菌糠-凹凸复合盐碱地调理剂对盐碱地改良效果及玉米产量的影响

王勤礼, 闫 芳, 陈 璐, 熊 鹰,3, 张文斌, 华 军

(1.河西学院甘肃省食用菌菌糠资源化利用工程研究中心,甘肃张掖 734000; 2.河西学院农业与生态工程学院,甘肃张掖 7340000;3.临泽县奋君矿业有限公司,甘肃临泽 734207; 4.张掖市经济作物技术推广站,甘肃张掖 734000)

目前我国盐渍化面积大约为0.35×109hm2[1-2]。河西走廊地处我国西北内陆,降水量少,蒸发量大,独特的气候条件造成土壤盐碱化及次生盐碱化十分严重,现有盐碱地179.8万hm2左右[3]。因此,盐碱地改良已成为该区农业可持续发展和守牢耕地红线、实现粮藏于地战略的首要任务。

目前盐碱地改良方法有水利工程、化学调理、生物技术和农业方法[4]。不同措施均有一定改良作用,但其改良效果不同。利用盐碱地调理剂改良盐碱地是目前较为普遍的改良措施,常用的调理剂有钙类物质、酸性物质和有机物料类[5]。但不同调理剂对盐碱地改良效果差别较大。

菌糠富含有机质和多种矿质元素,还有残余菌丝体。大量试验表明,菌糠可降低盐碱地pH值和电导率,改善盐碱地物理性质[6-8]。凹凸棒石具有较好的吸附性、离子交换性、缓释性、抗盐性等特性,研究表明,凹凸棒石对盐碱地土壤改良具有重要作用[9-11]。但有关菌糠和凹凸棒石2种材料复合对盐碱土壤改良效果目前报道的较少。本研究基于2种材料的协同与功能互补作用,选用前期研究筛选的最佳配方,探索其对河西走廊盐碱地改良效果及对玉米生长和产量影响,以期为河西走廊盐碱地改良提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验设在临泽县板桥镇板桥村二社李义聪承包地内(111°E,40°N),该地海拔1 450 m,年均降水量97.4 mm,年均蒸发量2 300 mm左右,年均气温8.6 ℃,全年无霜期148 d左右。试验地前茬为玉米,试验前测定土壤理化性质,结果见表1。

表1 试验区土壤化学性质

1.2 试验材料

供试作物:玉米,品种为沈单10号,由临泽县农技中心提供。

供试材料:菌糠为姬菇菌糠,由张掖贯党珍稀菇业有限公司提供;凹凸棒石、石膏和菌糠-凹凸复合盐碱地调理剂均由奋君矿业有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计,3次重复,小区面积 48 m2。试验共设3个处理,分别为:T1(75%菌糠+25%凹凸棒石+微生物复合菌剂)、T2(石膏)、对照CK(不施调理剂)。

1.4 试验方法

2021年4月24日播种,行距0.45 m,密度 67 500株/hm2。播前整地、施肥、铺膜。9月21日考种。菌糠-凹凸复合盐碱地调理剂和石膏结合春季整地一次性施入。试验管理与当地常规玉米管理保持一致。

1.5 测试方法

1.5.1 土壤理化性质测定

1.5.1.1土壤物理性质测定 采用环刀法测定土壤容重和孔隙度[12]。

1.5.1.2 土壤化学性质测定 土壤pH值采用玻璃电极法测定,土壤电导率采用电导仪测定,水土质量比均为5 ∶ 1。土壤其他理化性质参照《土壤农化分析》测定[13],采用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量、乙酸铵交换法测定阳离子交换量(CEC)、原子发射光度法测定交换性钠离子浓度。碱化度(ESP)=交换性钠离子浓度/阳离子交换量。

1.5.2 出苗率 在苗期,每小区选3个点,在每个样点的单行上连续数取20个播种穴并统计幼苗数量,计算出苗率。3个点的平均出苗率为小区出苗率。

1.5.3 玉米产量性状测定 产量性状:收获时,每小区随机选取20个果穗测定秃顶长度、行粒数、行数、百粒质量。小区产量即实收产量。

1.6 数据分析

Excel软件整理数据与绘图,DPS 19.5统计软件方差分析,差异显著性测验采用新复极差法。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤物理、化学性质的影响

2.1.1 不同处理对土壤物理性质的影响 土壤容重是土壤结构的主要指标。图1表明,各处理容重在玉米全生育期变化不大,在玉米生长不同阶段各处理虽有差异,但处理间均没达到显著差异水平。由此表明,各处理对土壤容重影响不大。

孔隙度决定土壤的透气性、通气性和保水性。由图2可知,T1孔隙度在全生育期变化不大,但高于T2和CK,9月3日与T2间差异显著,9月20日与CK、T2间差异显著;T2和对照间差异不显著。由此表明,菌糠-凹凸盐碱地调理剂能增加土壤孔隙度,石膏对土壤孔隙度影响不大。

2.1.2 不同处理对土壤化学性质的影响

2.1.2.1 不同处理对土壤pH值和电导率的影响 图3表明,不同时期不同处理的pH值差异不显著。T1和T2的pH值整体呈下降趋势,CK的pH值变化无规律,但在9月20日,各处理的pH值都接近于原始pH值。由此说明,各处理对pH值影响较低。

图4表明,各处理土壤电导率在全生育期变化较大。6月16日,CK电导率最高,为1 512 μS/cm,其次T2,电导率为762 μS/cm,T1电导率最低,为 452 μS/cm;T1较CK降低了70.11%,二者差异极显著,T2较CK降低了49.6%,二者差异显著,T2与T1差异不显著。7月8日、9月3日,CK和T1、T2间差异显著,T1和T2间差异不显著。8月4日,CK与T1差异显著,与T2差异不显著。9月20日,T1电导率最低,为467.67 μS/cm,CK电导率最高,为859 μS/cm,T1较CK降低了45.56%,与CK差异显著;T2电导率为730.67 μS/cm,较CK降低了14.94%,但二者差异不显著,与T1差异显著。CK的电导率在全生育期均高于T2和T3。由此表明,菌糠-凹凸盐碱地复合调理剂和石膏均能显著降低土壤电导率,尤其是菌糠-凹凸盐碱地复合调理剂,在玉米生长前期降低土壤电导率效果非常显著。

2.1.2.2 不同处理对土壤碱化度和阳离子交换量的影响 由图5可知,6月16日,CK碱化度最高,为4.73%,其次为T2,碱化度2.27%,T1碱化度最低,为1.99%。T1碱化度较CK降低了2.74百分点,差异达极显著水平,T2较CK降低2.46百分点,二者存在着极显著差异,T1和T2间差异不显著。7月8日以后,虽然CK的碱化度均高于T1和T2,但差异不显著。由此表明,菌糠-凹凸复合盐碱地调理剂和石膏在玉米生育前期均能降低土壤碱化度。

由图6可知,全生育期T1的阳离子交换量最高,但在整个生育期呈下降趋势。6月16日,T1的阳离子交换量最高,达13.10 cmol/kg,CK最低,为10.90 cmol/kg,较CK增加20.18%,T2与T1、CK间差异不显著。7月8日,T1和T2间差异显著。8月4日、9月3日,T1和T2、CK间差异显著。9月20日,T1和T2、CK间差异不显著。全生育期,T2和CK间差异不显著。由此表明,盐碱地复合调理剂能改良土壤,提高土壤的保肥能力。

2.1.2.3 不同处理对土壤有机质含量的影响 由图7可看出,整个生育期,T2和CK有机质含量低于T1。6月16日,T1和T2、CK间有机质含量变化不大,7月8日以后,T2和CK有机质含量显著低于T1。9月20日收获时,T1有机质含量达 18.88 g/kg,较CK增加2.87 g/kg。T2和CK间有机质含量在全生育期变化不大,二者差异不显著。由此表明,菌糠-凹凸盐碱地调理剂能显著提高土壤有机质含量。

2.2 不同处理对玉米出苗率的影响

出苗率是作物产量的基础。由表2可知,T1出苗率平均96.16%,为最高,CK的出苗率最低,平均为52.69%,T1较CK的出苗率增加了43.47百分点,二者差异极显著。T2的出苗率平均为78.59%,较CK的出苗率增加了25.90百分点,较T1的出苗率降低了17.57百分点,三者间差异极显著。

表2 不同处理对出苗率的影响

2.3 不同处理对玉米经济性状和产量的影响

由表3可知,T1的百粒质量最高,较CK增加11.15 g,增幅达42.85%;T2和CK的百粒质量差异小。CK的秃顶长度最长,为2.55 cm,较T1增加了1.49 cm,增幅140.57%;T2的秃顶长度略低于CK。T1的行粒数高于CK 7粒,较T2增加5粒。T1和T2的行数相同,较CK增加了2行。由此表明,菌糠-凹凸盐碱地复合调理剂能明显改善玉米经济性状。

表3 不同处理对经济性状的影响

表4表明,不同处理间产量差异显著。T1小区产量最高,达56.31 kg,较CK增加29.04 kg,增产106.49%,差异极显著,较T2增产34.23%,差异显著。T2产量较CK增产53.83%,差异显著。由此表明,盐碱地增施菌糠-凹凸盐碱地复合调理剂,可显著提高玉米产量。

表4 不同处理对产量的影响

3 讨论与结论

3.1 不同处理对土壤物理性质的影响

土壤容重受母体材料、气候、生物作用和耕作条件的综合影响,土壤容重通常是微弱变化的[14]。本试验结果表明,菌糠-凹凸盐碱地调理剂对土壤容重有一定影响,总体上降低了土壤容重,但变化不大,这和前人研究结果[14]相似。

土壤孔隙度是反映土壤结构的重要指标之一。本试验结果表明,在玉米生长前期,各处理对土壤孔隙度影响不大,在收获后期,菌糠-凹凸盐碱地调理剂对土壤孔隙度有显著影响,可增加土壤孔隙度,是由于菌糠-凹凸盐碱地调理剂含有较高的有机质和活性菌,随着作物生长,对土壤质地有所影响,增加了土壤孔隙度。

3.2 不同处理对土壤化学性质的影响

土壤pH值是评价土壤盐碱化程度的一个重要指标。张玉凤等发现,增施盐碱土壤改良剂,可降低土壤pH值[15]。张发胜等认为,石膏基盐碱地土壤调理剂可降低土壤pH值[16]。本试验结果表明,各处理对pH值影响不大,与以上研究结果有差异,原因有待于进一步研究。

土壤电导率可反映土壤水溶性盐含量。孙泽文研究表明,原位超稳矿化法可大幅度降低土壤电导率[17]。本试验结果表明,菌糠-凹凸盐碱地复合调理剂和石膏均能显著降低土壤电导率,尤其是菌糠-凹凸盐碱地复合调理剂,在前期降低土壤电导率效果非常显著,与上述研究结果相一致。

土壤肥力的重要指标之一是有机质含量。王涵等研究结果表明,增施不同调理剂可提高土壤有机质含量[18]。郭天云等在研究中发现,施用磷石膏可提高土壤有机质含量[19]。本试验结果表明,菌糠-凹凸盐碱地调理剂提高了土壤有机质含量,与上述研究结果相一致,主要是由于菌糠-凹凸盐碱地调理剂本身含有较高的有机质和微生物菌剂,可增加土壤有机质含量。增施石膏对土壤有机质含量影响不显著。

增施盐碱地调理剂可降低土壤碱化度,提高阳离子交换量[20-22]。本试验结果表明,在玉米生长前期,增施菌糠-凹凸盐碱地调理剂能降低土壤碱化度,提高阳离子交换量,主要是由于凹凸棒石的吸附性和离子交换能力强。增施石膏在玉米生长前期能降低碱化度,对阳离子交换量影响不大,原因有待于进一步研究。

3.3 不同处理对玉米出苗率和产量的影响

出苗率可直接反映盐碱地调理剂的改良效果。本试验结果表明,施用菌糠-凹凸盐碱地调理剂后可显著增加玉米出苗率,这和王鼎等的研究结果[23]相似。主要是由于施用菌糠-凹凸盐碱地调理剂后在玉米生长前期显著降低了土壤电导率,从而提高了玉米出苗率。

施用盐碱地调理剂可提高作物产量。徐国凤等和南江宽等分别发现,增施腐植酸后,玉米增产16.3%[24],油菜和玉米分别较对照增产15.68%和9.15%[25]。本试验结果与以上研究结果相一致,其原因主要是施用菌糠-凹凸盐碱地调理剂后提高了玉米出苗率,改善了土壤性质。

由以上试验结果可得出如下结论,菌糠-凹凸盐碱地调理剂能显著降低土壤电导率,对土壤容重和pH值影响较小,可增加土壤有机质含量,在前期可降低土壤碱化度,提高阳离子交换量、玉米出苗率和产量。