生物有機肥配施改良劑對濱海鹽土的改良效果研究

江勝國

摘? ? 要：土壤鹽漬化是限制濱海地區生態環境及農業經濟發展的關鍵因素。為提高濱海鹽土的土壤生產力，探索適宜于濱海鹽土改良的有效措施，以濱海鹽漬稻田土為研究對象，設計不同物料組合添加，分析有機肥、有機肥+禾康、有機肥+黑里俏、有機肥+黃腐酸鉀、對照處理下的土壤基本理化性狀的變化及其對水稻產量影響。結果表明：不同有機無機處理的表層土壤[質量]密度降低了3.9%～11.4%，土壤孔隙度增加了7%～44%；土壤pH值和鹽分含量最低的為有機肥+禾康處理。有機物料添加提高了土壤養分含量，有機肥+禾康處理的SOC、AN、AP含量均顯著高于其他處理，而有機肥+黃腐酸鉀處理的AK含量最高（294 mg·kg）；與CK對比，有機無機處理土壤脲酶活性顯著提高19%～38%，其中有機肥+黃腐酸鉀處理的脲酶活性和堿性磷酸酶活性均顯著高于其他處理。不同處理水稻產量在9 030～10 699 kg·hm之間，相比較于對照增加了4.5%～18.4%，其中有機肥+莖腐酸鉀處理的水稻產量和千粒質量最高?；赗DA分析，認為土壤孔隙度和氮素是影響水稻產量的主要因素，影響率分別為39.1%、21.1%。綜合分析得出，不同物料組合模式中有機肥+禾康和有機肥+黃腐酸鉀的改良效果較優。

關鍵詞：生物有機肥；濱海鹽漬土；土壤理化性狀；水稻產量；冗余分析

中圖分類號：S158.3? ? ? ? ?文獻標識碼：A?   ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.09.010

Study on the Improvement Effect of Bioorganic Fertilizer Combined with Modifier on Coastal Saline Soil

JIANG Shengguo

（1. Tianjin North China Geological Exploration Bureau， Tianjin 300170， China; 2. Tianjin Geology Research and Marine Geological Center， Tianjin 300170， China）

Abstract： Soil salinization belongs to the key factor limiting the development of coastal ecological environment and agricultural economy. In order to improve the soil productivity of coastal saline soil and explore effective measures which are suitable for the improvement of coastal saline soil， this paper took paddy soil of the coastal saline as the research object to design 5 experimental treatments with different material combinations， including organic fertilizer， organic fertilizer + hekang， organic fertilizer+heiliqiao， organic fertilizer+potassium fulvic acid and control plot， which analyzed the changes of soil basic physical and chemical properties and their effects on rice yield. The results showed that surface soil bulk density decreased by 3.9%-11.4% and soil porosity increased by 7%―44% under different organic and inorganic treatments. The lowest pH and salt content of soil was found in organic fertilizer+hekang? treatment. The content of SOC， AN and AP in? organic fertilizer+hekang? treatment was significantly higher than other treatments， while the content of AK in Organic fertilizer+BSFA treatment was the highest （294 mg·kg-1）. Compared with CK， soil urease activity in organic and inorganic treatments was significantly increased by 19%-38%， and urease activity and alkaline phosphatase activity in organic fertilizer+BSFA treatment were significantly higher than other treatments. Rice yield under different treatments was between 9 030 kg·hm-10 699 kg·hm， increased by 4.5%-18.4% compared with CK， and rice yield and thousand-grain weight under organic fertilizer+BSFA treatment were the highest. Based on RDA analysis， it was concluded that soil porosity and nitrogen were the main factors affecting rice yield， and the influencing rates were 39.1% and 21.1% respectively. The comprehensive analysis shows that the improvement effect of organic fertilizer+hekang and organic fertilizer+potassium fulvic acid is better in different material combination modes.

Key words： bioorganic fertilizer; coastal saline soil; soil physical and chemical properties; rice yield; redundancy analysis

土壤鹽漬化已成為制約農林業生產發展和土地利用效率提高的主要因素[1]。據世界糧食和農業組織統計，全球鹽漬化土地總面積約為1.1×10 hm，占土地總面積的25%，并以每年1.4%的速度繼續擴大[2]。中國的鹽漬土總面積為3.69×10 hm，廣泛分布在5個氣候帶上，從沿海到內陸，從潮濕到極度干旱[3-4]。其中，沿海地區土壤鹽分的種類和發生特征較為復雜，涉及原始母質、氣候、地形、人類活動帶來的一些因素[5]。沿海地區經常發生季節性鹽堆積和鹽淡化，主要是海水不斷沖刷和高鹽度淺層地下水蒸發造成的。多種因素相互作用導致濱海鹽漬土具有典型的土壤團聚體結構差、透水透氣性差、肥料保持性差等特征，使濱海鹽漬土的修復更加困難[6]。

生物有機肥是一種常見的商業肥料，主要由作物秸稈分解、雞糞和牛糞腐熟而成[7]。選擇適宜的生物有機肥，提高濱海鹽漬土的土地生產力，對濱海鹽堿地資源的綜合利用具有指導意義。前人研究發現，有機肥可以提高鹽漬土壤有機質和速效養分含量，改善土壤結構，同時還可以促進土壤脫鹽[8-9]。此外，鹽漬土改良也常使用酸性土壤調理劑調節土壤pH值，如禾康和黑里俏等，其中含有大量的酸性官能團，可通過絡合和溶解激活土壤中Ca和Mg，以取代被土壤膠體吸附的鈉離子，同時結合灌溉措施淋洗耕層的Na到底層中[10]。Liu等[3]研究發現，富里酸添加減少了鹽堿地的Na和Cl含量，促進了土壤脫鹽和養分提升。納米碳等農業納米材料在作物生產和環境保護方面的廣泛前景已經引起了相當大的關注[11]。Yan等[9]報道了在鹽堿地中添加納米碳改性劑顯著提高了土壤質量，降低了土壤表層鹽分含量。但以上研究多數重點關注單一物料施用下土壤性狀的變化，且缺少土壤基本理化性質變化對水稻生長及產量的影響因素分析。因此，本試驗以濱海鹽漬稻田土為研究對象，分析在不同改良物料結合下土壤理化性狀及水稻產量的變化，探討物料添加后土壤性狀之間的關系及其對作物的影響，明確各改良模式在濱海稻田鹽漬土中的應用效果，以期為該地區鹽漬土資源的高效利用提高理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

研究區位于天津小站稻產業振興規劃區內，主要包括寶坻區黃莊鎮及其周邊區域，屬于河流沖積型和濱海型平原地貌，地形以平原為主。由于永定河沖積扇尾部向東緩慢傾斜，造成區內地勢從西北至東南呈逐漸降低的趨勢。南部由于地勢低洼和第四紀經歷海侵等原因，表層沖海積沉積層發育，土壤類型多為鹽化潮土。研究區屬大陸性—暖溫帶半干旱、半濕潤季風氣候，主要受季風環流的支配，四季分明、春季多風、干旱少雨；年平均氣溫11.4～12.9 ℃，年平均降水量為520～660 mm，降水天數63～70 d；年蒸發量為1 500～2 000 mm，全年以5月份蒸發量最大；年日照時數2 470～2 900 h，全年5月份日照最長，總輻射量也最大；7、8月份平均相對濕度最大，相對濕度達80%。

選擇試驗地塊位于天津市優質農產品開發示范中心試驗基地（N 117°30'43''，E 39°25'32''），種植小站稻，其基本性質見表1，土壤黏粒占比較大，為47%～49%，土壤質地為黏土，實地調查土壤pH值較高，平均鹽分含量在2～2.3 g·kg，有機質與速效養分含量較低。

1.2 供試材料

試驗共采用4種物料：分別為生物有機肥、禾康、黑里俏、黃腐酸鉀。其中，生物有機肥選用具有標準生產條件，符合NY525—2012《有機肥料標準》，有機質≥45%，總養分（N+PO+KO）≥6%的有機肥產品，產品性狀為黑色固體顆粒，生物有機肥由南京寧良生物肥料有限公司生產提供。禾康是一種液體鹽堿改良劑，主要成分為水解馬來酸酐，購自北京飛鷹綠地科技有限公司。黑里俏由納米碳經電極法生成酸性納米碳溶膠，為黑色液體富含負電荷，pH在2～3，稀釋后溶于水中噴灑在田間，該物料購自南京佳瑪馳生態有限公司生產。黃腐酸鉀內含微量元素、稀土元素、植物生長調節劑、病毒抑制劑等多種營養成分，黃腐酸≥50%，有機質≥40%，該物料購自山東億品高新生物科技有限公司。

1.3 試驗設計

試驗設計了5個處理：對照、有機肥、有機肥+禾康、OB有機肥+黃腐酸鉀、有機肥料+黑里俏。各處理物料施用量按照表2所示。除有機肥外，其他改良劑均在整地后插秧前用水稀釋沖進試驗場。插秧前1周，將有機肥在0～20 cm土層混勻。每個處理在不相連的試驗田重復3次。每個地塊由覆蓋塑料膜的田間溝隔開，土層深度為70 cm。水稻全生育期施氮量為225 kg·hm，基底期（插秧前）、分蘗期和孕穗期施氮量分別占總施氮量的50%、30%、20%；施等量磷肥（60 kg·hm，過磷酸鈣）和鉀肥（5 kg·hm，氯化鉀）作為基肥。本次設計施肥量皆為純量。

1.4 樣品采集

在整地前、分蘗期、收獲后采集各小區0～20 cm、20～40 cm的土樣用來分析不同土壤鹽基離子的變化。每次采集小區四角及中央共5個樣品，之后混合成1個樣品，帶至實驗室風干、磨碎、過 1 mm 篩后，用于土壤指標的測定。

土壤[質量]密度：環刀法，用預先稱質量的100 cm3環刀計為W，取未經擾動的原狀土壤置于烘箱中烘干至恒質量，此時環刀加干土質量計為W，計算單位容積（cm）的烘干土質量。在室內將環刀的上下蓋取下，一端換上帶網孔和濾紙的底蓋，并將該環刀放入盛薄層水的瓷盤中，盤內水深保持在2～3 cm之間，浸入時間為8～12 h或更長；擦干環刀外水分并稱質量W。

土壤[質量]密度（g·cm）=（W-W ）/V

土壤總孔隙度=（W-W ）/V×100%

土壤鹽分按照質量法測定。土壤鹽基離子含量測定方法：K+和Na+采用火焰光度計法測定，Ca和Mg采用原子吸收法測定，HCO? 采用滴定法測定，SO 則采用硫酸鋇比濁法測定，Cl采用硝酸銀滴定法測定。土壤電導率（EC）采用電導法，pH采用電位法，土水比1∶5土壤浸提液，分別用F-38型電導率電極和F-20型pH電極（上海梅特勒托利多國際貿易有限公司，上海，中國）進行測定。

土壤有機碳（SOC）：采用高溫外加熱重鉻酸鉀氧化-滴定法[12]。土壤堿解氮：采用堿解擴散法測定[12]。土壤速效鉀：采用火焰光度法（FP6410，京科分析儀器，上海，中國）[13]。土壤有效磷：采用鉬藍比色法[14]和鉬銻抗比色法測定[13]。采用酶活性試劑盒提取土壤堿性磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶，酶標儀（Epoch2， BioTek， USA）測定土壤堿性磷酸酶、脲酶和過氧化氫酶。土壤酶活性檢測試劑盒由北京Solarbio科技有限公司提供。

1.5 數據處理與分析

土壤理化數據采用Microsoft Excel 2007進行處理。使用SPSS 20.0采用單因素方差分析和Duncan新多重比較檢驗比較了不同處理間的顯著差異（P<0.05）。所有圖表由Origin 2022b繪制。

2 結果與分析

2.1 不同處理下土壤物理性狀變化

土壤[質量]密度的大小在一定程度上可以反映土壤的松緊度，間接反映土壤的結構狀態。[質量]密度適宜，表明土壤疏松多孔、結構性良好，這種狀態適宜作物生長[15]。如圖1所示，不同處理間的土壤[質量]密度呈現顯著差異（P<0.05），表層（0～20 cm）土壤[質量]密度在1.27～1.43 g·cm，20～40 cm 土層[質量]密度變化范圍為1.35～1.43 g·cm，相比較對照，不同有機無機處理的土壤[質量]密度分別降低了3.9%～11.4%（0～20 cm）、1.4%～5.13%（20～40 cm）。由此可以得出，表層土壤[質量]密度的降低幅度大于底層。

土壤中的所有物理性狀主要是由土壤結構所反映[16]。土壤結構中最重要的部分就是土壤孔隙結構，土壤結構決定了土壤的水分供應和保持能力，也是土壤和大氣中氣體交換以及土壤中生物活動的場所[17]。不同處理下土壤孔隙度之間的變化特征如圖1所示，不同處理間的土壤孔隙度呈現顯著差異（P<0.05），且表現為有機肥+禾康>有機肥+黑里俏>有機肥+黃腐酸鉀>有機肥>對照，變化范圍為39%～57%。土壤孔隙度在不同土層之間表現為隨土壤深度增加而降低。相較于對照，不同處理的土壤孔隙度增加了7%～44%（0～20 cm）、1%～30%（20～40 cm）。 2.2 不同處理下土壤化學性狀變化

2.2.1 土壤pH值、電導率和鹽分變化 不同改良模式下的土壤pH值和鹽分、電導率的研究如圖2，不同處理間的鹽分和pH值差異較小，pH值變化范圍8.3～8.5，最小的處理為有機肥+禾康、有機肥+黃腐酸鉀。表層鹽分變化范圍在1.6～1.9 g·kg之間，鹽分最高的為對照，較低的處理則為有機肥+黑里俏，這與土壤pH值的變化規律相反，與電導率的變化規律相似。有機肥+禾康>對照>有機肥>有機肥+黃腐酸鉀>有機肥+黑里俏。電導率變化范圍在333～377 μs·cm，表現為：有機肥+禾康>對照>有機肥>有機肥+黃腐酸鉀>有機肥+黑里俏。20～40 cm土壤pH變化較小，鹽分含量范圍為1.6～2.1 g·kg，不同處理之間表現為有機肥含量較高為2.1 g·kg，有機肥+黑里俏和有機肥+禾康的鹽分含量較低為1.6 g·kg?？傮w表現為隨著土層的加深，鹽分含量、土壤pH值和電導率都有所增加。

2.2.2 土壤SOC和養分變化 如表3所示，改良處理有機碳含量均表現出隨土層的加深而逐漸降低，不同處理在0～20 cm、20～40 cm土層的有機碳含量均顯著高于對照。0～20 cm土層有機碳含量9.10～10.46 g·kg，不同處理間具有顯著差異（P<0.05）。含量最高的處理為有機質+禾康，最低的則為對照處理。20～40 cm土層有機質含量在7.16～7.43 g·kg?？傮w上有機碳含量隨著土層的加深而降低，各處理排序為有機肥+禾康>有機肥+黃腐酸鉀>有機肥>有機肥+黑里俏>對照。同樣的，土壤速效養分含量的變化規律與有機碳相似，其中有效磷和水解性氮含量最高的均為有機肥+禾康處理，分別為30.97 mg·kg、76.00 mg·kg；而有機肥+黃腐酸鉀的速效鉀含量最高（294.00 mg·kg），且各處理的養分含量均高于對照。

2.3 不同處理下土壤酶活性變化

土壤酶是土壤生物活動的產物，其活性水平是土壤環境質量的良好生物學指標，可以用來評價土壤退化程度及管理措施的效果和可持續性[18]。鹽堿地土壤中酶活性的增加說明土壤肥力的提高，將有助于植物對土壤養分的吸收。對不同改良模式下土壤酶活性變化特征分析（圖3）發現，土壤過氧化氫酶在不同處理之間不具有顯著性差異，在不同土層間變化也較小，總體酶活性水平在116.04～118.01 μmol·d·g之間，表層0～20 cm、20～40 cm均以處理有機肥酶活性最高。除處理對照和有機肥+黃腐酸鉀，其他處理的土壤脲酶活性表現出隨土層增加而降低。相比較于對照，土壤脲酶在表層增加了19%～38%。土壤堿性磷酸酶（S-AKP）在不同處理間表現出顯著性差異（P<0.05），且除了處理有機肥+禾康以外，其他處理間的土壤堿性磷酸酶活性均隨著土層加深而規律性增大。其中，相比較于對照，有機質+禾康的表層增加幅度最大（103%），有機質+黃腐酸鉀的S-AKP在土層20～40 cm增幅最大，為173%。

2.4 不同處理下水稻產量變化及其與土壤性質相關性

對不同處理下的水稻產量進行分析，如圖4所示，各處理的水稻產量在9 033～10 699 kg·hm之間，與對照存在顯著差異（P<0.05），其中，有機肥+黃腐酸鉀處理的產量最高。對土壤理化性狀和水稻產量進行相關性分析得到，土壤pH值與土壤鹽分含量和EC顯著負相關，而與土壤養分如有機碳、速效鉀、水解氮呈顯著正相關關系。另外，水稻產量、千粒質量與土壤SOC、酶活性、土壤孔隙度、速效氮、速效磷含量呈顯著正相關關系，與土壤鹽分、pH值、土壤[質量]密度呈負相關關系。經過RDA因素分析得出每個指標對水稻產量的貢獻率（表4），RDA1解釋總變量的81.13%，RDA2解釋了6.70%，總解釋變量達到87.83%。其中，土壤孔隙度對水稻產量的解釋變量最大（39.10%），其次為土壤水解性氮含量及土壤脲酶活性，分別解釋產量變異21.10%、5.60%。

3 討論與結論

3.1 討論

改善土壤結構是緩解土壤板結，提高土壤保水保肥能力的關鍵要素。土壤孔隙是土壤結構的重要組成部分，孔隙結構和水力性質能夠直接或者間接地影響土壤水鹽運移、養分保持、微生物活動等其他特性[19]。本研究發現，應用組合物料的處理均顯著提高了土壤的孔隙度（圖1），其中有機肥+禾康、有機肥+黑里俏處理的土壤孔隙度較高，這與前人的研究結果相似[17]。已有不少研究表明，單獨施用有機肥是優化土壤結構的有效方法，可以迅速提高土壤孔隙度，平衡孔隙大小，改變土壤的透水性、通氣性[20]。李江濤等[20]研究發現，在土壤耕層添加有機肥使得土壤總孔隙度比施用化肥處理增加7.50%～11.30%。也有研究發現，單獨施用有機物料可以提高土壤的理化性質，如Yan等[9]研究得出單獨施用HPMA可以顯著提高土壤的孔隙度、降低土壤[質量]密度。而本研究分析了有機肥配施不同改良物料對土壤結構的影響，如配施 HPMA、納米碳、BSFA等有機無機物料，以上改良物料通過分泌有機酸，置換黏質離子Na，改善了土壤結構。土壤孔隙度增幅較大的處理為有機肥+禾康和有機肥+黑里俏，同時土壤[質量]密度也顯著低于對照。原因可能是有機酸中和作用和有機質的分解作用增加了土壤孔隙連通性，降低土壤[質量]密度[19]。

在本研究中，與對照相比，有機無機處理顯著降低了土壤pH值、EC和鹽分含量（圖2）。這一結果表明，有機肥與改良劑組合具有更高的鹽淋溶和調堿效率，這與前人對于有機改良劑應用的研究一致[21]。在稻田鹽漬土的應用中，添加有機改進劑則可以釋放H激活中和反應促進鹽分隨水淋洗[22]。研究發現，有機肥+禾康處理調節pH值和降低鹽含量的效果最好。這是由于有機肥中含有豐富的有機質可以分解有機酸中和堿性物質降低土壤pH值[23]，而改良劑禾康為酸性改良劑（pH=2.30），且含有水解的馬來酸酐，可以激活土壤中的Ca，取代土壤膠體中鹽害離子Na[24]。另外，有機無機處理均顯著提高了0～20 cm、20～40 cm土層的SOC和速效養分含量（表2）。有機物料中含有大量的活性官能團和微量營養元素，可快速促進肥料中營養素的釋放和轉化。例如，黑里俏改良劑的主要成分為納米級的碳粒子，通過與酸性溶液融合形成酸性改良劑，不僅具有調節土壤pH值的作用，還增加了與根系接觸的碳顆粒濃度和表面積，促進了養分的釋放和活化[9，25]。本研究還發現，有機肥+黃腐酸鉀處理比其他處理具有更高的AK含量。這是由于黃腐酸鉀含有大量羧基、酚等酸性官能團，還含有豐富的鉀元素[26]，從儲量上增加了土壤中的鉀素含量。

在對土壤理化性狀指標之間的相關性分析中得出，土壤pH值與鹽分、[質量]密度呈正相關，而與土壤養分、孔隙度呈負相關關系。這與前人的研究結果基本一致[27-28]。這是由于土壤pH值關系到土壤微生物的活動與土壤養分有效性，土壤pH值較高的情況下，會導致土壤緩沖性能差，保水保肥能力低，同時也會影響植物對養分的吸收[29]。而外源物料添加降低了耕層土壤[質量]密度，增加了土壤總孔隙度，促進作物根系向下生長，提高作物對根際土壤養分的利用，改善土壤離子化學環境，降低土壤對作物的鹽堿脅迫，促進了作物養分吸收，提高作物產量[30]。本研究結果也反映出復合物料添加處理均不同程度地增加了水稻產量和千粒質量，這與劉猷紅等[31]發現有機物料添加顯著增加水稻的穗粒數、千粒質量、結實率的研究結果相似。同時RDA分析反映出土壤孔隙度和土壤氮素是影響水稻產量的重要因素，物料添加促進了土壤孔隙度和養分含量的提升，從而顯著提高了水稻的產量。因此，在未來的田間應用管理中，應重點關注土壤氮素含量的變化，探索適宜于濱海稻田鹽土的最佳施氮量。

3.2 結論

有機無機物料添加顯著降低了土壤pH值、土壤[質量]密度、鹽分含量，提高了土壤孔隙度、有機碳、水解性氮、有效磷、脲酶、堿性磷酸酶的活性。同時，外源物料添加顯著提高了水稻的千粒質量和產量。有機肥配施改良劑對鹽漬土降鹽改土的效果優于單施有機肥，其中，有機肥+禾康和有機肥+黃腐酸鉀的改良效果較好。土壤pH值和鹽分含量與土壤孔隙度、有機碳、速效養分、酶活性以及水稻產量呈負相關關系，RDA分析顯示影響水稻產量的主要因素為土壤孔隙度及氮素含量。

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