生物有机肥配施改良剂对滨海盐土的改良效果研究

江胜国

摘    要：土壤鹽渍化是限制滨海地区生态环境及农业经济发展的关键因素。为提高滨海盐土的土壤生产力，探索适宜于滨海盐土改良的有效措施，以滨海盐渍稻田土为研究对象，设计不同物料组合添加，分析有机肥、有机肥+禾康、有机肥+黑里俏、有机肥+黄腐酸钾、对照处理下的土壤基本理化性状的变化及其对水稻产量影响。结果表明：不同有机无机处理的表层土壤[质量]密度降低了3.9%～11.4%，土壤孔隙度增加了7%～44%；土壤pH值和盐分含量最低的为有机肥+禾康处理。有机物料添加提高了土壤养分含量，有机肥+禾康处理的SOC、AN、AP含量均显著高于其他处理，而有机肥+黄腐酸钾处理的AK含量最高（294 mg·kg）；与CK对比，有机无机处理土壤脲酶活性显著提高19%～38%，其中有机肥+黄腐酸钾处理的脲酶活性和碱性磷酸酶活性均显著高于其他处理。不同处理水稻产量在9 030～10 699 kg·hm之间，相比较于对照增加了4.5%～18.4%，其中有机肥+茎腐酸钾处理的水稻产量和千粒质量最高。基于RDA分析，认为土壤孔隙度和氮素是影响水稻产量的主要因素，影响率分别为39.1%、21.1%。综合分析得出，不同物料组合模式中有机肥+禾康和有机肥+黄腐酸钾的改良效果较优。

关键词：生物有机肥；滨海盐渍土；土壤理化性状；水稻产量；冗余分析

中图分类号：S158.3         文献标识码：A           DOI 编码：10.3969/j.issn.1006－6500.2023.09.010

Study on the Improvement Effect of Bioorganic Fertilizer Combined with Modifier on Coastal Saline Soil

JIANG Shengguo

（1. Tianjin North China Geological Exploration Bureau， Tianjin 300170， China; 2. Tianjin Geology Research and Marine Geological Center， Tianjin 300170， China）

Abstract： Soil salinization belongs to the key factor limiting the development of coastal ecological environment and agricultural economy. In order to improve the soil productivity of coastal saline soil and explore effective measures which are suitable for the improvement of coastal saline soil， this paper took paddy soil of the coastal saline as the research object to design 5 experimental treatments with different material combinations， including organic fertilizer， organic fertilizer + hekang， organic fertilizer+heiliqiao， organic fertilizer+potassium fulvic acid and control plot， which analyzed the changes of soil basic physical and chemical properties and their effects on rice yield. The results showed that surface soil bulk density decreased by 3.9%-11.4% and soil porosity increased by 7%―44% under different organic and inorganic treatments. The lowest pH and salt content of soil was found in organic fertilizer+hekang  treatment. The content of SOC， AN and AP in  organic fertilizer+hekang  treatment was significantly higher than other treatments， while the content of AK in Organic fertilizer+BSFA treatment was the highest （294 mg·kg-1）. Compared with CK， soil urease activity in organic and inorganic treatments was significantly increased by 19%-38%， and urease activity and alkaline phosphatase activity in organic fertilizer+BSFA treatment were significantly higher than other treatments. Rice yield under different treatments was between 9 030 kg·hm-10 699 kg·hm， increased by 4.5%-18.4% compared with CK， and rice yield and thousand-grain weight under organic fertilizer+BSFA treatment were the highest. Based on RDA analysis， it was concluded that soil porosity and nitrogen were the main factors affecting rice yield， and the influencing rates were 39.1% and 21.1% respectively. The comprehensive analysis shows that the improvement effect of organic fertilizer+hekang and organic fertilizer+potassium fulvic acid is better in different material combination modes.

Key words： bioorganic fertilizer; coastal saline soil; soil physical and chemical properties; rice yield; redundancy analysis

土壤盐渍化已成为制约农林业生产发展和土地利用效率提高的主要因素[1]。据世界粮食和农业组织统计，全球盐渍化土地总面积约为1.1×10 hm，占土地总面积的25%，并以每年1.4%的速度继续扩大[2]。中国的盐渍土总面积为3.69×10 hm，广泛分布在5个气候带上，从沿海到内陆，从潮湿到极度干旱[3-4]。其中，沿海地区土壤盐分的种类和发生特征较为复杂，涉及原始母质、气候、地形、人类活动带来的一些因素[5]。沿海地区经常发生季节性盐堆积和盐淡化，主要是海水不断冲刷和高盐度浅层地下水蒸发造成的。多种因素相互作用导致滨海盐渍土具有典型的土壤团聚体结构差、透水透气性差、肥料保持性差等特征，使滨海盐渍土的修复更加困难[6]。

生物有机肥是一种常见的商业肥料，主要由作物秸秆分解、鸡粪和牛粪腐熟而成[7]。选择适宜的生物有机肥，提高滨海盐渍土的土地生产力，对滨海盐碱地资源的综合利用具有指导意义。前人研究发现，有机肥可以提高鹽渍土壤有机质和速效养分含量，改善土壤结构，同时还可以促进土壤脱盐[8-9]。此外，盐渍土改良也常使用酸性土壤调理剂调节土壤pH值，如禾康和黑里俏等，其中含有大量的酸性官能团，可通过络合和溶解激活土壤中Ca和Mg，以取代被土壤胶体吸附的钠离子，同时结合灌溉措施淋洗耕层的Na到底层中[10]。Liu等[3]研究发现，富里酸添加减少了盐碱地的Na和Cl含量，促进了土壤脱盐和养分提升。纳米碳等农业纳米材料在作物生产和环境保护方面的广泛前景已经引起了相当大的关注[11]。Yan等[9]报道了在盐碱地中添加纳米碳改性剂显著提高了土壤质量，降低了土壤表层盐分含量。但以上研究多数重点关注单一物料施用下土壤性状的变化，且缺少土壤基本理化性质变化对水稻生长及产量的影响因素分析。因此，本试验以滨海盐渍稻田土为研究对象，分析在不同改良物料结合下土壤理化性状及水稻产量的变化，探讨物料添加后土壤性状之间的关系及其对作物的影响，明确各改良模式在滨海稻田盐渍土中的应用效果，以期为该地区盐渍土资源的高效利用提高理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于天津小站稻产业振兴规划区内，主要包括宝坻区黄庄镇及其周边区域，属于河流冲积型和滨海型平原地貌，地形以平原为主。由于永定河冲积扇尾部向东缓慢倾斜，造成区内地势从西北至东南呈逐渐降低的趋势。南部由于地势低洼和第四纪经历海侵等原因，表层冲海积沉积层发育，土壤类型多为盐化潮土。研究区属大陆性—暖温带半干旱、半湿润季风气候，主要受季风环流的支配，四季分明、春季多风、干旱少雨；年平均气温11.4～12.9 ℃，年平均降水量为520～660 mm，降水天数63～70 d；年蒸发量为1 500～2 000 mm，全年以5月份蒸发量最大；年日照时数2 470～2 900 h，全年5月份日照最长，总辐射量也最大；7、8月份平均相对湿度最大，相对湿度达80%。

选择试验地块位于天津市优质农产品开发示范中心试验基地（N 117°30'43''，E 39°25'32''），种植小站稻，其基本性质见表1，土壤黏粒占比较大，为47%～49%，土壤质地为黏土，实地调查土壤pH值较高，平均盐分含量在2～2.3 g·kg，有机质与速效养分含量较低。

1.2 供试材料

试验共采用4种物料：分别为生物有机肥、禾康、黑里俏、黄腐酸钾。其中，生物有机肥选用具有标准生产条件，符合NY525—2012《有机肥料标准》，有机质≥45%，总养分（N+PO+KO）≥6%的有机肥产品，产品性状为黑色固体颗粒，生物有机肥由南京宁良生物肥料有限公司生产提供。禾康是一种液体盐碱改良剂，主要成分为水解马来酸酐，购自北京飞鹰绿地科技有限公司。黑里俏由纳米碳经电极法生成酸性纳米碳溶胶，为黑色液体富含负电荷，pH在2～3，稀释后溶于水中喷洒在田间，该物料购自南京佳玛驰生态有限公司生产。黄腐酸钾内含微量元素、稀土元素、植物生长调节剂、病毒抑制剂等多种营养成分，黄腐酸≥50%，有机质≥40%，该物料购自山东亿品高新生物科技有限公司。

1.3 试验设计

试验设计了5个处理：对照、有机肥、有机肥+禾康、OB有机肥+黄腐酸钾、有机肥料+黑里俏。各处理物料施用量按照表2所示。除有机肥外，其他改良剂均在整地后插秧前用水稀释冲进试验场。插秧前1周，将有机肥在0～20 cm土层混匀。每个处理在不相连的试验田重复3次。每个地块由覆盖塑料膜的田间沟隔开，土层深度为70 cm。水稻全生育期施氮量为225 kg·hm，基底期（插秧前）、分蘖期和孕穗期施氮量分别占总施氮量的50%、30%、20%；施等量磷肥（60 kg·hm，过磷酸钙）和钾肥（5 kg·hm，氯化钾）作为基肥。本次设计施肥量皆为纯量。

1.4 样品采集

在整地前、分蘖期、收获后采集各小区0～20 cm、20～40 cm的土样用来分析不同土壤盐基离子的变化。每次采集小区四角及中央共5个样品，之后混合成1个样品，带至实验室风干、磨碎、过 1 mm 筛后，用于土壤指标的测定。

土壤[质量]密度：环刀法，用预先称质量的100 cm3环刀计为W，取未经扰动的原状土壤置于烘箱中烘干至恒质量，此时环刀加干土质量计为W，计算单位容积（cm）的烘干土质量。在室内将环刀的上下盖取下，一端换上带网孔和滤纸的底盖，并将该环刀放入盛薄层水的瓷盘中，盘内水深保持在2～3 cm之间，浸入时间为8～12 h或更长；擦干环刀外水分并称质量W。

土壤[质量]密度（g·cm）=（W-W ）/V

土壤总孔隙度=（W-W ）/V×100%

土壤盐分按照质量法测定。土壤盐基离子含量测定方法：K+和Na+采用火焰光度计法测定，Ca和Mg采用原子吸收法测定，HCO  采用滴定法测定，SO 则采用硫酸钡比浊法测定，Cl采用硝酸银滴定法测定。土壤电导率（EC）采用电导法，pH采用电位法，土水比1∶5土壤浸提液，分别用F-38型电导率电极和F-20型pH电极（上海梅特勒托利多国际贸易有限公司，上海，中国）进行测定。

土壤有机碳（SOC）：采用高温外加热重铬酸钾氧化-滴定法[12]。土壤碱解氮：采用碱解扩散法测定[12]。土壤速效钾：采用火焰光度法（FP6410，京科分析仪器，上海，中国）[13]。土壤有效磷：采用钼蓝比色法[14]和钼锑抗比色法测定[13]。采用酶活性试剂盒提取土壤碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶，酶标仪（Epoch2， BioTek， USA）测定土壤碱性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶。土壤酶活性检测试剂盒由北京Solarbio科技有限公司提供。

1.5 数据处理与分析

土壤理化数据采用Microsoft Excel 2007进行处理。使用SPSS 20.0采用单因素方差分析和Duncan新多重比较检验比较了不同处理间的显著差异（P<0.05）。所有图表由Origin 2022b绘制。

2 结果与分析

2.1 不同处理下土壤物理性状变化

土壤[质量]密度的大小在一定程度上可以反映土壤的松紧度，间接反映土壤的结构状态。[质量]密度适宜，表明土壤疏松多孔、结构性良好，这种状态适宜作物生长[15]。如图1所示，不同处理间的土壤[质量]密度呈现显著差异（P<0.05），表层（0～20 cm）土壤[质量]密度在1.27～1.43 g·cm，20～40 cm 土层[质量]密度变化范围为1.35～1.43 g·cm，相比较对照，不同有机无机处理的土壤[质量]密度分别降低了3.9%～11.4%（0～20 cm）、1.4%～5.13%（20～40 cm）。由此可以得出，表层土壤[质量]密度的降低幅度大于底层。

土壤中的所有物理性状主要是由土壤结构所反映[16]。土壤结构中最重要的部分就是土壤孔隙结构，土壤结构决定了土壤的水分供应和保持能力，也是土壤和大气中气体交换以及土壤中生物活动的场所[17]。不同处理下土壤孔隙度之间的变化特征如图1所示，不同处理间的土壤孔隙度呈现显著差异（P<0.05），且表现为有机肥+禾康>有机肥+黑里俏>有机肥+黄腐酸钾>有机肥>对照，变化范围为39%～57%。土壤孔隙度在不同土層之间表现为随土壤深度增加而降低。相较于对照，不同处理的土壤孔隙度增加了7%～44%（0～20 cm）、1%～30%（20～40 cm）。 2.2 不同处理下土壤化学性状变化

2.2.1 土壤pH值、电导率和盐分变化 不同改良模式下的土壤pH值和盐分、电导率的研究如图2，不同处理间的盐分和pH值差异较小，pH值变化范围8.3～8.5，最小的处理为有机肥+禾康、有机肥+黄腐酸钾。表层盐分变化范围在1.6～1.9 g·kg之间，盐分最高的为对照，较低的处理则为有机肥+黑里俏，这与土壤pH值的变化规律相反，与电导率的变化规律相似。有机肥+禾康>对照>有机肥>有机肥+黄腐酸钾>有机肥+黑里俏。电导率变化范围在333～377 μs·cm，表现为：有机肥+禾康>对照>有机肥>有机肥+黄腐酸钾>有机肥+黑里俏。20～40 cm土壤pH变化较小，盐分含量范围为1.6～2.1 g·kg，不同处理之间表现为有机肥含量较高为2.1 g·kg，有机肥+黑里俏和有机肥+禾康的盐分含量较低为1.6 g·kg。总体表现为随着土层的加深，盐分含量、土壤pH值和电导率都有所增加。

2.2.2 土壤SOC和养分变化 如表3所示，改良处理有机碳含量均表现出随土层的加深而逐渐降低，不同处理在0～20 cm、20～40 cm土层的有机碳含量均显著高于对照。0～20 cm土层有机碳含量9.10～10.46 g·kg，不同处理间具有显著差异（P<0.05）。含量最高的处理为有机质+禾康，最低的则为对照处理。20～40 cm土层有机质含量在7.16～7.43 g·kg。总体上有机碳含量随着土层的加深而降低，各处理排序为有机肥+禾康>有机肥+黄腐酸钾>有机肥>有机肥+黑里俏>对照。同样的，土壤速效养分含量的变化规律与有机碳相似，其中有效磷和水解性氮含量最高的均为有机肥+禾康处理，分别为30.97 mg·kg、76.00 mg·kg；而有机肥+黄腐酸钾的速效钾含量最高（294.00 mg·kg），且各处理的养分含量均高于对照。

2.3 不同处理下土壤酶活性变化

土壤酶是土壤生物活动的产物，其活性水平是土壤环境质量的良好生物学指标，可以用来评价土壤退化程度及管理措施的效果和可持续性[18]。盐碱地土壤中酶活性的增加说明土壤肥力的提高，将有助于植物对土壤养分的吸收。对不同改良模式下土壤酶活性变化特征分析（图3）发现，土壤过氧化氢酶在不同处理之间不具有显著性差异，在不同土层间变化也较小，总体酶活性水平在116.04～118.01 μmol·d·g之间，表层0～20 cm、20～40 cm均以处理有机肥酶活性最高。除处理对照和有机肥+黄腐酸钾，其他处理的土壤脲酶活性表现出随土层增加而降低。相比较于对照，土壤脲酶在表层增加了19%～38%。土壤碱性磷酸酶（S-AKP）在不同处理间表现出显著性差异（P<0.05），且除了处理有机肥+禾康以外，其他处理间的土壤碱性磷酸酶活性均随着土层加深而规律性增大。其中，相比较于对照，有机质+禾康的表层增加幅度最大（103%），有机质+黄腐酸钾的S-AKP在土层20～40 cm增幅最大，为173%。

2.4 不同处理下水稻产量变化及其与土壤性质相关性

对不同处理下的水稻产量进行分析，如图4所示，各处理的水稻产量在9 033～10 699 kg·hm之间，与对照存在显著差异（P<0.05），其中，有机肥+黄腐酸钾处理的产量最高。对土壤理化性状和水稻产量进行相关性分析得到，土壤pH值与土壤盐分含量和EC显著负相关，而与土壤养分如有机碳、速效钾、水解氮呈显著正相关关系。另外，水稻产量、千粒质量与土壤SOC、酶活性、土壤孔隙度、速效氮、速效磷含量呈显著正相关关系，与土壤盐分、pH值、土壤[质量]密度呈负相关关系。经过RDA因素分析得出每个指标对水稻产量的贡献率（表4），RDA1解释总变量的81.13%，RDA2解释了6.70%，总解释变量达到87.83%。其中，土壤孔隙度对水稻产量的解释变量最大（39.10%），其次为土壤水解性氮含量及土壤脲酶活性，分别解释产量变异21.10%、5.60%。

3 讨论与结论

3.1 讨论

改善土壤结构是缓解土壤板结，提高土壤保水保肥能力的关键要素。土壤孔隙是土壤结构的重要组成部分，孔隙结构和水力性质能够直接或者间接地影响土壤水盐运移、养分保持、微生物活动等其他特性[19]。本研究发现，应用组合物料的处理均显著提高了土壤的孔隙度（图1），其中有机肥+禾康、有机肥+黑里俏处理的土壤孔隙度较高，这与前人的研究结果相似[17]。已有不少研究表明，单独施用有机肥是优化土壤结构的有效方法，可以迅速提高土壤孔隙度，平衡孔隙大小，改变土壤的透水性、通气性[20]。李江涛等[20]研究发现，在土壤耕层添加有机肥使得土壤总孔隙度比施用化肥处理增加7.50%～11.30%。也有研究发现，单独施用有机物料可以提高土壤的理化性质，如Yan等[9]研究得出单独施用HPMA可以显著提高土壤的孔隙度、降低土壤[质量]密度。而本研究分析了有机肥配施不同改良物料对土壤结构的影响，如配施 HPMA、纳米碳、BSFA等有机无机物料，以上改良物料通过分泌有机酸，置换黏质离子Na，改善了土壤结构。土壤孔隙度增幅较大的处理为有机肥+禾康和有机肥+黑里俏，同时土壤[质量]密度也显著低于对照。原因可能是有机酸中和作用和有机质的分解作用增加了土壤孔隙连通性，降低土壤[质量]密度[19]。

在本研究中，与对照相比，有机无机处理显著降低了土壤pH值、EC和鹽分含量（图2）。这一结果表明，有机肥与改良剂组合具有更高的盐淋溶和调碱效率，这与前人对于有机改良剂应用的研究一致[21]。在稻田盐渍土的应用中，添加有机改进剂则可以释放H激活中和反应促进盐分随水淋洗[22]。研究发现，有机肥+禾康处理调节pH值和降低盐含量的效果最好。这是由于有机肥中含有丰富的有机质可以分解有机酸中和碱性物质降低土壤pH值[23]，而改良剂禾康为酸性改良剂（pH=2.30），且含有水解的马来酸酐，可以激活土壤中的Ca，取代土壤胶体中盐害离子Na[24]。另外，有机无机处理均显著提高了0～20 cm、20～40 cm土层的SOC和速效养分含量（表2）。有机物料中含有大量的活性官能团和微量营养元素，可快速促进肥料中营养素的释放和转化。例如，黑里俏改良剂的主要成分为纳米级的碳粒子，通过与酸性溶液融合形成酸性改良剂，不仅具有调节土壤pH值的作用，还增加了与根系接触的碳颗粒浓度和表面积，促进了养分的释放和活化[9，25]。本研究还发现，有机肥+黄腐酸钾处理比其他处理具有更高的AK含量。这是由于黄腐酸钾含有大量羧基、酚等酸性官能团，还含有丰富的钾元素[26]，从储量上增加了土壤中的钾素含量。

在对土壤理化性状指标之间的相关性分析中得出，土壤pH值与盐分、[质量]密度呈正相关，而与土壤养分、孔隙度呈负相关关系。这与前人的研究结果基本一致[27-28]。这是由于土壤pH值关系到土壤微生物的活动与土壤养分有效性，土壤pH值较高的情况下，会导致土壤缓冲性能差，保水保肥能力低，同时也会影响植物对养分的吸收[29]。而外源物料添加降低了耕层土壤[质量]密度，增加了土壤总孔隙度，促进作物根系向下生长，提高作物对根际土壤养分的利用，改善土壤离子化学环境，降低土壤对作物的盐碱胁迫，促进了作物养分吸收，提高作物产量[30]。本研究结果也反映出复合物料添加处理均不同程度地增加了水稻产量和千粒质量，这与刘猷红等[31]发现有机物料添加显著增加水稻的穗粒数、千粒质量、结实率的研究结果相似。同时RDA分析反映出土壤孔隙度和土壤氮素是影响水稻产量的重要因素，物料添加促进了土壤孔隙度和养分含量的提升，从而显著提高了水稻的产量。因此，在未来的田间应用管理中，应重点关注土壤氮素含量的变化，探索适宜于滨海稻田盐土的最佳施氮量。

3.2 結论

有机无机物料添加显著降低了土壤pH值、土壤[质量]密度、盐分含量，提高了土壤孔隙度、有机碳、水解性氮、有效磷、脲酶、碱性磷酸酶的活性。同时，外源物料添加显著提高了水稻的千粒质量和产量。有机肥配施改良剂对盐渍土降盐改土的效果优于单施有机肥，其中，有机肥+禾康和有机肥+黄腐酸钾的改良效果较好。土壤pH值和盐分含量与土壤孔隙度、有机碳、速效养分、酶活性以及水稻产量呈负相关关系，RDA分析显示影响水稻产量的主要因素为土壤孔隙度及氮素含量。

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