施用不同改良剂对滨海盐渍化土壤性质和西兰花生长的影响

汪　峰，姚红燕*，顾増富，胡振华，柴伟纲，谌江华，戴瑶璐，周丽娜

(1.宁波市农业科学研究院，浙江 宁波　315040； 2.浙江恒海农业开发有限公司，浙江 慈溪　315316)

西兰花(BrassicaoleraceaL.varitalica)又名青花菜、绿花菜等，归属于十字花科芸苔属，以绿色花球为产品的甘蓝种的一个变种。西兰花富含蛋白质、膳食纤维、脂肪、矿物质、维生素和胡萝卜素等多种营养成份，被誉为“蔬菜皇冠”，是欧美等国家主要蔬菜品种之一。近年来，西兰花已成为我国沿海地区出口创汇蔬菜的主要品种之一，其中浙江省其年种植面积已超过1万hm2，占全国的50%，主要分布在台州、宁波、绍兴、嘉兴等地[1]。宁波杭州湾滨海围垦区作为浙江省蔬菜种植主要生产基地之一，西兰花目前已成为该地区主栽蔬菜品种。

宁波地区海涂资源丰富，滩涂总面积达872 km2，约占浙江全省滩涂资源的33.5%[2]，是浙江省非常重要的后备土地资源。滨海滩涂通过围垦可转变为农业用地，新围涂地虽然不再受海水的浸渍，但土壤中含盐量较高，还会出现季节性返盐现象。盐渍土作为我国最主要的中低产土壤类型之一，其生产力水平与土壤质量状况有非常密切的关系[3]。因此，对土壤水盐运移过程进行有效调控、消减盐碱障碍因子是滩涂农田地力提升、滩涂土地资源功能发挥的基础[4-5]。通过化学改良措施，如施用有机肥、菌渣和化学改良剂等，对盐碱障碍因子的消减、土壤肥力的提升具有积极作用[6-7]，并形成一大批专利成果[8]。针对苏北重度盐渍化土壤研究表明，有机肥(鸡粪堆肥)与覆盖集成措施具有良好水盐调控效应及作物生长促进作用，土壤盐化程度从重度降至中度[4]，玉米和大麦产量显著增加[5]。研究者同样也发现菌渣施用对东北苏打盐碱土的改良作用，施入菌渣后土壤全盐含量和pH均不同程度降低[9-11]。在盐碱土上施用如沸石、褐煤、磷矿粉等工农业废弃物作为化学改良剂，能够有效地改良盐碱土壤的理化性质。

虽有研究报道了有机肥、菌渣和化学改良剂对盐渍土壤性质的改善功能，但宁波杭州湾滨海围垦区内土壤类型(粗粉砂含量高，地下水位高)和气候条件与其他地区存在较大差别，而不同改良措施对该地区滩涂围垦农田土壤及西兰花生长影响也未见报道。本研究在杭州湾滨海围垦地区典型土壤中设置田间小区试验，以该地区农民大面积种植的西兰花为研究对象，探明施用有机肥、菇渣、化学改良剂对土壤性质及西兰花生长的影响，以期为滩涂围垦农田地力的快速提升以及滩涂盐碱障碍土壤的农业高效利用提供理论依据及实践指导。

1　材料与方法

1.1　研究区概况

研究区域位于浙江省慈溪市的杭州湾现代农业园区(30°19′ N，121°22 ′E)。该地区属亚热带季风性湿润气候，因濒临东海又带有海洋性季风气候特征。气候温暖多雨，年平均气温16.0 ℃，无霜期244 d，最热月均温28.2 ℃，最冷月均温3.8 ℃，年平均日照时数2 038 h。年降雨量为1 273 mm，蒸发量894 mm，同时降雨量季节波动性大，雨季特征明显，约60%的降雨量分布于5—9月，每年夏秋间多热带风暴或台风。研究区土壤为近代海相或河海相沉积物发育而成的滨海潮滩盐土，通过种植水稻等改良措施后土壤盐渍化程度较低。2015年9月试验开始时，土壤表层(0～20 cm)的基本理化性质为pH值8.52，电导率465 μS·cm-1，有机质24.4 g·kg-1，全氮1.46 g·kg-1，碱解氮103 mg·kg-1，有效磷31.4 mg·kg-1，速效钾374 mg·kg-1。

1.2　处理设计

供试作物西兰花品种喜鹊是研究区域西兰花主栽品种之一。西兰花于2015年8月26日播种育苗，9月21日移栽定植，2月16日收获完毕。栽培方式为传统畦栽，畦面宽1.5 m，沟宽40 cm，种植规格为60 cm×45 cm，每667 m2种植2 500株左右。

本试验中选用3种盐碱地障碍土壤改良剂和对照处理，共设置4个处理。(1)CK，不施用改良剂；(2)MR，施用菇渣15 t·hm-2；(3)OM，施用商品有机肥15 t·hm-2；(4)SA，施用化学改良剂，根据磷石膏、腐殖酸、硫酸铝和磷酸二氢钾4个组分按重量比为60∶28∶8∶4配方而成(中国科学院南京土壤研究所提供)，其用量为1.5 t·hm-2。土壤改良剂随基肥在种植前均匀翻入土壤。西兰花施用氮磷钾养分比为15∶15∶15的普通复合肥总量为900 kg·hm-2，50%作为基肥施入，其余分2次等量追施。小区面积为2.5 m×5 m，重复3次，随机区组排列。田间水分和病虫草害防治等田间管理措施与当地大棚栽培方法相同。

1.3　样品采集及测定方法

2月16日西兰花收获期抽样考查10株单株，考查株高、倒四叶叶片长×宽(成型，便于比较)、叶片展开度、球茎茎粗、花球直径、总鲜重、花球鲜重和茎鲜重。

西兰花收获期结束后，用不锈钢土钻(2 cm)按“S”形多点采集各试验小区的表层20 cm耕层土壤，混匀后用四分法留取1 kg左右，装入密封塑料袋中带回实验室。去除石块和根系，土样风干后研磨装袋，用于测定pH、电导率、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾等土壤理化性质。

土壤pH采用玻璃电极测定，水土比2.5∶1；土壤电导率采用电导法，水土比5∶1；土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定；全氮测定采用半微量开氏法；土壤碱解氮采用扩散法测定；有效磷测定采用Olsen-P法，钼锑抗比色测定；速效钾用醋酸铵浸提，火焰光度法测定，所有土壤理化性质依据《土壤农业化学分析方法》进行[12]。

1.4　数据处理与分析

多元统计分析中降趋对应分析(DCA)和冗余分析(RDA)在CANOCO 4.5软件中完成，用软件中的Forward选项寻找影响最显著的环境变量，采用蒙特卡罗排列检验进行显著性检验。数据统计分析采用SPSS 20.0软件，用单因素方差分析法(one-way ANOVA)中的Duncan法进行不同处理样本间的差异显著性检验(P<0.05)，采用Excel 2010软件作图。

2　结果与分析

2.1　施用不同改良剂对土壤性质的影响

研究区域土壤呈碱性，施用不同改良剂对土壤pH无显著影响。由表1可知，不同处理土壤电导率表现为MR

表1　不同土壤改良剂处理下的土壤理化性质

注：同列数据后无相同小写字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)。

2.2　施用不同改良剂对西兰花生物学性状的影响

调查了收获期西兰花株高、叶长、叶宽、展开度、茎粗、花球直径等生物学性状(图1)。施用不同改良剂的西兰花株高均显著增加，MR、OM和SA处理株高分别比CK增加23.0%，11.3%和7.9%。此外，MR处理也显著提高了作物的叶长(10.5%)、展开度(13.1%)、茎粗(16.1%)和花球直径(27.1%)，而OM和SA处理下叶长、叶宽、展开度、茎粗、花球直径与CK相比均无显著性差异。

柱间无相同小写字母表示处理间差异达显著水平(P<0.05)图1　施用不同改良剂处理对西兰花生物学性状的影响

2.3　施用不同改良剂对西兰花产量及经济效益的影响

施用不同改良剂显著影响西兰花产量。由表2可知，不同处理西兰花产量表现为MR>OM>SA>CK，其中MR处理的产量比CK增加62.2%。通过相关分析发现，西兰花产量与作物生物学性状(株高、叶长、展开度、茎粗和花球直径)呈显著正相关。

通过西兰花增加产值和改良剂投入成本计算当季增产效益。表2表明，与CK相比，MR处理增产效益可达28 455元·hm-2，其次为SA处理(2 442元·hm-2)，OM处理由于商品有机肥成本较高，增产效益不显著。增产效益与产量和作物生物学性状指标(株高、叶长、叶宽、展开度、茎粗和花球直径)均呈显著正相关。

表2　　　　施用不同改良剂对西兰花产量及经济效益的影响

注：西兰花以3.6元·kg-1收购，菇渣、有机肥、改良剂每吨价格分别为200、600、1 000元。

2.4　RDA分析

在多元统计分析中通过降趋对应分析(DCA)分析西兰花发育指标得到每个轴的长度均小于3，故选择基于线性模型的冗余分析(RDA)对土壤环境梯度进行直接排序分析，探讨土壤理化性质对西兰花产量及发育指标的影响。

RDA分析中的第1排序轴和第2排序轴分别解释了50.6%和28.1%的总变异，结果表明，土壤理化性质较好地解释西兰花产量和发育状况。由图2可知，不同处理的样品被明显区分开来，OM处理位于RDA1的正轴，而CK处理位于RDA1的负轴，影响RDA1的主要土壤指标包括电导率(EC)、有机质(SOM)、总氮(TN)和碱解氮(AN)；SA和MR处理位于RDA2的正轴，而CK和有机肥处理位于RDA2的负轴，而影响RDA2的主要土壤指标包括速效钾(AK)、电导率、碱解氮、有机质和全氮。

RDA排序分析中响应变量(西兰花发育指标)和解释变量(土壤指标)的夹角表示某一土壤因子与西兰花发育指标的相关性大小，夹角越小相关性越高。西兰花发育指标(如株高)与土壤速效钾、全氮和有机质和有较高的正相关，而与电导率和碱解氮呈负相关。通过相关分析进一步证实土壤电导率与西兰花的株高呈显著负相关。

图2　土壤环境与西兰花发育指标的RDA排序

3　小结与讨论

本研究利用在宁波杭州湾滨海围垦地区典型土壤中设置田间小区试验，探明施用有机肥、菇渣、化学改良剂对土壤性质及西兰花生长的影响。结果表明，不同改良剂处理均能降低土壤电导率，迅速提高土壤有机质和全氮含量。现有大量研究证实，在盐碱土中增施有机肥料对盐碱障碍因子的消减、土壤肥力的提升具有积极作用[13-15]。其主要原因体现在以下几个方面：1)盐碱土增施有机肥后，能显著增加土壤的有机质含量，促进土壤微团聚体数量的增加，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，提升土壤入渗率等水动力学参数等，因此能够加强淋盐作用；2)高有机质含量的土壤，能减少蒸发，起到抑制盐分表聚的效果；3)增施有机肥使土壤有机胶体、腐殖质数量增加，对盐分离子的吸附能力加强，降低了盐渍土中土壤盐分的活性；4)有机肥料中含有丰富的微生物菌群，进入土壤后的微生物的强烈活动，可加速营养物质的分解和转化，在分解过程中产生的有机酸，可以调节土壤的酸碱度[16-17]。

单秀枝等[18]指出，土壤有机质>15 g·kg-1时，土壤吸附作用明显增强，则水分扩散率在相同含水量时随有机质含量的增加而减少。本研究中投入的菇渣和商品有机肥中的有机质含量分别为251和197 g·kg-1，全氮含量分别为28.3和23.3 g·kg-1，菇渣中的有机质和全氮含量均比商品有机肥高，施用菇渣后土壤有机质和全氮含量也高于有机肥处理，而化学改良剂配方中尽管也含有腐殖酸成分，但由于总用量仅为菇渣和有机肥处理的2.8%，因此其有机质及提升幅度最小，最终去盐效果为：菇渣(MR)>有机肥(OM)>化学改良剂(SA)。中国科学院南京土壤所也提出，培肥熟化土壤过程中，当表层土壤有机质达到15 g·kg-1左右时，可抑制土壤返盐[19]，一般将有机质含量1.5%作为培育“淡化肥沃层”的指标。本研究所在的杭州湾滨海围垦地区的土壤有机质含量一般高于20 g·kg-1，具备构建“淡化肥沃层”的条件，增施有机质物料能够加速土壤脱盐返盐。因此，通过有机物料进行盐渍土改良时，要充分考虑到物料有机质水平和投入总量达到最佳的改良效果，同时核算投入经济成本，确保这些改良措施能够切实可行。

施用有机肥料不仅能改善土壤理化性质，有利于盐渍土壤的洗盐、抑盐作用，而且有机肥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等元素作为土壤肥力的主要参数，满足作物对矿质营养的需求。本研究中菇渣的全氮含量为(28.3 g·kg-1)也高于有机肥处理(23.3 g·kg-1)，因此所有改良剂中施用菇渣的西兰花生长指标最佳、产量最高，可能是菇渣对土壤盐分与养分供应的双重调控结果。

盐碱土中使用以矿土资源和工业废弃物(如沸石、褐煤、泥炭、凹凸棒土、磷矿粉等)为改良剂，对土壤盐碱障碍因子消减、土壤质量提升效应显著。其改良机理如下：1)磷石膏施入土壤后，溶解产生的Ca2+与土壤溶液或胶体吸附的Na+作用，生成的Na2SO4易随降雨排出土体，降低土壤pH值和钠吸附比(SAR)，从而减轻Na+对作物的毒害；2)土壤由钠质土转变为钙质土，有利于土壤团粒结构的形成，改善土壤的理化性状，加速土壤脱盐；3)磷石膏中的钙可以增强植物细胞壁对病害的抵抗能力，增加土壤中微量元素的浓度，促进植物生长。大量报道均表明以磷石膏或以磷石膏为主的改良剂施用能降低盐碱地土壤的土壤pH、全盐量和土壤中的交换性钠盐比例，并且能够有效提高植物对微量元素的吸收利用，显著提高作物产量[20-22]。本研究中由磷石膏和腐殖酸为主的化学改良剂(SA)对盐渍土壤的改良效果低于菇渣和商品有机肥，可能与施用量不足有关，因此在实践中可以酌情考虑增加其田间施用量。化学改良措施虽然对盐碱地有较好的改良效果，如若不是就近取材就有运输成本高的问题，且使用不当易对环境造成污染，需要承担相应的环境风险。

目前，宁波杭州湾滨海围垦区已形成相当规模的食用菌加工企业，日产菌渣10余吨左右。联合区域内部蔬菜生产农户、食用菌生产企业和有机肥生产企业，将农业生态循环与盐渍土改良结合起来，形成菌-肥-菜区域内部高效循环模式成为当地的主要物质循环模式。本研究在该地区典型土壤中设置田间小区试验，探明施用有机肥、菇渣、化学改良剂对土壤性质及西兰花生长的影响。结果表明，施用菇渣15 t·hm-2能显著降低土壤电导率、提高土壤有机质和全氮含量、改善西兰花生物学性状(株高、叶长、展开度、茎粗、花球直径)、增加西兰花产量及经济效益。本研究为滩涂围垦农田地力的快速提升以及滩涂盐碱障碍土壤的农业高效利用提供理论依据及实践指导。

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