楊文霞，潘艷花，秦嘉海

(1.酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 酒泉 735000； 2.酒泉市種子管理站，甘肅 酒泉 735000；3.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

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有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響及最佳施用量研究

楊文霞1，潘艷花2，秦嘉海3

(1.酒泉市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 酒泉 735000； 2.酒泉市種子管理站，甘肅 酒泉 735000；3.河西學(xué)院 農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000)

有機(jī)活性改土劑；理化性質(zhì)；馬鈴薯；最佳施用量

采用盆栽試驗(yàn)方法，研究了有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤理化性質(zhì)及持水量的影響和種植馬鈴薯的最佳施用量，結(jié)果表明：有機(jī)活性改土劑各原料的影響效應(yīng)大小為CO(NH2)2>改性糠醛渣>(NH4)2HPO4>5406菌肥，有機(jī)活性改土劑的最佳配方為5406菌肥、改性糠醛渣、CO(NH2)2、(NH4)2HPO4質(zhì)量比為0.000 8∶0.905 8∶0.072 3∶0.021 1的組合；有機(jī)活性改土劑施用量與土壤孔隙度、持水量、團(tuán)聚體含量、有機(jī)質(zhì)含量、速效氮磷鉀含量和馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，與土壤容重、pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系；隨著有機(jī)活性改土劑施用量的增加，馬鈴薯施肥效益在增加，但當(dāng)有機(jī)活性改土劑施用量大于12 t/hm2時(shí)，施肥效益開始下降；經(jīng)回歸分析，馬鈴薯產(chǎn)量與有機(jī)活性改土劑施用量間的回歸方程為y=27.270 0+1.681 0x-0.058 4x2，最佳施用量為11.96 t/hm2，此施用量下馬鈴薯理論產(chǎn)量為39.02 t/hm2。

甘肅省張掖市海拔1 650～2 800 m的民樂和山丹縣冷涼灌區(qū)，是加工型馬鈴薯種植和貯藏的理想場(chǎng)所，近年來建成了加工型馬鈴薯生產(chǎn)基地3萬hm2，年產(chǎn)加工型馬鈴薯112.5萬t[1]，發(fā)展勢(shì)頭良好。但是張掖市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中存在如下突出問題：種植面積大，連作年限長(zhǎng)，土壤養(yǎng)分比例失衡；有機(jī)肥料投入量嚴(yán)重不足，化肥超量施用，土壤板結(jié)，貯水功能削弱；土壤改良與培肥技術(shù)滯后，產(chǎn)量低而不穩(wěn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)等[2]。為此，以國(guó)家糧食安全為目標(biāo)，以技術(shù)創(chuàng)新為手段，以有機(jī)活性改土劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)化肥為突破口，以甘肅共享化工有限公司資源豐富的廢棄物糠醛渣為主料[3]，應(yīng)用土壤培肥理論，有針對(duì)性地選擇了5406菌肥、CO(NH2)2(尿素)和(NH4)2HPO4(磷酸二銨)[4-5]，采用正交試驗(yàn)方法，篩選出有機(jī)活性改土劑配方，進(jìn)行了有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤理化性質(zhì)及持水量的影響和馬鈴薯最佳施用量的研究，旨在從根本上解決張掖市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的問題，為張掖市馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和國(guó)家糧食安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 土壤類型

土壤類型是灌漠土[6]，采自海拔2 200 m的民樂縣南古鎮(zhèn)城南村二社，0～20 cm土壤含有機(jī)質(zhì)12.35 g/kg、堿解氮66.43 mg/kg、速效磷8.65 mg/kg、速效鉀145.54 mg/kg，土壤pH值為7.73。

1.1.2 參試肥料

CO(NH2)2，含N為46%，甘肅劉家峽化工廠產(chǎn)品；(NH4)2HPO4，含N為18%、含P2O5為46%，云南云天化國(guó)際化工股份有限公司產(chǎn)品；5406菌肥，有效活菌數(shù)量≥0.2億個(gè)/g，金肥王股份有限公司產(chǎn)品。

1.1.3 糠醛渣及改性糠醛渣

糠醛渣含有機(jī)質(zhì)76%、全氮0.61%、全磷0.36%、全鉀1.18%，pH值為2.6，粒徑0.5～1.0 mm，甘肅共享化工有限公司產(chǎn)品。

在糠醛渣中，加入0.54%的尿素，將糠醛渣C/N調(diào)整為25∶1，再加入4.00%的石灰粉，將糠醛渣pH值由2.60調(diào)整為6.50～7.30，然后加水使其含水量達(dá)到60%～65%，混合均勻，堆置并覆蓋塑料棚膜，每平方米塑料棚膜開直徑3～5 cm的小孔2～3個(gè)，堆置發(fā)酵60 d后，在陰涼干燥處風(fēng)干15 d，含水量小于5%時(shí)，全部過1～5 mm篩，得到改性糠醛渣。

1.1.4 馬鈴薯及其栽培容器

馬鈴薯品種為大西洋，由甘肅萬向德農(nóng)馬鈴薯種業(yè)公司提供；栽培容器為膠木桶，口徑30 cm，底徑28 cm，高35 cm。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)于2013—2014年在河西學(xué)院生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)樓實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)一：有機(jī)活性改土劑配方確定。2013年4月26日，分別以5406菌肥、改性糠醛渣、CO(NH2)2、(NH4)2HPO4為A、B、C、D 4個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)計(jì)3個(gè)水平，按正交表L9(34)設(shè)計(jì)9個(gè)處理[7]，見表1。按表1因素與水平編碼括號(hào)中的數(shù)量稱取各種原料混合均勻后進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。采用正交試驗(yàn)分析方法計(jì)算出各因素不同水平的T值和因素間效應(yīng)值(R)，確定因素間最佳組合，組成有機(jī)活性改土劑配方。

表1 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

注：表中每列中間的數(shù)據(jù)為正交試驗(yàn)水平編碼值，其左邊括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為該水平下有機(jī)活性改土劑大田施用量(kg/hm2)，右邊括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為該水平下有機(jī)活性改土劑試驗(yàn)施用量(g/10kg土)。

試驗(yàn)二：有機(jī)活性改土劑適宜用量的研究。依據(jù)試驗(yàn)一篩選的配方，將5406菌肥、改性糠醛渣、CO(NH2)2、(NH4)2HPO4按質(zhì)量比0.000 8∶0.905 8∶0.072 3∶0.021 1混合得到有機(jī)活性改土劑，經(jīng)室內(nèi)化驗(yàn)分析含有機(jī)質(zhì)70.68%，含N為2.68%，含P2O5為1.44%，含K2O為1.09%。2014年4月24日，將有機(jī)活性改土劑施用量按0、3、6、9、12、15 t/hm2設(shè)計(jì)為6個(gè)處理，分別為處理1～6，以處理1為對(duì)照(CK)，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

1.2.3 馬鈴薯種植方法

將膠木桶沖洗干凈，用0.20%的高錳酸鉀浸泡10 min，然后分別稱取過10 mm篩的風(fēng)干土10 kg與不同處理的有機(jī)活性改土劑混合均勻后裝入膠木桶內(nèi)。將膠木桶放置在室外，每個(gè)膠木桶澆水5 000 mL，使土壤自然含水量達(dá)到50%。澆水5 d后，將膠木桶內(nèi)土壤淺耕后播種馬鈴薯，播種深度5 cm，每桶播種4株，并在桶上覆蓋一層地膜。出苗后去掉地膜，出苗7 d后間苗，每桶留3株。每隔5天每桶定量澆水3 000 mL，使土壤自然含水量達(dá)到30%。

1.2.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

每個(gè)膠木桶中的馬鈴薯單獨(dú)收獲，將膠木桶產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。馬鈴薯收獲后分別在膠木桶內(nèi)采集耕層0～20 cm土樣4 kg，用四分法帶回1 kg混合土樣在室內(nèi)風(fēng)干后進(jìn)行化驗(yàn)分析(測(cè)土壤容重、團(tuán)聚體含量用環(huán)刀取原狀土)。土壤容重采用環(huán)刀法；土壤孔隙度采用計(jì)算法；土壤團(tuán)聚體含量采用干篩法；堿解氮含量采用擴(kuò)散法；速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法；pH值采用5∶1水土比浸提，德國(guó)WTW臺(tái)式pH計(jì)測(cè)定；飽和持水量、毛管持水量、非毛管持水量按有關(guān)公式求得[8-9]。

1.2.5 數(shù)據(jù)處理方法

土壤理化性質(zhì)、土壤持水量、馬鈴薯產(chǎn)量均采用DPS V13.0軟件分析，差異顯著性采用多重比較，LSR檢驗(yàn)。有機(jī)活性改土劑最佳施用量按公式x0=[(Px/Py)-b]/2c求得[10]，馬鈴薯理論產(chǎn)量按肥料效應(yīng)回歸方程式y(tǒng)=a+bx+cx2求得[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)活性改土劑配方確定

2013年9月20日每個(gè)膠木桶單獨(dú)收獲，將馬鈴薯產(chǎn)量折合成公頃產(chǎn)量進(jìn)行正交試驗(yàn)分析(表2)，結(jié)果表明，4個(gè)因素按因素間效應(yīng)值(R)大小排序?yàn)镃(35.58)>B(32.93)>D(19.39)>A(5.81)，說明各因素對(duì)制種馬鈴薯產(chǎn)量的影響效應(yīng)大小為CO(NH2)2>改性糠醛渣>(NH4)2HPO4>5406菌肥。比較各因素不同水平的T值，可以看出：TA2>TA3>TA1, 說明馬鈴薯產(chǎn)量先隨5406菌肥施用量的增大而增加，當(dāng)5406菌肥施用量超過0.06 g/10kg土后，馬鈴薯產(chǎn)量又隨5406菌肥施用量的增大而降低；TB3>TB2>TB1，說明隨著改性糠醛渣施用量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量在增加；TC2>TC3>TC1，說明馬鈴薯產(chǎn)量先隨CO(NH2)2施用量的增大而增加，當(dāng)CO(NH2)2施用量超過5.32 g/10kg土，馬鈴薯產(chǎn)量又隨CO(NH2)2施用量的增大而降低；TD1>TD3>TD2，說明隨著(NH4)2HPO4施用量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量先減少后又增加，(NH4)2HPO4最適施用量為1.55 g/10kg土。從各因素的T值可以看出，有機(jī)活性改土劑因素間最佳組合為：A2(5406菌肥0.06 g/10kg土)、B3(改性糠醛渣66.66 g/10kg土)、C2〔CO(NH2)25.32 g/10kg土〕、D1〔(NH4)2HPO41.55 g/10kg土〕，即將5406菌肥、改性糠醛渣、CO(NH2)2、(NH4)2HPO4按質(zhì)量比0.000 8∶0.905 8∶0.072 3∶0.021 1混合得到的有機(jī)活性改土劑最佳。

表2 L9(34)正交試驗(yàn)分析

2.2 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2014年9月20日馬鈴薯收獲后，采集耕作層0～20 cm土樣測(cè)定其物理性質(zhì)可以看出，隨著有機(jī)活性改土劑施用量的增加，土壤容重在降低，孔隙度和團(tuán)聚體在增加。經(jīng)相關(guān)分析，不同劑量有機(jī)活性改土劑施用量與土壤容重呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.997 6，與總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和團(tuán)聚體呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.997 1、0.997 3、0.996 9和0.992 6。有機(jī)活性改土劑施用量為15 t/hm2時(shí)，與對(duì)照比較，土壤容重降低10.29%，總孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和團(tuán)聚體分別增加10.85%、10.87%、10.82%和31.59%，差異均為極顯著(P<0.01)(表3)。

表3 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

注：同列數(shù)據(jù)之間大寫字母不同表示在0.01水平上差異顯著，小寫字母不同表示在0.05水平上差異顯著，下同。

2.3 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤持水量的影響

由表4可知，隨著有機(jī)活性改土劑施用量的增加，土壤持水量在增加。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)活性改土劑施用量與土壤飽和持水量、毛管持水量、非毛管持水量呈正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.997 1、0.997 6、0.996 9。有機(jī)活性改土劑施用量為15 t/hm2時(shí)，與對(duì)照比較，飽和持水量、毛管持水量和非毛管持水量分別增加10.85%、10.87%和10.82%，差異極顯著(P<0.01)。

表4 施用有機(jī)活性改土劑對(duì)0～20 cm土壤持水量的影響 t/hm2

2.4 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤pH值及有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的影響

由表5可知，隨著有機(jī)活性改土劑施用量的增加，土壤pH值在降低，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀在增加。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)活性改土劑施用量與土壤pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.966 2，與有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效磷和速效鉀呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.999 8、0.925 4、0.895 1和0.754 6。有機(jī)活性改土劑施用量為15 t/hm2時(shí)，與對(duì)照比較，pH值降低6.24%，差異顯著(P<0.05)；有機(jī)質(zhì)和速效磷含量分別增加14.97%和25.43%，差異極顯著(P<0.01)；堿解氮含量增加6.85%，差異顯著(P<0.05)；速效鉀含量增加2.16%，差異不顯著(P>0.05)。

表5 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)土壤pH值及有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分的影響

2.5 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

由表6可知，隨著有機(jī)活性改土劑施用量梯度的增加，馬鈴薯產(chǎn)量在增加。經(jīng)相關(guān)分析，有機(jī)活性改土劑施用量與馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.971 2。有機(jī)活性改土劑施用量為15 t/hm2時(shí)，與對(duì)照比較，馬鈴薯增產(chǎn)45.91%，差異極顯著(P<0.01)。

表6 有機(jī)活性改土劑施用量對(duì)馬鈴薯增產(chǎn)效果和經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.6 不同劑量有機(jī)活性改土劑對(duì)馬鈴薯施肥效益的影響

由表6可知，有機(jī)活性改土劑施用量由3 t/hm2增加到12 t/hm2時(shí)，馬鈴薯施肥效益隨著有機(jī)活性改土劑施用量的增加而遞增，當(dāng)有機(jī)活性改土劑施用量大于12 t/hm2時(shí)，施肥效益開始下降。由此可見，馬鈴薯有機(jī)活性改土劑適宜用量為12 t/hm2。

2.7 有機(jī)活性改土劑最佳施用量的確定

將馬鈴薯產(chǎn)量與不同劑量有機(jī)活性改土劑間的關(guān)系應(yīng)用肥料效應(yīng)回歸方程y=a+bx+cx2擬合，得到的回歸方程為

y=27.270 0+1.681 0x-0.058 4x2

(1)

對(duì)回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明回歸方程擬合良好。有機(jī)活性改土劑價(jià)格(Px)為340.90元/t，2014年馬鈴薯市場(chǎng)收購價(jià)格(Py)為1 200元/t，將Px、Py、回歸方程的參數(shù)b和c，代入最佳施用量計(jì)算公式x0=[(Px/Py)-b]/2c，求得有機(jī)活性改土劑最佳施用量(x0)為11.96 t/hm2，將x0代入(1)式，求得馬鈴薯理論產(chǎn)量(y)為39.02 t/hm2，回歸分析結(jié)果與試驗(yàn)處理5(施用量12 t/hm2)基本吻合。

3 結(jié)論與討論

馬鈴薯種植田施用有機(jī)活性改土劑后，土壤容重降低，孔隙度增大，究其原因是有機(jī)活性改土劑中的改性糠醛渣使土壤疏松，增大了總孔隙度，降低了土壤容重。施用有機(jī)活性改土劑后土壤團(tuán)聚體增加，原因是有機(jī)活性改土劑中的改性糠醛渣在土壤微生物的作用下合成了土壤腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)中的酚羥基、羧基、甲氧基、羰基、羥基、醌基等功能團(tuán)解離后帶負(fù)電荷[12-14]，吸附了河西內(nèi)陸鹽土中的Ca2+，Ca2+是一種膠結(jié)物質(zhì)，促進(jìn)了土壤團(tuán)聚體的形成。施用有機(jī)活性改土劑后土壤持水量增加，究其原因是有機(jī)活性改土劑中的改性糠醛渣在土壤微生物的作用下合成了土壤腐殖質(zhì)，腐殖質(zhì)的最大吸水量可以超過500%[15-16]，提高了土壤飽和持水量。施用有機(jī)活性改土劑后土壤速效氮磷鉀增加，這與有機(jī)活性改土劑含氮磷鉀有關(guān)。施用有機(jī)活性改土劑后土壤pH值有所降低，原因是有機(jī)活性改土劑中的改性糠醛渣，被土壤微生物分解后產(chǎn)生的有機(jī)酸降低了土壤的酸堿度。研究結(jié)果表明：不同有機(jī)活性改土劑施用量與土壤總孔隙度、團(tuán)聚體、持水量、有機(jī)質(zhì)、速效氮磷鉀和馬鈴薯產(chǎn)量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系；與土壤容重、pH值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。有機(jī)活性改土劑經(jīng)濟(jì)效益最佳施用量為11.96 t/hm2，此施用量下馬鈴薯理論產(chǎn)量為39.02 t/hm2。

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(責(zé)任編輯 徐素霞)

科技部國(guó)家星火項(xiàng)目(2011GA860023)

S156.2

A

1000-0941(2016)11-0064-04

楊文霞(1968—),女, 甘肅酒泉市人，農(nóng)藝師，碩士，主要研究方向?yàn)樾滦凸δ苄苑柿虾铣?；?zhí)筆人潘艷花(1985—),女, 甘肅酒泉市人，農(nóng)藝師，碩士，主要研究方向?yàn)樾滦凸δ苄苑柿虾铣伞?/p>

2015-07-17