摘要 通過田間小區(qū)試驗，研究不同有機物料（對照CK、雞糞T1、羊糞T2、菌菇渣T3、生物腐植酸T4）在等有機碳投入量下灘涂鹽堿地中有機碳損失、土壤各類有機質(zhì)分布及其對土壤重金屬含量及水稻產(chǎn)量的影響。結果表明，不同有機物料施入土壤后，T1、T2、T3、T4有機碳損失率分別為64.52%、58.69%、47.04%和29.56%；未損失部分轉化為土壤有機質(zhì)，雖然T3處理有機碳損失率較低，但土壤中的活性有機質(zhì)占比低于其他處理。T3、T4能降低灘涂鹽堿地土壤中的有效態(tài)汞、砷、鎘、鉛、鉻含量，其中以T4效果最好，T1、T2處理能降低汞、鎘、鉻有效態(tài)含量，但在一定程度上分別增加有效態(tài)砷、有效態(tài)鉛含量。T1～T4對水稻有效穗、穗粒數(shù)有顯著提高作用，較對照分別增產(chǎn)10.17%、14.03%、6.65%和24.52%，其中T4能顯著增加水稻穗粒數(shù)。由此可見，在灘涂鹽堿地綜合改良利用中，生物腐植酸在有機碳損失率、增加土壤活性有機質(zhì)、降低土壤重金屬含量及提高水稻產(chǎn)量方面具有較顯著優(yōu)勢，是灘涂鹽堿地改良的優(yōu)良有機物料投入品。

關鍵詞 灘涂鹽堿地；有機碳損失率；有機物料；重金屬含量；水稻產(chǎn)量

中圖分類號 S156 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）08-0083-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.019

Effects of Different Organic Materials on Organic Carbon Loss，Heavy Metal Content and Rice Yield in Saline-alkali Mudflats

WANG Fan，PENG Hao，LI Wen-ping et al

（Jiangsu Coastal Ecological Technology Development Co.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 210019）

Abstract A field plot experiment was conducted to study the loss of organic carbon，the distribution of soil organic matter，and their effects on soil heavy metal content and rice yield under the same amount of organic carbon input of different organic materials （CK，chicken manure T1，sheep manure T2，mushroom residue T3，and biological humic acid T4） in mudflat saline alkali land.The results showed that after applying different organic materials to the soil，the organic carbon loss rates of T1，T2，T3 and T4 were 64.52%，58.69%，47.04%，and 29.56%，respectively;the undisturbed portion was converted into soil organic matter.Although the T3 treatment had a lower organic carbon loss rate，the proportion of active organic matter in the soil was lower than other treatments.T3 and T4 could reduce the content of available mercury，arsenic，cadmium，lead and chromium in mudflat saline alkali soil，of which T4 was the best.T1 and T2 treatments could reduce the content of available mercury，cadmium and chromium，but to a certain extent，they could increase the content of available arsenic and available lead respectively.T1-T4 significantly increased the effective panicle and grain number of rice，with an increase of 10.17%，14.03%，6.65% and 24.52% compared to the control，respectively.Among them，T4 significantly increased the grain number of rice panicles.It could be seen that in the comprehensive improvement and utilization of mudflat saline alkali land，biological humic acid had significant advantages in terms of organic carbon loss rate，increasing soil active organic matter，reducing soil heavy metal content and improving rice yield，and was an excellent organic material input for the improvement of mudflat saline alkali land.

Key words Mudflat saline alkali land;Organic carbon loss rate;Organic materials;Heavy metal content;Rice yield

鹽堿地是我國重要的耕地后備資源，其開發(fā)利用對于保障我國糧食安全、促進農(nóng)業(yè)發(fā)展、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義［1］。江蘇灘涂鹽堿地約占全國海涂面積的1/4［2］，具有重要的開發(fā)價值，但是新開墾的灘涂鹽堿地具有pH高、含鹽量高、有機質(zhì)低、結構差等問題，一直是制約江蘇灘涂農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關鍵因素［3-4］。灘涂鹽堿地的綜合改良利用一是外源投入大量有機物料以改善土壤的基本理化性狀；二是種植具有一定耐鹽堿能力的作物，水稻在鹽堿脅迫下表現(xiàn)為中度敏感，因此種植水稻是有效利用鹽堿地的重要途徑。近些年，國內(nèi)外學者關于有機物料對鹽堿地改良方面進行了大量研究，嚴漪云等［4］研究表明施用污泥蚯蚓糞能有效培肥灘涂鹽堿地土壤；左文剛［5］利用生活污泥來改良灘涂鹽堿地，能顯著降低土壤鹽分和土壤pH，提高有機碳含量，且對水稻、玉米等作物具有顯著的增產(chǎn)效果；安豐華等［6］研究表明植物秸稈能有效降低濱海鹽土全鹽含量和pH，增加土壤有機質(zhì)含量、土壤微生物數(shù)量和酶活性。可見，通過外源投入不同有機物料來提高灘涂鹽堿地中的有機質(zhì)含量，可以明顯改善土壤的物理性狀，從而改變土壤水鹽運移狀況，促進土壤脫鹽，并同時促進作物生長。然而，目前關于不同有機物料進入鹽堿地后，在鹽堿地中的礦化速率、對鹽堿地土壤基本理化性狀、土壤重金屬含量以及水稻產(chǎn)量的影響鮮有研究。該試驗以水稻為試驗作物，在江蘇灘涂鹽堿地開展田間試驗，從礦化損失率、土壤理化性狀、土壤重金屬含量及水稻產(chǎn)量等角度評價不同有機物料對鹽堿土改良的綜合效益，以期為鹽堿土改良利用確定合適的有機物料和可持續(xù)發(fā)展提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于江蘇省鹽城市東臺市金東臺農(nóng)場，屬亞熱帶和暖溫帶的過渡區(qū)，季風顯著，常年平均氣溫15.0 ℃，無霜期220 d，年降水量1 061.2 mm，年日照時數(shù)2 130.5 h。試驗地為灘涂圍墾后經(jīng)過工程改良的輕度鹽堿地，土壤具體理化性狀為pH 8.66、含鹽量0.153%、有機質(zhì)11.9 g/kg、堿解氮25.61 mg/kg、有效磷12.00 mg/kg、速效鉀320 mg/kg、速效鈉660 mg/kg。

1.2 供試材料

試驗所用雞糞有機質(zhì)含量為45.8%、pH 7.9，羊糞有機質(zhì)含量為45.4%、pH 7.8，菌菇渣有機質(zhì)含量為47.4%、pH 8.3，上述3種有機物料均為腐熟后的有機肥，購自江蘇豐大肥業(yè)有限公司；所用生物腐植酸是餐廚廢棄物經(jīng)生物強化腐殖化發(fā)酵制備而成，有機質(zhì)含量75.0%、pH 4.5，購自北京嘉博文生物科技有限公司。

1.3 試驗設計

試驗共設置5個處理：不使用外源有機物料處理（CK），施用雞糞處理（T1），施用羊糞處理（T2），施用菌菇渣處理（T3），施用生物腐植酸處理（T4），4種有機物料按折純有機質(zhì)4 500 kg/hm2投入，每個處理4次重復，共計20個小區(qū)，小區(qū)面積為15 m2（3 m×5 m），采用隨機區(qū)組方式排列。

氮肥施用總量為純氮150 kg/hm2，氮肥施用時期與比例為基肥∶蘗肥∶調(diào)節(jié)肥∶穗肥=3∶4∶1∶2，鉀肥施用總量為90 kg/hm2，鉀肥按基肥∶穗肥＝1∶1施用，磷肥施用總量為120 kg/hm2，磷肥、有機物料均作為基肥一次性施入。

整地前將有機物料、肥料按照比例作為基肥撒施、旋耕，隨后灌水漚田1～2 d，最后進行耙地和插秧，根據(jù)當?shù)亓晳T進行移栽，秧苗行株距為30 cm×12 cm，每穴2～3株。水稻品種為 9108，于2022年6月10日插秧，10月25日收獲，其他按田間生產(chǎn)常規(guī)管理進行。

1.4 測定內(nèi)容與方法

1.4.1 有機碳損失率。有機物料施入土壤后，土壤微生物的作用下，會同時存在腐殖化、礦化2個過程，其中腐殖化過程中的一些中間產(chǎn)物在微生物作用下重新合成一種更復雜的有機化合物，形成土壤有機碳，是土壤有機質(zhì)的重要來源。不同有機物料的腐殖化、礦化速率不同，施用等有機質(zhì)物料后給土壤增加的有機質(zhì)也有差異，為更好表述有機物料的有機碳損失，提出有機碳損失率，計算公式如下：

ω=[（S×h×（M1×ρ1-M2×ρ2）+W）/W]×100%

式中：ω為有機碳損失率（%）；S為單位面積（m2），取值1 m2；h為耕地耕層深度（m），取值0.2 m；M1為施肥前土壤有機質(zhì)含量（%）； M2為收獲后土壤有機質(zhì)含量（%）；ρ1為施肥前土壤容重（kg/m3）；ρ2為水稻收獲后土壤容重（kg/m3）；W為折純有機質(zhì)投入量（kg）。

1.4.2 土壤有機質(zhì)、活性有機質(zhì)。

于水稻收獲后取0～20 cm耕層土壤，四分法取土、風干。土壤有機質(zhì)檢測方法參照文獻［7］進行，土壤活性有機質(zhì)參照文獻［8］方法檢測。

1.4.3 土壤汞、砷、鎘等重金屬含量" 。

檢測土壤中汞、砷、鎘、鉛、鉻5類重金屬含量，檢測方法參照文獻［7］進行。

1.4.4 水稻產(chǎn)量。于水稻收獲期采用每塊田對角線 3 點取樣法；每點取連續(xù) 21 行、測量行距；選取連續(xù) 21 株、測量株距，計算穴數(shù)（穴/hm2）；順序選取 20 穴計算穗數(shù)（穗/hm2）。在測產(chǎn)單元內(nèi)取具有代表性的稻株 2～3 穴（不少于 50 穗），調(diào)查有效穗粒數(shù)，并取其中1 000粒有效籽粒烘干測定千粒重。理論產(chǎn)量計算如下：

產(chǎn)量（kg/hm2）= 有效穗數(shù)（萬穗/hm2）×每穗粒數(shù)（粒）×千粒重（g）×10-2×85%

1.5 統(tǒng)計分析方法

采用Microsoft Excel軟件處理數(shù)據(jù)，用SPSS 11.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同有機物料有機碳損失率

不同有機物料因木質(zhì)素、纖維素等大分子碳含量的差異，在土壤中的礦化、腐殖化速度存在差異。從圖1可以看出，等有機質(zhì)不同有機物料施入鹽堿地135 d后，其有機碳損失率差異明顯，其中生物腐植酸處理（T4）有機碳損失率較小，僅為29.56%，與雞糞（T1）、羊糞（T2）和菌菇渣（T3）呈顯著差異；其次為菌菇渣（T3），有機碳損失率為47.04%，顯著低于雞糞、羊糞處理，雞糞（T1）、羊糞（T2）有機碳損失率較大，分別為64.52%、58.69%，兩者無顯著差異，羊糞略優(yōu)于雞糞。

2.2 不同有機物料對土壤有機質(zhì)的影響

土壤有機質(zhì)含量是衡量土壤理化性狀和肥力水平的重要指標。從表1可以看出，不同類型有機肥對土壤有機質(zhì)含量、活性有機質(zhì)含量、中活性和高活性有機質(zhì)含量影響明顯，其中對土壤有機質(zhì)含量提升效果依次為生物腐植酸（T4）＞菌菇渣（T3）＞羊糞（T2）＞雞糞（T1），生物腐植酸顯著優(yōu)于其他物料，這與生物腐植酸的碳損失率低直接相關。不同有機物料進入灘涂鹽堿地后的活性有機質(zhì)與普通有機質(zhì)含量存在差異，雞糞（T1）、羊糞（T2）雖然在提升灘涂鹽堿地土壤有機質(zhì)效果上略低于菌菇渣（T3），但卻能提高土壤中的活性、中活性和高活性有機質(zhì)；而生物腐植酸對鹽堿土壤中的有機質(zhì)及各類活性均有較顯著的提升效果。

2.3 不同有機物料對土壤重金屬含量的影響

土壤重金屬含量由2個來源組成，一個是土壤重金屬本底值，另一個是外源帶入。從表2可以看出，菌菇渣（T3）、生物腐植酸（T4）可在一定程度上降低灘涂鹽堿地土壤中的汞、砷、鎘、鉛、鉻有效態(tài)含量。施用雞糞（T1）處理的土壤中有效態(tài)砷含量較對照略有上升，其原因可能是雞糞中含有一定量砷；施用羊糞（T2）處理的土壤有效態(tài)鎘含量有一定升高?？梢姴煌袡C物料雖然對鹽堿地土壤中的重金屬有降低作用，但是有機物料本身含有的重金屬可能會導致土壤重金屬含量升高。

2.4 不同有機物料對水稻產(chǎn)量構成及產(chǎn)量的影響 作物產(chǎn)量是衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)價值的重要指標。從表3可以看出，與CK處理相比，不同類型有機物料均顯著影響鹽堿地水稻產(chǎn)量，其中生物腐植酸處理（T4）水稻產(chǎn)量最高，較對照增產(chǎn)24.61%，并顯著高于其他處理，其次為羊糞（T2）、雞糞（T1）處理，其水稻產(chǎn)量較對照分別增產(chǎn)14.08%、10.20%；菌菇渣處理（T3）最低，其水稻產(chǎn)量較對照增產(chǎn)6.65%。通過對水稻產(chǎn)量構成分析，發(fā)現(xiàn)雞糞、羊糞、菌菇渣、生物腐植酸均能顯著提高水稻有效穗數(shù)，而羊糞、菌菇渣、生物腐植酸較雞糞在提高水稻有效穗數(shù)具有顯著性優(yōu)勢。不同有機物料處理的穗粒數(shù)差異明顯，雞糞、羊糞和生物腐植酸處理均顯著優(yōu)于CK處理，其中以生物腐植酸處理穗粒數(shù)最高，較CK增加20.80%；不同有機物料對水稻千粒重無顯著影響。

3 討論與結論

土壤有機碳在維持和提高土壤肥力方面有十分重要的作用，被認為是土壤質(zhì)量和功能的核心［9］。但不同有機物料養(yǎng)分特性、有機碳礦化特性存在明顯差異［10-12］。該研究結果表明，在等有機質(zhì)量投入情況下，雞糞、羊糞施入灘涂鹽堿地后有機碳損失率較大，其原因是有機糞肥中含有大量易分解的有機碳，通過礦化作用損失［13］。菌菇渣木質(zhì)素、纖維素等大分子有機碳占比較高，所以在土壤中的礦化作用較弱，其損失率較小。該試驗中所采用的生物腐植酸是餐廚廢棄物通過生物強化腐殖化產(chǎn)生［14］，其大分子有機碳占比約60%，減緩了有機碳礦化損失。另外，生物腐植酸中富含多種小分子碳源，能有效增加土壤中的活性、中活性和高活性有機碳，這一部分碳源能為微生物、作物提供最直接的碳源。相比菌菇渣，雖然雞糞、羊糞進入土壤后有機碳損失率比較大，但可以與生物腐植酸一樣，能夠有效增加土壤中的活性有機碳。

新圍墾的灘涂鹽堿地土壤重金屬主要來源于土壤本底值以及外源投入品帶入。有效態(tài)重金屬含量主要取決于土壤中全量重金屬含量和土壤化學性質(zhì)，如土壤pH和土壤有機質(zhì)含量［15］。有研究發(fā)現(xiàn)有機物料在生物降解過程中釋放的腐植酸類物質(zhì)能夠有效降低土壤pH，從而提高土壤重金屬的溶解性和有效性［16］，也有研究結果表明施用有機物料后產(chǎn)生的活性有機碳對土壤重金屬有吸附作用，從而降低重金屬有效性［17-19］，可見土壤有機質(zhì)對土壤重金屬有效性的研究結果仍存在較大的分歧。該研究結果表明，在灘涂鹽堿地土壤條件下，施用菌菇渣、生物腐植酸可在一定程度上降低灘涂鹽堿地土壤中重金屬汞、砷、鎘、鉛、鉻的有效性，其中生物腐植酸效果最突出，而施用雞糞、羊糞也會降低一部分重金屬有效態(tài)含量，但在一定程度上分別增加有效態(tài)砷、鎘，這可能與雞糞、羊糞中含有一定量砷、鎘有關。

長期施用有機物料可有效改善耕層土壤環(huán)境，提高土壤養(yǎng)分含量、酶活性和土壤微生物生物量，增加土壤微生物群落多樣性，為作物增產(chǎn)打下堅實基礎。在該研究中，在等有機質(zhì)投入量情況下，施用不同有機物料均能顯著提高鹽堿地水稻有效穗數(shù)15.21%～23.85%，其中羊糞、菌菇渣和生物腐植酸較雞糞更具有優(yōu)勢；另外，施用雞糞、羊糞和生物腐植酸能有效提高鹽堿地水稻穗粒數(shù)，尤其是生物腐植酸處理穗粒數(shù)較對照增加20.80%；4種不同有機物料鹽堿地水稻千粒重無顯著影響。在水稻產(chǎn)量方面，以生物腐植酸處理水稻產(chǎn)量最高，與對照處理相比增產(chǎn)24.61%，核心原因是生物腐植酸處理水稻有效穗數(shù)、穗粒數(shù)均有顯著提高，尤其是穗粒數(shù)顯著高于其他有機物料處理，這與徐全輝等［20］認為腐植酸有機肥主要以增加水稻的穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量的研究結果一致。菌菇渣處理的土壤有機質(zhì)含量雖然高于雞糞、羊糞處理，但其產(chǎn)量卻低于雞糞、羊糞處理，這可能與土壤活性有機質(zhì)含量相關。

該研究結果表明，在等有機質(zhì)投入下，不同有機物料施入鹽堿地土壤經(jīng)過水稻一季種植后均能顯著提高土壤有機質(zhì)含量、改變水稻產(chǎn)量構成因素，進而提高鹽堿地水稻產(chǎn)量，但不同有機物料對鹽堿地土壤理化性狀和水稻生長的影響有所差異。雞糞、羊糞進入土壤后有機碳損失率較大，生物腐植酸、菌菇渣有機碳損失率較小，對提升土壤有機質(zhì)指標效果最佳，并且生物腐植酸、菌菇渣在降低土壤有效態(tài)重金屬和安全性方面更具有優(yōu)勢。不同有機物料均能提高水稻有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，其中羊糞更有利于提高水稻有效穗數(shù)、生物腐植酸更有利于提高水稻穗粒數(shù)。因此綜合考慮，生物腐植酸在灘涂鹽堿地改良、利用方面較雞糞、羊糞、菌菇渣更加實用。

參考文獻

［1］呂曉，徐慧，李麗，等.鹽堿地農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用及其評價［J］.土壤，2012，44（2）：203-207.

［2］ 趙秀芳，楊勁松，姚榮江.基于典范對應分析的蘇北灘涂土壤春季鹽漬化特征研究［J］.土壤學報，2010，47（3）：422-428.

［3］ 李冬順，楊勁松，姚榮江.生態(tài)風險分析用于蘇北灘涂土壤鹽漬化風險評估研究［J］.土壤學報，2010，47（5）：857-864.

［4］ 嚴漪云，左文剛，徐凱達，等.污泥蚯蚓糞對灘涂鹽堿地土壤的培肥效應［J］.揚州大學學報（農(nóng)業(yè)與生命科學版），2019，40（3）：111-116.

［5］ 左文剛.生活污泥對新墾灘涂鹽堿地快速有機培肥的效應與機制［D］.揚州：揚州大學，2020.

［6］ 安豐華，王志春，楊帆，等.秸稈還田研究進展［J］.土壤與作物，2015，4（2）：57-63.

［7］" 魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，2000.

［8］ 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.肥料和土壤調(diào)理劑有機質(zhì)分級測定：NY/T2876—2015［S］.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2016.

［9］" LAL R.Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security［J］.Science，2004，304（5677）：1623-1627.

［10］ 葉靜，安藤豐，符建榮，等.不同有機肥對土壤中的氮素礦化及對化肥氮固持的影響［J］.浙江農(nóng)業(yè)學報，2008，20（3）：176-180.

［11］ AGEHARA S，WARNCKE D D.Soil moisture and temperature effects on nitrogen release from organic nitrogen sources［J］.Soil science society of America journal，2005，69（6）：1844-1855.

［12］ 周博，高佳佳，周建斌.不同種類有機肥碳、氮礦化特性研究［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2012，18（2）：366-373.

［13］ 張樹蘭，楊學云，呂殿青，等.溫度、水分及不同氮源對土壤硝化作用的影響［J］.生態(tài)學報，2002，22（12）：2147-2153．

［14］ 黃謙，于海燕.采用餐廚廢棄物制備生化腐植酸的技術與工藝：CN201010269356.7［P］.2012-12-26.

［15］" MCBRIDE M B.Toxic metals in sewage sludge-amended soils：Has promotion of beneficial use discounted the risks？［J］.Advances in environmental research，2003，8（1）：5-19.

［16］" VAN WESENBEECK S，PRINS W，RONSSE F，et al.Sewage sludge carbonization for biochar applications.Fate of heavy metals［J］.Energy amp; fuels，2014，28（8）：5318-5326.

［17］ 陳同斌，陳志軍.水溶性有機質(zhì)對土壤中鎘吸附行為的影響［J］.應用生態(tài)學報，2002，13（2）：183-186.

［18］ 張亞麗，沈其榮，姜洋.有機肥料對鎘污染土壤的改良效應［J］.土壤學報，2001，38（2）：212-218.

［19］" COVELO E F，VEGA F A，ANDRADE M L.Competitive sorption and desorption of heavy metals by individual soil components［J］.Journal of hazardous materials，2007，140（1/2）：308-315.

［20］ 徐全輝，高仰，趙強，等.活性腐殖酸有機肥對水稻產(chǎn)量·養(yǎng)分吸收的影響［J］.腐植酸，2012（2）：41.

基金項目 江蘇省沿海開發(fā)集團有限公司科研項目（2022YHTDZZ01）。

作者簡介 汪帆（1988—），男，安徽黃山人，農(nóng)藝師，碩士，從事土壤肥料方面的研究。*通信作者，博士，從事土壤改良方面的研究。

收稿日期 2023-06-13