不同土壤改良剂对风沙土壤养分及玉米产量的影响

刘 洋，侯志研

(辽宁省农业科学院耕作栽培研究所，辽宁 沈阳 110161)

为了提高农业可持续集约水平并保障粮食安全，增加粮食生产同时改善土壤质量有重要意义[1]。在我国，质量较差的耕地仍占据一定比例[2]，制约了粮食生产。以辽宁阜新地区为例，风沙土是该地区的一种主要土壤类型，风沙土壤养分匮乏[3]。改良风沙土壤对于促进粮食生产及防治土壤退化意义重大。土壤改良剂可改变土壤理化性质[3～4]，因此，有助于风沙土土壤治理，进而改善作物生长[5]，并提高作物产量[6]。但风沙土的治理难度较大，且不同土壤改良剂对其效果不同，如何选择土壤改良剂并使治理效果最优目前尚不清楚，因此，进一步研究不同类型土壤改良剂有重要意义。

近年，关于土壤改良剂的研究呈上升趋势，涉及了土壤改良剂对土壤性质及植物生理生化影响[8～10]，但研究结果在不同作物和不同区域间差异较大。玉米是辽宁省的主要种植作物[7]，改善风沙土壤并保障玉米生产对农业发展较为重要，但目前，关于这方面研究仍然较少。本研究可进一步明确，在辽宁省阜新地区，不同土壤改良剂对风沙土养分特征及玉米生长的影响，为该地区的荒漠化防治及土地资源的合理，提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验设在辽宁省阜新市彰武县章古台镇(42°43′～42°51′N，121°53′～122°22′E)，位于科尔沁沙地南部，海拔226.5 m。属亚湿润干旱区，年降水量300～600 mm(近5年平均降水量为433 mm)，年蒸发量1 570 mm，年平均气温5.7℃(近5年平均温度为7.2℃)，无霜期 154 d，≥10℃有效积温2 800～3 200℃。试验地土壤类型为风沙土，播前耕层土壤(0～20 cm)有机质4.5 g/kg，全氮 0.18 g/kg，全磷 0.11 g/kg，全钾1.61 g/kg，碱解氮 14 mg/kg，速效磷 10.9 mg/kg，速效钾37 mg/kg，pH 值 5.3。

1.2 试验设计

本试验设计采取大区试验，8行区，90 m行长，不设重复。设置 5个处理，即增施膨润土(swell soil，SS)500 kg/667m2，增施腐殖酸(humus acid，HC)200 kg/667m2，增施有机肥(organic fertilizer，OF)500 kg/667m2，增施草炭土(turfy soil，TS)200 kg/667m2，增施秸秆(straw retention，SR)500 kg/667m2。采用旋耕的方式进行增施处理，旋耕深度约为18 cm。

土壤改良剂施量为膨润土330 kg，腐殖酸130 kg，有机肥 330 kg，草碳土 130 kg。 种植品种为郑单958，播种密度为4 000株/667m2。采用一次性分层施肥方式施肥，不设追肥，即底肥侧位深施(施肥深度为15 cm，种肥横向间隔5 cm)，施肥量为40 kg/667m2(高氮新型缓释肥)，口肥为磷酸二铵，施用量为 10 kg/667m2，施肥深度为5 cm。其它田间管理同于当地传统。本研究玉米采用“均匀垄种植”模式。

1.3 土壤样品的采集与分析

采用5点取样法，用长1m，直径 5cm的土钻采集不同处理0～10cm土样。土壤养分测定依据鲍士旦的方法[11]。土壤全氮采用凯氏定氮法；全磷、全钾及速效氮磷钾采用流动分析仪测定；有机碳采用重铬酸钾外源加热法；pH的测定依据电位法基本原理，采用pH计(PHSJ-4F)进行测量；取回的新鲜土样至于烘箱内60℃烘干至恒重，并测定土壤水分。

成熟期收获中间2行玉米，装入尼龙网袋，晒干脱粒称重，以含水量14%的重量折算小区产量。

1.4 数据分析

数据采用Microsoft Excel2010和 Sigmaplot 16.0统计分析和制图。通过SPSS19.0对数据进行方差分析、相关分析、逐步回归分析及主成分分析。通过LSD(p＜0.05)对数据进行多重比较。

2 结果分析

2.1 不同土壤改良剂对玉米产量及农艺性状的影响

分析不同土壤改良剂对玉米产量的影响可知(图1A)，2016年不同处理下玉米产量存在显著差异，其中 SR和TS处理玉米产量分别为15.48 t/hm2、15.05t/hm2显著高于HC处理(p＜0.05)；但在2017年，不同处理间玉米产量不存在显著差异。在不同年份，不同处理对玉米籽粒干物质重、穗长及穗宽的影响均不显著(图2B、D、E)；OF处理和TS处理下玉米植株干物质重在年际间差异较大(图2C)，而其他处理玉米植株干物质重均维持在较高水平。此外，SR处理下玉米轴粗为29.07cm，显著增高于其他处理(p＜0.05)。

分析不同年份及土壤改良剂对玉米产量及农艺性状的影响(图2)，可知，年份对玉米生产的影响较大，尤其对于造成玉米穗长差异的影响因素中，年份贡献了72%，远高于土壤改良剂及交互作用对其影响。土壤改良剂对玉米穗粗和轴粗的影响较大，其贡献分别占40.9%和45.4%。土壤改良剂与年份的交互作用对玉米产量、样品干重和籽粒干重的影响均较大，分别贡献了57.3%、51.5%和41.6%。

2.2 不同土壤改良剂施用下土壤养分与玉米产量相关分析

分析玉米产量及农艺性状与土壤养分的关系可知(表1)，玉米产量与土壤速效钾极显著正相关(p＜0.01)，且相关系数为0.687。玉米产量与其他土壤养分相关关系不显著。样品干重与土壤养分各指标均无显著相关性，但籽粒干重与土壤全钾和水解性氮极显著正相关(p＜0.01)，相关系数较高，分别为0.676和0.697。玉米穗粗与轴粗均分别与其他土壤养分指标无显著相关关系。玉米穗长与土壤全氮、土壤速效钾、土壤有机质及土壤水分呈显著正相关，但与土壤全钾、水解性氮、有效磷呈显著负相关。

2.3 土壤养分及玉米农艺性状对其产量回归分析

以土壤养分及玉米农艺性状为自变量X，以玉米产量为因变量Y，做逐步回归分析可知，土壤速效钾含量与玉米产量呈如图所示的线性关系。其方程式为Y=12499.80+20.02X(R2=0.47，p=0.028)。然而，除了土壤养分外，其他指标均被剔除，表明在本试验条件下，其他指标与玉米产量并无显著相关关系。

表1 土壤养分与玉米产量及农艺性状相关分析Table 1 Correlation analysis of soil nutrients to maize yield and agronomic characters

2.4 不同土壤改良剂施用对土壤养分影响的主成分分析

以不同土壤改良剂为样本，土壤养分为评价指标进行主成分分析(表2)，可将多个指标降维成少量的主成分(在2016年2个主成分涵盖了所有信息的95.5%，而在2017年，3个主成分涵盖了90.6%)。计算不同样本的主成分得分，可知，SR处理在2次(2016年和2017年)主成分得分中均最高，分别为3.65和1.06，因此，SR处理对土壤养分的提升效果最好。此外，OF处理对土壤养分的提升亦有促进作用，但其在年际间的波动较大。

表2 不同土壤改良剂对土壤养分改良效果的主成分分析Table 2 Principal component analysis for the effects of differ ent soil conditioners on soil nutrient

3 讨论

本研究结果表明，土壤改良剂对玉米产量及部分农艺性状均有显著影响，这与多数研究结果相一致[12～13]，但该影响在年份间波动较大，表现为，不同土壤改良剂对玉米的增产效果并不稳定。综合2016及2017两年的数据可知，OF对玉米产量提高及稳定有促进作用(在该处理下2年产量相差较小)。SR处理虽在2016年显著提高了玉米产量，但其对产量的影响在年分间波动较大，因此，该处理下玉米产量并不稳定。这种产量波动的原因可能是由于，对风沙土的改良需要长期的过程，且土壤改良剂对土壤理化性质的短期影响亦不明显。因此，需要长期的施用土壤改良剂可能达到预期效果。此外，玉米稳产仍然是目前研究者关注的热点[14]，未来的研究应致力于土壤改良剂对玉米产量稳定的影响。

此外，多元逐步回归分析表明，土壤速效钾与玉米产量呈线性关系。表明，土壤速效钾等土壤养分的匮乏，可能是该地区玉米生产的限制因子之一，这与前人的研究结果相一致[7]。随着土壤改良剂施用年限的增加，这种缺钾的状况可能会得到进一步缓解[15]。

秸秆还田是一种具备诸多优势的农作措施[16]，近年，在我国秸秆还田率逐年增加[17]，但其对治理风沙土的效果尚不明确。主成分分析结果表明，综合各种土壤养分指标的评价，SR处理对土壤改良效果最佳。这是因为SR处理下作物秸秆可释放较多的养分到土壤中[18～19]，改善土壤质量。此外，风沙土土壤较疏松，容易受到风蚀或雨蚀，SR处理亦可保护土壤免于被侵蚀[20]。综合上述两点，再加上 SR处理成本较低，因此SR可能是该地区土壤改良的较好的方法之一。此外，其他土壤改良剂如SS、HC、TS及OF对土壤改良均有一定效果，但其效果可能需长期的定位观测。

4 结论

土壤改良剂对玉米产量及部分农艺指标有显著影响，但在年份间波动较大。逐步回归分析结果表明，土壤速效钾与玉米产量呈显著的线性关系，速效钾是限制该地区玉米产量的重要因素。通过主成分分析计算不同处理主成分得分可知，在不同土壤改良剂中，SR处理主成分得分最高(1.06～3.65)，因此SR(增施秸秆)对土壤养分的提升效果最佳，且其对玉米增产亦有促进作用，因此，SR(增施秸秆)是阜新地区进行土壤改良的最佳选择，但仍需长期试验对其效果进行评价。