含腐植酸褐煤对盐碱土水溶性有机碳及玉米幼苗长势的影响

顾 鑫

黑龙江省农业科学院大庆分院 大庆 163316

土壤水溶性有机碳（water-soluble organic carbon，WSOC）是土壤有机碳中的重要活性组分[1]，具有一定的溶解性，不仅在土壤碳循环过程中扮演重要角色[2]，而且可以直接被微生物吸收利用参与土壤营养物质的分解与转化，被认为是土壤肥力与环境变化的敏感指标[3]，其含量与土壤质量和农业生产力密切相关，从而可影响作物的产量与质量。水溶性有机碳的特点是移动速度快、稳定性差、易氧化、分解、矿化，容易受土壤酸碱度、植被类型、降雨等自然因素和耕作、施肥等人为因素影响[4～8]。我国褐煤资源可采储量大，褐煤中含有丰富的有机碳，是适宜生产腐植酸的原材料，是天然的土壤改良调理剂[9]。东北松嫩平原重度苏打盐碱土由于缺乏有效的有机质导致土壤可塑性极差，生态环境恶劣，不利于作物生长。提高重度苏打盐碱土有机碳含量，特别是水溶性有机碳含量对我国农业生产和粮食保障具有重要意义。然而当前对重度苏打盐碱土水溶性有机碳提升的研究仍有不足，因此本研究将通过室内盆栽试验，定性定量探索含腐植酸的褐煤对重度苏打盐碱土水溶性有机碳及玉米幼苗长势的影响，以期为重度苏打盐碱土科学治理利用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自大庆地区重度苏打盐碱土，pH 11.3，电导率（EC值）1350 μS/cm，有机质11.4 g/kg；含腐植酸的褐煤来自黑龙江省萝北县，pH 5.88，EC值85 μS/cm，有机质675.8 g/kg，总腐植酸含量50.1%，水溶性有机碳140.68 g/kg；玉米品种为“先玉335”。

1.2 试验设计

将含腐植酸的褐煤和土壤均研磨过2 mm筛子，褐煤按不同质量分数与重度苏打盐碱土混匀后装入盆中（盆高25 cm、内口径30 cm，盆底带托盘），置于室内培养，共设7个处理：褐煤的质量分数分别设定为0%（CK）、5%（C1）、10%（C2）、15%（C3）、20%（C4）、25%（C5）、30%（C6）。在培养90天时播种玉米种子，待长出3片叶时调查幼苗长势情况，并在苗期结束时测定各处理土壤水溶性有机碳含量、土壤pH和EC值。各处理均3次重复，置于室内阳光充沛的地方，随机排列，期间各处理采用一致常规浇灌、除草防虫等管理措施。

1.3 测定方法

水溶性有机碳的测定：按照土水比为1∶5的比例混匀[10]，在25 ℃条件下，以250 r/min的速度振荡1 h，接着在转速为15000 r/min离心10 min，上部悬浮液过0.45 μm微孔滤膜，以后步骤采取总有机碳的测定方法（重铬酸钾容量法）[11]；土壤pH的测定：应用IS139 pH计（1∶2.5土水比）；土壤EC值的测定：应用DDS-307电导率仪（1∶5土水比）；植物性状的测定：调查玉米幼苗的株高、根系长度和地上地下鲜干重。

1.4 统计方法

均采用Microsoft Excel 2016和SPSS 25.0软件进行数据整理与方差分析，运用Duncan’s新复极差法进行平均数的多重比较（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用含腐植酸褐煤对土壤水溶性有机碳的影响

不同处理土壤水溶性有机碳含量的测定结果如表1所示。C6处理土壤水溶性有机碳含量最高，平均为46.65 g/kg，显著高于其他处理，与CK处理相比，上升了31.6倍；C5处理土壤水溶性有机碳含量次之，平均为44.88 g/kg，显著高于CK、C1、C2、C3、C4处理，与CK处理相比，上升了30.4倍；C4处理土壤水溶性有机碳含量平均为37.60 g/kg，显著高于CK、C1、C2、C3处理，与CK处理相比，上升了25.3倍；C3处理土壤水溶性有机碳含量平均为34.79 g/kg，显著高于CK、C1、C2处理，与CK处理相比，上升了23.3倍；C2处理土壤水溶性有机碳含量平均为34.13 g/kg，显著高于CK、C1处理，与CK处理相比，上升了22.9倍；C1处理土壤水溶性有机碳含量平均为25.49 g/kg，与CK处理间差异显著，相比上升了16.8倍。

2.2 施用含腐植酸褐煤对土壤pH和EC值的影响

不同处理土壤pH和EC值的测定结果如表1所示。C6处理土壤pH最低，平均为8.86，显著低于其他处理，与CK处理相比，降低了17.0%；C5处理土壤pH次之，平均为9.25，显著低于CK、C1、C2、C3、C4处理，与CK处理相比，降低了13.3%；C4处理土壤pH平均为9.35，显著低于CK、C1、C2、C3处理，与CK处理相比，降低了12.4%；C3处理土壤pH平均为9.62，显著低于CK、C1、C2处理，与CK处理相比，降低了9.8%；C2处理土壤pH平均为9.79，显著低于CK和C1处理，与CK处理相比，降低了8.2%；C1处理土壤pH平均为10.22，与CK处理间差异显著，相比降低了4.2%。C6处理土壤EC值最低，平均为856 μS/cm，与C3和C5处理间差异不显著，显著低于CK、C1、C2、C4处理，与CK处理相比，降低了35.7%；C4处理土壤EC平均为920 μS/cm，显著低于CK、C1、C2处理，与CK处理相比，降低了30.9%；C2处理土壤EC值平均为950 μS/cm，显著低于CK和C1处理，与CK处理相比，降低了28.7%；C1处理土壤EC值平均为1003 μS/cm，与CK处理间差异显著，相比降低了24.7%。

表1 不同处理土壤水溶性有机碳含量、pH和EC值Tab.1 Soil water-soluble organic carbon content, pH and EC value in different treatments

2.3 土壤水溶性有机碳与土壤pH和EC值的关系

土壤水溶性有机碳与土壤pH和EC值的关系分析结果如表2所示。通过数据之间的相关性分析得出，土壤水溶性有机碳与土壤pH和EC值均呈极显著负相关关系，相关系数分别为-0.941和-0.963；土壤pH和土壤EC值二者之间呈极显著正相关关系，相关系数为0.859。

2.4 施用含腐植酸褐煤对玉米幼苗长势的影响

不同处理玉米幼苗长势性状如表3所示。CK处理玉米种子没有萌发，无幼苗长出。C6处理幼苗株高最高，平均为35.18 cm，与C4、C5间处理差异不显著，但显著高于其他处理；C3处理幼苗株高平均为26.14 cm，显著高于C1和C2处理；C2处理幼苗株高平均为12.28 cm，与C1处理间差异不显著。C4处理幼苗单株鲜重、干重均最大，分别平均为0.886 g和0.078 g，均与C5、C6处理间差异不显著，显著高于其他处理；C3处理幼苗单株鲜重、干重分别平均为0.592 g和0.056 g，均显著高于C1和C2处理；C2处理幼苗单株鲜重、干重平均为0.290 g和0.032 g，均与C1处理差异不显著。C6处理幼苗根最长，平均为9.82 cm，与C3、C4、C5处理间差异不显著，但显著高于其他处理；C1和C2处理幼苗根长分别平均为3.60 cm和6.60 cm，差异显著。C4处理幼苗根鲜重最大，平均为0.856 g，与C2、C3、C5处理间差异不显著，但显著高于其他处理；C1和C6处理幼苗根鲜重分别平均为0.702 g和0.668 g，差异不显著。C1处理幼苗根干重最大，平均为0.188 g，与C2、C3处间理差异不显著，但显著高于其他处理；C4、C5、C6处理幼苗根干重分别平均为0.110 g、0.112 g和0.104 g，差异不显著。

2.5 土壤水溶性有机碳与玉米幼苗性状的关系

土壤水溶性有机碳与玉米幼苗性状的相关关系如表4所示。通过数据之间的相关性分析得出，土壤水溶性有机碳与玉米幼苗株高、单株鲜重、单株干重、根长、根鲜重均呈极显著正相关关系，相关系数分别为0.818、0.813、0.806、0.894、0.809；与根干重呈显著正相关关系，相关系数为0.439。

表2 土壤水溶性有机碳与土壤pH和EC值的相关关系Tab.2 Correlation between soil water-soluble organic carbon, soil pH and EC value

表3 不同处理玉米幼苗长势性状Tab.3 Growth characteristics of maize seedlings in different treatments

表4 土壤水溶性有机碳与玉米幼苗性状的相关关系Tab.4 Correlation between soil water-soluble organic carbon and maize seedling characteristic

3 结论与讨论

土壤盐碱化是土壤质量退化的表现，重度苏打盐碱土碱性大、电导率偏高[12]，长年难以生长植被，有机物质投入甚少，水溶性有机碳含量偏低，本研究供试土壤中的水溶性有机碳含量仅有1.43 g/kg，十分贫瘠。碳元素是土壤微生物和植物必须的营养元素之一[13]，土壤补充足够的碳营养是培肥地力增产提质的关键[14]，其水溶性决定有效性，决定能否被土壤微生物和作物直接吸收利用。本研究表明添加含腐植酸褐煤后的重度苏打盐碱土水溶性有机碳含量显著提高，整体上表现为水溶性有机碳含量随着含腐植酸褐煤用量的增加而逐渐增加，这与马斌等[15]研究结果一致——褐煤腐植酸能促使土壤固有有机物质的分解与转化，进而促进土壤可溶性碳的释放。本研究供试含腐植酸褐煤中的水溶性有机碳含量为140.68 g/kg，有效地填补了重度苏打盐碱土缺碳的困境。添加含腐植酸褐煤后的重度苏打盐碱土碱性和EC值均随着含腐植酸褐煤用量的增加而逐渐降低，这可能是因为腐植酸是带有多种活性基团的有机酸性物质[16]，同时腐植酸具有较强的离子交换和吸附能力[17]，从土壤的可溶性盐中吸附并阻隔有害盐离子，降低土壤溶液中盐分浓度，使土壤EC值降低。添加5%含腐植酸褐煤使得重度苏打盐碱土壤开始长出玉米幼苗，说明施用含腐植酸褐煤有利于促进玉米幼苗的发育，这可能是因腐植酸是动植物遗骸经过微生物分解转化后形成的有机物质[18]，含有作物生长所必须的营养成分；水溶性有机碳是高活性的土壤碳素[19]，容易被微生物分解，起到为作物提供养分的重要作用。综上，本研究中，含腐植酸褐煤施入到重度苏打盐碱土中，提高了土壤水溶性有机碳含量，降低了土壤盐碱性，进一步促进玉米幼苗的生长发育，与不添加含腐植酸褐煤处理相比，添加5%含腐植酸褐煤即可使重度苏打盐碱土得到改善，使得重度苏打盐碱土玉米发芽，长出幼苗。施用含腐植酸褐煤对重度苏打盐碱土速效肥力养分的影响及其作用机制研究，本文未涉及，后续将进行深入研究。