新型矿基土壤调理剂对滨海盐土理化性状和水稻产量的影响

朱 芸，郭 彬，林义成，傅庆林，*，刘 琛，李凝玉，李 华

(1.浙江农林大学 环境与资源学院，浙江 杭州 311300； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

土壤质量直接关系粮食安全。我国滨海盐土面积约为3 600万hm2[1]，是重要的耕地后备资源。针对滨海盐土盐分高、结构差、肥力低等问题，前人围绕滨海盐土快速改良技术开展了大量的研究，研发出平地松土、地膜覆盖等物理改良技术[2]，以改善土壤结构、提高土壤养分和微生物学性状为重点的化学改良技术[3]，种植耐盐植物和施加有机肥的生物改良技术[4]，以及构建排盐系统(明沟、暗渠等)的工程改良技术等[5]。其中，土壤调理剂施用是盐土快速改良技术中一项十分重要的农艺措施，也是近年来滨海盐土改良方面的研究热点。

施用土壤调理剂一方面可以改善土壤理化性状，另一方面还可增加土壤肥力，从而降低土壤盐害，提高作物产量。研究表明，施用土壤调理剂有利于土壤团聚体的形成，可增加孔隙度，提高土壤的速效养分(如碱解氮、有效磷、速效钾)含量[6-8]，以及土壤有机质、全氮含量[3，9-12]，降低土壤pH值和全盐含量、Na+含量，提高交换性阳离子含量[13-19]。本研究以土壤调理剂对滨海盐土理化性状的影响为切入点，利用自主研发的矿基土壤调理剂为试验材料，通过盆栽试验探索土壤调理剂的不同施用量对滨海盐土理化性状、水稻养分吸收和产量的影响，以期为合理应用土壤调理剂改良滨海盐土，提高水稻产量提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自浙江省慈溪市观海卫镇，土壤类型为滨海盐土，基本理化性状如下：pH值8.87，盐分含量3.5 g·kg-1，电导率(EC)1.3 dS·cm-1，有机质16.8 g·kg-1，全氮0.53 g·kg-1，碱解氮45.3 mg·kg-1，速效钾120.1 mg·kg-1，有效磷4.3 mg·kg-1，土壤质地为壤土。

供试水稻品种为秀水134。

试验所用的土壤调理剂系作者团队自主研发的矿基土壤调理剂，是一种多孔状的硅铝酸盐矿物，由硅氧四面体、铝氧四面体组成。其基本理化性状如下：pH值6.5，阳离子交换量(CEC)71.5 cmol·kg-1，交换性铝1.5 g·kg-1。主要成分：沸石>60%，有机质>20%，MgO>5%，Al2O3>5%。

试验仪器主要包括：PB-30L型酸度计，德国赛多利斯(Sartorius)；DDS-307型电导率仪，上海仪电科学仪器股份有限公司；EvolutionTM201型紫外可见光分光光度计，赛默飞世尔科技公司(Thermo Scientific)；棱光FP6431型火焰光度计，上海仪电分析仪器有限公司；Vario MACRO cube元素分析仪，德国Elementar。

1.2 试验方案

试验共设6个处理：CK-0，不种水稻，不施土壤调理剂；CK-1，种植水稻，不施土壤调理剂；T1，种植水稻，施用5.0 g·kg-1的土壤调理剂；T2，种植水稻，施用7.5 g·kg-1的土壤调理剂；T3，种植水稻，施用10.0 g·kg-1的土壤调理剂；T4，种植水稻，施用12.5 g·kg-1的土壤调理剂。每个处理重复4次，以1盆作为1个重复，共计24盆。种植水稻的花盆直径28 cm、高40 cm，每盆装土7 kg，移栽3株秧苗。参照常规施肥量，各处理均施尿素0.1 g·kg-1、过磷酸钙3.3 g·kg-1作为基肥，于水稻栽插前1周与土壤调理剂一道拌入土壤中混合均匀。淹水插秧时，保持水层12～15 cm。于2020年4月13日移栽，7月25日收获，全生育期106 d。试验在浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所大棚内进行。

1.3 样品采集与制备

在水稻收获期采集土壤和水稻地上部样品。将植物根系土壤去除后，风干、研磨，过80目筛后用于土壤理化性状分析。将水稻地上部样品分为籽粒与秸秆2部分，考查水稻的株高、有效穗数、每穗粒数、千粒重、生物量和产量。将水稻样品在105 ℃杀青30 min后，于80 ℃烘至恒重，称量，粉碎过筛后用于氮、磷、钾含量分析。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 土壤理化性状

土壤pH值用电位计法(浸提液中的土水质量体积比为1∶2.5)测定；土壤EC值用电导率仪测定(浸提液中的土水质量体积比为1∶5)；土壤有机碳(SOC)和全氮含量采用元素分析仪进行检测；土壤碱解氮、速效钾、有效磷含量分别采用碱解扩散法、火焰光度法、钼蓝比色法测定。

1.4.2 植株养分

称取0.5 g植株样品，用H2SO4-H2O2消煮至澄清。植株全氮、全磷、全钾含量分别采用碱解扩散法、钒钼黄比色法和火焰光度计法测定。

1.5 数据处理与分析

利用Excel 2010软件整理数据，利用SPSS 16.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)和皮尔逊(Pearson)相关性分析。

2 结果与分析

2.1 土壤的pH、EC值和养分含量变化

CK-0处理下，土壤的pH值、EC值和基本理化性状同试验前。种植水稻后，CK-1处理的土壤pH值、EC值和速效钾含量均较CK-0处理显著(P<0.05)降低(图1)，且施用调理剂各处理的土壤pH值、EC值和速效钾含量较CK-0处理进一步显著(P<0.05)降低。上述指标中，以土壤EC值的降幅最为明显，CK-1处理的土壤EC值较CK-0处理下降38.5%，T1处理的土壤EC值较CK-0处理下降52.3%，T4处理的土壤EC值较CK-0处理下降62.1%。

与CK-0和CK-1处理相比，其他处理的土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量均显著(P<0.05)增加，与CK-1处理相比，T1～T4处理上述指标的增幅分别为18.8%～32.3%、22.4%～41.7%、19.5%～42.1%和16.5%～40.6%。随着土壤调理剂施用量的增加，土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量均表现出先增加后降低的趋势，在T3处理下达到最大值。与T3处理相比，T4处理的土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量分别显著(P<0.05)下降12.5%、11.7%、18.7%和19.1%。

2.2 水稻植株养分含量变化

水稻不同部位的养分含量差异明显，秸秆中的N、P含量分别约为籽粒中的1/3、1/5，而K含量则约为籽粒中的8倍(表1)。施用土壤调理剂后，水稻秸秆和籽粒中的N、P、K含量均较CK-1处理显著(P<0.05)增加。当土壤调理剂的施用量在5.0～10.0 g·kg-1，随着施用量的增加，秸秆和籽粒中的N、P、K含量均相应增加，在秸秆中的增幅分别为19.9%～49.8%、22.2%～49.7%、26.2%～36.2%，在籽粒中的增幅分别为6.7%～33.0%、16.9%～41.2%和7.1%～34.5%。T4处理下水稻秸秆和籽粒中的N、P、K含量与T3处理相比均显著(P<0.05)下降，但仍均显著(P<0.05)高于CK-1处理。

2.3 水稻的生物量与产量及其构成因子

施用土壤调理剂的各处理的株高、每盆生物量和每盆产量均较CK-1处理显著(P<0.05)增加(表2)，当土壤调理剂的施用量为7.5～12.5 g·kg-1，水稻的每穗粒数和千粒重亦与CK-1处理相比显著(P<0.05)增加。综合来看，T3处理的表现最好，有效穗数、每穗粒数、株高、千粒重、每盆生物量和每盆产量均最高，较CK-1处理分别显著(P<0.05)增加8.0%、17.8%、8.8%、31.8%、18.7%和23.4%。T4与T3处理相比，虽然土壤调理剂的施用量增加，但其有效穗数、每盆生物量和每盆产量却显著(P<0.05)下降。

2.4 水稻产量与土壤理化性状的相关性分析

相关性分析结果显示，水稻产量、生物量、株高、有效穗数、每穗粒数、千粒重均分别与土壤pH值和EC值呈极显著(P<0.01)负相关，与土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关，但与土壤速效钾含量无显著相关性。

3 讨论

滨海盐土具有物理结构差、盐碱重、通气性差等缺点，严重影响了土壤养分的有效性和作物对养分的吸收利用。针对此问题，本研究利用新型矿基土壤调理剂改良滨海盐土，结果表明，施用土壤调理剂后，土壤EC值显著降低。这是由于自主研发的高吸附、偏酸性、高阳离子交换量的矿基土壤调理剂，可有效吸附土壤溶液中的Na+[20]。土壤pH值随着土壤调理剂施用量的增加而降低并趋于中性。这是由于本研究所选用的土壤调理剂中含有一定量的Al3+，其水解后产生的H+可中和土壤中的OH-，从而使得土壤pH值显著降低[21]。所使用的土壤调理剂中还含有一定量的有机质，施用后明显提高了土壤有机质、全氮和碱解氮含量。此外，施用土壤调理剂还改善了土壤的物理结构性状，有助于间接提高土壤养分的生物有效性[5，22-23]。有研究表明，在滨海盐土上轮作水稻与小麦后，土壤pH值和EC值均显著降低，土壤有机碳含量、酶活性，以及微生物数量有所增加，土壤肥力有所改善[24-25]。本研究结果显示，种植水稻(CK-1)与未种水稻(CK-0)相比，土壤pH值、EC值和速效钾含量显著降低，土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量却显著增加。这是因为，种植水稻期间，一方面施用了尿素和过磷酸钙，另一方面水稻植株叶片和根系残留于土壤中，增加了土壤的有机质和氮、磷等养分的含量，有利于降低土壤盐害，提高土壤肥力。这些都进一步证实了种植水稻有利于滨海盐土pH值和EC值降低，并能提高土壤养分的结论[24-25]。

柱上无相同字母的表示处理间差异显著(P<0.05)。Bars marked without the same letters indicated significant difference at P<0.05 within treatments.图1 不同处理对土壤理化性状的影响Fig.1 Effect of different treatments on soil physiochemical properties

表1 不同处理对水稻秸秆和籽粒中N、P、K含量的影响

表2 不同处理对水稻生物量和产量及其构成因子的影响

表3 水稻生物量和产量及其构成因子与土壤理化性状的相关性

本研究结果显示，水稻有效穗数、千粒重、每穗粒数、株高、生物量和产量与土壤中的碱解氮、有效磷和有机质含量呈显著正相关，这与刘洁等[26]和高辉等[27]的研究结果相似。在本研究中，水稻产量构成因子与速效钾含量没有显著相关性，与土壤pH值和EC值呈显著负相关。这是因为过高的pH值和EC值会影响土壤有效养分和有机质的转化，降低水稻有效穗数、千粒重、株高、生物量和每穗粒数，从而导致作物产量降低。然而，滨海盐土钾含量丰富，能够完全满足水稻生长所需，换言之，土壤钾并不会成为限制水稻生长的因素，因而在本研究中表现为水稻产量构成因子与速效钾含量没有显著相关性。

施用土壤调理剂后，土壤pH值、EC值，以及土壤养分得到改善，水稻的有效穗数、每穗粒数、株高、千粒重、生物量和产量显著增加。不同的施用量下，以10 g·kg-1施用量的效果最佳。过量施用后，土壤各项指标均较最佳施用量下有所下降，水稻产量也有所降低。分析其原因：一方面，可能是因为土壤调理剂本身具有较强的吸附作用，过量施用可能会对养分离子产生吸附，导致土壤速效养分含量有所降低；另一方面，土壤调理剂中含有一定量的活性Al3+，施用量过大，可能会对水稻根系产生铝毒作用[28-29]，且土壤调理剂中含有镁，随着土壤调理剂用量的增加，土壤镁量也会增加，土壤的微环境可能会受到变化，从而改变土壤有效养分的协调供给，影响作物生长，导致增产不明显[30]。

综上，合理施用本研究选用的自主研发的矿基土壤调理剂可有效改善滨海盐土理化性状，使土壤pH值和EC值下降，有机质、全氮、碱解氮含量增加，并提高水稻产量，在本试验条件下的最佳施用量为10 g·kg-1。