腐殖酸和脫硫石膏對濱海鹽土及水稻產量的影響

朱蕓， 傅慶林， 郭彬， 林義成， 劉琛

(1.浙江省農業(yè)科學院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 3100212； 2.南京林業(yè)大學 林學院，江蘇 南京 210037)

浙江省海岸漫長曲折，灘涂資源豐富[1]。合理開發(fā)、利用和治理濱海鹽土成為解決人口增加與耕地減少矛盾的有效途徑，對實現(xiàn)浙江省耕地占補平衡、耕地總量動態(tài)平衡和保障糧食生產安全具有重要意義。

目前,鹽堿土的改良措施主要包括物理、化學、生物和水利工程措施[2-5]。其中，化學措施為近年鹽堿土改良的研究熱點之一，化學改良的材料主要有生物質炭、有機肥、脫硫石膏、硫酸鋁和腐殖酸等。腐殖酸是動植物殘骸經過微生物分解轉化形成的有機物質，含有大量羥基、羧基和酚羥基等活性基團，因而腐殖酸具有較強的離子交換和吸附能力，既能改良土壤，又能促進植物生長[6]。赫臣等[7]認為，在鹽堿地上增施腐殖酸可有效改善水稻穗部性狀，增加水稻產量。張敬敏等[8]研究表明，施用腐殖酸顯著提高了楊樹的根、莖、葉和養(yǎng)分的含量。于曉東等[9]發(fā)現(xiàn)，在濱海鹽堿地施用腐殖酸可以提高土壤酶活性，促進小麥生長，增加小麥產量。脫硫石膏主要成分是CaSO4·2H2O，含有多種營養(yǎng)元素，在鹽堿土改良中發(fā)揮著重要作用[10]。王金滿等[11]研究了脫硫石膏對堿化土壤中向日葵的響應，結果表明，脫硫石膏用量在7.5 t·hm-2時，堿化土壤改良效果最佳，向日葵出苗率最高。Zhao等[12]研究表明，在東北的蘇打鹽堿土施用脫硫石膏，可顯著降低土壤的pH和EC值。馬雪蓮等[13]發(fā)現(xiàn)，脫硫石膏能夠降低土壤pH值和全鹽含量，從而增加油葵的生物量和產量。可見腐殖酸和脫硫石膏在鹽堿地上的施用效果研究較多，而在濱海鹽土及對水稻生長的影響研究甚少。因此，本文在前人研究的基礎上，開展了腐殖酸和脫硫石膏對濱海鹽土土壤理化性質和水稻產量的影響，旨在探索該地區(qū)腐殖酸和脫硫石膏的最佳施用量，為濱海鹽土改良提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地設在浙江省慈溪市觀海衛(wèi)涂區(qū)，地處北亞熱帶南緣(30°02′～30°24′N，121°02′～121°42′E)，屬季風型氣候，年平均氣溫16.0 ℃，平均年降水量1 272.8 mm，平均年日照時數(shù)2 038 h。土壤為壤質濱海鹽土，耕層土壤pH為8.91，土壤電導率(EC)為2.1 dS·m-1，有機質、全氮含量分別為16.8和0.63 g·kg-1，堿解氮、速效鉀、有效磷含量分別為45.3、131.1、18.3 mg·kg-1。供試水稻品種為秀水134，全生育期為151 d。

1.2 試驗設計

田間試驗設9個處理，以不施腐殖酸和脫硫石膏為對照，F(xiàn)1～F4分別為施腐殖酸2.5、5、7.5和10 t·hm-2，T1～T4分別為施脫硫石膏7.5、15、22.5和30 t·hm-2，重復3次，共計27個小區(qū)，小區(qū)面積25 m2。施用尿素550 kg·hm-2和過磷酸鈣750 kg·hm-2，田間管理同當?shù)爻Ｒ?guī)管理保持一致。分別在水稻分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期和收獲期采用“S”型采集土壤表層樣品(0～20 cm)，混合均勻，室內自然風干，過2 mm篩用于土壤理化性質分析(pH、EC、有機質、全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷)，并在收獲期統(tǒng)計水稻有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和產量。

1.3 測定項目與方法

土壤理化性質分析參照《土壤農業(yè)化學分析方法》[14]：土壤pH值采用電極法-酸度計測定，土水比為1∶2.5；EC值采用電導率儀測定，土水比為1∶5；土壤堿解氮(AN)采取堿解擴散法測定；有效磷(AP)采取Olsen法測定；速效鉀(AK)采取火焰光度法測定；土壤有機碳(SOC)和全氮(TN)采用元素分析儀(Vario MACRO cube，Elementar INC，Germany)檢測。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0對土壤理化性質、水稻產量及其構成要素進行單因素方差分析(One-way ANOVA)，利用最小顯著性差異法(LSD)進行處理間的多重比較，并用Origin 9.0作圖。應用Canoco 5.0軟件基于線性模型對水稻產量及其構成要素與環(huán)境因子(pH、EC、有機質、全氮、堿解氮、速效鉀和有效磷)進行冗余分析(RDA)，應用蒙特卡羅檢驗分析每個環(huán)境因子對水稻產量及其構成要素的顯著性，并按照其特征值進行重要性排序。

2 結果與分析

2.1 土壤pH、EC值

由圖1可得，在水稻不同生育期，施用腐殖酸和脫硫石膏后不同處理的土壤pH和EC值持續(xù)下降，明顯低于CK，且隨著腐殖酸和脫硫石膏用量的增加，土壤pH和EC值呈先下降后上升的趨勢。在水稻收獲期，腐殖酸處理中，F(xiàn)3處理的pH和EC值最低，相比于CK分別降低6.8%和41.8%；脫硫石膏處理中，T2處理的pH和EC值最低，相比于CK分別降低4.2%和28.9%。

圖1 腐殖酸和脫硫石膏不同施用量對濱海鹽土pH、EC值的影響

2.2 土壤養(yǎng)分

從表1可以看出，施用腐殖酸和脫硫石膏可有效提升土壤有機質、全氮、堿解氮和有效磷含量，降低速效鉀含量。在水稻不同生育時期，同一處理的土壤有機質、全氮、堿解氮和有效磷含量均呈先降低后上升的趨勢；速效鉀含量持續(xù)降低。在水稻同一生育期，隨著腐殖酸和脫硫石膏施用量的增加，不同處理間土壤養(yǎng)分含量呈逐漸升高而后降低的趨勢，F(xiàn)3和T2處理的土壤有機質、全氮、堿解氮和有效磷含量達到最高。在水稻收獲期，相較于CK而言，F(xiàn)3的有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別提高21.35%、26.79%、40.02%、67.82%和19.94%，T2的相應指標分別提高22.50%、18.75%、35.21%、52.59%和13.96%。

2.3 水稻產量及其構成要素

由圖2可以看出，施用腐殖酸和脫硫石膏對水稻產量及其構成要素均有顯著影響(P<0.05)。隨著腐殖酸和脫硫石膏施用量的增加，水稻有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和產量也隨之增加，其中，F(xiàn)3和T2處理的水稻產量及其構成要素最高。相比于CK，F(xiàn)3處理的有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和水稻產量分別增加14.0%、17.1%、7.7%和17.3%，T2處理的有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和水稻產量分別增加13.5%、16.7%、7.2%和11.2%。

表1 腐殖酸和脫硫石膏不同施用量對濱海鹽土土壤養(yǎng)分的影響

2.4 水稻產量及其構成要素與環(huán)境因子的關系

由冗余分析(RDA)排序結果可以看出(圖3)，RDA1和RDA2的2個排序軸共解釋物種和環(huán)境總方差的91.34%。圖中箭頭越長，表示環(huán)境因子對水稻產量及其構成要素的影響越大；箭頭連線和排序軸夾角表示環(huán)境因子與排序軸相關性的大小，夾角越小，相關性越高。RDA顯示，環(huán)境因子(pH、EC、有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀)和水稻產量及其構成因素之間相關性顯著，不同處理分散在4個排序軸中，顯示顯著差異。有效穗數(shù)、單穗有效粒數(shù)、千粒重和水稻產量與土壤pH、EC呈顯著負相關，與土壤有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量呈顯著正相關。蒙特卡羅檢驗分析結果表明，全氮成為水稻產量及其構成要素的主要影響因子，影響大小排序為全氮>速效鉀>有效磷>EC>pH>堿解氮>有機質(表2)。

柱間無相同字母表示組間存在顯著差異(P<0.05)。圖2 腐殖酸和脫硫石膏不同施用量對水稻產量及其構成因素的影響

圖3 水稻產量及其構成要素與環(huán)境因子RDA二維排序

表2 水稻產量及其構成要素的主要環(huán)境因子及其貢獻率

3 討論

試驗結果表明，施用腐殖酸和脫硫石膏能顯著降低土壤pH和EC值，這是因為土壤中施用脫硫石膏后，通過Ca2+置換土體中的Na+和Mg2+，加速了Na+淋洗，從而降低土壤鹽分[15]。同時，Ca2+的增加能促進土壤團粒的形成，有效地改善土壤結構，降低了土壤pH和EC值[16-18]。

腐殖酸是一種酸性有機膠體，有較大的陽離子交換量和吸附容量，通過酸堿中和反應，控制土壤中的各類離子淋溶、遷移，調節(jié)土壤pH和EC值[19-20]。本試驗還表明，施用腐殖酸和脫硫石膏后可有效地提高土壤有機質、堿解氮、全氮和有效磷含量，同時降低土壤的速效鉀含量，進一步證實了前人的研究結果[21-23]。這是由于施入腐殖酸和脫硫石膏，顯著降低了土壤pH和EC值，使土壤微生物環(huán)境有所改善，因而土壤肥力得以提高[24]。

在本試驗中，腐殖酸和脫硫石膏的施用增加了水稻千粒重、有效穗數(shù)和單穗有效粒數(shù)，水稻產量隨之增加。在濱海鹽土中施用腐殖酸可以調節(jié)作物生長，提高抗旱和抗寒能力，從而增加水稻一次枝梗和二次枝梗穗粒數(shù)，提高水稻產量，這與前人的研究結果相似[25-26]。有研究表明，施用脫硫石膏可有效提高水稻的千粒重、結實率和出苗率[27]。脫硫石膏主要通過改良土壤團聚體、降低鹽害和提高土壤養(yǎng)分來增加水稻產量[28-29]。通過冗余分析可知，影響水稻產量的主要土壤因子是全氮，表明在濱海鹽土種植水稻提高土壤養(yǎng)分最為重要。

4 小結

在濱海鹽土施用腐殖酸和脫硫石膏，土壤理化性質得到顯著改善，水稻產量及其構成要素(千粒重、單穗有效粒數(shù)和有效穗數(shù))顯著提高。隨著腐殖酸和脫硫石膏施用量的增加，pH、EC和速效鉀含量呈先下降后上升的趨勢，有機質、全氮、堿解氮、有效磷含量以及水稻產量及其構成要素呈先上升后下降的趨勢。腐殖酸和脫硫石膏施用量分別在7.5和15 t·hm-2時，土壤養(yǎng)分含量最高，水稻增產效果最好。因此，用腐殖酸和脫硫石膏改良濱海鹽土效果顯著，應用前景廣闊。