有机碳土壤调控剂对盐化潮土理化性质和甜菜效益的影响

邱丽华

（甘肃省张掖市肃南县农业技术推广中心，甘肃 张掖734400）

河西走廊位于甘肃省黄河以西，海拔1200～1650m，无霜期130～160d，10℃以上的有效积温3000～4000℃，降水量小，蒸发量大，光热资源丰富，是全国优质糖料生产基地之一[1]。近年来，由于甜菜种植面积逐渐扩大，分布在河西走廊三大内陆河流的盐化潮土被农户开垦后种植甜菜，目前存在的主要问题是：农户在甜菜施肥过程中以化学肥料为主，有机肥料为辅，导致土壤有机质含量低，土壤板结，不利于甜菜块根膨大，甜菜产量低而不稳，生产成本高，市场竞争力差，严重影响着甜菜产业的健康发展[2-3]。因此，研究和开发有机碳（SOC）土壤调控剂是本文研究的关键所在。有关土壤改良剂前人研究报道的文献较多[4-11]，而SOC土壤调控剂配方筛选及对盐化潮土理化性质和甜菜效益的影响未见文献报道。本文选择聚乙烯醇[12]、SOC肥[13]、甜菜专用肥、保水剂[14-15]为原料，采用正交试验方法，筛选配方，在室内合成SOC土壤调控剂产品，进行田间验证试验，以便对SOC土壤调控剂对盐化潮土理化性质和甜菜效益的影响做出确切的评价。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地概况 试验于2015—2017年在甘肃省酒泉市肃州区铧尖乡漫水滩村一社进行，试验地海拔高度1435m，年均温7.5℃，年均降水量86mm，年均蒸发量2400mm，无霜期150d，土壤类型是盐化潮土[16]。0～20cm 耕作层含有机质（OM）18.47g/kg，碱解氮（AN）62.62mg/kg，速效磷（OP）6.34mg/kg，速效钾（AK）138.71mg/kg，有效硼（AB）0.41mg/kg，有效锰（AMn） 6.72mg/kg，有效铜（ACu）1.24mg/kg，有效锌（AZn） 0.41mg/kg，有效铁（AFe）17.32mg/kg，有效钼（AMo）0.10mg/kg，阳离子交换量（CEC）11.13cmol/kg，pH 值 8.34，全盐 2.64 g/kg，容重1.32g/cm3，总孔隙度50.19%，团聚体24.10%，饱和持水量1003.80t/hm2，土壤质地为轻壤质土，前茬作物是甜菜。

1.1.2 参试材料 尿素[CO（NH2）2]：含 N 46%；磷酸二铵（DAP）：含 N 18%，P2O546%；硫酸钾（K2SO4）：含 K 50%；硫酸锌（ZnSO4）：含 Zn 23%；硼酸（H3BO3）：含 B 17.50%，钼酸铵（H8MoN2O4）：含 Mo 54.3%；改性糠醛渣[17]（OM 70.23%，N 0.61%，P2O50.36%，K2O 1.18%，pH6.0～6.5，粒径 1～2 mm）；生物菌肥（有效活菌数≥20 亿个/g，粒径 1～2 mm）；甜菜专用肥（自主研发），将 K2SO4、尿素、DAP、ZnSO4、H3BO3、钼酸铵风干重量比按0.5075∶0.3082∶0.1511∶0.0242∶0.0060∶0.0030 混合 （N 15.42%，P2O56.95%，K2O 25.38%，Zn 0.56%，B 0.11%Mo 0.16%）；SOC肥 （自主研发），将改性糠醛渣、生物菌肥风干重量比按0.9800∶0.0200混合 （OM 68.83%，N 0.60%，P2O50.35%，K2O 1.16%，pH 值为 6.04～6.50，有效活菌数≥0.40 亿个/g，粒径 1～2 mm）；聚乙烯醇（粒径0.01～2 mm）；保水剂（吸水倍率645g/g，粒径1～2mm）；甜菜品种为张甜201（张掖市农业科学研究院选育）。

1.2 试验方法

1.2.1 种植方法 田间试验小区面积为32m2（8m×4m），小区四周筑埂，埂宽30cm，高35cm，SOC土壤调控剂、DAP、K2SO4、ZnSO4、H3BO3、钼酸铵在播种前施入20cm耕作层，2015—2017每年的4月30日播种，株距24cm，行距50cm，分别在播种后、播种20d、生长盛期、块根膨大期各灌水1次，每个试验小区灌水量相等。

1.2.2 试验处理 试验1：SOC土壤调控剂配方确定。2015年4月30日，选择SOC肥、保水剂、甜菜专用肥和聚乙烯醇为4种原料，每种原料设计3个梯度施用量，按正交表L9（34）设计9个处理[18]（表1）。

试验2：SOC土壤调控剂经济效益最佳施用量研究。2016年4月30日，依据试验1筛选的配方，在实验室将 SOC 肥、保水剂、甜菜专用肥、聚乙烯醇风干重量比按 0．9375∶0．0025∶0．0563∶0．0037 混合，得到 SOC 土壤调控剂产品， 经室内化验分析， 含 OM 58．82%，N 0．87%，P2O50．39%，K2O 1．43%，Zn 0．03%，B 0．01%，Mo 0．01%。 将合成的 SOC 土壤调控剂施用量梯度设计为 0．00（CK）、4．80、9．60、14．40、19．20、24．00 和 28．80 t/hm2共7个处理，以处理1为CK（对照），每个处理重复3次，随机区组排列。

试验3：SOC土壤调控剂与传统化肥对比试验。2017年4月30日，在纯N、P2O5、K2O、Zn、B和Mo投入量相等的条件下 （纯 N 208．80kg/hm2+P2O593．60 kg/hm2+K2O 343．20 kg/hm2+Zn 7．20kg/hm2+B 2．40kg/hm2+Mo 2．40kg/hm2），试验共设 3 组处理，处理 1：对照（不施任何肥料）；处理 2：施用传统化肥（尿素 374．28kg/hm2+DAP 203．48kg/hm2+K2SO4686．40 kg/hm2+ZnSO431．30 kg/hm2+H3BO313．71kg/hm2+钼酸铵 4．42 kg/hm2）；处理3：施用SOC土壤调控剂24t/hm2。每个处理重复3次，随机区组排列。

1.2.3 测定指标与方法 甜菜收获时，在试验小区内按照对角线采样方法，确定5个样品采集点，每个点连续采集10株，测定农艺性状及经济性状。每个试验小区单独收获，将小区产量折合成公顷产量进行统计分析。甜菜收获后，分别在试验小区内按对角线布置5个点，采集0～20cm耕作层土样5kg，用四分法带回1 kg混合土样，风干15d，过1mm筛供室内化验分析（土壤容重、土壤团聚体用环刀采集原状土，未进行风干）。容重采用环刀法测定；孔隙度采用计算法求得；＞0．25 mm团聚体测定采用干筛法测定；AN采用扩散法测定；OP采用NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定；AK采用中性醋酸铵溶液浸提—火焰光度计法测定；pH采用5∶1水土比浸提，用pH—2F数字pH计测定；总持水量=（土壤面积×总孔隙度×土层深度）；毛管持水量=（土壤面积×毛管孔隙度×土层深度）；非毛管持水量=（土壤面积×非毛管孔隙度×土层深度）；镉（Cd）采用石墨炉原子吸收分光光度法测定；汞（Hg）采用冷原子－荧光光谱法测定；铅（Pb）采用火焰原子吸收分光光度法测定；锶（Cr）采用分光光度法测定；微生物数量采用稀释平板法测定；蔗糖酶（INV）采用3，5－二硝基水杨酸比色法测定；脲酶（URE）采用靛酚比色法测定；磷酸酶（PHO）采用磷酸苯二钠比色法测定；多酚氧化酶（PPO）采用碘量滴定法测定。

1.2.4 数据处理方法 差异显著性采用SPSS 10．0统计软件分析。依据经济效益最佳施用量计算公式x0=[（Px/Py）-b]/2c求得 SOC 土壤调控剂最佳施用量（x0）[19]，依据肥料效应回归方程式 y=a+bx+cx2，求得 SOC 土壤调控剂最佳施用量的甜菜理论产量（y）。

2 结果与分析

2.1 SOC土壤调控剂配方确定

2015年9月26日甜菜收获测定数据（表1）可看出，不同原料间的效应（R）是 C＞A＞B和D，说明影响甜菜产量的原料依次是：甜菜专用肥（R=44．88）＞SOC 肥（R=38．05）＞保水剂（R=31．21）和聚乙烯醇（R=31．21）。 因素间最佳组合为：A2（SOC 肥 22．50 t/hm2），B1（保水剂 0．06t/hm2），C3（甜菜专用肥 1．35 t/hm2），D3（聚乙烯醇 0．09t/hm2）。 在实验室将SOC肥、保水剂、甜菜专用肥、聚乙烯醇风干重量比按 0．9375∶0．0025∶0．0563∶0．0037 混合，得到SOC土壤调控剂。

表1 L （3）正交试验分析表

2.2 不同剂量SOC土壤调控剂对甜菜农艺性状、根产量和施肥利润的影响

据2016年9月26日甜菜收获后测定数据（见表2）可知，随着SOC土壤调控剂施用量梯度的增加，甜菜农艺性状及经济性状和产量在递增。SOC土壤调控剂施用量28．80t/hm2，与对照比较，叶丛高度、叶丛重量、根体长度、根直径、单株根重和产量分别增加 58．56%、39．58%、48．14%、39．38%、47．13%和 46．49%，差异极显著（P＜0．01）。经相关分析，SOC土壤调控剂施用量与叶丛高度、叶丛重量、根体长度、根直径、单株根重和产量之间呈显著的正相关关系，相关系数（R）分别为 0．8756、0．9365、0．9238、0．9552、0．9823 和 0．9817。SOC 土壤调控剂施用量由 4．80 t/hm2递增到 9．60 t/hm2、14．40 t/hm2、19．20 t/hm2和 24．00 t/hm2，施肥利润随着 SOC 土壤调控剂施用量梯度的增加在递增，当SOC土壤调控剂施用量24．00 t/hm2时，施肥利润达最大，当SOC土壤调控剂施用量超过24．00 t/hm2时，施肥利润开始递减，由此可见，SOC土壤调控剂适宜施用量一般为24．00 t/hm2。

表2 不同剂量有机碳土壤调控剂施用量对甜菜农艺性状根产量和施肥利润的影响

2.3 SOC土壤调控剂经济效益最佳施用量的确定

将表2的SOC土壤调控剂施用量与甜菜产量间的关系采用回归方程y=a+bx+cx2拟合，得到的回归方程是：y=72．79+1．8624x－0．02130x2………………………………（1）

SOC 土壤调控剂价格（Px）为 266．20 元/t，2016 年甜菜块根市场收购价（Py）为 350 元/t，将（Px）、（Py）、回归方程的参数b和c，代入经济效益最佳施用量计算公式x0=[（Px/Py）-b]/2c，求得SOC土壤调控剂经济效益最佳施用量（x0）为 23．85 t/hm2，将 x0代入（1）式，求得甜菜块根理论产量（y）为 104．07 t/hm2，回归分析结果与田间试验处理6的SOC土壤调控剂施用量24．00t/hm2基本吻合。

2.4 SOC土壤调控剂与传统化肥对盐化潮土理化性质和甜菜经济效益的影响

2.4.1 对土壤容重和pH的影响 据2017年9月26日甜菜收获后测定数据（表3）可知，不同处理盐化潮土容重和pH由小到大的变化顺序依次为：对照＞传统化肥＞SOC土壤调控剂。施用SOC土壤调控剂与传统化肥和对照比较，容重分别降低 6．92%和 7．63%，差异显著(P＜0．05)；pH 分别降低 0．46 和 0．49，差异显著。

表3 施用有机碳土壤调控剂和传统化肥对盐化潮土物理性质和持水量的影响

2.4.2 对土壤孔隙度和团聚体的影响 由表3可知，不同处理盐化潮土总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和团聚体由大到小的变化顺序依次为：SOC土壤调控剂＞传统化肥＞对照。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度分别增加 3．40、1．87 和 1．53 个百分点，差异显著(P＜0．05)；与对照比较，分别增加3．77、2．08和 1．69个百分点，差异显著(P＜0．05)。施用 SOC 土壤调控剂与传统化肥和对照比较，＞0．25mm 团聚体分别增加 7．11 和 7．36，差异极显著(P＜0．01)。

2.4.3 对土壤持水量的影响 由表3可知，不同处理盐化潮土总持水量、毛管持水量和非毛管持水量由大到小的变化顺序与总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度变化一致。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，总持水量、毛管持水量和非毛管持水量分别增加 6．68%、6．67%和 6．68%；与对照比较，分别增加 7．46%、7．48%和 7．43%，差异显著（P＜0．05）。

2.4.4 对土壤有机质和速效氮磷钾的影响 由表4可知，不同处理盐化潮土有机质（OM）和速效氮磷钾由大到小的变化顺序依次为：SOC土壤调控剂＞传统化肥＞对照。施用SOC土壤调控剂与传统化肥和对照比较，OM分别增加11．81%和11．93%，差异极显著(P＜0．01)。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，碱解氮（AN）、速效磷（OP）和速效钾（AK）分别增加 1．78%、1．68%和 0．28%，差异不显著(P＞0．05)；与对照比较，AN 和OP 分别增加 28．89%和 30．67%，差异极显著（P＜0．01），AK 增加 8．30%，差异显著（P＜0．05）。

表4 施用不同肥料对盐化潮土有机质和速效养分的影响

2.4.5 对土壤微生物及酶活性和金属离子的影响 由表5可知，不同处理盐化潮土微生物由大到小的变化顺序与有机质和速效养分变化一致。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，土壤有益微生物真菌（FUN）、细菌（BAC）和放线菌（ACT）分别增加 122．64%、34．40%和 21．13%，差异极显著（P＜0．01）；与对照比较，分别增加124．76%、35．87%和 24．64%，差异极显著（P＜0．01）。

不同处理盐化潮土酶活性由大到小的变化顺序与微生物变化一致。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，土壤蔗糖酶（INV）、脲酶（URE）、磷酸酶（PHO）和多酚氧化酶（PPO）分别增加 61．42%、46．08%、33．33%和59．08%，差异极显著（P＜0．01）；与对照比较，分别增加 62．70%、71．26%、68．42%和 64．06%，差异极显著。

不同处理盐化潮土重金属离子由大到小的变化顺序为：传统化肥＞SOC土壤调控剂＞对照。施用SOC土壤改良剂与传统化肥比较，土壤重金属离子 Hg、Cd、Cr和 Pb 分别降低 16．22%、28．85%、15．74%和 18．02%，差异极显著（P＜0．01），与不施肥比较，Hg、Cd、Cr和 Pb 分别增加 3．33%、2．78%、0．27%和 0．68%，差异不显著。

表5 施用有机碳土壤调控剂与传统化肥对盐化潮土微生物及酶活性和重金属离子的影响

表6 施用有机碳土壤调控剂与传统化肥对甜菜农艺性状、根产量和经济效益的影响

2.4.6 对甜菜农艺性状、根产量和经济效益的影响 由2017年9月26日甜菜收获时测定结果（见表6）可知，不同处理对甜菜农艺性状和根产量由大到小的变化顺序依次为：SOC土壤调控剂＞传统化肥＞对照。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，甜菜叶丛高度、叶丛重量、根体长度、根直径分别增加2．03%、3．79%、3．04%和 3．03%，差异不显著（P＞0．05），单株根重和产量分别增加 8．47%和 8．33%，差异显著（P＜0．05）；与对照比较，叶丛高度、叶丛重量、根体长度、根直径、单株根重和产量分别增加 56．96%、38．38%、45．15%、36．57%、48．84%和 49．39%，差异极显著（P＜0．01）。 施用 SOC 土壤调控剂增产值和施肥利润分别为 1．23 万元/hm2和 0．59 万hm2，与传统化肥比较，分别增加 0．28 万元/hm2和 0．07 万元/hm2。

3 小结

研究结果表明：影响甜菜产量的原料依次是：甜菜专用肥＞SOC肥＞保水剂和聚乙烯醇。SOC土壤调控剂最佳配方比例为：有机碳肥（0．9375）∶保水剂（0．0025）∶甜菜专用肥（0．0563）∶聚乙烯醇（0．0037）。 经回归统计分析，SOC土壤调控剂经济效益最佳施用量为23．85t/hm2，甜菜块根理论产量为104．07t/hm2。不同处理甜菜农艺性状、根产量和经济效益由大到小的变化顺序依次为：SOC土壤调控剂＞传统化肥＞对照。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，甜菜产量、增产值和施肥利润分别增加8．33%、0．28万元/hm2和0．07万元/hm2。施用SOC土壤调控剂与传统化肥比较，盐化潮土容重、pH和重金属离子Hg、Cd、Cr和Pb分别降低 6．92%、0．46、16．21%、28．85%、15．74%和 18．02%；土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度和团聚体分别增加 3．40、1．87、1．53和7．11个百分点；土壤总持水量、毛管持水量和非毛管持水量分别增加6．67%、6．67%和6．68%；土壤OM、AN、OP 和 AK 分别增加 11．81%、1．78%、1．68%和 0．28%；土壤有益微生物真菌（FUN）、细菌（BAC）和放线菌（ACT）分别增加 122．64%、34．40%和 21．13%；土壤蔗糖酶（INV）、脲酶（URE）、磷酸酶（PHO）和多酚氧化酶（PPO）分别增加 61．42%、46．08%、33．33%和 59．08%。 在盐化潮土施用 SOC 土壤调控剂，有效地改善了盐化潮土理化性质和生物学性质，提高了酶活性和甜菜的经济效益。