腐殖酸和脱硫石膏对滨海盐土及水稻产量的影响

朱芸， 傅庆林， 郭彬， 林义成， 刘琛

(1.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 3100212； 2.南京林业大学 林学院，江苏 南京 210037)

浙江省海岸漫长曲折，滩涂资源丰富[1]。合理开发、利用和治理滨海盐土成为解决人口增加与耕地减少矛盾的有效途径，对实现浙江省耕地占补平衡、耕地总量动态平衡和保障粮食生产安全具有重要意义。

目前,盐碱土的改良措施主要包括物理、化学、生物和水利工程措施[2-5]。其中，化学措施为近年盐碱土改良的研究热点之一，化学改良的材料主要有生物质炭、有机肥、脱硫石膏、硫酸铝和腐殖酸等。腐殖酸是动植物残骸经过微生物分解转化形成的有机物质，含有大量羟基、羧基和酚羟基等活性基团，因而腐殖酸具有较强的离子交换和吸附能力，既能改良土壤，又能促进植物生长[6]。赫臣等[7]认为，在盐碱地上增施腐殖酸可有效改善水稻穗部性状，增加水稻产量。张敬敏等[8]研究表明，施用腐殖酸显著提高了杨树的根、茎、叶和养分的含量。于晓东等[9]发现，在滨海盐碱地施用腐殖酸可以提高土壤酶活性，促进小麦生长，增加小麦产量。脱硫石膏主要成分是CaSO4·2H2O，含有多种营养元素，在盐碱土改良中发挥着重要作用[10]。王金满等[11]研究了脱硫石膏对碱化土壤中向日葵的响应，结果表明，脱硫石膏用量在7.5 t·hm-2时，碱化土壤改良效果最佳，向日葵出苗率最高。Zhao等[12]研究表明，在东北的苏打盐碱土施用脱硫石膏，可显著降低土壤的pH和EC值。马雪莲等[13]发现，脱硫石膏能够降低土壤pH值和全盐含量，从而增加油葵的生物量和产量。可见腐殖酸和脱硫石膏在盐碱地上的施用效果研究较多，而在滨海盐土及对水稻生长的影响研究甚少。因此，本文在前人研究的基础上，开展了腐殖酸和脱硫石膏对滨海盐土土壤理化性质和水稻产量的影响，旨在探索该地区腐殖酸和脱硫石膏的最佳施用量，为滨海盐土改良提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地设在浙江省慈溪市观海卫涂区，地处北亚热带南缘(30°02′～30°24′N，121°02′～121°42′E)，属季风型气候，年平均气温16.0 ℃，平均年降水量1 272.8 mm，平均年日照时数2 038 h。土壤为壤质滨海盐土，耕层土壤pH为8.91，土壤电导率(EC)为2.1 dS·m-1，有机质、全氮含量分别为16.8和0.63 g·kg-1，碱解氮、速效钾、有效磷含量分别为45.3、131.1、18.3 mg·kg-1。供试水稻品种为秀水134，全生育期为151 d。

1.2 试验设计

田间试验设9个处理，以不施腐殖酸和脱硫石膏为对照，F1～F4分别为施腐殖酸2.5、5、7.5和10 t·hm-2，T1～T4分别为施脱硫石膏7.5、15、22.5和30 t·hm-2，重复3次，共计27个小区，小区面积25 m2。施用尿素550 kg·hm-2和过磷酸钙750 kg·hm-2，田间管理同当地常规管理保持一致。分别在水稻分蘖期、拔节期、抽穗期和收获期采用“S”型采集土壤表层样品(0～20 cm)，混合均匀，室内自然风干，过2 mm筛用于土壤理化性质分析(pH、EC、有机质、全氮、碱解氮、速效钾和有效磷)，并在收获期统计水稻有效穗数、单穗有效粒数、千粒重和产量。

1.3 测定项目与方法

土壤理化性质分析参照《土壤农业化学分析方法》[14]：土壤pH值采用电极法-酸度计测定，土水比为1∶2.5；EC值采用电导率仪测定，土水比为1∶5；土壤碱解氮(AN)采取碱解扩散法测定；有效磷(AP)采取Olsen法测定；速效钾(AK)采取火焰光度法测定；土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)采用元素分析仪(Vario MACRO cube，Elementar INC，Germany)检测。

1.4 数据处理

采用SPSS 16.0对土壤理化性质、水稻产量及其构成要素进行单因素方差分析(One-way ANOVA)，利用最小显著性差异法(LSD)进行处理间的多重比较，并用Origin 9.0作图。应用Canoco 5.0软件基于线性模型对水稻产量及其构成要素与环境因子(pH、EC、有机质、全氮、碱解氮、速效钾和有效磷)进行冗余分析(RDA)，应用蒙特卡罗检验分析每个环境因子对水稻产量及其构成要素的显著性，并按照其特征值进行重要性排序。

2 结果与分析

2.1 土壤pH、EC值

由图1可得，在水稻不同生育期，施用腐殖酸和脱硫石膏后不同处理的土壤pH和EC值持续下降，明显低于CK，且随着腐殖酸和脱硫石膏用量的增加，土壤pH和EC值呈先下降后上升的趋势。在水稻收获期，腐殖酸处理中，F3处理的pH和EC值最低，相比于CK分别降低6.8%和41.8%；脱硫石膏处理中，T2处理的pH和EC值最低，相比于CK分别降低4.2%和28.9%。

图1 腐殖酸和脱硫石膏不同施用量对滨海盐土pH、EC值的影响

2.2 土壤养分

从表1可以看出，施用腐殖酸和脱硫石膏可有效提升土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量，降低速效钾含量。在水稻不同生育时期，同一处理的土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量均呈先降低后上升的趋势；速效钾含量持续降低。在水稻同一生育期，随着腐殖酸和脱硫石膏施用量的增加，不同处理间土壤养分含量呈逐渐升高而后降低的趋势，F3和T2处理的土壤有机质、全氮、碱解氮和有效磷含量达到最高。在水稻收获期，相较于CK而言，F3的有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量分别提高21.35%、26.79%、40.02%、67.82%和19.94%，T2的相应指标分别提高22.50%、18.75%、35.21%、52.59%和13.96%。

2.3 水稻产量及其构成要素

由图2可以看出，施用腐殖酸和脱硫石膏对水稻产量及其构成要素均有显著影响(P<0.05)。随着腐殖酸和脱硫石膏施用量的增加，水稻有效穗数、单穗有效粒数、千粒重和产量也随之增加，其中，F3和T2处理的水稻产量及其构成要素最高。相比于CK，F3处理的有效穗数、单穗有效粒数、千粒重和水稻产量分别增加14.0%、17.1%、7.7%和17.3%，T2处理的有效穗数、单穗有效粒数、千粒重和水稻产量分别增加13.5%、16.7%、7.2%和11.2%。

表1 腐殖酸和脱硫石膏不同施用量对滨海盐土土壤养分的影响

2.4 水稻产量及其构成要素与环境因子的关系

由冗余分析(RDA)排序结果可以看出(图3)，RDA1和RDA2的2个排序轴共解释物种和环境总方差的91.34%。图中箭头越长，表示环境因子对水稻产量及其构成要素的影响越大；箭头连线和排序轴夹角表示环境因子与排序轴相关性的大小，夹角越小，相关性越高。RDA显示，环境因子(pH、EC、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾)和水稻产量及其构成因素之间相关性显著，不同处理分散在4个排序轴中，显示显著差异。有效穗数、单穗有效粒数、千粒重和水稻产量与土壤pH、EC呈显著负相关，与土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量呈显著正相关。蒙特卡罗检验分析结果表明，全氮成为水稻产量及其构成要素的主要影响因子，影响大小排序为全氮>速效钾>有效磷>EC>pH>碱解氮>有机质(表2)。

柱间无相同字母表示组间存在显著差异(P<0.05)。图2 腐殖酸和脱硫石膏不同施用量对水稻产量及其构成因素的影响

图3 水稻产量及其构成要素与环境因子RDA二维排序

表2 水稻产量及其构成要素的主要环境因子及其贡献率

3 讨论

试验结果表明，施用腐殖酸和脱硫石膏能显著降低土壤pH和EC值，这是因为土壤中施用脱硫石膏后，通过Ca2+置换土体中的Na+和Mg2+，加速了Na+淋洗，从而降低土壤盐分[15]。同时，Ca2+的增加能促进土壤团粒的形成，有效地改善土壤结构，降低了土壤pH和EC值[16-18]。

腐殖酸是一种酸性有机胶体，有较大的阳离子交换量和吸附容量，通过酸碱中和反应，控制土壤中的各类离子淋溶、迁移，调节土壤pH和EC值[19-20]。本试验还表明，施用腐殖酸和脱硫石膏后可有效地提高土壤有机质、碱解氮、全氮和有效磷含量，同时降低土壤的速效钾含量，进一步证实了前人的研究结果[21-23]。这是由于施入腐殖酸和脱硫石膏，显著降低了土壤pH和EC值，使土壤微生物环境有所改善，因而土壤肥力得以提高[24]。

在本试验中，腐殖酸和脱硫石膏的施用增加了水稻千粒重、有效穗数和单穗有效粒数，水稻产量随之增加。在滨海盐土中施用腐殖酸可以调节作物生长，提高抗旱和抗寒能力，从而增加水稻一次枝梗和二次枝梗穗粒数，提高水稻产量，这与前人的研究结果相似[25-26]。有研究表明，施用脱硫石膏可有效提高水稻的千粒重、结实率和出苗率[27]。脱硫石膏主要通过改良土壤团聚体、降低盐害和提高土壤养分来增加水稻产量[28-29]。通过冗余分析可知，影响水稻产量的主要土壤因子是全氮，表明在滨海盐土种植水稻提高土壤养分最为重要。

4 小结

在滨海盐土施用腐殖酸和脱硫石膏，土壤理化性质得到显著改善，水稻产量及其构成要素(千粒重、单穗有效粒数和有效穗数)显著提高。随着腐殖酸和脱硫石膏施用量的增加，pH、EC和速效钾含量呈先下降后上升的趋势，有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量以及水稻产量及其构成要素呈先上升后下降的趋势。腐殖酸和脱硫石膏施用量分别在7.5和15 t·hm-2时，土壤养分含量最高，水稻增产效果最好。因此，用腐殖酸和脱硫石膏改良滨海盐土效果显著，应用前景广阔。