

表3 不同處理對(duì)經(jīng)濟(jì)性狀的影響

表4表明,不同處理間產(chǎn)量差異顯著。T1小區(qū)產(chǎn)量最高,達(dá)56.31 kg,較CK增加29.04 kg,增產(chǎn)106.49%,差異極顯著,較T2增產(chǎn)34.23%,差異顯著。T2產(chǎn)量較CK增產(chǎn)53.83%,差異顯著。由此表明,鹽堿地增施菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑,可顯著提高玉米產(chǎn)量。

表4 不同處理對(duì)產(chǎn)量的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 不同處理對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

土壤容重受母體材料、氣候、生物作用和耕作條件的綜合影響,土壤容重通常是微弱變化的[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑對(duì)土壤容重有一定影響,總體上降低了土壤容重,但變化不大,這和前人研究結(jié)果[14]相似。

土壤孔隙度是反映土壤結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)之一。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在玉米生長(zhǎng)前期,各處理對(duì)土壤孔隙度影響不大,在收獲后期,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑對(duì)土壤孔隙度有顯著影響,可增加土壤孔隙度,是由于菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑含有較高的有機(jī)質(zhì)和活性菌,隨著作物生長(zhǎng),對(duì)土壤質(zhì)地有所影響,增加了土壤孔隙度。

3.2 不同處理對(duì)土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

土壤pH值是評(píng)價(jià)土壤鹽堿化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。張玉鳳等發(fā)現(xiàn),增施鹽堿土壤改良劑,可降低土壤pH值[15]。張發(fā)勝等認(rèn)為,石膏基鹽堿地土壤調(diào)理劑可降低土壤pH值[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,各處理對(duì)pH值影響不大,與以上研究結(jié)果有差異,原因有待于進(jìn)一步研究。

土壤電導(dǎo)率可反映土壤水溶性鹽含量。孫澤文研究表明,原位超穩(wěn)礦化法可大幅度降低土壤電導(dǎo)率[17]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑和石膏均能顯著降低土壤電導(dǎo)率,尤其是菌糠-凹凸鹽堿地復(fù)合調(diào)理劑,在前期降低土壤電導(dǎo)率效果非常顯著,與上述研究結(jié)果相一致。

土壤肥力的重要指標(biāo)之一是有機(jī)質(zhì)含量。王涵等研究結(jié)果表明,增施不同調(diào)理劑可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[18]。郭天云等在研究中發(fā)現(xiàn),施用磷石膏可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[19]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量,與上述研究結(jié)果相一致,主要是由于菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑本身含有較高的有機(jī)質(zhì)和微生物菌劑,可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量。增施石膏對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量影響不顯著。

增施鹽堿地調(diào)理劑可降低土壤堿化度,提高陽(yáng)離子交換量[20-22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在玉米生長(zhǎng)前期,增施菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能降低土壤堿化度,提高陽(yáng)離子交換量,主要是由于凹凸棒石的吸附性和離子交換能力強(qiáng)。增施石膏在玉米生長(zhǎng)前期能降低堿化度,對(duì)陽(yáng)離子交換量影響不大,原因有待于進(jìn)一步研究。

3.3 不同處理對(duì)玉米出苗率和產(chǎn)量的影響

出苗率可直接反映鹽堿地調(diào)理劑的改良效果。本試驗(yàn)結(jié)果表明,施用菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑后可顯著增加玉米出苗率,這和王鼎等的研究結(jié)果[23]相似。主要是由于施用菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑后在玉米生長(zhǎng)前期顯著降低了土壤電導(dǎo)率,從而提高了玉米出苗率。

施用鹽堿地調(diào)理劑可提高作物產(chǎn)量。徐國(guó)鳳等和南江寬等分別發(fā)現(xiàn),增施腐植酸后,玉米增產(chǎn)16.3%[24],油菜和玉米分別較對(duì)照增產(chǎn)15.68%和9.15%[25]。本試驗(yàn)結(jié)果與以上研究結(jié)果相一致,其原因主要是施用菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑后提高了玉米出苗率,改善了土壤性質(zhì)。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論,菌糠-凹凸鹽堿地調(diào)理劑能顯著降低土壤電導(dǎo)率,對(duì)土壤容重和pH值影響較小,可增加土壤有機(jī)質(zhì)含量,在前期可降低土壤堿化度,提高陽(yáng)離子交換量、玉米出苗率和產(chǎn)量。