不同土壤调理剂定位施用对作物产量、养分吸收和经济效益影响研究

李晨昱，卢树昌

（天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300384）

冬小麦、夏玉米复种是华北平原粮食作物的主要种植体系[1]，为了追求高产，人们大量使用农药化肥导致土壤问题严重。目前北方土壤主要表现在土壤结构破坏、板结、盐碱化、化学质地等退化现象[2-4]。虽然近几年农民已经开始关注农田土壤问题，但化肥施用量依旧过量，农田土壤质量呈下降趋势[5]。许多学者通过施用土壤调理剂改善土壤状况[6-9]，研究土壤调理剂对作物产量、养分吸收和经济效益的影响。但该方面研究大多局限于盆栽或田间一茬试验，研究的时间短、范围小，缺少农田长期定位试验示范研究。基于此，本文研究不同种类及配比的土壤调理剂施用对作物产量、养分吸收和经济效益影响，设置三茬田间定位试验，以选出最优种类或配比，达到提升作物产量、养分吸收和经济效益的目标。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在天津市武清区大孟庄镇后幼庄村进行，此处地处华北平原东北部，海河流域下游，温带季风气候，海拔12 m，种植面积133 hm2。该区种植制度以夏玉米、冬小麦复种为主，水肥管理均为大水大肥的传统管理方式。供试土壤质地为轻壤土，容重偏高，保水保肥性能较差，有机质含量丰富，氮磷含量充足，有轻度盐渍化，碱性，土壤存在氮磷积累较重、碳氮表层失调、盐渍化等退化问题。试验田土壤基本理化性质见表1。

表1 试验田土壤基本理化性质

1.2 供试材料

玉米品种为‘锐步1号’，生育期110 d；小麦品种为‘良星 77’，生育期248 d。

腐植酸来自天津休美特国际贸易有限公司；生物炭是秸秆经过处理制作的草本生物炭，来自宁河林场；明矾（硫酸铝钾）来自山东东泰公司；硅钙来自山东金正大公司。供试调理剂基本理化性质见表2。

表2 供试调理剂基本理化性质

1.3 试验设计与管理

试验设置 7个处理，T1（不施调理剂），T2腐植酸（1 500 kg/hm2），T3 生物炭（24 000 kg/hm2），T4明矾（2 250 kg/hm2），T5硅钙（1 500 kg/hm2），T6 生物炭（12 000 kg/hm2）＋明矾（1 125 kg/hm2），T7腐植酸（500 kg/hm2）＋生物炭（8 kg/hm2）＋明矾（0.75 kg/hm2）。每处理重复 3 次，共计21个小区，种植小区面积为25 m2（7.5 m×3.33 m），东西两侧分别设置保护行。

第一茬夏玉米2017年6月19日播种，2017年10月7日收获，种植密度为6×104株/hm2，株距25～30 cm，小行50 cm，大行60～70 cm；第二茬小麦品种为‘良星77’，2017年10月11日播种，播种量为338 kg/hm2，2018年6月13日收获。第三茬夏玉米2018年6月14日播种，2018年10月1日收获，种植同第一茬。

夏玉米6月中旬施底肥磷酸二铵600 kg/hm2，灌水1次；冬小麦10月中上旬施底肥磷酸二铵375 kg/hm2，灌水1次，次年3月中下旬灌返青水，随水施尿素375 kg/hm2，5月中下旬灌水1次。

1.4 样品的采集和测定

1.4.1 样品采集

在第一茬夏玉米种植前、第一茬夏玉米收获后、第二茬冬小麦收获后和第三茬夏玉米收获后，采集0～30、30～60、60～90 cm土壤样品。并在夏玉米和冬小麦成熟后收获各小区代表性植株，测定植株总生物量、籽粒产量。

1.4.2 样品分析

植物养分测试方法:样品消煮采用 H2SO4-H2O2法；待测液氮磷钾测定分别采用凯氏定氮法、钼黄比色法、火焰光度计法测定。

1.5 数据分析

试验数据采用Excel 2010方法进行数据处理，采用SPSS 22.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 作物籽粒产量

由图1可以看出，第一茬夏玉米产量只有T7处理低于对照，其中 T2处理最高，T5次之，分别比对照增产17.63%、16.75%；第二茬冬小麦产量只有T2处理低于对照，其中T6处理最高，T7处理次之，分别比对照增产16.76%、13.95%；第三茬夏玉米产量T3＞T6＞T4＞T5＞T1＞T7＞T2，其中T3处理最高，为7.21×103kg/hm2，T6处理次之，为7.20×103kg/hm2，T3、T6处理分别比对照增产6.53%、6.37%，T2、T7比其他处理小。由此可知，T2、T5处理对第一茬夏玉米增产效果最好，T6和T7处理对第二茬冬小麦增产效果较好，T3、T6处理对第三茬夏玉米增产效果较好。综合三茬产量分析，T3、T6处理增产效果最好。

图1 不同处理三茬试验作物籽粒产量状况

2.2 作物氮磷钾养分吸收

不同处理作物氮磷钾素吸收情况见图2。第一茬夏玉米各处理总吸氮量只有T7处理低于对照，其中T5处理最大，为154.81 kg/hm2，T6处理次之，为153.42 kg/hm2；第二茬冬小麦氮素吸收试验结果表明，各处理总吸氮量均高于对照，T6处理最大，为 354.87 kg/hm2，T7处理次之，为 323.74 kg/hm2；第三茬夏玉米总吸氮量为 T6＞T4＞T3＞T1＞T5＞T2＞T7，T6 处理最大，为 159.14 kg/hm2。综合三茬作物氮素吸收情况，T6处理促进氮素吸收效果最好，三茬总吸氮量分别为153.42、354.87、159.14 kg/hm2。

第一茬各处理夏玉米总吸磷量为 T3＞T2＞T5＞T6＞T1＞T4＞T7，只有T4和T7处理低于对照，其中T3处理最大，为52.18 kg/hm2，T2处理次之，为51.58 g/hm2；第二茬冬小麦总吸磷量为T2＞T5＞T6＞T3＞T7＞T4＞T1，各处理均高于对照，其中T2最高，为105.34 g/hm2，T5次之，为97.54 g/hm2；第三茬夏玉米总磷素吸收情况为T4＞T6＞T3＞T1＞T5＞T2＞T7，其中 T4、T6、T3处理促进第三茬夏玉米对磷素的吸收，T4处理最高，为113.53 kg/hm2。综合三茬作物磷素吸收情况，T3、T6处理对作物磷素吸收效果较好。

第一茬夏玉米总吸钾量为 T3＞T1＞T2＞T7＞T6＞T5＞T4，只有 T3处理促进作物对钾素的吸收，总吸钾量为188.10 g/hm2；第二茬冬小麦总吸钾量只有 T2处理低于对照，T6处理最大，为250.60 kg/hm2，T5处理次之，为233.97 kg/hm2；第三茬夏玉米各处理总吸钾量情况为 T5＞T6＞T2＞T4＞T3＞T1＞T7，只有 T7处理抑制钾素的吸收，其中 T5处理最高，为 199.90 kg/hm2，T6处理次之，为191.40 kg/hm2。综合三茬作物钾素吸收情况，T3、T6处理对作物钾素吸收效果较好。

图2 不同处理定位阶段氮磷钾养分吸收状况

2.3 经济效益分析

第一茬夏玉米种植投入情况为 T1＜T4＜T2＜T5＜T7＜T6＜T3，调理剂处理中T4最少，为1.10万元/hm2，T3处理最高，为5.11万元/hm2。除了T7处理，其他处理产出均高于对照，其中 T2处理最大，为2.26万元/hm2，T7处理最小，为1.86万元/hm2。纯收益情况为T2＞T5＞T4＞T1＞T7＞T6＞T3，T2处理最高，为1.13万元/hm2，T3处理最低，为-2.93万元/hm2；第二茬冬小麦投入各处理情况相同，均为9 757.5元/hm2。除了T2处理外，其他各处理产出均高于对照，其中T6处理最大，为2.61万元/hm2，T2处理最小，为2.09 万元/hm2。纯收益情况为 T6＞T7＞T5＞T4＞T3＞T1＞T2，除T2处理外，其他各处理均高于对照；第三茬夏玉米种植投入各处理均为1.03万元/hm2。T3、T4、T6处理产出高于对照，其中 T3、T6处理最大，为1.44万元/hm2，T2处理最小，为0.89万元/hm2。纯收益方面只有T4和T5处理高于对照，分别为0.35万元/hm2和0.33万元/hm2。

各处理三茬作物产出为 T5＞T6＞T3＞T4＞T1＞T7＞T2，T5处理最高，为6.15万元/hm2，T6次之，为6.10万元/hm2，再次为T3处理，为5.97万元/hm2，只有T2、T7处理低于对照，分别为5.24万元/hm2和 5.41万元/hm2。经过三茬种植，纯收益顺序为 T5＞T4＞T1＞T2＞T6＞T7＞T3，只有T4和T5处理高于对照，分别为2.82万元/hm2和2.91万元/hm2，T3处理最低，为-1.15元/hm2。综合分析经济效益方面，经过三茬种植，T4、T5处理最好，T6、T7处理已经转为盈利状态，T3处理有扭亏为盈的趋势，见表3。

表3 各处理投入产出效益 万元/hm2

3 讨论与结论

3.1 讨论

生物炭作为土壤调理剂在农业方面有巨大潜力[10]，生物炭施用到土壤中可以提高作物产量[11-12]。黄连喜等[13]通过田间试验研究发现，花生壳生物炭可使蔬菜增产 6.2%～96.5%。笔者通过三茬定位试验发现，生物炭和生物炭＋明矾处理对作物的增产效果较好，生物炭处理对夏玉米的增产效果最高，第一茬和第三茬分别达到 11.34×103kg/hm2和7.21×103kg/hm2，夏玉米籽粒产量则是生物炭＋明矾处理最好，为10.28×103kg /hm2。可能是由于明矾本身强酸性和溶于水后的吸附性能[14]，与生物炭配施改善土壤状况效果更好，增加了产量。刘赛男[15]通过田间和室内培养试验得出土壤添加生物炭后，可以显著提高玉米中磷钾的含量。生物炭对水稻产量和氮磷钾养分吸收也有良好的作用[16]，本试验也得出相同的结果。

在4种调理剂材料中，生物炭的价格最高且施用量较多，添加生物炭的处理成本较其他处理高，但只一次施用，且后续效果好，生物炭、生物炭＋明矾和腐植酸＋生物炭＋明矾处理多年经济效益高。

3.2 结论

T3、T6处理增产效果最明显；T6处理促进氮素吸收效果最好，T3、T6处理对作物磷素吸收效果较好，T3、T6处理促进作物钾素吸收效果较好；T4、T5处理经过三茬作物种植的总产出效益好，T3、T6处理增加效益趋势好。

综合作物产量、养分吸收和经济效益情况分析，改善效果较好的是 T3（生物炭）、T6（生物炭＋明矾）处理。虽然从经济效益来看，经过三茬种植后T2（腐植酸）和T5（硅钙材料）处理较好，但就长期来看，T3（生物炭）、T6（生物炭＋明矾）处理对土壤的改良增产效果较好，投入产出效益的增加趋势好，还需长期定位试验进行进一步分析研究。