風沙土添加油頁巖對花生生長及產量的影響

關 冰，于國慶*，周曉瑩，趙 艷，李杰穎，羅祥志

風沙地是我國重要的農牧業(yè)生產土地類型之一，特點是土壤結構松散、流動性大、養(yǎng)分瘠薄、持水能力差[1]。我國風沙地分布區(qū)主要在半干旱區(qū)農牧交錯帶，遼寧省境內集中分布于遼西北地區(qū)。干旱少雨、風蝕沙化是該類區(qū)域特點，也是制約其農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。關于風沙地改良利用研究前人已在綠肥種植[2]、防護林營造[3]、退化草地圍封恢復[4]、耕田改造[5]等方面做了大量的工作，申源源[6]等人研究發(fā)現(xiàn)添加無機礦物可以顯著改善砂質土壤的物理性質，提升土壤的持水能力。

油頁巖是由粉沙、淤泥和低等生物殘體腐解的有機質沉積形成的，它含有大量的有機質和植物生長所需的營養(yǎng)元素，油頁巖的綜合開發(fā)利用已成為當前資源環(huán)境領域研究的重要內容之一，目前國內外的研究主要是集中在有機無機復合肥加工、農業(yè)栽培基質上[7-8]，例如，將油母頁巖制成復合有機肥用于林業(yè)或農業(yè)生產，不僅能促進苗木地上部分的生長，還能促進根系的發(fā)育[9-10]；可以增加玉米、小麥、豆類、高粱等作物產量[11]，還能作為栽培基質和營養(yǎng)土的主要成分應用于園藝花卉和設施蔬菜栽培中，此外，由于油頁巖本身具有較高的有機質及陽離子交換量，因此，可以將其作物土壤保肥劑進行開發(fā)利用[12]。本試驗選用花生為載體，通過研究油頁巖不同添加量對花生產量及植物學特性的影響，研究油頁巖肥效作用的植物轉化效果，一方面為風沙地改良利用探索新方法，另一方面為工業(yè)廢棄物的資源化利用提供一條新的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點為遼寧省沙地治理與利用研究所章古臺實驗站，該區(qū)主要氣候特點是干旱多風，降雨量少且70%集中于夏季，年均溫5.1-6.1℃，年平均風速3.7-4.6m/s，年均降水量499.7-512.2mm，無霜期154d，土壤類型為風沙土。

1.2 試驗材料

供試土壤為風沙土，油頁巖為頁巖油工業(yè)中篩選出來的低品位礦產資源，由撫順礦業(yè)集團工程技術研究中心提供，粒徑為0-3mm，有機肥為堆腐后的牛糞。供試作物為花生，種植密度為25株/m2，行距50cm，穴距12cm。

1.3 試驗設計與實施

本研究采取田間小區(qū)試驗的方法，試驗小區(qū)面積為16m2（4m×4m），試驗設計油頁巖施用量5個水平，5次重復，共25個小區(qū)，小區(qū)布置采取隨機排列的方法，田間管理方法一致。低品位油頁巖（0-3mm粒徑）與牛糞按施用比例見表2。

表2 實驗設計方案

1.4 測定項目與方法

花生農藝性狀及產量的測定：于2018年9月26日在試驗小區(qū)內選定1m2測定花生產量、株數，選擇連續(xù)10株進行室內考種，考察主莖高，側枝長、分枝數、果實數、單雙粒數、空秕果數、單株果重等參數。

葉綠素含量的測定：于2018年7月10日，采用便攜式SPAD-502 plus葉綠素儀即時測量花生葉片的葉綠素相對含量，測定的葉片為花生頂部的第一片葉，測定部位為每片測試葉的中間部位，每個處理重復5次。

凈光合速率等參數的測定：于2018年7月24日，采用美國LI-COR公司生產的Li-6400光合儀進行對花生葉片進行活體測定，測定時間選擇晴天的上午9∶30-12∶00，測定的葉片為花生頂部的第一片葉，測定部位為每片測試葉的中間部位，每個處理重復5次。

1.5 數據處理與分析

試驗數據在Microsoft Excel 2010作基本處理，獲得各項性狀參數后，用SPSS 20.0軟件進行方差分析（ANOVA）和Pearson相關性分析，Duncan法檢驗差異顯著性水平P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 施用油頁巖對花生農藝性狀及產量的影響

施用油頁巖對花生產量及主莖高、側枝長有明顯促進作用，結果見圖1-圖4。

圖1 施用油頁巖對花生產量的影響

圖2 施用油頁巖對花生果重的影響

圖3 施用油頁巖對花生主莖高的影響

圖4 施用油頁巖對花生側枝長的影響

隨著油頁巖施用量的增加，花生產量、果重、主莖高和側枝長均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，其中產量、果重、側枝長在處理4水平時達到最大值，分別比對照CK增加108%、50%、86.7%，主莖高在處理3水平時達最大值，比對照CK增加110%，繼續(xù)增加油頁巖用量反而對花生的產量、果重、主莖高和側枝長產生抑制作用。

施用油頁巖對花生果實的影響也表現(xiàn)出相同的趨勢，其中果實數、雙粒數、飽果數在處理4水平時達最大值，分別比對照CK增加86%、99%、107%。還可以使花生果實的空秕率得到一定程度的降低（從18%降低至11%左右），但各處理間差異不顯著（表3）；

表3 施用油頁巖對花生果實的影響

從花生的產量和植株性狀指標可以看出油頁巖與有機肥的不同配比改變了風沙土養(yǎng)分比例結構，氮肥效應明顯，能有效增加風沙土土壤肥力，本試驗條件下，油頁巖與牛糞的按1.5∶1配施對花生的產量及植株生長的促進作用最明顯。

2.2 施用油頁巖對花生葉片葉綠素含量及光合特性的影響

2.2.1 施用油頁巖對花生葉片葉綠素含量的影響

由表4可知，花生葉片的葉綠素含量隨著油頁巖用量的增加而增加，處理3和處理4對花生葉片葉綠素含量的影響最為顯著，SPAD值顯著大于對照和單施牛糞處理，這可能與油頁巖的有效氮含量較為豐富有關，但高用量油頁巖用量達到3kg/m2時卻降低了花生葉片的葉綠素含量，這可能與油頁巖本身的理化性質有關，對于該方面的機理研究還有待進一步加深。

2.2.2 施用油頁巖對花生葉片光合性能的影響

由表4可知，本試驗中不同油頁巖施用量對花生葉片凈光合速率的影響與對花生葉片葉綠素含量的影響高度相關，均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在處理4水平時達最大值，油頁巖用量繼續(xù)增加，葉片凈光合速率不再升高，說明葉片達到了光飽和水平；氣孔導度的變化趨勢與凈光合速率大體一致；胞間CO2濃度和葉片蒸騰速率隨著油頁巖用量的增加均表現(xiàn)出降低的趨勢，這一變化趨勢與凈光合速率成反比。

表4 施用油頁巖對花生葉綠素含量及光合特性的影響

油頁巖在一定用量范圍內可提高花生葉片的凈光合速率、氣孔導度，降低葉片的胞間CO2濃度和蒸騰速率，花生葉片的凈光合速率與氣孔導度成正相關，與胞間CO2濃度和蒸騰速率成負相關，從肥效角度考慮可能是由于油頁巖的施用增加了土壤的養(yǎng)分含量，尤其是促進了有效氮積累，進而增強了花生葉片的光合作用。

2.3 Pearson相關性分析

通過相關性分析可知，油頁巖施用量與花生主要農藝性狀及產量間相關性密切，詳見表4?；ㄉ漠a量、果實重、雙粒數三項指標與油頁巖施用量的相關性達到了極顯著水平（P＜0.01），果實數和側枝長與油頁巖施用量的相關性達到了顯著水平（P＜0.05）；另外，油頁巖的施用量與花生空秕率成負相關；這說明風沙土施用油頁巖可以有效促進花生產量的增加，其中雙粒數的增加對花生產量的貢獻最大，還能促進花生植株的生長，尤其是側枝長方面，還可以降低花生的空秕率。

表4 風沙土油頁巖施用量與花生主要農藝性質及產量的相關性分析

3 討論與結論

油頁巖富含有機物，其中有機碳礦化是一個持續(xù)過程，可持續(xù)養(yǎng)分供給[8]，對氮磷鉀元素具有較強的吸附解吸能力[12]，可用于大量的肥料生產[10]，也可作為土壤有機物料直接施用[11]。在本試驗研究中，油頁巖與有機肥配施表現(xiàn)出明顯的肥力效果，氮肥作用尤為顯著，使花生產量得到了顯著提高，增加了花生雙粒數，促進了花生植株的生長，這與前人在玉米、小麥、豆類及高粱等作物上的研究結論相一致[17-18]，適量施用油頁巖還可以提高花生葉片的葉綠素含量SPAD值、凈光合速率、氣孔導度，說明施用油頁巖能夠有效提高土壤肥力水平。

在本試驗條件下綜合產量等因為考慮油頁巖與有機肥配施的最佳比例為1.0-1.5∶1，當油頁巖用量達到3kg/m2時，對花生植株的生長及光合性能產生一定抑制作用，這可能是由于油頁巖本身pH及可溶性鹽含量較高有關。因此，在應用油頁巖改良風沙土實際過程中，須謹慎使用油頁巖，尤其是注意單位施用量，或者經過有效處理后再行開發(fā)利用。