木本泥炭对谷子物质生产及产量构成的影响研究

于 兵，吴克宁，黄 勤

[中国地质大学(北京)土地科学技术学院，国土资源部土地整治中心重点实验室，北京 100083]

谷子是我国北方旱作农区的主栽作物之一，人民生活的主粮之一，我国北方各省区乃至东南沿海一带，一直到新疆、西藏均有种植。谷子加工后成为小米，从价值规律和农作物生产比较、效益分析，优质小米的价格比玉米高一倍左右，超过白面，因此谷子生产是投入少、产出多，成本低、效益高，市场销售好，见效快的农产品[1]。但近些年来谷子被认为是低产作物，种植面积减少，为提高产量种植过程中大量施用化肥和偏施氮磷钾肥，短期内能显著提高谷子产量，但传统的化肥存在养分含量低、重金属含量高及施用量不合理等问题，长期过多的施用不仅会使肥料利用率低，还会给生态环境造成危害[2],导致土壤pH和有机质含量降低，养分有效性低，造成土壤退化，低水平的水肥管理造成谷子单产低而不稳，从而影响谷子产业的发展[3-7]。因此亟需研究一种性能优良的有机土壤改良剂，既要保证农作物的产量，又要提高农产品的品质，更要保证农作物的可持续发展。木本泥炭作为一种新型土壤改良剂近年来备受国内外关注，木本泥炭与无机肥料的合理配施成为研究热点。

木本泥炭作为一种新型有机土壤改良剂，含碳量可高达60%～65%，水溶物、半纤维素和纤维素的含量低，腐殖酸和泥炭蜡的含量较高，施用木本泥炭可改良土壤，使化肥增效，刺激作物生长，增强作物抗逆性能，改善作物品质[8-12]。此外还能改善土壤脲酶和磷酸酶活性，提高土壤有效养分的有效性，改善植物营养[13]。黄锦福等[14]研究认为单施木本泥炭可以增加芒果树叶面积，显著增大花横茎，同时有利于增加芒果大果单果重和单株大果个数，而添加菌剂或添加腐植酸钾的木本泥炭不仅能提高芒果产量，还能不同程度提高芒果品质。陈硕等[15]研究表明木本泥炭和苛性钾的施用使番茄产量显著增加16.73%，而单施木本泥炭与常规施肥处理均无显著差异。范业宏等[16]认为木本泥炭土壤调理剂对“早金酥”梨树叶片生长的影响并不十分显著，但增加了单果重，对增强品质具有良好的效果。王亚彪等[17]认为增施木本泥炭肥料处理的蔗茎产量和理论产糖量均比仅施推荐用肥处理显著增加，土壤中全氮、全磷、有效磷、全钾和有机质的含量也显著提高，经济效益相应得到增加。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于河北省保定市阜平县。阜平位于北纬38°9′～39°7′，东经113°45′～114°31′，地处保定市西部，太行山中北部东麓，大清河水系沙河上游，为全山区县，属太行山系，境内地形复杂，沟壑纵横，地势由东南(海拔200 m)向西北(海拔2 200 m)逐渐升高。试验区气候为大陆性季风气候，暖温带半湿润地区，冬季寒冷、干燥、少雪，春季多干热风，夏季高温、高湿、降水集中，秋季秋高气爽。年均气温为12.6℃，常年积温801.9℃。年均降水量为550～790 mm；无霜期140～190 d，地方小气候特征明显。试验区为统一客土的旱地梯田，整地后地力均匀。土壤贫瘠，降水偏少，养分和有机质含量成为该区农业生产主要限制因子。

1.2 试验材料

1.2.1 本底值土壤样品采集及测定

试验开展前运用“X形采样法”和“S形采样法”对每个小区0～20 cm土层采集土壤样品，剔除其中动物残体、可辨认植物根系、枯枝落叶、石子等杂质，“四分法”首先称取500 g原状土样装入保鲜盒用于测定团聚体；其次称取250 g土样风干过2 mm筛后装入8号密封袋用于测定土壤理化性质(包括土壤粒径分布、pH、电导率、碱解氮、有效磷、速效钾、有机质含量及土壤微生物生物量碳、氮)；同时对每个小区采集土样测定土壤容重[18]。试验开展前供试土壤的理化指标的本底值及测试方法[19]见表1。

表1 供试土壤的理化指标的本底值及测试方法

1.2.2 供试物料

本试验供试主料为木本泥炭。产自印度尼西亚露天木本泥炭矿，该矿区泥炭有机质平均含量89.02%；总腐植酸平均含量53.96%，部分区域总腐植酸含量达75.00%；游离腐植酸平均含量53.48%；黄腐酸平均含量4.74%。本试验供试木本泥炭各指标性质见表2。

表2 供试木本泥炭基本性质

注：表中数据均采用文献[20]中的相关方法进行测定和分析。

本试验供试辅料为腐熟秸秆、生物激活调节剂I、生物激活调节剂II、复合肥(N-P2O5-K2O：25%-13%-8%，总养分≥46%；腐植酸含量≥3%)、尿素(N 46%)。土壤有机质由难分解(稳定性)腐殖质类和易分解(活性)有机质组成，其中难分解的占80%～95%，易分解的占5%～20%，木本泥炭和腐熟秸秆的添加分别对应到土壤有机质难分解和易分解两部分，但需要激活，故添加生物激活调节剂I、生物激活调节剂II进行激活试验，撒施复合肥作为底肥，后结合降水追施尿素，本试验供试生物激发调节剂基本性质见表3。

1.2.3 供试作物

本试验供试作物为冀谷38号。播种、间苗、除草、水肥管理、病虫防治各处理一致。

1.3 试验设计

试验共设5个处理，每个处理3次重复。

FD-A1：木本泥炭+腐熟秸秆+生物激发调节剂I+常规施肥(复合肥+尿素)；

FD-A2：木本泥炭+腐熟秸秆+生物激发调节剂II+常规施肥(复合肥+尿素)；

FD-B1：木本泥炭+腐熟秸秆+常规施肥(复合肥+尿素)；

表3 各处理模式及物料添加量

FD-B2：木本泥炭(减量)+腐熟秸秆+常规施肥(复合肥+尿素)；

FD-C1：常规施肥(复合肥+尿素)为对照(CK)。

2017年6月3日至4日完成田间小区田埂加固、标识牌树立、本底值土壤样品采集等试验开展前期准备工作。试验于6月5日开展，不同处理分别撒施木本泥炭、生物激发调节剂I、生物激发调节剂II、腐熟秸秆、复合肥、尿素，然后进行旋地混料，旋耕深度>20 cm。6月15日按谷子栽培技术完成播种，间苗除草，水肥管理，各处理模式及物料添加量见表3。10月1日完成谷子收获测产工作。

1.4 项目测定及方法

1.4.1 生育期调查

生育期调查按照《谷子农艺性状形态特征鉴定标准》[21]分别记录各处理谷子的播种期、出苗期、抽穗期、开花期、成熟期、出苗至抽穗期、全生育期。

1.4.2 农艺性状调查

试验区谷子成熟收获前在各个小区选取有代表性的植株作为调查对象，调查方法按照《谷子农艺性状形态特征鉴定标准》[21]分别调查株高、茎粗、叶片数、穗位、穗长等指标。

1.4.3 谷子干物质测定

1.4.3.1 样方内地上生物量 试验区各小区选取有代表性1 m×1 m样方，用镰刀贴地面割取地面上所有植物，得到籽粒、秸秆、草样品。秸秆和及草样品先用流水清洗以清除表面灰尘，晾晒、阴干后实验室烘箱105℃杀青，60℃烘干至恒重，分别称量籽粒、秸秆、草样品干重，即为样方内籽粒生物量、样方内秸秆生物量、样方草生物量，样方内地上生物量=样方内籽粒生物量+样方内秸秆生物量+样方草生物量。

1.4.3.2 样方内根生物量 试验区各小区选取有代表性1 m×1 m样方，用铁锹挖取样方内所有植物根系，连根带土放入 2 mm尼龙筛网袋后在水中浸泡约 30 min，用流水小心冲洗根系使土壤与根分离，得到根样品，晾晒、阴干后实验室烘箱105℃杀青，60℃烘干至恒重，称量根样品干重，即为样方内根生物量。

1.4.4 谷子产量统计

按1 m×1 m样方内成穗数、株穗粒数、株千粒重计算单产，在成熟期收获每个小区的谷子称重,并测定其含水量,换算出谷子的产量，根据小区面积换算成单产。

1.5 数据处理与分析

本文采用Excel 2007进行数据录入整理与作图，SPSS 19.0进行单因素方差分析，不同处理间多重比较采用LSD，显著性水平P=0.05，用标准差表示误差。

2 结果与分析

2.1 木本泥炭对土壤理化性质的影响

从表4可以看出，前4个处理土壤pH值、电导率低于对照(CK)，这说明施用木本泥炭对土壤pH有一定的调节作用，同时有降低土壤耕层盐分累积作用的趋势，在一定程度上缓解土壤盐渍化程度。前4个处理碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、微生物生物量碳、氮含量都高于对照，且与试验开展前相比大幅度升高，这说明施用木本泥炭可以明显提高土壤中碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、微生物生物量碳、氮含量。前4个处理土壤容重低于对照，但高于试验开展前土壤容重，这可能与试验区地理位置及客土有关，因试验区地处山区，客土后耕作层含石砾较多，试验开展前未进行旋耕直接测定容重，试验开展期间因施用物料进行旋耕，耕作层中较多的石砾被旋耕出来，再进行测定容重时因石砾的影响使得土壤容重增加。

表4 试验开展前后土壤理化性质

2.2 木本泥炭对谷子生育期的影响

从表5可以看出，FD-A1处理、FD-A2处理、FD-B1处理较对照谷子的拔节期、抽穗期、开花期、成熟期提前，出苗至抽穗期和全生育期历时较短，但各处理对谷子生育期影响并不显著，因此可以认为各处理对谷子的生育期基本没有影响，各处理谷子生育期见表5。

表5 各处理谷子生育期

2.3 木本泥炭对谷子农艺性状的影响

谷子成熟收获前分别测量株高、茎粗、叶片数、穗位、穗长(表6)，前4个处理农艺指标均高于对照，FD-B1处理各项农艺指标最高。FD-A1处理株高高于对照但差异性不显著，其余3个处理株高均显著性高于对照；前4个处理茎粗和叶片数较对照高但差异不显著；FD-A1处理穗位高于对照但差异不显著，其余3个处理穗位均显著性高于对照，其中FD-B2处理与其他4个处理存在显著性差异；FD-A1处理穗长高于对照但差异不显著，其余3个处理穗长均显著性高于对照，其中FD-A2处理、FD-B2处理与其他3个处理存在显著性差异。

表6 各处理农艺性状

注：表中数据为平均值±标准差;同一列内不同字母表示不同处理间在0.05水平上差异显著(P<0.05)。下同。

2.4 木本泥炭对谷子干物质积累的影响

谷子成熟收获前分别采集籽粒、秸秆、草、根系，实验室处理测量其地上生物量和根生物量(表7)，前4个处理地上生物量与对照相比不具有显著性差异，根生物量均显著高于对照。FD-A2处理籽粒、秸秆干重，地上生物量均高于其他4个处理，差异不显著，根生物量显著高于对照；FD-B1处理籽粒、秸秆、草干重，地上生物量均低于其他4个处理，差异性不显著，根生物量显著高于对照。

表7 各处理干物质量积累 (g/m2)

由图1可以看出FD-A2、FD-A1、FD-B2处理地上生物量与对照相比分别增加了62.12%、36.43%、22.58%，FD-B1处理地上生物量与对照相比减少了4.25%；FD-B2、FD-A2、FD-A1、FD-B1处理根生物量与对照相比分别增加了236.06%、144.96%、112.47%、61.48%。

2.5 木本泥炭对谷子产量的影响

由图2可以看出，样方内成穗数FD-A2、FD-A1处理较对照相比分别增加了4.35%、4.35%，FD-B2、FD-B1处理较对照相比分别减少了13.11%、24.64%；由图3可以看出，株籽粒数FD-A2、FD-A1处理较对照相比分别增加了22.62%、0.80%，FD-B2、FD-B1处理较对照相比分别减少了8.13%、11.57%；由图4可以看出，株千粒重FD-A2、FD-A1处理较对照相比分别增加了16.11%、2.53%，FD-B2、FD-B1处理较对照相比分别减少了0.70%、1.89%；由图5可以看出，单产FD-A2、FD-A1处理较对照相比分别增加了15.72%、14.18%，FD-B2、FD-B1处理较对照相比分别减少了20.74%、21.07%。

图1 各处理样方内干物质量积累

图2 各处理成穗数

图3 各处理株籽粒数

图4 各处理株千粒重(干重)

图5 各处理单产(干重)

3 讨论与结论

3.1 本试验研究结果表明，施用木本泥炭能在一定程度上调节土壤pH，降低土壤电导率，提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量，容重及土壤微生物量碳、氮量。陈硕等[15]研究结果显示，木本泥炭配合其他物料可以一定程度上减缓养分淋失及土壤盐渍化程度，有利于调节pH。王亚彪等[17]研究结果显示，推荐用肥基础上增施一定量木本泥炭可以提高土壤有机质含量和微生物量碳、氮量。这些都与本试验研究结果大体一致。

3.2 本试验研究结果表明，施用木本泥炭能提升谷子株高、茎粗、叶片数、穗位、穗长。何丽金[22]研究显示，施用木本泥炭375 kg/hm2促进芒果花穗发育。黄锦福等[14]研究结果显示，施用木本泥炭可增加芒果树叶面积，增大花横茎，这与本试验研究结果大体一致。

3.3 本试验研究结果表明，施用木本泥炭+生物激发调节剂能提升谷子地上生物量及根生物量。高萩二郎等[23-24]研究结果显示，木本泥炭中富含腐植酸能够刺激作物生长发育，对促进根系生长、伸长有显著作用，这与本试验研究结果大体一致。

3.4 本试验研究结果表明，施用木本泥炭+生物激发调节剂能增加样方内成穗数、株籽粒数、株千粒重、单产。陈硕等[15]研究结果显示，施用木本泥炭+苛性钾处理显著提高番茄产量。马海洋等[25]研究结果显示，施用木本泥炭显著提高香蕉产量。这些与本试验研究结果大体一致。本试验中FD-A2处理较常规种植模式增产15.72%，其次是FD-A1处理较常规种植模式增产14.18%。

综上所述，施用木本泥炭能在一定程度上调节土壤pH，降低土壤电导率，提高土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量，容重及土壤微生物生物量碳、氮量，对土壤改良具有一定作用，从而能提升谷子株高、茎粗、叶片数、穗位、穗长。木本泥炭减量后还能促进谷子地上生物量及根生物量干物质量积累，木本泥炭添加生物激发调节剂后不仅能提升谷子农艺指标，促进干物质量积累还能增加样方内成穗数、株籽粒数、株千粒重及单产。添加生物激发调节剂II和生物激发调节剂I较常规施肥模式分别增产15.72%和14.18%，其中木本泥炭+生物激发调节剂II+腐熟秸秆+常规施肥模式为最佳处理模式。