李晨昱，盧樹(shù)昌

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300384）

冬小麥、夏玉米復(fù)種是華北平原糧食作物的主要種植體系[1]，為了追求高產(chǎn)，人們大量使用農(nóng)藥化肥導(dǎo)致土壤問(wèn)題嚴(yán)重。目前北方土壤主要表現(xiàn)在土壤結(jié)構(gòu)破壞、板結(jié)、鹽堿化、化學(xué)質(zhì)地等退化現(xiàn)象[2-4]。雖然近幾年農(nóng)民已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注農(nóng)田土壤問(wèn)題，但化肥施用量依舊過(guò)量，農(nóng)田土壤質(zhì)量呈下降趨勢(shì)[5]。許多學(xué)者通過(guò)施用土壤調(diào)理劑改善土壤狀況[6-9]，研究土壤調(diào)理劑對(duì)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)效益的影響。但該方面研究大多局限于盆栽或田間一茬試驗(yàn)，研究的時(shí)間短、范圍小，缺少農(nóng)田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)示范研究。基于此，本文研究不同種類及配比的土壤調(diào)理劑施用對(duì)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)效益影響，設(shè)置三茬田間定位試驗(yàn)，以選出最優(yōu)種類或配比，達(dá)到提升作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)在天津市武清區(qū)大孟莊鎮(zhèn)后幼莊村進(jìn)行，此處地處華北平原東北部，海河流域下游，溫帶季風(fēng)氣候，海拔12 m，種植面積133 hm2。該區(qū)種植制度以夏玉米、冬小麥復(fù)種為主，水肥管理均為大水大肥的傳統(tǒng)管理方式。供試土壤質(zhì)地為輕壤土，容重偏高，保水保肥性能較差，有機(jī)質(zhì)含量豐富，氮磷含量充足，有輕度鹽漬化，堿性，土壤存在氮磷積累較重、碳氮表層失調(diào)、鹽漬化等退化問(wèn)題。試驗(yàn)田土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)田土壤基本理化性質(zhì)

1.2 供試材料

玉米品種為‘銳步1號(hào)’，生育期110 d；小麥品種為‘良星 77’，生育期248 d。

腐植酸來(lái)自天津休美特國(guó)際貿(mào)易有限公司；生物炭是秸稈經(jīng)過(guò)處理制作的草本生物炭，來(lái)自寧河林場(chǎng)；明礬（硫酸鋁鉀）來(lái)自山東東泰公司；硅鈣來(lái)自山東金正大公司。供試調(diào)理劑基本理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 供試調(diào)理劑基本理化性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

試驗(yàn)設(shè)置 7個(gè)處理，T1（不施調(diào)理劑），T2腐植酸（1 500 kg/hm2），T3 生物炭（24 000 kg/hm2），T4明礬（2 250 kg/hm2），T5硅鈣（1 500 kg/hm2），T6 生物炭（12 000 kg/hm2）＋明礬（1 125 kg/hm2），T7腐植酸（500 kg/hm2）＋生物炭（8 kg/hm2）＋明礬（0.75 kg/hm2）。每處理重復(fù) 3 次，共計(jì)21個(gè)小區(qū)，種植小區(qū)面積為25 m2（7.5 m×3.33 m），東西兩側(cè)分別設(shè)置保護(hù)行。

第一茬夏玉米2017年6月19日播種，2017年10月7日收獲，種植密度為6×104株/hm2，株距25～30 cm，小行50 cm，大行60～70 cm；第二茬小麥品種為‘良星77’，2017年10月11日播種，播種量為338 kg/hm2，2018年6月13日收獲。第三茬夏玉米2018年6月14日播種，2018年10月1日收獲，種植同第一茬。

夏玉米6月中旬施底肥磷酸二銨600 kg/hm2，灌水1次；冬小麥10月中上旬施底肥磷酸二銨375 kg/hm2，灌水1次，次年3月中下旬灌返青水，隨水施尿素375 kg/hm2，5月中下旬灌水1次。

1.4 樣品的采集和測(cè)定

1.4.1 樣品采集

在第一茬夏玉米種植前、第一茬夏玉米收獲后、第二茬冬小麥?zhǔn)斋@后和第三茬夏玉米收獲后，采集0～30、30～60、60～90 cm土壤樣品。并在夏玉米和冬小麥成熟后收獲各小區(qū)代表性植株，測(cè)定植株總生物量、籽粒產(chǎn)量。

1.4.2 樣品分析

植物養(yǎng)分測(cè)試方法:樣品消煮采用 H2SO4-H2O2法；待測(cè)液氮磷鉀測(cè)定分別采用凱氏定氮法、鉬黃比色法、火焰光度計(jì)法測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 作物籽粒產(chǎn)量

由圖1可以看出，第一茬夏玉米產(chǎn)量只有T7處理低于對(duì)照，其中 T2處理最高，T5次之，分別比對(duì)照增產(chǎn)17.63%、16.75%；第二茬冬小麥產(chǎn)量只有T2處理低于對(duì)照，其中T6處理最高，T7處理次之，分別比對(duì)照增產(chǎn)16.76%、13.95%；第三茬夏玉米產(chǎn)量T3＞T6＞T4＞T5＞T1＞T7＞T2，其中T3處理最高，為7.21×103kg/hm2，T6處理次之，為7.20×103kg/hm2，T3、T6處理分別比對(duì)照增產(chǎn)6.53%、6.37%，T2、T7比其他處理小。由此可知，T2、T5處理對(duì)第一茬夏玉米增產(chǎn)效果最好，T6和T7處理對(duì)第二茬冬小麥增產(chǎn)效果較好，T3、T6處理對(duì)第三茬夏玉米增產(chǎn)效果較好。綜合三茬產(chǎn)量分析，T3、T6處理增產(chǎn)效果最好。

圖1 不同處理三茬試驗(yàn)作物籽粒產(chǎn)量狀況

2.2 作物氮磷鉀養(yǎng)分吸收

不同處理作物氮磷鉀素吸收情況見(jiàn)圖2。第一茬夏玉米各處理總吸氮量只有T7處理低于對(duì)照，其中T5處理最大，為154.81 kg/hm2，T6處理次之，為153.42 kg/hm2；第二茬冬小麥氮素吸收試驗(yàn)結(jié)果表明，各處理總吸氮量均高于對(duì)照，T6處理最大，為 354.87 kg/hm2，T7處理次之，為 323.74 kg/hm2；第三茬夏玉米總吸氮量為 T6＞T4＞T3＞T1＞T5＞T2＞T7，T6 處理最大，為 159.14 kg/hm2。綜合三茬作物氮素吸收情況，T6處理促進(jìn)氮素吸收效果最好，三茬總吸氮量分別為153.42、354.87、159.14 kg/hm2。

第一茬各處理夏玉米總吸磷量為 T3＞T2＞T5＞T6＞T1＞T4＞T7，只有T4和T7處理低于對(duì)照，其中T3處理最大，為52.18 kg/hm2，T2處理次之，為51.58 g/hm2；第二茬冬小麥總吸磷量為T2＞T5＞T6＞T3＞T7＞T4＞T1，各處理均高于對(duì)照，其中T2最高，為105.34 g/hm2，T5次之，為97.54 g/hm2；第三茬夏玉米總磷素吸收情況為T4＞T6＞T3＞T1＞T5＞T2＞T7，其中 T4、T6、T3處理促進(jìn)第三茬夏玉米對(duì)磷素的吸收，T4處理最高，為113.53 kg/hm2。綜合三茬作物磷素吸收情況，T3、T6處理對(duì)作物磷素吸收效果較好。

第一茬夏玉米總吸鉀量為 T3＞T1＞T2＞T7＞T6＞T5＞T4，只有 T3處理促進(jìn)作物對(duì)鉀素的吸收，總吸鉀量為188.10 g/hm2；第二茬冬小麥總吸鉀量只有 T2處理低于對(duì)照，T6處理最大，為250.60 kg/hm2，T5處理次之，為233.97 kg/hm2；第三茬夏玉米各處理總吸鉀量情況為 T5＞T6＞T2＞T4＞T3＞T1＞T7，只有 T7處理抑制鉀素的吸收，其中 T5處理最高，為 199.90 kg/hm2，T6處理次之，為191.40 kg/hm2。綜合三茬作物鉀素吸收情況，T3、T6處理對(duì)作物鉀素吸收效果較好。

圖2 不同處理定位階段氮磷鉀養(yǎng)分吸收狀況

2.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

第一茬夏玉米種植投入情況為 T1＜T4＜T2＜T5＜T7＜T6＜T3，調(diào)理劑處理中T4最少，為1.10萬(wàn)元/hm2，T3處理最高，為5.11萬(wàn)元/hm2。除了T7處理，其他處理產(chǎn)出均高于對(duì)照，其中 T2處理最大，為2.26萬(wàn)元/hm2，T7處理最小，為1.86萬(wàn)元/hm2。純收益情況為T2＞T5＞T4＞T1＞T7＞T6＞T3，T2處理最高，為1.13萬(wàn)元/hm2，T3處理最低，為-2.93萬(wàn)元/hm2；第二茬冬小麥投入各處理情況相同，均為9 757.5元/hm2。除了T2處理外，其他各處理產(chǎn)出均高于對(duì)照，其中T6處理最大，為2.61萬(wàn)元/hm2，T2處理最小，為2.09 萬(wàn)元/hm2。純收益情況為 T6＞T7＞T5＞T4＞T3＞T1＞T2，除T2處理外，其他各處理均高于對(duì)照；第三茬夏玉米種植投入各處理均為1.03萬(wàn)元/hm2。T3、T4、T6處理產(chǎn)出高于對(duì)照，其中 T3、T6處理最大，為1.44萬(wàn)元/hm2，T2處理最小，為0.89萬(wàn)元/hm2。純收益方面只有T4和T5處理高于對(duì)照，分別為0.35萬(wàn)元/hm2和0.33萬(wàn)元/hm2。

各處理三茬作物產(chǎn)出為 T5＞T6＞T3＞T4＞T1＞T7＞T2，T5處理最高，為6.15萬(wàn)元/hm2，T6次之，為6.10萬(wàn)元/hm2，再次為T3處理，為5.97萬(wàn)元/hm2，只有T2、T7處理低于對(duì)照，分別為5.24萬(wàn)元/hm2和 5.41萬(wàn)元/hm2。經(jīng)過(guò)三茬種植，純收益順序?yàn)?T5＞T4＞T1＞T2＞T6＞T7＞T3，只有T4和T5處理高于對(duì)照，分別為2.82萬(wàn)元/hm2和2.91萬(wàn)元/hm2，T3處理最低，為-1.15元/hm2。綜合分析經(jīng)濟(jì)效益方面，經(jīng)過(guò)三茬種植，T4、T5處理最好，T6、T7處理已經(jīng)轉(zhuǎn)為盈利狀態(tài)，T3處理有扭虧為盈的趨勢(shì)，見(jiàn)表3。

表3 各處理投入產(chǎn)出效益 萬(wàn)元/hm2

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

生物炭作為土壤調(diào)理劑在農(nóng)業(yè)方面有巨大潛力[10]，生物炭施用到土壤中可以提高作物產(chǎn)量[11-12]。黃連喜等[13]通過(guò)田間試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，花生殼生物炭可使蔬菜增產(chǎn) 6.2%～96.5%。筆者通過(guò)三茬定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物炭和生物炭＋明礬處理對(duì)作物的增產(chǎn)效果較好，生物炭處理對(duì)夏玉米的增產(chǎn)效果最高，第一茬和第三茬分別達(dá)到 11.34×103kg/hm2和7.21×103kg/hm2，夏玉米籽粒產(chǎn)量則是生物炭＋明礬處理最好，為10.28×103kg /hm2。可能是由于明礬本身強(qiáng)酸性和溶于水后的吸附性能[14]，與生物炭配施改善土壤狀況效果更好，增加了產(chǎn)量。劉賽男[15]通過(guò)田間和室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)得出土壤添加生物炭后，可以顯著提高玉米中磷鉀的含量。生物炭對(duì)水稻產(chǎn)量和氮磷鉀養(yǎng)分吸收也有良好的作用[16]，本試驗(yàn)也得出相同的結(jié)果。

在4種調(diào)理劑材料中，生物炭的價(jià)格最高且施用量較多，添加生物炭的處理成本較其他處理高，但只一次施用，且后續(xù)效果好，生物炭、生物炭＋明礬和腐植酸＋生物炭＋明礬處理多年經(jīng)濟(jì)效益高。

3.2 結(jié)論

T3、T6處理增產(chǎn)效果最明顯；T6處理促進(jìn)氮素吸收效果最好，T3、T6處理對(duì)作物磷素吸收效果較好，T3、T6處理促進(jìn)作物鉀素吸收效果較好；T4、T5處理經(jīng)過(guò)三茬作物種植的總產(chǎn)出效益好，T3、T6處理增加效益趨勢(shì)好。

綜合作物產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和經(jīng)濟(jì)效益情況分析，改善效果較好的是 T3（生物炭）、T6（生物炭＋明礬）處理。雖然從經(jīng)濟(jì)效益來(lái)看，經(jīng)過(guò)三茬種植后T2（腐植酸）和T5（硅鈣材料）處理較好，但就長(zhǎng)期來(lái)看，T3（生物炭）、T6（生物炭＋明礬）處理對(duì)土壤的改良增產(chǎn)效果較好，投入產(chǎn)出效益的增加趨勢(shì)好，還需長(zhǎng)期定位試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步分析研究。