风沙土添加油页岩对花生生长及产量的影响

关 冰，于国庆*，周晓莹，赵 艳，李杰颖，罗祥志

风沙地是我国重要的农牧业生产土地类型之一，特点是土壤结构松散、流动性大、养分瘠薄、持水能力差[1]。我国风沙地分布区主要在半干旱区农牧交错带，辽宁省境内集中分布于辽西北地区。干旱少雨、风蚀沙化是该类区域特点，也是制约其农业可持续发展的主要因素。关于风沙地改良利用研究前人已在绿肥种植[2]、防护林营造[3]、退化草地围封恢复[4]、耕田改造[5]等方面做了大量的工作，申源源[6]等人研究发现添加无机矿物可以显著改善砂质土壤的物理性质，提升土壤的持水能力。

油页岩是由粉沙、淤泥和低等生物残体腐解的有机质沉积形成的，它含有大量的有机质和植物生长所需的营养元素，油页岩的综合开发利用已成为当前资源环境领域研究的重要内容之一，目前国内外的研究主要是集中在有机无机复合肥加工、农业栽培基质上[7-8]，例如，将油母页岩制成复合有机肥用于林业或农业生产，不仅能促进苗木地上部分的生长，还能促进根系的发育[9-10]；可以增加玉米、小麦、豆类、高粱等作物产量[11]，还能作为栽培基质和营养土的主要成分应用于园艺花卉和设施蔬菜栽培中，此外，由于油页岩本身具有较高的有机质及阳离子交换量，因此，可以将其作物土壤保肥剂进行开发利用[12]。本试验选用花生为载体，通过研究油页岩不同添加量对花生产量及植物学特性的影响，研究油页岩肥效作用的植物转化效果，一方面为风沙地改良利用探索新方法，另一方面为工业废弃物的资源化利用提供一条新的途径。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点为辽宁省沙地治理与利用研究所章古台实验站，该区主要气候特点是干旱多风，降雨量少且70%集中于夏季，年均温5.1-6.1℃，年平均风速3.7-4.6m/s，年均降水量499.7-512.2mm，无霜期154d，土壤类型为风沙土。

1.2 试验材料

供试土壤为风沙土，油页岩为页岩油工业中筛选出来的低品位矿产资源，由抚顺矿业集团工程技术研究中心提供，粒径为0-3mm，有机肥为堆腐后的牛粪。供试作物为花生，种植密度为25株/m2，行距50cm，穴距12cm。

1.3 试验设计与实施

本研究采取田间小区试验的方法，试验小区面积为16m2（4m×4m），试验设计油页岩施用量5个水平，5次重复，共25个小区，小区布置采取随机排列的方法，田间管理方法一致。低品位油页岩（0-3mm粒径）与牛粪按施用比例见表2。

表2 实验设计方案

1.4 测定项目与方法

花生农艺性状及产量的测定：于2018年9月26日在试验小区内选定1m2测定花生产量、株数，选择连续10株进行室内考种，考察主茎高，侧枝长、分枝数、果实数、单双粒数、空秕果数、单株果重等参数。

叶绿素含量的测定：于2018年7月10日，采用便携式SPAD-502 plus叶绿素仪即时测量花生叶片的叶绿素相对含量，测定的叶片为花生顶部的第一片叶，测定部位为每片测试叶的中间部位，每个处理重复5次。

净光合速率等参数的测定：于2018年7月24日，采用美国LI-COR公司生产的Li-6400光合仪进行对花生叶片进行活体测定，测定时间选择晴天的上午9∶30-12∶00，测定的叶片为花生顶部的第一片叶，测定部位为每片测试叶的中间部位，每个处理重复5次。

1.5 数据处理与分析

试验数据在Microsoft Excel 2010作基本处理，获得各项性状参数后，用SPSS 20.0软件进行方差分析（ANOVA）和Pearson相关性分析，Duncan法检验差异显著性水平P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 施用油页岩对花生农艺性状及产量的影响

施用油页岩对花生产量及主茎高、侧枝长有明显促进作用，结果见图1-图4。

图1 施用油页岩对花生产量的影响

图2 施用油页岩对花生果重的影响

图3 施用油页岩对花生主茎高的影响

图4 施用油页岩对花生侧枝长的影响

随着油页岩施用量的增加，花生产量、果重、主茎高和侧枝长均呈现先增加后降低的趋势，其中产量、果重、侧枝长在处理4水平时达到最大值，分别比对照CK增加108%、50%、86.7%，主茎高在处理3水平时达最大值，比对照CK增加110%，继续增加油页岩用量反而对花生的产量、果重、主茎高和侧枝长产生抑制作用。

施用油页岩对花生果实的影响也表现出相同的趋势，其中果实数、双粒数、饱果数在处理4水平时达最大值，分别比对照CK增加86%、99%、107%。还可以使花生果实的空秕率得到一定程度的降低（从18%降低至11%左右），但各处理间差异不显著（表3）；

表3 施用油页岩对花生果实的影响

从花生的产量和植株性状指标可以看出油页岩与有机肥的不同配比改变了风沙土养分比例结构，氮肥效应明显，能有效增加风沙土土壤肥力，本试验条件下，油页岩与牛粪的按1.5∶1配施对花生的产量及植株生长的促进作用最明显。

2.2 施用油页岩对花生叶片叶绿素含量及光合特性的影响

2.2.1 施用油页岩对花生叶片叶绿素含量的影响

由表4可知，花生叶片的叶绿素含量随着油页岩用量的增加而增加，处理3和处理4对花生叶片叶绿素含量的影响最为显著，SPAD值显著大于对照和单施牛粪处理，这可能与油页岩的有效氮含量较为丰富有关，但高用量油页岩用量达到3kg/m2时却降低了花生叶片的叶绿素含量，这可能与油页岩本身的理化性质有关，对于该方面的机理研究还有待进一步加深。

2.2.2 施用油页岩对花生叶片光合性能的影响

由表4可知，本试验中不同油页岩施用量对花生叶片净光合速率的影响与对花生叶片叶绿素含量的影响高度相关，均呈现先升高后降低的趋势，在处理4水平时达最大值，油页岩用量继续增加，叶片净光合速率不再升高，说明叶片达到了光饱和水平；气孔导度的变化趋势与净光合速率大体一致；胞间CO2浓度和叶片蒸腾速率随着油页岩用量的增加均表现出降低的趋势，这一变化趋势与净光合速率成反比。

表4 施用油页岩对花生叶绿素含量及光合特性的影响

油页岩在一定用量范围内可提高花生叶片的净光合速率、气孔导度，降低叶片的胞间CO2浓度和蒸腾速率，花生叶片的净光合速率与气孔导度成正相关，与胞间CO2浓度和蒸腾速率成负相关，从肥效角度考虑可能是由于油页岩的施用增加了土壤的养分含量，尤其是促进了有效氮积累，进而增强了花生叶片的光合作用。

2.3 Pearson相关性分析

通过相关性分析可知，油页岩施用量与花生主要农艺性状及产量间相关性密切，详见表4。花生的产量、果实重、双粒数三项指标与油页岩施用量的相关性达到了极显著水平（P＜0.01），果实数和侧枝长与油页岩施用量的相关性达到了显著水平（P＜0.05）；另外，油页岩的施用量与花生空秕率成负相关；这说明风沙土施用油页岩可以有效促进花生产量的增加，其中双粒数的增加对花生产量的贡献最大，还能促进花生植株的生长，尤其是侧枝长方面，还可以降低花生的空秕率。

表4 风沙土油页岩施用量与花生主要农艺性质及产量的相关性分析

3 讨论与结论

油页岩富含有机物，其中有机碳矿化是一个持续过程，可持续养分供给[8]，对氮磷钾元素具有较强的吸附解吸能力[12]，可用于大量的肥料生产[10]，也可作为土壤有机物料直接施用[11]。在本试验研究中，油页岩与有机肥配施表现出明显的肥力效果，氮肥作用尤为显著，使花生产量得到了显著提高，增加了花生双粒数，促进了花生植株的生长，这与前人在玉米、小麦、豆类及高粱等作物上的研究结论相一致[17-18]，适量施用油页岩还可以提高花生叶片的叶绿素含量SPAD值、净光合速率、气孔导度，说明施用油页岩能够有效提高土壤肥力水平。

在本试验条件下综合产量等因为考虑油页岩与有机肥配施的最佳比例为1.0-1.5∶1，当油页岩用量达到3kg/m2时，对花生植株的生长及光合性能产生一定抑制作用，这可能是由于油页岩本身pH及可溶性盐含量较高有关。因此，在应用油页岩改良风沙土实际过程中，须谨慎使用油页岩，尤其是注意单位施用量，或者经过有效处理后再行开发利用。